第二章土的性质及工程分类
《土力学》第二章习题及答案
《土力学》第二章习题及答案第2章土的物理性质及工程分类一、填空题1.处于半固态的粘性土，其界限含水量分别是、。
2.根据塑性指数，粘性土被分为土及土。
3.淤泥是指孔隙比大于且天然含水量大于的土。
4.无粘性土根据土的进行工程分类，碎石土是指粒径大于2mm的颗粒超过总质量的土。
5.冻胀融陷现象在性冻土中易发生，其主要原因是土中水分向冻结区的结果。
6.粘性土的灵敏度越高，受后其强度降低就越，所以在施工中应注意保护基槽，尽量减少对坑底土的扰动。
7.通常可以通过砂土的密实度或标准贯入锤击试验的判定无粘性土的密实程度。
二、名词解释1.液性指数2.可塑状态3.相对密实度4.土的湿陷性5.土的天然稠度6.触变性三、单项选择题1.下列土中，最容易发生冻胀融陷现象的季节性冻土是：（A）碎石土（B）砂土（C）粉土（D）粘土您的选项（）2.当粘性土含水量减小，土体积不再减小，土样所处的状态是：（A）固体状态（B）可塑状态（C）流动状态（D）半固体状态您的选项（）3.同一土样的饱和重度γsat、干重度γd、天然重度γ、有效重度γ′大小存在的关系是：（A）γsat > γd > γ > γ′（B）γsat > γ > γd > γ′（C）γsat > γ > γ′> γd（D）γsat > γ′> γ > γd您的选项（）4.已知某砂土的最大、最小孔隙比分别为0.7、0.3，若天然孔隙比为0.5，该砂土的相对密实度Dr为：（A）4.0（B）0.75（C）0.25（D）0.5您的选项（）5.判别粘性土软硬状态的指标是：（A）液限（B）塑限（C）塑性指数（D）液性指数您的选项（）6亲水性最弱的粘土矿物是：（A）蒙脱石（B）伊利石（C）高岭石（D）方解石您的选项（）7.土的三相比例指标中需通过实验直接测定的指标为：（A）含水量、孔隙比、饱和度（B）密度、含水量、孔隙率（C）土粒比重、含水量、密度（D）密度、含水量、孔隙比您的选项（）8.细粒土进行工程分类的依据是：（A）塑限（B）液限（C）粒度成分（D）塑性指数您的选项（）9.下列指标中，哪一指标数值越大，密实度越小。
土力学课件第2章_土的物理性质及分类
2.2.1 土的三相比例关系图
质量
m mw ms
气 水 土粒
体积
Va
Vv
Vw
V
Vs
ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量
100 %
（7）干密度ρd干容重γd • 定义：单位体积内土粒的质量或重量
• 表达式：
d
ms V
d
ms g V
d
g
• 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不 等于烘干土的密度。
• 土的干密度或干容重是评价土密实程度的 指标，干密度或干容重越大表明土越密实， 反之越疏松。常用它来控制填土工程的施 工质量。
干密度与湿密度和含水率的关系
m
V
d
wd
1
d 1 w
d
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d
ms V
s
1 e
e dsw 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv
ws w
e
wd s e
当土饱和时，即为Sr=100％
则
e wsat ds
w
sat
Gs e 1 e
w
Gs 1 1 e
e Gs (1 w)w 1
n 1 d Gs w
St
w d nw
kN/m3 kN/m3 kN/m3 kN/m3
2.2土的性质和工程分类
Dr
emax e emax emin
0＜Dr≤0.33 松散 0.33＜Dr≤0.67 中密 0.67＜Dr≤1 密实
Dr 在 0~1 之间，其值越大，表示土越密实。
16
2.《建筑地基基础设计规范》N：
砂土密实度
松散
N
N≤10
稍密
中密
10 <N≤15 15<N ≤ 30
含水量继续增大：随粒间引力减小，但有自由水，且水 占据的体积越大，颗粒占据的体积就越小，击实时孔隙 中过多的水分不易排出，气体也不易排出，以封闭气泡 的形式存在于土内，阻止土粒的移动，击实效果下降。
33
影响因素 含水量：较干、湿均得不到充分压实，最优含水量时可以
击实功：加大击实功能，能克服较大的粒间阻力，使土的 干密度增加，最优含水量减小；含水量低时能量影响较显 著，含水量较高时，加大击实功提高密实度是无效。
ax
λ越接近1，表明对压实质量的要求越高。 工程实践中：用土的压实度或压实系数来直接控制
填方工程的质量。
35
§2.7 地基土（岩）的工程分类
一、土的工程分类
巨粒土：>60mm
砾类土：2~60mm
工 一般土 粗粒土 砂类土：0.075~2mm
程 用 土
粉土：<0.075mm 细粒土
粘性土：<0.005mm
的质量）来衡量。
32
含水量低时：土粒表面的结合水膜薄，水处于强结合水 状态，土粒间距小，粒间引力占优势，土粒间的摩擦力、 粘结力都很大，所以土粒相对位移时阻力大，压实效果 差。
含水量增加：结合水膜增厚，土粒间距也逐渐增加，这 时斥力增加而使土块变软，引力相对减小，压实功能比 较容易克服，粒间引力而使土粒相互位移，趋于密实， 压实效果较好。
