第一章土的物理性质与工程分类
土力学习题(按新教材)
绪论思考题1．土是怎样形成的？为何说土是三相体系？2．土力学学科需研究和解决工程中的哪两大问题？3．地基与持力层有何区别？4．何谓基础？第一章土的物理性质及工程分类一．思考题1．何谓土粒粒组？土粒六大粒组划分标准是什么？2．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？3．土的结构通常分为哪几种？它和矿物成分及成因条件有何关系？4．在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？5．液性指数是否会出现I L>1.0和I L<0的情况？相对密度是否会出现D r>1.0和D r<0的情况？6．判断砂土松密程度有几种方法？7．地基土分几大类？各类土的划分依据是什么？8．何谓土的级配？土的级配曲线是怎样绘制的？为什么土的级配曲线用半对数坐标？9．土的气体以哪几种形式存在？它们对土的工程性质有何影响？10．土的压实性与哪些因素有关？何谓土的最大干密度和最优含水率？二．填空题1．确定各粒组相对含量的方法称为颗粒分析试验，分为法和法。
2．砂粒与粉粒的分界粒径是mm。
3．当砾类土或砂类土同时满足C u≥C c =两个条件时，视为良好级配。
4．土的结构可分为、和三种基本类型。
5．粘性土随着含水量的增加而分别处于、、及流动状态。
6．土粒的矿物成分取决于母岩的矿物成分及风化作用，可分为矿物和矿物。
7．土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定，它们分别是、和。
8．土的物理性质指标中可描述土体中孔隙被水充满的程度。
9．土中孔隙体积与土的总体积之比称为。
10．土中孔隙体积与土的土粒体积之比称为。
11．依相对密度的公式D r =（e max－e）/(e max－e min)可知，当D r =时，表示土处于最疏松状态。
12．依相对密度的公式D r =（e max－e）/( e max－e min)可知，当D r =时，表示土处于最密实状态。
三．单项选择题1．某土的液限为40%，塑限为20%，则该土为（）。
第一章土的物理性质及分类
第⼀章⼟的物理性质及分类第⼀章⼟的物理性质及分类1—1 概述⼟的定义：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。
⼟的三相组成：⼟的物质成分包括有作为⼟⾻架的固态矿物颗粒、孔隙中的⽔及其溶解物质以及⽓体。
因此，⼟是由颗粒(固相)、⽔(液相)和⽓(⽓相)所组成的三相体系。
第⼆节⼟的⽣成⼀、地质作⽤的概念地质作⽤--导致地壳成分变化和构造变化的作⽤。
根据地质作⽤的能量来源的不同，可分为内⼒地质作⽤和外⼒地质作⽤内⼒地质作⽤: 由于地球⾃转产⽣的旋转能和放射性元素蜕变产⽣的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发⽣变化的地质作⽤。
如岩浆作⽤、地壳运动(构造运动)和变质作⽤。
外⼒地质作⽤：由于太阳辐射能和地球重⼒位能所引起的地质作⽤。
它包括⽓温变化、⾬雪、⼭洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、⽣物等的作⽤。
风化作⽤--外⼒(包括⼤⽓、⽔、⽣物)对原岩发⽣机械破碎和化学变化的作⽤。
沉积岩和⼟的⽣成--原岩风化产物（碎屑物质），在⾬雪⽔流、⼭洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等外⼒作⽤下，被剥蚀，搬运到⼤陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代⾥，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压⼒和含有碳酸钙、⼆氧化硅、氧化铁等胶结物的作⽤下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱⽔、胶结、硬化⽣成新的岩⽯，称为沉积岩。
未经成岩作⽤所⽣成的所谓沉积物，也就是通常所说的“⼟”。
风化、剥蚀、搬运及沉积--外⼒地质作⽤过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。
⼆、矿物与岩⽯的概念岩⽯--⼀种或多种矿物的集合体。
矿物--地壳中天然⽣成的⾃然元素或化合物，它具有⼀定的物理性质、化学成份和形态．(⼀) 造岩矿物组成岩⽯的矿物称为造岩矿物。
矿物按⽣成条件可分为原⽣矿物和次⽣矿物两⼤类。
区分矿物可以矿物的形状、颜⾊、光泽、硬度、解理、⽐重等特征为依据。
