工程地质与地基基础02土的性质及工程分类
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-第二章
1
2
无粘性土的密实度
无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。 密实度的评价方法有三种： 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 利用标准贯入试验等原位测试方法 野外观测方法 （用于碎石土）
1.2 土的物理性质指标－天然密度
土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：
01
含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用“烘干法”确定。
土中水
自由水
结合水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
结晶水
结晶水：土粒矿物内部的水。
土中水和气
弱结合水
2.2.2 土中水和气
强结合水-具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。 自由水-可以传递静水压力 、能溶解盐类。
颗粒堆积物
土： 狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 广义：土则是将整体岩石也视为土
岩石
地球
地球
搬运、沉积
1 土的形成
1.1 土的形成与组成
构成土骨架，起决定作用1.1 土的形成与组成 Nhomakorabea气相
土体的分类以及工程地质性能
粘性土
粘性土为塑性指数大于10的土,它可分为粘土和粉质粘土。
塑性指数Ip 土的名称 粘土 粉质粘土 状态 坚硬 硬塑 液性指数IL 0.75<IL≤1 IL>1 状态 软塑 流塑
Ip>17 10<Ip≤17 液性指数IL
IL≤0 0<IL≤0.25
0.25<IL≤0.75 可塑 液性指数：粘性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数比值
红粘土
红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化 作用形成的高塑性粘土。其液限一般大于 50。红粘土经再搬运后仍保留其基本特征, 其液限大于45的土为次生红粘土。
人工填土的分类
由人类活动堆填形成的各类土为人工填土。 人工填土根据其组成和成因,可分素填土、压实填 土、杂填土、冲填土。
素填土为由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成 的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等 杂物的填土。 冲填土为由水力冲填泥沙形成的填土。
碎石土的密实度 （二）
超重型动力触探击数N120
超重型动力触探击数N120 11<N120≤14 密实度 密实
超重型动力触探击数N120 密实度 N120≤3 松散
3<N120≤6
6<N120≤11
稍密
中密
N120>14
—
很密
—
注：对于平均粒径大于50mm,或最大粒径大于100mm的碎石土
砂土的密实度 （一）
标准
岩体特征 透水率q (Lu) q<0.1 0.1≤q<1 1≤q<10 10≤q<100 q≥100 完整岩石,含等价开度小于 0.025mm裂隙的岩体 含等价开度0.025～ 0.05mm裂隙的岩体 含等价开度0.05～0.01mm 裂隙的岩体 含等价开度0.01～0.5mm 裂隙的岩体 含等价开度0.5～2.5mm裂 隙的岩体 含连通孔洞或等价开度大 于2.5mm裂隙的岩体
土力学与地基基础课后答案
mw 129.5 − 121.5 m − ms * 100% = * 100% = * 100% =6.6% ms ms 121.5
3
土力学与地基基础参考答案
由 ds =
m 121.5 ms ⇒ vs = s = = 45 ds 2.7 vs ρ w
vv = v − vs = 72 − 45 = 27
粒比重为 2.7，试计算该土样的含水量 w、孔隙比 e、饱和度 sr 、重度 r、饱和重 度 rsat 浮重度 r ' 以及干重度 rd ,并比较各重度的数值大小（先导得公式然后求解） 。 解： v = 72cm 3 m=129.5g (1) w = ms = 121.5 g d s = 2.7 ρ = m 129.5 = = 1.799 g / cm3 v 72
w= 2.8
粒分析结果如下表 土粒组的粒径范 2～0.5 0.5～0.25 0.2 ～0.075 <0.075 >2 围（mm） 粒组占干土总质 21．0 9.4 18.6 37.5 13.5 量的百分数 （%） 试求： （1） 确定该土样的名称； （2） 计算该土的孔隙比和饱和度； （3） 确定该土的湿度状态； （4） 如该土埋深在离地面 3m 以内，某标准贯入试验锤击数 N=14，试确定该 土的密实度。 解： （1）粒径大于 0.075mm 的颗粒为 9.4%+18.6%+21.0%+37.5%=86.9%超过全 重的 50%因此为细砂。 （2） e =
