土的物理性质指标(2)汇总
土的物理性质指标
土的物理性质指标…10
饱和度
定义：土中水的体积与孔隙体积之比，用%表示。 物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。
公式： Sr
Vw Vv
范围：0~1 工程应用：饱和度可以反映土的干湿程度，砂土根据饱和度Sr的指标 值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，其划分标准见下 表： 砂土湿度状态 饱和度Sr(%) 稍湿 Sr ≤50 很湿 50< Sr ≤80 饱和 Sr>80
◇e<0.6 低压缩性土 ◇e>1.0 高压缩性土
土的物理性质指标…9
孔隙率
定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。 物理意义：表示土中孔隙大小的程度。
公式： n
Vv V
单位：% e gd n 1 换算公式： 1 e ds g w
范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)。
土的物理性质指标…1
土的三相比例指标 是其物
理性质的反映，但与其力学性 质有内在联系，显然固相成分 的比例越高，其压缩性越小， 抗剪强度越大，承载力越高。 三相比例指标反映了土的 干燥与潮湿、疏松与紧密，是 评价土的工程性质的最基本的 物理性质指标，也是工程地质 勘察报告中不可缺少的基本内 容。 三相比例指标可分为两种 ，一种是试验指标（基本指标 ）；另一种是换算指标。
V V
单位：kN/m31 e
土的物理性质指标…8
土的孔隙比
定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。 公式： e Vv
Vs
单位：无量纲 换算公式：e d s g w 1 (1 w)d s g w 1 gd g 范围：粘性土和粉土:(0.4~1.2)；砂土: (0.3~0.9)。
V
单位：kN/m3 范围：13~18 换算公式：
土的物理性质指标
第一章 土的物理性质及工程分类第一节 土的组成与结构一、 土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴ 固相：土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相：水和溶解于水中物质⑶ 气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）二、土的固相（一）、土的矿物成分和土中的有机质。
土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同矿物成分取决于（1）成土母岩的成分（2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化）次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土）②伊利石（土）③蒙脱石（土）（2）水溶盐①难溶：CaCO 3②中溶：石膏 CaSO4.2H2O③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 32- 2.各粒组中所含的主要矿物成分土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性（1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性（2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石（3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定ρd 粘土中的水溶盐3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低（二）土的粒组划分（三）土的颗粒级配1． 颗粒大小分析试验——颗分试验方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土（2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土2． 颗粒级配曲线——半对数坐标系3． 级配良好与否的判别（一） 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配（级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配（4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好（5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良（二） 定量判别 （1）不均匀系数 1060d d C u（2）曲率系数1060230d d d C c = +图 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径第二节 土的物理性质指标土的性质：（1）土三相组成中各项性质（2）三相之间量的比例关系工程中常用土的物理性质指标评价土体工程性质优劣的基本指标一、 土的三相草图土的颗粒，水，气体混杂在一起，为分析问题方便常理想地将三相分别集中。
