第二章：土的物理性质及工程分类详解
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第二章土的工程性质及分类
For personal use only in study and research; not for commercial use第二章土的性质及工程分类土的性质包括：物理性质、力学性质、水理性质、工程性质。
土是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系。
由于三相比例的不同，决定了土的物理性质（轻重、疏密、干湿、软硬）。
土的物理性质又决定了土的力学性质，因此土的物理性质是我们研究的主要特性之一。
本章主要介绍土的组成及土的结构土的物理性质指标无粘性土的密实度粘性土的物理特性土的渗透性及渗流土的动力特性地基(岩)土的工程分类2.1概述土是风化的产物，是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系，下面看三相组成示意图。
在外力作用下，土体并不显示为一般固体的特性，也不表现为一般液体的特性，因此，在研究土的工程性质时，既有别于固体力学，也有别于液体力学。
2.2土的三相组成及土的结构2.2.1 土的组成一、土的固体颗粒土的固体颗粒的大小和形状，矿物成分及其组成情况，是决定土的物理力学性质的重要因素。
2.2.1.1土的矿物成分矿物成分分为原生矿物、次生矿物2.2.1.2土粒粒组自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质也相应地发生变化。
例如，土的性质随着粒径的变细，可由无粘性变化到有粘性。
因此可以将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干组，各个粒组，随着分界尺寸的不同而呈现一定质的变化，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
目前我国常用的土粒粒组划分方法，按照界限粒径的大小，将土粒分为六个组：漂石（块石）（＞200）、卵石（碎石）（200～60）、圆砾（角砾）（60～2）砂粒（2～0.075）、粉粒（0.075～0.005）和粘粒＜0.005（注漂石、卵石、圆砾是一定磨圆形状、圆形或亚圆形）土中土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
如何来分析土中的颗粒级配情况，通常用筛分法与水分法两种。
土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)
固 态 结晶水
强结合水
固体 状态
结合水
土中的水
液 态
不任意流动
弱结合水 毛细水
自由水
重力水
气 态
四种—书中P13
+ + + +_ + _ _ _ _ + _ _ _ __ + _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _
粘土颗粒
强结合水
弱结合水
自由水
O 2
粘粒
H+
105o
H+
水分子 极 性
（c）土中的气体（空气）
判断标准：
N63.5 ≤5 松散
稍密 中密 密实 N ≤ 10 松散 稍密 中密
碎石土
5＜ N63.5 ≤10 10＜ N63.5 ≤20 N63.5 ＞20
砂 土
密实状态
10＜ N ≤15 15＜ N ≤30
密实状态
N ＞30
标准贯入 击数
密实
重Ⅰ型 动力触探击数
（3） 粘性土的物理状态（软－硬状态）
Va 气体 ma=0 mw=w ρs Vw
水
mw
Vv=e V =e+1
ms= ρs
Vs 土粒 ms
Vs=1
干容重计算公式：
ms g s g Gs w g Gs w d d g V e 1 e 1 e 1
浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。
隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对 比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。
emax e Dr emax emin
0.67＜Dr≤1.0 密实 中密 松散 （《地基与基础》－p27）
强结合水
固体 状态
结合水
土中的水
液 态
不任意流动
弱结合水 毛细水
自由水
重力水
气 态
四种—书中P13
+ + + +_ + _ _ _ _ + _ _ _ __ + _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _
粘土颗粒
强结合水
弱结合水
自由水
O 2
粘粒
H+
105o
H+
水分子 极 性
（c）土中的气体（空气）
判断标准：
N63.5 ≤5 松散
稍密 中密 密实 N ≤ 10 松散 稍密 中密
碎石土
5＜ N63.5 ≤10 10＜ N63.5 ≤20 N63.5 ＞20
砂 土
密实状态
10＜ N ≤15 15＜ N ≤30
密实状态
N ＞30
标准贯入 击数
密实
重Ⅰ型 动力触探击数
（3） 粘性土的物理状态（软－硬状态）
Va 气体 ma=0 mw=w ρs Vw
水
mw
Vv=e V =e+1
ms= ρs
Vs 土粒 ms
Vs=1
干容重计算公式：
ms g s g Gs w g Gs w d d g V e 1 e 1 e 1
浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。
隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对 比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。
emax e Dr emax emin
0.67＜Dr≤1.0 密实 中密 松散 （《地基与基础》－p27）
土的物理性质及地基土的工程分类
