土力学与地基基础1 土的物理性质及工程分类 PPT
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土力学与地基基础1 ppt课件
四、地基与基础课程的特点和学习方法
一、特点：（1）本课程涉及水文地质学、工程地质学、土力学等几个 学科领域，内容广泛、综合性强。 （2）课程理论性和实践性均较强。
项目一土的物理性质及工程分类
能力目标
➢ 掌握土的物理性质与土的工程分类 ➢ 了解土的三相组成 ➢ 掌握土的物理性质指标及三相比例指标之间的换算关系 ➢ 熟悉无钻性土、钻性土的物理状态指标 ➢ 掌握相对密度、塑限、液限、塑性指数和液性 指数等基本概念 ➢ 熟悉规范对地基土的工程分类方法 ➢ 掌握砂土、钻性土的分类标准
如前所述，土由固体颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)组 成。为了便于说明和计算，通常用土的三相组成图来表示它们 之间的数量关系，如上图所示。三相图的右侧表示三相组成的 体积关系，左侧表示三相组成的质量关系。
三、地基与基础理论的发展
▪ 1773年 ▪ 1857年 ▪ 1885年
▪ 1925年 ▪ 1936年 ▪ 1949年
• 法国的库仑-砂土抗剪强度理论与土压力理论 英国朗肯—朗肯土压力理论
法国布新奈斯克（Boussinesq）—弹性半空间解 美国太沙基—《土力学》专著与有效应力原理 美国召开第一次国际土力学及基础工程会议 我国土力学研究进入发展阶段
绪论
➢ 一、土力学、地基及基础的概念 ➢ 二、地基与基础研究的内容 ➢ 三、地基与基础理论的发展 ➢ 四、地基与基础课程的特点和学习方法
一、土力学、地基及基础的概念
一、土力学、地基及基础的概念
建筑物
上部结构 基础 地基
建构筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建构筑物影响的那 一部分地层称为地基（指支承基础的土体或岩石）；
任务一土的成因与组成
粒组名称 漂石(块石) 卵石(碎石)
《土力学与地基基础》课件
《土力学与地基基础》 PPT课件
土力学与地基基础是土木工程中的重要学科，它涉及了如何评估土壤的力学 性质和如何建造稳固的基础设施。
定义
土力学是研究土壤的力学性质及其相互作用的学科，而地基基础则是指土壤上承受建筑物荷载的基础结构。
重要性
土力学与地基基础对于建筑物的安全性和稳定性至关重要。它们的正确设计 和施工能够有效地减少土地沉陷和结构损坏的风险。
土的力学性质
土壤具有复杂的力学性质，包括承载力、剪切强度、压缩性等。了解土壤的 这些性质可以帮助我们更好地设计基础工程。
地基基础的分类
地基基础可以分为浅基与深基，浅基包括基础板、隔离墩和地下连续墙等。 深基则包括桩基、墙基和地下连续墙等。
地基基础施工步骤
1
勘察
进行土壤勘察，了解地下土层的性质、厚度和承载能力。
总结与要点
土力学
了解土壤的性质与行为，对基础设计和施工至关重要。
地基基础
为建筑物提供稳固的基础支撑，确பைடு நூலகம்安全和稳定性。
工程实例
学习实际案例，加深对土力学与地基基础的理解与应用。
2
设计
根据勘察结果进行基础设计，选择适当的基础类型和尺寸。
3
施工
进行基础施工，包括挖掘基坑、浇筑混凝土等工序。
土力学与地基工程实例
土力学实验室
利用土力学实验室测试土壤的力 学性质，以支持工程设计和施工 决策。
深基施工
进行复杂工程的基础施工，如高 层建筑和桥梁，确保结构的稳定 性和安全性。
挡土墙
设计和建造挡土墙以支撑土堆或 防止土壤的侵蚀，保护下方区域 免受土壤压力的影响。
土力学与地基基础是土木工程中的重要学科，它涉及了如何评估土壤的力学 性质和如何建造稳固的基础设施。
定义
土力学是研究土壤的力学性质及其相互作用的学科，而地基基础则是指土壤上承受建筑物荷载的基础结构。
重要性
土力学与地基基础对于建筑物的安全性和稳定性至关重要。它们的正确设计 和施工能够有效地减少土地沉陷和结构损坏的风险。
土的力学性质
土壤具有复杂的力学性质，包括承载力、剪切强度、压缩性等。了解土壤的 这些性质可以帮助我们更好地设计基础工程。
地基基础的分类
地基基础可以分为浅基与深基，浅基包括基础板、隔离墩和地下连续墙等。 深基则包括桩基、墙基和地下连续墙等。
地基基础施工步骤
1
勘察
进行土壤勘察，了解地下土层的性质、厚度和承载能力。
总结与要点
土力学
了解土壤的性质与行为，对基础设计和施工至关重要。
地基基础
为建筑物提供稳固的基础支撑，确பைடு நூலகம்安全和稳定性。
工程实例
学习实际案例，加深对土力学与地基基础的理解与应用。
2
设计
根据勘察结果进行基础设计，选择适当的基础类型和尺寸。
3
施工
进行基础施工，包括挖掘基坑、浇筑混凝土等工序。
土力学与地基工程实例
土力学实验室
利用土力学实验室测试土壤的力 学性质，以支持工程设计和施工 决策。
深基施工
进行复杂工程的基础施工，如高 层建筑和桥梁，确保结构的稳定 性和安全性。
挡土墙
设计和建造挡土墙以支撑土堆或 防止土壤的侵蚀，保护下方区域 免受土壤压力的影响。
土力学与地基基础第一章
表1.3 砂土密实度的评定