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。
土力学土的物理性质指标
• 土颗粒比重：
指土体在105º-110ºC的温度下烘至恒量时的重量或
质量与土颗粒同体积的4ºC时蒸馏水的重量或质量之比。
Gs
Ws
Vs
Gs
ms
Vs
水的容重=9.81KN/m3，水的密度=1g/cm3
土颗粒的比重与土体中的水和气体无关
土颗粒比重一般介于2.65-2.75之间
• 测定方法：
比重瓶法、浮称法、虹吸筒法
1) 土颗粒体积
8) 浮密度
2) 孔隙体积
9) 湿密度
3) 土颗粒质量
10) 干密度
4) 水的质量
11) 孔隙率
5) 水的体积
12) 饱和度
6) 气体体积
13) 土颗粒的容重
7) 饱和密度
14) 土体的容重
• 已知，
求解-1
• 1）由
可得，
则土颗粒体积为：
• 2）孔隙体积为：
• 3）由
可得，土颗粒质量为：
Ws Vs (KN / m3 )
V
• 浮密度：指土体淹没在水下面的有效密度，这时土颗粒 受到水的浮力作用，其有效质量减小。
ms Vs (g / cm3 )
V • 浮容重与浮密度的关系：
9.81
间接测定指标-5
• 干容重：指干土的容重，这时土体的孔隙中没有水。
d
Ws V
(KN
s 9.81s
直接测定指标-3
• 土体的容重：指单位体积土体的重量。 也称湿容重、
天然容重。 W (KN / m3 )
V • 土体的密度：指单位体积土体的质量。也称湿密度、
天然密度。 m (g / cm3 )
V
• 土体的容重一般介于16.0-19.0KN/m3，
土力学与地基基础汇总
V
V
ms +Vv
V
V
sat
ρd
=
ms V
ds（1＋ω）ρw dsρw ωdsρw
四、指标间的换算
质量m
气 水
Vv=e
体积V
1+e
土粒
Vs＝1
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
sat
w
(ds－1)w
土力学与地基基础
土的物理性质指标
土的三相比例指标
一、土的三相图
Vw Va Vv
mw
质量m
气 水
土粒
体积V
m
Vs V
ms
二、直接指标
m
mw
质量m
气 水
Vw Va Vv
体积V
1.土的密度ρ：单位体积土的质量
m ρ= =
ms + mw
V Vs +Vw +Va
ms
土粒
Vs V
工程中常用重度来表示单位体积
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干
后的，含干水土量ω质、量密为度16ρ7g、。重若度土粒、的干相重对度密度d 、ds为孔2隙.6比6，e、求饱该和土度样Sr、 饱和重度sat和有效重度
【解答】
ω=
mω
187－167 ×100 % =
= 11.98%
ms
167
=
0.1198×2.66 0.593
土力学03
粘性土的灵敏度与触变性： 粘性土的灵敏度与触变性：
qu Sr = q0
1-2 低灵敏土，2-4中灵敏土，>4高灵敏土 低灵敏土， 中灵敏土 中灵敏土， 高灵敏土
1.4 土的击实性
1）土的击实试验与击实曲线（p60Fig1.44, ）土的击实试验与击实曲线（ P61Fig1.45) 2）土的最优含水量与最大干密度 ） 最优含水量一般在ω 最优含水量一般在 P±2% 3）压实系数 ）压实系数λ=ρd/ρdmax
1.2 土的物理性质指标
孔隙率 饱和度
Sr =
Vv n= V
Vw × 100% Vv
≤50%,稍湿； 稍湿； 稍湿 50＜Sr≤80%,很湿； ＜ 很湿； 很湿 饱和； ＞80%饱和； 饱和 =100%，完全饱和 ，
1.2 土的物理性质指标
4）换算关系 ） 计算三相简图（ 计算三相简图（换算公 式推到用）： 关键： ）：(关键 式推到用）： 关键： 用三个指标表示， 用三个指标表示，取 Vs=1) 换算关系推导：（注意： ：（注意 换算关系推导：（注意： 一般先求空隙比e） 一般先求空隙比 ）
1.2 土的物理性质指标
2.2 土的物理性质指标 1）土的三相图 ）土的三相图——常规表示方法 常规表示方法 2）基本指标： ）基本指标： 含水量 ω = mw / ms *100% 土的密度与重度 ρ = m / V , γ = mg / V
ρs 土粒相对密度-土粒比重 土粒相对密度 土粒比重 d s = ρw
土的分类
7）特殊土:软土（淤泥、淤泥质土）、红粘 ）特殊土 软土 淤泥、淤泥质土）、 软土（ ）、红粘 湿陷性黄土、 土、湿陷性黄土、膨胀土 例子2-5判断土名字 例子 判断土名字 岩土勘察规范分类 塑性图分类法 作业1， ， ， 作业 ，2，3，4
2.2 土的物理性质指标
mω m − ms ω= × 100% = × 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。 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、 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。 其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法， 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为 某土样经试验测得体积为
