土的工程性质
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判别粘性土在天 然状态下的稠度 硬塑(0<IL≤0.25) 可塑(0.25<IL≤0.75 软塑(0.75<IL≤1.00)
w<wP时，坚硬状态；
W>WL时，流动状态； wP < w <wL时，塑性状 态。
★不均匀系数
d 60 Cu d10
* Cu值大表示级配良好 ，土不均匀，分选性不好 *
2 d30
★曲率系数
Cq
d10 d 60
d60—限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径，mm； d10—有效粒径，相应于10%的粒径，mm； d30—限制粒径，相应于30%的粒径，mm。 一般当Cu≥5及Cq=1-3时的土为级配良好的土。
重力水
土粒 表面
净 负 电 荷
+ + + + +
固定层
+ + + +
+ + + +
+
+
-
+
+
+ 扩散层
-
+
阳离子
土粒
强结 合水 弱结 合水 自由水 负电荷
水分子
•土中的气体 土中气体
与大气连通的气体
密闭气体
1、使土的弹性变形增加。 2、使土的透水性减小。 3、使土层，成为高压缩性土层。 4、造成土体变形、断裂。
水
Vv
V
m
土粒
ms
Vs
土的三相图
1、土粒密度和相对密度
•土粒密度(ρ s)
ms s Vs
ρ 砂土:2.65～2.70 ρ 粘性土:2.70～2.75
土粒密度主要取决于土矿物成分，而与土的孔隙大 小和含水多少无关
•土粒相对密度(G)
s d s w1
ρ w1—4℃纯水的密度， ρ w1≈1g/m3。
固体干 硬状态 塑限 (WP)
塑性状态
液限 (WL)
流动状态
塑性指数IP:土的液限与塑限的差值。
IP= w L wP
反映土的可塑性
固体干 硬状态
塑限 (WP)
塑性状态
液限 (WL)
流动状态
液性指数IL：土的天然含水量和塑限的差值 与塑性指数之比。
IL w wP w wP wL wP IP
颗粒直径 累积百分含 (mm) 量(%)
>0.1 <0.1 <0.05 <0.005 <0.002 <0.001 4.00 96.00 79.10 9.90 4.00 3.00
颗粒级配累积曲线
累 积 百 80 分 含 60 量
100
40
20 0 1
0.1
0.01
0.001
d60
d30
d10
粒径(mm)
二、 土的矿物成分
•原生矿物：石英、长石、云母 •次生矿物 水溶盐(溶水)：方解石、石膏 不溶水：次生SiO2 、Al2O3、 Fe2O3、粘土矿物
•有 机 物：有机残余物和腐殖质
三、土中的水和气体
•土中的水存在形式
气态水 土中水 结合水 强结合水（吸着水） 弱结合水（薄膜水）
液态水
固态水
毛细水
•土的构造—土体构成上的不均匀性特征的总合。 块石状（土中粗大颗粒彼此直接依靠） 假斑状（土中细粒物质占优势，将粗
大颗粒包围在细粒物质中间）
粗碎屑土
层状（砂土和粘土交替沉积层 ）
交错层状 薄叶状 粘土
砂质土
第二节 土的物理性质
土的重量
土的含水性
土的孔隙性 土的指标换算关系
一、土的重量
气
mw
Va Vw
第一节 土的物质组成
土的粒度成分
土的矿物成分
土中的水和气体 土的结构和构造
一、土的粒度成分
1. 粒组及划分
漂石或块石 >200mm
200～20mm 20～2mm
粗粒 >2mm 卵石或碎石
圆砾或角砾
细粒 2～
砂粒组 2～0.05mm 粉粒组 0.05～0.005mm
0.005mm
粘粒 <0.005mm
含水量
流动状态
液限 (WL)
稠度界限—随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状 态转变为另一种状态时的界限含水量。
固体干 硬状态
塑限 (WP)
塑性状态
液限 (WL)
流动状态
液限wL:粘性土从流动状态转变为可塑性状 态的界限含水量，也叫塑性上限或 流限。
塑限wP:粘性土从可塑状态变为半固体状态 的界限含水量，又叫塑性下限。
2、土的密度和重度 •土的密度
m V
土的干密度(ρ d) 土的饱和密度(ρ sat)
