第二章 土的物理性质
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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
基本物理性质指标间的相互关系
孔隙率与孔隙比:
e
n
1 n
干密度与湿密度和含水量 :
d
1 w
孔隙比与比重和干密度 : e Gs w 1 d
饱和度与含水量，比重和孔隙比:
w s
Sr
w
e
w s wGs
e w
e
第二节 土的水理性质
粘性土的稠度和塑性
稠度定义:指土体在各种不同的 湿度条件下，受外力作用后所具 有的活动程度。
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
第一节 土的物理性质
干密度
质量m
定义：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。
表达式： d
ms V
单位： g/cm3
气 水
土粒
m ms mw Vs Vw Va
定义:孔隙性指土中孔隙的大小，数量、形状、性 质以及连通情况。
孔隙性
孔隙率
质量m 气 水
砂土的相对密度
土粒
m ms mw Vs Vw Va
V
体积V
第一节 土的物理性质
m ms mw Vs Vw Va
V
孔隙率 与孔隙比
质量m 气
定义:孔隙率是土的孔隙体积与土体积之比，
水
或单位体积土中孔隙的体积，以百分数表示
表达式： s
ms Vs
单位：g/cm3
气 水
土粒
m ms mw Vs Vw Va
V
体积V
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。
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 土的物理性质及分类
三相草图法
第二章 土的物理性质及分类
ma=0
m mw ms
质量 空气 air 水 Water
Va
Vv Vw V
固体 Solid
Vs
体积
三 相 草 图(three-phase soil models)
第二章 土的物理性质及分类
九个物理量:
V Vv Vs Va Vw ms m w ma m
物理量关系:
ma=0
空气
Va
Vv Vw V
m mw
水
ms
质量
固体
Vs
体积
位: 无量纲 • 一般范围：粘性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
• 单
=1.0 g/cm3
土粒比重在数值上 等于土粒的密度
基本试验指标-土粒比重
第二章 土的物理性质及分类
土的含水量W
• 定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示 • 表达式：
黏聚力
原始黏聚力（由粒间电分子引力产生） 固化黏聚力（由粒间胶结物产生）
土受扰动时，这两类黏聚力被（部分）破坏，使土的强度降低。但 扰动停止后，原始黏聚力可随时间部分恢复，故强度有所恢复。但固化 黏聚力是无法在短时间内恢复的。所以易于触变的土，被扰动而降低的 强度仅能部分恢复
土中水的离子成分和浓度→水中低价阳离子浓度增加，IP越大
黏土的物理状态指标
第二章 土的物理性质及分类
不同的粘土，wp、wL 大小不同。对于不同的粘土，含水 量相同，稠度可能不同
w wP w w P 液性指数： IL wL wP IP
wp w wL IL 0 坚硬(半固态) 0<IL0.25 硬塑 0.25 <IL 0.75 可塑 0.75 <IL 1 软塑 IL>1 流塑
土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)
粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水量。
V
阿特堡界限 (Atterberg limit)
固态
半固态
可塑态
液态
水
Vs+Vw Vs
颗 粒 ws
缩限
O
wP
塑限
wL
液限
w
• 液限和塑限的测定方法
液限（wL）的测定： 锥式液限仪（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见 ASTM 试验 规程）。
粉土
含水量w(%)
w＜20
20 ≤w≤30
w＞30
（2） 砂土的松－密状态 指标和状态（《地基与基础》－p27）
相对密实度 （Relative Density ）
0.67＜Dr≤1.0 0.33＜Dr≤0.67 0＜Dr≤0.33
emax e Dr emax emin
密实 中密 松散
工程上原位测试判断物理状态：
粒径分布曲线（级配曲线）
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
• 不均匀系数
Cu
d 60
d10
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
• 曲率系数
Cc
2 d 30
(d 60 d10 )
Cc<1，中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。 Cc>3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。
水
mw
Vv=e
V =e+1
Vw Sr Vv
ms=s
Vs 土粒 ms
Vs=1
w s / w wGs e e
V
阿特堡界限 (Atterberg limit)
固态
半固态
可塑态
液态
水
Vs+Vw Vs
颗 粒 ws
缩限
O
wP
塑限
wL
液限
w
• 液限和塑限的测定方法
液限（wL）的测定： 锥式液限仪（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见 ASTM 试验 规程）。
粉土
含水量w(%)