187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度 s ，烘干后，干土质量为 。若土粒的相对密度G 为2.66，求该土样的含水量 、密度 、重度γ 、干重度 ，求该土样的含水量ω、密度ρ、 γd 、孔隙比 、饱和重度γsat和有效重度γ′ 孔隙比e、
Va + Vw Vv n = = × 100 % V V
2.土的饱和度 ：土中孔隙水的体积与孔隙总体积 土的饱和度Sr 土的饱和度 之比，以百分数表示。 之比，以百分数表示。
质量m 质量 气 体积V 体积 水 土粒 Vw Va V Vs
饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土 饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土 饱和土 Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态 根据饱和度分为三种状态: 。砂土根据饱和度分为三种状态 Sr≤50%稍湿； 50％＜Sr≤80%很湿； Sr＞80%饱和 稍湿； 很湿； 稍湿 很湿 饱和
Gs（1＋ω）ρw （ Gsρw ωGsρw
体积V 体积 水 土粒
Vv=e
气
Vv m (1 + ω ) ρ w G s e= = Vv = V − 1 = − 1 = −1 Vs ρ ρ
土的物理性质指标
sat
ms
Vv w
V
sat sat g
取值：一般为1.8~2.3 g/cm3。
（3）土的有效密度ρ'和有效重度γ'
扣除水的浮力后单位体积土的质量
ms
Vs w
V
sat
w
g sat w
取值：一般为0.8~1.3 g/cm3。
讨论：同种类土 γsat，γd，γ‘ ， γ四个指标的
地基基础
表示土的三相组成比例关系的指标,称为土的物理性质指标。
（一）土的三相草图
为了便于说明和 计算，用三相组成示 意图来表示各部分之 间的数量关系。
气 水
土粒
（二）由试验直接测定的指标
1. 土的密度 ρ和重力密度γ
m g
V
式中: 重力加速度g工程中可取10m/s2。 天然状态下，土的密度变化范围较大，一般介于
1.60～2.20 g/cm3之间 。
测定方法: 环刀法和灌水法。
环刀法适用于黏性土、粉土与砂土；灌水法适用于 卵石、砾石与原状砂。
2. 土粒比重（土粒相对密度）ds
土粒的密度与40C时纯水的密度的比值（无量纲）
即
ds
s w
ms
Vs w
式中：ρw=1 g/cm3。
取值：在有经验的地区可按经验值选用。一般砂土为
大小排序。
结论： 同种类土 γsat> γ > γd>γ‘
2. 反映土的松密程度的指标
（1）土的孔隙比e（以小数表示 ）
e Vv Vs
取值：一般砂土为0.5~1.0，黏性土为0.5~1.2。 工程应用：
用来评价天然土层的密实程度。当砂土e＜0.6时， 呈密实状态，为良好地基；当黏性土e＞1.0时，为软弱 地基。
第二章土的物理性质指标
液限wl
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
§2.3 黏性土的物理特性
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 17mm液限－ 5秒入土17mm时的含水率
圆锥体入土深度与含水量的关系
§2.3 黏性土的物理特性
§2.3 黏性土的物理特性
密实度 稠度
土的物理性质指标
(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
土的物理状态指标
§2.3 黏性土的物理特性 粘性土最主要的物理状态特征与含水量有关
粘性土 含水量
较硬 变软 流动
§2.3 黏性土的物理特性
粘性土的状态转变过程
粘性16土~2：0k2N.7/2m~32.76 粉 土：2.70~2.71 砂类13土~1：8k2N.6/5m~32.69
1280~%23~k6N0/%m3
d
e
sdd11(sd1s(1ewew1)w1w)
w
e
dds
(1
d (1w)ww)
1
V Vs Vw Va
天然容重 g
干密度：土被烘干时的密度，
d ms / V
干容重： d dg
饱和密度：土被饱和时的密度，
sat
ms
wVv V
饱和容重：sat satg
浮容重： sat w
表示土体密度和容重的指标
土的三相比例指标
Vs= ms ／ ρs=96.43 ／2.7＝35.7cm3 Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3 按式（1－10），于是 e= Vv ／ Vs＝24.3 ／35.7=0.68 （4）按式（1－11） n= Vv ／ V＝24.3 ／60=40.5％ （5）根据ρw的定义 Vw = mw ／ρw=11.57 ／1＝11.57cm3 于是按式（1－12） St= Vw ／ Vv=11.57 ／24.3＝48％
土力学土的物理性质指标
间接测定指标-3
? 饱和容重：指土体处于饱和状态时的容重，或指饱和
土体的容重，这时土体的孔隙中全部充满水。
? sat
?
