工程地质及地基基础02土性质及工程分类
土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
H
Wp
WL
W
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土的工程性质与分类
Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性
塑性指数Ip 的大小和土中结合水的 可能含量有关，和土的颗粒组成、土 粒的矿物成份，以及土中水的离子成 份以及浓度等因素有关。土粒越细， 其比表面积越大，可能的结合水含量 越大，其时塑性指数Ip也越大。
第一讲 土的工程性质与分类
土的工程性质与分类
1.3土的结构和构造 土的结构和构造 地质历史与环境的产物
定义： 定义：是指物质成 分间的联结特点和 空间分布、变化规 律，反映了物质的 存在形式
土的结构和构造
工程性质
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1
土的工程性质与分类
1.3.1土的结构 土的结构
土的成分 定义： 定义：土的结构是指土粒
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土的工程性质与分类 检测题目
1. 砂土的结构通常是：__________ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构 2. 饱和土的组成为：__________ a.固相 b.固相＋液相 c.固相＋液相＋气相 d.液相 3. 下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：__________ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数 4. 筛分法适用的土粒直径为：__________ a.d>0.075 b.d<0.075 c.d>0.005 d.d<0.005 5.某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为：__________ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土 6.粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：______ a.越多 b.越少 c.可多可少
第二章土的工程分类及野外简易鉴别
搓条试验：将含水量略大于塑限的湿土块在手中揉捏 均匀，再在手掌上搓成土条，根据土条不断裂而能达到的 最小直径分为塑性高、塑性中等、塑性低；
韧性试验：将含水量略大于塑限的湿土块在手中揉捏 均匀，再在手掌上搓成直径3mm土条，再揉成土团，根据 再次搓条的可能性分为韧性高、韧性中等、韧性低；
碎石土的分类
土的名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
第四节 特殊土的工程地质特性简介 一、软土的工程性质
软土的物理力学性质
1.天然含水量高、孔隙比 大。多呈软塑至流塑状态，一 经扰动很容易破坏其结构而流 动。
2.压缩性高。软土的压缩系数a1-2一 般都在0.5MPa-1以上，最大可以达到 3MPa-1。软土多属近代沉积土，为欠固 结土，在建筑荷载作用下，土体沉降变 形大，且沉降不均匀。
砂SW
砂SP
砂SF
粉土质 砂SM
注：需要时，砂可进一步细分为粗砂、中砂和细砂。
黏土质 砂SC
粗砂
中砂 细砂
粒径大于0.5mm的颗粒含量>50%
粒径大于0.25mm的颗粒含量>50% 粒径大于0.074mm的颗粒含量>75%
c.细粒土的分类
土体的分类以及工程地质性能
粘性土
粘性土为塑性指数大于10的土,它可分为粘土和粉质粘土。
塑性指数Ip 土的名称 粘土 粉质粘土 状态 坚硬 硬塑 液性指数IL 0.75<IL≤1 IL>1 状态 软塑 流塑
Ip>17 10<Ip≤17 液性指数IL
IL≤0 0<IL≤0.25
0.25<IL≤0.75 可塑 液性指数：粘性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数比值
红粘土
红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化 作用形成的高塑性粘土。其液限一般大于 50。红粘土经再搬运后仍保留其基本特征, 其液限大于45的土为次生红粘土。
人工填土的分类
由人类活动堆填形成的各类土为人工填土。 人工填土根据其组成和成因,可分素填土、压实填 土、杂填土、冲填土。
素填土为由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成 的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等 杂物的填土。 冲填土为由水力冲填泥沙形成的填土。
碎石土的密实度 （二）
超重型动力触探击数N120
超重型动力触探击数N120 11<N120≤14 密实度 密实
超重型动力触探击数N120 密实度 N120≤3 松散
3<N120≤6
6<N120≤11
稍密
中密
N120>14
—
很密
—
注：对于平均粒径大于50mm,或最大粒径大于100mm的碎石土
砂土的密实度 （一）
标准
岩体特征 透水率q (Lu) q<0.1 0.1≤q<1 1≤q<10 10≤q<100 q≥100 完整岩石,含等价开度小于 0.025mm裂隙的岩体 含等价开度0.025～ 0.05mm裂隙的岩体 含等价开度0.05～0.01mm 裂隙的岩体 含等价开度0.01～0.5mm 裂隙的岩体 含等价开度0.5～2.5mm裂 隙的岩体 含连通孔洞或等价开度大 于2.5mm裂隙的岩体
