土的性质及工程分类
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土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
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H
Wp
WL
W
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土的工程性质与分类
Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性
塑性指数Ip 的大小和土中结合水的 可能含量有关，和土的颗粒组成、土 粒的矿物成份，以及土中水的离子成 份以及浓度等因素有关。土粒越细， 其比表面积越大，可能的结合水含量 越大，其时塑性指数Ip也越大。
第一讲 土的工程性质与分类
土的工程性质与分类
1.3土的结构和构造 土的结构和构造 地质历史与环境的产物
定义： 定义：是指物质成 分间的联结特点和 空间分布、变化规 律，反映了物质的 存在形式
土的结构和构造
工程性质
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1
土的工程性质与分类
1.3.1土的结构 土的结构
土的成分 定义： 定义：土的结构是指土粒
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土的工程性质与分类 检测题目
1. 砂土的结构通常是：__________ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构 2. 饱和土的组成为：__________ a.固相 b.固相＋液相 c.固相＋液相＋气相 d.液相 3. 下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：__________ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数 4. 筛分法适用的土粒直径为：__________ a.d>0.075 b.d<0.075 c.d>0.005 d.d<0.005 5.某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为：__________ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土 6.粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：______ a.越多 b.越少 c.可多可少
土力学 第1章 土的性质及工程分类
2.什么是土？
岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿 物集合体。
3.风化的类型
○ 物理风化
定义：由于温度变化和岩石裂隙中水的冻结以及盐类的结 晶引起的岩石表面逐渐破碎崩解的过程。
结果：主要使岩石机械破碎。风化的产物（原生矿物）与 原母岩矿物成分、化学性质相同。
○ 化学风化
定义：岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物 作用下所引起的破坏过程。
土的构造的最主要特征就是层理(状)结构或成层性。
◇分散构造：土层中土粒分布均匀，性质相近。 ◇裂隙构造：土体中有很多不连续的小裂隙。这种土的强度低、渗透性大。
分散构造
裂隙构造
1.5 土的物理性质(三相)指标
土的物理性质指标：表示土的三相之间比例关系的指标。
指标的分类：
1.基本试验指标：必须通过试验才能确定的指标。
计算公式： mw 100% Ww 100%
ms
Ws
（％） （1 - 16)
试验测定方法：烘干法。
先称一定质量的土m，放在100～1050C下烘干至恒重，则此时的质量即为土粒 的质量ms，土中水的质量mw=m-ms。代入上式即可。
二、反映土单位体积质量(重量)的指标
1.土的干密度ρd
+
+
+ + __
_ _
_
_
__
+ _
_
+ _
___
_ __
_
+_ __
_
_
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
岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿 物集合体。
3.风化的类型
○ 物理风化
定义：由于温度变化和岩石裂隙中水的冻结以及盐类的结 晶引起的岩石表面逐渐破碎崩解的过程。
结果：主要使岩石机械破碎。风化的产物（原生矿物）与 原母岩矿物成分、化学性质相同。
○ 化学风化
定义：岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物 作用下所引起的破坏过程。
土的构造的最主要特征就是层理(状)结构或成层性。
◇分散构造：土层中土粒分布均匀，性质相近。 ◇裂隙构造：土体中有很多不连续的小裂隙。这种土的强度低、渗透性大。
分散构造
裂隙构造
1.5 土的物理性质(三相)指标
土的物理性质指标：表示土的三相之间比例关系的指标。
指标的分类：
1.基本试验指标：必须通过试验才能确定的指标。
计算公式： mw 100% Ww 100%
ms
Ws
（％） （1 - 16)
试验测定方法：烘干法。
先称一定质量的土m，放在100～1050C下烘干至恒重，则此时的质量即为土粒 的质量ms，土中水的质量mw=m-ms。代入上式即可。
二、反映土单位体积质量(重量)的指标
1.土的干密度ρd
+
+
+ + __
_ _
_
_
__
+ _
_
+ _
___
_ __
_
+_ __
_
_
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
土的工程分类及各类型土的工程性质
3、黄土
1）特征与分布
黄土是第四季干旱半干旱气候条件下形成的一种性 质特殊的大陆松散沉积物。
颜色主要呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；以粉粒为主 （多为0.05-0.01mm的粗粉粒），粒度大小均一， 黏粒含量少（一般小于10%）；富含碳酸盐以及硫 酸盐、少量其他易溶盐类；孔隙比较大，一般在1.0 左右，具有肉眼可见的大孔隙；垂直节理发育；浸 湿后土体显著沉陷（称为湿陷性）。具有上述全部 特征的土即为典型黄土。上述有的特征不明显的土 称为黄土状土。两者统称为黄土类土，简称黄土。
漂石(块石)混合土 卵石(碎石)混合土
注：巨粒混合土可根据所含粗粒或细粒的含量进行细分。
砾类土的分类：
土类 砾土
粒组含量
级配Cu5，1Cc3 细粒含量<5% 级配不能同时满足
