土的物理性质
1 土的物理性质及工程分类
常见值
ρ＝(1.6～2.2)g/cm3， ＝(16～22)kN/m3
[ 容重 ：单位体积的重量]
土的重度
天然状态下，土单位体积的重量，称为土 的重度 范围：16～22 土工试验：环刀法
W mg (kN / m3 ) V V
土的重度取决于土粒的重 量，孔隙体积的大小和孔隙中
水的重量，综合反映了土的组
V Ah1 VS Ah1 e1＝ V 1 1 VS VS VS
由于逐级（一般为6级）施加荷载在不同压力p作用下，可得 到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力， 以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线．
2、压缩性指标
根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的 1）、压缩系数： 变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条 直线来代替。
Vs
m ms mw ma ma 0 mw w Vw
质量
体积
V Vs Va Vw Vv Va Vw
土的三相简图
• 1、土的天然密度
土的天然密度，指土在天然状态下单位体 积的质量,又称湿密度。它影响土的承载力、 土压力及边坡的稳定性。
土的总质量 m ( kg / m3 ) 土的总体积 V
5.孔隙比e和孔隙率n
孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比 ◇e<0.6 低压缩性土 e>1.0 高压缩性土
Vv e Vs
Vv n 100% V
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示
6.土的饱和度Sr
土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示 饱和度描述土中孔隙被水充 V 满的程度。干土Sr=0,饱和土 Sr 100% Vv Sr=100%。 砂土根据饱和度分 为三种状态:
第1章土的物理性质-lsj
粒径(mm)
Cu ≥5, Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
曲线 d 60 d10
L M R
0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
d30 Cu Cc
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
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 粘性土的软硬状态
影响
力学特性
土的物理状态
ma=0 m mw ms
质量
空气 Air
Va
Vv Vw V
水 Water
固体 Solid
Vs
体积
三相草图
三相草图
ma=0
共有九个参数:
Air
Va
V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m Vv V 已知关系五个:
固体
Vs
体积
g
d dg
饱和重度
浮重度
sat w
sat satg
sat d
各种密度容重间的大小关系
常用的物理性质指标间的换算关系：
教科书 P12 表1-5
学习要点：
从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导
m 187 ρ= = = 1.87 g / cm3 V 100
γ = ρg = 1.87 × = 18.7kN / m 10
3
167 γd = ρd g = × = 16.7kN / m3 10 100
第一章土的物理性质及分类
第⼀章⼟的物理性质及分类第⼀章⼟的物理性质及分类1—1 概述⼟的定义：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。
⼟的三相组成：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。
第⼆节⼟的⽣成⼀、地质作⽤的概念地质作⽤--导致地壳成分变化和构造变化的作⽤。
根据地质作⽤的能量来源的不同，可分为内⼒地质作⽤和外⼒地质作⽤内⼒地质作⽤: 由于地球⾃转产⽣的旋转能和放射性元素蜕变产⽣的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发⽣变化的地质作⽤。
如岩浆作⽤、地壳运动(构造运动)和变质作⽤。
外⼒地质作⽤：由于太阳辐射能和地球重⼒位能所引起的地质作⽤。
它包括⽓温变化、⾬雪、⼭洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、⽣物等的作⽤。
风化作⽤--外⼒(包括⼤⽓、⽔、⽣物)对原岩发⽣机械破碎和化学变化的作⽤。