Ws
? Vv??
V
(KN / m3 )
? 饱和密度：指土体处于饱和状态时的密度，或指饱和
土体的密度，这时土体的孔隙中全部充满水。
? sat
?
ms
? Vv ? ?
V
(g / cm3 )
密度介于1.5-1.8g/cm3之间。 ? ? 9.81?
? 土体的容重与密度的关系： ? 测定方法：
蜡封法、环刀法、灌砂法、灌水法
直接测定指标-4
? 土体的含水率：
反映土体含水的多少。等于土体在105o-110oC的温
度下烘至恒量时所失去的水份的重量或质量与土颗粒
的重量或质量之比。
? ? W? (%)
W ? Ws ? W?
m ? ms ? m?
重量和质量之间的关系
? 重量与质量的区别： 重量：是考虑地球引力影响后自重值，单位：N、KN 质量：是没有考虑地球引力影响的值，单位：g、kg 重量与质量的关系：w=9.81m
? 容重和密度的区别： ? 容重：指单位体积的重量，单位：KN/m3
密度：指单位体积的质量，单位：g/cm3 容重和密度的关系：?=9.81?
? 测定方法：
比重瓶法、浮称法、虹吸筒法
直接测定指标-2
? 土颗粒的容重：指土颗粒的重量与土颗粒的体积之比。
?sBiblioteka ?Ws Vs(KN / m3 )
? 土颗粒的密度：指土颗粒的质量与土颗粒的体积之比
?s
?
ms Vs
(g / cm3 )
2土的物理性质及分类
土体的孔隙率n
土中孔隙所占体积与总体积之比，空隙率用 百分数表示。即：
VV d e n 100% 1 V 1 e ds w
黏性土孔隙率30～60%，无黏性土25～45%
土体的饱和度Sr
土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之 比，以百分率计，即：
Vw mw d s Sr VV VV w e
砂土的相对密实度Dr
emax e Dr emax emin
e ds w
d
1
按Dr值，砂土的密实状态划分为如下, 详见P42 表2-5 Dr>2/3, 密实 2/3≥Dr>1/3，中密 0.33≥Dr>0，松散
例 题
标准贯入试验
标准贯入试验(SPT)是动 力触探的一种，它利用 一定的锤击动能（锤重 63.5±0.5kg，落距 76±2cm），贯入阻抗用 贯入器贯入土中30cm的 锤击数N表示，N也称为 标贯击数
土粒相对密度ds
土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量 之比，一般用ds表示，无量纲。即：
ms 1 s ds VS w1 w1
土体的含水量W
一般粗砂:
饱和砂土: 坚硬黏性土:
接近于0
40% <30%
饱和软黏土:
60%以上
密度ρ——环刀法
黏性土:ρ= 1.8－2.0g/cm3；
建筑地基土的分类
按《建筑地基基础设计规范》GB50072002和《岩土工程勘察规范》GB500212009，建筑地基土可分为碎石土、砂土、 粉土、黏性土及其它特殊类土。
碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超
过全重的50%的土。详见P55,表2-16
砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超
土的物理性质指标与分类
第19页/共94页
1-2 土的组成
（二）自由水
离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作 用，且可自由移动的水称为自由水。
（分为毛细管水和重力水）
1.毛细管水
土中存在许多大小不同的相互 连通的弯曲孔道，由于水分子 与土粒分子之间的附着力和水 气界面上的表面张力，于是， 将引起迫使相邻土粒相互积紧 的压力，这个压力称为毛管水 压力。
（1-13）
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
d
Ws V
ms g V
d
g
（1-14）
土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的 密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标， 干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。
第35页/共94页
1-4 土的物理性质指标
（五）饱和密度ρsat与饱和重度γsat
X mi 100 m
式中：mi，m－分别为小于某粒径的土粒质 量及试样总质量
第12页/共94页
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
1-2 土的组成
200g
P
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
m2
瓶+土+水的质量
1-4 土的物理性质指标
（三）土的含水率w 土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒 的质量之比，以百分数表示，其表达式为：
mw 100 %