上述要求
土类名称 级配良好砾土
级配不良砾土
含细粒土砾土
5%细粒含量<15%
含细粒土砾土
细粒土质砾土
15%细粒含量 <50%
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的85%的土 为细砂土。
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的50%的土 为粉砂土。
举例:
例1：某砂土样，经筛析试验，得到各粒组含 量的百分比为：
粒径mm
>5
5~2
~0.0 75
<0.075
质量百分比 %
8
22
26
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5、湖积土
工程特征：湖边沉积物粒粗，承载力高；远岸沉 积物粒细，性质变差；湖心沉积物主要为黏土和 淤泥软土，压缩性高，强度很低；湖泊淤塞可演 变为沼泽，沼泽沉积土为沼泽土，主要由半腐烂 的植物残体和泥炭组成，含水量极高，承载力极 低。
土的工程分类及性质
土的工程分类及性质
一，土的分类
根据土的开挖难易程度将土分为八类，前四类为一般土，即可人工也可机械，后四类为岩石，必须用爆破等施工方式。
二，土的工程性质
土的工程性质可用一些物理量来表示。
1）土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比。
s w
m m W =
含水量影响边坡稳定和填土压实，含水量在25%以上，机械开挖 是行车困难，容易陷车。
应用：最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量。
2）土的密度
天然密度：土在天然状态下单位体积的质量。
V
m = 干密度：单位体积土中固体颗粒的质量。
V
m s d = 土的质量密度影响土的承载力、土压力和边坡的稳定性。
应用：检测填土压实质量的控制指标。
3）土的渗透性：水在土体中渗流的性能，一般用渗透系数K 表示。
渗透系数K ：在水力坡度（L h I ∆=)为1的渗流作用下，水在土
中渗出的速度(KI v =)
土的渗透系数与土的颗粒级配、密实程度有关。
应用：选择降低水位方法、回填土。
4）土的可松性：自然状态下的土经开挖后，内部组织破坏，其体积 因松散而增加，以后虽经回填压实仍不能恢复其原来体积的性质。
一般用可松性系数表示。
最初可松性系数：土经开挖后的松散体积与原自然状态体积之比。
原
松散V V K S = 最后可松性系数：土经回填压实后的体积与原自然状态体积之比。
原
压实V V K S =' 土的可松性对土方开挖、运输、场地平整、土方量的平衡调度、 土方存放、挖土回填、留回填松土等均有很大影响。
土力学-2 土的性质及工程分类
（四）颗粒大小分析试验 测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确
定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。 筛分法：粒径>0.075mm 密度计法：粒径<0.075mm 联合测定：既有粒径>0.075mm，又有粒径>0.075mm
1.筛分法
利用一套孔径由大到小的筛子，将按规 定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠 好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留 在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小 于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）
一般特征
漂石、块石颗粒 卵石、碎石颗粒
＞200 200～20
透水性很大，无粘性，无毛细水
圆砾、角砾颗粒 砂粒
粗 中 细
20～10 10～5 5～2
透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小
粗 中 细 极细
2～0.5 0.5～0.25 0.25～0.1 0.1～0.05
易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大， 随粒径变小而增大
伊利石：云母在碱性介质中风化产物， 2：1型晶格，晶层靠钾离子连接，比较 稳定，但不如氢键；
高岭石：长石风化产物，1：1型晶格， 一个硅片＋一个铝片＝一个晶层，晶层 靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。
（三）土粒的大小和土的级配 粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组。
土粒粒组的划分
粒组名称
粒径范围
（2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级 配的好坏。
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均 匀系数Cu和曲率系数Cc。
Cu
d 60 d10
Cc
d30 2 d10d60
定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。 筛分法：粒径>0.075mm 密度计法：粒径<0.075mm 联合测定：既有粒径>0.075mm，又有粒径>0.075mm
1.筛分法
利用一套孔径由大到小的筛子，将按规 定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠 好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留 在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小 于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）
一般特征
漂石、块石颗粒 卵石、碎石颗粒
＞200 200～20
透水性很大，无粘性，无毛细水
圆砾、角砾颗粒 砂粒
粗 中 细
20～10 10～5 5～2
透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小
粗 中 细 极细
2～0.5 0.5～0.25 0.25～0.1 0.1～0.05
易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大， 随粒径变小而增大
伊利石：云母在碱性介质中风化产物， 2：1型晶格，晶层靠钾离子连接，比较 稳定，但不如氢键；