沉积岩和⼟的⽣成--原岩风化产物（碎屑物质），在⾬雪⽔流、⼭洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等外⼒作⽤下，被剥蚀，搬运到⼤陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代⾥，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压⼒和含有碳酸钙、⼆氧化硅、氧化铁等胶结物的作⽤下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱⽔、胶结、硬化⽣成新的岩⽯，称为沉积岩。
未经成岩作⽤所⽣成的所谓沉积物，也就是通常所说的“⼟”。
风化、剥蚀、搬运及沉积--外⼒地质作⽤过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。
⼆、矿物与岩⽯的概念岩⽯--⼀种或多种矿物的集合体。
矿物--地壳中天然⽣成的⾃然元素或化合物，它具有⼀定的物理性质、化学成份和形态．(⼀) 造岩矿物组成岩⽯的矿物称为造岩矿物。
矿物按⽣成条件可分为原⽣矿物和次⽣矿物两⼤类。
区分矿物可以矿物的形状、颜⾊、光泽、硬度、解理、⽐重等特征为依据。
（⼆）岩⽯岩⽯的主要特征包括矿物成分、结构和构造三⽅⾯。
土的物理性质及计算说明
土的物理性质及计算说明土是一种自然界广泛存在的物质，具有许多独特的物理性质。
本文将介绍土的物理性质及其计算说明。
1.颜色：土的颜色是由其中的有机物、氧化物和矿物质组成决定的。
常见的土壤颜色有黑色、褐色、红色、黄色等。
颜色反映了土壤的有机质含量、氧化还原状态、矿物质成分等。
2.质地：土壤的质地是指土壤中各种粒子的相对含量和颗粒大小。
根据国际土壤分类系统，土壤的颗粒大小可分为粉砂、细砂、中砂、粗砂、细砾石、粗砾石和卵石等七个级别。
质地直接影响土壤的通透性、持水能力和肥力等。
3.密度：土壤的密度是指土壤体积单位质量，也可理解为空气和水以外的土壤物质所占的体积。
计算土壤密度需要先称量一定体积的土样，然后根据质量和体积计算得出密度。
4.孔隙度：土壤中颗粒间的空隙被称为孔隙。
孔隙度是指土壤中孔隙容积与总体积之比。
孔隙度反映了土壤的通气性、水分保持能力等。
常见的孔隙度有总孔隙度、实际体积和饱和孔隙度等。
5.含水量：土壤中含水量是指土壤含有的水分与土壤质量的比值。
常见的表示方式有体积含水量和重量含水量。
体积含水量是指一定体积土壤中所含水分的体积占比，重量含水量是指一定质量土壤中所含水分的质量占比。
6.存水量：土壤的存水量是指土壤在一定条件下能储存的水分量。
计算土壤存水量需要考虑土壤的质地、孔隙度等因素。
常见的计算方法包括黏性土法、重测土法和定容法等。
7.渗透性：土壤的渗透性是指水分在土壤中传导的能力。
计算土壤的渗透性可以使用定浸方法，即在一定条件下，测定在单位时间内通过一定土壤层的水分量。
8.多孔介质传热：土壤是典型的多孔介质，能够通过孔隙传导、对流和辐射等方式进行热传导。
计算土壤的传热性质需要考虑土壤的热导率、比热容等参数。
9.弹性模量：土壤的弹性模量是指土壤在受到外力作用下对形变进行恢复的能力。
计算土壤的弹性模量需要进行应力-应变试验，并通过斯托克斯公式进行计算。
10.力学性质：土壤的力学性质是指土壤的抗剪强度、压缩性和承载力等。
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
土的物理性质的名词解释是
土的物理性质的名词解释是土的物理性质的名词解释是什么？土的物理性质是指土壤在自然条件下的物理特征和性质，包括土壤的质地、孔隙度、比重、湿度及渗透性等方面的表现。
土壤作为地球表层的重要组成部分，对植物生长、水分保持以及环境保护都起着至关重要的作用。
了解土壤的物理性质对于农业生产、土地利用规划以及环境保护具有重要的指导意义。
1. 质地：土壤质地是指土壤中颗粒的大小和比例。
常见的土壤颗粒主要有砂粒、粉粒和黏粒。
砂粒是直径大于0.05毫米的颗粒，通常具有良好的透水性，但保水能力不强。
粉粒是介于0.05毫米至0.002毫米之间的粒子，质地较细，能保水但排水性差。
黏粒则是直径小于0.002毫米的颗粒，具有很强的吸水保水能力，但通气性较差。
土壤质地的不同影响着土壤的通气性、保水能力以及肥力等方面的特点。
2. 孔隙度：孔隙度是指土壤中孔隙空间所占总体积的百分比。
土壤中的孔隙包括毛管孔隙和非毛管孔隙两种。
毛管孔隙是指直径小于0.05毫米的细小孔隙，主要用于储存和输送水分及气体，对植物根系的生长起着重要的作用。
非毛管孔隙则是指直径大于0.05毫米的孔隙，主要起到排水和通气的作用。
土壤的孔隙度直接影响水分和气体在土壤中的活动性，对于植物的生长及土壤的保育都有着重要的影响。
3. 比重：土壤的比重是指土壤的单位体积质量与相同体积纯水的质量之比。
土壤的比重与土壤中不同组分的含量有关，主要受到土壤颗粒的成分和密度的影响。
土壤的比重直接影响土壤的透气性、排水性以及通气性等性质。