土力学与基础工程复习重点
土力学与基础工程复习重点第一章绪论（1）地基:支承基础的土体或岩体。
（2）天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基。
（3）人工地基:若地基软弱、承载力不能满足设计要求，则需对地基进行加固处理。
（4）基础：将结构承受的各重作用传递到地基上的结构组成部分。
第二章土的性质及工程分类（1）土体的三相体系：土体一般由固相(固体颗粒）、液相（土中水）和气相(气体）三部分组成。
（2）粒度:土粒的大小。
（3）界限粒径：划分粒组的分界尺寸。
（4）颗粒级配:土中所含各粒组的相对量,以土粒总重的百分数表示。
（5）土的颗粒级配曲线.（6）土中的水和气（p9)（7）工程中常用不均匀系数和曲率系数来反映土颗粒级配的不均匀程度。
不均匀系数反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数描述了级配曲线分布整体形态。
工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：1.对于级配连续的土：,级配良好：,级配良好。
2.对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状(见图2。
5曲线C）,采用单一指标难以全面有效地判断土的级配好坏，同时需满足和两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。
颗粒分析实验：确定土中各个粒组相对含量的方法称为土的颗粒分析实验。
对于粒径大于0.075mm的粗粒土，可用筛分法。
对于粒径小于0。
075mm的细粒土，则可用沉降分析法（水分法）。
（7）土的物理性质指标三个基本实验指标1.土的天然密度土单位体积的质量称为土的密度（单位为)，即。
(2。
10）2.土的含水量土中的水的质量与土粒质量之比(用百分数表示）称为土的含水量,即。
（2.11)3.土粒相对密度土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比，称为土粒相对密度，即（2.12）反映土单位体积质量（或重力)的指标1.土的干密度土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，并以表示:。
（2.13）2.土的饱和密度土孔隙中充满水的单位体积质量，称为土的饱和密度，即, （2。
14）式中为水的密度,近似取3.土的有效密度（或浮密度）在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度，即。
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)
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-2 土的性质及工程分类
定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。 筛分法：粒径>0.075mm 密度计法：粒径<0.075mm 联合测定：既有粒径>0.075mm，又有粒径>0.075mm
1.筛分法
利用一套孔径由大到小的筛子，将按规 定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠 好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留 在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小 于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）
一般特征
漂石、块石颗粒 卵石、碎石颗粒
＞200 200～20
透水性很大，无粘性，无毛细水
圆砾、角砾颗粒 砂粒
粗 中 细
20～10 10～5 5～2
透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小
粗 中 细 极细
2～0.5 0.5～0.25 0.25～0.1 0.1～0.05
易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大， 随粒径变小而增大
伊利石：云母在碱性介质中风化产物， 2：1型晶格，晶层靠钾离子连接，比较 稳定，但不如氢键；
高岭石：长石风化产物，1：1型晶格， 一个硅片＋一个铝片＝一个晶层，晶层 靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。
（三）土粒的大小和土的级配 粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组。
土粒粒组的划分
粒组名称
粒径范围
（2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级 配的好坏。
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均 匀系数Cu和曲率系数Cc。