（⼆）岩⽯岩⽯的主要特征包括矿物成分、结构和构造三⽅⾯。
土质土力学
质量
重度一般在26～28.5kN/m3
比重瓶法 浮称法 浮力法 虹吸筒法
3、土的含水率：土中
水的质量与土粒质量之 比。
ma(0)
A
W S
V
a
Vv V Vs
mw
Vw
mw m w= × % 100 ms ms 土中水的质量 = × % 100 土中颗粒的质量
质量
体积 土的三相图
含水率的影响因素
土层所处的自然条件 土的空隙体积数量等
筛孔径（mm）
各级筛上的土粒质量 （g） 小于各级筛孔径的土 粒含量（％） 各粒组的土粒含量 （％）
2.0
100 90 10
1.0
100 80 25
0.5
250 55 30
0.25
300 20.1 底盘
50 10 100
解：（1）留在2.0mm筛上的土粒质量为100g，则小于2.0mm 的土粒质量为1000－100＝900g，小于2.0.mm的土粒含量为 900/1000＝90％；同理可得小于其它孔径的土粒含量。 （2）因小于2.0mm和小于1.0mm孔径的土粒含量90％和80％ ，可得2.0mm到1.0mm粒组的土粒含量0.90－0.80＝10％。
小土的渗透性。
第二节 土的颗粒特征
土的固体颗粒对土的性质的影响：矿物成分（前）、粒度成分 粒度：土粒大小是描述土的最直观和最简单的标准，将土粒 的大小称为粒度。 粒组：描述土的粒度的方法，随颗粒的大小不同，土具有不同 的性质，工程上常把大小相近的土粒合并为一个粒组。 划分粒组 的原则 在同一个粒组内，土的工程地质性质是相似的
ma(0) m mw ms
2、干密度（重度）：土的固体
颗粒质量（重力）与土的总体积
土的物理性质和工程分类-分类题目
9.【2013D20】一种粗砂的粒径大于 0.5mm 颗粒的质量超过总质量的 50%，细粒含量小 于 5%，级配曲线如图所示。这种粗粒土按照铁路路基填料分组应属于下列哪一组填料？
（A）A 组填料
（B）B 组填料
（C）C 组填料
（D）D 组填料
10.【2019C2】下面为某含水层的颗粒分析曲线，若对该层进行抽水，根据《供水水文地 质勘察规范》GB 50027-2001 的要求，对填砾过滤器的滤料规格 D50 取哪项最适合？
筛孔孔径/mm
2.0
1.0
0.5
0.25
0.075
留筛质量/g
50
150
150
100
30
（A） Cu = 4.0 ； Cc = 1.0 ；粗砂
（B） Cu = 4.0 ； Cc = 1.0 ；中砂
（C） Cu = 9.3 ； Cc = 1.7 ；粗砂
（D） Cu = 9.3 ； Cc = 1.7 ；中砂
比重 Gs 为 2.72，此时约需填料方量为多少？
（A）10650m3
（B）10850m3
（C）11050m3
（D）11250m3
2.【2009C1】某水利工程需填方，要求填土干重度为 γ d = 17.8kN / m3 ，需填方量 40 万 m3，对采料场勘察结果为：土的比重 Gs = 2.7 ；含水量W = 15.2% ；孔隙比 e = 0.823 。问 初步设计阶段，该料场储量至少要达到多少时才能满足要求？（以万 m3 计）
近？
（A）0.85ຫໍສະໝຸດ （B）0.92（C）0.99
（D）1.06
13.【2014C26】某民用建筑场地为花岗岩残积土场地，根据场地勘察资料表明，土的天
土力学与地基基础第一章
1.5 粘性土的稠度
1.5.1 界限含水量
粘性土的土粒很细，单位体积的颗粒总表面积较大， 土粒表面与水相互作用的能力较强，土粒间存在粘结力。 稠度就是指土的软硬程度，是粘性土最主要的物理状态 特征。当含水量较大时，土粒被自由水所隔开，表现为 浆液状；随着含水量的减少，土浆变稠，逐渐变为可塑 状态，这时土中水主要表现为弱结合水；含水率再减少， 土就变为半固态；当土中主要含强结合水时，土处于固 体状态，如图1.4所示。
图1.5 土的结构
2、土的颗粒级配 对于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。 (1)土的颗粒级配测定方法 ①筛分法----适用于粒径小于等于60mm而大于0.075mm ②比重瓶法-----适用于粒径小于0.075mm (2)颗粒级配表达方式
(1.11) (1.12) (1.12)
同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系，即
(1.13)
(4)土的孔隙比和孔隙率 土中孔隙体积与土粒体积之比称为孔隙比，用符 号e（小数）表示，用以评价天然土层的密实程度。
(1.14)
土中孔隙体积与土的总体积的比值称为孔隙率，用 符号n表示。
(1.15)
(5)饱和度 土中水的体积与孔隙体积之比称为饱和度，用符 号Sr表示。反映土体的潮湿程度。