第二章 土的物理性质及地基土的工程分类1. 土力学的研究对象：土土——土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。
§2-1 土的组成一、土的组成⎪⎩⎪⎨⎧孔隙中的水液气体气冰土颗粒固:::土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。
这就是土的物理性质。
二、土的固体颗粒（一）土的颗粒级配1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小3．粒组——为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。
粒组的划分：漂石 粘粒 4．颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析：①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10分析⎩⎨⎧级配良好不均匀粒径大小接近曲线陡级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓②不均匀系数（C u ）1060u d /d C = ⎩⎨⎧<>级配不良级配良好5C 0C u u式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d 60。
d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d 10。
③曲率系数（C c ）6010230c d d d C ⋅=式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30表示。
C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。
（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。
如石英等。
粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。
粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪⎨⎧高岭石伊利石蒙脱石粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。
土力学-第2章 土的物理性质及分类
三相草图法
第二章 土的物理性质及分类
ma=0
m mw ms
质量 空气 air 水 Water
Va
Vv Vw V
固体 Solid
Vs
体积
三 相 草 图(three-phase soil models)
第二章 土的物理性质及分类
九个物理量:
V Vv Vs Va Vw ms m w ma m
物理量关系:
ma=0
空气
Va
Vv Vw V
m mw
水
ms
质量
固体
Vs
体积
位: 无量纲 • 一般范围：粘性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
• 单
=1.0 g/cm3
土粒比重在数值上 等于土粒的密度
基本试验指标-土粒比重
第二章 土的物理性质及分类
土的含水量W
• 定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示 • 表达式：
黏聚力
原始黏聚力（由粒间电分子引力产生） 固化黏聚力（由粒间胶结物产生）
土受扰动时，这两类黏聚力被（部分）破坏，使土的强度降低。但 扰动停止后，原始黏聚力可随时间部分恢复，故强度有所恢复。但固化 黏聚力是无法在短时间内恢复的。所以易于触变的土，被扰动而降低的 强度仅能部分恢复
土中水的离子成分和浓度→水中低价阳离子浓度增加，IP越大
黏土的物理状态指标
第二章 土的物理性质及分类
不同的粘土，wp、wL 大小不同。对于不同的粘土，含水 量相同，稠度可能不同
w wP w w P 液性指数： IL wL wP IP
wp w wL IL 0 坚硬(半固态) 0<IL0.25 硬塑 0.25 <IL 0.75 可塑 0.75 <IL 1 软塑 IL>1 流塑
土力学 第2版 第二章 土的物理性质及分类
环刀法
环刀的容积V=60cm3； 环刀的质量m1； 环刀和土的质量m2；
土的密度: m2 m1
V
2.2.2 指标的定义
土力学
2.特殊条件下土的密度
质量m
体积V
Vw Va Vv
气
mw
水
m
ms
土粒
Vs V
（1）干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量 （紧密程度）
d
ms V
（2）饱和密度ρsat ：土体中孔 （3）浮密度ρ ：在地下水位
出合适的名称，可以概略评价土的工程性质。
第2章 土的物理性质及分类
2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3 粘性土的物理特征 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粉土的密实度和湿度 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 2.7 土的分类
土力学
2.2 土的三相比例指标
2.2.1 土的三相比例关系图 2.2.2 指标的定义 2.2.3 指标的换算
土力学
2.2.1 土的三相比例关系图
土力学
质量m
气
mw —土中水质量
mw
水
m
ms —土粒质量
ms
土粒
Vs V
Vw Va Vv
体积V
Va —土中气体积 Vw —土中水体积
Vs —土粒体积
m ms mw
Vv Vw Va
（土的总质量）
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
2.2 土的三相比例指标
ds
ms
Vs 1
s 1
测定方法：比重瓶法
