工程地质基础知识
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第一节 土的组成
一 土的固体颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状 、矿物成分及其组成情况是决定土的物理 力学性质的重要因素。
2019/9/17
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工程地质概论
1.土的粒组
在自然界中存在的土，都是由大小不 同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土 的性质相应地发生变化，例如土的性质随 着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。
d
ms V
在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度 的标准，以控制填土工程的施工质量。
2019/9/17
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工程地质概论
2、土的饱和密度 土孔隙中充满水时，单位体积质量，即
sat
ms
Vv w
V
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工程地质概论
3、土的浮密度 地下水位以下，单位土体积中土粒质量与同 体积水的质量之差，即
颗粒级配可在一定程度上反映土的某些 性质。
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工程地质概论
二、土中的水和气 (一)土中水 在自然条件下，土中总是含水的。土中水可 以处于液态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为结合水和自由水 两大类：
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工程地质概论
1．结合水 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面
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工程地质概论
2. 土的颗粒级配 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各
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。
颗粒分析试验：筛分法；比重计法 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如 图所示的颗粒级配累积曲线 由曲线的坡度可判断土的均匀程度
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土的三相草图（见下图）。 一、土的物理性质指标的定义 （一）基本物理指标
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工程地质概论
s W Ws s W a V
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工程地质概论
1、土粒比重(土粒相对密度) d s
土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，称 为土粒比重(无量纲)，即：
s
ds
ms Vs
1
的土中水。这种电分子吸引力高达几千到 几万
个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在 一起。
由于土粒(矿物颗粒)表面一般带有负电荷， 围绕土粒形成电场，在土粒电场范围内的水分 子和水溶液中的阳离子(如Na’、Ca”、A1” 等)一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分 子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)， 它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引 而定向排列。
当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯
液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上， 使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧(图1—14) ，土因而具有微弱的粘Biblioteka Baidu力，称为毛细粘聚力。
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工程地质概论
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工程地质概论
(二)土中气
土中的气体存在于土孔隙中未被水所 占据的部位。
工程地质概论
3、天然密度：天然状态下，土单位体积的质 量，单位为g/cm³或t/m³，即：
m
V
土的密度测定方法：“环刀法”测定 以上三个指标为土的最基本指标。
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（二）特殊条件下土的密度 1、土的干密度 土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土 的干密度，即：
w1
s w1
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2、土的含水量
mw 100 %
ms
含水量w是标志土的湿度的一个重要物理指标 。天然土层的含水量变化范围很大，它与土 的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境 等有关。
土的含水量测定方法：用“烘干法”测定。
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自由水按其移动所受作用力的不同，可以分 为重力水和毛细水。
(1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的
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。
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工程地质概论
(2)毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作
用的自由水。毛细水存在于地下水位以上的透水 土层中。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)和毛细上升水( 与地下水相连)两种。
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工程地质概论
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工程地质概论
(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合 水膜。
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工程地质概论
2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外
的水。它的性质和普通水一样，能传递静水压力 ，冰点为0℃，有溶解能力。
三 、土的结构和构造
土的结构是指由土粒单元的大小、形 状、相互排列及其联结关系等因素形成 的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝 结构和絮状结构三种基本类型。
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工程地质概论
土的单粒结构
土的蜂窝结构
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土的絮状结构
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第二节 土的物理性质指标
土的三相比例指标：土粒比重、含水量 、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙 率、孔隙比、饱和度。
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工程地质概论
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工程地质概论
利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指 标，如与的比值称为不均匀系数：
Cu d60 d10
又如曲率系数用下式表示：
Cc
d30 2 d10 d 60
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不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情 况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其 级配越良好，作为填方工程的土料时，则比 较容易获得较大的密实度．曲率系数描写的 是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形 状。
将土中各种不同粒径的土粒，按适当 的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随 着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化 。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
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工程地质概论
表3-1提供的是一种常用的土粒粒组的划分 方法。表中根据界限粒径200、60、2、0．05和 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。
' ms Vs w
V
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工程地质概论
（三）土的孔隙体积指标n
