4.3 土的物理力学性质及其指标
垃圾填埋场岩土工程勘察报告
垃圾填埋场岩⼟⼯程勘察报告若尔盖县城市⽣活垃圾处理⼯程初步岩⼟⼯程勘察报告报告编写：报告审核：项⽬负责：四川省绵阳川西北地质⼯程勘察院川西分院⼆00七年五⽉⽬录1 前⾔ (1)1.1⼯程概况 (1)1.2勘察⽬的及要求 (1)1.3勘察技术标准 (2)1.4勘察⽅案及勘察⽅法 (2)1.5⼯作时间及完成⼯作量 (3)2 场地环境 (4)2.1地形地貌 (4)2.2⽓象 (4)3 场地岩⼟⼯程条件 (4)3.1区域地质构造 (4)3.2岩⼟结构及特征 (5)3.3地下⽔与⼟ (5)3.5不良地质作⽤ (6)4 场地⼯程地质评价 (6)4.1场地稳定性评价 (6)4.2地震效应评价 (6)4.3.地基⼟的物理⼒学性质及指标 (7)4.4地基⼟均匀性评价 (7)4.5⾃然边坡稳定性评价及基坑开挖边坡评价 (8)5 基础⽅案分析评介 (8)5.1地基基础建议 (8)6 垃圾坝址区主要⼯程地质问题 (9)6.2坝基岩⼟体稳定性问题 (10)7 填埋区主要⼯程地质问题 (10)8 截⽔沟及⽣产管理区⼯程地质问题 (11)9 调节池的⼯程地质问题 (11)10 垃圾填埋场监测⼯作 (11)11 结论及建议 (12)附图：1.勘探点平⾯布置图1:5002.⼯程地质剖⾯图1:200/1:5001 前⾔1.1 ⼯程概况若尔盖县城达扎寺镇规划总占地⾯积3Km2，现有常住⼈⼝8000⼈左右，2020年规划⼈⼝为20000⼈，近期远期产⽣的垃圾量为1.1～2.6万m3/年。
为净化城区环境，拟在县城南东⾯约5Km处的坡脚地带新建垃圾填埋场。
规划的垃圾填埋场库区占地36500m2、调节池2座、⽣产管理区占地1500m2、垃圾坝1座。
垃圾处理场设计规模：处理垃圾70吨/⽇。
受若尔盖县建设环保局委托，我公司承担若尔盖县城市⽣活垃圾处理⼯程场地的初步岩⼟⼯程勘察任务。
该⼯程重要性等级为⼆级⼯程，场地复杂程度为⼆级场地，地基复杂程度为⼆级地基，岩⼟⼯程勘察等级为⼄级，勘察阶段为初步勘察阶段。
第三章-土的物理性质与工程分类..
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土.
①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。
系数大于0.015湿陷性黄土 ②非自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿
陷系数小于0.015
—液限4.红粘土—指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用 形成并覆盖于基岩上的棕红、黄等色的高塑性土，其液限大 于50%. 次生红粘土大于45%且小于50%的土.
5.膨胀土—粘粒成分主要是由亲水性粘土矿物组成在环境的温度 湿度的变化时可产生强烈的胀缩的，具有吸水膨胀，失水收缩的 特性.