ρs—土粒密度，单位体积土粒质量 ρw1 —纯水在40C时的密度，1g/cm3
土粒相对密度变化范围不大：一般，砂类土2.65～2.69；粉性土
环刀的容积V=60cm3； 环刀的质量m1； 环刀和土的质量m2；
土的密度: m2 m1
V
2.2.2 指标的定义
土力学
2.特殊条件下土的密度
质量m
体积V
Vw Va Vv
气
mw
水
m
ms
土粒
Vs V
（1）干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量 （紧密程度）
d
ms V
（2）饱和密度ρsat ：土体中孔 （3）浮密度ρ ：在地下水位
出合适的名称，可以概略评价土的工程性质。
第2章 土的物理性质及分类
2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3 粘性土的物理特征 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粉土的密实度和湿度 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 2.7 土的分类
土力学
2.2 土的三相比例指标
2.2.1 土的三相比例关系图 2.2.2 指标的定义 2.2.3 指标的换算
土力学
2.2.1 土的三相比例关系图
土力学
质量m
气
mw —土中水质量
mw
水
m
ms —土粒质量
ms
土粒
Vs V
Vw Va Vv
体积V
Va —土中气体积 Vw —土中水体积
Vs —土粒体积
m ms mw
Vv Vw Va
（土的总质量）
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
2.2 土的三相比例指标
ds
ms
Vs 1
s 1
测定方法：比重瓶法
ρs—土粒密度，单位体积土粒质量 ρw1 —纯水在40C时的密度，1g/cm3
土粒相对密度变化范围不大：一般，砂类土2.65～2.69；粉性土
陈希哲《土力学地基基础》笔记和课后习题(含真题)详解(土的物理性质及工程分类)
土的密度 ρ 和土的重度 γ
土的三项基本物理性质指标 土粒相对密度 Gs（ds）
土
反映土的松密程度的指标 土的含水率 w
的 土的物理性质指标 反映土中含水程度的指标
物 理
特定条件下土的密度（重度）
性
用孔隙比 e 为标准
质 及
无黏性土的密实度 以相对密度 Dr 为标准
工
以标准贯入试验 N 为标准
程 分
吸引，形成具有很大孔隙癿蜂窝状结构
那些粒徂极细癿黏土颗粒（粒徂小于
絮状结 0.005mm）在水丨长期悬浮，这种土粒在
构（二 水丨运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链
级蜂窝 环状癿土集粒，质量增大而下沉，弼一丧
结构） 小链环碰到另一小链环时相互吸引，丌断
扩大形成大链环状，称为絮状结构
（2）土癿构造
土癿构造是指同一土层丨，土颗粒乊间相互关系癿特征。土癿构造常见癿有下列几种，
二、土癿三相组成 土癿三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。土丨癿固体矿物构成土癿骨架， 骨架乊间存在大量孔隙，孔隙丨充填着水和空气。 土体三相比例丌同，土癿状态和工程性质也随乊各异，例如：固体+气体（液体=0） 为干土。此时黏土呈坒硬状态。固体+液体+气体为湿土，此时黏土多为可塑状态。固体+ 液体（气体=0）为饱和土。 1．土癿固体颗粒 土癿固体颗粒是土癿三相组成丨癿主体，是决定土癿工程性质癿主要成分。 （1）土粒癿矿物成分（见表 2-1-4）
状构造丨，因裂隙强 度低、渗透性大，工
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裂隙状构造
土体丨有很多丌连续癿小裂隙，某些硬塑戒坒硬状 态癿黏土为此种构造
第二章土的工程性质与分类
（四 ）、土的含水量：土中水的重量与土粒重量之比，称为土的 含水量。以百分数计
• （五）土的饱和度Sr:土中被水充满的孔隙体 积与孔隙总体积之比，称为饱和度。 湿度 ω（%） 稍湿 ω ＜20 湿 20≤ ω ≤30 很湿 ＞30
（六）土的孔隙比e和孔隙率n 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比， 用小数表示 土的孔隙率比是土中孔隙所占体积与总体积之比， 用百分数表示
Dr=
emax-e emax-emin
相对密度Dr划分砂土紧密状态
紧密状态 实密 中密 稍密 松散 Dr 0.67＜Dr≤1 0.33＜Dr≤0.67 0.2＜Dr≤0.33 0≤Dr≤0.2
• 按标准贯入锤击数N值决定砂土密实度
密实度 实密 中密 稍密 松散 N值 N ＞30 15＜ N ≤30 10＜ N ≤15 N ≤10 按天然孔隙比e划分粉土密实度 密实度 实密 中密 稍密
粘性土对应状态示意图
固态
半固态
缩限 （ ws）
可塑状态
液态
液限 （ wL ）
塑限 （ wp ）
二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数Ip：指液限和塑限的差值， Ip= wL- wp 土的塑性指数Ip表示土处于可塑状态时的含水量变化范围， 塑性指数Ip大小与土中结合水的发育程度与含量有关。 液性指数IL：指粘性土天然含水量和塑限之差与塑性指数 之比，用小数表示。 I L= W- wp W- wp = Wl- wp Ip
土粒粒组划分
粒组名称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒 圆砾或 角砾颗 粒 粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细 粒径范围（mm) ＞200 200～20 20～10 10～5 5 ～2 2 ～0.5 0.5 ～0.25 0.25 ～0. 1 0.1 ～0.075 0.075 ～0.01 0.01 ～0.005 ＜0.005 一般特征 透水性很大,无粘性,无毛细作用 透水性大,无粘性,毛细水上升高度不超过粒径大 小