《土的分类及特殊土的工程地质性质》习题答案
《土的分类及特殊土的工程地质性质》习题答案一、填空题1．根据《建筑地基基础设计规范》（GBJ 50007-2002）和《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），作为建筑地基的土，可分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。
2．根据地质成因，可把土划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土、海积土等。
按堆积年代的不同，土可分为老堆积土、一般堆积土和新近堆积土。
3．分布在中国范围内的黄土，从早更新世开始堆积经历了整个第四纪，目前还未结束。
形成于早更新世(Q1)的午城黄土和中更新世(Q2)的离石黄土，称为老黄土；晚更新世(Q3)形成的马兰黄土及全新世下部( )的次生黄土，称为新黄土；全新世上部( )及近几十年至近百年形成的最新黄土，称为新近堆积黄土。
4．湿陷性黄土又可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。
5．软土并非指某一特定的土，而是一类土的总称，一般包括软黏土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。
6．冻土根据其冻结时间分为季节性冻土和多年冻土两种。
7．中国的多年冻土按地区分布不同分为两类：一类是高原型多年冻土，另一类是高纬度型多年冻土。
二、名词解释1．碎石土：是指粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50％的土。
2．砂土：是指粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50％的土，且粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50％的土。
3．粉土：是指塑性指数小于等于10且粒径大于0.075mm颗粒质量不超过总质量50％的土。
4．黏性土：是指塑性指数大于10的土。
5．人工填土：是指由于人类活动堆填而形成的各类土。
6．黄土：黄土是第四纪以来，在干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊的陆相松散堆积物。
7．黄土的湿陷性：黄土在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的性质称为黄土的湿陷性。
8．软土：软土是指天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的呈软塑～流塑状态的黏性土，如淤泥等。
土的工程分类和特殊土的工程地质特征
（三）工程地质性质的基本特点
1、高塑性和分散性
液限一般为50~80%，塑限为30～60％，塑性指数一般为20～50%。
2、高含水率、低密度
天然含水率一般为30％～60％，饱和度>85％，密实度低，大孔隙明显，孔隙比>1.0；液性指数一般都小于0.4；坚硬和硬塑状态。
国内外的土质分类方案很多，归纳起来有三种不同体系，一是按粒度成分，一种是按塑性指标，一种是综合考虑粒度和塑性的影响。
二、土的分类
（一）按地质成因分类：
土按地质成因可分为：残积、坡积、洪积、冲积、冰积、风积等类型。
（二）按颗粒级配和塑性指数分类
土按颗粒级配和塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。
1．土按颗粒大小分类
上部为坡积，下部为残积的情况居多。
主要分布在云南、贵州、广西、安徽、四川东部等。
（二）成分和结构特征
红粘土的粘粒组分（粒径<0.005mm）含量高，一般可达55～70％，粒度较均匀，高分散性。
粘土颗粒主要是多以高岭石和伊利石类粘土矿物为主。
主要化学成分为：SiO2(33.5~68.9%)、Al2O3(9.6~12.7%)、Fe2O3(13.4~36.4%)、硅铝率一般均小于2。
0.7～2，弱
胀缩总率以 表示，并按下式计算：
式中： ：在压力0.5MPa时的膨胀率，％
：土的收缩系数
：土的天然含水量
：土在收缩过程中含水率的下限值，％
如式中 为负值时，按负值考虑，如 大于8％时按8％考虑，小于0时按0考虑。
式中收缩系数 可通过收缩试验测得，它是土的收缩曲线的直线部分的斜率，即：
式中 ：与 相应的收缩率之差
土的工程分类及各类型土的工程性质
3、黄土
1）特征与分布
黄土是第四季干旱半干旱气候条件下形成的一种性 质特殊的大陆松散沉积物。
颜色主要呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；以粉粒为主 （多为0.05-0.01mm的粗粉粒），粒度大小均一， 黏粒含量少（一般小于10%）；富含碳酸盐以及硫 酸盐、少量其他易溶盐类；孔隙比较大，一般在1.0 左右，具有肉眼可见的大孔隙；垂直节理发育；浸 湿后土体显著沉陷（称为湿陷性）。具有上述全部 特征的土即为典型黄土。上述有的特征不明显的土 称为黄土状土。两者统称为黄土类土，简称黄土。
漂石(块石)混合土 卵石(碎石)混合土
注：巨粒混合土可根据所含粗粒或细粒的含量进行细分。
砾类土的分类：
土类 砾土
粒组含量
级配Cu5，1Cc3 细粒含量<5% 级配不能同时满足
上述要求
土类名称 级配良好砾土
级配不良砾土
含细粒土砾土
5%细粒含量<15%
含细粒土砾土
细粒土质砾土
15%细粒含量 <50%
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的85%的土 为细砂土。