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
五、土的工程性质评价
土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度
土的物理状态
砂性土： 密实程度：松、密 粘性土： 软硬程度（稠度）：软、硬
1. 粘性土的稠度和可塑性
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
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
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
实验一土的物理性质指标实验
实验一土的物理性质指标实验一、密度实验：土的密度是指土的单位体积质量。
（一）实验目的测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计和操纵施工质量之用。
（二）实验方式经常使用的测试方式有环刀法、蜡封法、灌砂法等。
环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。
对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法——取一块试样称其质量后浸入融化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，别离称蜡加土在空气中及水中的质量，已知蜡的比重，通过计算即可求得土的密度。
对难取原状试样的砂土、砂砾土和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。
（三）仪器及工具1.环刀：内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。
2.天平：感量0.1克。
3.其它工具：钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。
（四）实验步骤（环刀法）1.将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上；2.切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止；3.用钢丝锯将环刀两头余土削去，再用刮土刀刮平两头，将试样两头余土留作含水率实验用；4.擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克；5.按下式计算土的湿度和干密度：（五）操作注意事项用环刀切取试样，应尽可能避免扰动，为幸免环刀下压时挤压周围土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽可能躲开，如无法躲开视情形酌情补土。
二、含水率实验土的含水率是指土在温度100～105摄氏度下烘至恒重时失去水分的质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。
（一）实验目的测定土的含水率，以了解土的含水情形并提供计算土的干密度、土的孔隙比、饱和度及土的其它物理力学指标的大体参数。
（二）实验方式室内实验的标准方式为烘干法。
在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水量时，能够依据土的性质和工程情形别离采纳以下方式：1.酒精燃烧法：取3～5克试样，用无水酒精浸湿燃烧至恒重，求其含水量。
4.2 土的结构与构造
一、土的结构
2. 土的结构分类 ➢（2）集合体结构特点
1）孔隙度很大（可达50％～98 ％），而各单独孔 隙的直径很小，特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但 孔隙度更大，因此，土的压缩性更大。 2）含水量很大，往往超过50％，而且因以结合水 为主，排水困难，故压缩过程缓慢。 3）具有大的易变性——不稳定性。
一、土的结构
2. 土的结构分类
➢（2）集合体结构(single grained structure)：也称团聚结构。 这类结构为黏性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、 连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种 类型。
絮状结构：细微粘粒大都呈针状 或片状，质量极轻，在水中处于悬 浮状态。当悬液介质发生变化时， 土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘 粒互相接近，凝聚成絮状物下沉， 形成孔隙较大的絮状结构
二、土的构造
1. 土的构造定义 土的构造：指整个土层（土体）构成上的不均匀
性特征的总和。 整个土体构成上的不均匀性包括：层理、夹层、
透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙发育程 度与特征等。 这种构成上的不均匀性是由于土的矿物成分及结 构变化所造成的。
二、土的构造
2. 土的构造研究意义 （1 ）土体构造特征反映土体在力学性质和其他工程性
密实状态
疏松状态
一、土的结构
2. 土的结构分类
➢（2）集合体结构(single grained structure)：也称团聚结构。 这类结构为黏性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、 连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种 类型。
蜂窝结构：颗粒间点与点 接触，由于彼此之间引力大于 重力，接触后，不再继续下沉 ，形成链环单位,很多链环联结 起来，形成孔隙较大的蜂窝状 结构