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
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：第1章 土的物理性质和工程分类
由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结 合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢 地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个土粒 迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传 递静水压力的水定义为弱结合水。
d320 d60d10
(1 1b)
式中：d 、d 、d 分别相当于累计百分含量为
10
30
60
10％、30％和60％的粒径；
d10 称为有效粒径；
d60 称为限制粒径；
d 、d 10
30、称d为6平0 均粒径。
3．粒度成分及其表示方法（5）
不均匀系数 Cu 、Cc 反映大小不同粒组的分布情况：
Cu >= 5、Cc =1-3的土级配良好，其余情况为级配不良。
１）横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径， ２）纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分
含量。
3．粒度成分及其表示方法（3）
表1-3中的三种土的累计曲线如图1-1所示。
3．粒度成分及其表示方法（4）
在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：
• 不均匀系数
Cu
d60 d10
(1 1a)
• 曲率系数
Cs
粒组名称
粒组范围(mm)
粒组名称
粒组范转(mm)
漂石(块石)粒组
>200
砂粒粒组
0.075~2
卵石(碎石粒组)
20~200
粉粒粒组
0.005~0.075
砾石粒粗
2~20
粘粒粒组
<0.005
我国上述规范采用的粒组划分标准见表1-1。《土的
工程分类标准》1．（G土B的J14粒5-9组0）划在分砂粒（粒4组）与粉粒粒组
d320 d60d10
(1 1b)
式中：d 、d 、d 分别相当于累计百分含量为
10
30
60
10％、30％和60％的粒径；
d10 称为有效粒径；
d60 称为限制粒径；
d 、d 10
30、称d为6平0 均粒径。
3．粒度成分及其表示方法（5）
不均匀系数 Cu 、Cc 反映大小不同粒组的分布情况：
Cu >= 5、Cc =1-3的土级配良好，其余情况为级配不良。
１）横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径， ２）纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分
含量。
3．粒度成分及其表示方法（3）
表1-3中的三种土的累计曲线如图1-1所示。
3．粒度成分及其表示方法（4）
在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：
• 不均匀系数
Cu
d60 d10
(1 1a)
• 曲率系数
Cs
粒组名称
粒组范围(mm)
粒组名称
粒组范转(mm)
漂石(块石)粒组
>200
砂粒粒组
0.075~2
卵石(碎石粒组)
20~200
粉粒粒组
0.005~0.075
砾石粒粗
2~20
粘粒粒组
<0.005
我国上述规范采用的粒组划分标准见表1-1。《土的
工程分类标准》1．（G土B的J14粒5-9组0）划在分砂粒（粒4组）与粉粒粒组
土力学 第一章(1)
一、固体颗粒
(一)颗粒的矿物成分和颗粒分组
1.土的矿物成分 （1）原生矿物 物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗， 为砂、砾组主要成分。 （2）次生矿物 化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。 颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
筛分法（粒径0.1mm以上） 密度计法（粒径0.1mm以下） 移液管法（粒径0.1mm以下） 1.表格法 列表说明土样中各粒组的土质量占土样质量的 百分数。
(1)粗筛：孔径为60、40、20、 10、5、2mm。 (2)细筛：孔径为2．0、1．0、 0．5、0．25、0.075mm。
颗 粒 尺 寸 （ mm ） 取样数量（g） ＜2 ＜10 ＜20 ＜40 ＜60 100～300 300～1000 1000～2000 2000～4000 4000以上
1. 粗粒土（无黏性土）的密实程度 粗粒土（无黏性土） 同一种土，可以用孔隙比 来判定土的密实程度 同一种土，可以用孔隙比e来判定土的密实程度
不同的土不可以用孔隙比来判定， 不同的土不可以用孔隙比来判定，而要用相对 密度来判定
相对密实度 （Relative Density ）