2
土力学与地基基础参考答案
由e =
d s (1 + w) ρ w 2.70(1 + 0.322)1.0 −1 = − 1 = 0.87 ρ 1.91
（1） v v = e = 0.87 cm 3 （2） vw = wd s = 0.322 *2.70=0.87 cm 3 （3） v = 1 + e = 1 + 0.87 = 1.87 cm 3 （4） ms = d s ρ w = 2.70 *1.0=2.70g （5） mw = wd s ρ w = 0.322 * 2.70 * 1.0 = 0.87 g （6） m = ms + mw = 3.57 g （7） sr =
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。
《土力学与地基基础》教案
《土力学与地基基础》教案第一章：土的性质与分类1.1 教学目标了解土的组成、性质和分类，掌握土的三相指标及土的密度、含水率和塑性指数的概念。
学会使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
理解土的工程特性及其对地基基础的影响。
1.2 教学内容土壤的组成与结构土壤的物理性质：密度、含水率、塑性指数土壤的力学性质：抗剪强度、压缩性、渗透性土的分类与工程特性土工试验：密度试验、含水率试验、塑性指数试验1.3 教学方法课堂讲授：讲解土壤的性质、分类和工程特性。
实验教学：指导学生使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
案例分析：分析实际工程案例，理解土壤性质对地基基础的影响。
第二章：土力学基本理论2.1 教学目标掌握土力学的基本概念、原理和定律，包括剪切强度理论、压缩理论和小应变弹性理论。
学会运用土力学理论分析土壤的力学行为。
土力学的基本概念：应力、应变、应力路径剪切强度理论：抗剪强度、库仑定律、莫尔-库仑准则压缩理论：压缩性、压缩系数、压缩模量小应变弹性理论：弹性模量、泊松比、弹性应变2.3 教学方法课堂讲授：讲解土力学的基本概念、原理和定律。
数值分析：运用数值方法分析土壤的力学行为。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学理论解决问题。
第三章：地基基础设计原理3.1 教学目标掌握地基基础的设计原理和方法，包括浅基础、深基础和地下工程的设计。
学会运用土力学和结构力学的知识进行地基基础的设计。
3.2 教学内容浅基础设计原理：承载力计算、基础尺寸确定、沉降计算深基础设计原理：桩基础、沉井基础、地下连续墙地下工程设计原理：隧道、地铁、地下室3.3 教学方法课堂讲授：讲解地基基础的设计原理和方法。
数值分析：运用数值方法分析地基基础的设计问题。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学和结构力学的知识进行地基基础设计。
第四章：地基承载力与稳定性分析掌握地基承载力和稳定性的分析方法，包括极限平衡法、数值方法和实验方法。
学会运用地基承载力和稳定性分析方法解决实际工程问题。
土的工程分类及各类型土的工程性质
3、黄土
1）特征与分布
黄土是第四季干旱半干旱气候条件下形成的一种性 质特殊的大陆松散沉积物。
颜色主要呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；以粉粒为主 （多为0.05-0.01mm的粗粉粒），粒度大小均一， 黏粒含量少（一般小于10%）；富含碳酸盐以及硫 酸盐、少量其他易溶盐类；孔隙比较大，一般在1.0 左右，具有肉眼可见的大孔隙；垂直节理发育；浸 湿后土体显著沉陷（称为湿陷性）。具有上述全部 特征的土即为典型黄土。上述有的特征不明显的土 称为黄土状土。两者统称为黄土类土，简称黄土。
漂石(块石)混合土 卵石(碎石)混合土
注：巨粒混合土可根据所含粗粒或细粒的含量进行细分。
砾类土的分类：
土类 砾土
粒组含量
级配Cu5，1Cc3 细粒含量<5% 级配不能同时满足
上述要求
土类名称 级配良好砾土
级配不良砾土
含细粒土砾土
5%细粒含量<15%
含细粒土砾土
细粒土质砾土
15%细粒含量 <50%
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的85%的土 为细砂土。
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的50%的土 为粉砂土。
举例:
例1：某砂土样，经筛析试验，得到各粒组含 量的百分比为：
粒径mm
>5
5~2
~0.0 75
<0.075
质量百分比 %
8
22
26
14
5、湖积土
工程特征：湖边沉积物粒粗，承载力高；远岸沉 积物粒细，性质变差；湖心沉积物主要为黏土和 淤泥软土，压缩性高，强度很低；湖泊淤塞可演 变为沼泽，沼泽沉积土为沼泽土，主要由半腐烂 的植物残体和泥炭组成，含水量极高，承载力极 低。
《土力学与地基基础》第3章 土的物理性质和工程分类
横坐标（对数坐标）为土的粒径d（mm）， 纵坐标为小于某粒径含量百分比（%）。（课本第36页）