• （五）土的饱和度Sr:土中被水充满的孔隙体 积与孔隙总体积之比，称为饱和度。 湿度 ω（%） 稍湿 ω ＜20 湿 20≤ ω ≤30 很湿 ＞30
（六）土的孔隙比e和孔隙率n 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比， 用小数表示 土的孔隙率比是土中孔隙所占体积与总体积之比， 用百分数表示
Dr=
emax-e emax-emin
相对密度Dr划分砂土紧密状态
紧密状态 实密 中密 稍密 松散 Dr 0.67＜Dr≤1 0.33＜Dr≤0.67 0.2＜Dr≤0.33 0≤Dr≤0.2
• 按标准贯入锤击数N值决定砂土密实度
密实度 实密 中密 稍密 松散 N值 N ＞30 15＜ N ≤30 10＜ N ≤15 N ≤10 按天然孔隙比e划分粉土密实度 密实度 实密 中密 稍密
粘性土对应状态示意图
固态
半固态
缩限 （ ws）
可塑状态
液态
液限 （ wL ）
塑限 （ wp ）
二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数Ip：指液限和塑限的差值， Ip= wL- wp 土的塑性指数Ip表示土处于可塑状态时的含水量变化范围， 塑性指数Ip大小与土中结合水的发育程度与含量有关。 液性指数IL：指粘性土天然含水量和塑限之差与塑性指数 之比，用小数表示。 I L= W- wp W- wp = Wl- wp Ip
土粒粒组划分
粒组名称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒 圆砾或 角砾颗 粒 粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细 粒径范围（mm) ＞200 200～20 20～10 10～5 5 ～2 2 ～0.5 0.5 ～0.25 0.25 ～0. 1 0.1 ～0.075 0.075 ～0.01 0.01 ～0.005 ＜0.005 一般特征 透水性很大,无粘性,无毛细作用 透水性大,无粘性,毛细水上升高度不超过粒径大 小
土力学第二章：土的物理性质及工程分类全解
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 巨粒(>200mm)
土颗粒
粗粒(0.075-200mm)
卵石或碎石颗粒 (20200mm)
圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm)
细粒(<0.075mm)
粉粒(0.005-0.075mm)
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ①温差风化：由于温差 变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程， 常发生在温差较大的干 旱气候地区。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。 水结成冰时其体积可增 大9.2％。冰体将对裂缝 壁产生2000kg／cm2的 巨大压力。
1.0 ,0.5, 0.25,
0.075
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (1) 筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm
2.2 土的三相组成
筛析机
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (2) 比重计法:适用于d＜0.075mm
粒径<0.25mm: 粒径<0.075mm:
1-155 0 0151 000 1% 0 500
1-15 5 0 015 100 3 0 04% 500
<2.0
<1.0
<0.5
<0.25
<0.075
90%
60%
第二章 土的物理性质及工程分类
土粒质量 ms d 总体积 V
三、其他常用指标
1. 特殊条件下土的密度和重度
土的干重度 d
干重度—土单位体积土粒重量（kN/m3)
Ws ms g d d g m V V m w
ms
气
水 土粒
Va Vw Vs
Vv
三、其他常用指标
1. 特殊条件下土的密度和重度
（2）饱和密度和饱和重度 饱和密度 sat 饱和密度—孔隙充满水时土单位体积质量 （g/cm3或t/m3)
土粒质量 ms s 土粒体积 Vs
气
m mw ms 水 土粒 Va Vw Vs Vv
二、基本试验指标
1. 土粒相对密度 ds 土粒相对密度—土颗粒质量与同体积的4oC时的 纯水的质量之比。
Gs
Vs w1
ms
s w1
气
m mw 水 土粒
Va Vw Vs
Vv
纯水在4oC时的密度， 等于1g/cm3或1t/m3。
矿 物 质
固 体 颗 粒
次生矿物
固体颗粒矿物成分
原生矿物：原岩经物理风化生成的土粒，成分与母岩 完全相同，如石英、长石、云母等 ；颗粒较粗，一般 为无粘性土；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、 无塑性；
云母
石英 长石 角闪石
石英 晶体
云母 晶体
次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。 颗粒较细，一般为粘土矿物，如高岭石、伊利石、蒙 脱石，形成粘性土。片状、极细；吸水力强、活泼、 有塑性。
粘粒
粉粒
细粒
砂粒
粗粒
角砾/ 圆砾
卵石/ 碎石
巨粒
块石/ 漂石
二）、粒度成分的分析方法
第二章土的物理性质及工程分类
②次生矿物
固相 构成
风化 程度
颗粒 大小
特点及对工程性质、力学性质 的可能影响
高度的分散性,呈细粒状,它的
次生 矿物（蒙 脱石、伊 利石、高
岭石）
化学 风化
细小，呈片 状 ,是粘性 土固相的主 要成分。