w＜20
20 ≤w≤30
w＞30
（2） 砂土的松－密状态 指标和状态（《地基与基础》－p27）
相对密实度 （Relative Density ）
0.67＜Dr≤1.0 0.33＜Dr≤0.67 0＜Dr≤0.33
emax e Dr emax emin
密实 中密 松散
工程上原位测试判断物理状态：
粒径分布曲线（级配曲线）
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
• 不均匀系数
Cu
d 60
d10
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
• 曲率系数
Cc
2 d 30
(d 60 d10 )
Cc<1，中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。 Cc>3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。
水
mw
Vv=e
V =e+1
Vw Sr Vv
ms=s
Vs 土粒 ms
Vs=1
w s / w wGs e e
土力学 第2版 第二章 土的物理性质及分类
环刀法
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
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
土力学第二章-土的物理性质指标
• 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 -110º C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 m (%) (%) Ws ms • 砂土含水少，粘性土含水多。 • 测定方法： 烘干法、酒精燃烧法、电炉炒干法
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。 Ws Vv sat ( KN / m 3 ) V • 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。 ms Vv sat ( g / cm3 ) V • 饱和容重与饱和密度的关系：
直接测定指标-1
• 土颗粒比重： 指土体在105º -110º C的温度下烘至恒量时的重量或 质量与土颗粒同体积的4º C时蒸馏水的重量或质量之比。 ms Ws Gs Gs Vs 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
间接测定指标-1
• 孔隙比： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与土 颗粒的体积之比。它是一个相对指标。
• 孔隙率： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与整 个土体的体积 之比。它是一个绝对指标。
Vv e Vs
Vv n (%) V
间接测定指标-2
• 土体的饱和度： 反映土体含水的多少，等于土体孔隙中水的体积与孔隙 的体积之比 V Sr (%) Vv • 干土的饱和度为0， 饱和土的饱和度为100%， 一般土的饱和度介于0-100%之间。 • 理论上，饱和土的饱和度为100%， 但因土体中存在封闭孔隙，实际饱和度达到80%的土就 称为饱和土。
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 -110º C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 m (%) (%) Ws ms • 砂土含水少，粘性土含水多。 • 测定方法： 烘干法、酒精燃烧法、电炉炒干法
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。 Ws Vv sat ( KN / m 3 ) V • 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。 ms Vv sat ( g / cm3 ) V • 饱和容重与饱和密度的关系：
直接测定指标-1
• 土颗粒比重： 指土体在105º -110º C的温度下烘至恒量时的重量或 质量与土颗粒同体积的4º C时蒸馏水的重量或质量之比。 ms Ws Gs Gs Vs 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
间接测定指标-1
• 孔隙比： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与土 颗粒的体积之比。它是一个相对指标。
• 孔隙率： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与整 个土体的体积 之比。它是一个绝对指标。
Vv e Vs
Vv n (%) V
间接测定指标-2
• 土体的饱和度： 反映土体含水的多少，等于土体孔隙中水的体积与孔隙 的体积之比 V Sr (%) Vv • 干土的饱和度为0， 饱和土的饱和度为100%， 一般土的饱和度介于0-100%之间。 • 理论上，饱和土的饱和度为100%， 但因土体中存在封闭孔隙，实际饱和度达到80%的土就 称为饱和土。
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
第二章土的物理性质指标
w
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％
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%
