土的物理性质及分类
合集下载
土的物理性质及分类
Gs ms ms / Vs s 2.7 mw1 mw1 / Vs w1
则Vv e
w w1 1g / cm
ms Gs wVs
3
令： Vs 1m3
V Vs Vv 1 e
sat
ms Vv w (Gs e) w g V 1 e
推求
e?
m Gs (1 w) w V 1 e
e
Gs w
d ?
ms Gs w d V 1 e 1 w
d
1
Gs (1 w) w
1
sat
ms Vv w (Gs e) w V 1 e
ms Vs w ms (V Vv ) w ms Vv w V w (Gs 1) w sat w V V V 1 e Vv e n V 1 e
Vw mw wGs Sr Vv Vv w e
3 【例题2-1】某饱和土体，重度 19.5kN / m ，土粒比重 Gs 2.7 。
（1） 根据题中的已知条件，推导干重度 d 的表达式; （2）根据（1）的结果，计算该土的干重度。 【解】 ms Vv w 3 g sat sat g sat sat 19.5kN / m 由已知条件： V
Vv e
V 1 e
m Gs (1 w)w
w w1
ms Vs Gs w Gs w
ms Gs w
Vs 1
w
mw 100% ms
mw wms wGs w
m mw ms Gs (1 w) w
§2.2 土的物理性质指标
则Vv e
w w1 1g / cm
ms Gs wVs
3
令： Vs 1m3
V Vs Vv 1 e
sat
ms Vv w (Gs e) w g V 1 e
推求
e?
m Gs (1 w) w V 1 e
e
Gs w
d ?
ms Gs w d V 1 e 1 w
d
1
Gs (1 w) w
1
sat
ms Vv w (Gs e) w V 1 e
ms Vs w ms (V Vv ) w ms Vv w V w (Gs 1) w sat w V V V 1 e Vv e n V 1 e
Vw mw wGs Sr Vv Vv w e
3 【例题2-1】某饱和土体，重度 19.5kN / m ，土粒比重 Gs 2.7 。
（1） 根据题中的已知条件，推导干重度 d 的表达式; （2）根据（1）的结果，计算该土的干重度。 【解】 ms Vv w 3 g sat sat g sat sat 19.5kN / m 由已知条件： V
Vv e
V 1 e
m Gs (1 w)w
w w1
ms Vs Gs w Gs w
ms Gs w
Vs 1
w
mw 100% ms
mw wms wGs w
m mw ms Gs (1 w) w
§2.2 土的物理性质指标
第三章-土的物理性质与工程分类..
无机土 ：Q＜5% 有机质土 ：5%≤Q≤10% 泥炭质土 ：10％＜Q≤60％ 泥炭 ：Q＞60％
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土.
①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。
系数大于0.015湿陷性黄土 ②非自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿
陷系数小于0.015
—液限4.红粘土—指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用 形成并覆盖于基岩上的棕红、黄等色的高塑性土，其液限大 于50%. 次生红粘土大于45%且小于50%的土.
5.膨胀土—粘粒成分主要是由亲水性粘土矿物组成在环境的温度 湿度的变化时可产生强烈的胀缩的，具有吸水膨胀，失水收缩的 特性.
分类方法：
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地 基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五 大类 a.岩石的分类
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石， 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
五、土的工程性质评价
土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度
土的物理状态
砂性土： 密实程度：松、密 粘性土： 软硬程度（稠度）：软、硬
1. 粘性土的稠度和可塑性
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
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
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土.
①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。
系数大于0.015湿陷性黄土 ②非自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿
陷系数小于0.015
—液限4.红粘土—指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用 形成并覆盖于基岩上的棕红、黄等色的高塑性土，其液限大 于50%. 次生红粘土大于45%且小于50%的土.
5.膨胀土—粘粒成分主要是由亲水性粘土矿物组成在环境的温度 湿度的变化时可产生强烈的胀缩的，具有吸水膨胀，失水收缩的 特性.