高岭石：长石风化产物，1：1型晶格， 一个硅片＋一个铝片＝一个晶层，晶层 靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。
（三）土粒的大小和土的级配 粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组。
土粒粒组的划分
粒组名称
粒径范围
（2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级 配的好坏。
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均 匀系数Cu和曲率系数Cc。
Cu
d 60 d10
Cc
d30 2 d10d60
工程地质与地基基础之土的性质及工程分类(ppt 55张)
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
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作 用
2.2.2.3 毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
密度计法（d<0.075mm的土）
（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
A
0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
小 于 某 粒 径 的 土 粒 质 量 /%
100
80
60
40
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1E -3
其中三个基本试验指标
土的天然密度ρ 测定：环刀法
土的含水量w
测定：烘干法
土粒相对密度（土粒比重）ds
测定：比重瓶法
其它6个指标：Sr、ρd、 ρsat 、ρ/、e、n
可通过指标换算得到。
2.3.4 指标的换算
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。
2.4 无粘性土的密实度
筛分法
200g
P
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
72
% 95 87 78 66 55 36
筛分法原理图
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作 用
2.2.2.3 毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
密度计法（d<0.075mm的土）
（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
A
0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
小 于 某 粒 径 的 土 粒 质 量 /%
100
80
60
40
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1E -3
其中三个基本试验指标
土的天然密度ρ 测定：环刀法
土的含水量w
测定：烘干法
土粒相对密度（土粒比重）ds
测定：比重瓶法
其它6个指标：Sr、ρd、 ρsat 、ρ/、e、n
可通过指标换算得到。
2.3.4 指标的换算
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。
2.4 无粘性土的密实度
筛分法
200g
P
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
72
% 95 87 78 66 55 36
筛分法原理图
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
土的工程分类和基本性质
m1 m2
V
d
m1 V
土的天然密度和干密度在计算土方工程量、安排土方运输
和调配、选择土方工程开挖和运输机械和确定填土压实质
量等方面有重要作用。
1.2 土的工程性质
2. 土的含水量W
是土中所含的水与土的固 体颗粒间的质量比，以百分数表 示，见下式：
W ma mb ×100% 快速含水量测定仪 mb
密度（kg/m3）
开挖方法
600～1500 用锹、锄头挖掘
二类土 （普通土）
粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂； 粉土混卵(碎)石；种植土；填土
1100～1600
用锹、锄头挖掘， 少许用镐翻松
三类土 （坚土）
软及中等密实粘土；重粉质粘土；砾石土；干 黄土；含碎(卵)石的黄土；粉质粘土；压实的 填土
4. 土的可松性
即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，
以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性
用可松性系数 KS 表示。
土的最初可松性系数 KS= V2 / V1；
土的最后可松性系数 K，S= V3 / V1 。土的可松性对基坑工
程施工时的土方
式中：V1 ——土在天然状态下的体积；
八类土 安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花 （特坚石） 岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩
2700～3300 用爆破方法
1.2 土的工程性质
1. 土的天然密度ρ和干密度ρd
天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量，用ρ表示， 即土颗粒和水的质量之和与土的总体积之比。
土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用ρd表示， 即土中土颗粒的质量与土的总体积之比。
主要用镐，少许用 1750～1900 锹、锄头，部分用
建筑施工技术-土的工程分类及性质
按表 " # $ # " 的规定，基坑宽应稍大于基础宽；
表 " # $ # " 基坑（槽）不加支撑时的容许深度
土的名称
密实、中 密 的 砂 土 和 碎 石 类 土 （充填物为砂土）
挖土深度 （&）
土的名称
硬塑、可 塑 的 黏 土 和 碎 石 类 土 "
（充填物为黏土）
挖土深度 （&）
"’(
硬塑、可塑的轻亚黏土及亚黏土 "’$( 坚硬的黏土
边 坡顶无荷载
坡 坡 度（高：宽）
坡顶有静载
坡顶有动载
中密的砂土
" - "’++
" - "’$(
" - "’(+
中密的碎石类土（充填物为砂土）
" - +’.(
" - "’++
" - "’$(
硬塑的轻亚黏土
" - +’/.