emax − e ( ρd − ρd min ) ρd max Dr = = emax − emin ( ρd max − ρd min ) ρd
液、塑限联合测定仪
液限测定方法
《土工试验方法标准》（GB/T501231999）规定用液塑限联合测定仪测出圆 锥入土深度恰好为17毫米所对应的含水 率为17毫米液限(铁路工程勘察规范)， 入土深度恰好为10毫米所对应的含水率 为10毫米液限(岩土工程勘察规范)。
土力学与地基基础(土的物理性质及工程分类)
漂石 组 200mm 卵石 组 60mm 砾粒 组 2mm 砂粒 组 粉粒 组 粘粒 组
0.075mm 0.005mm
（2）颗粒级配 概念：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。 级配测定：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土） 级配表达方式：表格法；颗粒级配累积曲线（见图） 颗粒级配累积曲线的意义：由曲线的坡度可判断土的均匀 程度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不 好 级配指标： d6 0 C u 不均匀系数: d1 0 不均匀系数越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好， 作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度．大于 10级配良好；小于5级配不好 2
mg / v g
d d g
反映紧密程度，达到 1.5~1.65t/m3土就比较密实
sat g sat
每个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为
sat d
g ' sat w
' '
V e V
砂土和粘性土中的渗透曲线
2、管涌（概念、预防措施）
七、土的压实性
（一）土的压实原理 最优含水量Wop和最大干密度ρdmax的概念 最优含水量和最大干密度的测定： 通过室内击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲 线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为 最大干密度。 （二）影响压实效果的因素 1、压实功 2、含水量 3、铺土厚度 4、土的粒径级配 （三）压实填土质量指标 压实系数
7、土粒分组分成（ ） A 5 B 6 C 7 D 9 8、受土粒表面电场影响的最大的水膜是（ ） A 强结合水 B 弱结合水 C 自由水 D 毛细水 9、中砂是哪种结构（ ） A 单粒结构 B 蜂窝结构 C 絮状结构 D 以上都不是 10、Wp=35，Wl=50的土是（ ）土，应命名为（ ） A 粉土，粉土 B 粘性土，粉质粘土 C 粘性土， 粘土 D 泥
0.075mm 0.005mm
（2）颗粒级配 概念：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。 级配测定：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土） 级配表达方式：表格法；颗粒级配累积曲线（见图） 颗粒级配累积曲线的意义：由曲线的坡度可判断土的均匀 程度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不 好 级配指标： d6 0 C u 不均匀系数: d1 0 不均匀系数越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好， 作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度．大于 10级配良好；小于5级配不好 2
mg / v g
d d g
反映紧密程度，达到 1.5~1.65t/m3土就比较密实
sat g sat
每个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为
sat d
g ' sat w
' '
V e V
砂土和粘性土中的渗透曲线
2、管涌（概念、预防措施）
七、土的压实性
（一）土的压实原理 最优含水量Wop和最大干密度ρdmax的概念 最优含水量和最大干密度的测定： 通过室内击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲 线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为 最大干密度。 （二）影响压实效果的因素 1、压实功 2、含水量 3、铺土厚度 4、土的粒径级配 （三）压实填土质量指标 压实系数
7、土粒分组分成（ ） A 5 B 6 C 7 D 9 8、受土粒表面电场影响的最大的水膜是（ ） A 强结合水 B 弱结合水 C 自由水 D 毛细水 9、中砂是哪种结构（ ） A 单粒结构 B 蜂窝结构 C 絮状结构 D 以上都不是 10、Wp=35，Wl=50的土是（ ）土，应命名为（ ） A 粉土，粉土 B 粘性土，粉质粘土 C 粘性土， 粘土 D 泥