颗粒级配曲线的用途： （1）对粗粒土进行分类（详见课本第50页）
碎石土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
砂土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
自由水： （课本第37页）
按其移动所受作用力的不同，可以分为：
（1）重力水：是在重力或压力差作用下，能自由流动的自
由水。 一般指地下水位以下的透水层中的地下水，它对土粒有
浮力作用，直接影响土的应力状态，因此，基坑（槽）开挖 要采取降（排）水措施，建筑物的地下室需要进行防渗处理 。
自由水： （课本第37页）
w mw 100 % m ms 100 %
ms
ms
单位：%
测定方法：烘干法。
天然土样称重后，置于 烘箱内烘干，再称干土 重。
（课本第40-41页）
测定方法：烘干法。天然土样称重后，置于烘箱内 烘干，再称干土重。
粗集料
细集料
含水率公式：w m水 100% （课本第41页）
m土颗粒
公式各部分计算过程：（课本没有，补充内容）
（2）毛细水：是受到水与空气交
界面处表面张力作用的自由水。 存在于地下水位以上的透水层
中，对建筑物底层的防潮有重要影 响。土粒由于毛细水压力互相靠近 而压紧，土因而具有微弱的黏聚力 ，称为毛细压力。
亲水性 表面张力 憎水性 表面张力
表面张力
毛细压力能使潮湿砂土开挖一定高度，但失水干 燥后就会松散坍塌。
V Vs Vv
天然密度反映土的紧密程度，密度越大表示土的颗粒 越多，即越紧密。
土力学与基础工程
答：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，表示是否有某粒组缺失的情况。
(1) 对于级配连续的Cu>5,级配良好；反之，Cu<5，级配不良。
(2)对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状，采用单一指标Cu 难以全面有效地判断土的级配好坏，则需同时满足Cu>5 和Cc=1-3 两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。
答：影响砂、卵石等无粘性土工程性质的主要因素是密实度。
答：土层发生冻胀的原因是水分的迁移和积聚所致发生冻胀的条件是土的因素、水的因素、温度的因素也是图层发生冻胀的三个必要条件。
答：毛细水是受到水与空气交壤面处表面张力的作用、存在于地下水位以上的透水层中自由水。
在粉细砂和粉土，则毛细水高度大，而且上升速度也快，即毛细现象严重。
答：在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量。
影响击实效果的主要因素最重要的是含水量、击实功能、土的性质。
答：土体在自重作用下只能产生竖向变形，而无侧向位移及剪切变形存在。
一 般土层形成地质年代较长，在自重作用下变形早已稳定，故自重压力再也不引起 建造物基础沉降，但对于近期沉积或者堆积的土层以及地下水位升降等情况，尚 应考虑自重应力作用下的变形， 这是因为地下水位 ide 变动， 引起土的重度改变 的结果。
答：因为受地基容许承载力的限制、加之基础还有一定的埋置深度，其基底压 力呈马鞍形分布，而且其发展趋向于均匀，故可近似简化为基底反力均匀分布； 此外根据弹性理论中圣维南原理可以证明，在基础底面下一定深度所引起的地 基附加应力与基底荷载分布形态无关，而只与合力的大小和作用点位置有关。
中心荷载作用时 P=(F+G)/A.偏心荷载作用时 Pmax=(F+G)/A ±M/WMin答： (1)附加应力σ 自基底起算，随深度呈曲线衰减；(2) σ 具有一定的扩散性。
2土的物理性质及工程分类
进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动
力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002)
密实度
松散 稍密
中密
密实
按N评定砂石密实度 N≤10 10＜N≤15 15＜N≤30 N＞30
按N63.5评定碎石土密实度 N63.5≤5 5＜N63.5≤10 10＜N63.5≤20 N63.5＞20
二、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度状态
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破 坏的抵抗能力,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。
d
sat
ms
VV w
V
(Gs e)w
1 e
d
ms V
Gs w
1 e
1
n VV e V 1e
sat
(Gs 1)w
1 e
Sr
Vw VV
mw
VV W
Gs
e
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为 1为827.g6，6，烘求干该后土，样干的土含质水量量为ω1、67密g。度若ρ、土重粒度的相、对干密重度度Gs
三、例题分析
