土力学第二章
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土力学课件第2章_土的物理性质及分类
• 一类是根据直接指标换算的，称为间接指标（换 算指标），有 孔隙比（void rate） 孔隙率（porosity） 饱和度（degree of saturation）
2.2.1 土的三相比例关系图
质量
m mw ms
气 水 土粒
体积
Va
Vv
Vw
V
Vs
ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量
100 %
（7）干密度ρd干容重γd • 定义：单位体积内土粒的质量或重量
• 表达式：
d
ms V
d
ms g V
d
g
• 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不 等于烘干土的密度。
• 土的干密度或干容重是评价土密实程度的 指标，干密度或干容重越大表明土越密实， 反之越疏松。常用它来控制填土工程的施 工质量。
干密度与湿密度和含水率的关系
m
V
d
wd
1
d 1 w
d
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d
ms V
s
1 e
e dsw 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv
ws w
e
wd s e
当土饱和时，即为Sr=100％
则
e wsat ds
w
sat
Gs e 1 e
w
Gs 1 1 e
e Gs (1 w)w 1
n 1 d Gs w
St
w d nw
kN/m3 kN/m3 kN/m3 kN/m3
2.2.1 土的三相比例关系图
质量
m mw ms
气 水 土粒
体积
Va
Vv
Vw
V
Vs
ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量
100 %
（7）干密度ρd干容重γd • 定义：单位体积内土粒的质量或重量
• 表达式：
d
ms V
d
ms g V
d
g
• 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不 等于烘干土的密度。
• 土的干密度或干容重是评价土密实程度的 指标，干密度或干容重越大表明土越密实， 反之越疏松。常用它来控制填土工程的施 工质量。
干密度与湿密度和含水率的关系
m
V
d
wd
1
d 1 w
d
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d
ms V
s
1 e
e dsw 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv
ws w
e
wd s e
当土饱和时，即为Sr=100％
则
e wsat ds
w
sat
Gs e 1 e
w
Gs 1 1 e
e Gs (1 w)w 1
n 1 d Gs w
St
w d nw
kN/m3 kN/m3 kN/m3 kN/m3
土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)
固 态 结晶水
强结合水
固体 状态
结合水
土中的水
液 态
不任意流动
弱结合水 毛细水
自由水
重力水
气 态
四种—书中P13
+ + + +_ + _ _ _ _ + _ _ _ __ + _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _
粘土颗粒
强结合水
弱结合水
自由水
O 2
粘粒
H+
105o
H+
水分子 极 性
（c）土中的气体（空气）
判断标准：
N63.5 ≤5 松散
稍密 中密 密实 N ≤ 10 松散 稍密 中密
碎石土
5＜ N63.5 ≤10 10＜ N63.5 ≤20 N63.5 ＞20
砂 土
密实状态
10＜ N ≤15 15＜ N ≤30
密实状态
N ＞30
标准贯入 击数
密实
重Ⅰ型 动力触探击数
（3） 粘性土的物理状态（软－硬状态）
Va 气体 ma=0 mw=w ρs Vw
水
mw
Vv=e V =e+1
ms= ρs
Vs 土粒 ms
Vs=1
干容重计算公式：
ms g s g Gs w g Gs w d d g V e 1 e 1 e 1
浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。
隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对 比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。
emax e Dr emax emin
0.67＜Dr≤1.0 密实 中密 松散 （《地基与基础》－p27）
强结合水
固体 状态
结合水
土中的水
液 态
不任意流动
弱结合水 毛细水
自由水
重力水
气 态
四种—书中P13
+ + + +_ + _ _ _ _ + _ _ _ __ + _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _
粘土颗粒
强结合水
弱结合水
自由水
O 2
粘粒
H+
105o
H+
水分子 极 性
（c）土中的气体（空气）
判断标准：
N63.5 ≤5 松散
稍密 中密 密实 N ≤ 10 松散 稍密 中密
碎石土
5＜ N63.5 ≤10 10＜ N63.5 ≤20 N63.5 ＞20
砂 土
密实状态
10＜ N ≤15 15＜ N ≤30
密实状态
N ＞30
标准贯入 击数
密实
重Ⅰ型 动力触探击数
（3） 粘性土的物理状态（软－硬状态）
Va 气体 ma=0 mw=w ρs Vw
水
mw
Vv=e V =e+1
ms= ρs
Vs 土粒 ms
Vs=1
干容重计算公式：
ms g s g Gs w g Gs w d d g V e 1 e 1 e 1
浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。
隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对 比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。
emax e Dr emax emin
0.67＜Dr≤1.0 密实 中密 松散 （《地基与基础》－p27）
2 土力学 第二章 土的渗透性及水的渗流
作用方向与渗流方向一致！
二、临界水力梯度及渗透破坏 当土中水向上渗流时，渗透力垂直向上而与土样重力方向相反，若渗透力 等于土样浮度，即
j = iγ w = γ , 得临界水力梯度： i cr =
γ' γw
土木工程学院 岩土系 冷伍明
第二章 土的渗透性及水的渗流
因此，若土中水向上渗流： ⑴若i>icr，会发生流土破坏，即“管涌”； ⑵若i=icr，流土处于临界状态，即“悬浮”； ⑶若i<icr，不会发生流土破坏。
h = z + hW + hV
由于水在土中渗流的速度一般很小，hv≈0，因此
h = z + hW = z +
u
γw
式中 u为该点的静水压力
土木工程学院 岩土系 冷伍明
第二章 土的渗透性及水的渗流
A、B两点的总水头可分别表示为：
hA = z A +
γω
uA
; hB = z B +
γω
uB
A、B两点间的总水头差：
作业题：P54： 2-7，2-9 补题1：什么是渗透力、临界水力梯度？
土木工程学院 岩土系 冷伍明
第二章 土的渗透性及水的渗流 §2.1 土的渗透定律
土的渗透性：由于土中孔隙是相互连同 的，土体孔隙中的自由水会由于总水头 差而产生流动，这种土体被水透过的性 质，称为土的渗透性(permeability)。 一、土中渗流的总水头与水力梯度 土中一点的总水头由三项组成：势水头 z、静水头hw和动水头hv，即：
土木工程学院 岩土系 冷伍明
第二章 土的渗透性及水的渗流
二、成层土的平均渗透系数 成层土渗透系数的计算方法见P43 三、渗透系数的室内测定方法 渗透系数k不能用理论方法求得，只能通过试验确定。 测定k值室内方法：定水头法、变水头法。 （1）定水头法 保持总水头差Δh不变，在t时间内，量得透过土样的水量为Q，求k： 根据达西定律
二、临界水力梯度及渗透破坏 当土中水向上渗流时，渗透力垂直向上而与土样重力方向相反，若渗透力 等于土样浮度，即
j = iγ w = γ , 得临界水力梯度： i cr =
γ' γw
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第二章 土的渗透性及水的渗流
因此，若土中水向上渗流： ⑴若i>icr，会发生流土破坏，即“管涌”； ⑵若i=icr，流土处于临界状态，即“悬浮”； ⑶若i<icr，不会发生流土破坏。
h = z + hW + hV
由于水在土中渗流的速度一般很小，hv≈0，因此
h = z + hW = z +
u
γw
式中 u为该点的静水压力
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第二章 土的渗透性及水的渗流
A、B两点的总水头可分别表示为：
hA = z A +
γω
uA
; hB = z B +
γω
uB
A、B两点间的总水头差：
作业题：P54： 2-7，2-9 补题1：什么是渗透力、临界水力梯度？
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第二章 土的渗透性及水的渗流 §2.1 土的渗透定律
土的渗透性：由于土中孔隙是相互连同 的，土体孔隙中的自由水会由于总水头 差而产生流动，这种土体被水透过的性 质，称为土的渗透性(permeability)。 一、土中渗流的总水头与水力梯度 土中一点的总水头由三项组成：势水头 z、静水头hw和动水头hv，即：
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第二章 土的渗透性及水的渗流
二、成层土的平均渗透系数 成层土渗透系数的计算方法见P43 三、渗透系数的室内测定方法 渗透系数k不能用理论方法求得，只能通过试验确定。 测定k值室内方法：定水头法、变水头法。 （1）定水头法 保持总水头差Δh不变，在t时间内，量得透过土样的水量为Q，求k： 根据达西定律
土力学 第2版 第二章 土的物理性质及分类
环刀法
环刀的容积V=60cm3； 环刀的质量m1； 环刀和土的质量m2；
土的密度: m2 m1
V
2.2.2 指标的定义
土力学
2.特殊条件下土的密度
质量m
体积V
Vw Va Vv
气
mw
水
m
ms
土粒
Vs V
（1）干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量 （紧密程度）
d
ms V
（2）饱和密度ρsat ：土体中孔 （3）浮密度ρ ：在地下水位
出合适的名称，可以概略评价土的工程性质。
第2章 土的物理性质及分类
2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3 粘性土的物理特征 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粉土的密实度和湿度 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 2.7 土的分类
土力学
2.2 土的三相比例指标
2.2.1 土的三相比例关系图 2.2.2 指标的定义 2.2.3 指标的换算
土力学
2.2.1 土的三相比例关系图
土力学
质量m
气
mw —土中水质量
mw
水
m
ms —土粒质量
ms
土粒
Vs V
Vw Va Vv
体积V
Va —土中气体积 Vw —土中水体积
Vs —土粒体积
m ms mw
Vv Vw Va
（土的总质量）
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
2.2 土的三相比例指标
ds
ms
Vs 1
s 1
测定方法：比重瓶法
ρs—土粒密度，单位体积土粒质量 ρw1 —纯水在40C时的密度，1g/cm3
土粒相对密度变化范围不大：一般，砂类土2.65～2.69；粉性土
环刀的容积V=60cm3； 环刀的质量m1； 环刀和土的质量m2；
土的密度: m2 m1
V
2.2.2 指标的定义
土力学
2.特殊条件下土的密度
质量m
体积V
Vw Va Vv
气
mw
水
m
ms
土粒
Vs V
（1）干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量 （紧密程度）
d
ms V
（2）饱和密度ρsat ：土体中孔 （3）浮密度ρ ：在地下水位
出合适的名称，可以概略评价土的工程性质。
第2章 土的物理性质及分类
2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3 粘性土的物理特征 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粉土的密实度和湿度 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 2.7 土的分类
土力学
2.2 土的三相比例指标
2.2.1 土的三相比例关系图 2.2.2 指标的定义 2.2.3 指标的换算
土力学
2.2.1 土的三相比例关系图
土力学
质量m
气
mw —土中水质量
mw
水
m
ms —土粒质量
ms
土粒
Vs V
Vw Va Vv
体积V
Va —土中气体积 Vw —土中水体积
Vs —土粒体积
m ms mw
Vv Vw Va
（土的总质量）
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
2.2 土的三相比例指标
ds
ms
Vs 1
s 1
测定方法：比重瓶法
ρs—土粒密度，单位体积土粒质量 ρw1 —纯水在40C时的密度，1g/cm3
土粒相对密度变化范围不大：一般，砂类土2.65～2.69；粉性土
土力学第2章
常用的土的物理指标共有九个 土的密度 土粒相对密度 土的含水量 干密度 饱和密度 浮密度 孔隙比
孔隙率
饱和度
2.2 物理性质指标间的换算
常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过 换算可以求出其余的六个。
（一）孔隙比与孔隙率的关系
设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/Vs可知，孔隙的体积Vv 为e，土体的体积V为（1＋e），于是有：
I w w
p L
p
塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量 越高。
2.液性指数
粘性土的状态可用液性指数来判别。
定义为：
IL
w wp wL wp
w wp Ip
式中：IL—液性指数，以小数表示； w—土的天然含水率。
液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系 ，表达了天然土所处的状态。
【例题】某一块试样在天然状态下的体积为60cm3 ，称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为 96.43g，根据试验得到的土粒相对密度ds为2.7， 试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率 、孔隙比、孔隙率和饱和度。
