1-土的组成与三相指标
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 3②中溶：石膏 CaSO4.2H2O③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 32- 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 1060d d C u（2）曲率系数1060230d d d C c = +图 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径第二节 土的物理性质指标土的性质：（1）土三相组成中各项性质（2）三相之间量的比例关系工程中常用土的物理性质指标评价土体工程性质优劣的基本指标一、 土的三相草图土的颗粒，水，气体混杂在一起，为分析问题方便常理想地将三相分别集中。
土的三相比例指标
土的三相比例指标1. 简介土的三相比例指标是土壤学中用于描述土壤组成的一个重要参数。
它通过对土壤中固体颗粒的比例进行分析，揭示了土壤中不同颗粒所占比重的大小，从而为土地利用和农业生产提供了重要依据。
2. 土壤组成土壤是由固体颗粒、液体和气体组成的复杂体系。
其中，固体颗粒主要包括矿物质、有机质和微生物等。
2.1 矿物质矿物质是构成土壤固体颗粒的主要成分之一。
它们来源于岩石的风化、侵蚀和沉积作用，在长时间内逐渐形成了各种类型的矿物质。
常见的矿物质有石英、长石、云母等。
2.2 有机质有机质是指植物和动物残体经过分解后形成的具有碳氮化合物特征的有机物。
它在土壤中起着保持水分、改善结构和提供养分等重要作用。
有机质的含量对土壤肥力和植物生长具有重要影响。
2.3 微生物微生物是土壤中的重要组成部分，包括细菌、真菌、放线菌等。
它们通过分解有机质、固定氮气和解除土壤中的污染物等作用，对土壤质量和生态系统稳定性起着重要作用。
3. 土的三相土的三相指的是固体相、液相和气相。
它们是构成土壤体系的重要组成部分，对土壤的水分保持和气体交换起着关键作用。
3.1 固体相固体相是指土壤中固定在颗粒表面或孔隙中的固体物质。
它主要由矿物质和有机质组成。
固体相的比例可以反映土壤的结构性质，如颗粒大小、孔隙度等。
3.2 液相液相是指土壤中填充在颗粒间隙中以及吸附在颗粒表面上的水分。
液相含量直接影响着土壤的水分状况和植物生长状况。
液相的比例可以通过测定土壤含水量来进行评估。
3.3 气相气相是指土壤中填充在颗粒间隙中的气体，主要是空气。
气相含量对土壤通气性和植物根系呼吸有重要影响。
气相的比例可以通过测定土壤孔隙度来进行评估。
4. 土的三相比例指标土的三相比例指标是用于描述土壤中固体相、液相和气相之间比例关系的参数。
常见的指标有固体相含量、液相含量和气相含量等。
4.1 固体相含量固体相含量是指土壤中固体颗粒所占总体积的百分比。
它反映了土壤的结构性质和颗粒组成。
土的三相组成比例指标换算公式
土的三相组成比例指标换算公式
土壤的三相组成是指土壤中固体相、液相和气相的比例。
土壤三相组成比例可以通过下面的公式进行换算。
1.含水量（W）：表示土壤中液相（水分）的比例。
可以通过测量土壤中的水重（Ww）和土壤干重（Ws）来计算。
W=(Ww/Ws)*100%
2.含气量（G）：表示土壤中气相（空气）的比例。
可以通过测量土壤中的气孔体积（Va）和总体积（Vt）来计算。
G=(Va/Vt)*100%
3.含固量（S）：表示土壤中固体相（颗粒）的比例。
可以通过测量土壤中固体的重量（Ws）和总体积（Vt）来计算。
S=(Ws/Vt)*100%
注意：计算含水量、含气量和含固量的前提是需要进行相应的测量。
测量方法有很多种，如干燥法、重量法、孔隙度法等。
土壤三相组成比例的换算公式可以用于研究土壤的理化性质和水分保持能力等。
不同的土壤三相组成比例会对土壤的性质和功能产生不同的影响。
例如，土壤中含水量较高时，土壤的肥力可能较高，但土壤的侵蚀和渗透性能也会受到影响；土壤中含气量较高时，土壤的通气性和氧气供应能力可能较好，但对水分的保持能力较差；土壤中含固量较高时，土壤的结构和稳定性可能较好，但导水性较差。
因此，了解土壤的三相组成比例对于科学合理地管理土壤、提高土壤质量和发挥土壤功能具有重要的意义。