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的50%的土 为粉砂土。
举例:
例1：某砂土样，经筛析试验，得到各粒组含 量的百分比为：
粒径mm
>5
5~2
~0.0 75
<0.075
质量百分比 %
8
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5、湖积土
工程特征：湖边沉积物粒粗，承载力高；远岸沉 积物粒细，性质变差；湖心沉积物主要为黏土和 淤泥软土，压缩性高，强度很低；湖泊淤塞可演 变为沼泽，沼泽沉积土为沼泽土，主要由半腐烂 的植物残体和泥炭组成，含水量极高，承载力极 低。
工程地质与地基基础之土的性质及工程分类(ppt 55张)
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作 用
2.2.2.3 毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
密度计法（d<0.075mm的土）
（3）颗粒级配的表示方法
表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法
10-2 2-0.05
A
0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
小 于 某 粒 径 的 土 粒 质 量 /%
100
80
60
40
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1E -3
其中三个基本试验指标
土的天然密度ρ 测定：环刀法
土的含水量w
测定：烘干法
土粒相对密度（土粒比重）ds
测定：比重瓶法
其它6个指标：Sr、ρd、 ρsat 、ρ/、e、n
可通过指标换算得到。
2.3.4 指标的换算
土的密度、含水量、土粒比重是通过试 验测定，其他指标可由这三个指标换算得 到。
2.4 无粘性土的密实度
筛分法
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
筛分法原理图
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
土力学、地基及基础
绪论一、土力学、地基及基础1、土力学：土力学的研究对象是“工程土”。
土是岩石风化的产物，是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的松散堆积物，颗粒之间没有胶结或弱胶结。
土的形成经历了漫长的地质历史过程，其性质随着形成过程和自然环境的不同而有差异。
因此，在建筑物设计前，必须对建筑场地土的成因、工程性质、不良地质现象、地下水状况和场地的工程地质等进行评判，密切结合土的工程性质进行设计和施工。
否则，会影响工程的经济效益和安全使用。
土力学是工程力学的一个分支，是利用力学原理研究土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题的一门应用学科。
由于土的物理、化学和力学性质与一般刚体、弹性固体和流体有所不同，因此，土的工程性质必须通过土工测试技术进行研究。
2、地基：建筑物都是建造在土层或岩层上的，通常把直接承受建筑物荷载的土层或岩层称为地基。
未经人工处理就能满足设计要求的地基称为天然地基；需要对地基进行加固处理才能满足设计要求的地基称为人工地基。
3、基础：建筑物上部结构承受的各种荷载是通过基础传递给地基的，所谓基础是指承受建筑物各种荷载并传递给地基的下部结构。
通常情况下，建筑物基础应埋入地面以下一定深度进入持力层，即基础的埋置深度。
按照基础的埋置深度的不同，基础可分为浅基础和深基础。
在建筑物荷载作用下，地基、基础和上部结构三部分是彼此联系、相互影响和共同作用的，如图1所示。
设计时应根据场地的工程地质条件，综合考虑地基、基础和上部结构三部分的共同作用和施工条件，并通过经济、技术比较，选取安全可靠、经济合理、技术可行的地基基础方案。
二、土力学的发展简史生产的发展和生活的需要，使人类早就懂得了利用土进行建设。
西安半坡村新石器时代的遗址就发现了土台和石础；公元前两世纪修建的万里长城及随后修建的京杭大运河、黄河大堤等都有坚固的地基与基础。
这些都说明我国人民在长期的生产实践中积累了许多土力学方面的知识。
十八世纪产业革命以后，随着城市建设、水利工程及道路工程的兴建，推动了土力学的发展。
土力学与基础工程
答：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，表示是否有某粒组缺失的情况。
(1) 对于级配连续的Cu>5,级配良好；反之，Cu<5，级配不良。
(2)对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状，采用单一指标Cu 难以全面有效地判断土的级配好坏，则需同时满足Cu>5 和Cc=1-3 两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。
答：影响砂、卵石等无粘性土工程性质的主要因素是密实度。
答：土层发生冻胀的原因是水分的迁移和积聚所致发生冻胀的条件是土的因素、水的因素、温度的因素也是图层发生冻胀的三个必要条件。
答：毛细水是受到水与空气交壤面处表面张力的作用、存在于地下水位以上的透水层中自由水。
在粉细砂和粉土，则毛细水高度大，而且上升速度也快，即毛细现象严重。
答：在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量。
影响击实效果的主要因素最重要的是含水量、击实功能、土的性质。
答：土体在自重作用下只能产生竖向变形，而无侧向位移及剪切变形存在。