【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，
得 ρ=m ／ v=180 ／ 60=1.8g/cm3
塑限测定方法
搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃 上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻 恰好出现裂缝，就把土条的含水率定为 塑限 液塑限联合测定法：取代表性试样，加 入不同数量的纯水，调制成三种不同稠 度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重 作用下经5秒后沉入试样的深度。以含水 率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标， 在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2 毫米所对应的含水率为塑限。
粘性土
含水量
孔隙率
饱和度
2.2 物理性质指标间的换算
常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过 换算可以求出其余的六个。
（一）孔隙比与孔隙率的关系
设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/Vs可知，孔隙的体积Vv 为e，土体的体积V为（1＋e），于是有：
I w w
p L
p
塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量 越高。
2.液性指数
粘性土的状态可用液性指数来判别。
定义为：
IL
w wp wL wp
w wp Ip
式中：IL—液性指数，以小数表示； w—土的天然含水率。
液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系 ，表达了天然土所处的状态。
【例题】某一块试样在天然状态下的体积为60cm3 ，称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为 96.43g，根据试验得到的土粒相对密度ds为2.7， 试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率 、孔隙比、孔隙率和饱和度。
【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，
得 ρ=m ／ v=180 ／ 60=1.8g/cm3
塑限测定方法
搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃 上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻 恰好出现裂缝，就把土条的含水率定为 塑限 液塑限联合测定法：取代表性试样，加 入不同数量的纯水，调制成三种不同稠 度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重 作用下经5秒后沉入试样的深度。以含水 率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标， 在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2 毫米所对应的含水率为塑限。
粘性土
含水量
第二章土力学
方法一：判断静水压力与土总重量之间的平衡 ? ?ihi ? ?wHw
解：设测压管水位高出地面 x m，
则砂土层上界面b以上：
总静水压力
?wH w ? ?w ? (3 ? 1.5 ? 1.5 ? x)
T = - Gd ? 大小： T =γw i (KN/m3) ? 方向：自上而下、自下而上、水平 ? 作用：冲刷作用、影响土体渗流稳定性
T （ Gd ）公式的推导：
γwh1F
α
TLF γwLF cos α
α
γwLF
γwh2F
对水柱体BA受力分析：
前提：水头差(H1-H2)；长度 L；截面积F 忽略渗流水惯性力。
? 毛细压力（毛细粘聚力） 在土粒接触面上由于空气和水分界面产生的表面张力。
§2.2 土的水理性质（三）
? 2.2.2 土的冻胀融陷特性
? 冻胀：未冻结区水分不断向冻结区迁移和积聚，使冰晶体不断扩 大，土层中形成冰夹层，土体发生隆起。
? 融陷：土层解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷。 ? 冻融对工程影响
成层土渗流示意图
n
n
? ? qx ? qix ? kii ?Hi
i?1
i?1
qx ? kxi ?H
达西 定律
? kx
?
1 H
n
ki ?Hi
i?1
§2.5 渗透系数的测定（四）
? 与土层面垂直时的平均渗流系数
成层土渗流示意图
qy
?
ky
h H
?A
qiy
?