图1.10 含水量与干密度关系曲线
1、可以总结出如下的特性： (1)、峰值(ωop＝ ωp +2)； (2)、击实曲线位于理论饱和曲线左侧
(3)、击实曲线的形态 2、 影响击实效果的因素 (1)、含水量的影响 (2)、击实功能的影响 (3)、不同土类和级配的影响 3、压实特性在现场填土中的应用 为了便于工地压实质量的控制，可采用压实系数λ来表示,即
土力学——土的物理性质
一. 固体颗粒
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
11
§1 土的物性与分类 1. 粒径级配
§1.2土的三相组成
一. 固体颗粒
颗粒大小 影响土性 的主因
各粒径成分 在土中占的 比例 狭义的粒径级配
12
§1 土的物性与分类
§1.2土的三相组成
一. 固体颗粒
颗粒大小
•粒组
按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
2. 搬运与沉积
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 冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 流水: 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：风积土
颗粒均匀，层厚而不具层理
8
25
§1 土的物性与分类 结合水
强结合水 • • • • •
§1.2土的三相组成
二. 土中水
排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的特性 温度高于100°C时可蒸发 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
第一章
土的物理性质与工程分类
1
§1 土的物性与分类
本章目的: 对土的特点进行详细解释和定量描述
本章特点: 看起来零散 学习要点: 各节间联系 各节内层次
2
§1 土的物性与分类 土的形成 影 响 土的三相组成 土的物理状态 土的结构 土的工程分类
渗透特性
决定
变形特性 强度特性
土的压实性
3
土力学与地基基础(一)X 课程 第一章 土的物理性质及工程分类
第一章土的物理性质及工程分类填空题：1、土（区别于其它工程材料）主要工程特性是_________、__________和渗透性大。
2、土是由__________风化生成的松散沉积物。
它由__________、__________和气体三相组成的。
3、砂土是指粒径大于__________的颗粒不超过总质量50％，而粒径大于__________的颗粒超过总质量50％的土。
4、土的含水量为土中的__________与__________之比。
5、工程上按__________的大小对粘性土进行分类，将粘性土分为粘土和粉质粘土两大类。
粘性土的软硬状态由__________划分，据其将粘性土分为坚硬、硬塑、可塑、流塑五种不同的状态。
6、作为建筑地基的土，可分为__________、碎石土、__________、粉土、__________和人工填土。
7、工程上常用不均匀系数Cd来反映粒径级配的不均匀程度，把__________的土看作级配均匀，把__________的土看作级配良好。
8、在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是__________、__________和__________，它们分别可以采用__________、__________和比重瓶法。
选择题：1、下列指标可用来评价砂土密实度的是（）。
（A）、含水量（B）、孔隙比（C）、土粒比重（D）、相对密实度2、颗粒级配曲线很陡时说明（）。
（A）、颗粒分布范围较小（B）、颗粒分布范围较大（C）、颗粒形状为扁平状（D）、颗粒形状为针状3、不同状态下同一种土的重度由大到下排列顺序是（）。
（A）、γsat≥γ≥γd＞γ’（B）、γsat≥γ’≥γ＞γd（C）、γd≥γ≥γsat＞γ’（D）、γd≥γ’≥γ＞γsat4、不均匀系数的表达式为（）。
（A）、（B）、（C）、（D）、5、由某土的颗粒级配曲线获得，，则该土的不均匀系数Cu为（）。
（A）50%（B）6（C）、155（D）、10.9356、在土的三相比例指标中，通过土工试验直接测定的是（）。
精品课程之-第1章 土的物理性质和工程分类土(已加密) (1)
第一章 土的物理性质和工程分类一、主要内容本章主要介绍土、土的描述以及土的基本物理参数指标，这些参数是本门课程及将来从事岩土工程实践必可少的。