4. 湿度：土壤的湿度是指土壤中所含水分的含量，通常以重量或体积的方式来表达。
土壤湿度的变化对于植物的生长和发育具有重要的影响。
适宜的土壤湿度能够满足植物的生长需求，不仅提供水分供应，还有助于植物吸收养分。
而过高或过低的土壤湿度则可能导致植物根系的窒息、营养物质的流失以及病虫害的滋生等问题。
5. 渗透性：土壤的渗透性是指水分在土壤中传播的能力。
土壤渗透性与土壤质地、孔隙度、结构以及土壤中的有机质含量等因素有关。
《土质学与土力学》 2土的物理、水理和力学性质
土质学与土力学 2土的物理水理和力学性质《土质学与土力学》第二章 土的物理性质、水理性质和力学性质第一节 土的物理性质土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。
土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。
一、土的基本物理性质土的三相图（见教材P62图） （一）土粒密度(particle density)土粒密度是指固体颗粒的质量m s 与其体积Vs 之比；即土粒的单位体积质量：sss V m =ρ g/cm 3 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。
砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm 3左右 粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm 3粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm 3 粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm 3 土粒密度是实测指标。
（二）土的密度(soil density)土的密度是指土的总质量m 与总体积V 之比，也即为土的单位体积的质量。
其中：V=Vs+Vv; m=m s +m w 按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，饱和密度之分。
1．天然密度（湿密度）(density)天然状态下土的密度称天然密度，以下式表示：vs ws V V m m V m ++==ρ g/cm3 土的密度取决于土粒的密度，孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和结构特征。
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泥炭沼泽土：１.4 g/cm3土的密度可在室内及野外现场直接测定。
室内一般采用“环刀法”测定，称得环刀内土样质量，求得环刀容积；两者之比值。
土的其他物理性质指标介绍
土的比热容与含水 量的关系：含水量பைடு நூலகம்越高，比热容越大
土的比热容与土壤 结构的关系：土壤 结构越紧密，比热
容越小
土的热膨胀系数
土的热膨胀系数 是指土在温度变 化时体积变化的
程度
土的热膨胀系数 与土的矿物成分、 含水量、颗粒大
小等因素有关
土的热膨胀系数 越大，土的体积 变化越大，稳定
性越差
土的热膨胀系数 是工程设计中需 要考虑的重要参
渗透破坏的类型：包括管涌、流土、接触冲刷等。
渗透破坏的影响因素：土体的颗粒组成、结构、 渗透系数、水力梯度等。
渗透破坏的防治措施：选择合适的土体材料，优 化土体结构，控制渗透水流等。
土的热学性质
土的热传导系数
01
土的热传导系 数与土的密度、
含水量、温度 等因素有关。
02
土的热传导系 数通常在0
03
抗压强度与土的颗粒组成、结构、含水 量等因素有关。
抗压强度是土力学计算的基础，如地基 承载力、边坡稳定等。
抗压强度试验是测定土的抗压强度的主要 方法，包括三轴试验、直接剪切试验等。
土的抗剪强度
抗剪强度是土力学性质的重要指标
A
之一，反映了土体抵抗剪切破坏的
能力。
抗剪强度与土的颗粒组成、结构、
B
含水量等因素有关，不同土体的抗
隙所占的体积比例。
孔隙度影响土的透水性、
02 透气性、导热性和承载
能力等工程性质。
孔隙度可以通过实验室
03 测试或现场测试的方法
进行测定。
孔隙度是土力学、土质
04 学、土工设计和土工施
工等领域的重要参数。
土的力学性质
土的抗压强度
土料物理特性—土的物理性质
引申：
❖ 土的干重度（rd）：土单位体积中土固体颗粒的重量。
❖ 土的饱和重度（rsat）：土中孔隙完全被水充满时土的重度。
❖ 土的有效重度(浮重度)（r′）：在地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除浮力 后的情况，即：单位体积土粒的重量与同体积水的重量之差。
9.2推导指标
密度与重度是一一对应的。 重度r = 密度ρ x 重力加速度g
sat
ms mv V
ms
wVv
V