一 般土层形成地质年代较长，在自重作用下变形早已稳定，故自重压力再也不引起 建造物基础沉降，但对于近期沉积或者堆积的土层以及地下水位升降等情况，尚 应考虑自重应力作用下的变形， 这是因为地下水位 ide 变动， 引起土的重度改变 的结果。
答：因为受地基容许承载力的限制、加之基础还有一定的埋置深度，其基底压 力呈马鞍形分布，而且其发展趋向于均匀，故可近似简化为基底反力均匀分布； 此外根据弹性理论中圣维南原理可以证明，在基础底面下一定深度所引起的地 基附加应力与基底荷载分布形态无关，而只与合力的大小和作用点位置有关。
中心荷载作用时 P=(F+G)/A.偏心荷载作用时 Pmax=(F+G)/A ±M/WMin答： (1)附加应力σ 自基底起算，随深度呈曲线衰减；(2) σ 具有一定的扩散性。
工程地质(六章完整版) 第六章 土的工程性质
工程特性：
1. 高含水量、高塑性，硬塑或可塑状态。
2. 孔隙比大、低密度、孔隙饱水。
3. 压缩性低、强度高、地基承载力高。 4. 浸水后膨胀量小，但失水后收缩剧烈。
黄土(loessal soil)：
是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。
分布: 我国西北及华北地区,面积约63万km2。
特征：以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼 可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现 直立的天然边坡。
第二节 土的野外鉴别 一、土的工程分类 1、按堆积年代分 2、按地质成因分 3、按有机质含量分 4、按颗粒级配和塑性指数分 二、野外鉴别 1、碎、卵石土 2、砂土 3、粘性土、粉土 4、新近堆积土 5、土的主要成因类型鉴定
残积土(residual soil)：
岩石经风化后未被搬运而 残留于原地的碎屑物质所 组成的土体，它处于岩石 风化壳的上部。 其粒度成分和矿物成分受 气候和母岩岩性的控制。 其发育情况还和地形有关。
湿陷起始压力:开始出现明显湿陷的压力。
盐渍土(saline soil): 土中易溶盐含量>0.5% . 分布: 滨海型、冲积平原型、内陆型
盐渍土类型：
1. 氯盐型：具强烈的吸湿性导致土有 很大的塑性和压缩性。 2. 硫酸盐型：结晶时体积膨胀，失水 干燥时体积缩小，周期性松胀变化 使土的结构破坏。
湖积土( limnetic soil )：
湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质 在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗 颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗 粒的砂土和粘性土。
湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到 达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常 夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度 低。 沼泽土主要由半腐烂的植物残体－泥炭组成， 含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。
工程地质学--第五章-土的工程性质及分类-知识归纳整理
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土的工程性质与分类
土的三相组成…2
土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：
固体+气体（液体=0） 为干土，此时粘土呈坚硬状态 砂土呈松散状态； 固体+液体+气体 为湿土，此时粘土多为可塑状态； 固体+液体（气体=0）
什么是液化？
为饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震， 可能产生液化，而使工程遭受破坏； 粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降 需几十年才能稳定。
土的三相组成…9
结合水
土颗粒表面带有一定的电荷，当土粒与水相接触时，由于静电作用力， 将吸引水化离子和水分子，形成双电层，在双电层影响下的水膜称为表面 结合水。双电层的厚薄也反映了结合水的厚薄，结合水具有与一般自由水 不同的性质，其密度较大、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。
+
+ + + + + + + +
+
+ + + + -
+ + + -
+ +
+
+
-
强结 合水
弱结合水
土的三相组成…10
◇自由水(非结合水) 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。 ◇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。毛细现象是 毛细管壁对水的吸力和水的表面张力共同作用的结果。 ◇重力水 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。
《土力学与地基基础》课后习题答案-清华大学
《土力学地基基础》第四版习题集解答，陈希哲第一章 工程地质1.1如何鉴定矿物？准备一些常见的矿物，如石英、正长石、斜长石、角闪石、辉石、方解石、云母、滑石和高岭土等，进行比较与鉴定。
1.2岩浆岩有何特征？准备若干常见的岩浆岩标本，如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、玢岩和辉岩进行鉴定。
1.3沉积岩最显著的特征是什么？准备多种常见的沉积岩标本，如砾岩、角砾岩、砂岩、凝灰岩、泥岩、页岩、石灰岩和泥灰岩等，进行对比鉴定。