ki
? hi Hi
?A
qy ? qiy
? ky ? H
? 按水流在空间上的分布状况 一维、二维、三维流动
土力学第二章习题解答
下面根据表2 5均布竖向条形荷载的附加应力系数，得
A 0.82 500＝410kPa B 0.74 500 370kPa C 0.48 500 240kPa D 0.08 500 40kPa
习题
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习题
习题4
答：应首先求出基底附加应力，基底附加 应力旳计算公式为：P0＝p－0d。求p中旳 G时用旳是基础及回填土旳平均容重20， 而减去自重应力时旳容重是地基土旳真 实容重。
□详细看下面：
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G 41.5 20 120
基底附加应力p 1988 120 181.5 500kN / m 4
算基底面下任一点旳附加应力？ 答：小结见下页； 详细见教材。
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习题
思索题7 对于上层硬下层软或上层软下层硬旳双层地基， 在软硬层分界面上旳应力分布较均质土有何区别？
答： 1 上层软弱下层坚硬旳情况。E2》E1
这时将出现应力集中现象。 2 上层坚硬下层软弱旳情况。E2《E1 这时将出现应力扩散现象。
这些规律即地基中附加应力旳扩散作用。此规律 与一根柱体受集中荷载后情况完全不同，柱体 受集中荷载后，沿柱体长度方向，各水平面上 旳应力基本不变并未发生扩散作用。
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习题
思索题5 假设作用于基础底面旳总应力不变，若埋置深 度增长对土中附加应力有何影响？
答：降低附加应力。 思索题6 何为角点法？怎样加应力时有哪些基本 假定？这些假定是否合理可行？
答：1 基础刚度为0；即基底作用旳是柔性荷载； 2 地基是连续、均匀、各项同性旳线性变形半 无限体。
这些假定不合理但可行：因为严格地说，地基并 不是均匀、连续、各向同性旳半无限直线弹性 体。实际上，地基是分层旳。而地基旳应力应 变特征，有时也不符合直线特征，尤其是在应 力较大时，更是明显偏离直线变化旳要求。精 确地说，地基是弹性塑性体和各向异性体。但 是，实践证明：本地基上作用旳荷载不是很大，
A 0.82 500＝410kPa B 0.74 500 370kPa C 0.48 500 240kPa D 0.08 500 40kPa
习题
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习题
习题4
答：应首先求出基底附加应力，基底附加 应力旳计算公式为：P0＝p－0d。求p中旳 G时用旳是基础及回填土旳平均容重20， 而减去自重应力时旳容重是地基土旳真 实容重。
□详细看下面：
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G 41.5 20 120
基底附加应力p 1988 120 181.5 500kN / m 4
算基底面下任一点旳附加应力？ 答：小结见下页； 详细见教材。
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习题
思索题7 对于上层硬下层软或上层软下层硬旳双层地基， 在软硬层分界面上旳应力分布较均质土有何区别？
答： 1 上层软弱下层坚硬旳情况。E2》E1
这时将出现应力集中现象。 2 上层坚硬下层软弱旳情况。E2《E1 这时将出现应力扩散现象。
这些规律即地基中附加应力旳扩散作用。此规律 与一根柱体受集中荷载后情况完全不同，柱体 受集中荷载后，沿柱体长度方向，各水平面上 旳应力基本不变并未发生扩散作用。
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习题
思索题5 假设作用于基础底面旳总应力不变，若埋置深 度增长对土中附加应力有何影响？
答：降低附加应力。 思索题6 何为角点法？怎样加应力时有哪些基本 假定？这些假定是否合理可行？
答：1 基础刚度为0；即基底作用旳是柔性荷载； 2 地基是连续、均匀、各项同性旳线性变形半 无限体。
这些假定不合理但可行：因为严格地说，地基并 不是均匀、连续、各向同性旳半无限直线弹性 体。实际上，地基是分层旳。而地基旳应力应 变特征，有时也不符合直线特征，尤其是在应 力较大时，更是明显偏离直线变化旳要求。精 确地说，地基是弹性塑性体和各向异性体。但 是，实践证明：本地基上作用旳荷载不是很大，
土力学第二章：土的物理性质及工程分类全解
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 巨粒(>200mm)
土颗粒
粗粒(0.075-200mm)
卵石或碎石颗粒 (20200mm)
圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm)
细粒(<0.075mm)
粉粒(0.005-0.075mm)
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ①温差风化：由于温差 变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程， 常发生在温差较大的干 旱气候地区。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。 水结成冰时其体积可增 大9.2％。冰体将对裂缝 壁产生2000kg／cm2的 巨大压力。
1.0 ,0.5, 0.25,
0.075
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (1) 筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm
2.2 土的三相组成
筛析机
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (2) 比重计法:适用于d＜0.075mm
粒径<0.25mm: 粒径<0.075mm:
1-155 0 0151 000 1% 0 500
1-15 5 0 015 100 3 0 04% 500
<2.0
<1.0
<0.5
<0.25
<0.075
90%
60%