❖ 单位：g/cm3 ❖ 土的饱和密度一般为：1.8～2.3g/cm3。
9.2推导指标
❖ 6、土的有效密度(浮密度)（ρ′）：在地下水位以下的土受到水的浮力作用，扣除 浮力后的情况，即：单位体积土粒的质量与同体积水的质量之差。
❖ 单位：g/cm3
' ms wVs
9.1基本指标
❖ 土的物理性质：是土的三相的质量与体积间的相互比例关系，以及固、液两相相互作
用所表现出来的性质。
土的三相比例指标
土的物理性质 无黏性土的密实度
黏性土的物理状态特征
9.1基本指标
❖ 土的三项比例指标：土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，能直接反映土的 状态和物理力学性质，间接反映土的工程特性。
9.1基本指标
❖ 土的重力密度（r）：简称土的重度，为土的总重量与总体积之比。
mg g
V
❖ 单位：g/cm3单位：kN/m3 ❖ 砂土16～20kN/m3，粉土、黏性土18～20kN/m3 ❖ 不需测量，直接用密度进行换算。
重度r = 密度ρ x 重力加速度g
9.1基本指标
❖ 土的含水率（w）：也称为土的含水量。为土中水的质量与土粒质量之比。
重量之比。
土的物理性质
土的物理性质姓名:班级:学号:专业:院系:摘要设计和建造各种工程建筑物时，所必须掌握的天然土体或填筑土料的工程特性。
不同类别的工程，对土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。
对沉降限制严格的建筑物，需要详细掌握土和土层的压缩固结特性；天然斜坡或人工边坡工程，需要有可靠的土抗剪强度指标；土作为填筑材料时，其粒径级配和压密击实性质是主要参数。
土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响，不同成因类型的土，其力学性质会有很大差别。
各种特殊土（黄土、软土、膨胀土、多年冻土、盐渍土和红粘土等）又各有其独特的工程性质。
一、土的物理性质除土的粒径级配外，土中各个组成部分（固相、液相、气相）之间的比例，将影响到土的物理性质，如单位体积重γ，含水量w，孔隙比e，饱和度s r和孔隙度n等。
粘性土中含水量的变化，还能使土的状态发生改变，阿太堡最早提出将土的状态分为坚硬、可塑和流动三种，并提出了测定区分三种状态的界限含水量的方法。
从流动转到可塑状态的界限含水量称液性界限W1；从可塑转到坚硬状态时的界限含水量称塑性界限W p。
两者之间的差值称土的塑性指数I p，它反映了土的可塑状态的范围。
土的界限含水量和土中粘粒含量、粘土矿物的种类有密切关系。
为反映天然粘性土的状态,常用液性指数I1,它等于天然含水量和塑性界限的差值（w-w p）与其塑性指数I p的比值。
I1≤0时，土处于坚硬状态；I1>1时，为流动状态，0≤I1≤1时，为可塑状态。
a)、土的压缩和固结性质土在荷载作用下其体积将发生压缩，测定土的压缩特性可分析工程建筑物的地基沉降和土体变形。
饱和粘土的压缩时间决定于土中孔隙水排出的快慢。
逐渐完成土压缩的过程，即土中孔隙水受压而排出土体之外，同时导致孔隙压力消失的过程称土的固结或渗压。
K.泰尔扎吉最早提出计算土固结过程的一维固结理论，并指出某些粘土中超静孔隙水压力完全消失后，土还可能继续压缩，称次固结。
产生次固结的原因一般认为是土的结构变形。
土的物理性质
土的物理性质3.2.1 土的物理状态物理状态是认识土体性质的最初也是最基本的方面,是指土体在天然状态下或人工制备条件下的存在性状。
土体的物理状态主要包括各相(固、液、气)组成及其构成方式，颗粒构成物及其大小配置，重量或体积的大小，软硬松密状态及程度，土中孔隙及其大小，孔隙中含水或饱水程度和多寡(这后者较之其它工程材料，却是土体所特有的物理内容)等等。
土体是由固、液、气组成的三相分散体系，固相是土体的主体组成部分，构成土的骨架，液相和气相充填于土体孔隙内。
土颗粒的大小和形状是描述土的最直观和最简单的标准。
土的颗粒级配多采用累计曲线来表示,一般采用不均匀系数和曲率系数来评价土的级配优劣及其对工程性质的影响。
根据土粒的粒径从大到小而将土体依次区分成石(漂、块、卵、碎石等)、砾(圆、角砾)、砂(砾、粗、中、细、粉砂等)、粉土和黏性土等。
一般情况下，土体依据颗粒级配或塑性指数等指标可以划分为碎石土、砂土、粉土、黏性土、特殊性土等五大类,其中，在人们的生产实践中最具工程意义又予以更多关切的应是砂土、粉土和黏性土等3种基本土类。
在自然界中，土粒单元所构作的粒状结构、蜂窝状结构和絮状结构等3种基本结构形态大体上已被确认为砂土、粉土和黏性土等3种基本土类的固相的主体结构构成形态,，而散粒状、层状、裂隙和结核状等四种构造形式则是土体最常见的宏观存在形态(表3-1、表3-2、表3-3)。
液相在土体中的存在由土粒核心辐射向外依次形成了结品水、强结合水、弱结合水、重力水或毛细水等的层次结构,反映了颗粒的分子引力的逐次减弱和重力场作用的逐渐增强直至完全起控制作用(表3-4)。
土体内液相的数量和存在形态及其与土粒的相互作用对土体的物理状态和工程性质具有重要影响。