分类方法：
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地 基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五 大类 a.岩石的分类
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石， 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
五、土的工程性质评价
土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度
土的物理状态
砂性土： 密实程度：松、密 粘性土： 软硬程度（稠度）：软、硬
1. 粘性土的稠度和可塑性
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
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
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
第1章 土的物理性质及分类
筛分法
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 P % 95 87 78 66 55 36
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
第1章 土的物理性质及工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 土的形成与三相组成 土的三相比例指标 无粘性土的密实度 粘性土的物理特征 土的工程分类
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
决定
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土 的 压 实 性：如何获得较好的土
知识要点
1.掌握土体的三相组成及三相比例 指标之间的换算 2.领会无粘性土密实度概念、判别 方法及砂土相对密度的计算 3.掌握粘性土的塑限、液限、塑性 指数和液性指数的概念及其物理状态评价 4.掌握无粘性土和粘性土的分类依据 和分类方法 5.掌握土的工程分类
§1.1 土的形成与三相组成 一、土的形成
固体颗粒 – 颗粒级配
土的三相组成 – 固体颗粒
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用 原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物
成分与母岩相同。
例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具
有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点
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：土的物理性质及分类
2.7 土的分类
2020/3/3
2
2.1 概述
1、物理性质指标：
三相间的比例指标（轻重、松密、干湿程度）。土为 三相体，三相间的比例对土的工程性质具有重要影响。
2、物理状态与特征
无粘性土的松密与粘性土的稠度——土粒大小是影 响土性质最主要的因素。
3、土的工程分类
2020/3/3
3
2.2 土的三相比例指标
m (g / cm3 )
V
（环刀法 ）
2020/3/3
ma=0 mw
m ms
质量
气 水 土粒
Va Vw Vv V Vs
体积
5
2、导出指标
干密度：
d
ms V
(g / cm3 )
ma=0 mw
饱和密度：
sa t
ms
Vv w
V
(g / cm3 )
m
有效密度或浮密度： ms Vs w (g / cm3 )
某饱和土体，土粒相对密度为 ds 2.7 ， 19.5kN / m3 。 试求（1）推
导干重度的表达式；（2）计算干重度。
已知条件分析： Sr 1.0 ds 2.7 sat 19.5kN / m3 (sat 1.95 g / cm3 )
解法1： (1) 绘三相图
IL<0 IL=0 – 1
坚硬状态 可塑状态 流态
0.00 – 0.25硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00软塑
wL 与 wp 都是采用重塑土测IL>定1，因而液性指数并不能完全反映结构
性粘土的物理状态。
3、天然稠度
取原状土样测试（联合测定），反映路基的干湿状态 。
土的物理性质及分类
Dr. Han WX
1.土中水
土中水可以处于液态、固态或气态。
土中细粒愈多多，即土的分散度愈大，
土中水对土性影响也愈大。
土中水是成分复杂的电解质水溶液，它与土粒有着复杂的相互作用。土中
水在不同作用力之下而处于不同的状态，根据丰要作用力的不同，工程上对土
中水的分类见表1—2。
H2O的类型： Ⅰ固态水
Ⅱ液态水
土粒下沉速度
v s w gd 2 18
速度又
v L t
密度 s Gs wl Gs w
粒度
14
《土力学》 第1章 土的物理性质及分类
§1.2 土的组成 1.2.2 土粒的大小
Dr. Han WX
2.颗粒组成累计曲线
Effective size D10: 0.02 mm
均匀性系数：Cu
d 60 d10
《土力学》 第1章 土的物理性质及分类
§1.1 概述
土的物质成分包括作为上骨架的固态矿物颗粒、土孔隙中的液态水及其溶 解物质以及土孔隙中的气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)
土的组成
土粒 S : Solid
水 W: Liquid 气 A: Air
Soil particle
Water (electrolytes) Air
13
《土力学》 第1章 土的物理性质及分类
§1.2 土的组成 1.2.2 土粒的大小
Dr. Han WX
1.颗分析实验 Experiment
沉降分析法的理论基础是土粒在水中的沉降原理，如 图l-1所示，将定量的土样与水混合倾注量筒中，悬液经 过搅拌，使各种粒径的土粒在悬液中均匀分布，此时悬 液浓度(单位体积悬液内含有的土粒重量)在上下不同深度 处是相等的。但静置后，土粒在悬液中下沉，较粗的颗 粒沉陈较快，图中在深度Li处只含有≤di粒径的土粒，悬 液浓度降低了。如在Li深度处考虑一小区段mn，则mn段 悬液的浓度(ti时)与开始浓度(t＝0)之比，即可求得≤di的 累计百分含量。
土的物理性质及分类
滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平 或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。
浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
7.风积土
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。我过西北黄土就是典型 的风积土。
相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。
颗分试验：
（1）筛分法：粒径>0.075mm。
（2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。
颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
粗筛：60、40、
20、10、5、
土
2mm壤分Fra bibliotek细筛：2、1、
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
曲线愈陡，表示粒径大小相差不 多，土粒较均匀，级配不良； 曲线愈缓，表示粒径大小相差悬 殊，土粒不均匀，级配良好。
岩石
地质成岩作用
土
地质作用的概念：构成天然地基的物质是地壳中的岩 石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内 部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化 和构造变化的作用，称为地质作用。
地
内力地质作用
质
作
用
浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
7.风积土
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。我过西北黄土就是典型 的风积土。
相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。
颗分试验：
（1）筛分法：粒径>0.075mm。
（2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。
颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
粗筛：60、40、
20、10、5、
土
2mm壤分Fra bibliotek细筛：2、1、