" - +’.(
" - "’++
中密的碎石类土（充填物为黏性土）
" - +’(+
压实系数#" , ()-.
()-/ 0 ()-. ()-+ 0 ()-1 ()-& 0 ()-/
( ) -( ( ) -( ( ) 23
注：压实系数#"，为土的控制干密度!! 与最大干密度!!"#$的比值。控制含水量为"45 6 7。
7
土的工程分类及性质
1.2 土方开挖技术
1.2.1 人工开挖土方
土层的工程分类及性质
土层的工程分类及性质一、土的工程分类在建筑施工中，按照开挖的难易程度，土可分为八类：一类土（松软土）、二类土（普通土）、三类土（坚土）、四类土（砂砾坚土）、五类土（软石）、六类土（次坚石）、七类土（坚石）、八类土（特坚石）。
一至四类为土，五至八类为岩石。
二、土的工程性质1、土的密度（1）土的天然密度土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。
（2）土的干密度单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度。
注: 土的干密度越大，表示土越密实。
工程上把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。
2、土的含水量土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。
注：土的干湿程度用含水量表示。
5%以下称干土、5% —30%称潮湿土、30% 以上称湿土。
含水量越大，土就越湿，对施工越不利。
3、土的可松性自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，其体积仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。
土的可松性程度用可松性系数表示。
4、土的渗透性土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用表示，单位为。
注：土的渗透性大小取决于不同的土质。
地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关。
下面来介绍一下，岩石风化。
一般情况下，岩体的风化程度呈现出由表及里逐渐减弱的规律。
但由于岩体中岩性并不均一，且有断裂存在，所以岩体风化的情况并不一定完全符合一般规律。
岩体风化厚度一般为数米至数十米，沿断裂破碎带和易风化岩层，可形成风化较剧的岩层。
断层交会处还可形成风化囊。
在这两种情况下深度可超过百米。
岩体风化分为：①物理风化，如气温变化使岩石胀缩导致破裂等；②化学风化，如低价铁的黄铁矿在水参与下变为高价铁的褐铁矿；③生物风化，如植物根系可使岩石的裂隙扩张等。
岩体风化的速度和程度取决于岩石的性质和结构、地质构造、气候条件、地形条件、人类活动的影响等。
土的工程分类与施工性质
土的工程分类与施工性质一、土的分类土层是地球表面各种不同的物质组成的，是地壳的主要组成部分。
在工程上对土是以其软硬程度、强度、含水量等大致分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石八类。
认识土的分类，明确施工开挖难易程度，以便选择施工方法和确定劳动量，为计算劳动力、机具及工程费用提供依据。
表1.1 土的工程分类续表二、土的野外鉴别方法在野外及工地，按地基土的分类，粗略地鉴别各类土的方法，可采用按开挖方法及工具的不同，以及参照表1.2的方法进行。
表1.2 土的野外鉴别方法任何物质都具有其固有的物理性能，土类亦不例外。
为对土石方进行施工，对其基本性能应做一些了解。
1.土的组成土一般由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）3 部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围环境条件的变化而变化。
2.土的可松性天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。
土的可松性用可松性系数表示，即：式中 Ks ，Ks′——土的最初、最终可松性系数；V1——土在天然状态下的体积（m3）；V2——土挖出后在松散状态下的体积（m3）；V3——土经压（夯）实后的体积（m3）。
可松性系数对土方的调配、计算土方运输量都有影响。
各类土的可松性系数见表1.3所列。
表1.3 土的可松性系数【例1.1】要将1 000 m3普通土运走，考虑到该土的最初可松性系数Ks （取1.19），所需运走的土方量不是1 000 m3，而是1 000 m3×1.19＝1190 m3。
′（取1.035）的又如，需要回填1 000 m3普通土，考虑到最终可松性系数Ks影响，所需挖方的体积1 000 m3÷1.035＝966 m3就够了。
3.土的天然密度和干密度在天然状态下，单位体积土的质量称为土的天然密度。
它与土的密实程度和含水量有关。
土的天然密度可按下式计算：式中ρ——土的天然密度（kg/m3）；m——土的总质量（kg）；V——土的体积（m3）。
土的工程性质与分类
详细描述
孔隙比的大小决定了土的松散程度和压缩性。孔隙比越大，土越松散；孔隙比 越小，土越紧密。在工程实践中，孔隙比是评价土的工程性质的重要指标之一， 对于土的稳定性和沉降计算具有重要意义。
孔隙率
总结词
孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比，反映了土的孔隙状况。