含量的变化对粘性土性质十分 敏感,巨大的比表面使其具有 很强的与水相互作用的能力, 它的结晶结构的不同,会带来 其工程性质的显著差异。
1 、粒度：指土粒的大小，通常用粒径d表示，单位mm。 注：当d越小时，粘性越好；反之，当d越大时，粘性越差。 2 、粒组：界于一定粒度范围内的土粒。 3、界限粒径：划分粒组的分界尺寸。 注：工程上根据界限粒径200、60、2、0.075和0.005mm把土粒
分为：漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、园砾（角砾） 颗粒、砂粒、粉粒及粘粘六大类。
Teacher Yang Ping
第二节 土的三相组成
①在天然状态下，土呈三相系，即由固体颗粒、水和 空气三相所组成。
②饱和土和干土都是二相土。 注：当孔隙全部为水填充时，称为饱和土。反之，当
孔隙中没有水，全部为气体填充时，称为干土。
Teacher Yang Ping
一、土中固体颗粒（简称土粒） ㈠、基本概念
四、孔隙比e
1.概念：土中孔隙体积与土粒体积之比。
2.计算公式：
e Vv Vs
注：孔隙比反映了土的密实度，e<0.6时，土是密实的
低压缩性土；e>1时，土是疏松的高压缩性土。同一类
土的孔隙比越大，土的压缩性和透水性越大，而其强
度就越小。
Teacher Yang Ping
五、孔隙率n 1.概念：土中孔隙体积与土体体积之比，用百分数表示。 2.计算公式：
土的物理性质及分类
2.1.4 土的结构和构造
1. 单粒结构
2. 蜂窝结构 3. 絮凝结构
2.1.5土的构造：土体在空间构成上不均匀特征的总和。
不同土类和成因类型，构造特征不一样 1. 层状构造 2. 分散构造
3. 裂隙构造
2.1.4 土的结构和构造
（c） 孔隙胶结物（2000倍）
（a） 粒间空隙（500倍） （b）微裂隙（1200倍）
2.1.4 土的结构和构造
粘土矿物的片状结构
粘土矿物的定向排列
粘土矿物中的网状结构
2.2
土的三相比例指标
三相简图法
Three-phase diagram
ma=0
m mw ms
Air Water Soil
Va Vv Vw Vs V
质量mass/quality
体积volume
2.2.1 室内测定的三个基本物理指标
2.1.2 土中水（liquid
1、结合水
强结合水
phase）
弱结 合水
重力水
2、自由水
毛细水
2.1.2 土中水（liquid
毛细水
phase）
毛细水导致岩块产生裂 缝、肿胀现象
2.1.3 土中气体
vapor phase
土中气体按其所处的状态和结构特点可分以下几种类型： 自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大 封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
对数 坐标
粒径(mm)
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
小于某粒径土重含量（％）
特征粒径及定义 d60 : 限定粒径;d30 : 中值粒径
100 Particle-size distribution curve d10 : 有效粒径;d50 :平均粒径 90 80 分别相当于小于某粒径土 70 重累计百分含量为60％、 60 50%、30％及10％对应的粒 50 径，d60>d50>d30>d10 40 30 20 度量指标 10 （1）土粒大小的均匀程度： d60 d30 d10 0 Cu = d60 / d10（不均匀系数） lgd (mm)
土的物理性质及工程分类
的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征。
•0
•塑限ωP
•液限ωL
•ω
•固态或半固态
•可塑状态
•流动状态
• 粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的 稠度界限。
• 液塑限测定根据《土工试验规程》(SL237-007-1999)规定，采 用液塑限联合测定仪进行测定。
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土的物理性质及工程分类
•说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中 粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高
•液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比
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•说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。 当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动 状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态
•风化（物理、 化学）作用
•岩石破碎
•岩
化学成分
石
改变
•搬运沉
积 •大小、形状和 成分都不相同的 松散颗粒集合体 （土）
•固 相 •土 •液 相 •气 相
•土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互 作用和比例关系，反映出土的不同性质。
土的物理性质及工程分类
§2.1 土的组成及其结构与构造
v 一、土的固相
•分类方法：
•1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
• 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土 （岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。