1.4变质岩有什么特征？准备几种常见的变质岩，如大理岩、石英岩、板岩、云母片岩和片麻岩进行比较与鉴定。
1.5解：水池长度、宽度、高度分别为50、20、4m 壁厚0.3m。
水池与地面齐平。
1）底板浮力计算：底板~水面之间的水位深度h=4-2.5=1.5m底板静水压力强度：Pw=γw h=10×1.5=15KPa=15KN/m 2底板面积S 底板=50×20=1000m 2底板上的浮力P 浮= Pw×S 底板=15000KN2）不考虑钢筋混凝土水池自重的侧壁摩擦阻力F 1和抗浮安全系数计算：钢筋混凝土水池的侧壁面积S 侧壁=2×[（50×4）+（20×4）]= 560m 2已知侧壁与土体之间的摩擦强度为μ=10KPa； 侧壁总摩擦力F 1=μ×S 侧壁=10×560＝5600KN∵F 1＜P 浮，抗浮安全系数K= F 1/P 浮=5600/15000=0.37＜1，∴在不考虑钢筋混凝土水池自重时，水池刚竣工，未充水，也不考虑池中水重量，此时不安全。
3）考虑钢筋混凝土水池自重的抗浮安全系数计算：钢筋混凝土的重度一般为γ砼=24KN/m 3；钢筋混凝土水池四个侧壁体积V 1=2×[（50×4×0.3）+（20-2×0.3）×4×0.3]=166.56m 3扣掉侧壁厚度尺寸后钢筋混凝土水池底板体积V 2：V 2=[（50-0.6）×（20-0.6）] ×0.3=287.5m 3所以，水池本身钢筋混凝土的体积V=V 1+V 2=454 m 3钢筋混凝土水池重量W=γ砼×V=24×454＝10896KN∵F 1+W=16496＞P 浮，抗浮安全系数K= 16496/15000=1.1＞1， ∴在考虑钢筋混凝土水池自重时，此时安全。
土木工程地质知识点
土木工程地质知识点1.土壤和岩石的分类和性质：-土壤：根据颗粒大小和颗粒组成的不同，可将土壤分为砂、粉砂、粉土、粘土等不同类型。
土壤的性质包括颗粒分布、含水量、孔隙度、密实度、压缩性等，这些性质直接影响土壤的工程行为。
-岩石：岩石根据成因和结构可分为火成岩、沉积岩和变质岩。
岩石的性质包括密度、强度、溶解性、破碎性等，这些性质直接影响岩石的工程行为。
2.地层和地质构造：-地层：地层是指地壳中不同年龄和性质的岩石和土壤层。
根据地质历史，地层可分为不同的层序，如砾石层、沙层、泥层等。
地层的特征对土木工程设计和地质灾害评估非常重要。
-地质构造：地质构造是地壳中的断裂、褶皱、隆起和下陷等变形现象。
常见的地质构造有断层、褶皱、岩浆活动等。
地质构造的研究对地理勘察和工程设计具有重要意义。
3.土壤和岩石力学特性：-孔隙水压力：土壤和岩石中的孔隙水会影响力学特性，特别是承载力和压缩性。
孔隙水压力的分布和变化会导致土壤和岩石的变形和破坏。
-滑动面和剪切强度：土壤和岩石的滑动面是导致坡面崩塌、边坡滑塌等地质灾害的主要因素。
土壤和岩石的剪切强度是决定滑动面稳定性的重要参数。
-岩土抗剪强度：土壤和岩石的抗剪强度是土木工程设计、边坡稳定性和基础设计的重要指标。
抗剪强度与土壤和岩石的物理特性和微观结构密切相关。
4.地质灾害和地质工程：-边坡稳定性：地质构造、地层和水文条件是边坡稳定性的主要影响因素。
通过地质勘察和数值模拟，可以评估并采取相应的设计和施工措施，以确保边坡的安全性。
-岩石和土壤的涌水问题：地下水的涌入会导致地下结构和基础的损坏。
通过地质勘测和防水措施，可以减少涌水带来的影响。
-地震作用：地震会对土木工程结构造成破坏。
通过地震勘测和地震设计，可以降低地震作用对工程的危害。
总之，土木工程地质知识点包括土壤和岩石的分类和性质、地层和构造、土壤和岩石力学特性，以及地质灾害和地质工程等内容。
了解和掌握这些知识点对于土木工程设计、施工和管理都具有重要意义。
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
土的物理性质及工程分类
第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。
岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。
它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。
土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。
由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。
以下就岩土的特性分别简述之。
1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。
它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。
土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。
土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。
空气和其它气体构成土的气体部分。
土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。
土的三相组成决定了土的物理力学性质。
1）土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。
分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。
（1）固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。
颗粒的大小通常用粒径表示。
实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。
