土的物理性质及分类

曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。对于 级配良好的土，土的密实度较好，地基土的强度和 稳定性较好，透水性和压缩性较小。
级配良好
二、土的液相
土中水处于不同位置 和温度条件下，可具 有不同的物理状态— 固态，液态、气态。 液态水是土中孔隙水 的主要存在状态，可 分为结合水，毛细水， 重力水。 水的类型 结合水 非 结 合 水 毛 细 水 重 力 水 主要作用力 物理化学力 表面张力 重力
（二）非结合水
定义: 在双电层影响以外的水为自由液态水，它主要受重
力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，这部分水称 为非结合水，它包括毛细水和重力水。
(1)毛细水
特点: 1.毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的
自由水。 2. 毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂 水 (与地下水无直接联系)和毛细水上升水与地下水相连两 种。
有机质
动植物分解后的残骸， 分解彻底的称为腐殖 质/腐殖质的颗粒极细， 粒径小于0.1μm，呈凝 胶状，带有电荷，具 有极强的吸附性。
土的颗粒级配
土是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗 到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。
界限粒径——划分粒组的分界尺寸。
土的颗粒级配——土中各粒组的相对百分含量， 通常用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分 数表示，也称为土的粒度成分。 粗粒土指以砾石和砂粒为主的土，又称为无粘性 土。 细粒土指以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，又称为 粘性土。
粒组统 称 巨 粒 粒组名称 粒径d范围（mm） 分析 方法 直接 测定 主 要 特 征
漂石（块石）粒 卵石（碎石）粒
d>200 60<d≤200 20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
透水性很大，压缩性极小， 颗粒间无粘结，无毛细性。
岩石 三大类岩石的代表： 岩浆岩 沉积岩 变质岩
岩浆岩
沉积岩
变质岩
地质年代的概念
地质年代: 是指地壳发展历史与地壳运动、沉
积环境及生物演化相应的时代段落。
相对地质年代（太古代、元古 代、中生代和新生代） 地质年代
绝对地质年代
第四纪沉积物（层）
残积物：是残留在原地未被搬运曲那一部分原
岩风化剥蚀后的产物，而另一部分则被风和降 水所带走。
3. 毛细水是受毛细管作用控制的水，毛管直径愈细上升 高度愈高。在常温下毛细上升高度hc与毛管半径r 有 以下关系：
hc=15/r
当r=0.1μm时，hc=150mm，这与砂土(粒径为0.5~lmm) 中的情况大致相当。粘土的孔隙直径约为0.1μm，按上式 计算毛细上升高度将达150m。 4. 毛细区域内的水压力与一般静水压力的概念相同，它与水 头高度非常hc成正比。负号表示拉力。自由水位以下为压 力，自由水位以上，毛细区域内为拉力。颗粒骨架承受水 的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，减小 颗粒间的压力。自由水位以上，毛细区域内，颗粒间受压 力，毛细压力呈倒三角形分布。弯液面处最大，自由水面 处为零。
次生矿物
由原生矿物经化学风化生成 的新矿物，它的成分成分与 母岩的完全不同。次 矿物主要是粘土矿物，即高 岭石，伊利石和蒙脱石。 颗粒极细，且多呈片状。 性质活泼，有较强的吸附水 能力（尤其是由蒙脱石组成 的颗粒），具塑性。
水溶盐
可溶性次生矿物。最 常见的有岩盐，钾盐， 石膏，方解石，硫酸 盐类还对金属和混凝 土有一定的腐蚀作用
地质作用：导致地壳成分变化和构造变化的作用
岩浆活动 内力地质作用 地壳运动 变质作用 地质作用 气温变化、雨雪、 山洪、河流、湖泊、 海洋、冰川、风、 生物等
外力地质作用
地质作用
矿物与岩石
造岩矿物：
石英 方解石
正长石 斜长石 角闪石 辉石等
矿物的硬度等级
硬度等级 矿物名称 野外简易鉴定方法
1 2
粗粒
砾 粒 砂 粒
粗砾 细砾 粗砂 中砂 细砂
筛
透水性大，压缩性小，无粘 性，有一定毛细性。
分
法
细粒
粉粒 粘粒
静水 沉降 原理
透水性小，压缩性中等，毛 细上升高度大，微粘性。 透水性极弱，压缩性变化大， 具粘性和可塑性。
颗粒级配累积曲线——土粒质量累计百分
数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d10。小 于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒 径用d30表示。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d60。
颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组 成，它的成分成分与母岩的相同，颗粒 一般较粗，吸附水的能力弱，性质比较 稳，无塑性。
物理风化仅使岩 石产生量的变化 原生矿物 土粒的大小 及其组成
物理分化
岩石
化学分化
土
土粒的粒径由粗到细逐渐变化 时，土的性质相应地发生变化
化学风化仅使岩 石产生质的变化
次生矿物 原生矿物经化学风化生成的新矿物，它 的成分成分与母岩的完全不同。颗粒极 细，性质活泼，有较强的吸附水能力， 具塑性。
颗粒级配的测定
200g
筛分法（适用于砾石类和砂 类土，d>0.075mm） 水分法（适用于粉土和粘性 土，d<0.075mm）（虹吸比 重瓶法、移液管法、比重计 法）
2 1.0 0.5 0.25 0.15 0.075
10 16 18 24 22 38 72
水分法
P % 95 87 78 66 55 36
V 1 e
ms Vs d s w d s w m d s (1 ) w
mw ms d s w
e
d s (1 ) w
m d s (1 ) w V 1 e ms d s w d V 1 e 百度文库
第一章 土的物理性质及分类
概 述 土的生成 土的组成 土的三相比例指标 无粘性土的密实度 粘性土的物理特征 土的渗透性 地基土（岩）的分类
一词在不同的学科领域有其不同 土
的涵义。就土木工程领域而言，土是 指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的 颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于 颗粒间胶结的强弱。
土的生成

