第二章地基土物理特性
《土力学》第二章习题集及详细解答
《土力学》第二章习题集及详细解答第2章土的物理性质及分类一填空题1.粘性土中含水量不同，可分别处于、、、、四种不同的状态。
其界限含水量依次是、、。
2.对砂土密实度的判别一般采用以下三种方法、、。
3.土的天然密度、土粒相对密度、含水量由室内试验直接测定，其测定方法分别是、、。
4. 粘性土的不同状态的分界含水量液限、塑限、缩限分别用、、测定。
5. 土的触变性是指。
6.土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越。
7. 作为建筑地基的土，可分为岩石、碎石土砂土、、粘性土和人工填土。
8.碎石土是指粒径大于 mm的颗粒超过总重量50%的土。
9.土的饱和度为土中被水充满的孔隙与孔隙之比。
10. 液性指数是用来衡量粘性土的状态。
二、选择题1．作为填土工程的土料，压实效果与不均匀系数C u的关系：( )（A）C u大比C u小好(B) C u小比C u大好(C) C u与压实效果无关2.有三个同一种类土样，它们的含水率都相同，但是饱和度S r不同，饱和度S r越大的土，其压缩性有何变化？( )(A)压缩性越大(B) 压缩性越小(C) 压缩性不变3.有一非饱和土样，在荷载作用下，饱和度由80%增加至95%。
试问土样的重度γ和含水率怎样改变？( )(A)γ增加，减小(B) γ不变，不变(C)γ增加，增加4.土的液限是指土进入流动状态时的含水率，下述说法哪种是对的？( )(A)天然土的含水率最大不超过液限(B) 液限一定是天然土的饱和含水率(C)天然土的含水率可以超过液限，所以液限不一定是天然土的饱和含水率5. 已知砂土的天然孔隙比为e＝0.303，最大孔隙比e max＝0.762，最小孔隙比e min＝0.114，则该砂土处于( )状态。
（A）密实（B）中密 (C)松散（D）稍密6．已知某种土的密度ρ＝1.8g/cm3，土粒相对密度ds＝2.70，土的含水量w＝18.0％，则每立方土体中气相体积为( )(A)0.486m3 (B)0.77m3(C)0.16m3(D)0.284m37.在土的三相比例指标中，直接通过室内试验测定的是（）。
土力学例题讲解
土力学例题讲解第二章土的物理性质和工程分类例题1（第二章）：某施工现场需要回填2000M3的土方（实方），填土的来源是从附近的土丘开挖，经堪察及室内实验，该土的物理指标分别为：d S=2.7、ω=16%、e=0.6、ωL=28%、ωP=15%要求填土的质量为ω=18%、ρd=1.76 t / m3。
问：（1）土丘上土的名称和状态；（2）应从土丘上开采多少土；（3）回填碾压时应洒多少水，填土的孔隙比减少多少；解：（1）由已知条件，有：I P= ωL－ ωP =28－15＝13 查表1－5 P18 10<I P=13 <17 知其为粉质粘土I P=( ω－ ωP ) / I P =(16 －15) / 13 = 0.08查表1－6 (P19) 0 < I L= 0.08 < 0.25 知该土目前处于为硬塑状态（2）要求填土的质量为达到ρd填土=1.76 t / m3；则回填2000M3的土方（实方）需要干土（土粒）为：m s=2000 m3×1.76 t / m3=3520 t 而来源土丘上土的干密度为：ρd土丘＝d SρW/（1+e）=2.7×1.76/（1+0.6）＝1.69 t / m3；则应从土丘上挖方：V挖方＝3520 t / 1.69 t / m3＝2083 m3；（3）由公式ω = m w / m s→m w = ω ×m s；应加水：m w =△ω ×m s =（18%－16%）×3520 = 70.4 t回填土碾压后，土的孔隙比为：e = d SρW / ρd－1 = 2.7×1 / 1.76－1＝0.534则填土的孔隙比减少：0.6 －0.534 ＝0.066作业题：某施工现场需要回填25000 M 3 的土方（实方），现有土料： ω=15.8%、ρ=1.76 t / m3。
问：（1）若要求填方质量达到ρd=1.63 t / m3；则至少需要运来多少方土料才够用；（2）压实前，若使土的含水量增加到最优含水量ω0P =18%，需要用多少水；例题2（第二章）：试分析计算，将以下指标名称填入下列数据前的括号内γ、d s、ω、γsat、γd、γ ’、e、n、S r( ds ) 2.70，( ) 0.80，( r ) 18Kn/m3；( ) 0.675，( ) 20%，( r’) 9.4Kn/m3；( rd ) 15Kn/m3，( rsat ) 19.4Kn/m3，( ) 44.4%解：1、土粒的相对密度一般为2.65～2.75之间，显然，上述数字中d s= 2.72、题给共有4个重度指标，依次为9.4Kn/m3、15Kn/m3、18Kn/m3、19.4Kn/m3；由重度指标的定义，我们知：γ ’＜γd＜γ＜γsat；经比较可得到：γ ’= 9.4Kn/m3、γd= 15Kn/m3、γ= 18Kn/m3、γsat= 19.4Kn/m3；3、根据公式：ρd=ρ /（1+ω）(其中：ρ=1.8T/m3)→ω=ρ /ρd－1=(1.8 / 1.5－1) ×100％= 20%e= d s ρw / ρd－1 =( 2.7 ×1) / 1.5－1= 0.8Sr= ω d s / e = (20% × 2.7) / 0.8 = 0.675n=e/(1+e)= 0.8 / ( 1 + 0.8 ) × 100％ = 44.44%第三章 地基的应力与变形例题1（第三章）：集中力作用下地基中的附加应力在地基上作用一集中力P=100KN ，要求确定：（1） 在地基中Z=2m 的水平面上，水平距离r = 0、1、2、3、4m 处各点的附加应力。