作为岩土工程师，其主要的任务之一就是采集、分类和调查研究土的物理性质。
因此，本章的重点就是解决如何描述土，如何通过试验来确定其物性参数以及对土进行分类。
二、学习要求通过本章的学习，学生应该具备如下的基本技能：1.对土进行描述和分类；2.确定土体的粒径级配；3.确定土中的主要成分比例（三相组成）；4.确定土的特性（粗粒土和细粒土）指标；5.确定最大干密度和最优含水量。
§1.1土的形成“土”一词在不同的学科领域有其不同的含义。
就土木工程而言，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，是在自然界漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各向异性且随时间在不断变化的地质体。
即使在同一场地，相距几厘米的土样之间也肯定不会具有相同的性质。
土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。
地球表面的 形状不同、大整体岩石 小不一的颗粒反过来土 岩石（沉积岩、变质岩） 工程上遇到的大多数土都是第四纪地质历史时期内所形成的。
一、风化作用及土的主要特点岩石的物理风化和化学风化形成了土。
风化过程包括物理风化和化学风化。
它们是同时进行而且是互相加剧发展的进程。
物理风化：由于物理作用（温度的变化、季节的变化、水的冻胀以及波浪的冲击、碰撞、摩擦等）使岩石块崩解为碎块和岩屑的过程。
物理风化作用只会引起岩石的机械破坏，大块岩体变成细小的颗粒，但其矿物成分仍与母岩相同，称为原生矿物。
这些颗粒之间存在着大量的孔隙，可以透水和透气，这是土的主要特征碎散性。
风化作用 破碎后受自然力作用在 不同环境沉积下来土 在很长的地质年代里，发生复杂物理化学变化、压密、岩化化学风化：母岩表面和碎散颗粒在与水、氧气、二氧化碳等的作用下受到的破坏作用。
化学作用：水解作用、水化作用、氧化作用、碳酸化以及溶解作用。
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土的基本特征
☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体
第一节 土的形成
土的主要成因类型
残积土(体) 坡积土(体) 洪积土(体) 湖积土(体) 冲积土(体) 冰积土(体) 崩积土(体) 风积土(体) 海洋沉积土(体) 火山沉积土(体)
第二节 土的组成
土体三相组成示意图
透水性大，无粘性，毛细水上升 高度不超过粒径大小
易透水，当混入云母等杂质时透 水性减小，而压缩性增大；无粘 性，遇水不膨胀，干燥时松散； 毛细水上升高度不大，随粒径变 小而增大
组
细粒
粉粒
划
分
粘粒
0 .0 7 5 ～ 0 .0 0 5
< 0 .0 0 5
透水性小，湿时稍有粘性，遇水 膨胀小，干时稍有收缩；毛细水 上升高度较大较快，极易出现冻 胀现象
粒组统称 粒组名称
粒径范围 一般特征
表
巨粒
（mm） 漂 石 或 块 石 颗 粒 >200
透水性很大，无粘性，无毛细水
格
卵 石 或 碎 石 颗 粒 200～ 60
法
粗粒
表
示
的
粒
圆砾或 粗
角砾颗 粒
中
细
砂粒 粗
中
细
60～ 20 20～ 5 5～ 2 2～ 0.5 0.5～ 0.25 0.25～ 0.75
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
第一节 土的形成
沉积与搬运
残积土 无搬运
运积土 有搬运
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
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
第一节 土的形成
土的基本特征及主要成因类型
第一章土的物理性质与工程 分类
《土力学》
第一章
土的物理性质与工程分类
本章主要内容
第一节 土的形成 第二节 土的组成 第三节 土的结构 第四节 土的物理性质 第五节 无粘性土的相对密实度、粘性土的稠
度及土的压实性 第六节 土的工程分类
第一节 土的形成
土的演化
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
水分法：具体有比重计法或移液管法。 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
比重计
法:利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同 来确定小于某粒径的土粒含量
典 型 颗 分 级 配 曲 线
沉降分析结果