气相多充填土体孔隙的一部分或极少部分，一般认为当土内气相与大气连通时，对土的工程性质无明显影响，但当以封闭气泡存在于土中时，会增大土的弹性和减小土的渗透性。
土体三相构成及其存在形式和相互作用是土体性质特别是其力学性质和工程宏观反应复杂多变的物理基础。
第一章土的物理性质
第一章土的物理性质§1-1 土的三相组成一、基本概念1、土：土是由岩石经过物理风化和化学风化后的产物。
土是由各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体。
土粒之间的孔隙中包含着水和气体，是一种三相体系。
2、土的三相1）固相：包含无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架的基本。
2）液相：存在于孔隙中的水。
3）气相：充填在土孔隙中的气体。
综合：土是由固体颗粒，液体水和气体三部分组成，称为土的三相组成。
土中的固体矿物构成骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充填着水和空气，三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同。
固体+气体（液体=0）为干土，干粘土较硬，干砂松散；固体＋液体＋气体为湿土，湿的粘土多为可塑状态；固体＋液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化；饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。
由此可见，研究土的工程性质，首先从最基本的、组成土的三相，即固体相、水和气体本身开始研究。
二、土的固体颗粒研究固体颗粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分比，称为土的粒径级配（粒度成分）。
此外，还要研究固体颗粒的矿物成分以及颗粒的形状。
（一）粒径级配（粒度成分）随着颗粒大小不同，土可以具有很不相同的性质。
颗粒的大小通常以粒径表示。
工程上按粒径大小分组，称为粒组，即某一级粒径的变化范围。
划分粒组的两个原则：（1）首先考虑到在一定的粒径变化范围内，其工程地质性质是相似的，若超越了这个变化幅度就要引起质的变化。
（2）要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应。
此外，要便于记忆。
目前，我国广泛应用的粒组划分方案见教材P11表2-1所示。
将粒径由大至小划分为六个粒组（1）漂石或块石组；（2）卵石（碎石）组；（3）砾石；（4）砂粒组；（5）粉粒组；（6）粘粒组实际上，土常是各种大小不太颗粒的混合体，较笼统的说，以砾石和砂砾为主要组成的土为粗粒土，也称无粘性土。
其特征为：孔隙大、透水性强，毛细上升，高度很小，既无可塑造性，也无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。
工程地质学--第三章 土的物理性质
2015-4-22
中国地质大学工程学院
17
工程地质学概论:第三章 土的物理性质
二、界限含水量——稠度界限
• 土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量 称为稠度界限
0 缩限 塑限 液限
固态 半固态 可塑状态 流动状态
工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp • 液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的 含水量，简称液限 wL • 塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时 的含水量，简称塑限 wp 常见值为17~28%
2015-4-22 中国地质大学工程学院 10
工程地质学概论:第三章 土的物理性质
2、饱和度
• 土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度， 它能说明土中空隙被水充满的程度，以百分数表示。 V Sr w 100% Vv • 饱和度值愈大，表明土中空隙中充水愈多。数值变化0~100%，当 土处于干燥状态时，饱和度为0；当土中空隙全被水充填时，饱和 度为100%。 • 干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。 • 在工程实践中，按饱和度的大小将土的饱水程度划分为三种状态： Sr<50%为稍湿的；50%≤Sr≤80% 为很湿的；Sr>80% 为饱和的。
2015-4-22 中国地质大学工程学院 15
工程地质学概论:第三章 土的物理性质
第二节 粘性土的稠度与可塑性