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
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：
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
土的物理性质试验
• (5)把瓶内悬液倒掉，把瓶洗干净，再注满蒸馏水，把瓶塞插上， 使多余的水分自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外水分擦干净，称比重瓶、 水的总质量，准确至0. 0019。
• (6)本试验须进行两次平行测定，其平行差值不大于0. 02，然后取 其算术平均值。
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第二章 土的物理性质试验
• (四)试验注意事项 • (1)比重瓶、土样一定要完全烘干; • (2)煮沸排气时，防止悬液溅出; • (3)称量时比重瓶外的水分必须擦干净; • (4)称量前比重瓶的水位要加满至瓶塞的毛细管; • (5)称量时精确至小数点后三位。
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第二章 土的物理性质试验
• (三)试验步骤 • (1)先将洗净、烘干的比重瓶称其质量，准确至0. 001 g。 • (2)将过5mm筛并烘干后的土，取不低于15g装入比重瓶内，称试
样和瓶的总质量，准确至0. 001 g 。 • (3)将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，将
50g，放入称量盒内。盖上盒盖，称湿土质量，精确至0.01g。 • (2)打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105 ℃~110 ℃的恒温下烘干。
烘干时间对黏性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h。 • (3)将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室
温，称干土质量，精确至0. 01 g。
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• (3)擦净环刀外壁，称环刀与土质量准确至0.1g。
cm •
(4)本试验须进行二次平行测定，其平行差值不得大于0. 03 g
3
。
求其算术平均值。
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第二章 土的物理性质试验
• (四)计算公式 • 按如下公式计算土的天然密度:
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• (6)本试验须进行两次平行测定，其平行差值不大于0. 02，然后取 其算术平均值。
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第二章 土的物理性质试验
• (四)试验注意事项 • (1)比重瓶、土样一定要完全烘干; • (2)煮沸排气时，防止悬液溅出; • (3)称量时比重瓶外的水分必须擦干净; • (4)称量前比重瓶的水位要加满至瓶塞的毛细管; • (5)称量时精确至小数点后三位。
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第二章 土的物理性质试验
• (三)试验步骤 • (1)先将洗净、烘干的比重瓶称其质量，准确至0. 001 g。 • (2)将过5mm筛并烘干后的土，取不低于15g装入比重瓶内，称试
样和瓶的总质量，准确至0. 001 g 。 • (3)将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，将
50g，放入称量盒内。盖上盒盖，称湿土质量，精确至0.01g。 • (2)打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105 ℃~110 ℃的恒温下烘干。
烘干时间对黏性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h。 • (3)将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室
温，称干土质量，精确至0. 01 g。
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• (3)擦净环刀外壁，称环刀与土质量准确至0.1g。
cm •
(4)本试验须进行二次平行测定，其平行差值不得大于0. 03 g
3
。
求其算术平均值。
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第二章 土的物理性质试验
• (四)计算公式 • 按如下公式计算土的天然密度:
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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)
工程地质学_第2章 土的物理性质
质量 mass 体积 volume
ma(0) mw
A W S
Va Vw
Vv
V
ms
Vs
土的三相图 Three phase diagram
一、土的质量和重量
1、土粒的比重 （specific gravity） 土的固体颗粒的重 m 量与其相同体积的 4℃纯水的重量之 比。
ma( 0) mw
A W S
孔隙率/孔隙度范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)