（1）土的孔隙比：土中孔隙体积与土体积之 比，孔隙比用小数表示。即：
e Vv Vs
e 天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是
一 土的固体颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状 、矿物成分及其组成情况是决定土的物理 力学性质的重要因素。
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1.土的粒组
在自然界中存在的土，都是由大小不 同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土 的性质相应地发生变化，例如土的性质随 着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。
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在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度 的标准，以控制填土工程的施工质量。
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2、土的饱和密度 土孔隙中充满水时，单位体积质量，即
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3、土的浮密度 地下水位以下，单位土体积中土粒质量与同 体积水的质量之差，即
颗粒级配可在一定程度上反映土的某些 性质。
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工程地质概论
二、土中的水和气 (一)土中水 在自然条件下，土中总是含水的。土中水可 以处于液态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为结合水和自由水 两大类：
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1．结合水 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面
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2. 土的颗粒级配 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各
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。
颗粒分析试验：筛分法；比重计法 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如 图所示的颗粒级配累积曲线 由曲线的坡度可判断土的均匀程度
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土的三相草图（见下图）。 一、土的物理性质指标的定义 （一）基本物理指标
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1、土粒比重(土粒相对密度) d s
土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，称 为土粒比重(无量纲)，即：
s
ds
ms Vs
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的土中水。这种电分子吸引力高达几千到 几万
个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在 一起。
由于土粒(矿物颗粒)表面一般带有负电荷， 围绕土粒形成电场，在土粒电场范围内的水分 子和水溶液中的阳离子(如Na’、Ca”、A1” 等)一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分 子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)， 它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引 而定向排列。
当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯
液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上， 使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧(图1—14) ，土因而具有微弱的粘Biblioteka Baidu力，称为毛细粘聚力。
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(二)土中气
土中的气体存在于土孔隙中未被水所 占据的部位。
工程地质概论
3、天然密度：天然状态下，土单位体积的质 量，单位为g/cm³或t/m³，即：
m
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土的密度测定方法：“环刀法”测定 以上三个指标为土的最基本指标。
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（二）特殊条件下土的密度 1、土的干密度 土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土 的干密度，即：
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2、土的含水量
mw 100 %
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含水量w是标志土的湿度的一个重要物理指标 。天然土层的含水量变化范围很大，它与土 的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境 等有关。
土的含水量测定方法：用“烘干法”测定。
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自由水按其移动所受作用力的不同，可以分 为重力水和毛细水。
(1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的
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。
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(2)毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作
用的自由水。毛细水存在于地下水位以上的透水 土层中。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)和毛细上升水( 与地下水相连)两种。
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(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合 水膜。
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2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外
的水。它的性质和普通水一样，能传递静水压力 ，冰点为0℃，有溶解能力。
三 、土的结构和构造
土的结构是指由土粒单元的大小、形 状、相互排列及其联结关系等因素形成 的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝 结构和絮状结构三种基本类型。
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土的单粒结构
土的蜂窝结构
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土的絮状结构
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第二节 土的物理性质指标
土的三相比例指标：土粒比重、含水量 、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙 率、孔隙比、饱和度。
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工程地质概论
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工程地质概论
利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指 标，如与的比值称为不均匀系数：
Cu d60 d10
又如曲率系数用下式表示：
Cc
d30 2 d10 d 60
2019/9/17
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工程地质概论
不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情 况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其 级配越良好，作为填方工程的土料时，则比 较容易获得较大的密实度．曲率系数描写的 是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形 状。
将土中各种不同粒径的土粒，按适当 的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随 着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化 。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
2019/9/17
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工程地质概论
表3-1提供的是一种常用的土粒粒组的划分 方法。表中根据界限粒径200、60、2、0．05和 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。
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工程地质概论
（三）土的孔隙体积指标n
（1）土的孔隙比：土中孔隙体积与土体积之 比，孔隙比用小数表示。即：
e Vv Vs
e 天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是