【ω=例9.4】3%某,天砂然土密试度样ρ,试=1验.66测/c定m3土。粒已相知对砂密样度最G密s=实2.状7,含态水时量称
得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量 m实s2状=1态.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密
土石方工程与地基处理2土的工程性质及分类
2、砂土 砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全
重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50% 的土。
砂土按颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂和粉
砂。其分类标准见表1-7。
土的名称 砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
砂土分类 表1-7
颗粒级配 粒径大于2mm的颗粒占全重25%～50% 粒径大于0.5mm的颗粒占全重50% 粒径大于0.25mm的颗粒占全重50% 粒径大于0.075mm的颗粒占全重85% 粒径大于0.075mm的颗粒占全重50%
Tˊ随N的增大而增大。
以不同的N和Tˊ进行3～4次试验，得出不同的 σ、τf值，在直角坐标纸上将各个σ、τf点 连接成一直线，该线 称土的抗剪强度曲线。 见图1-10、1-11。
2、库伦定律
上述直线方程式如下：
砂土类土
粘土类土
上述公式统称为抗剪强度的库伦定律。其中∮ 为直线与水平轴的夹角，c为直线在纵轴上的截距 。在一定试验条件下得出的∮、c值，一般能反映 土的抗剪强度的大小，故∮与c称为土的抗剪强度 指标。
（1）清理场地在施工区域内，将原有地上地 下房屋、构筑物、管线、河渠等进行拆除、疏 通或改建，对耕植土及淤泥等进行清理。
（2）排除地面积水 在排除地面积水的同时 ，尽量利用自然地形设置排水沟，防止水积存 ，使场地保持干燥，以利土方施工。
（3）修筑临时道路以供机械进场和土方运输 等。（三通）
五、场地土方量计算
场地平整土方量的计算，是为了制订
施工方案，对填挖方进行合理调配，同时也是
检查及验收实际土方数量的依据。土方量的计
算方法，通常有方格网法和断面法。
（一）方格网法
方格网法是根据地形图（一般用
地基基础土的物理性质及工程分类
单粒结构：粗颗粒土
蜂窝结构：细颗粒土（d=0.002~0.02mm)
絮状结构：海积粘土(d<0.005mm)
单粒结构
蜂窝结构
絮状结构
土的构造：
土体中各结构单元之间的关系。
分散构造 层理构造
裂隙构造
1.2 土的物理性质指标
三相图（体积-质量关系） 基本指标（3个）
粉土：粒径d>0.075mm的颗粒 含量不超过全重的50％，且塑 性指数≤10的土。
粘性土：塑性指数大于10的土。
人工填土：由人类活动堆填形 成的各类土。
根据其组成和成因分为四类：
素填土：由碎石土、砂土、粉土、粘性 土等组成的填土。 压实填土：经过压实或夯实的素填土。
杂填土：含有建筑垃圾、工业废料、 生活垃圾等杂物的填土。 冲填土：由水力冲填泥砂形成的填土。
生物风化：动植物和人类活动对岩体的 破坏作用。
土的特点
多相（固、液、气三相组成） 多孔（属非连续介质） 松散（密实度可以发生变化）
区域性（软土、黄土、膨胀土、红粘土等）
压缩性大，压缩变形历时长 强度低 透水性大
土的工程性质
物理性质 水理性质 变形性质 强度性质 化学性质
研究土性的基本方法
室内试验 原位测试 工程经验 理论分析
毛细水：位于地下水位以上，受水气界面表面张力作 用而上升。 重力水：位于地下水位以下，在自重及外力作用下可流动。
另：气态水或固态水
毛细水示意图：
土中气（气相）
非封闭气体：也称自由气体，与大气连通。
封闭气体：
对土工程性质的影响：
1、渗透性减小； 2、弹性增大；压缩性增大； 3、变形历时增加。
土力学与地基基础(土的物理性质及工程分类)
0.075mm 0.005mm
（2）颗粒级配 概念：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(各粒组占土粒总量的百分数)来表示。 级配测定：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土） 级配表达方式：表格法；颗粒级配累积曲线（见图） 颗粒级配累积曲线的意义：由曲线的坡度可判断土的均匀 程度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不 好 级配指标： d6 0 C u 不均匀系数: d1 0 不均匀系数越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好， 作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度．大于 10级配良好；小于5级配不好 2
mg / v g
d d g
反映紧密程度，达到 1.5~1.65t/m3土就比较密实
sat g sat