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（1）几个基本概念
粒度:土粒的大小称为粒度。 粒 度 成 分 ： 不 同 粒 径 颗 粒 的 相 对 含 量 （ 颗 粒 级
配）。 粒组：性质相近的土粒合并为组。
a、粒组间的分界线是人为划定的; b、划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应; c、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。 d、表2给出国内常用的粒组划分方法。
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结 合 水 示 意 图
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（1）结晶水
它是存在于矿物的晶体格架内部或参与到矿物构 造中的水。只有在温度比较高（80°~680°）的情况下 才能化为气态水而与土粒分离。可以把结晶水当作矿物 颗粒的一部分。
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土级配优劣的标准
a、级配良好土：曲线光滑连续，不存在平台段，坡度平缓
满足Cu>5及Cc=1-3两个条件
（ 图 2 的 土 曲 线 ）
B
2021/3/11
图2 土的颗粒级配曲线 24
b、级配不良土：级配曲线坡度陡峭，粗细颗粒均匀；
级配曲线存在平台段，即存在不连续粒径。
不能同时满足Cu>5及Cc=1-3两个条件
筛 孔 径（mm）
2.0 1.0 0.5 0.25 0.15 0.075 底盘
各级筛上的土粒质量（g） 100 100 250 300 100 50 100
小于各级筛孔径的土粒含量 90 80 55 25 15 10 （%）
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颗粒级配曲线
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颗粒级配曲线
▪ 用半对数制表示颗粒级配曲线 横坐标(按对数比例尺)：表示某一粒径（d）； 纵坐标：表示小于某一粒径的土粒百分含量（%）。
（ 图 2 的 土 和 土 曲 线 ）
CA
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图2 土的颗粒级配曲线
25
颗粒级配曲线
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三、土的液相
在自然界中，土中总是含有水的，土的液 相就是指水以及各种离子的液体。土中水的状 态可以为液态、固态或气态。土中细粒愈多， 土的分散愈大，水对土性质的影响也愈大。研 究土中的水，必须考虑水在土中存在的状态及 其与土的相互作用。
第1章 土的物理性质及工程分类
2021/3/11
1
土的生成和演变
风化
沉积
岩石 土 岩石
2021/3/11
2
土的形成：地质历史的产物，是地球表面的整体 岩石在大气中经受自然力和自然环境的 长期风化作用形成。
反向过程：土经过很长的地质年代，发生复杂的 物理化学变化，逐渐压密、岩化，最终 又可形成岩石。
c. 综合分析 筛分法和沉降分析法结合
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（3）粒度成分及其表示方法
表格法 颗粒级配曲线法（见图1-1） 三角坐标法
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表格法
例：从干砂样中称取质量1000g的式样，放入标准筛 中，经充分振摇后，称得各级筛上留存的土粒质量， 见下表中的第二行，试求土内各粒组的土粒质量。
循环演变：岩石土岩石土……。重复进行。
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风化作用
（1）物理风化 地质构造力；温度变化；冰冻作用；碰
撞作用。
颗粒大小发生改变，化学成分保持不变。 生成原生矿物。
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4
（2）化学风化
水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用 矿物化学成分变化，形成次生矿物。 正长石 高磷石(水解 )
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a. 筛分法：适用于粒径大于0.075mm的粗颗粒土。
图1 摆筛图
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用一套孔径不 同的筛子，按从上 至下筛孔逐渐减小 放置。将事先称过 质量的烘干土样过 筛，称出留在各筛 上的土质量，然后 计算其占总土粒质 量的百分数 。
15
b. 沉降分析法：适用于粒径小于0.075mm的 细颗粒土。 斯托克斯(stokes)定理：颗粒下沉速 度与颗粒直径的平方成正比。
Cu愈大，颗粒愈不均匀；
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曲率系数：
Cc
d
2 30
d60 d10
d30 （ 连 续 粒 径 ） — 小 于 该 粒 径 的 含 量 占 总 量 的 30%
该指标考虑了中间粒径的 影响； Cc 大 于 3 ， 曲 率 变 化 快 ， 土均匀； Cc小于1，曲率变化平缓， 中间颗粒少；
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表2 粒组的划分（《公路土工试验规程》JTJ051-93
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12
（2）粒度成分测定方法
我们知道，土体常常是由多种不同粒组的混合物。 往往以砾石和砂粒为主要成分的土称为粗粒土，也称为 无粘性土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒 土，也称为粘性土。显然，土的性质取决于不同粒组的 相对含量。为了确定各粒组的相对含量，需用试验的方 法将粒组区分开来，这种试验方法统称为颗粒分析试验。 其试验方法有筛分法和沉降法两种。分界粒径为0.075.