土力学-第二章土的物理性质及分类
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mw m ms 100% 100% ms ms
m Vv w s V
气
e
假设：ρw1=ρw ,Vs=1,则
ms Vs d s w d s w
Vv Vs
V n v 100% V
Sr
Vw 100% Vv
VV e
V 1 e
将粒径>2mm的质量超过50%的称为碎石土；
将粒径＞2mm的质量小于50％，而大于0.075mm的质量超过50%的称为砂土； 将大于0.075mm的质量小于50%的定为粉土或粘性土。
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2.1
概述
土力学
土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液 二相相互作用表现出来的性质。
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，
烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66， 求该土样的含水量w、密度ρ、重度 、干重度d 、孔隙 比e、饱和重度sat和浮重度
【解】
mw 187 167 w 100% 11.98% ms 167
粘性土的物理特征
无粘性土的密实度 粉土的密实度和湿度 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 土的分类
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2.3
粘性土的物理特征
土力学
2.3.1 粘性土的可塑性及界限含水量
2.3.2 粘性土的物理状态指标
2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性
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2.3.1
粘性土的可塑性及界限含水量
腐殖土ρ＝1.5～1.7g/cm3
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2.2.2
第二章土的工程性质及分类
For personal use only in study and research; not for commercial use第二章土的性质及工程分类土的性质包括：物理性质、力学性质、水理性质、工程性质。
土是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系。
由于三相比例的不同，决定了土的物理性质（轻重、疏密、干湿、软硬）。
土的物理性质又决定了土的力学性质，因此土的物理性质是我们研究的主要特性之一。
本章主要介绍土的组成及土的结构土的物理性质指标无粘性土的密实度粘性土的物理特性土的渗透性及渗流土的动力特性地基(岩)土的工程分类2.1概述土是风化的产物，是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系，下面看三相组成示意图。
在外力作用下，土体并不显示为一般固体的特性，也不表现为一般液体的特性，因此，在研究土的工程性质时，既有别于固体力学，也有别于液体力学。
2.2土的三相组成及土的结构2.2.1 土的组成一、土的固体颗粒土的固体颗粒的大小和形状，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。
2.2.1.1土的矿物成分矿物成分分为原生矿物、次生矿物2.2.1.2土粒粒组自然界中存在的土，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，土的性质也相应地发生变化。
例如，土的性质随着粒径的变细，可由无粘性变化到有粘性。
因此可以将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干组，各个粒组，随着分界尺寸的不同而呈现一定质的变化，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
目前我国常用的土粒粒组划分方法，按照界限粒径的大小，将土粒分为六个组：漂石（块石）（＞200）、卵石（碎石）（200～60）、圆砾（角砾）（60～2）砂粒（2～0.075）、粉粒（0.075～0.005）和粘粒＜0.005（注漂石、卵石、圆砾是一定磨圆形状、圆形或亚圆形）土中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来表示，称为土的颗粒级配。
如何来分析土中的颗粒级配情况，通常用筛分法与水分法两种。
土的物理性质及地基土的工程分类
第二章 土的物理性质及地基土的工程分类1. 土力学的研究对象：土土——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。
§2-1 土的组成一、土的组成⎪⎩⎪⎨⎧孔隙中的水液气体气冰土颗粒固:::土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。
这就是土的物理性质。
二、土的固体颗粒（一）土的颗粒级配1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小3．粒组——为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。