3、砂土的相对密度Dr(relative density)
最紧密
天然
最松散
emin
d max
e
d
e增大
emax
d min
emax e Dr emax emin
d max ( d d min ) d ( d max d min )
液流状态
粘流状态
自由溶液
自由溶液
自由溶液
扩散层重叠
扩散层重叠 自由溶液
粘塑状态
稠塑状态
扩散层重叠 扩散层重叠 扩散层重叠
扩散层重叠 扩散层重叠 浓缩扩散层 及气体
半固体状态 固定层及浓 气体(扩散 缩扩散层 层开始浓缩) 气体
固体状态 固定层重叠 气体(扩散 层很浓) 气体
Mitchell，1976：不管水的结构情况和粒间力如何，塑限是 当土内表现出塑性性能时的含水范围的下限。 也就是说，在塑限之上，土的变形可以没有体积变化或产 生裂纹，以及将保持它的已有的变形形状。
（2）砂质黏土则位 于区域（2） （3）含较多粉土和有 机质的则位于（3）的 范围之内 （2） （3）
国家标准《土的分类标准》(GBJ145-90)中的塑性图
ma(0) mw
A W S
Va Vw
Vv
V
ms
Vs
土的三相图 Three phase diagram
一、土的质量和重量
1、土粒的比重 （specific gravity） 土的固体颗粒的重 m 量与其相同体积的 4℃纯水的重量之 比。
ma( 0) mw
A W S
孔隙率/孔隙度范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)
3、砂土的相对密度Dr(relative density)
最紧密
天然
最松散
emin
d max
e
d
e增大
emax
d min
emax e Dr emax emin
d max ( d d min ) d ( d max d min )
液流状态
粘流状态
自由溶液
自由溶液
自由溶液
扩散层重叠
扩散层重叠 自由溶液
粘塑状态
稠塑状态
扩散层重叠 扩散层重叠 扩散层重叠
扩散层重叠 扩散层重叠 浓缩扩散层 及气体
半固体状态 固定层及浓 气体(扩散 缩扩散层 层开始浓缩) 气体
固体状态 固定层重叠 气体(扩散 层很浓) 气体
Mitchell，1976：不管水的结构情况和粒间力如何，塑限是 当土内表现出塑性性能时的含水范围的下限。 也就是说，在塑限之上，土的变形可以没有体积变化或产 生裂纹，以及将保持它的已有的变形形状。
（2）砂质黏土则位 于区域（2） （3）含较多粉土和有 机质的则位于（3）的 范围之内 （2） （3）
国家标准《土的分类标准》(GBJ145-90)中的塑性图
土壤物理性质
第二章土壤物理性质
第一节土壤孔性
一、孔隙和孔性的概念
二、孔隙的类型 三、土 壤 孔 隙 度 四、土壤容重和比重 五、影 响 孔 性 的 因 素
六、土壤孔性与作物生长的关系
一、孔隙和孔性的概念
土壤是疏松多孔体，土粒或团聚体之间的空间 叫土壤空隙。土壤 孔隙是水气活动的场所，也是物质能量交换的 通道，如大孔隙可通气秀透水，小孔可保水保肥。
五、影 响 孔 性 的 因 素
土壤本身性状 质地： 粘土孔度大，容重小，以毛管孔和无效孔为主砂土相反，壤地土居中。 有机质含量： 有机质本身蔬松多孔，又利形成团粒，故有面机质越多，孔度越大。 土壤松紧和团聚情况： 壤越疏松，团聚情况越好，容重越小，孔度越大。耕作疏松土壤、施有 机肥形成团粒均可使孔度增大，反之减少。 外部因素的影响 自然因素： 降水、地下水升降、重力作用等使土体沉实孔度变小。 农业措施：中耕增加毛管孔； 耙耢、镇压、机械人畜践踏降低也孔度 ；灌水可使孔度下降。
四、土壤容重和土粒密度
土粒密度 土粒密度是指单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量。单位是g/cm3 影响土粒密度的因素： 主要决定于土壤的矿物组成。土壤中多数矿物的密度在2.6~2.7 g/cm3之 间，故土粒密度一般视为定值，取矿物密度的平均值2.65 g/cm3。 土粒密度还与有机质含量有关系，一般有机质的密度为125—140，但因 有机质含量不高，故予以忽略。
三、土 壤 孔 隙 度
概念
单位体积的自然土壤中，所有孔隙容积占土壤总容积的百分数。无法直接测 定，实际工作中根据比重和容重计算： 总孔隙度（%） =（孔隙容积/土壤容积）×100 =[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积]×100 =（1-土粒容积/土壤容积）×100 =[1-（土壤质量/比重）/（土壤重量/容重）]×100 =（1-容重/比重）×100
第一节土壤孔性
一、孔隙和孔性的概念
二、孔隙的类型 三、土 壤 孔 隙 度 四、土壤容重和比重 五、影 响 孔 性 的 因 素
六、土壤孔性与作物生长的关系
一、孔隙和孔性的概念
土壤是疏松多孔体，土粒或团聚体之间的空间 叫土壤空隙。土壤 孔隙是水气活动的场所，也是物质能量交换的 通道，如大孔隙可通气秀透水，小孔可保水保肥。
五、影 响 孔 性 的 因 素
土壤本身性状 质地： 粘土孔度大，容重小，以毛管孔和无效孔为主砂土相反，壤地土居中。 有机质含量： 有机质本身蔬松多孔，又利形成团粒，故有面机质越多，孔度越大。 土壤松紧和团聚情况： 壤越疏松，团聚情况越好，容重越小，孔度越大。耕作疏松土壤、施有 机肥形成团粒均可使孔度增大，反之减少。 外部因素的影响 自然因素： 降水、地下水升降、重力作用等使土体沉实孔度变小。 农业措施：中耕增加毛管孔； 耙耢、镇压、机械人畜践踏降低也孔度 ；灌水可使孔度下降。
四、土壤容重和土粒密度
土粒密度 土粒密度是指单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量。单位是g/cm3 影响土粒密度的因素： 主要决定于土壤的矿物组成。土壤中多数矿物的密度在2.6~2.7 g/cm3之 间，故土粒密度一般视为定值，取矿物密度的平均值2.65 g/cm3。 土粒密度还与有机质含量有关系，一般有机质的密度为125—140，但因 有机质含量不高，故予以忽略。
