土的物理力学性质

2.2 土的三相比例指标 防灾科技学院
2.2.2 土的其他物理性质指标
1.孔隙比e和孔隙率n
e VV
Vs
n VV 100% V
n e 1e
砂类土：28-35%
粘性土：30-50%，有的可达60-70%
ma=0 m mw
ms
质量
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密实程度的重要物理 性质指标，e或n越大，土越疏松，反之土越密实。一 般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松 的高压缩性土。
• 表达式：
ds
s 4C
w
• 单 位: 无量纲
ma=0 m mw
ms
质量
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
4wC =1.0 g/cm3
土粒相对密度在数值上=土粒的密度
测定：比重瓶法测定。变化幅度很 小，通常按经验值选用。
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2.土的含水量W
• 定义：土中水的质量与土粒质 ma=0
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2.土的饱和度Sr
ma=0
空气
Va
土中水的体积与孔隙体积的比值
表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例 指标,包括土粒比重、含水量，密度、孔隙比、孔隙率和 饱和度等。三项成分的体积和质量间的比例关系也决定着 土的物理、力学性质。
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 力学特性
粘性土的软硬状态
★★★物理性质是土的最基本的工程特性。
2.2 土的三相比例指标
2.2.1 土的三相简图
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ma=0
m
mw
ms
质量
Air Water
Soil
Va
Vv
Vw
V
Vs
体积
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九个物理量:
V Vv Vs Va Vw ms m w ma m
物性指标是比 例关系: 可假设 任一参数为1
物理量关系:
m ms mw ma ma 0 mw wVw
2.1概述
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固 体
原生矿物：石英、长石 、云母等
矿物质
次生矿物
粘土矿物：蒙脱石、伊 可溶盐： NaCl 、CaCO 3
利石、高岭石等 等
颗
无定形氧化物胶体
粒

有机质
1.土粒的矿物成分
原生矿物:母岩经物理风化而成,如石英、云母、长石；
次生矿物：母岩经化学风化而成，如粘土矿物、铝铁氧化 物、氢氧化物等。常见的粘土矿物有蒙脱石、伊里石、高 岭石；由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，所以颗粒 表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物 愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。
V Vs Va Vw Vv Va Vw
ma=0 m mw
ms
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
质量
体积
实验室 直接测定
土粒相对密度ds 土的含水量w 土的密度
其它指标： 三相草图法计算
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1.土粒相对密度d s
• 定义：土粒的密度与4˚C时 纯蒸馏水密度的比值
由于电分子引力作 用而紧密吸附于土 粒表面的水
重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位 于地下水位以下
土中水
毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自 由水，存在于地下水位以上的透水层中。
固态水：矿物晶体内的结合水（结晶水），矿物的一部分，呈固态。
气态水：土中气的一部分
土中的水与粘粒有着 产生细粒土的 复杂的相互作用
和物理力学性质
风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土体
2.1概述
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固相 + 液相 + 气相
固体颗粒 固相 构成土体骨架起决 定作用，大小和形状、矿物成分及其组成是决
定土的物理力学性质的重要因素。
土中水 液相 重要影响
土中气体 气相 次要作用
饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
2.1概述
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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
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
粒径(mm)
2.1概述
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土中的水：
液态水
结合水 自由水
强结合水：紧靠土颗粒表面 弱结合水：紧靠强结合水外围
量之比，用百分数表示 m mw • 表达式：
w(%) mw m ms
ms
ms
ms
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
• 单 位: 无量纲
质量
体积
• 一般范围：变化范围大
注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％
测定: 烘干法
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3.土的密度和天然重度
• 定义：土单位体积的质量 • 表达式：
2.1概述
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2.土粒粒度与粒组
在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒组成的， 土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。土 粒的大小称为粒度，用粒径表示。将大小相近，性质相似的 颗粒划归为一组，称为粒组，划分粒组的分界尺寸称为界限 粒径。常用200、20、2、0.075、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。
可塑性、结构性、触 变性、胀缩性、湿陷 性、冻胀性等。
2.1概述
固相 三相组成物质的 土 液相 性质和三相比例
指标的大小。
气相
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三相组成物质的性质 和三相比例指标的大 小，必然在土的轻重、 松密、干湿、软硬等 一系列物理性质有不 同的反映。
在一定程度上 决定了土力学 性质。
2.2 土的三相比例指标 防灾科技学院
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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 无粘性土的密实度
➢ 2.4 粘性土的物理特征 ➢ 2.5 粉土的密度和湿度 ➢ 2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 ➢ 2.7 土的压实原理 ➢ 2.8土（岩）的工程分类
2.1概述
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过程、条件 土的组成、结构
m ms mw V Vs Vw Va
ma=0 m mw
ms
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
• 单 位: kg/m3 或 g/cm3
质量
• 一般范围: 1.60~2.20 g/cm3
体积
相关指标: 土的重度 =g 单位: kN/m3
工程上更常用, 用于计算土的 自重应力
土的密度用环刀法测定: