土体主要物理力学性质指标统计表1-1-4
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黄土的物理力学性质
黄土的物理力学性质§2-1 黄土的物理性质试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。
由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。
一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。
大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。
试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。
含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。
黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。
黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。
为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。
一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d ﹥0.005mm）总量的90%以上。
黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。
水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。
水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。
易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。
它的含量直接影响到黄土的湿陷性。
中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。
以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。
难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。
第三章-土的物理性质与工程分类..
无机土 ：Q＜5% 有机质土 ：5%≤Q≤10% 泥炭质土 ：10％＜Q≤60％ 泥炭 ：Q＞60％
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土.
①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。
系数大于0.015湿陷性黄土 ②非自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿
陷系数小于0.015
—液限4.红粘土—指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用 形成并覆盖于基岩上的棕红、黄等色的高塑性土，其液限大 于50%. 次生红粘土大于45%且小于50%的土.
5.膨胀土—粘粒成分主要是由亲水性粘土矿物组成在环境的温度 湿度的变化时可产生强烈的胀缩的，具有吸水膨胀，失水收缩的 特性.
分类方法：
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地 基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五 大类 a.岩石的分类
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石， 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
五、土的工程性质评价
土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度
土的物理状态
砂性土： 密实程度：松、密 粘性土： 软硬程度（稠度）：软、硬
1. 粘性土的稠度和可塑性
1）粘性土的稠度状态
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破 坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征
粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为 土的稠度界限
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土.
①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。
系数大于0.015湿陷性黄土 ②非自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿
陷系数小于0.015
—液限4.红粘土—指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用 形成并覆盖于基岩上的棕红、黄等色的高塑性土，其液限大 于50%. 次生红粘土大于45%且小于50%的土.
5.膨胀土—粘粒成分主要是由亲水性粘土矿物组成在环境的温度 湿度的变化时可产生强烈的胀缩的，具有吸水膨胀，失水收缩的 特性.
分类方法：
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地 基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五 大类 a.岩石的分类
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石， 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
五、土的工程性质评价
土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度
土的物理状态
砂性土： 密实程度：松、密 粘性土： 软硬程度（稠度）：软、硬
1. 粘性土的稠度和可塑性
1）粘性土的稠度状态
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破 坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征
粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为 土的稠度界限
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
4.3 土的物理力学性质及其指标
E0 = βEs
其中
β＝1－12－μμ2
土的泊松比， 一般0~0.5之 间
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度
⑴ 土的强度破坏类型
基础
滑动面
滑动面
挡 土 墙
滑动面
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑵ 直接剪切试验
试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑶ 粘性土、无粘性土的抗剪强度
修正后
密实度
松散
稍密
中密
密实
按N评定砂石密实度 N≤10 10＜N≤15 15＜N≤30 N＞30
按N63.5评定碎石土密实度 N63.5≤5 5＜N63.5≤10 10＜N63.5≤20 N63.5＞20
三、粘性土的物理特征
1. 粘性土的稠度状态
土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土 最主要的物理状态特征