•a.岩石的分类
• 颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬 程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
•坚硬程度类别 •坚硬岩 •较硬岩 •较软岩 •软岩 •极软岩
•0
•塑限ωP
•液限ωL
•ω
•固态或半固态
•可塑状态
•流动状态
• 粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的 稠度界限。
• 液塑限测定根据《土工试验规程》(SL237-007-1999)规定，采 用液塑限联合测定仪进行测定。
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土的物理性质及工程分类
•说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中 粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高
•液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比
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•说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。 当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动 状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态
•风化（物理、 化学）作用
•岩石破碎
•岩
化学成分
石
改变
•搬运沉
积 •大小、形状和 成分都不相同的 松散颗粒集合体 （土）
•固 相 •土 •液 相 •气 相
•土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互 作用和比例关系，反映出土的不同性质。
土的物理性质及工程分类
§2.1 土的组成及其结构与构造
v 一、土的固相
•分类方法：
•1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
• 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土 （岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。
•a.岩石的分类
• 颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬 程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
•坚硬程度类别 •坚硬岩 •较硬岩 •较软岩 •软岩 •极软岩
土的物理性质和工程分类
砂土
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
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2.1.2土的结构与构造 1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。
②蜂窝结构：当土颗粒较细（粒径在0.02mm以下）时，在水中单个下 沉，碰到已沉积的土粒被吸收不再下沉（彼此之间引力大于重力），依 次一粒粒被吸收，形成很大孔隙的蜂窝状结构。（适用于粉土）
蜂窝结构
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
（1）物理风化
岩石经风、霜、雨的侵蚀，温度、湿度的变化，发生不均匀膨胀与 收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。 特点：矿物、岩石的物质成分不发生变化，只是碎裂成为大小不等 的碎块。 类型：①温差风化；②冰劈作用；③其它物理风化作用：盐类的结 晶与潮解、层裂或卸载作用。
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ①温差风化：由于温差 变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程， 常发生在温差较大的干 旱气候地区。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。 水结成冰时其体积可增 大9.2％。冰体将对裂缝 壁产生2000kg／cm2的 巨大压力。
次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型 高岭石、伊里石、蒙脱石
粘土矿物: 由硅片和铝片构成的晶包所组合而成
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.2 土的三相组成
基本单元： 硅-氧四面体
硅片的结构
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.1.2土的结构与构造 1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。
③絮状结构（二级蜂窝结构）：那些粒径极细的粘土颗粒（粒径小于 0.005mm）在水中长期悬浮，相互碰撞而吸引形成小链环状的土集粒， 它们互相接近吸引，不断扩大形成大链环状，称为絮状结构。（适用 于粘土）
絮状结构
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
2.2 土的三相组成
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.2 土的三相组成
原生矿物 石英、长石、云母