《土力学与地基基础》课件
地基承载力计算方法：极限 平衡法、弹性半空间法等
地基承载力定义：地基所能 承受的最大压力
地基承载力验算：根据设计要 求，计算地基承载力是否满足
要求
地基承载力影响因素：土质、 地下水位、地基深度等
地基变形类型： 沉降、侧向位移、 倾斜等
地基变形计算方 法：弹性半空间 法、有限元法等
地基变形控制措施： 加强地基处理、采 用桩基础等
添加标题
破坏阶段：土在外力 作用下产生的应力和 应变达到极限，土体 破坏
抗剪强度：土抵抗剪切破坏的能力 摩擦角：土颗粒之间的摩擦力 影响因素：土的颗粒大小、形状、排列方式等 应用：地基承载力计算、边坡稳定分析等
土的压缩性：土在压力作用下体积减小 的性质
固结过程：包括初始固结、次固结、超 固结等阶段
膨胀土地基的特点： 吸水膨胀、失水收 缩
膨胀土地基的危害： 地基不均匀沉降、 开裂、变形
膨胀土地基的处理 方法：换填、强夯、 注浆、化学加固等
工程实例：某高速公路 膨胀土地基处理工程， 采用换填法进行地基处 理，取得了良好的效果。
汇报人：
保证建筑物安全
地基处理方法：包括换填法、强夯法、挤密法、注浆法等 方案选择依据：根据场地条件、工程要求、经济性等因素综合考虑 优化方法：采用数值模拟、试验研究等手段进行优化 案例分析：结合实际工程案例，分析地基处理方案的选择与优化过程
监测内容：沉 降、位移、应
力、应变等
监测方法：仪 器监测、现场 观测、试验检
测等
质量评价标准： 地基承载力、 变形控制、稳
定性等
案例分析：某 工程地基处理 工程监测与质
量评价实例
PART EIGHT
软土地基的特点：含水量高、压缩性高、抗剪强度低
土力学地基基础土的物理性质及工程分类
第20页/共64页
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
第21页/共64页
第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
第22页/共64页
第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
第34页/共64页
土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
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第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
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第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
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4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
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土的物理性质指标汇总
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1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
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土的物理性质及工程分类
如图1.1所示土样，砂粒占73%，砾粒占10%。根据 曲线的坡度和曲率可判断土的级配状况。如曲线平缓， 表示土粒大小均有，即级配良好；如曲线较陡，则表 示颗粒粒径相差不大，粒径较均匀，即级配不良。为 了定量反映土的不均匀性，工程上常用不均匀系数Ｋ ｕ来描述颗粒级配的不均匀程度：
土的物理性质及工程分类
• 土由固体颗粒、水和空气三相组成。
• 土中颗粒的大小、成分及三者之间的相互作用和比例关系，反映出土的 不同性质，可据此对土进行分类和鉴定。
•
土的物理性质指标又与土的力学性质发生联系，并在一定程度上决定着
土的工程性质。
土的物理性质及工程分类
土的物理性质及工程分类
• 筛分法适用于粒径小于或等于60mm、大于0.075mm的土。
含水率变化范围较大，砂土从0到40％，黏土可达60％或更大。同一 类土，含水率愈高说明土愈湿，一般说来也就愈软。
土的物理性质及工程分类
• 土的孔隙比 • 孔隙率
V e= V Vs
•
VV n= 100% V
孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度，其值随土形成过程中所 受的压力、粒径级配和颗粒排列的状况而变化。一般粗粒土的孔
• 土粒相对密度的变化范围不大。细粒土(黏性土)一般为2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加时，土粒相对密度减小。