（3）生物风化 植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用 动植物或人类活动的影响。
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5
小结：
（1）物理风化 （2）化学风化 （3）生物风化
需要注意： a、上述风化作用常常是同时存在的。 b、不同地区，自然条件不同，风化作用有
主次。 c、风化作用由地表向下逐渐减弱
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第一节 土的组成
▪ 由颗粒级配曲线可 知道某一粒径范围 的百分含量！
▪ 问题：如何判断级 配的好坏？
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▪ 两个指标表示大小、均匀程度及其级配情况
不均匀系数：
Cu
d 60 d 10
d60（限定粒径）—小于该粒径的含量占总量的60% d10（有效粒径）—小于该粒径的含量占总量的10%
该指标考虑了大颗粒和小 颗粒含量的差异；
次生矿物
高
岭
石
伊 利 石 化 学 风 化 产 物 ,颗 粒 较 细
蒙脱石
有机矿物- 腐 殖 质 , 颗 粒 很 小 , 与 水 作 用 大
有机质含量超过3%~5%的土应注明，不宜作为填筑材料。
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表1 土的矿物成分与粒组的关系
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10பைடு நூலகம்
（二）粒组的划分和颗粒级配曲线
一、土的三相组成
土 颗 粒 (土 固 体 骨 架 )
土(三相体混合物)
孔
隙
水
孔隙气
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7
土的三个基本特征
1、土的碎散性 2、三相性 3、自然变异性
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二、土的固相
（一）土的矿物成分与粒组关系（见下表1）
土
无机矿物
原 生 矿 物 - 物 理 风 化 产 物 , 颗 粒 一 般 较 粗
粒度:土粒的大小称为粒度。 粒 度 成 分 ： 不 同 粒 径 颗 粒 的 相 对 含 量 （ 颗 粒 级
配）。 粒组：性质相近的土粒合并为组。
a、粒组间的分界线是人为划定的; b、划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应; c、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。 d、表2给出国内常用的粒组划分方法。
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结 合 水 示 意 图
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（1）结晶水
它是存在于矿物的晶体格架内部或参与到矿物构 造中的水。只有在温度比较高（80°~680°）的情况下 才能化为气态水而与土粒分离。可以把结晶水当作矿物 颗粒的一部分。
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土级配优劣的标准
a、级配良好土：曲线光滑连续，不存在平台段，坡度平缓
满足Cu>5及Cc=1-3两个条件
（ 图 2 的 土 曲 线 ）
B
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图2 土的颗粒级配曲线 24
b、级配不良土：级配曲线坡度陡峭，粗细颗粒均匀；
级配曲线存在平台段，即存在不连续粒径。
不能同时满足Cu>5及Cc=1-3两个条件
筛 孔 径（mm）
2.0 1.0 0.5 0.25 0.15 0.075 底盘
各级筛上的土粒质量（g） 100 100 250 300 100 50 100
小于各级筛孔径的土粒含量 90 80 55 25 15 10 （%）
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颗粒级配曲线
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颗粒级配曲线
▪ 用半对数制表示颗粒级配曲线 横坐标(按对数比例尺)：表示某一粒径（d）； 纵坐标：表示小于某一粒径的土粒百分含量（%）。
（ 图 2 的 土 和 土 曲 线 ）
CA
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图2 土的颗粒级配曲线
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颗粒级配曲线
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三、土的液相
在自然界中，土中总是含有水的，土的液 相就是指水以及各种离子的液体。土中水的状 态可以为液态、固态或气态。土中细粒愈多， 土的分散愈大，水对土性质的影响也愈大。研 究土中的水，必须考虑水在土中存在的状态及 其与土的相互作用。
第1章 土的物理性质及工程分类
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土的生成和演变
风化
沉积
岩石 土 岩石
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土的形成：地质历史的产物，是地球表面的整体 岩石在大气中经受自然力和自然环境的 长期风化作用形成。