0 缩限ωs
塑限ωP
液限ωL
ω
固态
半固态
可塑状态
流动状态
粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限
液、塑限的测定 测定液限的方法：锥式液限仪、碟式液限仪和液塑限联合测定仪。 测定塑限的方法：搓条法和液塑限联合测定仪。 测定缩限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。
三、粘性土的物理特征
= ms Vs ρω
=
ρs ρω
土粒相对密度变化范围不大：细 粒土（粘性土）一般2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机 质含量增加，土粒相对密度减小
一、土的三相及三相比例指标
2. 直接指标
质量m 气 水
Vw Va
体积V
土的变形性质及地基沉降计算(5,6)
(kPa)
2.压缩指数
e - logp曲线后段直线段的斜率 e1 - e2 Cc lg p2 - lg p1 压缩指数Cc 越大， 土的压缩性越大。
低压缩性土； Cc 0.2 0.2 Cc 0.4 中压缩性土
Cc 0.4
高压缩性土。
粘性土的Cc值一般在0.1—1.0之间
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表 荷载板
基准梁
变形模量E0、压缩模量Es的关系
无侧限条件 完全侧限条件
变形模量
压缩模量
换算关系
σx=σy=K0σz
x x
E0
y
E0
z
E0
0
K 0 /(1 )
z Es z y z z x E0 E0 E0
地基土产生压缩的原因
内因
土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: ①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来 说无意义； ②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600） Kpa作用下，很小，可忽略不计； ③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土 的孔隙减小。 土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
土的压缩性指标除从室内压缩试验得到外， 也可通过现场原位测试得到。 如在浅层土中进行静载荷试验可以得到变 形模量； 在现场进行旁压试验或触探试验都可以间接 确定土的模量。
原位测试
原位测试（In-Situ Testing ）：在岩土体原 有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含 水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质称 为原位测试。 土体原位测试：一般指的是在工程地质勘察现 场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土 层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质 指标及划分土层一种土工勘察技术。
2.压缩指数
e - logp曲线后段直线段的斜率 e1 - e2 Cc lg p2 - lg p1 压缩指数Cc 越大， 土的压缩性越大。
低压缩性土； Cc 0.2 0.2 Cc 0.4 中压缩性土
Cc 0.4
高压缩性土。
粘性土的Cc值一般在0.1—1.0之间
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表 荷载板
基准梁
变形模量E0、压缩模量Es的关系
无侧限条件 完全侧限条件
变形模量
压缩模量
换算关系
σx=σy=K0σz
x x
E0
y
E0
z
E0
0
K 0 /(1 )
z Es z y z z x E0 E0 E0
地基土产生压缩的原因
内因
土是三相体，土体受外力引起的压缩包括三部分: ①固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建筑工程来 说无意义； ②土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载σ＝（100～600） Kpa作用下，很小，可忽略不计； ③土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土 的孔隙减小。 土体的压缩变形主要是由于孔隙减小引起的。
土的压缩性指标除从室内压缩试验得到外， 也可通过现场原位测试得到。 如在浅层土中进行静载荷试验可以得到变 形模量； 在现场进行旁压试验或触探试验都可以间接 确定土的模量。
原位测试
原位测试（In-Situ Testing ）：在岩土体原 有的位置上，在保持岩土的天然结构、天然含 水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质称 为原位测试。 土体原位测试：一般指的是在工程地质勘察现 场，在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土 层进行测试，以获得所测土层的物理力学性质 指标及划分土层一种土工勘察技术。
课题1 土的物理性质及工程分类
弱风化 微风化 母岩体
运积土
有搬运
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
§1.1土的形成 §1 土的物性与分类 第一章 土的物理性质指标与工程分类
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
d 60 Cu程分类
Cc
2 d30
d10 d 60
(1－3)
式中：d10，d30和d60为粒径 分布曲线上小于某粒径的土 粒含量分别为10％，30％ 和60％时所对应的粒径。 d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。
§1.2土的三相组成 §1 土的物性与分类 第一章 土的物理性质指标与工程分类
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径
d30 ;
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:
粒径(mm)
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
密度计法：粒径<0.075mm 联合测定：既有粒径>0.075mm，又有粒径 >0.075mm
第一章 土的物理性质指标与工程分类
（四）颗粒大小分析试验 1.筛分法 利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的 一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上 充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下 式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）
第一章 土的物理性质及工程分类(定稿)
其成分与母岩不相同
例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等 特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨
胀的特点
二、土中的水（液相）
土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。土中 水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部 外，还存在结合水和自由水。
1.结合水