三、土 壤 孔 隙 度
概念
单位体积的自然土壤中，所有孔隙容积占土壤总容积的百分数。无法直接测 定，实际工作中根据比重和容重计算： 总孔隙度（%） =（孔隙容积/土壤容积）×100 =[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积]×100 =（1-土粒容积/土壤容积）×100 =[1-（土壤质量/比重）/（土壤重量/容重）]×100 =（1-容重/比重）×100
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——土的三相比例指标
强度 变形 稳定
软硬
土的三相 比例关系
松密
精品课件
2.3 土的物理性质指标 ——土的三相比例指标
2.3.1 土的三相指标定义、表达式 2.3.2 土的三相指标的确定
土颗粒 土中水 土中气
固相 液相 气相
精品课件
安排
讲解 加深 习题 总结
精品课件
土的三相 比例指标
讲解
Vv V
1.土粒的矿物成分
（1）原生矿物 （2）次生矿物 （3）腐植质
精品课件
次生矿物
蒙脱石
高岭石
伊利石
伊利石
高岭石
蒙脱石
精品课件
2.土颗粒的大小与形状
基本概念 粒度——土粒的大小，通常以粒径表示 粒组——界于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。
0.005 0.075
2
60
200
粘粒 粉粒
细粒
砂粒
圆粒
粗粒
碎石 块石
2、土的物理性质及工程分类
2.1 土的组成 2.2 土的结构构造 2.3 土的物理性质指标 2.4 土的物理状态指标 2.5 土的工程分类
精品课件
2.1 土的组成
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
精品课件
2.1.1 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。
精品课件
习题三
某完全饱和粘性土的含水量为40％， 土粒相对密度为2.7，试求土的孔隙比 和干密度。
精品课件
2.4 土的物理状态指标
无粘性土——密实度 粘性土的物理特征——含水量
精品课件
2.4.1 无粘性土的密实度划分标准
（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
精品课件
m w 100 % 57 . 9 % ms
Vw
Gw w
0 . 22
10
4 m 3
Sr
VW Vv
100
%
100
%
V v 0 . 22 10 4 m 3
V s V V v 0 . 23 10 4 m 3
e V v 0 . 957 Vs
精品课件
习题二
某土样重180g，饱和度Sr=90%， 相对密度为2.7，烘干后重135g。 若将该土样压密饱和，使其干密度达到 1.5g/cm3。试求压密前后土样的天然重度、 含水量、孔隙比。
精品课件
2.1.2 土中水 （1）结合水
强结合水、弱结合水
（2）自由水
重力水、毛细水
（3）气态水 （4）固态水
精品课件
双电层
• 结合水概念
强结合水、弱结合水
• 双电层概念
精品课件
2.1.3 土中气体 土中的气体存在于土孔隙中未被 水所占据的部位。
（1）自由气体 （2）封闭气体
精品课件
2.2 土的结构构造
2.2.1 土的结构
单粒结构
蜂窝结构
精品课件
絮状结构
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
精品课件
2、土的物理性质及工程分类
2.1 土的组成 2.2 土的结构构造 2.3 土的物理性质指标 2.4 土的物理状态指标 2.5 土的工程分类
精品课件
2.3 土的物理性质指标
精品课件
m=180g ms=135g mw=180－135=45g Vs=135/2.7=50cm3 Vw=45 cm3 Vv=45/0.9=50cm3 V=50＋50=100 cm3 γ=180/100×10=18 kN/m3 w=45/135×100%=33.3% e=50/50=1 土样压密后的三相数值为： V=135/1.5=90cm3 Vv=90－50=40 cm3 Vw=40 cm3 mw=40g m=135＋40=175g γ=175/90×10=19.4 kN/m3 w=40/135×100%=30% e=40/50=0.8 Sr=40/40×100%=100%
精品课件
（2）相对密实度Dr
定义：
Dr
emaxe emaxemin
• 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
Sr
Gs
e
精品课件
加深
1、比重与密度区别？ 2、含水量、孔隙比、孔隙率与饱和 度可否超过100％或1？
3、 ρ d、 ρ 、 ρ sat、 ρ’大小？
精品课件
加深
d
Gsw
1e
1
satG1seew
Gs(1)
1e
w
/ sa t wG 1s e1w
ρ’ <ρ d<ρ<ρ sat
精品课件
习题一
已知一饱和土样，体积为0.45×10－4m3， 湿土重0.6N，烘干后干土重0.38N， 求含水量和孔隙比。
V a 气体 m a 0
Vw 水 mw
m v mw
m
V s 土颗粒 m s
精品课件
讲解
2.3.1 土的三相指标定义与表达式
土的天然密度 公式：ρ=m/v
测定：环刀法
土的含水量 公式：w= mw/ms×100％
测定：烘干法 土粒相对密度（土粒比重）
公式：Gs=ρs/ρw
测定：比重瓶法
精品课件
讲解
➢ 土的干密度 公式： ρ d=ms/V ➢ 饱和密度 公式：ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V