土粒与水相互作用所表现出的某些性质，也称为土的水理性质， 如与结合水有关的稠度、塑性、膨胀性、收缩性、崩解性等，与水 的流动有关的透水性、毛细性等性质。 粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出来的物理 性质。 细粒土和粘性土，因土中水分在量和质方面的变化而明显地表现 出不同的物理状态，具有不同的性质，如随含水率从少到多，土可 由固态、半固态变为可塑态，最终变为流动状态。
工程地质学_第2章 土的物理性质
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
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第一章土的物理性质第一节土的成因和工程特性第二节土的组成及结构构造一、名词解释1粒径：土粒的直径大小。
2粒组：实际工程中常按粒径大小将土粒分组，粒径在某一范围之内的分为一组。
3粒径级配：各粒组的质量占土粒总质量的百分数。
4筛分法：适用粒径大于0.075mm的土。
利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。
5土的结构：指土中颗粒之间的联系和相互排列形式。
6土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。
7土的有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10％时，相应的粒径。
二、填空题1.平缓大好良好 2．压缩性高承载力低渗透性强 3.单粒结构蜂窝结构絮状结构4.Cu≥5且Cc＝1～3 5.固液 6固，液，气 7.缺乏某些粒径——不连续级配8.不均匀系数Cu。
9. 小 10. B，A 11.二相土三相土二相土三、选择题1．C 2．C 3．B 4．B 5．A 6．C 7．A第三节土的物理性质指标一、名词解释1.土的含水量ω：是指土中水的质量和土粒质量之比或重力之比。
2.土的密度ρ：指单位体积土的质量。
ρ：土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量。
3.饱和密度sat4.干密度ρd：单位体积土中土粒的质量。
5.土粒相对密度 Gs: 是土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比。
6.孔隙比e:是指土中孔隙的体积与土粒体积之比。
7.孔隙率n:是指土中孔隙的体积与土的总体积之比。
8.土的饱和度Sr：是指土中水的体积与孔隙体积之比。
9.浮密度r ’:在水下的透水土体,受到浮力作用时单位体积土的质量。
二、填空题1.最大干密度 最佳含水量2.环刀法 烘干法 比重瓶法3.环刀法 天然密度 湿密度4.比重瓶法5.土的密度 土粒密度 含水量三、选择题1.B 2.C 3.C 4.B 5.D 6.C 7.B 8.A 9.D 10.B 11.D 12.C 13.A 14.C 15.A四、判断题1.⨯2.⨯3.⨯4.⨯5.√6.⨯7.√8.√9.⨯ 10.⨯ 11.⨯ 12 ⨯13.√ 14.√ 15.√ 16.⨯ 17.⨯ 18.⨯五、简答题1．答：为了获得清晰的定量概念，并便于计算，在土力学中通常用三相草图来表示土的三相组成，如图所示。
在三相图的右侧，表示三相组成的体积；在三相图的左侧，则表示三相组成的质量。
图中符号的意义如下：V —土的总体积； v V —土中孔隙体积；w V —土中水的体积；a V —土中气体的体积；s V —土中固体土粒的体积；m —土的总质量；w m —土中水的质量；a m —土中气体的质量，a m ≈0；s m —土中固体土颗粒的质量。
六、计算题1．解：孔隙比 ()()742.0172.1131.0165.211e ＝＝－＝-++γωs G干容重 3d cm /g 52.1742.0165.2e 1＝＝＝++G γ 饱和度 ％＝＝＝8.46742.0131.065.2e r ⨯ωG S2，解 干土质量 ,0992.0kg m s =湿土质量kg m 120.0=水的质量 0212.00992.01204.0=-=w m 含水量 %4.21%100=⨯=swm m ω 土的重度 3/07.20m kN =γ干重度 3/5.16m kN d =γ孔隙比 ()639.011e =+－＝γωs G3．解 含水量 %3.16%100=⨯=swm m ω 天然重度 3/5.19m kN =γ )1(ωγγ+=d ， 3/8.161M kN d =+=ωγγ4．解 ss m m m V m V m -===1111,,ωρρ )1(,11111ωω+=+=s s m m m m拌制%20=ω的土样，干土质量s m 不变则 )1(,12222ωω+=+=s s m m m m增加水量.033.012kg m m m w =-=5． 解 A 土样：g m m A AsA 6.5921=+=ωA 、B 混合后土样：混m =g m 3.11331m =+-混水混ωB 土样的g m m m sA s sB 7.5406.5923.1133=-=-=混而 B B sB m m ω+=1，1-=sBBB m m ω %9.47=B ω6．