粒组的划分：漂石 粘粒 4．颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析：①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10分析⎩⎨⎧级配良好不均匀粒径大小接近曲线陡级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓②不均匀系数（C u ）1060u d /d C = ⎩⎨⎧<>级配不良级配良好5C 0C u u式中：d 60——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d 60。
d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d 10。
③曲率系数（C c ）6010230c d d d C ⋅=式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30表示。
C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。
（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。
如石英等。
粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。
粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪⎨⎧高岭石伊利石蒙脱石粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。
土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)
V
阿特堡界限 (Atterberg limit)
固态
半固态
可塑态
液态
水
Vs+Vw Vs
颗 粒 ws
缩限
O
wP
塑限
wL
液限
w
• 液限和塑限的测定方法
液限（wL）的测定： 锥式液限仪（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见 ASTM 试验 规程）。
粉土
含水量w(%)
w＜20
20 ≤w≤30
w＞30
（2） 砂土的松－密状态 指标和状态（《地基与基础》－p27）
相对密实度 （Relative Density ）
0.67＜Dr≤1.0 0.33＜Dr≤0.67 0＜Dr≤0.33
emax e Dr emax emin
密实 中密 松散
工程上原位测试判断物理状态：
粒径分布曲线（级配曲线）
100
小于某粒径的土粒质量/%
80
60
40
20
0
10
1
0.1
0.01
1E-3
粒径/mm
• 不均匀系数
Cu
d 60
d10
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
• 曲率系数
Cc
2 d 30
(d 60 d10 )
Cc<1，中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。 Cc>3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。
水
mw
Vv=e
V =e+1
Vw Sr Vv
ms=s
Vs 土粒 ms
Vs=1
w s / w wGs e e
陈希哲《土力学地基基础》笔记和课后习题(含真题)详解(土的物理性质及工程分类)
土的密度 ρ 和土的重度 γ
土的三项基本物理性质指标 土粒相对密度 Gs（ds）
土
反映土的松密程度的指标 土的含水率 w
的 土的物理性质指标 反映土中含水程度的指标
物 理
特定条件下土的密度（重度）
性
用孔隙比 e 为标准
质 及
无黏性土的密实度 以相对密度 Dr 为标准
工
以标准贯入试验 N 为标准
程 分
吸引，形成具有很大孔隙癿蜂窝状结构
那些粒徂极细癿黏土颗粒（粒徂小于
絮状结 0.005mm）在水丨长期悬浮，这种土粒在
构（二 水丨运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链
级蜂窝 环状癿土集粒，质量增大而下沉，弼一丧
结构） 小链环碰到另一小链环时相互吸引，丌断
扩大形成大链环状，称为絮状结构
（2）土癿构造
土癿构造是指同一土层丨，土颗粒乊间相互关系癿特征。土癿构造常见癿有下列几种，
二、土癿三相组成 土癿三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。土丨癿固体矿物构成土癿骨架， 骨架乊间存在大量孔隙，孔隙丨充填着水和空气。 土体三相比例丌同，土癿状态和工程性质也随乊各异，例如：固体+气体（液体=0） 为干土。此时黏土呈坒硬状态。固体+液体+气体为湿土，此时黏土多为可塑状态。固体+ 液体（气体=0）为饱和土。 1．土癿固体颗粒 土癿固体颗粒是土癿三相组成丨癿主体，是决定土癿工程性质癿主要成分。 （1）土粒癿矿物成分（见表 2-1-4）
状构造丨，因裂隙强 度低、渗透性大，工
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裂隙状构造
土体丨有很多丌连续癿小裂隙，某些硬塑戒坒硬状 态癿黏土为此种构造
《建筑地基基础设计方法及实例分析(第二版)》第2章
24
土的物理特征
无粘性土的密实度 密实度 如何衡量?