土的物理力学性质及其指标
土的物理力学性质及其指标1. 体积重是指土壤单位体积的质量，通常用单位是千克/立方米（kg/m^3）或兆帕（MPa）表示。
体积重是土壤力学性质的重要参数，它直接影响土体的承载能力和稳定性。
体积重的大小与土壤颗粒密度、含水量和孔隙度有关。
2.孔隙比是指土壤中孔隙体积与总体积的比值，即孔隙度。
孔隙比能够反映土壤孔隙结构和孔隙连通性，对土壤的透水性、保水性和通气性等性质有重要影响。
孔隙比的大小与土壤颗粒颗粒的形态、大小和堆积密度等因素有关。
3.毛细吸力是指土壤孔隙中水分上升或下降所受到的作用力。
毛细吸力与土壤含水量、孔隙度、土壤颗粒大小和水表面张力等因素有关。
毛细吸力对土壤水分运移和供水能力有着重要影响，也是评价土壤保水能力和透水性的重要指标。
4.剪切强度是指土壤在剪切应力作用下的抗剪能力。
剪切强度是土体抗剪破坏的重要参数，直接影响土壤的稳定性和承载力。
土壤的剪切强度与土壤颗粒间的内聚力、黏聚力和有效应力等有关。
此外，还有一些与土壤物理力学性质相关的指标，如孔隙水压力、压缩系数、孔隙率等。
5.孔隙水压力是指土壤孔隙中水分所受到的压力。
它与土壤含水量、孔隙度和毛细吸力等因素有关。
孔隙水压力对土壤水分状态和土壤力学性质具有重要影响。
6.压缩系数是指土壤在外力作用下体积变化与应力之间的关系。
压缩系数反映土壤的压缩性质，与土壤的固结和液化等问题密切相关。
7.孔隙率是指土壤孔隙体积与总体积的比值，即孔隙系数。
孔隙率能够反映土壤孔隙结构和蓄水性能，也是评价土壤质地和透水性的一项重要指标。
这些物理力学性质和指标是描述土体力学性质和水分运移特性的重要参数，对土壤科学研究、土壤工程设计和农田管理等具有重要的理论和实际意义。
土的物理状态指标及击实性
由式可知，若砂土的e＝emax，则Dr＝0，砂土处于最疏松状态；若e＝emin，则Dr＝1，砂土处于最密实状态。 因此，工程上常按以下标准评价砂土的松密程度： Dr≥0.67时，为密实状态； 0.33<Dr<0.67时，为中密状态； Dr≤0.33时，为松散状态。
第六章 土的物理性质及工程分类
⑵塑限 半固态与可塑态的分界含水率，称为塑限。 塑限一般采用滚搓法测定。 即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成水土条，若土条搓到直径为3 mm时恰好开始断裂，这时断裂土条的含水率就是塑限 。滚搓法受人为因素的影响较大，因而成果不稳定。
锤质量 （kg）
锤底直径 （mm）
试验 方法
第六章 土的物理性质及工程分类
图6-8 两种击实仪示意图 （a）轻型击实仪；（b）重型击实仪；（c）2.5kg击锤；（d）4.5kg击锤 1－套筒；2－击实筒；3－底板；4－垫块；5－提手；6－导筒；7－硬橡皮垫；8－击锤
第六章 土的物理性质及工程分类
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
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。
0
固态或半固态
可塑状态
0.70≤e≤0.85
0.85<e≤0.90
e>0.95
第五节 土的物理状态指标
优点：简单方便 缺点：不能反映级配的影响只能用于同一种土
第六章 土的物理性质及工程分类
2. 相对密度判别 相对密度Dr是将天然孔隙比e与最疏松状态的孔隙比emax及最密实状态的孔隙比emin进行对比，作为衡量砂土密实度的指标，其表达式为
《土力学及试验》课程标准
《土力学及试验》课程标准课程基本信息一、前言1.课程性质《土力学及试验》是水利专业必修课程，该课程引入了现行水利行业规范。
其任务是使学生能进行土体的渗透、变形及强度问题的分析，具备土工检测能力以及检测指标的分析运用能力，能解决水利工程中常见的与土有关的一般工程实际问题。
本课程以《水利工程制图与CAD》、《工程力学与结构》、《建筑材料检测》等课程为前导课程，其后续课程等专业课程的学习奠定基础。
为学生顶岗实习、毕业后能胜任岗位工作及技能证书考核起到良好的支撑作用。
2.设计思路本课程的总体设计思路是以工作岗位为导向，基于项目化教学的教育理念，结合浙江省水利工程实际，按照“实用、够用”的原则，对原有的课程进行整合，重新确立授课目的和授课内容。
在教学过程中，应立足于加强学生职业技能的培养：首先以“项目导向、任务驱动”为主线，灵活采用分组讨论、多媒体教学、案例教学、边讲边练等教学方法，让学生掌握专业技能的同时，结合本课程特点及学生学情分析，融渗落实在职业岗位中凸显重要性的沟通表达、团队协作能力；自主学习、信息处理能力以及创新创业、解决问题能力。
同时秉承肯干、实干、能干的“三干”文化，锻炼学生吃苦耐劳、爱岗敬业、严谨求实的职业素养。
二、课程教学目标通过本课程的学习，使学生能进行土体的渗透、变形及强度问题的分析，具备土工检测能力以及检测指标的分析运用能力，能解决水利工程中常见的与土有关的一般工程实际问题。
同时融渗培养在职业岗位中凸显重要性的沟通表达、团队协作能力；自主学习、信息处理能力以及创新创业、解决问题能力。
同时秉承肯干、实干、能干的“三干”文化，锻炼学生吃苦耐劳、爱岗敬业、严谨求实的职业素养。
1.能力目标（1）具备初步识别常见造岩矿物和三大类岩石的能力，能根据岩石的各项指标初步评价其工程地质性质的好坏（地质认知能力）；（2）能使用土工常规试验设备，进行常规土工试验；（3）能进行土的渗透变形的判断与防治；（4）能进行地基土的变形与强度验算；（4）能进行挡土墙的稳定验算。
土的物理性质及分类
浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
7.风积土
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。我过西北黄土就是典型 的风积土。
