土的物理状态指标

01第一章 土的物理性质及工程分类

兰州交通大学博文学院教案 课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律； 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换； 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点：指标间的相互转换及应用。 四、教学时数： 6 学时。 五、习题：

第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念：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胶结的强弱，土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土，有下列三种： （1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。 （2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。 （3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 （1）土的结构 定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类： ●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 ●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。 ●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。 图1.1 土的结构 3）工程性质： 密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。

土的物理性质指标

第一章 土的物理性质及工程分类 第一节 土的组成与结构 一、 土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴ 固相：土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相：水和溶解于水中物质 ⑶ 气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化） 次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 3 2- 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称 石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1． 颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2． 颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一） 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二） 定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u

第一章土的物理性质及工程分类及答案

第一章土的物理性质及工程分类 一、思考题 1、土是由哪几部分组成的？ 2、建筑地基土分哪几类？各类土的工程性质如何？ 3、土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的，常用的方法有哪些？如何判断土的级配情况？ 4、土的试验指标有几个？它们是如何测定的？其他指标如何换算？ 5、粘性土的含水率对土的工程性质影响很大，为什么？如何确定粘性土的状态？ 6、无粘性土的密实度对其工程性质有重要影响，反映无粘性土密实度的指标有哪些？ 二、选择题 1、土的三项基本物理性质指标是（） A、孔隙比、天然含水率和饱和度 B、孔隙比、相对密度和密度 C、天然重度、天然含水率和相对密度 D、相对密度、饱和度和密度 2、砂土和碎石土的主要结构形式是（） A、单粒结构 B、蜂窝结构 C、絮状结构 D、层状结构 3、对粘性土性质影响最大的是土中的( ) A、强结合水 B、弱结合水 C、自由水 D、毛细水 4、无粘性土的相对密实度愈小，土愈（） A、密实 B、松散 C、居中 D、难确定 5、土的不均匀系数C u 越大，表示土的级配（） A、土粒大小不均匀，级配不良 B、土粒大小均匀，级配良好 C、土粒大小不均匀，级配良好 6、若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土（） A、处于最疏松状态 B、处于中等密实状态 C、处于最密实状态 D、无法确定其状态 7、无粘性土的分类是按（） A、颗粒级配 B、矿物成分 C、液性指数 D、塑性指数 8、下列哪个物理性质指标可直接通过土工试验测定（） A、孔隙比 e B、孔隙率 n C、饱和度S r D、土粒比重 d s 9、在击实试验中，下面说法正确的是（） A、土的干密度随着含水率的增加而增加 B、土的干密度随着含水率的增加而减少 C、土的干密度在某一含水率下达到最大值，其它含水率对应干密度都较小 10、土粒级配曲线越平缓，说明（）

土的常用物理性质指标换算公式

土的常用物理指标换算公式 w(%) )(g/cm 3ρ s G )(g/cm 3d ρ e n(%) (%)S r w w 100100d -ρρ Gs eSr d d G s )G s (Sr ρρ- 100Gs ) e 1(100-+ρ ) n 100(G s nSr - d )e 1(eSr ρ+ ρ d )01w .01(ρ+ ρ e 1)01w .01(Gs ++ e 1e *01Sr .0d ++ρ w )e (1) 01w .0.1(eSr + 100w )01w .0.1(nSr 100 Gs )n 100(0.01nSr -+ s G 01w .01)e 1(++ρ ρ ρ w )01w .01(Sr Sr -+ s G n 100100d -ρ )e 1(d +ρ n 100n *01Sr .0100--ρ e *01Sr .0)e 1(+ρ d ρ 100w nSr 01w .01+ρ Sr wGs SrGs + d ρ e 1Gs + )01n .01(Gs - w )e 1(eSr + e 1) 01w .01(G s -+ρ ρρ w )01w .01(Sr w -+ 01Sr .0G s --ρρ 1G s d -ρ e n 100n - d d w Sr w ρρ- n ) 01w .01(G s 100100+- ρ ) 01w .01(Sr 100w +ρ 01Sr .0Gs )Gs (100--ρ Gs 100100d ρ- e 1100e + n Sr 100w d ρ r S e w *Gs 01n .0) (100d ρρ- d d -G s G s )(100ρρρ- d d Gs wGs ρρ- e )e 1(w d ρ+ ) 01w .01(n 100w +ρ r S 已知指标 公式 所求指标

土的物理状态指标

土的物理状态指标 土的物理指标 1.4.1 土的三相比例指标 因为土是三相体系，不能用一个单一的指标来说明三相间量的比例关系，需要若干个指标来反映土中 固体颗粒、水和空气之间的量关系。在土力学中，通常用三相草图来表示土的三相组成 图1 －10 为了确定土的三相比例指标，需要通过试验室测定土的重力密度、含水量和土粒比重，有关实验方法参见《土工试验 规程》，这里不予讲述。得到这三个基本指标图1－10土的三相草图后，其它指标就可通过三相草图的关系得到。 （ 1 ）土的重度（g ） 土的重度定义为土单位体积的重量，单位为（kN/m 3 ）。其定义式为： （ 2 ）土粒比重（ d s ） 土粒比重定义为土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4 ℃时的质量之比，其定义式为： 土粒的比重给出的是矿物组合体的密度，由于土中矿物成分相对比较稳定，故土的比重一般变化不大