每个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为
sat d
g ' sat w
' '
V e V
砂土和粘性土中的渗透曲线
2、管涌（概念、预防措施）
七、土的压实性
（一）土的压实原理 最优含水量Wop和最大干密度ρdmax的概念 最优含水量和最大干密度的测定： 通过室内击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲 线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为 最大干密度。 （二）影响压实效果的因素 1、压实功 2、含水量 3、铺土厚度 4、土的粒径级配 （三）压实填土质量指标 压实系数
7、土粒分组分成（ ） A 5 B 6 C 7 D 9 8、受土粒表面电场影响的最大的水膜是（ ） A 强结合水 B 弱结合水 C 自由水 D 毛细水 9、中砂是哪种结构（ ） A 单粒结构 B 蜂窝结构 C 絮状结构 D 以上都不是 10、Wp=35，Wl=50的土是（ ）土，应命名为（ ） A 粉土，粉土 B 粘性土，粉质粘土 C 粘性土， 粘土 D 泥
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。
《土力学与地基基础》课后习题答案-清华大学
《土力学地基基础》第四版习题集解答，陈希哲第一章 工程地质1.1如何鉴定矿物？准备一些常见的矿物，如石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石、方解石、云母、滑石和高岭土等，进行比较与鉴定。
1.2岩浆岩有何特征？准备若干常见的岩浆岩标本，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、玢岩和辉岩进行鉴定。
1.3沉积岩最显著的特征是什么？准备多种常见的沉积岩标本，如砾岩、角砾岩、砂岩、凝灰岩、泥岩、页岩、石灰岩和泥灰岩等，进行对比鉴定。
1.4变质岩有什么特征？准备几种常见的变质岩，如大理岩、石英岩、板岩、云母片岩和片麻岩进行比较与鉴定。
1.5解：水池长度、宽度、高度分别为50、20、4m 壁厚0.3m。
水池与地面齐平。
1）底板浮力计算：底板~水面之间的水位深度h=4-2.5=1.5m底板静水压力强度：Pw=γw h=10×1.5=15KPa=15KN/m 2底板面积S 底板=50×20=1000m 2底板上的浮力P 浮= Pw×S 底板=15000KN2）不考虑钢筋混凝土水池自重的侧壁摩擦阻力F 1和抗浮安全系数计算：钢筋混凝土水池的侧壁面积S 侧壁=2×[（50×4）+（20×4）]= 560m 2已知侧壁与土体之间的摩擦强度为μ=10KPa； 侧壁总摩擦力F 1=μ×S 侧壁=10×560＝5600KN∵F 1＜P 浮，抗浮安全系数K= F 1/P 浮=5600/15000=0.37＜1，∴在不考虑钢筋混凝土水池自重时，水池刚竣工，未充水，也不考虑池中水重量，此时不安全。
3）考虑钢筋混凝土水池自重的抗浮安全系数计算：钢筋混凝土的重度一般为γ砼=24KN/m 3；钢筋混凝土水池四个侧壁体积V 1=2×[（50×4×0.3）+（20-2×0.3）×4×0.3]=166.56m 3扣掉侧壁厚度尺寸后钢筋混凝土水池底板体积V 2：V 2=[（50-0.6）×（20-0.6）] ×0.3=287.5m 3所以，水池本身钢筋混凝土的体积V=V 1+V 2=454 m 3钢筋混凝土水池重量W=γ砼×V=24×454＝10896KN∵F 1+W=16496＞P 浮，抗浮安全系数K= 16496/15000=1.1＞1， ∴在考虑钢筋混凝土水池自重时，此时安全。
土体的分类以及工程地质性能
砂土的分类
砂土为粒径大于2mm的颗粒不超过总质量50%、粒径 砂土为粒径大于2mm的颗粒不超过总质量50%、粒径 大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土。 大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土。
土的名称 砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂 颗粒含量 粒径大于2mm的颗粒超过全重25%～50% 粒径大于0.5mm的颗粒超过全重50% 粒径大于0.25mm的颗粒超过全重50% 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85% 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%
10<N63.5≤20 N63.5>20
中密 密实
注1：圆锥动力触探是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入 土中的阻力大小判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理学性质，对地 基土作出工程地质评价。通常以打入土中一定距离所需的锤击数来表示土的阻力。 注2：本表适用于平均粒径小于等于50mm,且最大粒径小于100mm的碎石土。