ms 3 d ( g / cm ) V
ms ms sat ( g / cm3 ) V
10ms Vs w 浮重度(γ ') (kN / m 3 ) V
•土的重度:由土的质量产生的单位体积的重 力，重力等于质量乘以重力加速度
二、土的含水性
mw 土的含水量(w) w 100% ms
• 土的饱和度(Sr)
Sr
砂土湿度状态:
Vw 稍湿的(Sr≤50%) 100% Vv 很湿的(50%<Sr≤80%)
饱和的(Sr≥80%)
三、土的孔隙性
•土的孔隙度(n) • 土的孔隙比(e)
Vv n 100% V
Vv e Vs
e e max •砂土的相对密度(Dr) Dr e max e min
四、土的指标换算关系
第三节 土的水理性质
粘性土的稠度
粘性土的抗水性
土的渗透性和毛细性
一、粘性土的稠度
•土的稠度—粘性土因含水量变化而表现出的稀稠软硬 程度。 固体干 硬状态 界限含水量 (稠度界限)
含水量
塑性状态
塑限 (WP)
2.粒度成分与粒度分析
粒度成分—土中各个粒组的相对含量。以各 粒组土粒的质量占该土总质量的百 分数表示。
粒度分析—测定各粒组相对含量的试验方法。
粗粒(粒径>0.075mm) 筛分法
细粒(粒径<0.075mm)
静水沉降法
20
di 粒径百分含量
wdi w土
100%
10
5 2 1 0.5 0.25 0.075
静水沉降分析法:大小不同粒径的土粒在静水 中的下沉速度不同
D
18 ( G 1 ) w
γ w—水重度
L t
D—粒径 L—沉距 t—时间 G—土粒比重 η —水的动力粘滞系数
3、颗粒分析成果表示
粒径范围 百分含量(%) (mm)
>0.1 0.1~0.05 0.05~0.005 0.005~0.002 0.002~0.001 <0.001 4.0 16.9 69.2 5.9 1.0 3.0
四、土中的结构和构造
• 土的结构 — 土粒的大小、形状、表面特征、 相互排列及粒间连接关系。 单粒结构——碎石土与砂土 团聚结构
百度文库
蜂窝状结构
絮状结构
单粒结构—颗粒粗大，粒间无连结，单一颗粒 相互堆砌。
松散单粒结构：迅速 堆积形成，易错位， 骨架不稳定
紧密单粒结构：级配 良好，土粒浑圆，缓 慢堆积，骨架稳定
w<wP时，坚硬状态；
W>WL时，流动状态； wP < w <wL时，塑性状 态。
★不均匀系数
d 60 Cu d10
* Cu值大表示级配良好 ，土不均匀，分选性不好 *
2 d30
★曲率系数
Cq
d10 d 60
d60—限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径，mm； d10—有效粒径，相应于10%的粒径，mm； d30—限制粒径，相应于30%的粒径，mm。 一般当Cu≥5及Cq=1-3时的土为级配良好的土。
重力水
土粒 表面
净 负 电 荷
+ + + + +
固定层
+ + + +
+ + + +
+
+
-
+
+
+ 扩散层
-
+
阳离子
土粒
强结 合水 弱结 合水 自由水 负电荷
水分子
•土中的气体 土中气体
与大气连通的气体
密闭气体
1、使土的弹性变形增加。 2、使土的透水性减小。 3、使土层，成为高压缩性土层。 4、造成土体变形、断裂。
水
Vv
V
m
土粒
ms
Vs
土的三相图
1、土粒密度和相对密度
•土粒密度(ρ s)
ms s Vs
ρ 砂土:2.65～2.70 ρ 粘性土:2.70～2.75
土粒密度主要取决于土矿物成分，而与土的孔隙大 小和含水多少无关
•土粒相对密度(G)
s d s w1
ρ w1—4℃纯水的密度， ρ w1≈1g/m3。
固体干 硬状态 塑限 (WP)
塑性状态
液限 (WL)
流动状态
塑性指数IP:土的液限与塑限的差值。
IP= w L wP
反映土的可塑性
固体干 硬状态
塑限 (WP)
塑性状态
液限 (WL)
流动状态
液性指数IL：土的天然含水量和塑限的差值 与塑性指数之比。
IL w wP w wP wL wP IP
颗粒直径 累积百分含 (mm) 量(%)
>0.1 <0.1 <0.05 <0.005 <0.002 <0.001 4.00 96.00 79.10 9.90 4.00 3.00