（见表1 － 3），且与常见矿物的比重接近（表1 －4 ）。 表 1 － 3 常见土的比重 土名土粒比重 砂土2．65—2．69 砂质粉土2．70 粘质粉土2．71 粉质粘土2．72～2.73 粘土2．74～2．76 表 1 － 4 土中常见矿物的比重 矿物矿物密度 闪石英2．8—3.4 黑云母2．7—3．1 方解石2．7 石英2．65 长石2．5—2．9 云母2．8～2．9 白云母2．8～3．0 黄铁矿5．0～5．1 辉石3．1～3．6 伊利石 2.6～2．8 高岭土2．6～2.7

蒙托石2．4～2．8 绿泥石2．6～3．0 （ 3 ）土的含水量（w ） 土的含水量定义为土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示。 （ 4 ）土的孔隙比（ e ） 孔隙比e —指孔隙体积与固体颗粒实体体积之比，以小数表示，即： （ 5 ）孔隙率（n ） 孔隙度n 一指孔隙体积与土总体积之比，用百分数表示，亦即 孔隙比和孔隙度都是用以表示孔隙体积含量的概念。不难证明两者之间可以用下式互换。 或 土的孔隙比或孔隙度都可用来表示同一种土的松、密程度。它随土形成过程中所受的压力、粒径级配和颗粒排列的 状况而变化。一般说，粗粒土的孔隙度小，细粒土的孔隙度大。例如砂类土的孔隙度一般是28 — 35 ％；粘性土的 孔隙度有时可高达60 — 70 ％。这种情况下，单位体积内孔隙的体积比土颗粒的体积大很多。 （ 6 ）饱和度（Sr ） 饱和度—土孔隙中水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，即：

地基土抗剪强度指标cφ值的确定

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+σtanφ 2. 抗剪强度的试验方法 室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度制备土样。 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法 2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法 (1) 动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于15m） 砂土、碎石土内摩察角标准值Φ k

(2) 标准贯入试验 国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193。经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角Φ的关系（按公式计算））采用Φ值进行承载力特征值f 计算时，对于 ak 粉、细砂采用Φ=（12N）+15，对于中、粗、砾砂采用Φ=+27计算出的数值实际能较为吻合（N为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N与Φ的对应关系见下表： N与内摩察角Φ（度）的经验关系表 (3) 静力触探试验 《工程地质手册》（第四版）P210，砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角Φ 2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值

该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 土的抗剪强度指标经验数据 (1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系 (2) 不同成因粘性土的力学性质指标 岩石的抗剪强度指标经验数据

土的物理性质

第一章土的物理性质 第一节土的成因和工程特性 第二节土的组成及结构构造 一、名词解释 1粒径：土粒的直径大小。 2粒组：实际工程中常按粒径大小将土粒分组，粒径在某一范围之内的分为一组。 3粒径级配：各粒组的质量占土粒总质量的百分数。 4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。 5土的结构：指土中颗粒之间的联系和相互排列形式。 6土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。 7土的有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10％时，相应的粒径。 二、填空题 1.平缓大好良好 2．压缩性高承载力低渗透性强 3.单粒结构蜂窝结构絮状结构4.Cu≥5且Cc＝1～3 5.固液 6固，液，气 7.缺乏某些粒径——不连续级配 8.不均匀系数Cu。 9. 小 10. B，A 11.二相土三相土二相土 三、选择题 1．C 2．C 3．B 4．B 5．A 6．C 7．A 第三节土的物理性质指标 一、名词解释 1.土的含水量ω：是指土中水的质量和土粒质量之比或重力之比。 2.土的密度：指单位体积土的质量。 ：土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量。 3.饱和密度 sat 4.干密度d：单位体积土中土粒的质量。 5.土粒相对密度 Gs: 是土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比。 6.孔隙比e:是指土中孔隙的体积与土粒体积之比。 7.孔隙率n:是指土中孔隙的体积与土的总体积之比。 8.土的饱和度Sr：是指土中水的体积与孔隙体积之比。