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ③其它物理风化作用： 盐类的结晶与潮解：充 填于岩石孔隙、裂隙中 含盐分的溶液，因水溶 液浓度的变化，盐类出 现结晶与溶解使岩石破 碎的过程(类似于冰劈作 用)。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
本章难点
土的物理性质指标与物理状态指标。
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
岩石 地球
风化 搬运、沉积
2.1 土的生成与特性 土
地球
土是由岩石，经物理化学风化、剥蚀、搬运、沉积，形 成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.1土的生成
粘土
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.1土的生成 （2）化学风化
岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触时，逐渐发生 化学变化，原来组成矿物发生变化，产生一种新的成分——次生 矿物。
粘土
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成 （3）生物风化
2.1 土的生成与特性
土颗粒
粗粒(0.075-200mm)
卵石或碎石颗粒 (20200mm)
圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm)
细粒(<0.075mm)
第2章 土的物理性质及工程分类
主要内容
• §2.1土的生成与特性 • §2.2土的三相组成 • §2.3土的物理性质指标 • §2.4土的物理状态指标 • §2.5地基土的工程分类
第2章 土的物理性质及工程分类
本章重点
土的三相组成与颗粒特征，土的物理性质指标，土 的物理状态指标，地基土的工程分类。
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配
粒径：颗粒的大小通常以直径表示。称为粒径（mm）或粒度。 粒组：粒径大小在一定范围内、具有相同或相似的成分和性质 的土粒集合。
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 巨粒(>200mm)
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.2土的结构与构造 1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。
①单粒结构：凡粗颗粒土（如卵石与砂土等），在沉积过程中，每 一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳定状态，其特点是土粒间 存在点与点的接触。
Байду номын сангаас
密实状态
疏松状态
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.2.1土的固体颗粒
2.土颗粒的大小与形状
粒径d/mm
0.005 0.075
2
60
200
粘粒 粉粒
砂粒
圆砾
卵石
漂石
（角砾） （碎石） （块石）
粒组名称
图2.2 土的粒径分组
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
2.土颗粒的大小与形状
2.2 土的三相组成
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
2.1.1 土的生成 （1）物理风化
由物理风化生成的土为粗粒土，如块碎石，砾石和砂土等，总 称为无粘性土
砾石料
卵石
砂
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.1土的生成 （2）化学风化
岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触时，逐渐发生 化学变化，原来组成矿物发生变化，产生一种新的成分——次生 矿物。
2.2 土的三相组成
基本单元： 铝-氢氧八面体
铝片的结构
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.2 土的三相组成
粘土矿物的 晶格构造
（氢键联结）
粒径 亲水性 胀缩性 压缩性
高岭石
大 小 小 小
伊利石
中 中 中 中
蒙脱石
小 大 大 大
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
②蜂窝结构：当土颗粒较细（粒径在0.02mm以下）时，在水中单个下 沉，碰到已沉积的土粒被吸收不再下沉（彼此之间引力大于重力），依 次一粒粒被吸收，形成很大孔隙的蜂窝状结构。（适用于粉土）
蜂窝结构
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
（1）物理风化
岩石经风、霜、雨的侵蚀，温度、湿度的变化，发生不均匀膨胀与 收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。 特点：矿物、岩石的物质成分不发生变化，只是碎裂成为大小不等 的碎块。 类型：①温差风化；②冰劈作用；③其它物理风化作用：盐类的结 晶与潮解、层裂或卸载作用。
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ①温差风化：由于温差 变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程， 常发生在温差较大的干 旱气候地区。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。 水结成冰时其体积可增 大9.2％。冰体将对裂缝 壁产生2000kg／cm2的 巨大压力。
