第二章土的物理性质及工程分类
《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
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。
土力学第2章 (1)
e
Gs w
d
1
16
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs ＝ ms / Vs得 土粒的质量ms=ρs。按w= mw / ms ，水得质量mw=wρs，则水得体积 vw= mw / ρw =wρs/ρw。于是，Sr定义可得：
塑限（Wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是 可塑状态的下限含水率； 缩限（Ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘 性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。
31
2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。 液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm 液限－ 5秒入土10mm时的含水率17mm 液限－ 5秒入土17mm时的含水率
I p wL wp
塑性指数越高，结合水含量可能高，土的粘粒含量越高。
工程中:用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。
35
2.液性指数
第一章 土的物理性质指标与工程分类
IL w wp wL w p w wp Ip
粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
式中：IL——液性指数，以小数表示；
沈阳建筑大学
土力学
第2章 土的物理性质及分类
主讲教师: 王宁伟
2.1
概述
• 土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性 质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学 性质。 • 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就 是说土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间 在数量上所占有的比例，因此土力学中采用三相之间在体 积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。
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
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
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
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%
土力学
第2章土的物理性质及工程分类1. 岩石有哪几种风化风化作用: 物理作用：岩石产生量的变化化学作用，生物作用岩石产生质的变化2. 土的三相组成是什么土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。
因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。
3. 土粒的主要矿物成分有哪些⑴原生矿物——由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同，包括：单矿物颗粒——一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等，砂土多为单矿物颗粒；多矿物颗粒——一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
⑵次生矿物——母岩岩屑经化学风化，改变原来的成份，成为一种颗粒很细的新矿物，主要是粘土矿物。
粘土矿物的粒径d<0.005mm,肉眼看不清，电子显微镜下为鳞片状。
⑶腐植质4. 利用土颗粒的级配指标及级配曲线判断土的级配状态一土的固体颗粒·土中的固体颗粒(简称土粒)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。
(一) 土的颗粒级配在自然界中存在的土，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。
将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。
划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
根据界限粒径200、20、2、0．05和0．005mm把土粒分为六大粒组：漂石<块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
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，称为土的颗粒级配。
颗粒分析试验：筛分法；密度计法,移液管法根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图1—10所示的颗粒级配累积曲线由曲线的坡度可判断土的均匀程度有效粒径；限定粒径。
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
土的物理性质及工程分类2
分类原则：
1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要 测定方法简单，使用方便 2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类 工程用土的不同特性
二、分类体系与方法 分类体系：
1.工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基 工程。研究对象为扰动土，例如：《土的分类标准》 (GBJ145-90)工程用土的分类和《公路土工试验规程》 (JTJ051-93)土的工程分类 2.建筑工程系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土， 例如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地 基土分类方法
密实
中密
稍密
松散
优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素
（2）相对密度Dr 定义：
Dr
emax e ( d min ) d max d emax emin ( d max d min ) d
优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin 的测定受人为的影响较大。
d d max
Dc 值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公 路主要受力层，要求Dc 值达0.95；对I、II级土石坝，Dc 值 应达0.950.98。
理论饱和曲线
Vw wG s w Sr Vv e e
w s
定义：土处于饱和状态下的干密度ρd与含水量w的关系 曲线。由Sr = 100%，e = wGs，可得理论饱和曲线方 程为：
ms 167 g 1.8710 18.7kN / m3
m 187 1.87 g / cm 3 V 100
167 d d g 10 16.7kN / m3 100 G (1 ) 2.66(1 0.1198 ) e s 1 1 0.593 1.87 Gs 0.1198 2.66 Sr 53.7% sat w 20.4 10 10.4kN / m3
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)
教学单元2 土的物理性质及工程分类
当e=emin时， Dr=1，表示土处于最密实状态; 当e=emax时， Dr=0，表示土处于最疏松状态。
相对密度判别方法从理论上讲是判定砂土密实度的好方法，但 存在天然状态的孔隙比不易测准，室内测得理论上的最大与最小 孔隙比误差较大等实际困难，故在应用上存在许多问题。
3.标准贯入试验锤击数N
N是用质量63.5kg的重锤，自由下落76cm，使贯入器
颗粒级配曲线及指标的用途
1）粒组含量用于土的分类定名；
2）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
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 为级配连续土
4）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
IP
工程上常用它判别 粘性土的软硬程度
状态
坚硬
液性指数 IL≤0
硬塑 0＜IL≤0.25
可塑 0.25＜IL≤0.75
含水量增加
粘性土
较硬 变软 流动
界限含水量
粘性土由一种状态转变到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。液限是 土由流动状态转变到可塑状态时的界限含水量（也称为流限或塑性上限）； 塑限是土由可塑状态转变到半固态时的界限含水量（也称为塑限下限）。
界限含水量
0
塑限ωP
液限ωL