淤泥和淤泥质土
粘性土中有两个亚类( 粘性土中有两个亚类(淤泥和淤泥质土、红 粘土) 粘土)与工程建筑关系极为密切 淤泥为在静水或缓慢的流水环境中沉 淀,并经生物作用形成,其天然含水量大于液 并经生物作用形成, 限,天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土。当 天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土。当 天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5 天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5 但大于或等于1.0的粘性土或粉土为淤泥质 但大于或等于1.0的粘性土或粉土为淤泥质 土。
特殊土
膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水性矿物 组成, 组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩 特性, 自由膨胀率大于或等于40%的粘性 特性,其自由膨胀率大于或等于40%的粘性 土。 注：自由膨胀率是人工制备的烘干、碾细的土试样，在水中
土力学地基基础
土力学地基基础复习土的物理性质及其工程分类1、粒径级配曲线上：纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径d60称为限定粒径；d60与d10的比值称为不均匀系数C u，不均匀系数为表示土颗粒组成的重要特征。
当C u很小时曲线很陡，表示土均匀；当C u很大时表示曲线平缓，表示土的级配良好。
2、曲率系数C c为表示土颗粒组成的又一特征，计算方法如下：C c=(d30)2/d10*d60砾石和砂石级配C u≥5且C c=1~3为级配良好；级配不同时满足上述两个要求，则级配不良。
3、结合水：强结合水由粘土表面的电分子力牢固地吸引的水分子紧靠土粒表面，厚度小于0.003微米，这种强结合水的性质与普通水不同，它的性质接近固体不传递静水压力，100度不蒸发，并且具有很大的粘滞性，弹性和抗剪强度。
弱结合水在强结合水外侧，也是由粘土表面的电分子力吸引的水分子，厚度小于0.5微米，弱结合水也不传递静水压力，成粘滞状态，对粘性土的影响最大。
自由水在土粒表面的电场作用以外自由散乱的排列。
它分为重力水、毛细水、气态水、固态水。
4、土的密度为单位体积土的质量，重度为单位体积土所受的重力，其测定方法有环刀法、灌水法。
土粒比重Gs(d s)为土中固体矿物的质量与同体积4度的纯水质量的比值，其测定方法有比重瓶法、经验法。
土的含水率表示土中含水的数量，为土体中水的质量与固体矿物质量的比值，其测定方法有烘箱法。
5、土的空隙比e=孔隙体积/固体颗粒体积。
土的孔隙度n=孔隙体积/土体总体积6、土的饱和度S r=水的体积/孔隙体积，砂土与粉土以饱和度作为湿度划分的标准。
7、土的干密度通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实地基，土体压实质量控制的标准。
土的饱和密度ρsat=孔隙全部充满水的总质量/土的总体积，土的有效重度γ=γsat-γw48、相对密度D t=（e max-e）/（e max-e min），0~1/3为松散，1/3~2/3为中密，2/3~为密实。
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2.1 概述 2.2土的组成及土的结构 2.3 土的物理性质指标 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粘性土的物理特性 2.6 土的渗透及渗流 2.8 土的工程分类
2.1 概述
土的形成
土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石 地球
风化 搬运、沉积
土 地球
形成过程 形成条件
筛分法
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
筛分法原理图
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
2、曲率系数
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
特征粒径: d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
粒径级配累积曲线及指标的用途：
➢粒组含量用于土的分类定名；
➢不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
影响
物理力学性质
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
2.2 土的三相组成及土的结构
2.2.1 土的固体颗粒