粒组不同其性质也不同。
常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。
以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。
以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。
土的工程分类见本章第三节。
各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。
土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。
土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。
要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。
这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。
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。
土的物理性质和工程分类
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
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2.1 概述 2.2土的组成及土的结构 2.3 土的物理性质指标 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粘性土的物理特性 2.6 土的渗透及渗流 2.8 土的工程分类
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1
2.1 概述
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
风化
地球
搬运、沉积
P
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。
95
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
87
吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，
78
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
66
55
36
筛分法原理图
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（2）反映含水程度的指标有2个： 土的含水量 w= mw/ms×100％ 土的饱和度 Sr=Vw/Vv×100％
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23
❖ (3) 特定条件下的密度指标有5个：
➢ 土的天然密度 ρ=m/v ➢ 土的干密度 ρd=Ms/V ➢ 土的饱和密度 ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V
➢ 土的浮密度（有效密度） ρ/= (ms-Vs×ρw)/V=ρsat- ρw
土 地球
形成过程 形成条件
影响
物理力学性质
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2
土中气体 （气相）
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固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
3
2.2 土的三相组成及土的结构
2.2.1 土的固体颗粒 土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。
1.土粒的矿物成分
（1）原生矿物 （2）次生矿物 （3）腐植质
分析对象: 水柱
r2hcw2rT cos
T为表面张力
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
粘土 粉土 砂土 砾石
土中毛细现象
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2.2.2.5 土体中气体(气相)
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分, 存在形式有两种:
土体中气体
自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大 封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性
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7
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筛分法（d>0.075mm的土）
8
筛分法
200g
10Байду номын сангаас
5.0
2.0
10
1.0
16
0.5
18
0.25
24
0.1
22
38
72
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
100
80
60
40
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1 E -3
粒 径 /mm
