第1章土性质及工程分类
土力学复习知识点整理
土力学复习知识点整理第一章土的物理性质及其工程分类1.土: 岩石经过风化作用后在不同条件下形成的自然历史的产物。
物理风化原生矿物（量变）无粘性土风化作用化学风化次生矿物（质变）粘性土生物风化有机质2.土具有三大特点：碎散性、三相体系、自然变异性。
3.三相体系:固相（固体颗粒）、液相（土中水）、气相（气体）三部分组成。
4.固相:土的固体颗粒，构成土的骨架，其大小形状、矿物成分及组成情况是决定土物理性质的重要因素。
（1）土的矿物成分:土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。
颗粒矿物成分有两大类:原生矿物、次生矿物。
原生矿物:岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母。
次生矿物:原生矿物经化学风化作用的新的矿物，如黏土矿物。
粘土矿物的主要类型:蒙脱石、伊利石、高岭石（吸水能力逐渐变小）（2）土的粒组: 粒度:土粒的大小。
粒组:大小、性质相近的土粒合并为一组。
（3）土的颗粒级配：土中所含各颗粒的相对含量，以及土粒总重的百分数表示。
①△颗粒级配表示方法:曲线纵坐标表示小于某土粒的累计百分比，横坐标则是用对数值表示的土的粒径。
曲线平缓则表示粒径大小相差很大，颗粒不均匀，级配良好；反之，则颗粒均匀，级配不良。
②反映土颗粒级配的不均匀程度的指标:不均匀系数Cu和曲率系数Cc，用来定量说明天然土颗粒的组成情况。
公式:不均匀系数Cu= d60/d10曲率系数Cc=(d30)²/（d60×d10）d60 ——小于某粒径的土粒质量占土总质量60％的粒径，称限定粒径；d10 ——小于某粒径的土粒质量占土总质量10％的粒径，称有效粒径；d30 ——小于某粒径的土粒质量占土总质量30％的粒径，称中值粒径。
级配是否良好的判断:a.级配连续的土:Cu>5，级配良好;Cu<5级配不良。
b.级配不连续的土，级配曲线呈台阶状，同时满Cu>5和Cc=1~3两个条件时，才为级配良好;反之则级配不良。
第1章土的物理性质-lsj
粒径(mm)
Cu ≥5, Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
曲线 d 60 d10
L M R
0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
d30 Cu Cc
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的物理性质指标
(三相间的比例关系) 表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态
影响
力学特性
土的物理状态
ma=0 m mw ms
质量
空气 Air
Va
Vv Vw V
水 Water
固体 Solid
Vs
体积
三相草图
三相草图
ma=0
共有九个参数:
Air
Va
V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m Vv V 已知关系五个:
固体
Vs
体积
g
d dg
饱和重度
浮重度
sat w
sat satg
sat d
各种密度容重间的大小关系
常用的物理性质指标间的换算关系：
教科书 P12 表1-5
学习要点：
从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导
m 187 ρ= = = 1.87 g / cm3 V 100
γ = ρg = 1.87 × = 18.7kN / m 10
3
167 γd = ρd g = × = 16.7kN / m3 10 100
第1章 土的物理性质及分类
筛分法
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 P % 95 87 78 66 55 36
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
第1章 土的物理性质及工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 土的形成与三相组成 土的三相比例指标 无粘性土的密实度 粘性土的物理特征 土的工程分类
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
决定
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土 的 压 实 性：如何获得较好的土
知识要点
1.掌握土体的三相组成及三相比例 指标之间的换算 2.领会无粘性土密实度概念、判别 方法及砂土相对密度的计算 3.掌握粘性土的塑限、液限、塑性 指数和液性指数的概念及其物理状态评价 4.掌握无粘性土和粘性土的分类依据 和分类方法 5.掌握土的工程分类
§1.1 土的形成与三相组成 一、土的形成
固体颗粒 – 颗粒级配
土的三相组成 – 固体颗粒
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用 原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物
成分与母岩相同。
例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具
有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点