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
（四）颗粒大小分析试验
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
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。
（三）土粒大小和土的级配
粒径级配
(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石） 组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组
筛分法 水分法
粗颗粒
细颗粒
1、颗粒大小与土的级配
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径
0.1
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 粘粒 胶粒
d
mm
粗 中 细 粗 中 细 极细
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
粒径(mm)
粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10
特征粒径:
d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
气 水
土粒
气相 液相 固相
次要作用 重要影响
构成土骨架，起决定作用
土的基本特征及主要成因类型
土的基本特征
☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体
第二节 土的组成
一、 土的固体颗粒 （一）成土矿物
矿物成分
粒径级配 颗粒形状
物理状态 力学特性
第二节 土的组成
（一）成土矿物 ①. 矿物成分
60 20 5 2 0.5 0.25 0.05 0.005 0.002
粗粒土与细粒土
粗粒土(无粘性土) 特征
孔隙大、透水性强，毛细上升， 高度很小，既无可塑造性，也 无胀缩性，压缩性极弱，强度 较高。
细粒土(粘性土) 特征
主要由原生矿物、次生矿物组成， 孔隙很小，透水性极弱，毛细上 升高度较高，有可塑性、胀缩性， 强度较低。
透水性很小，湿时有粘性、可塑 性，遇水膨胀大，干时收缩显著； 毛细水上升高度大，但速度较慢
粒径级配
——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 (>0.1 mm)
水分法：适用于细粒土 (<0.1 mm)
•表述方法 粒径级配累积曲线
颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含 量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）
原生矿物 石英、长石、云母等 圆状、浑圆状、棱角状 次生矿物 主要是粘土矿物，针状、片状、扁平状
包括三种类型 高岭石、伊利石、蒙脱石
粘土矿物:
由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的 晶胞所组合而成
原生矿物 石英、长石、云母等
次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型
矿
高岭石、伊里石、蒙脱石
物
粘土矿物:
由硅片和铝片构成的晶包所组合而成
高岭石
粘土矿物
伊利石
蒙脱石
高岭石
伊利石
蒙Hale Waihona Puke 石（二）粘土矿物的晶格结构
硅片的结构
铝片的结构
粘土矿 物的晶 格构造
粒径 比表面积 胀缩性 渗透性 强度 压缩性
高岭石
大 10-20m2/g
小 大 大 小
伊利石
中 80-100m2/g
中 中 中 中
蒙脱石
小
800m2/g 大 小 小 大
第二节 土的组成
粗细程度： 用d50 表示
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×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
岩石 地球
风化剥蚀
搬运、沉积
土 地球
第一节 土的形成
一、风化作用分类
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 过程中因碰撞和摩擦而破碎
物理风化
矿物成 分未变
原生矿物
化学风化 矿物成 次生矿物
分改变
母岩表面和碎散的颗粒受环 境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物