➢ 土的浮密度（有效密度）
公式：ρ’= ρsat- ρw ➢ 土的孔隙比 公式： e=Vv/Vs ➢ 土的孔隙率 公式： n=Vv/V×100％ ➢ 土的饱和度 公式： Sr =Vw/Vv ×100％
精品课件
讲解
2.3.2 指标的确定
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。
精品课件
➢ 土的孔隙比
eGs(1)w 1
➢ 土的干密度
d
Gsw
1e
1
➢ 饱和密度
satG1seew
讲解
➢ 土的浮密度（有效密度） / sa t wG 1s e1w
➢ 土的孔隙率
n e 1 e
➢ 土的饱和度
精品课件
（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
A0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
精品课件
小 于 某 粒 径 的 土
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1 E -3
粒 径 /mm
巨粒
精品课件
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）颗粒级配的测定方法
• 筛分法（d>0.075mm的土） • 密度计法（d<0.075mm的土）
精品课件
筛分法（d>0精品.0课7件5mm的土）
密度计法（d<0.075mm的土）
强度 变形 稳定
软硬
土的三相 比例关系
松密
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2.3 土的物理性质指标 ——土的三相比例指标
2.3.1 土的三相指标定义、表达式 2.3.2 土的三相指标的确定
土颗粒 土中水 土中气
固相 液相 气相
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安排
讲解 加深 习题 总结
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土的三相 比例指标
讲解
Vv V
1.土粒的矿物成分
（1）原生矿物 （2）次生矿物 （3）腐植质
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次生矿物
蒙脱石
高岭石
伊利石
伊利石
高岭石
蒙脱石
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2.土颗粒的大小与形状
基本概念 粒度——土粒的大小，通常以粒径表示 粒组——界于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。
0.005 0.075
2
60
200
粘粒 粉粒
细粒
砂粒
圆粒
粗粒
碎石 块石
2、土的物理性质及工程分类
2.1 土的组成 2.2 土的结构构造 2.3 土的物理性质指标 2.4 土的物理状态指标 2.5 土的工程分类
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2.1 土的组成
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
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2.1.1 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。
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习题三
某完全饱和粘性土的含水量为40％， 土粒相对密度为2.7，试求土的孔隙比 和干密度。
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2.4 土的物理状态指标
无粘性土——密实度 粘性土的物理特征——含水量
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2.4.1 无粘性土的密实度划分标准
（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
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m w 100 % 57 . 9 % ms
Vw
Gw w
0 . 22
10
4 m 3
Sr
VW Vv
100
%
100
%
V v 0 . 22 10 4 m 3
V s V V v 0 . 23 10 4 m 3
e V v 0 . 957 Vs
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习题二
某土样重180g，饱和度Sr=90%， 相对密度为2.7，烘干后重135g。 若将该土样压密饱和，使其干密度达到 1.5g/cm3。试求压密前后土样的天然重度、 含水量、孔隙比。
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2.1.2 土中水 （1）结合水
强结合水、弱结合水
（2）自由水
重力水、毛细水
（3）气态水 （4）固态水
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双电层
• 结合水概念
强结合水、弱结合水
• 双电层概念
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2.1.3 土中气体 土中的气体存在于土孔隙中未被 水所占据的部位。
（1）自由气体 （2）封闭气体