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。
土的物理性质及工程分类
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 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。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
粒径级配累积曲线及指标的用途：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，级配连续土；Cc > 3或Cc < 1,级配不连续土。
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。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
土力学 第1章 土的性质及工程分类
岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿 物集合体。
3.风化的类型
○ 物理风化
定义：由于温度变化和岩石裂隙中水的冻结以及盐类的结 晶引起的岩石表面逐渐破碎崩解的过程。
结果：主要使岩石机械破碎。风化的产物（原生矿物）与 原母岩矿物成分、化学性质相同。
○ 化学风化
定义：岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物 作用下所引起的破坏过程。
土的构造的最主要特征就是层理(状)结构或成层性。
◇分散构造：土层中土粒分布均匀，性质相近。 ◇裂隙构造：土体中有很多不连续的小裂隙。这种土的强度低、渗透性大。
分散构造
裂隙构造
1.5 土的物理性质(三相)指标
土的物理性质指标：表示土的三相之间比例关系的指标。
指标的分类：
1.基本试验指标：必须通过试验才能确定的指标。
计算公式： mw 100% Ww 100%
ms
Ws
（％） （1 - 16)
试验测定方法：烘干法。
先称一定质量的土m，放在100～1050C下烘干至恒重，则此时的质量即为土粒 的质量ms，土中水的质量mw=m-ms。代入上式即可。
二、反映土单位体积质量(重量)的指标
1.土的干密度ρd
+
+
+ + __
_ _
_
_
__
+ _
_
+ _
___
_ __
_
+_ __
_
_
粘土颗粒
强结合水
O2
105o
H+
H+
水分子 极性
粘粒
弱结合水
自由水
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
土的物理性质及工程分类
土的物理性质及工程分类课题: 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.把握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换；3.熟识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：土是指掩盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒积累物，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：只转变颗粒大小，不转变矿物成分。
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：矿物发生转变，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，遇到已下沉的土颗粒，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自然结构，则强度低、压缩性高，不行用做自然地基。
（2）土的构造1）定义：同一土层中，土颗粒之间的相互关系。
2）种类：层状结构：由不同颜色或不同粒径的土组成层理，一层一层相互平行。
分散构造：土粒分布匀称，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。
结核状构造:在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，属结核状构造。
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• 坡积土是高处的风化碎屑物在雨、雪水或本身重力的作用下搬运而成
的山坡堆
积物。
• (3)洪积土(图1.3)
图1.1 残积土
图1.2 坡积土
第1章土性质及工程分类
图1.3 洪积土
• 洪积土是指在山区或高地由暂时性水流(山洪急流)作用，将大量的残 积物、坡积物搬运堆积在山谷中或山前平原上的堆积物。
第1章土性质及工程分类
第1章土性质及工程分类
1.1 土的三相组成
土的三相： （1）固相（Solid phase） ——土颗粒骨架 （skeleton of soil particles） （2）液相（Liquid phase） ——水（Water） （3）气相（Gaseous phase） ——空气（Air）
Si Si Al Al Si Si
² 高岭石 ² 蒙特石 ² 伊利石
• 晶层间是O2-对O2-的连结，联结力很 弱，水很容易进入晶层之间。
• 每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒 大小约为0.1-1 ，厚约0.0010.01。
• 主要特征：颗粒细微，具有显著的 吸水膨胀、失水收缩的特性， 或者说亲水能力强。