1
sat
( d s e) w 1 e
(d s 1) w ' 1 e e n 1 e d s Sr e
例题1试证明如下各式：
d s w d 1 e
ds 1 w （2） （1） 1 e
d d s w 1 n （3）
ms Vs w ' V
各种密度容重之间的大小关系
天然密度 干密度 饱和密度 天然容重 干容重
m V ms d V ms wVv sat V
sat d
g d d g
sat w
饱和容重 sat sat g 浮容重
（3）固态水
特点: 1.水结冰后体积膨胀，同时由于水分迁移和补给，在
土层中会形成冰层或透镜体。 2.固态水在土中起着暂时的胶结作用，提高土的力学 强度，降低透水性。
3. 温度升高后，冰层解冻为液态水，使土的强度急剧 降低，压缩性增大，土的性质显著恶化，如处于地 下水以上的某些公路路面在开春后的翻浆现象就是 一例。
粘土颗粒性质
土的三相比例指标
Air
Water Soil Va Vv Vw Vs V
ma=0 m mw
ms
质量
体积
土粒比重(比重瓶法)：
ms 1 s ds Vs w1 w1
ρs：土粒密度（g/cm3) ρwl：纯水在4摄氏度时的密度
土的含水量(烘干法)：土中水的质量与土粒质量之比
气相——主要是空气，水蒸 气，有时还有沼气等。
一：土的固相
土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母 岩的矿物组成及其后的风化作用。成土矿物可分为两大类。
原生矿物
由岩石经物理风化生成的 颗粒通常是由一种或几种 原生矿物所组成，它的成 成分与母岩的相同，常见 的有石英，长石和云母。 颗粒一般较粗，多呈浑圆 形，块状或板状。 吸附水的能力弱，性质比 较稳，无塑性。
mw 100% ms
土的天然密度(环刀法)：土单位体积的质量
m V
土的干密度：土单位体积中固体颗粒部分的质量
ms d V
土的饱和密度：土孔隙中充满水时的单位体积质量
sat
ms Vv w V
土的有效密度：地下水位以下，单位土体积中土粒的质
量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有 效质量
土按颗粒级配的分类
《岩土工程勘察规范》中的分类法： 粒径＞ 2mm的质量超过50%的称为碎石土 粒径＞2mm的质量小于50％而＞ 0.075mm 的质量超过50%的称为砂土 粒径＞ 0.075mm的质量小于50%的定为粉 土或粘性土 碎石土、砂土和粉土又称为无粘性土
土粒粒组的划分
毛细压力增加了土粒间的联结，所以散 粒状的砂土，当含有少量水分时具有假 粘聚力，但是当土饱和时，这种联结作 用即告消失。因此，由于毛细力而 呈现的粘性是暂时性的。
（2）重力水 特点: 重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下
水。它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有 浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的 影响。
重力
(一)结合水
特点: 1.土颗粒表面带有一定的电荷，由于静电作用
力，形成双电层，双电层的厚薄也反映了结合水 的厚薄。 2. 密度较大，粘滞度高，流动性差，冰点低， 比热较大，介电常数较低。这种差异随距离增加 而减弱。
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
（三）土的气相
分类: 1.吸附于土颗粒表面的气体
2. 溶解于水中的气体 3.四周为颗粒和水所封闭的气体以及自由气体
特点: 通常认为自由气体与大气连通，对土的性质无大影
响。密闭气体的体积与压力有关，压力增加，则体 积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体 的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流 通道，减小上的渗透性。
证明:
ds w sr （4） e
(1)
msg d s wVs d s w d V V 1 e
(2)
msg Vs w d s wVs Vs w d s 1 w V V 1 e
坡积物：是雨雪水流的地质作用将高处岩石
风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下 逐惭移动、沉积在较平缓的山坡上而形成 的沉积物。
冲积物：是河流流水的地质作用将两岸基岩
及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬 运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积 物。
平原河谷冲积物
山区河谷冲积物
土的组成

土是由固相，液相，气相组 成的三相分散系。 固相——包括多种矿物成分 组成土的骨架，骨架间的空 隙为液相和气相填满，这些 空隙是相互连通的形成多孔 介质。 液相——主要是水(溶解有少 量的可溶盐类)。
3 4 5 6 7 8 9 10
滑石 石膏
方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划 用指甲可刻划
用黄钢板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划 小刀可刻划 用削铅笔刀刻划时刻留下明显痕迹，能刻划玻璃 小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃 用小刀不能刻划 能割开玻璃，难于刻划石英 能刻划石英 能刻划石英
sat d
土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比
Vv e Vs
土的孔隙率：土中孔隙所占体积与总体积之比
Vv n 100% V
土的饱和度：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比
Vw Sr 100% Vv
令 w1 w Vs 1
Vv e
利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标， 如d60与d10的比值Cu称 不均匀系数:
d 60 Cu d10
2 d30 Cc d10 d60
曲率系数Cc:
不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu 越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良 好。曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围，反映 曲线的整体形状。