详细描述
孔隙率的大小对土的工程性质有着重要影响。一般来说，孔隙率越大，土的透水性越好；孔隙率越小 ，土的透水性越差。在工程实践中，孔隙率是评价土的渗透性和压缩性的重要指标之一。
内摩擦力与土颗粒之间的 摩擦力有关，粘聚力与土 颗粒之间的胶结作用有关。
ABCD
土的抗剪强度由内摩擦力 和粘聚力两部分组成。
抗剪强度是评价土的稳定 性、进行边坡设计的重要 依据。
承载能力
01
承载能力是指土在一定压力作用下不发生破坏或过 大变形的极限承载能力。
02
土的承载能力与土的强度、变形性质、应力历史等 因素有关。
土的工程性质与分类
目录
• 土的物理性质 • 土的力学性质 • 土的工程分类 • 土的工程应用 • 土的工程问题与对策
01 土的物理性质
密度
总结词
密度是土的质量与其体积的比值，反映了土的紧密程度。
详细描述
密度的大小受到土的矿物成分、含水量、孔隙比等因素的影 响。一般来说，密度越大，土越紧密；密度越小，土越松散 。密度是土的基本物理性质之一，对土的工程性质有着重要 影响。
04 土的工程应用
基础工程
基础工程是土木工程中最为重要的部分之一，它涉及到建筑物、道路、桥梁等各种 设施的基础设计、施工和监测。
土的工程性质对基础工程的影响非常大，包括土的强度、压缩性、渗透性等，这些 性质决定了基础工程的稳定性、安全性和经济性。
孔隙比的大小决定了土的松散程度和压缩性。孔隙比越大，土越松散；孔隙比 越小，土越紧密。在工程实践中，孔隙比是评价土的工程性质的重要指标之一， 对于土的稳定性和沉降计算具有重要意义。
孔隙率
总结词
孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比，反映了土的孔隙状况。
详细描述
孔隙率的大小对土的工程性质有着重要影响。一般来说，孔隙率越大，土的透水性越好；孔隙率越小 ，土的透水性越差。在工程实践中，孔隙率是评价土的渗透性和压缩性的重要指标之一。
内摩擦力与土颗粒之间的 摩擦力有关，粘聚力与土 颗粒之间的胶结作用有关。
ABCD
土的抗剪强度由内摩擦力 和粘聚力两部分组成。
抗剪强度是评价土的稳定 性、进行边坡设计的重要 依据。
承载能力
01
承载能力是指土在一定压力作用下不发生破坏或过 大变形的极限承载能力。
02
土的承载能力与土的强度、变形性质、应力历史等 因素有关。
土的工程性质与分类
目录
• 土的物理性质 • 土的力学性质 • 土的工程分类 • 土的工程应用 • 土的工程问题与对策
01 土的物理性质
密度
总结词
密度是土的质量与其体积的比值，反映了土的紧密程度。
详细描述
密度的大小受到土的矿物成分、含水量、孔隙比等因素的影 响。一般来说，密度越大，土越紧密；密度越小，土越松散 。密度是土的基本物理性质之一，对土的工程性质有着重要 影响。
04 土的工程应用
基础工程
基础工程是土木工程中最为重要的部分之一，它涉及到建筑物、道路、桥梁等各种 设施的基础设计、施工和监测。
土的工程性质对基础工程的影响非常大，包括土的强度、压缩性、渗透性等，这些 性质决定了基础工程的稳定性、安全性和经济性。
土的性质及工程分类
比较稳定力学性质好粗砂土如砂土砾石等土类的结构特征34土粒下沉过程中接触点引力大于下沉土粒重量形成链环状单元很多这样的链环状单元联接起来便形成孔隙较大的蜂窝状结构蜂窝状结构常在粉土粘土类中遇到35微小的粘粒重量极轻靠其自重在水中下沉极为缓慢土粒表面常带有同号电荷因而悬浮在水中作分子热运动不能相互碰撞结成粒团下沉
结合水：是指水受电分子吸引力作用吸附于土粒表 面的土中水。分为强结合水和弱结合水。
强结合水：紧靠土粒表面，性质接近于固体，密度 为1.2～1.4g/cm3,冰点为-78℃，不传递静 水压力，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪 强度。
26
弱结合水：在强结合水以外，电场作用范围以 内，电场作用力随远离颗粒而减弱， 是一种粘滞水膜，受力时能由水膜较 厚处缓慢转移到水膜较薄处;能产生 变形，但不因重力作用而流动，与土 的可塑性、土的冻胀有关。
有效密度（）
天然重度（）
干重度（ ）d
饱和重度（
）
sat
有效重度（ ）
d
ms V
' ms Vsw
V
sat msV mw / msVwVV
45
3.反映土的孔隙、含水特征指标
※土 的 孔 隙 比 e ： 土 中 孔 隙 体 积 与 土 粒 体 积
之比。可以用来评价天然土层的密实程度。
粗颗粒：土中的气体与大气相通，对土的力学性质 影响不大;
细颗粒：存在与大气隔绝的封闭气泡，使土的压缩 性提高，透水性减小。
封闭气泡：随着压力的增大，封闭气泡可能压缩或 溶解于水中，压力减小时，气泡会恢复 原状或重新游离出来。
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透 性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变 形随时间的发展过程 。
结合水：是指水受电分子吸引力作用吸附于土粒表 面的土中水。分为强结合水和弱结合水。
强结合水：紧靠土粒表面，性质接近于固体，密度 为1.2～1.4g/cm3,冰点为-78℃，不传递静 水压力，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪 强度。
26
弱结合水：在强结合水以外，电场作用范围以 内，电场作用力随远离颗粒而减弱， 是一种粘滞水膜，受力时能由水膜较 厚处缓慢转移到水膜较薄处;能产生 变形，但不因重力作用而流动，与土 的可塑性、土的冻胀有关。