ω
稠度状态 固态或半固态 可塑状态 流动状态
定义: 单位体积土的重量
表达式: W
V
测定方法：环刀法
单位: kN/m3 一般范围: 1.60—2.20 g/cm3
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2.1.1 土的生成
由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震 等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程
量 物理风化
岩石
搬运沉积
大小、 形状和 成分都 不相同 的松散 颗粒集 合体 土
化学风化 量质
岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩 石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程未分解的动植 物残体、有机残余物（泥炭）和腐殖质。
腐殖质含量在1.5%～2%以上称为淤泥类土，压缩性
极高，强度很低。
有机质含量〉5%的土称为有机质土。
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土粒的粒径级配
1.土粒粒度与粒组
土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示，以mm为单位。 介于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。以mm表示。 划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
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土的种类
1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落
形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根 据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态
密实状态
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疏松状态
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2.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
3. 透水性大
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2.2 土的三相组成
质量m 气
m
体积V
Vw Va
mw —土中水质量
水
土粒
Va —土中气体积 Vw —土中水体积 Vs —土粒体积
mw
ms —土粒质量
ms
m ms mw
（土的总质量）
Vv Vw Va
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
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Vs
V
Vv
1. 固体+气体（液体=0）为干土，粘土呈坚硬状态
2. 固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态
3. 固体+液体（气体=0）为饱和土。
此时松散的粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产 生液化；粘土地基受建筑荷载作用发生沉降，有 时需几十年才能稳定。
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生物风化
由动物、植物和人类活动对岩体的破坏 称生物风化。
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2.1.2 土的结构和构造
微观结构 （土的结构） 土的 结构 宏观结构 （土的构造）
指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大 小、矿物成分、形状、相互排列及联结关系， 土中水性质及孔隙特征等形成的综合特征。
是同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近 的各部分之间的相互关系的特征，表征了土层 的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。
蜂窝结构
絮状结构
3.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 2017/10/24 5
土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征 是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，二者 都造成了土的不均匀性
粒组界限值力求服从简单的数学规律。
200、60、2、0.075、0.005
0.005 0.075 2 60
(mm)
200
粘粒
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粉粒
砂粒
砾粒
碎石
块石
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细粒
粗粒
巨粒
粒组 统称
粒组名称 漂石（块石） 粒 卵石（碎石） 粒 砾 粒 粗砾 细砾 粗砂 砂 粒 中砂 细砂 粉粒
粒径d范围 （mm） d>200 60<d≤200 20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0. 25
2.粒度成分分析试验
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（是指土样各粒组的质量占土粒总质量的 百分数）表示，称为土的粒度成分或颗粒级配 筛分法 试验方法 沉降分析法 适用于d＜0.075mm
（虹吸比重瓶法、移液管法、密度计法）
适用于0.075mm≤d≤60mm
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原生矿物
化学 风化
可溶性 次生矿物
成分改变 不可溶性 次生矿物
次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化 作用，使其进一步分解而形成一些颗粒更细小的新 矿物。
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可溶性次生矿物又叫水溶盐，常见的有石盐、石膏13 等。
不可溶性次生矿物又有次生二氧化硅、倍伴氧化物 和粘土矿物（高岭石、蒙脱石、伊利石（水云 母））。
分析 方法
主 要 特
征
巨粒
直接 透水性很大，压缩性极小，颗 测定 粒间无粘结，无毛细水
粗粒
筛 分 法
透水性大，压缩性小，无粘性； 毛细水上升高度不超过粒径大 小
0.005<d≤0. 075 d≤0.005
细粒
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粘粒
透水性小，压缩性中等，微粘 性；毛细水上升高度较大较快， 静水 易冻胀 沉降 原理 透水性极弱，压缩性变化大， 具粘性和可塑性；毛细水上升 16 高度大，但慢
土粒的矿物成分
1. 原生矿物：物理风化 2. 次生矿物：化学风化 3. 腐殖质：土的压缩性增大，有机含量超过3%-5%的
土不宜作为建筑材料。
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矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
1.土粒矿物组成
原生矿物 矿物质 固体颗粒 次生矿物 粘土矿物 可溶盐 无定形氧化物胶体 有机质
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2.粒度成分分析 试验
筛分法
用一套孔径不同的筛 子，按从上至下筛孔
逐渐减小放置（如20、
2、0.5、0.25、0.1、 0.075mm）。将事先
称过质量的烘干土样
1.层状构造：土体由不同颜色或不同的粒径的土组成
层理，一层一层互相平行。
2.分散构造：颗粒均匀、性质相近。砂、卵石等 3.结核状构造：细料土中混有粗颗粒。 4.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂
隙中常充填有各种盐类的沉淀物
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2.1.3 土的工程性质
1. 压缩性高 2. 强度低
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物理风化
岩石
岩石破碎 化学成分不改变
原生矿物
原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物 碎屑，它们主要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中。. 例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、 透水性较大、压缩性较低的特点
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