ms
（1-9）
测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量， 然后放在烘箱中，在100℃～105℃常温下烘干，称得干 土质量，按上式可算得。
最新土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)
土的经验参数(物理指标、压缩、变形模量、剪切强度)有关土的经验参数一、原状土物理性质指标变化范围原状土物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土 7＜I p≤17二、土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
土的平均物理、力学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均比重采取：砂——2.66；粘砂土——2.70；砂粘土——2.71；粘土——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适用于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少 。
C u为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采用人摩擦角φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、土的压缩模量一般范围值土的压缩模量一般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17四、粘性土剪强度参考值粘性土抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂土3＜I p≤7；砂粘土7＜I p≤7；粘土I p＞17五、土的侧压力系数（ξ）和泊松比（u）参考值注：粘土I p＞17；粉质粘土10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指土体在无侧限条件下应力与应变之比，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E小，通常在土与基础的共同作用分析中用变形模量E。
变形模量一般是通过现场载荷试验确定，一些地方通过静力触探、标贯试验与变形模量建立了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应力与应变的比值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软土E0近似等于Es；较硬土层，E0=βEs，β=2～8，土愈坚硬，倍数愈大。
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一. 物理性质指标
土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状 态、也见接反映土的工程性质。而土的松密和软 硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的 比例，作为衡量土最基本的物理性质指标，并利 用这些指标间接的评定土的工程性质
基本方法: 三相草图法
1. 三相草图
ma=0
m
mw
ms
质量
气相 液相 固相
三种粘性土矿物的形状特性
蒙脱石
伊利石
高岭石
（1）蒙脱石--亲水性大，剧烈胀缩性（膨胀土） (2 ) 高岭石--亲水性极小 (3 ) 伊利石--亲水性介于二者之间
•2. 土粒的大小和形状
•在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
•粒度：土粒的大小称为粒度
•工程中， 粒度不同 ，矿物成分不同，土的工程性质也就不同
土的固相（固体颗粒）
土是岩石风化的产物，土颗粒的矿物成分取 决于成土母岩的成分和风化作用的类型，不同的 矿物成分对土的性质的影响不同，土中矿物颗粒
的成分主要有原生矿物和次生矿物两类。
1. 土的矿物成分 •原生矿物：由岩浆冷凝而成,如石英、长石、 云母、角闪石、辉石等。
•次生矿物：由原生矿物化学风化产生,主要 是粘性矿物，包括三种类型 ：高岭石、 伊 利石、蒙脱石。
表达式:
ds
s 4C
w
单位: 无量纲
4wC 4˚C时纯蒸馏水的密度
s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量
s
ms Vs
土粒比重一般范围:
粘性土 2.70—2.75
砂 土 2.65
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
ms Soil Vs
质量
体积
4wC =1.0 g/cm3
土粒比重在数值上等于土粒的密度
示
细
5～2
粗
2～0.5 易透水，当混有云母等杂质时透
的
粒
砂粒
水性减小，而压缩性增大；无粘
中
0.5～0.25 性，遇水不膨胀，干燥时松散；
细