相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。
颗分试验：
（1）筛分法：粒径>0.075mm。
（2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。
颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
粗筛：60、40、
20、10、5、
土
2mm壤分Fra bibliotek细筛：2、1、
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
曲线愈陡，表示粒径大小相差不 多，土粒较均匀，级配不良； 曲线愈缓，表示粒径大小相差悬 殊，土粒不均匀，级配良好。
岩石
地质成岩作用
土
地质作用的概念：构成天然地基的物质是地壳中的岩 石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内 部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化 和构造变化的作用，称为地质作用。
地
内力地质作用
质
作
用
土力学与基础工程第二章土的物理性质指标
Vw Vv
饱和度表示孔隙中充满水的程度
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
ms Soil Vs
质量
体积
Sr=0 : 干土 Sr=1 : 饱和土
土的物理性质和分类 §2.1土的三相比例指标
❖表示土中含水程度的指标
含水量 饱和度
w(%) mw ms
Sr
Vw Vv
ma=0 Air
mw m
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 影响 粘性土的软硬状态
力学特 性
概念
所谓土的物理性质就是表示土中三相比 例关系的一些物理量。
土的物理性质指标不仅可以描述土的物 理性质和它所处的状态，而且在一定程 度上反映了土的力学性质。
土的物理性质指标的分类
一类是必须通过试验测定的，如含水量 （率）、密度和土粒相对密度，称为直 接指标；
ms
ms
ms Soil Vs
质量
体积
注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％
土的含水量
测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，然
后放在烘箱里，在100～105℃下烘干， 称干土的质量。
间接换算的物理性质指标
描述土的孔隙体积相对含量的指标 孔隙比(void) 孔隙率(porosity) 饱和度(degree of saturation)
土的物理性质和分类 §2.1土的三相比例指标
换算指标 ❖表示土中孔隙含量的指标
孔隙比 定义: 土中孔隙体积与固体颗粒 体积之比, 无量纲
表达式: e Vv Vs
在某种程度上反映土的松密
孔隙率 定义: 土中孔隙体积与总体积 (孔隙度) 之比, 用百分数表示
土力学第四版知识点
土力学第四版知识点土力学是土土相互作用的一门学科，研究土壤力学性质、土壤力学行为以及土壤力学应用等内容。
它在土木工程、岩土工程和地质工程等领域中起着重要的作用。
土力学的核心概念之一是土体的物理性质。
土体是由颗粒、水和气体组成的多相介质，其物理性质包括颗粒间的空隙度、颗粒大小、颗粒形状等。
这些性质决定了土体的孔隙结构和孔隙水、孔隙气体的存在形式和分布。
通过研究土体的物理性质，可以了解土体的孔隙结构和孔隙水、孔隙气体的运动行为，为土体力学行为的研究提供基础。
土力学还研究土体的力学性质。
土体是一种非饱和多相介质，其力学性质受到颗粒间的相互作用、水分的存在和分布以及孔隙气体的存在和分布的影响。
土体的力学性质可以通过试验和理论分析来研究，包括土体的强度特性、应力应变关系、变形特性等。
研究土体的力学性质可以为土木工程和岩土工程的设计和施工提供依据。
土力学中的另一个重要概念是土体的力学行为。
土体的力学行为是指土体在受力作用下的变形和破坏特性。
土体的力学行为受到颗粒间的相互作用、水分的存在和分布以及孔隙气体的存在和分布的影响。
土体的力学行为可以通过试验和理论分析来研究，包括土体的压缩性、剪切性、强度和稳定性等。
研究土体的力学行为可以为土木工程和岩土工程的设计和施工提供依据。
土力学的应用十分广泛。
在土木工程中，土力学可以用于土体的基础设计、土体的稳定性分析、土体的承载力计算等。
在岩土工程中，土力学可以用于土体的边坡稳定性分析、土体的基坑支护设计、土体的地下工程设计等。
在地质工程中，土力学可以用于土体的地震响应分析、土体的岩土工程灾害预测等。
土力学的应用可以提高土木工程、岩土工程和地质工程的设计和施工水平，保障工程的安全和可靠性。
通过对土力学的学习，我们可以深入了解土体的力学性质和力学行为，为土木工程、岩土工程和地质工程的设计和施工提供科学依据。
土力学的研究不仅在理论上对土体的行为有了更深入的认识，也在工程实践中发挥了重要的作用。
土的组成和结构、构造
成都粘土-2004/03/10
Photo © Xu Zemin
1.6 cm
成都粘土中的钙质结核-2004/03/10
Photo © Xu Zemin
成都粘土-2004/03/10
Photo © Xu Zemin
过渡类型-hybrid
四川 松潘 川主寺
卵石土 卵石质砂土
狭义碎石土-四川康定
Photo © Xu Zemin
砂土-金沙江攀枝花段-2004/11/28
砂土
Photo © Xu Zemin
砂土-金沙江攀枝花段-2004/11/28
Photo © Xu Zemin
粉土-四川松潘
粉土
Photo © Xu Zemin
EXAMPLE 1
粘土
滇池盆地 淤泥质(有机质)粘土
对于直径在0.075 mm以上的粒组（粗 粒 土 ） ， 可 以 用 筛 分 法 测 定 ； 对 于 0.075 mm以下的粉粒和粘粒（无法做筛子）， 可以用比重计法或移液管法测定。