土的物理性质及工程分类
• 土的含水率
mw m ms = 100% 100% ms ms
•
土的含水率通常用烘干法测定，亦可近似采用酒精燃烧法快
速测定。含水率是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的
土的物理性质及工程分类
结合水是指由电分子引 力吸附于土粒表面成薄 膜状的水。 (a) 极化了的水分子； (b) 土粒表面引力分布
强结合水的冰点远低于0℃，密
度要比自由水的大，在温度达 105℃以上时才可被蒸发。
弱结合水指强结合水以分类
• • • 自由水是存在于土粒电场影响范围以外的水。 它的性质和普通水无异，能传递静水压力， 冰点为0°Ｃ，有溶解能力。
土的物理性质及工程分类
• 土粒的矿物成分分为： 原生矿物、次生矿物。 • 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，常见的如石英、长石和云母等。一般较粗颗 粒的砾石、砂等都是由原生矿物组成。 土中水即为土的液相，其含量及性质明显地影响土的 性质(尤其是黏性土)。土中水除了一部分以结晶水的形 式紧紧吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水 和自由水两大类。如下图：
土力学与地基基础
土的物理性质及工程分类
1
土的组成及其结构与构造 土的物理性质指标 土的物理状态指标
2
3
4
土（岩）的工程分类
土的物理性质及工程分类
• 土是由固体、液体和气体三部分所组成的三相体系。
• • 固体部分即为土粒，由矿物颗粒或有机质组成，构成土的骨架。 骨架间有许多孔隙，可为水、气所填充。若土中孔隙全部为水所充满时， 称为饱和土； • 若孔隙全部为气体所充满时，称为干土；土中孔隙同时有水和空气存在 时，称为非饱和土。
隙率小，细粒土的孔隙率大。例如砂类土的孔隙率一般是28
％～35％；黏性土的孔隙率有时可高达60％～70％。
土的物理性质及工程分类
• 土的饱和度
Vw Sr = 100% Vv
干土的饱和度sｒ＝０，当土处于完全饱和状态时sｒ＝１００％。 砂土根据饱和度可划分为下列三种湿润状态：
sｒ≤50%稍湿 50%＜ sｒ≤80%很湿 sｒ＞80%饱和
土的物理性质及工程分类
土的单粒结构
土的蜂窝结构
土的絮状结构
土的物理性质及工程分类
• 絮状结构是黏性土的主要结构形式。研究表明，形成黏性土
的片状或针状土粒，表面带负电荷，而在其边(即断口处)局部带正电荷。
a 片架结构
b 片堆结构
土的物理性质及工程分类
• 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。如层状土体、互 层土体、裂隙土体、软弱夹层、透水层与不透水层等。其主要特征是土 的成层性和裂隙性，即层理构造和裂隙构造。二者都造成了土的不均匀 性。 2透镜体 1尖灭
土的物理性质及工程分类
•
一般黏性土ρ＝ 1.8~2.0g/ cm３；砂土ρ＝1.6~2.0g/ cm３ 。工程中 常用重度γ来表示单位体积土的重力，它与土的密度有如下关系： g
g
重力加速度
g 10m / s 2
土的物理性质及工程分类
• 土粒相对密度
s ms ds Vs w w
s 土粒的密度，即单位体积土粒的质量； w 4C时纯蒸馏水的密度。
a 水平层理
b 交错层理
土的物理性质及工程分类
• 土的三相图
V—土的总体积； Ｖｖ—土的孔隙体积； Ｖｓ—土粒的体积； Ｖｗ—水的体积； Ｖａ—气体的体积； ｍ—土的总质量； ｍｓ—土粒的质量； ｍｗ—水的质量
土的物理性质及工程分类
• 土的密度
m ms mw V VS VW Va
Ku 10
视为级配良好的土
需要同时考虑级配曲线 的整体形状
d Kc d 10 d 60
2 30
土的物理性质及工程分类
• 一般认为，砾类土或砂类土同时满足Ｋｕ≥５和Ｋｃ＝ １～３两个条件时，则定名为良好级配砾或良好级配 砂。 • 级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填 充，因而土的密实度较好。
• 自由水分为：毛细水和重力水。
土的物理性质及工程分类
• 土中气体即为土的气相，存在于土孔隙中未被水占据的部分，可分为 与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体两种。 • 土的结构是指土在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，
与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。一般可归 纳为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。
d 60 KU d 10
d 60
d 10
限定粒径 有效粒径
土的物理性质及工程分类
Ｋｕ愈大，表示土粒愈不均匀。
工程上把Ｋｕ＜５的土视为级配不良的土， Ｋｕ＞１０的土视为级配良好的土。
d Kc d 10 d 60
2 30
土的物理性质及工程分类
Ku 愈大，表示土粒愈不均匀。 Ku 5 视为级配不良的土