反向过程：土经过很长的地质年代，发生复杂的 物理化学变化，逐渐压密、岩化，最终 又可形成岩石。
c. 综合分析 筛分法和沉降分析法结合
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（3）粒度成分及其表示方法
表格法 颗粒级配曲线法（见图1-1） 三角坐标法
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表格法
例：从干砂样中称取质量1000g的式样，放入标准筛 中，经充分振摇后，称得各级筛上留存的土粒质量， 见下表中的第二行，试求土内各粒组的土粒质量。
循环演变：岩石土岩石土……。重复进行。
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风化作用
（1）物理风化 地质构造力；温度变化；冰冻作用；碰
撞作用。
颗粒大小发生改变，化学成分保持不变。 生成原生矿物。
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（2）化学风化
水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用 矿物化学成分变化，形成次生矿物。 正长石 高磷石(水解 )
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a. 筛分法：适用于粒径大于0.075mm的粗颗粒土。
图1 摆筛图
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用一套孔径不 同的筛子，按从上 至下筛孔逐渐减小 放置。将事先称过 质量的烘干土样过 筛，称出留在各筛 上的土质量，然后 计算其占总土粒质 量的百分数 。
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b. 沉降分析法：适用于粒径小于0.075mm的 细颗粒土。 斯托克斯(stokes)定理：颗粒下沉速 度与颗粒直径的平方成正比。
Cu愈大，颗粒愈不均匀；
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曲率系数：
Cc
d
2 30
d60 d10
d30 （ 连 续 粒 径 ） — 小 于 该 粒 径 的 含 量 占 总 量 的 30%
该指标考虑了中间粒径的 影响； Cc 大 于 3 ， 曲 率 变 化 快 ， 土均匀； Cc小于1，曲率变化平缓， 中间颗粒少；
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表2 粒组的划分（《公路土工试验规程》JTJ051-93
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（2）粒度成分测定方法
我们知道，土体常常是由多种不同粒组的混合物。 往往以砾石和砂粒为主要成分的土称为粗粒土，也称为 无粘性土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒 土，也称为粘性土。显然，土的性质取决于不同粒组的 相对含量。为了确定各粒组的相对含量，需用试验的方 法将粒组区分开来，这种试验方法统称为颗粒分析试验。 其试验方法有筛分法和沉降法两种。分界粒径为0.075.
（3）生物风化 植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用 动植物或人类活动的影响。
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小结：
（1）物理风化 （2）化学风化 （3）生物风化
需要注意： a、上述风化作用常常是同时存在的。 b、不同地区，自然条件不同，风化作用有
主次。 c、风化作用由地表向下逐渐减弱
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第一节 土的组成
▪ 由颗粒级配曲线可 知道某一粒径范围 的百分含量！
▪ 问题：如何判断级 配的好坏？
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▪ 两个指标表示大小、均匀程度及其级配情况
不均匀系数：
Cu
d 60 d 10
d60（限定粒径）—小于该粒径的含量占总量的60% d10（有效粒径）—小于该粒径的含量占总量的10%
该指标考虑了大颗粒和小 颗粒含量的差异；
次生矿物
高
岭
石
伊 利 石 化 学 风 化 产 物 ,颗 粒 较 细
蒙脱石
有机矿物- 腐 殖 质 , 颗 粒 很 小 , 与 水 作 用 大
有机质含量超过3%~5%的土应注明，不宜作为填筑材料。
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表1 土的矿物成分与粒组的关系
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10பைடு நூலகம்
（二）粒组的划分和颗粒级配曲线
一、土的三相组成
土 颗 粒 (土 固 体 骨 架 )
土(三相体混合物)
孔
隙
水
孔隙气
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土的三个基本特征
1、土的碎散性 2、三相性 3、自然变异性
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二、土的固相
（一）土的矿物成分与粒组关系（见下表1）
土
无机矿物
原 生 矿 物 - 物 理 风 化 产 物 , 颗 粒 一 般 较 粗