强结合水：紧靠于颗粒表面、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。 弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电 场作用力随着与颗粒距离增大而减弱。
（3）参考答案
土的颗粒分析试验主要有筛分析法和比重计法。
筛分析法适用于粒径大于等于0.075mm，小于60mm 的粗粒土。 比重计法适用测定粒径小于0.075mm的细粒土 。
§1.2(0) 土的物理性质指标概述
土的三相比例指标 土的三相组成比例关系的指标,称为土的三相比例 指标。土中三相比例关系,反映着土的物理状态,如 干湿、软硬、松密。 土的物理性质指标 土的物理性质指标是指反映土的物理力学性质状态 的指标。如空隙比、含水量、密度等。其不仅可以 描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程 度上反映了土的力学性质。
五、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。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
1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积
的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出 成层特征
2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在
裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物
d10、d30、d60对应的土粒粒径大小
2.土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用，可分为：
例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等 特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨
胀的特点
二、土中的水（液相）
土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。土中 水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部 外，还存在结合水和自由水。
1.结合水
强结合水：紧靠于颗粒表面、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。 弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电 场作用力随着与颗粒距离增大而减弱。
（3）参考答案
土的颗粒分析试验主要有筛分析法和比重计法。
筛分析法适用于粒径大于等于0.075mm，小于60mm 的粗粒土。 比重计法适用测定粒径小于0.075mm的细粒土 。
§1.2(0) 土的物理性质指标概述
土的三相比例指标 土的三相组成比例关系的指标,称为土的三相比例 指标。土中三相比例关系,反映着土的物理状态,如 干湿、软硬、松密。 土的物理性质指标 土的物理性质指标是指反映土的物理力学性质状态 的指标。如空隙比、含水量、密度等。其不仅可以 描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程 度上反映了土的力学性质。
五、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。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
1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积
的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出 成层特征
2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在
裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物
d10、d30、d60对应的土粒粒径大小
2.土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用，可分为：
土的力学性质
从表可以看出：无粘性土的在25-41o之间变化。 粒度越粗、越密实， 越大。 对于松散砂来说， 常可用砂的天然休止角代替， 所以，一般松散砂，不必测定，用天然休止角 代替，而天然休止角的测定方法可在野外进行。
从表可以看出：粘性土的C在0—0.1MPa之间变化。 而且与天然含水率及IL和土类型密切相关。IL， C ，粘土 粉土，C由大 小。 变化在6-28o 间，有的甚至小于6o，也随IL和土 类型不同而不同， IL， ，粘土粉土， 。
P
O Sa
Pa a P
b
S
变形模量是指在无侧限条件下，压应力与压应变之比即：
Z o Z Eo与Es的区别是有无侧限条件， Es压缩模量是有侧限的，而 E0则没有。
E
确定方法： 根据弹性理论，利用现场实验曲线s—P曲线中的直线段， 可求得：
E ( 1 ) o
2 2 1
水和土粒的压缩变形可忽略不计，气体被排挤出。
土压缩的本质是：土孔隙中的水分和气体被挤 出，土粒产生位移，孔隙体积减小引起的。
2. 压密定律与压缩系数
用环刀取一块土样，在压缩仪中进行压缩，如下图：土样原始高为ho ，面
e e0 e 孔隙 固体 颗粒
h1 h0
1
积为A，原始孔隙比为eo，在压缩过程中，A不变（无侧胀），在压力P1 作用下，土样变形，压缩量为△h1。 △h1= ho-h1。 ∵引起土变形△h1的根本原因是由于孔隙体积的减少，即孔隙比的减少， 而土粒体积不变
超固结比： O C R
p s
OCR=1：正常固结 OCR>1：超固结 OCR<1：欠固结
相同s 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小
先期固结压力
土的物理力学性质及其指标
压力作用下只可能发生竖
向压缩，而无侧向变形。
土样在天然状态下或经人 工饱和后，进行逐级加压
压缩仪的压缩容器简图
固结，以便测定各级压力
户作用下土样压缩稳定后
的孔隙比变化。
精选ppt
24
土 的 压 缩 曲 线
土的孔隙比与相应压力的关系曲线，即土的压缩曲线。 压缩曲线两种方法绘制： 直角坐标系；双对数坐标系 在 常 规 试 验 中 ， 一 般 按 P ＝ 0.05 、 0.1 、 0.2 、 0.3 、 0.4MPa五级加荷；试验时以较小的压力开始，采取小增 量多级加荷，并加到较大精选的pp荷t 载(例如1-1.6MPa)为止。25
经过长期的试验，人们已认识到，土的抗剪强度指标是
随试验时的若干条件而变的，其中最重要的是试验时的排水
条件，也就是说，同一种土在不同排水条件下进行试验，可
以得出不同的c和fai值。因此，也有将c称为”视粘聚力”，
意思是它表面上看来好抗剪强度的一部分，是在一
4.2 土的物理力学性质及其指标
4.2.1 土的三相比例指标 2.2.2 无粘性土的紧密状态 4.2.3 粘性土的物理特征 4.2.4 土的力学性质
土的三相组成及其比例指标
•固相 •液相 •气相
不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。
土的三相组成的重量和体积之间的比例关系不同，则土的 重量性质(轻、重情况)、含水性(含水程度)和孔隙性(密 实程度)等基本物理性质各不相同，并随着各种条件的变 化而改变。例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高 或降低，都将改变土中水的含量；经过压实，其孔隙体积 将减小。这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映出 来。
小 于 0.2 ， Cc 值 大 于 0.4