0.25～0.1 毛细水上升高度不大，随粒径变
小而增大
组
极细 0.1～0.075
划
粉粒
分
粗
0.075～0.01 透水性小，湿时稍有粘性，遇水
膨胀小，干时稍有收缩；毛细水
四、土中气体
❖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
小结 土有三个组成部分：固相、液相和气相
1. 固体颗粒 2. 土中水 3. 土中气体
▪ 矿物成分 ▪ 颗粒大形状 ▪ 颗粒形状
结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水)
自由气体 封闭气体
ms Soil Vs
质量
体积
一般范围: 1.60—2.20 g/cm3 相关指标:
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念
土的重度 定义: 土体单位体积所受的重力，即重力密度。
γ=ρg
单位: kN/m3
工程上更常用, 用于计算土的自重应力
土粒比重（土粒相对密度）
定义: 土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值
土的含水率
定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示
颗粒比较大的卵石 、砾石、 砂石等， 具有较大的透水性而无粘性
颗粒细小的粘粒则属于针状或片状的粘
土矿物，具有粘性而透水性差。
表
粒组名称 漂石、块石颗粒
粒径范围／ mm
>200
一般特征 透水性很大，无粘性，无毛细水
格
卵石、碎石颗粒
200～60
法
粗
表
圆砾、角砾 颗粒
中
60～10 10～5
透水性大，无粘性，毛细水上升 高度不超过粒径大小
•表述方法 土的颗粒级配曲线
曲线分析：
曲线平缓表示土中粒径大小相差悬殊，土粒 不均匀，即级配良好
曲线较陡，表示土粒均匀，各级粒组级配较 差。
作用：
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．
颗粒级配可在一定程度上反映土的某 些性质。
三. 土中水（液相）
结晶水 矿物内部的水 结合水 吸附在土颗粒表面的水 自由水 电场引力作用范围之外的水 土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷
结合水
强结合水
• 排列致密、定向性强 • 密度>1g/cm3 • 冰点处于零下几十度 • 具有固体的的特性 • 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
• 外力作用下可以移动 • 不因重力而移动，有粘滞性
重力水 自由水
毛细水
在重力作用下可在土中自由流动
存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动
Va
Vv
Vw
V
Vs
体积
三相草图
Hale Waihona Puke ma=0mw mAir Water
ms
Soil
Va Vw Vv V
Vs
共有九个参数:
V Vv Vs Va Vω / ms m wma m
已知关系五个:
m ms mw ma ma 0
mw wVw
V Vs Va Vw Vv Va Vw
质量
体积
其它指标
实验室测定
细
0.01～0.005 上升高度较大较快，极易出现冻
胀现象
粘粒
<0.005
透水性很小，湿时有粘性和可塑 性，遇水膨胀大，干时收缩显著 ；毛细水上升高度较大，但速度 较慢
3. 粒径级配
粒径级配
——土中各粒组的含量占总质量的百分数，用质量百分数来表示
粒组的相对含量是通过颗粒分析实验测定的
•确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm) 水分法：适用于细粒土 (<0.075 mm)
•粒组：工程上常把大小性质相近的土粒合并为一组，
称为粒组。
•界限粒：划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
因此，把土的粒径按性质相近的原则划分为六个粒组: 漂石（块石）、卵石（碎石）、砾粒、砂粒、粉粒、 粘粒。
例如：土颗粒由大变小，土可由无粘性
变为粘性，且透水性随之减小。粒径大 小比较接近的土粒，其矿物成分及性质 都比较接近。
三相草图法
是一种简单而实用的方法
2. 室内测定的三个物理性质指标（试验指标）
----土的密度、土粒的比重、土的含水率
土的密度
有时也称土的天然密度 定义: 土单位体积的质量
表达式: m ms mw
V Vs Vw Va
单位: kg/m3 或 g/cm3
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
二、土的性质及工程分类
内容与重点： ➢了解土的三相组成；
➢掌握土的物理性质与土的物理状态 指标的概念、意义、计算公式和单 位；
➢熟练掌握土的物理性质指标的换算；
一、土的三相组成 土体
土的三相比例不同，其性质不同
固相 + 液相 + 气相
重要影响 次要作用 构成土骨架，起决定作用
土体三相组成示意图
二、固相