土的物理状态

一、组织教学 二、复习上一讲 土是三相体系：固相、液相和气相 1. 固体颗粒——构成土骨架，起决定性作用 粒径级配、矿物成分、颗粒形状 2. 土中水——重要影响 结合水（强结合水、弱结合水）、自由水（毛细水、重力 水） 3. 土中气体——次要作用 自由气体、封闭气体 三、讲授新课 §1-3 土的物理状态（土的三相比例指标）（一）概述 随着土的三相物质的质量和体积比例的不同，土的性质也随之不同。因此，土的各相性质、比例关系和相互作用决定土的物理力学性质。 土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为土的三相比例指标。土的三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质最基本的物理性质指标。 为了推导土的三相比例指标，通常把在土体中实际上是处于分散状态的三相物质理想化地分别集中在一起，构成如下图所示的三相图。

土的三相比例指标可分为两大类：一类是试验指标，另一类是换算指标。 （二）试验指标 通过试验测定的指标称为试验指标，有土的密度、土粒相对密 度和土的含水量。 1、土的密度 有时也称土的天然密度。 定义: 单位体积土的质量。 表达式： 单位: kg/m 3 或 g/cm 3 一般范围: 1.60 ～2.20 g/cm 3 土的密度试验：环刀法，就是采用一定体积环刀切取土样并称出土的质量，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。 相关指标：土的重度 定义：单位体积土所受的重力。 表达式：γ=ρ×g 单位: kN/m 3 2、土粒相对密度 定义: 土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4?C 时的质量比值。 表达式：w s s w s s V m G ρρ ρ== 教学重、难点 a w s w s V V V m m V m +++= = ρ

土的物理性质指标

土的物理性质指标 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第一章土的物理性质及工程分类 第一节土的组成与结构 一、土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴固相：土颗粒—构成土的骨架决定土的性质—大小、形状、成分、组成、排列 ⑵液相：水和溶解于水中物质 ⑶气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化）次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O 2- ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na的 SoO42- CO 3 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称

石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1．颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2．颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一）定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二）定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u = （2）曲率系数10 60230d d d C c = +图 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径

土的物理性质与工程分类习题解答全

二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大，颗粒级配曲线越_______，不均匀系数越______，颗粒级配越______。为了获得较大的密实度，应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________，它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、_________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________，工程上常用指标________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中，可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________，分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态，对于无粘性土，一般指其________；而对于粘性土，则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征，一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高，结构性越强，其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配，一般认为，u C ______的土属级配不良，u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3，土粒比重的68.2=s d ，并测得该砂土的最 大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?，最小干密度33 min 1.5410kg /m d ρ=?，则天然孔隙比e 为 ______，最大孔隙比m ax e 为______，最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________，__________，________；按其成因可分为_________，_________，_________；按坚固程度可划分为_________，_________。 14.砂土是指粒径大于______mm 的颗粒累计含量不超过总质量的______，而粒径大于______mm 的颗粒累计含量超过总质量的______的土。 15. 土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫做_________，可用_________测定；土由半固态转到可塑状态的界限含水量叫做________，可用___________测定。 16. 在击实试验中，压实功能越大，得到的最优含水量越______，相应得到的最大干密度越______。 17. 土按颗粒级配和塑性指数可分为________、________、________、_______四种土。 18. 土中液态水按其存在状态可分为________、__________。 19. 工程上常按塑性指数的大小把粘性土分为__________、__________两种；其相应的塑性指数范围分别为__________、__________。

第一章 土的物理性质指标和工程分类

第一章 土的物理性质指标和工程分类 1-1 有A 、B 两个土样，通过室内试验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示，试绘制出它 们的级配曲线并求出C u 和C c 值。 A 土样试验资料（总质量500g ） 粒径d （mm ） 5 2 1 0.5 0.25 0.1 0.075 小于该粒径的质量（g ） 500 460 310 185 125 75 30 B 土样试验资料（总质量30g ） 粒径d （mm ） 0.075 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 0.001 小于该粒径的质量（g ） 30 28.8 26.7 23.1 15.9 5.7 2.1 1-2 从地下水位以下某粘土层取出一土样做试验，测得其质量为15.3 g ，烘干后质量为10.6 g ，土粒 比重为2.70。求试样的含水率、孔隙比、孔隙率、饱和密度、浮密度、干密度及其相应的重度。 1-3 某土样的含水率为6.0%，密度为1.60 g/cm 3,土粒比重为2.70，若设孔隙比不变，为使土样完全 饱和，问100 cm 3土样中应加多少水？ 1-4 有一砂土层，测得其天然密度为1.77 g/cm 3，天然含水率为9.8%，土的比重为2.70，烘干后测 得最小孔隙比为0.46，最大孔隙比为0.94，试求天然孔隙比e 、饱和含水率和相对密实度D r ，并判别该砂土层处于何种密实状态。 1-5 今有两种土，其性质指标如下表所示。试通过计算判断下列说法是否正确? 1. 土样A 的密度比土样B 的大； 2. 土样A 的干密度比土样B 的大； 3. 土样A 的孔隙比比土样B 的大； 1-6 试从基本定义证明： 1. 干密度 (1)1s w d s w G G n E ρρρ= =?+ 2. 湿密度 1s r w G S e e ρρ+=+