单位体积中固体颗粒含量的多少 1) 按天然孔隙比 e 确定
优点：简单方便 缺点：不能反映级配的影响
只能用于同一种土 对 策
2) 按相对密实度Dr确定
emin = 0.35 emin = 0.20
2.1 设计基本要求
2.1 设计基本要求
粘性土的可塑性及其指标
可塑性
当土在一定条件下，因受外力作用被塑造或搓揉成任意形状而不产生 裂缝,且当外力移去后，仍能保持既得形状的性能,称为土的可塑性。
塑性指数
I p wL wp
塑性指数表示粘性土呈可塑状态时含水量的变化范围。
工程应用
－－－－塑性指数与粘性土中土粒的组成、粘粒的含量及矿物 成分有关。土粒越细，含量越高，则其比表面积就越大，此时 粘性土中结合水含量就越高，塑性指数就会随之增大。从矿物 成分看，粘土中蒙脱石含量越多，塑性指数会急剧增大。
运积土
有搬运
重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀
洪积土 有分选性，近粗远细
流水:
冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥，土性差
海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差
冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大，性质不均匀
风力：风积土 颗粒均匀，层厚而不具层理
12
2.1 设计基本要求
强度问题 变形问题
土的应力-应变关系的假定
碎散体
非线性 弹塑性
① 连续介质 （宏观平均）
② 线弹性体 （应力较小时）
Δσ
线弹性体
成层土
③ 均匀一致各向同性体
各向异性 （土层性质变化不大时）
土力学和地基基础习题和答案解析第2章
第2章土的物理性质及分类（答案在最底端）一、简答题1.什么是土的物理性质指标？哪些是直接测定的指标？哪些是计算指标？1.【答】（1）土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，称为土的物理性质指标，可用于评价土的物理、力学性质。
（2）直接测定的指标：土的密度、含水量、相对密度d s；计算指标是：孔隙比e、孔隙率n、干密度d、饱和密度sat、有效密度’、饱和度S r2.甲土的含水量大于乙土，试问甲土的饱和度是否大于乙土？3.什么是塑限、液限和缩限？什么是液性指数、塑性指数？4.塑性指数对地基土性质有何影响？5.什么是土的冻胀性？产生机理是什么？6.说明细粒土分类塑性图的优点。
7.按规范如何对建筑地基岩土进行分类？7. 【答】作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。
8.甲乙两土的天然重度和含水量相同，相对密度不同，饱和度哪个大？9.简述用孔隙比e、相对密实度D r判别砂土密实度的优缺点。
10.简述野外判别碎石土密实度方法？11.什么是土的灵敏度和触变性？试述在工程中的应用。
12.说明下图2-1中各图的横纵坐标，同时标出单位。
（a）级配曲线（b）击实曲线（c）塑性图图2-113.影响土压实性的主要因素什么？14.什么是最优含水量和最大干密度？15.为什么含水量<最优含水量op时，干密度d随增加而增大，>op时，d随增加而减小？16. 在填方压实工程中，土体是否能压实到完全饱和状态？为什么？（华南理工大学2006年攻读硕士学位研究生入学考试）17.影响土击实效果的因素有哪些？18. 为什么仅用天然含水量说明不了粘性土的物理状态，而用液性指数却能说明？（长安大学2007年硕士研究生入学考试）二、填空题1.粘性土中含水量不同，可分别处于、、、、四种不同的状态。
其界限含水量依次是、、。
2.对砂土密实度的判别一般采用以下三种方法、、。
3.土的天然密度、土粒相对密度、含水量由室内试验直接测定，其测定方法分别是、、。
土力学与地基基础(土的物理性质及工程分类)
0.075mm 0.005mm
（2）颗粒级配 概念：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。 级配测定：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土） 级配表达方式：表格法；颗粒级配累积曲线（见图） 颗粒级配累积曲线的意义：由曲线的坡度可判断土的均匀 程度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不 好 级配指标： d6 0 C u 不均匀系数: d1 0 不均匀系数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．大于 10级配良好；小于5级配不好 2
mg / v g
d d g
反映紧密程度，达到 1.5~1.65t/m3土就比较密实
sat g sat
每个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为
sat d
g ' sat w
' '
V e V
砂土和粘性土中的渗透曲线
2、管涌（概念、预防措施）
七、土的压实性
（一）土的压实原理 最优含水量Wop和最大干密度ρdmax的概念 最优含水量和最大干密度的测定： 通过室内击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲 线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为 最大干密度。 （二）影响压实效果的因素 1、压实功 2、含水量 3、铺土厚度 4、土的粒径级配 （三）压实填土质量指标 压实系数