有效密度（）
天然重度（）
干重度（ ）d
饱和重度（
）
sat
有效重度（ ）
d
ms V
' ms Vsw
V
sat msV mw / msVwVV
45
3.反映土的孔隙、含水特征指标
※土 的 孔 隙 比 e ： 土 中 孔 隙 体 积 与 土 粒 体 积
之比。可以用来评价天然土层的密实程度。
粗颗粒：土中的气体与大气相通，对土的力学性质 影响不大;
细颗粒：存在与大气隔绝的封闭气泡，使土的压缩 性提高，透水性减小。
封闭气泡：随着压力的增大，封闭气泡可能压缩或 溶解于水中，压力减小时，气泡会恢复 原状或重新游离出来。
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透 性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变 形随时间的发展过程 。
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：
土的物理性质和工程分类
砂土
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
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土的性质及工程分类
19
土的性质及工程分类
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土的性质及工程分类
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※ 几个特殊粒径：d10, d30 , d60 小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为10%时，
相应的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到
d30（中值粒径）和d60（限定粒径）。
※ 土颗粒的级配指标：
不均匀系数
曲率系数
Cu= d60/ d10 Cc=(d30)2/(d60× d10)
5
黄土
风积土
典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时， 含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受 较大的建筑物荷载，可一旦湿水，其胶结强度会 迅速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉， 黄土的这种性质称为湿陷性。
土的性质及工程分类
6
2.2 土的三相组成及土的结构
一、土的固相 土的重要组成，土颗粒的矿物成分不同、
土的性质及工程分类
14
筛分法： 适用于粒径大于0.075mm的土
土的性质及工程分类
15
比重计法： 适用于粒径小于0.075mm的土
土的性质及工程分类
16
比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降 速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。
将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止 后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变 化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓 度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒 径的土粒质量，绘出级配曲线。
结合水：是指水受电分子吸引力作用吸附于土粒表 面的土中水。分为强结合水和弱结合水。
强结合水：紧靠土粒表面，性质接近于固体，密度 为1.2～1.4g/cm3,冰点为-78℃，不传递静 水压力，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪 强度。
土的性质及工程分类
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弱结合水：在强结合水以外，电场作用范围以 内，电场作用力随远离颗粒而减弱， 是一种粘滞水膜，受力时能由水膜较 厚处缓慢转移到水膜较薄处;能产生 变形，但不因重力作用而流动，与土 的可塑性、土的冻胀有关。
※ 土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试验 （简称颗分试验）测定。
颗 d>0.075mm 筛析法
分
试 验
d<0.075mm 密度计法 移液管法
土的性质及工程分类
13
利用一套孔径由大到小 的筛子，将事先称过质 量的干试样放入筛中， 经过充分震摇后，把留 在各级筛上的土粒分别 称量，算出小于某粒径 的土粒含量，用以确定 土中各粒组的土粒含量。
粗细不同、形状不同，土的性质不同。 1.土粒的矿物成分
矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以细 粒组的矿物成分最为重要。
土的性质及工程分类
7
土颗粒的矿物成分
原生矿物 次生矿物
原生矿物：包括石英、长石和云母等。为 岩石物理风化的产物，化学性 质稳定或较为稳定。