筛子孔洞：20 2 0.5 0.25 0.1 0.075 mm
Photo © Xu Zemin
Photo © Xu Zemin
2007/07/12－昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂） 人工填土
Photo © Xu Zemin
2007/07/12－昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）
Photo © Xu Zemin
2007/07/12－昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）
Photo © Xu Zemin
EXAMPLE 2 云南红（粘）土
易透水，无粘性，无塑性，干燥时松 散；毛细作用弱
透水性较弱，湿时稍有粘性，无塑性 和膨胀性；饱和时易流动；毛细上升 高度大；湿土震动时有水析现象 透水性差；湿时有粘性、可塑；遇水 膨胀、干时收缩；毛细上升高度大
土的物理性质指标与分类
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物பைடு நூலகம்粒和有机质，是构成土
的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成 分、颗粒的大小和形状来描述。 （一）成土矿物：原生矿物，次生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
3.土的级配曲线
土1的-物1理颗性粒质指分标析与试分验类 曲线
1-2 土的组成
(四)颗粒分析试验曲线的主要用途
按粒径分布曲线可求得：
（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评 估土的工程性质；
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 （二）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；某粒组的 土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比
土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。
我国GB 50021-94《岩土工程勘察规范》的粒组划分标准可参见
表1-1。 粒 组 名 称
固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼 含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。 根据土的粘性分： 粘性土：颗粒很细； 无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直径几十cm甚至1m）
土的物理性质、水理性质和力学性质
土的物理性质、水理性质和力学性质第二章土的物理性质、水理性质和力学性质第一节土的物理性质土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。
土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。
一、土的基本物理性质土的三相图（见教材P62图）（一）土粒密度(particle density)土粒密度是指固体颗粒的质量m s 与其体积Vs 之比；即土粒的单位体积质量：ss s V m =ρ g/cm 3 土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小和含水多少无关。
实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。
砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm 3左右粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm 3粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm 3粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm 3土粒密度是实测指标。
（二）土的密度(soil density)土的密度是指土的总质量m 与总体积V 之比，也即为土的单位体积的质量。
其中：V=Vs+Vv; m=m s +m w按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，饱和密度之分。
1．天然密度（湿密度）(density)天然状态下土的密度称天然密度，以下式表示：vs w s V V m m V m ++==ρ g/cm3 土的密度取决于土粒的密度，孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和结构特征。
砂土一般是１.4 g/cm3粉质砂土及粉质粘土１.4 g/cm3粘土为１.4 g/cm3泥炭沼泽土：１.4 g/cm3土的密度可在室内及野外现场直接测定。
室内一般采用“环刀法”测定，称得环刀内土样质量，求得环刀容积；两者之比值。
2．干密度（dry density ）土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重量，即：固体颗粒的质量与土的总体积之比值。
完整版工程地质学教案
解理与端口的概念；风化作用与全球环境、碳系统循环、地貌重塑的 关系；层理构造的研究意义；变质岩的结构和构造；残积土、坡积土、洪 积土、冲积土的工程意义。