颗粒级配累积曲线
累 积 百 80 分 含 60 量
100
40
20 0 1
0.1
0.01
0.001
d60
d30
d10
粒径(mm)
二、 土的矿物成分
•原生矿物：石英、长石、云母 •次生矿物 水溶盐(溶水)：方解石、石膏 不溶水：次生SiO2 、Al2O3、 Fe2O3、粘土矿物
•有 机 物：有机残余物和腐殖质
三、土中的水和气体
•土中的水存在形式
气态水 土中水 结合水 强结合水（吸着水） 弱结合水（薄膜水）
液态水
固态水
毛细水
•土的构造—土体构成上的不均匀性特征的总合。 块石状（土中粗大颗粒彼此直接依靠） 假斑状（土中细粒物质占优势，将粗
大颗粒包围在细粒物质中间）
粗碎屑土
层状（砂土和粘土交替沉积层 ）
交错层状 薄叶状 粘土
砂质土
第二节 土的物理性质
土的重量
土的含水性
土的孔隙性 土的指标换算关系
一、土的重量
气
mw
Va Vw
第一节 土的物质组成
土的粒度成分
土的矿物成分
土中的水和气体 土的结构和构造
一、土的粒度成分
1. 粒组及划分
漂石或块石 >200mm
200～20mm 20～2mm
粗粒 >2mm 卵石或碎石
圆砾或角砾
细粒 2～
砂粒组 2～0.05mm 粉粒组 0.05～0.005mm
0.005mm
粘粒 <0.005mm
含水量
流动状态
液限 (WL)
稠度界限—随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状 态转变为另一种状态时的界限含水量。
固体干 硬状态
塑限 (WP)
塑性状态
液限 (WL)
流动状态
液限wL:粘性土从流动状态转变为可塑性状 态的界限含水量，也叫塑性上限或 流限。
塑限wP:粘性土从可塑状态变为半固体状态 的界限含水量，又叫塑性下限。
2、土的密度和重度 •土的密度
m V
土的干密度(ρ d) 土的饱和密度(ρ sat)
ms 3 d ( g / cm ) V
ms ms sat ( g / cm3 ) V
10ms Vs w 浮重度(γ ') (kN / m 3 ) V
•土的重度:由土的质量产生的单位体积的重 力，重力等于质量乘以重力加速度
二、土的含水性
mw 土的含水量(w) w 100% ms
• 土的饱和度(Sr)
Sr
砂土湿度状态:
Vw 稍湿的(Sr≤50%) 100% Vv 很湿的(50%<Sr≤80%)
饱和的(Sr≥80%)
三、土的孔隙性
•土的孔隙度(n) • 土的孔隙比(e)
Vv n 100% V
Vv e Vs
e e max •砂土的相对密度(Dr) Dr e max e min
四、土的指标换算关系
第三节 土的水理性质
粘性土的稠度
粘性土的抗水性
土的渗透性和毛细性
一、粘性土的稠度
•土的稠度—粘性土因含水量变化而表现出的稀稠软硬 程度。 固体干 硬状态 界限含水量 (稠度界限)
含水量
塑性状态
塑限 (WP)
2.粒度成分与粒度分析
粒度成分—土中各个粒组的相对含量。以各 粒组土粒的质量占该土总质量的百 分数表示。
粒度分析—测定各粒组相对含量的试验方法。
粗粒(粒径>0.075mm) 筛分法
细粒(粒径<0.075mm)
静水沉降法
20
di 粒径百分含量
wdi w土
100%
10
5 2 1 0.5 0.25 0.075
静水沉降分析法:大小不同粒径的土粒在静水 中的下沉速度不同
D
18 ( G 1 ) w
γ w—水重度
L t
D—粒径 L—沉距 t—时间 G—土粒比重 η —水的动力粘滞系数
3、颗粒分析成果表示
粒径范围 百分含量(%) (mm)
>0.1 0.1~0.05 0.05~0.005 0.005~0.002 0.002~0.001 <0.001 4.0 16.9 69.2 5.9 1.0 3.0
四、土中的结构和构造
• 土的结构 — 土粒的大小、形状、表面特征、 相互排列及粒间连接关系。 单粒结构——碎石土与砂土 团聚结构
百度文库
蜂窝状结构
絮状结构
单粒结构—颗粒粗大，粒间无连结，单一颗粒 相互堆砌。
松散单粒结构：迅速 堆积形成，易错位， 骨架不稳定
紧密单粒结构：级配 良好，土粒浑圆，缓 慢堆积，骨架稳定