《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001(2009版)学习-土的物理性质指标
《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）学习-土的物理性质指标1 土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相）（1）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（2）液相：水和溶解于水中物质（3）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）土的三相示意图2 土的颗粒级配2.1 基本概念自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。
工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配，土的粒径级配是通过土的颗粒大小分析试验确定。
土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。
土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。
要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。
这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。
土的粒径级配指的是土中各粒组的相对含量，用占总质量的百分数来表示。
这是无黏性土的重要指标，是粗粒土的分类定名的标准。
2.2 粒径级配累积曲线工程中常用粒径级配累积曲线（颗粒大小分布曲线）直接了解土的级配情况。
曲线的横坐标为土颗粒粒径的对数，单位为mm ；纵坐标为小于某粒径土颗粒的累积含量，用百分比（％）表示。
将筛分析和比重计试验的结果绘制在以土的粒径为横坐标，小于某粒径之土质量百分数为纵坐标，得到的曲线称土的粒径级配累积曲线。
级配曲线的特点：半对数坐标{量（％）小于某粒径的土质量含纵坐标）土粒粒径（对数坐标横坐标---mm几种土的粒径分布曲线从颗粒级配曲线中可直接求得各粒组的颗粒含量及粒径分布的均匀程度，进而估测土的工程性质。
土的三项基本物理性质指标
土的三项基本物理性质指标土的物理力学基本指标知识点主要分为：质量密度；孔隙比；孔隙率；含水量；饱和度；界限含水量；液限；塑限；塑性指数；液性指数；渗透系数；内摩擦角与黏(内)聚力等。
土的物理力学基本指标土的三相(固体颗粒、水和气)组成特性，构成了其许多物理力学特性。
相同成分和结构的土中，土的三相之间具备相同的比例。
土的三相共同组成的重量和体积之间的比例关系相同，则土的重量性质(重、轻情况)、不含水性(含水程度)和孔隙性(规整程度)等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变化而发生改变。
比如对同一成分和结构的土，地下水位的增高或减少，都将发生改变土中水的含量;经过压实,其孔隙体积将增大。
这些情况都可以通过适当指标的具体内容数字充分反映出。
土的物理力学基本指标主要有: ①质量密度；②孔隙比；③孔隙率；④含水量；⑤饱和度；⑥界限含水量:黏性土由一种物理状态向另一种物理状态转变的界限状态所对应的含水量；⑦液限:土由流动状态转入可塑状态的界限含水量，是土的塑性上限，称为液性界限，简称液限；⑧塑限:土由可塑状态转为半固体状态时的界限含水量为塑性下限，称为塑性界限，简称塑限；⑨塑性指数:土的液限与塑限之差值；⑩液性指数:土的天然含水量与塑限差值与塑性指数之比值；⑾渗透系数:土被水透过称为土的渗透性，水在土孔隙中流动则为渗流。
在一定水力梯度下，渗流速度反映土的渗透性强弱，渗透系数是渗流速度与水力梯度成正比的比例系数；⑿内摩擦角与黏(内)聚力:土的抗剪强度由滑动面上土的黏聚力(阻挡剪切)和土的内摩阻力两部分组成，摩阻力又与法向应力成正比，其中内摩擦角反映了土的摩阻性质。
因而内摩擦角与黏聚力是土抗剪强度的两个力学指标。
1土的物理性质及分类
土的三相组成