次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型 高岭石、伊里石、蒙脱石
粘土矿物: 由硅片和铝片构成的晶包所组合而成
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.2 土的三相组成
基本单元： 硅-氧四面体
硅片的结构
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.1.2土的结构与构造 1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。
③絮状结构（二级蜂窝结构）：那些粒径极细的粘土颗粒（粒径小于 0.005mm）在水中长期悬浮，相互碰撞而吸引形成小链环状的土集粒， 它们互相接近吸引，不断扩大形成大链环状，称为絮状结构。（适用 于粘土）
絮状结构
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
2.2 土的三相组成
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.2 土的三相组成
原生矿物 石英、长石、云母
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ③其它物理风化作用： 盐类的结晶与潮解：充 填于岩石孔隙、裂隙中 含盐分的溶液，因水溶 液浓度的变化，盐类出 现结晶与溶解使岩石破 碎的过程(类似于冰劈作 用)。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
本章难点
土的物理性质指标与物理状态指标。
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
岩石 地球
风化 搬运、沉积
2.1 土的生成与特性 土
地球
土是由岩石，经物理化学风化、剥蚀、搬运、沉积，形 成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.1土的生成
粘土
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.1土的生成 （2）化学风化
岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触时，逐渐发生 化学变化，原来组成矿物发生变化，产生一种新的成分——次生 矿物。
粘土
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成 （3）生物风化
2.1 土的生成与特性
土颗粒
粗粒(0.075-200mm)
卵石或碎石颗粒 (20200mm)
圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm)
细粒(<0.075mm)
第2章 土的物理性质及工程分类
主要内容
• §2.1土的生成与特性 • §2.2土的三相组成 • §2.3土的物理性质指标 • §2.4土的物理状态指标 • §2.5地基土的工程分类
第2章 土的物理性质及工程分类
本章重点
土的三相组成与颗粒特征，土的物理性质指标，土 的物理状态指标，地基土的工程分类。
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配
粒径：颗粒的大小通常以直径表示。称为粒径（mm）或粒度。 粒组：粒径大小在一定范围内、具有相同或相似的成分和性质 的土粒集合。
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 巨粒(>200mm)
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.2土的结构与构造 1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。
①单粒结构：凡粗颗粒土（如卵石与砂土等），在沉积过程中，每 一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳定状态，其特点是土粒间 存在点与点的接触。
Байду номын сангаас
密实状态
疏松状态
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.2.1土的固体颗粒
2.土颗粒的大小与形状
粒径d/mm
0.005 0.075
2
60
200
粘粒 粉粒
砂粒
圆砾
卵石
漂石
（角砾） （碎石） （块石）
粒组名称
图2.2 土的粒径分组
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
2.土颗粒的大小与形状
2.2 土的三相组成
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
2.1.1 土的生成 （1）物理风化
由物理风化生成的土为粗粒土，如块碎石，砾石和砂土等，总 称为无粘性土
砾石料
卵石
砂
第2章 土的物理性质及工程分类 2.1 土的生成与特性
2.1.1土的生成 （2）化学风化
岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触时，逐渐发生 化学变化，原来组成矿物发生变化，产生一种新的成分——次生 矿物。
2.2 土的三相组成
基本单元： 铝-氢氧八面体
铝片的结构
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
1.土粒的矿物成分
2.2 土的三相组成
粘土矿物的 晶格构造
（氢键联结）
粒径 亲水性 胀缩性 压缩性
高岭石
大 小 小 小
伊利石
中 中 中 中
蒙脱石
小 大 大 大
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成