7、土粒分组分成（ ） A 5 B 6 C 7 D 9 8、受土粒表面电场影响的最大的水膜是（ ） A 强结合水 B 弱结合水 C 自由水 D 毛细水 9、中砂是哪种结构（ ） A 单粒结构 B 蜂窝结构 C 絮状结构 D 以上都不是 10、Wp=35，Wl=50的土是（ ）土，应命名为（ ） A 粉土，粉土 B 粘性土，粉质粘土 C 粘性土， 粘土 D 泥
2 土的性质及工程分类
3、已知含水量
mw w 0.1, ms mw 0.1m s
土粒
而 m w m s m 1.7 m s 1.55, m w 0.15
4、土粒密度
ms 而： s Vs ms 1.55 Vs 0.57 s 2.72
s 27.2 s 2.72 g 10
m V
土 的 质 3 （g/cm ） 量
土的体积
g
(kN/m3)
测试方法：粘性土一般采用环刀法。
2、土的含水量
土中水的质量 mw 与固体（土粒）质量 ms 之比。
mw w 100 ％ ms
m湿－m干 w 100 ％ m干
含水量常用烘干法测定， 它是描述土的干湿程度的重 要指标。土的天然含水量变 化范围很大，从干砂的含水 量接近于零到蒙脱土的含水 量可达百分之几百。
6.7 --- 限定粒径 中值粒径有效粒径 1.5
工程中常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc来反映土颗粒级 配的不均匀程度。
可见，不均匀系数Cu反映了大小不同粒组的分布情况， 曲率系数Cc描述了级配曲线分布的整体形态。
工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：
① 对于级配连续的土：Cu>5，级配良好；反之，Cu<5， 级配不良。
土的结构和构造
土的结构是指土粒单 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。
土的结构
单粒结构 蜂窝结构 絮凝结构
1、单粒结构 单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。 紧密状单粒结构的土，强度较大，压缩性较小，是较为良 好的天然地基； 而具有疏松单粒结构的土，其骨架不稳定，当受到振动或 其他外力作用时，引起土体较大的变形，这种土层如未经处 理一般不宜作为建筑物的地基。 2、蜂窝结构 蜂窝状结构是以粉粒(0.075－0.005mm)为主的土的结构 特征。可承担一般的水平静荷载。但当其承受较高水平荷载 或动力荷载时，其结构将破坏，导致严重的地基沉降。 3、絮状结构 絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征。土的结构形成以后， 当外界条件变化时，土的结构会发生变化。在取土试验或施 工过程中都必须尽量减少对土的扰动，避免破坏土的原状结 构。
土力学地基基础土的物理性质及工程分类
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
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第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
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第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
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土的物理性质指标汇总
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1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
土力学第二章：土的物理性质及工程分类全解
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 巨粒(>200mm)
土颗粒
粗粒(0.075-200mm)
卵石或碎石颗粒 (20200mm)
圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm)
细粒(<0.075mm)
粉粒(0.005-0.075mm)
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ①温差风化：由于温差 变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程， 常发生在温差较大的干 旱气候地区。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。 水结成冰时其体积可增 大9.2％。冰体将对裂缝 壁产生2000kg／cm2的 巨大压力。
1.0 ,0.5, 0.25,
0.075
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (1) 筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm
2.2 土的三相组成
筛析机
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (2) 比重计法:适用于d＜0.075mm
粒径<0.25mm: 粒径<0.075mm:
1-155 0 0151 000 1% 0 500
1-15 5 0 015 100 3 0 04% 500
<2.0
<1.0
<0.5
<0.25
<0.075
90%
60%
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：
《土力学》第二章习题集及详细解答
《土力学》第二章习题集及详细解答第2章土的物理性质及分类一填空题1.粘性土中含水量不同，可分别处于、、、、四种不同的状态。
其界限含水量依次是、、。
2.对砂土密实度的判别一般采用以下三种方法、、。
3.土的天然密度、土粒相对密度、含水量由室内试验直接测定，其测定方法分别是、、。
4. 粘性土的不同状态的分界含水量液限、塑限、缩限分别用、、测定。
5. 土的触变性是指。
6.土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越。
7. 作为建筑地基的土，可分为岩石、碎石土砂土、、粘性土和人工填土。
8.碎石土是指粒径大于 mm的颗粒超过总重量50%的土。
9.土的饱和度为土中被水充满的孔隙与孔隙之比。
10. 液性指数是用来衡量粘性土的状态。
二、选择题1．作为填土工程的土料，压实效果与不均匀系数C u的关系：( )（A）C u大比C u小好(B) C u小比C u大好(C) C u与压实效果无关2.有三个同一种类土样，它们的含水率都相同，但是饱和度S r不同，饱和度S r越大的土，其压缩性有何变化？( )(A)压缩性越大(B) 压缩性越小(C) 压缩性不变3.有一非饱和土样，在荷载作用下，饱和度由80%增加至95%。
试问土样的重度γ和含水率怎样改变？( )(A)γ增加，减小(B) γ不变，不变(C)γ增加，增加4.土的液限是指土进入流动状态时的含水率，下述说法哪种是对的？( )(A)天然土的含水率最大不超过液限(B) 液限一定是天然土的饱和含水率(C)天然土的含水率可以超过液限，所以液限不一定是天然土的饱和含水率5. 已知砂土的天然孔隙比为e＝0.303，最大孔隙比e max＝0.762，最小孔隙比e min＝0.114，则该砂土处于( )状态。
（A）密实（B）中密 (C)松散（D）稍密6．已知某种土的密度ρ＝1.8g/cm3，土粒相对密度ds＝2.70，土的含水量w＝18.0％，则每立方土体中气相体积为( )(A)0.486m3 (B)0.77m3(C)0.16m3(D)0.284m37.在土的三相比例指标中，直接通过室内试验测定的是（）。
教学单元2 土的物理性质及工程分类
当e=emin时， Dr=1，表示土处于最密实状态; 当e=emax时， Dr=0，表示土处于最疏松状态。
相对密度判别方法从理论上讲是判定砂土密实度的好方法，但 存在天然状态的孔隙比不易测准，室内测得理论上的最大与最小 孔隙比误差较大等实际困难，故在应用上存在许多问题。
3.标准贯入试验锤击数N
N是用质量63.5kg的重锤，自由下落76cm，使贯入器
颗粒级配曲线及指标的用途
1）粒组含量用于土的分类定名；
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 为级配连续土
4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配良好的土 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配不良的土
IP
工程上常用它判别 粘性土的软硬程度
状态
坚硬
液性指数 IL≤0
硬塑 0＜IL≤0.25
可塑 0.25＜IL≤0.75
含水量增加
粘性土
较硬 变软 流动
界限含水量
粘性土由一种状态转变到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。液限是 土由流动状态转变到可塑状态时的界限含水量（也称为流限或塑性上限）； 塑限是土由可塑状态转变到半固态时的界限含水量（也称为塑限下限）。
界限含水量
0
塑限ωP
液限ωL
ω
稠度状态 固态或半固态 可塑状态 流动状态
定义: 单位体积土的重量
表达式: W
V
测定方法：环刀法
单位: kN/m3 一般范围: 1.60—2.20 g/cm3
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二、土中水（液相）
结晶水 矿物内部的水 结合水 吸附在土颗粒表面的水 自由水 电场引力作用范围之外的水 土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷
第二章地基土物理特性
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
❖封闭气体：
增加土的弹性；阻塞渗流通道
第二章地基土物理特性
四、土的结构和构造
重塑土的强度 < 原状土的强度
土的结构 +
土颗粒或粒团的 空间排列和相互联结
土的构造
影响
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
力学特性
第二章地基土物理特性
1、土粒间的作用力
重 力 ——土颗粒的自重形成的方向向下的力 —— 砂土 毛细力 —— 土中毛细作用形成的力 —— 细砂、粉土 胶结力 —— 土粒间的胶体物质产成的作用力 —— 粘土 颗粒表面力 —— 粘土
—— 库 仑 力： 颗粒表面的静电引力或斥力 —— 范德华力： 颗粒接触点处的分子间引力
第二章地基土物理特性
2、土的结构
单粒结构 ---粗粒土的结构
• 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分