土的三相比例指标
土的结构
粘性土的界限含水量 砂土的密实度 粘性土的物理化学性质 土的工程分类
土的三相组成
总体特征
土是由三相组成的。土体是岩石风化的产物，具有强度低、 压缩性高、渗透性三个特点。
一、土的固体颗粒 土粒的矿物成分
1）原生矿物：母岩经物理风化而成,eg.石英、云母、长石；其成分与母 岩相同，分为单矿物颗粒，多矿物颗粒。 2）次生矿物：母岩经化学风化而成，如eg.高岭石、伊里石、蒙脱石。 其成分与母岩不同，为一种新矿物颗粒。主要是粘土矿物。D<0.005mm 漂石、卵石、圆砾等粗大土粒都是母岩的碎屑，其矿物成分与母岩相 同； 砂粒大部分是母岩中的单矿物颗粒，如如石英、云母、长石。
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
系列1 多项式 (系列1)
含水量
土的三相比例指标
土的三相比例指标
三、换算指标
孔隙比e和孔隙率n
度的重要物理性质指标，e或n越大， 土越疏松，反之土越密实。一般e<0.6 的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土 VV n 100 % 是疏松的高压缩性土。
由试验成果定义如下指标：
d 60 不均匀系数： C u d10
曲率系数：
Cs
d
2 30
d 60 d10
土的工程分类
不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况 ，小于5的 土为均匀土，级配不良，大于10，级配良好，但过大表 明缺少中间粒径，属不连续级配。 曲率系数反映曲线的整体形状，过大或过小都表明缺乏 中间粒径。 对于砂类土，不均匀系数大于5而曲率系数介于1到3之间 时，级配良好。
1.土的物理性质及工程分类
设土的总体积 V 1.0cm3
m V 1.67 1.0 1.67 g
m ms 1.67 ms 0.129 ms 1.48 g ms ms mw m ms 1.67 1.48 0.19 g
34
Gs 2.67
1-4 土的三相比例指标
Vw mw w 0.19 1.0 0.19cm3
结合水： 受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传 递静水压力，不能任意流动的水，称为结合水。 强结合水：紧靠于颗粒表面的水分子，所受电场的作 用力很大，几乎完全固定排列，丧失液体的特性而 接近于固体，完全不能移动，这层水称为强结合水
弱结合水：指强结合水以外，电场作用范围以内的水
自由水： 是存在于颗粒表面电场影响范围以外的水
1-1 概述
风化（物理、 化学）作用
搬运 沉积
ห้องสมุดไป่ตู้
岩石
岩石破碎 化学成分改变
大小、形状和 成分都不相同 的松散颗粒集 合体（土）
固相 土 液相 气相
土中颗粒的大小、成分及三相 之间的相互作用和比例关系， 反映出土的不同性质
1
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。
（1—3）
23
1-4 土的三相比例指标
1. 试验指标（基本指标） ② 土粒比重（相对密度）Gs ：土粒比重定义为土粒的 质量与同体积 4C时纯水的质量之比，无量纲： ms s Gs （1—4） Vs w w
式中 w 为纯水在 4C 时的密度 ，取：
w 1.0 g cm
中 细 极细
0.5~0.25mm 0.25~0.10mm 0.10~0.05mm
土力学重点简答题
（1）土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，称为土的物理性质指标，可用于评价土的物理、力学性质。
（2）直接测定的指标：土的密度、含水量、相对密度ds；计算指标是：孔隙比e、孔隙率n、干密度d、饱和密度sat、有效密度’、饱和度Sr2.地下水位升降对土中自重应力有何影响在工程实践中有哪些问题应充分考虑其影响答：地下水下降，降水使地基中原水位以下的有效资中应力增加与降水前比较犹如产生了一个由于降水引起的应力增量，它使土体的固结沉降加大，故引起地表大面积沉降。
地下水位长期上升（如筑坝蓄水）将减少土中有效自重应力。
1）若地下水位上升至基础底面以上，它对基础形成浮力使地基土的承载力下降。