解 原状土的体积为V ，)1(e V V S += ①填筑土的体积 )1(,111e V V V s += ② ①/② 则：1111e eV V ++= 636.01,11111=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=d ws d e e e V V ρρ 31116.0636.019.00111m e e V V =++⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++= 7．解：饱和土体即另由题意知V=97cm 3,m=198g,m s =164g,%7.20%10016434%100=⨯=⨯=s w m m ω ∴ m w =m-m s =198-164=34g,V v =V w =)1(343≈=w wwcm m ρρ∴ %7.20%10016434%100=⨯=⨯=s w m m ω G s =603.23497164=-=s s v m e=54.0349734=-=s v V V 3/69.197164cm g V m s d ===ρ 8．解 松土孔隙比e=1)1(-+γωγs =98.01151.1107.2=-⨯⨯压实土孔隙比e=γωs G s=426.095.07.215.0=⨯共需松土V=720032.9997426.0198.01m =++⨯压实土重度3/77.21426.0115.1271)1(m kN es =+⨯=++=ωγγ压实土干重度 3/93.18426.011271m kN esd =+⨯=+=γγ第四节 土的物理状态指标一、名词解释1．粗粒土：以砂土和碎石土为主要组成成分的土。
2．细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主的土。
3．界限含水量：粘性土由一种状态向另一种状态转变所对应的含水量的界限值。
4．液限：指粘性土从流塑状态过渡到可塑状态时的界限含水量。
5．塑限：指粘性土从可塑状态过渡到半固态时的界限含水量。
6．塑性指数：指液限与塑限的差值，表示粘性土的可塑性范围，表达式为P L P I ωω-=. 7．液性指数：是判别粘性土潮湿程度（软硬程度）的指标，也称稠度，表达式为PPL I I ωω-=。
7相对密实度：指砂土的密实程度，表达式为minmax max e e ee D r --=。
9灵敏度：粘性土的原状土无侧限抗压强度与相应的重塑土无侧限抗压强度之比。
二、填空题1．灵敏度 2． 撮条法 3．P L P I ωω-= 越大 4．PPL I I ωω-=， 软硬，坚硬，硬塑，可塑，软塑，流塑。
三、选择题1．D 2．B 3．B 4．B 5．A 6. A四、判断题1．⨯ 2.√ 3.√ 4．√ 5．⨯ 6．⨯ 7．√ 8．⨯ 9．√ 10．√ 11．⨯ 12．⨯ 13．√五、计算题1.解 (1) )1(ωγγ+=d ,%4.391=-=dγγω %8.40=L ω %8.26=p ω 14=-=p L p I ωω9.0=--=pL pL I ωωωω(2) 该土14=P I <17,应定名为粉质黏土，处于软塑状态。
2．解 3/4.15195.014.181m kN d =+=+=ωγγe=688.014.1581.965.211)1(=-⨯=-=-+d s s γγγωγ 相应于最大干容重的孔隙比是砂样的最小孔隙比e min ,相应于最小干容重的孔隙比是砂样的最大孔隙比e max . e min ,和e max 同样可按上式求出：e min =645.018.1581.965.21max=-⨯=-d s γγe max =805.014.1481.965.21min=-⨯=-d s γγ3．解 I 152035=-=-=P L p ωω 查表，可知此土样为砂粘土。
I 67.0152030=-=-=PPL I ωω 查表知此砂粘土处于软塑状态。
4．解：4.15=-=P L P I ωω73.0645.0805.0688.0805.01 e min max max =--=--=∴e e D r液性指数 15.0=-=ppL I I ωω所以，该土处于硬塑状态。
3/30.1cm g Vm sd ==ρ第五节 土的工程分类一、填空题1．颗粒大小及级配 塑性指数 2．岩石 碎石土 砂土 粘性土 特殊土3．粒径 大到小 4．碎石土 5．砂土 6．塑性指数大于3 7．粘砂土 砂粘土 粘土二、计算题解 由eG S Sr ω==1得819.0==s G e ω33/95.11,/5.11cm g eeG cm g e G w s sat w S d =++==+=ρρρρ 塑性指数 16=-=P L P I ωω 液性指数 81.0=-=ppL I I ωω171610<=<P I 为粉质粘土 0.18125.075.0<=<L I 为软塑状态。