次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。 主要是粘土矿物。
运积土： Transported soil
经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。 可分为
土的性质及工程分类
4
河流沉积土
水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故： 上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题 下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉 降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题
土的性质及工程分类
第二章土的性质及工程分类
土的性质及工程分类
1
2.1概述
土是岩石风化的产物。
岩石 风化岩 石（矿物）颗粒 搬环运境 沉积自物然力
土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱
风 物理作用：岩石产生量的变化
化 作 用
化学作Hale Waihona Puke 生物作用岩石产生质的变化
土的性质及工程分类
2
残积土
土
风成沉积土
运积土 水成沉积土
冰川沉积土 土是三相体。 固相（土颗粒）
土的性质及工程分类
17
颗粒分析的先进方法－激光颗分
土的性质及工程分类
18
根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制颗粒级 配累积曲线（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵 坐标为小于某粒径的土重含量，用常数坐标表示）。
颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的均匀程 度。
曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗粒比较 均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊，土颗粒不 均匀，级配良好。水平段（台阶）表示缺乏某些粒 径，是不连续级配。
土的性质及工程分类
22
Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表 示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。
Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形 状。
在一般情况下，
<5，均粒土，为级配不良
Cu >10，级配良好
土的性质及工程分类
23
单独用Cu来确定土的级配情况是不够 的，需同时参考Cc。
土 液相（水）
气相（气）
饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。 影响土的工程性质的因素：
1）三相组成 2）沉积年代 3）成因
土的性质及工程分类
3
残积土： Residual soil
岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的 厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间， 其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积 土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良母岩)
砾
类 土
Cu≥5
或
砂 类
Cc=1~3
土
级配良好
土的性质及工程分类
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2.2.2土中水和气 1.土中水
结合水 土中水
自由水
强结合水 弱结合水 重力水 毛细水
※ 土的含水量试验所测定的为土中的自由水 和弱结合水。
土的性质及工程分类
25
自由水：是指存在于土粒表面电场影响范围以外的 土中水。性质和普通水一样，能传递静水 压力，冰点为0℃，有溶解盐类的能力。分 为毛细水和重力水。
伊利石
高岭石
蒙脱石
土的性质及工程分类
10
2.土的粒组
※ 按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组，称 为粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
巨粒：>60mm 土的粒组 粗粒：0.075~60mm
细粒:≤0.075mm
土的性质及工程分类
11
土的性质及工程分类
12
3.土的颗粒级配
※土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土 颗粒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。
土的性质及工程分类
8
粘 土 矿 物 结 构
的 基 本 单 元
硅氧四面体 铝氢氧八面体
硅氧晶片 铝氢氧晶片
由于晶片结合的情况不同，便形成了具有不同 性质的各种粘土矿物，主要有蒙脱石、伊里石和高 岭石。
土的性质及工程分类
9
蒙脱石：亲水性强 （吸水膨胀、脱水收缩） 伊里石：亲水性中等 高岭石：亲水性差