Cu
d 60 d10
Cc
d30 2 d10d60
土力学 第2版 第二章 土的物理性质及分类
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
第2章 土的性质及工程分类-2
标准灌入试验装置
1.标准灌入试验：击锤 63.5kg，落距 76cm，贯入深度30cm；适用于砂土、饱和砂土 2.轻型触探试验：击锤 10 kg，落距 50cm，贯入深度30cm；适用于粘土、粉土、素填土
3.重型触探试验：击锤 63.5 kg，落距 76cm，贯入深度10cm；适用于碎石土和卵石土
标准贯入击数
定义: 63.5kg重锤，760mm落距下落，将标准 贯入器击入土中，累计深度达300mm时需要的锤 击数,记做N63.5。 提示: 反映了贯入的难易程度，从而反映了贯 入阻力的大小。 而贯入阻力主要取决于土的密实度，因而采用 该参数可有效地衡量现场土层中无粘性土的密 实度。 特点：依据统一的试验规程，采用标准贯入试 验设备，测定的参数值具有可比性，因而广泛 应用于工程勘探。 标准：见铁道规范，建筑地基基础设计规范。
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
e
1
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
d max
d s w
1 0.67
ms 2 1.45 g / cm 3 V d s w 1 0.86
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
二、达西定律适用范围与起始水力坡降
达西定律
讨论：
砂土的渗透速度与水 力梯度呈线性关系
v ki
v v=ki O
密实的粘土，需要克 服结合水的粘滞阻力 后才能发生渗透;同 时渗透系数与水力坡 降的规律还偏离达西 定律而呈非线性关系
砂土
v
i 虚直线简化
2 土的性质及工程分类
3、已知含水量
mw w 0.1, ms mw 0.1m s
土粒
而 m w m s m 1.7 m s 1.55, m w 0.15
4、土粒密度
ms 而： s Vs ms 1.55 Vs 0.57 s 2.72
s 27.2 s 2.72 g 10
m V
土 的 质 3 （g/cm ） 量
土的体积
g
(kN/m3)
测试方法：粘性土一般采用环刀法。
2、土的含水量
土中水的质量 mw 与固体（土粒）质量 ms 之比。
mw w 100 ％ ms
m湿－m干 w 100 ％ m干
含水量常用烘干法测定， 它是描述土的干湿程度的重 要指标。土的天然含水量变 化范围很大，从干砂的含水 量接近于零到蒙脱土的含水 量可达百分之几百。
6.7 --- 限定粒径 中值粒径有效粒径 1.5
工程中常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc来反映土颗粒级 配的不均匀程度。
可见，不均匀系数Cu反映了大小不同粒组的分布情况， 曲率系数Cc描述了级配曲线分布的整体形态。
工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：
① 对于级配连续的土：Cu>5，级配良好；反之，Cu<5， 级配不良。
土的结构和构造
土的结构是指土粒单 元的大小、形状、相互排 列及其联结关系等因素形 成的综合特征。
土的结构
单粒结构 蜂窝结构 絮凝结构
1、单粒结构 单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。 紧密状单粒结构的土，强度较大，压缩性较小，是较为良 好的天然地基； 而具有疏松单粒结构的土，其骨架不稳定，当受到振动或 其他外力作用时，引起土体较大的变形，这种土层如未经处 理一般不宜作为建筑物的地基。 2、蜂窝结构 蜂窝状结构是以粉粒(0.075－0.005mm)为主的土的结构 特征。可承担一般的水平静荷载。但当其承受较高水平荷载 或动力荷载时，其结构将破坏，导致严重的地基沉降。 3、絮状结构 絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征。土的结构形成以后， 当外界条件变化时，土的结构会发生变化。在取土试验或施 工过程中都必须尽量减少对土的扰动，避免破坏土的原状结 构。
土力学与基础工程·随堂练习2020春华工答案
华南理工大学-土力学与基础工程随堂练习第二章土的性质及工程分类1.(单选题) 土中所含“不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为（）。
A.结合水；B.自由水；C.强结合水；D.弱结合水。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：D问题解析：2.(单选题) 由某土颗粒级配曲线获得d60=12.5mm，d10=0.03mm，则该土的不均匀系数Cu为（）。
A.416.7；B.4167；C.2.4×10-3；D.12.53。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：A问题解析：3.(单选题) 具有更好的分选性和磨圆度的土是（）。