学生应该 掌握的知 识点
1、矿物的物理性质：颜色、硬度、光泽、解理（断口），常见的造岩矿物。
2、岩浆岩按产状、SiO2含量分类，岩浆岩的结构和构造。
7.7旁压试验；7.8波速试验
7.9现场大型直剪试验；7.10块体基础振动试验
重点
1、原位测试、室内试验的定义及其优缺点对比。
2、静力荷载试验的基本原理及目的、试验过程、数据处理。
3、静力触探试验的灌入机理、试验目的和使用条件以及成果应用。
4、圆锥动力触探技术标准、适用范围、目的以及数据处理。
5、标准贯入试验的技术要求、目的、适用范围、成果应用。
3、断裂构造的概念，裂隙分类及工程意义；断层的定义、要素、分类、
野外识别及工程意义。
4、不整合的概念、类型及工程地质评价。
5、岩石与岩体关系，岩石的物理力学性质，结构面的分类及特征；岩体 工程地质性质影响因素、评价以及工程意义。
难点
岩层产状的表示方法；背斜和向斜的特征，褶皱构造识别方法及工程 意义；断层分类及野外识别；不整合的类型；结构面与岩体的工程地质特 性。
课堂练习
课外作业
备注
本章是本课程的基础和重点。
章节名称
第8章工程地质勘察
学时
2
单元 （章节） 主要内容
8.1建筑工程地质勘察的内容和方法
8.2建筑工程地质勘察的报告书和图件
8.3道路工程地质勘察
8.4桥梁工程地质勘察
8.5隧道工程地质勘察
8.6港口工程地质勘察
重点
1、工程地质勘察阶段以及每阶段勘察内容；工程地质测绘。
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E0 = βEs
其中
β＝1－12－μμ2
土的泊松比， 一般0~0.5之 间
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度
⑴ 土的强度破坏类型
基础
滑动面
滑动面
挡 土 墙
滑动面
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑵ 直接剪切试验
试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑶ 粘性土、无粘性土的抗剪强度
修正后
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
三、粘性土的物理特征
1. 粘性土的稠度状态
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 缩限ωs
塑限ωP
液限ωL
ω
固态
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、塑限的测定 测定液限的方法：锥式液限仪、碟式液限仪和液塑限联合测定仪。 测定塑限的方法：搓条法和液塑限联合测定仪。 测定缩限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。
三、粘性土的物理特征
= ms Vs ρω
=
ρs ρω
土粒相对密度变化范围不大：细 粒土（粘性土）一般2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机 质含量增加，土粒相对密度减小
一、土的三相及三相比例指标
2. 直接指标
质量m 气 水
Vw Va
体积V
Vs
土粒
V
(3)土的含水量ω：土中水的质量与土 粒质量之比，以百分数表示
【解答】
ω=
mω
187－167 ×100 % =
= 11.98%
ms
167
γ = ρg = 1.87 ×10 = 18.7kN / m3
ρ = m = 187 = 1.87g / cm3 V 100
γd
=
ρd g
=
167 ×10 = 16.7kN
100
/
m3
e = ds(1+ ω )ρω －1 = 2.66(1+ 0.1198 )－1 = 0.593
ρ
1.87
Sr
=
ωds e
=
0.1198×2.66 0.593
= 53.7%
γ′= γsat－γw = 20.4－10 = 10.4kN / m3
γsat
=
ds +e 1+ e
γω
=
2.66 + 0.593 ×10
1+ 0.593
=
20.4kN / m3
二、土的密实度
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒 含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的 不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关 系。
Sr≤50%稍湿； 50％＜Sr≤80%很湿； Sr＞80%饱和
一、土的三相及三相比例指标
3. 导出指标
质量m
体积V
气
Vw Va
mw
水
VV
(3)不同状态下土的密度和重度
饱和密度ρsat ：土体中孔隙完全被水充 满时的土的密度
ρsat
=
ms
+Vv ρω V
m
干密度ρd ：单位体积中固体颗粒部分
Vs
ms
土粒
的质量
ρd
=
ms V
土的三相比例指标中的质量密度指标共有
4个，土的天然密度ρ，饱和密度ρsat，干 密度ρd，有效密度ρ (kg/m3),相应的重度 指标也有4个，土的天然重度，饱和重度
浮密度(有效密度)ρ ：土单位体积
内土粒质量与同体积水的质量之差
ms Vs
sat，干重度d，有效重度 (kN/m3)
液塑限测定根据《土工试验方法标
1. 粘性土的稠度状态
准》(GB/T50123-1999)规定，采 用液塑限联合测定仪进行测定。
液塑限联合测定法
下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限， 下沉深度为10mm所对应含水量为10mm液限
三、粘性土的物理特征
2. 粘性土的塑性指数和液性指数
四、土的力学性质
1. 压缩性 ②压缩模量Es
