土力学土的物理性质和工程分类

当Cc=1-3，表示级配曲线连续；
当 Cc<1或Cc>3，表示级配曲线不连续。
• 级配良好的土 Cu 5 且 Cc 1 3
工程性能比较好
• 级配不良的土
不能同时满足这两个条件的土
4 土的物理性质指标
9个指标
(A) 直接测定的指标（3个） (B) 换算指标（6个）
http://202.115.134.210:801/bizhong.html 该网站可以观看演示试验（成都理工大学）
青藏铁路中 的冻土
3 土颗粒划分及测试
（1）土颗粒的粒径划分
土颗粒的大小用粒径来表征的。
2.0mm 0.5mm 0.25mm 0.15mm 0.125mm 0.075mm 0.053mm 0.005mm
60目 100目 120目 200目
270目
（2）土颗粒的粒径测试方法（颗分试验）
①筛分法（0.1mm以上）
水的质量
水的重量
含水量 w mw Ww 100% ms Ws
土粒的质量
② 测量方法：烘干法
(B) 换算指标（6个）
4. 孔隙比(e)和孔隙率(n)
① 定义 孔隙比(e)：土中孔隙体积与土粒体积之比，用小数表示。 孔隙率(n)：土中孔隙体积与土的总体积之比，用%表示。
孔隙比 e Vv (1 w)Gs w 1
sat
ms
Vv w
V
(1 w)Gs w
e 1
ms= ρs
Va 气体 ma=0 Vw 水 mw
Vv=e V =e+1
Vs 土粒 ms
Vs=1
饱和容重计算公式：
自由气体
ຫໍສະໝຸດ Baidu
增加土的弹性；降低 土的渗透性。
与大气连通，对土的 性质没有影响
摘自：清华—土力学，p13
（4）土的结构及其联结
土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。
（a） 粗粒土及粉土的结构
生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。
粗粒土：单粒结构
粉土：蜂窝结构
（b） 粘性土的结构
（2）土的矿物成分
单位质量上颗粒 所拥有的表面积
（a）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。 化学性质稳定，水稳性强。
（b）次生矿物：化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。
颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。
A. 粘土矿物 B. 倍半氧化物及次生 二氧化硅 C. 可溶性次生矿物
(A) 直接测定的指标（3个）
1.土的密度和容重(ρ、γ)
（重力密度，重度=容重）
Vv
① 定义：单位体积土的质量（重量）。V
密度 m （kg/m3）
V
天然密度 或湿密度
容重 g（kN/m3）
9.8m/s2
Va 气 体 0 Vw 水 mw
mw m
土颗粒
Vs
ms
② 测定方法：环刀法
2. 土粒的比重(Gs)
结合水
不任意流动
气态
自由水
四种—书中P13
强结合水
固体 状态
弱结合水
毛细水
重力水
+
+
+ + __
_ _
_
_
__
+ _
_
+ _
___
_ __
_
+_ __
_
_
粘土颗粒
强结合水
O2
105o
H+
H+
水分子 极性
粘粒
弱结合水
自由水
（c）土中的气体（空气）
四种 状态
吸附土颗粒表面的气体
溶解于水中的气体
四周为土颗粒和水所封 闭的气体
1 土的生成和组成 2 土的主要特点 3 土颗粒划分及测试 4 土的物理性质指标 5 土的物理状态及其指标 6 土的工程分类 7 土的压实性 8 土的结构变化
1 土的生成和组成
（1）土的来源
风化，剥蚀
岩石
土
水、风的搬运或就地沉积
物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。
化学风化：生成粘性土（高岭土等）。
生物风化：植物根分泌有机酸；遗体腐烂； 微生物作用。
饱和度
Sr
Vw Vv
wGs e
mw=w ρs
m=(1+w) ρs ms= ρs
Va 气体 ma=0 Vw 水 mw
Vv=e V =e+1
Vs 土粒 ms
Vs=1
6. 土的饱和密度（ρsat） 、干密度（ρd）
① 定义
饱和密度：孔隙完全被水充 满时土的密度。
mw=w ρs
饱和密度计算公式：
m=(1+w) ρs
（c）有机质：
高岭石
伊利石
蒙脱石
亲水性：蒙脱石>伊利石>高岭石
（3）土的组成
（a）土的组成
土是各种矿物颗粒的集合体
粗颗粒土 细颗粒土
一般由固体颗粒、水和空气三相组成
有四相说—水土交界面
Va 气气体 ma 0
Vv
孔隙
mv mw
V
Vw 水 mw
m
Vs 土颗粒 ms
（b）土中的水
固态
结晶水
土中的水
液态
Vs
孔隙率 n Vv 100% V
mw=w ρs m=(1+w) ρs
两者 关系
n
e 1
e
e n 1 n
ms= ρs
Va 气体 ma=0 Vw 水 mw
Vv=e V =e+1
Vs 土粒 ms
Vs=1
5. 饱和度（Sr）
① 定义：土中所含水的体积与孔隙体积之比 。 反映了土体中孔隙被水充满的程度。
颗粒间的作用力：范德华力、库仑力等。 特 点：有粘聚力和可塑性。 结构类型：
分散结构
（c）不均匀土的混合结构
絮凝结构
2 土的主要特点
（1）散体介质的集合体，固体+液体+气体组成。
（2）多样性：由于成土母岩不同、风化作用的历史 不同，造成土的种类繁多、分布复杂、性质各异。
（3）易变性：土的工程特性经常受着外界的温度、 湿度（地下水作用）、压力（建筑物荷载）等影响而 产生显著变化。
80
60
40
20
0 10
1
0.1
0.01
1E-3
粒径/mm
通过颗粒分布曲线，可以得出土颗粒的配比等性能指标
• 不均匀系数
Cu d60 d10
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀，粗细颗粒的大小相差悬殊。
当Cu>5，称为不均匀土，容易压密实；反之，为均匀土。
• 曲率系数
Cc d320 (d60 d10 )
摆筛图
②水（析）分法（0.1mm以下）
（a）密度计法：适用于粒径小于0.075mm的细颗粒土。 斯托克斯(Stokes)定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比。 （b）激光颗粒分析法
MicrotracS3500型颗粒分析仪
（3）颗粒分析成果（颗分）
粒径分布曲线（级配曲线）
100
小于某粒径的土粒质量/%
① 定义：土粒的质量与同体积 4℃ 纯水的质量之比。
土颗粒的质量
土颗粒的密度
土颗粒的重量
土颗粒的比重 Gs
ms
Vs w
s w
Gs
Ws
Vs w
土颗粒的体积
水的密度
水的容重
1.0g/cm3
10KN/m3
② 测量方法：比重瓶煮沸法
3. 含水量(w)
① 定义：土中水的质量（重量）与土粒质量（重量）之比，以百分数表示。