土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定 土的工程性质的主要成分。
1.土粒的矿物成分
（1）原生矿物 （2）次生矿物 （3）腐植质
次生矿物
蒙脱石
高岭石
伊利石
伊利石
高岭石
（1）孔隙比e
0.6
0.75
密实
中密
稍密
0.85
松散
❖ 优点：简单方便 ❖ 缺点：无法反映土的级配因素
分析对象: 水柱
r 2hc w 2 rT cos
T为表面张力
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
2.2.2.5 土体中气体(气相)
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分, 存在形式有两种:
土体中气体
自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大 封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性
三相指标的定义
土颗粒 土中水 土中气
固相 液相 气相
ma=0 mw
m
ms
Air 空气 Water 水
Va
Vv Vw
V
Soil 固体颗粒 Vs
质量
体积
❖ 土的物理性质指标一共有9个。 ❖ （1）反映土松密程度的指标有2个：
➢ 土的孔隙比 e=Vv/Vs ➢ 土的孔隙率 n=Vv/V×100％
（2）反映含水程度的指标有2个： 土的含水量 w= mw/ms×100％
土的饱和度 Sr=Vw/Vv×100％
❖ (3) 特定条件下的密度指标有5个：
➢ 土的天然密度 ρ=m/v
➢ 土的干密度 ρd=Ms/V
➢ 土的饱和密度 ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V
➢ 土的浮密度（有效密度）
ρ/= (ms-Vs×ρw)/V=ρsat- ρw
➢ 土粒相对密度（土粒比重）
ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)= ρs /ρw1
蒙脱石
2.土颗粒的大小与形状
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 •界限粒径
3.土的粒径级配
（1）定义
工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量 的百分数来表示，称为土的粒径级配。
（2）粒径分析方法
• 筛分法（d>0.075mm的土） • 密度计法（d<0.075mm的土）
筛分法（d>0.075mm的土）
密度计法（d<0.075mm的土）
（3）颗粒级配的表示方法
表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法
10-2 2-0.05
A
0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
100
小于某粒径的土粒质量/%
80
60
40
20
0 10
1
0.1
0.01
1E-3
粒径/mm
1、 不均匀系数
的特性 ➢ 温度高于100°C时可蒸发
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作 用
2.2.2.3 毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
其中三个基本试验指标
土的天然密度ρ 测定：环刀法
土的含水量w
测定：烘干法
土粒相对密度（土粒比重）ds
测定：比重瓶法
其它6个指标：Sr、ρd、 ρsat 、ρ/、e、n
可通过指标换算得到。
2.3.4 指标的换算
土的密度、含水量、土粒比重是通过试 验测定，其他指标可由这三个指标换算得 到。
2.4 无粘性土的密实度
2.2.2 土中水和气
2.2.2.1 土中水存在的状态
（1）固态水 （2）气态水 （3）液态水
结合水: 吸附在土颗粒表面的水
强结合水 弱结合水
自由水: 电场引力作用范围之外的水 重力水
毛细水
结合水
强结合水
➢ 排列致密、定向性强
➢ 密度>1.2~2.4g/cm3
➢ 冰点-76℃ ➢ 具有极大的粘滞性和固体
➢曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土
➢不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
2.2.3 土的结构构造
2.2.1 Leabharlann 的结构单粒结构砂粒
蜂窝结构
粉粒
絮状结构
粘粒
2.2.2 土的构造
❖ 层状构造 ❖ 分散构造 ❖ 结核状构造 ❖ 裂隙状构造
2.3 土的物理性质指标
2.3.1 土的三相比例指标
概述
土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态， 也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主 要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。