A.残积土；B.坡积土；C. 洪积土；D. 冲积土。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：D问题解析：4.(单选题) 对无粘性土的工程性质影响最大的因素是（）。
A.含水量；B.密实度；C.矿物成分；D.颗粒的均匀程度。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：5.(单选题) 处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验方法测定（）。
A.载荷试验；B.十字板剪切试验；C.标准贯入试验；D.轻便触探试验。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：C问题解析：6.(单选题) 某粘性土的液性指数=0.6，则该土的状态（）。
A.硬塑；B. 可塑；C. 软塑；D.流塑。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：7.(单选题) 粘性土的塑性指数越大，表示土的（）。
A.含水量w越大；B.粘粒含量越高；C. 粉粒含量越高；D. 塑限Wp 越高。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：8.(单选题) 淤泥属于（）。
A.粉土；B.粘性土；C. 粉砂；D. 细砂。
答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：9.(单选题) 粘性土的塑性指数越大，说明（）。
第二章土的工程性质与分类
• （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
《土力学》第一、二章土的物理性质及工程分类
3、描述土的孔隙体积相对含量的指标 （1）、土的孔隙比 ）、土的孔隙比 ）、土的孔隙率 （2）、土的孔隙率 ）、土的饱和度 （3）、土的饱和度 二、指标的换算
1. 4 无黏性土的密实度
一、 砂土的相对密实度 二、无黏性土密实度划分的其他方法
1. 5 黏性土的物理特征
一、黏性土的可塑性及界限含水量 黏性土的状态随含水量的增大而变软: 黏性土的状态随含水量的增大而变软:
一、 渗流力 二、 渗砂或流土现象
当 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 这种现象称为渗砂或流土。 这种现象称为渗砂或流土。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。
三、管涌现象和潜蚀作用
在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失， 在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失，导致孔 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。
二、黏性土的可塑性指标
1、塑性指数 Ip = wL – wp 2、液性指数 IL =
三、黏性土的结构性和触变性
黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： 黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： ：低灵敏土 灵敏度： 灵敏度： ：中灵敏土 ：高灵敏土 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 这种胶体化学性质称为土的触变性。 这种胶体化学性质称为土的触变性。
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土的粒组划分
3.土的颗粒级配(粒径级配)
定义：岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物 作用下所引起的破坏过程。
结果：不仅破坏了岩石的结构，而且使其化学成分发生了 变化，形成新的矿物（次生矿物）。
○ 生物风化
定义：生物活动过程中对岩石的破坏作用。 结果：可能生物原生矿物或次生矿物。
4.土性质复杂的原因
○ 成因复杂（自然的产物） ○ 组成复杂。通常由以下三部分组成：
蒙脱石：Al2O3 4SiO2 nH2O
亲水性： 蒙脱石>伊利石>高岭石
b. 倍半氧化物及次生二氧化硅 c. 可溶性次生矿物
（3）有机质
高岭石 伊利石
蒙脱石
❖粘土的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各
种难溶盐类，它们都是次生矿物。
2.土颗粒的大小和形状
自然界中存在的土，都是由粒径大小不同的土粒组成的， 土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。因此 可将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组，划分 粒组的分界尺寸称为界限粒径。