2）地下水位上升，如遇到湿陷性黄土造成不良后果（塌陷）3）地下水位上升，粘性土湿化抗剪强度降低。
3. 简述有效应力原理的基本概念答：σ=σ'+u σ——总应力（作用于土单元体单位面积上的总应力值）σ'——有效应力（通过颗粒接触产生的应力）u——孔隙水压力（由外加荷载在土中引起的超静空隙水压力）4.什么叫地基承载力地基破坏型(形)式有哪几种各有何特点。
答：地基承载力是指地基单位面积承受荷载的能力（1）整体剪切破坏：基底压力p超过临塑荷载后，随荷载的增加，剪切破坏区不断扩大，最后在地基中形成连续的滑动面，基础急剧下沉并可能向一侧倾斜，基础四周的地面明显降起。
密实的砂土和硬粘土较可能发生这种破坏形式。
（2）局部剪切破坏：随着荷载的增加，塑性区只发展到地基内某一范围，滑动面不延伸到地面而是终止在地基内某一深度处，基础周围地面稍有隆起，地基会发生较大变形，但房屋一般不会倒坍，中等密实砂土，松砂和软粘土都可能发生这种破坏形式。
（3）冲剪破坏：基础下软弱土发生垂直剪切破坏，使基础连续下沉。
破坏时地基中无明显滑动面，基础四周地面无隆起而是下陷，基础无明显倾斜，但发生较大沉降，对于压缩性较大的松砂和软土地基可能发生这种破坏形式。
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《工程地质与岩土力学》教学模块 “土力学部分”
过程考核1 ———“土的物理性质指标计算”
班级： 学号：___________________姓名：______________成绩:____________
1. 某土样的干密度3d g/cm 54.1=ρ，含水率%3.19=w ， 土粒比重71.2=s d 。
计算该土
样的e 、n 、r S 。
解：由题意有：
76.011.54
171.21=-⨯=-⋅=d W s d e ρρ %2.43100%76.0176.01=⨯+=+=
e e
n %8.68100%76
.071.2193.0=⨯⨯==
e d s s r ω 2.某工程勘察中采取一饱和土样进行室内土工试验，环刀容积为21.7cm 3，环刀加湿土重73g ，烘干后测得环刀加干土重62.35g ，环刀质量32.5g ，土粒比重为2.70，试求该土样的天然容重、含水量、干密度、孔隙比、孔隙率。
解：由题意有：
3/ 78.17
.215.3237cm g V m =-==ρ %5.73100%29.85
10.65100%32.562.3562.35-73100%=⨯=⨯-=⨯=S W m m ω 3/ 83.17.215.322.356cm g V m S d =-==
ρ 957.011.38170.21=-⨯=-⋅=d W s d e ρρ 8.9%4100%957
.01957.01=⨯+=+=e e n
3. 某一湿土重200g ，含水量w =15%，若要将其配制成含水量w =20%的土样，试计算需加多少水。
解：由题意有：
200=+w s m m (1)
%15%100=⨯s w m m (2)
由（1）和（2）得g 173.9=s m ,g 26.1=w m
设增加水为w m ∆时，能将其配制成含水量w=20%的土样，则有： %20%100m =⨯∆+s
w w m m 即：%20%100173.9
m 26.1=⨯∆+w 得g 8.68=∆w m
4. 某土样天然含水量为24%，比重为2.70， 天然重度为19kN/m 3,试求该土样的干密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。
解：由题意有：
3/35.10.24
1 1.91cm g d =+=+=ωρ
ρ ()()762.019.1170.224.0111=-⨯⨯+=-⋅+=
ρρωW S d e 43.2%100%762
.01762.01=⨯+=+=e e
n %85.0100%276.007.224.0=⨯⨯==
e d s s r ω
12交通工程作业总结：
（1）解题的步骤不清，不按照题目要求一一作答；
（2）含水量、孔隙比、孔隙率和饱和度；
（3）重量、质量、容重、比重、密度和相对密度的概念；（4）公式之后必须代入数据，否则答案无效；
（5）存在抄袭现象（比较忙的特殊情况，建议延期交作业）。