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2.2 土的结构构造
2.2.1 土的结构
单粒结构
蜂窝结构
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絮状结构
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
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2、土的物理性质及工程分类
2.1 土的组成 2.2 土的结构构造 2.3 土的物理性质指标 2.4 土的物理状态指标 2.5 土的工程分类
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2.3 土的物理性质指标
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m=180g ms=135g mw=180－135=45g Vs=135/2.7=50cm3 Vw=45 cm3 Vv=45/0.9=50cm3 V=50＋50=100 cm3 γ=180/100×10=18 kN/m3 w=45/135×100%=33.3% e=50/50=1 土样压密后的三相数值为： V=135/1.5=90cm3 Vv=90－50=40 cm3 Vw=40 cm3 mw=40g m=135＋40=175g γ=175/90×10=19.4 kN/m3 w=40/135×100%=30% e=40/50=0.8 Sr=40/40×100%=100%
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（2）相对密实度Dr
定义：
Dr
emaxe emaxemin
• 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
Sr
Gs
e
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加深
1、比重与密度区别？ 2、含水量、孔隙比、孔隙率与饱和 度可否超过100％或1？
3、 ρ d、 ρ 、 ρ sat、 ρ’大小？
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加深
d
Gsw
1e
1
satG1seew
Gs(1)
1e
w
/ sa t wG 1s e1w
ρ’ <ρ d<ρ<ρ sat
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习题一
已知一饱和土样，体积为0.45×10－4m3， 湿土重0.6N，烘干后干土重0.38N， 求含水量和孔隙比。
V a 气体 m a 0
Vw 水 mw
m v mw
m
V s 土颗粒 m s
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2.3.1 土的三相指标定义与表达式
土的天然密度 公式：ρ=m/v
测定：环刀法
土的含水量 公式：w= mw/ms×100％
测定：烘干法 土粒相对密度（土粒比重）
公式：Gs=ρs/ρw
测定：比重瓶法
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讲解
➢ 土的干密度 公式： ρ d=ms/V ➢ 饱和密度 公式：ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V
➢ 土的浮密度（有效密度）
公式：ρ’= ρsat- ρw ➢ 土的孔隙比 公式： e=Vv/Vs ➢ 土的孔隙率 公式： n=Vv/V×100％ ➢ 土的饱和度 公式： Sr =Vw/Vv ×100％
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讲解
2.3.2 指标的确定
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。
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➢ 土的孔隙比
eGs(1)w 1
➢ 土的干密度
d
Gsw
1e
1
➢ 饱和密度
satG1seew
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➢ 土的浮密度（有效密度） / sa t wG 1s e1w
➢ 土的孔隙率
n e 1 e
➢ 土的饱和度
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（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
A0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
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小 于 某 粒 径 的 土
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1 E -3
粒 径 /mm
巨粒
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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）颗粒级配的测定方法
• 筛分法（d>0.075mm的土） • 密度计法（d<0.075mm的土）
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筛分法（d>0精品.0课7件5mm的土）
密度计法（d<0.075mm的土）