小于某粒径的土粒质量(％）＝
小于该粒径的土的累计 质量
100
土的总质量
＝（1－
大于该粒径的土的累计 土的总质量
质量）
100
土粒级配状况的判别
定性判别
（1）曲线连续且分布范围广(平缓)，表示土粒粒径大小相差较大，为级 配不均匀或级配良好的土
（2）曲线连续但分布范围窄(曲线较陡)，表示土粒粒径大小相差不多， 为级配均匀或级配不良的土
200g
P
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
72
% 95 87 78 66 55 36
水分法
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 粒径(mm)
土的粒径级配累积曲线
级配曲线的制作
横坐标：土粒粒径(已换算为对数) 纵坐标：小于某粒径的土粒质量百分数（%）
水分子 极性
粘粒
弱结合水
自由水
（2-1）强结合水：没有溶解盐类的能
力，不能传递静水压力，牢固地吸附于土 粒表面，其性质接近于固体，具有极大的 粘滞度、弹性和抗剪强度。
（2-2）弱结合水：厚度较强结合水大，
具有较高的粘滞度、抗剪强度，仍不能传 递静水压力。当含量较多时，使土具有一 定的可塑性。
（3）曲线出现不连续（如“平台”），表示缺乏某些粒径的土，为级配 不
良的土
定量判别：利用不均匀系数Cu和曲率系数Cc
Cu = d60 / d10
(表示土粒的不均匀程度)
Cc
=
d320 d10 . d60
(表示级配曲线的连续程度)
有效粒径d10:土粒质量累计为10%时的粒径。 中值粒径d30:土粒质量累计为30%时的粒径。 限定粒径d60:土粒质量累计为60%时的粒径。 平均粒径d50:土粒质量累计为50%时的粒径。
土粒：构成土的骨架，称为固相。 孔隙中的水(及溶液物质)：称为液相。 孔隙中的气体：称为气相。
5.土与岩石的区别：仅在于颗粒间胶结的强弱。
粒间无胶结：无黏性土（如砂、碎石等） 粒间弱胶结：黏性土、粉土等。 粒间强胶结：岩石。
2.2 土的三相组成及土的结构
1.土的固体颗粒(固相)：通常由以下三部分组成：
第二章 土的性质及工程分类
主要内容：
◆ 土的三相组成及土的结构 ◆ 土的物理性质指标 ◆ 无黏(粘)性土的密实度 ◆ 黏性土的物理特性 ◆ 土的渗透性 ◆ 地基土的工程分类
2.1 概述
1.风化作用
由于昼夜和季节的气温变化(使地表各种原岩不断 发生热胀脱离、冷缩开裂等机械破碎)、水和水溶 液的存在(使原岩不断发生水化、氧化、碳酸盐化、 溶解以及缝隙水冻胀引起崩裂等化学和机械破碎)、 动植物和微生物的活动(使原岩不断发生机械破碎 和化学变化)，对原岩发生机械破碎和化学变化的 作用，称为风化作用。
土的颗粒级配：土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总 量的百分数)。
颗粒级配的用途：作为确定土的名称和选用建筑材料的重 要依据。它是决定无粘性土工程性质的主 要因素。
颗粒级配的分析方法——颗分试验
筛分法：适用于粒径>0.075mm。 比重计法或移液管法：适用于粒径<0.075mm。
筛分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
2.什么是土？
岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿 物集合体。 （由此可见：土是一种复合材料）
3.风化的类型
○ 物理风化
定义：由于温度变化和岩石裂隙中水的冻结以及盐类的结 晶引起的岩石表面逐渐破碎崩解的过程。
结果：主要使岩石机械破碎。风化的产物（原生矿物）与 原母岩矿物成分、化学性质相同。
○ 化学风化
（表示土粒的粗细程度 ）
判别：
(1)对级配曲线连续的土：Cu>5为级配良好； Cu<5为级配不良
(2)对级配曲线不连续的土：同时满足Cu>5和Cc<1~3时为级配良好 反之为级配不良
填方用料的选择： 应选择级配良好的土
4.土中的水(液相)
结晶水 - 土粒矿物内部的水
土中水 结合水 - 与土粒表面结合的水 强结合水 弱结合水
自由水
重力水 毛细水
（1）结晶水
存在于矿物结晶中的水，只有在高温(>105 00C)下，才能从 矿物中吸出，故可把它视作矿物本身的一部分。
（2）结合水
受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。
+
+
+ + __
_ _
_
_
__
+ _
_
+ _
___
_ __
_
+_ __
_
_
粘土颗粒
强结合水
O2
105o
H+
H+
（1）原生矿物
物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。 特点：化学性质稳定，水稳性强。
（2）次生矿物
化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。 特点：颗粒细酸盐晶体，片状。
高岭石： Al2O3 2SiO2 2H2O 伊利石：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O