高于蒙特石，其特征也介于两者 之间。
粘土矿物
第1章土性质及工程分类
？？？
• 亲水性最强的粘土矿物是： A、高岭石 B、蒙脱石 C、伊利石 D、方解石 答案：B
粘土矿物的亲水性强是指其吸水膨胀、失水收缩性强。三种主要粘土 矿物中，亲水性最强的是蒙脱石，最弱的是高岭石，伊利石居中。
第1章土性质及工程分类
重力起主导作用
粒间力起 主导作用
土的结构 第1章土性质及工程分类
土的成因 • 土的形成要经历风化、剥蚀、搬运、沉积等作用过程。 • (1)残积土(图1.1) • 残积土是残留在原地未被搬运的那一部分岩石风化剥蚀后的碎屑堆积
物，其成分与母岩相同，一般没有层理构造，均质性差，孔隙度较大， 作为建筑物地基容易引起不均匀沉降。 • (2)坡积土(图1.2)
• (4)冲积土(图1.4)
• 冲积土是由河流流水的地 质作用，将两岸基岩及其 上部覆盖的坡积、洪积物 质剥蚀后搬运沉积在河流 平缓地带形成的沉积物。
图1.4 冲积土
第1章土性质及工程分类
残积和坡积物
坡积物
洪积平原
湖沼
第1章土性质及工程分类
冰川冰碛
沙漠
云南红土
第1章土性质及工程分类
沙滩
黄土
红粘土
第一章 土的物理性质及工程分类
第1章土性质及工程分类
物理性质
土的ห้องสมุดไป่ตู้质包括 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
土
三相体系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
第1章土性质及工程分类
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
粘 土 矿 物 第1章土性质及工程分类
依硅片和铝片组 叠形式的不同， 可分成如下三种 类型：
² 高岭石 ² 蒙特石 ² 伊利石
2:1的三 层结构
Si Si Al Al Si Si
钾离子
Si Si Al Al Si Si
• 是云母在碱性介质中风化的产物。 • 与蒙特石相似，由两层硅片夹一层
铝片所形成的三层结构，但晶层之 间有钾离子连结。 • 主要特征：连结强度弱于高岭石而
地基(岩)土的工程分类
第1章土性质及工程分类
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。
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。
第1章土性质及工程分类
土的概念 • 土是地壳表层母岩风化后的产物，是各种矿物颗粒(土粒)的集合体，
Al Al
硅片简图
铝片的结构
第1章土性质及工程分类
(b) Illite
第1章土性质及工程分类
依硅片和铝片组叠 形式的不同，可分 成如下三种类型：
² 高岭石 ² 蒙特石 ² 伊利石
1:1的两 层结构
Al Al Si Si
高岭 石微粒
Al Al Si Si Al Al Si Si
• 晶层间通过氢键联结，联结力强，晶 格不能自由活动，水难以进入晶格间
第1章土性质及工程分类
固体颗粒
土中水 土中气体
固相
液相 气相
构成土体骨架 起决定作用
重要影响
次要作用
饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
第1章土性质及工程分类
1.1.1土的固体颗粒（固相） 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。
第1章土性质及工程分类
原生矿物：岩浆在喷出后，经冷凝过程形成的矿物。 次生矿物 ：原生矿物经过化学风化后，形成的新的矿物。
原生矿物 - 石英、长石、云母等
固体成分
矿物质 次生矿物
有机质
无定形氧化物胶体 可溶盐 粘土矿物
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
第1章土性质及工程分类
粘土矿物是一种复合的铝-硅酸盐晶体，颗粒呈片状，是由 硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利 石和蒙特石三种类型。
² 硅片
氧离子O2硅离子Si4+
Si Si
² 铝片
硅-氧四面体 硅片的结构
硅片简图
硅片的结构
第1章土性质及工程分类
粘土矿物是一种复合的铝-硅酸盐晶体，颗粒呈片状，是 由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊 利石和蒙特石三种类型。
² 硅片
OH1铝离子Al3+
² 铝片
铝-氢氧八面体 硅片的结构
• 能组叠很多晶层，多达百个以上，成 为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3，厚 约0.03-1。
• 主要特征：颗粒较粗，不容易吸水 膨胀和失水收缩，或者说亲水 能力差。
第1章土性质及工程分类
依硅片和铝片组叠 形式的不同，可分 成如下三种类型：
2:1的三 层结构
Si Si Al Al Si Si
数层 水分子
包括岩石经物理风化崩解而成的碎块以及经化学风化后形成的细粒物
土 质，粗至巨砾，细至黏土，统称为 。
第1章土性质及工程分类
过程、条件
土的组成、结构 和物理力学性质
风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土的形成 第1章土性质及工程分类
土的结构
土颗粒或粒团的 空间排列和相互联结
粗粒土的结构 单粒结构
细粒土的结构 分散结构 凝聚结构
• 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 • 界限粒径