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1、 不均匀系数 不均匀程度： Cu = d60 / d10
2、曲率系数 连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
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特征粒径: d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
三相指标的定义
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土颗粒 土中水 土中气
固相 液相
气相 21
ma=0 mw
m
ms
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质量
Air 空气 Water 水
Va
Vv Vw
V
Soil 固体颗粒 Vs
体积 22
❖ 土的物理性质指标一共有9个。 ❖ （1）反映土松密程度的指标有2个： ➢ 土的孔隙比 e=Vv/Vs ➢ 土的孔隙率 n=Vv/V×100％
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4
次生矿物
蒙脱石
高岭石
伊利石
伊利石
高岭石 蒙脱石
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5
2.土颗粒的大小与形状
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 •界限粒径
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6
3.土的粒径级配
（1）定义 工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。
（2）粒径分析方法 • 筛分法（d>0.075mm的土） • 密度计法（d<0.075mm的土）
13
粒径级配累积曲线及指标的用途：
➢粒组含量用于土的分类定名；
➢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
➢曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土
➢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
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引力作用范围之 内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作用
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2.2.2.3 毛细水
分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以 看成许多形状不一、直径互异、彼此 连通的毛细管
➢ 土粒相对密度（土粒比重） ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)= ρs /ρw1
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2.2.2 土中水和气
2.2.2.1 土中水存在的状态 （1）固态水 （2）气态水 （3）液态水
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
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强结合水 弱结合水
重力水 毛细水
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结合水
强结合水
➢ 排列致密、定向性强 ➢ 密度>1.2~2.4g/cm3 ➢ 冰点-76℃ ➢ 具有极大的粘滞性和固体的特性 ➢ 温度高于100°C时可蒸发
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密度计法（d<0.075mm的土） 10
（3）颗粒级配的表示方法 表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法
10-2 A
0
B
0
C
44
2-0.05 99 66 56
0.05-0.005 1 30 0
<0.005 0 4 0
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小 于 某 粒 径 的 土 粒 质 量 /%
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2.2.3 土的结构构造 2.2.1 土的结构
砂粒
单粒结构
蜂窝结构 粉粒
絮状结构
粘粒
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2.2.2 土的构造
❖ 层状构造 ❖ 分散构造 ❖ 结核状构造 ❖ 裂隙状构造
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2.3 土的物理性质指标
2.3.1 土的三相比例指标
概述 土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态， 也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主 要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。