土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变 的比值，或称为侧限模量
Es
=
1+ e1 a
说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成 反比， Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低
③变形模量E0
土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。
变形模量与压缩 模量之间关系
m 100 % m ms 100 %
ms
ms
土的含水量是标志土含水程度的一 个重要物理指标。天然土层含水量变化 范围较大，与土的种类、埋藏条件及其 所处的自然地理环境等有关。
m ms mw
测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法
一、土的三相及三相比例指标
3. 导出指标
质量m
体积V
气
Vw Va
1.孔隙比e
孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小
于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散
2.相对密实度Dr 砂土在最松散状
态时的孔隙比
Dr
em ax e em ax em in
砂土在天然状态 下孔隙比
砂土在最密实状态 时的孔隙比
二、土的密实度
当Dr=0时，e=emax，表示土处于最疏松状态; 当Dr=1.0时，e=emin，表示土体处于最密实状态
n = VV = e V 1+e
Sr
= Vw VV
= mw VV ρW
= ωds e
一、土的三相及三相比例指标
5. 例题分析
【例1】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干
土 密度质ρ、量重为度167、g。干若重土度粒d的、相孔对隙密比度e、ds饱为和2.6重6，度求sa该t和土有样效的重含度水 量ω、
dp
p1
p2
p
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa
对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性
在压缩曲线中，实 际采用割线斜率表 示土的压缩性
a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土 0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土
a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土
a
=－
Δ Δ
e＝ p
e1－e2 p2－p1
根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标
1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.变形模量E0
四、土的力学性质
1. 压缩性 ①压缩系数a 土体在侧限条件下孔隙比减少
e e0
e-p曲线
斜率a =
e1 △e M1
e2
△p
M2
量与竖向压应力增量的比值
Δ e ＝ e1 e2 Δ p p2 p1
利用单位压力增量 所引起得孔隙比改 变表征土的压缩性 高低 a =－ d e
水
Vs
土粒
m ms mw
(2)土的饱和度Sr ：土中孔隙水 的体积与孔隙总体积之比，以 百分数表示
Sr
V Vv
100 %
VV
(1)孔隙比e和孔隙率n
孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比
e = Vv Vs
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，
以百分数表示
n Vv 100% V
饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干 土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和 度分为三种状态:
透水石
底座
四、土的力学性质
1. 压缩性
⑶ e-p曲线
根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p 曲线，为压缩曲线
e e0
ห้องสมุดไป่ตู้
曲线A
曲线B
曲线A压缩性＞曲线B压缩性
e
p
p
e-p曲线
四、土的力学性质
1. 压缩性
⑷ 压缩指标
压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力 增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高
0.86
相对密实度
Dr
emax e em ax em in
0.42∈（0.33,0.67]
中密状态
四、土的力学性质
1. 压缩性
⑴ 基本概念
压缩量的组成
固体颗粒的压缩 土中水的压缩 空气的排出 水的排出
占总压缩量的1/400不到， 忽略不计
压缩量主要组成部分
说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果
V
1+e
1+e
ds（1＋ω）ρw dsρw ωdsρw
Vs＝1
土粒
换算关 系式：
e = ds ρw －1 = ds (1 + ω) ρw －1
ρd
ρ
ρsat
=
ms
+VV ρw V
=
(ds + e) ρw 1+e
ρ′=
ρsat
ρ
=
(ds－1) ρw 1+e
ρd
=
ms V
=
ds ρw 1+e
ρ =
1+ω
V
sat d ' sat d '
饱和密度>天然密度>干密度>浮密度