重力，毛细力 点与点、点与面 原生矿物
第二章地基土物理特性
示意图
蜂窝结构 ---细砂、粉粒土的结构
• 粒间作用 力
粒径 (mm)
粒径级配判定
1）粒组含量用于土的分类定名；
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： Cc=1－3,级配连续土；Cc>3或Cc<1,级配不连续
4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu≥5且 Cc=1－3 ， 级配良好的土； 如果 Cu <5或 Cc>3 或Cc <1, 级配不良的土。
物理风化
矿物成 分未变
原生矿物
无粘性土
化学风化
矿物成 分改变
次生矿物
粘性土
生物风化
有机质
动植物活动引起的岩石和土体 粗颗粒的粒度或成分的变化
第二章地基土物理特性
二. 搬运与沉积
母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小 颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物
颗粒表面粗糙
土
残积土
无搬运
残积土 强风化 弱风化
多棱角 粗细不均 无层理
土的粒径级配累积
100
90 曲线
80 70 60
50 40 30 20 10 0
粒径(mm)
特征粒径:
d50 : 平均粒径 d60 : 限制粒径 d10 : 有效粒径 d30 ;中值粒径
粗细程度： 用d50 表示
不均匀程度： Cu = d60 / d10— 不均匀系数
连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
C c=1-3,级配连续性好
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
土的粒径级配累 积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60 d30 d10
— 曲率系数
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
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60 d50 d30 d10
粒径(mm)
Cu ≥5, 级配良好
斜率: 某粒径范围内颗粒的含量
陡—相应粒组质量集中 缓--相应粒组含量少 平台--相应粒组缺乏
第二章 土的物理性质与工程分类
第二章地基土物理特性
目录
§2.1 概述---土的形成 §2.2 土的组成及其结构构造 §2.3 土的物理性质指标 §2.4 土的物理状态指标 §2.5 土的分类标准及地基土的工程分类
第二章地基土物理特性
§2.1 概述——土的形成
土的形成影响
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
2、土粒粒度分析---颗粒级配
颗粒大小
第二章地基土物理特性
各粒径成分在土 中占的比例
颗粒级配
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示
•确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm)
比重计法：适用于细粒土 (<0.075 mm)
•表述方法 颗粒级配累积曲线
第二章地基土物理特性
筛分法（d>0.075mm的土） 第二章地基土物理特性
从而决定土的渗透特性；变形特性及强度特性
便于研究和应用土的工程分类 土的压实性
第二章地基土物理特性
一、土的形成
土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石 地球
风 化
搬运、沉积
土 地球
形成过程 形成条件
影响
物理力学性质
第二章地基土物理特性
风化作用分类
岩石母和岩土表的面粗和颗碎粒散受的各颗种粒气受候环因境素 的影因响素产的生作胀用缩而而改发变生其裂矿缝物,或的在化运 动过学程成中分因，碰形撞成和新摩的擦矿而物破。碎。 特点经：化只学改风变化颗生粒成的的大土小为和细形粒状土，， 不改具变有矿粘物结颗力粒。的成分。
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
第二章地基土物理特性
自由水
重力水 毛细水
在重力作用下可在土中自由 流动
存在于固气之间 在重力与表面张力作用下可 在土粒间空隙中自由移动
第二章地基土物理特性
三、土中气体
❖自由气体：
与大气连通，对土的性质影响不大
质 较 好
微风化
母岩体
运积土
有搬运
风化所形成的土颗粒，受自然力的作用 搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物
第二章地基土物理特性
§1.2 土的组成及其结构构造
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
次要作用 重要影响
第二粒组划分
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 •界限粒径 粒组与粒组之间的分界尺寸
沉降分析法（密度计法） （d<0.075mm的土）
第二章地基土物理特性
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
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001