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
曲线愈陡，表示粒径大小相差不 多，土粒较均匀，级配不良； 曲线愈缓，表示粒径大小相差悬 殊，土粒不均匀，级配良好。
岩石
地质成岩作用
土
地质作用的概念：构成天然地基的物质是地壳中的岩 石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内 部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化 和构造变化的作用，称为地质作用。
地
内力地质作用
质
作
用
《土力学》第一、二章土的物理性质及工程分类
3、描述土的孔隙体积相对含量的指标 （1）、土的孔隙比 ）、土的孔隙比 ）、土的孔隙率 （2）、土的孔隙率 ）、土的饱和度 （3）、土的饱和度 二、指标的换算
1. 4 无黏性土的密实度
一、 砂土的相对密实度 二、无黏性土密实度划分的其他方法
1. 5 黏性土的物理特征
一、黏性土的可塑性及界限含水量 黏性土的状态随含水量的增大而变软: 黏性土的状态随含水量的增大而变软:
一、 渗流力 二、 渗砂或流土现象
当 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 这种现象称为渗砂或流土。 这种现象称为渗砂或流土。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。
三、管涌现象和潜蚀作用
在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失， 在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失，导致孔 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。
二、黏性土的可塑性指标
1、塑性指数 Ip = wL – wp 2、液性指数 IL =
三、黏性土的结构性和触变性
黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： 黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： ：低灵敏土 灵敏度： 灵敏度： ：中灵敏土 ：高灵敏土 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 这种胶体化学性质称为土的触变性。 这种胶体化学性质称为土的触变性。
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
土的物理性质指标与分类
不同类型的土
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物பைடு நூலகம்粒和有机质，是构成土
的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成 分、颗粒的大小和形状来描述。 （一）成土矿物：原生矿物，次生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
3.土的级配曲线
土1的-物1理颗性粒质指分标析与试分验类 曲线
1-2 土的组成
(四)颗粒分析试验曲线的主要用途
按粒径分布曲线可求得：
（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评 估土的工程性质；
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 （二）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；某粒组的 土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比
土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。
我国GB 50021-94《岩土工程勘察规范》的粒组划分标准可参见
表1-1。 粒 组 名 称
固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼 含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。 根据土的粘性分： 粘性土：颗粒很细； 无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直径几十cm甚至1m）
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物பைடு நூலகம்粒和有机质，是构成土
的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成 分、颗粒的大小和形状来描述。 （一）成土矿物：原生矿物，次生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
3.土的级配曲线
土1的-物1理颗性粒质指分标析与试分验类 曲线
1-2 土的组成
(四)颗粒分析试验曲线的主要用途
按粒径分布曲线可求得：
（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评 估土的工程性质；
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 （二）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；某粒组的 土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比
土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。
我国GB 50021-94《岩土工程勘察规范》的粒组划分标准可参见
表1-1。 粒 组 名 称
固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼 含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。 根据土的粘性分： 粘性土：颗粒很细； 无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直径几十cm甚至1m）
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)
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
sa 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）
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。
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。
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
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 1
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
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。
（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。
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
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
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。
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
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
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)。
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。
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
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）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。
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。
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