第二章土的物理性质及工程分类
《土力学》第二章习题及答案
《土力学》第二章习题及答案第2章土的物理性质及工程分类一、填空题1.处于半固态的粘性土，其界限含水量分别是、。
2.根据塑性指数，粘性土被分为土及土。
3.淤泥是指孔隙比大于且天然含水量大于的土。
4.无粘性土根据土的进行工程分类，碎石土是指粒径大于2mm的颗粒超过总质量的土。
5.冻胀融陷现象在性冻土中易发生，其主要原因是土中水分向冻结区的结果。
6.粘性土的灵敏度越高，受后其强度降低就越，所以在施工中应注意保护基槽，尽量减少对坑底土的扰动。
7.通常可以通过砂土的密实度或标准贯入锤击试验的判定无粘性土的密实程度。
二、名词解释1.液性指数2.可塑状态3.相对密实度4.土的湿陷性5.土的天然稠度6.触变性三、单项选择题1.下列土中，最容易发生冻胀融陷现象的季节性冻土是：（A）碎石土（B）砂土（C）粉土（D）粘土您的选项（）2.当粘性土含水量减小，土体积不再减小，土样所处的状态是：（A）固体状态（B）可塑状态（C）流动状态（D）半固体状态您的选项（）3.同一土样的饱和重度γsat、干重度γd、天然重度γ、有效重度γ′大小存在的关系是：（A）γsat > γd > γ > γ′（B）γsat > γ > γd > γ′（C）γsat > γ > γ′> γd（D）γsat > γ′> γ > γd您的选项（）4.已知某砂土的最大、最小孔隙比分别为0.7、0.3，若天然孔隙比为0.5，该砂土的相对密实度Dr为：（A）4.0（B）0.75（C）0.25（D）0.5您的选项（）5.判别粘性土软硬状态的指标是：（A）液限（B）塑限（C）塑性指数（D）液性指数您的选项（）6亲水性最弱的粘土矿物是：（A）蒙脱石（B）伊利石（C）高岭石（D）方解石您的选项（）7.土的三相比例指标中需通过实验直接测定的指标为：（A）含水量、孔隙比、饱和度（B）密度、含水量、孔隙率（C）土粒比重、含水量、密度（D）密度、含水量、孔隙比您的选项（）8.细粒土进行工程分类的依据是：（A）塑限（B）液限（C）粒度成分（D）塑性指数您的选项（）9.下列指标中，哪一指标数值越大，密实度越小。
土力学课件第2章_土的物理性质及分类
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
第二章土的工程性质及分类
For personal use only in study and research; not for commercial use第二章土的性质及工程分类土的性质包括：物理性质、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。
由于三相比例的不同，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，因此土的物理性质是我们研究的主要特性之一。
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土的渗透性及渗流土的动力特性地基(岩)土的工程分类2.1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，下面看三相组成示意图。
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。
2.2土的三相组成及土的结构2.2.1 土的组成一、土的固体颗粒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。
2.2.1.1土的矿物成分矿物成分分为原生矿物、次生矿物2.2.1.2土粒粒组自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质也相应地发生变化。
例如，土的性质随着粒径的变细，可由无粘性变化到有粘性。
因此可以将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干组，各个粒组，随着分界尺寸的不同而呈现一定质的变化，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
目前我国常用的土粒粒组划分方法，按照界限粒径的大小，将土粒分为六个组：漂石（块石）（＞200）、卵石（碎石）（200～60）、圆砾（角砾）（60～2）砂粒（2～0.075）、粉粒（0.075～0.005）和粘粒＜0.005（注漂石、卵石、圆砾是一定磨圆形状、圆形或亚圆形）土中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来表示，称为土的颗粒级配。
如何来分析土中的颗粒级配情况，通常用筛分法与水分法两种。
土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)
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）
土的物理性质及地基土的工程分类
第二章 土的物理性质及地基土的工程分类1. 土力学的研究对象：土土——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。
§2-1 土的组成一、土的组成⎪⎩⎪⎨⎧孔隙中的水液气体气冰土颗粒固:::土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。
这就是土的物理性质。
二、土的固体颗粒（一）土的颗粒级配1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小3．粒组——为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。
粒组的划分：漂石 粘粒 4．颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析：①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10分析⎩⎨⎧级配良好不均匀粒径大小接近曲线陡级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓②不均匀系数（C u ）1060u d /d C = ⎩⎨⎧<>级配不良级配良好5C 0C u u式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d 60。
d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d 10。
③曲率系数（C c ）6010230c d d d C ⋅=式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30表示。
C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。
（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。
如石英等。
粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。
粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪⎨⎧高岭石伊利石蒙脱石粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。
土力学第2章 (1)
e
Gs w
d
1
16
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs ＝ ms / Vs得 土粒的质量ms=ρs。按w= mw / ms ，水得质量mw=wρs，则水得体积 vw= mw / ρw =wρs/ρw。于是，Sr定义可得：
塑限（Wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是 可塑状态的下限含水率； 缩限（Ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘 性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。
31
2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。 液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm 液限－ 5秒入土10mm时的含水率17mm 液限－ 5秒入土17mm时的含水率
I p wL wp
塑性指数越高，结合水含量可能高，土的粘粒含量越高。
工程中:用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。
35
2.液性指数
第一章 土的物理性质指标与工程分类
IL w wp wL w p w wp Ip
粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
式中：IL——液性指数，以小数表示；
沈阳建筑大学
土力学
第2章 土的物理性质及分类
主讲教师: 王宁伟
2.1
概述
• 土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性 质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学 性质。 • 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就 是说土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间 在数量上所占有的比例，因此土力学中采用三相之间在体 积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。
土力学 第2版 第二章 土的物理性质及分类
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
陈希哲《土力学地基基础》笔记和课后习题(含真题)详解(土的物理性质及工程分类)
土的密度 ρ 和土的重度 γ
土的三项基本物理性质指标 土粒相对密度 Gs（ds）
土
反映土的松密程度的指标 土的含水率 w
的 土的物理性质指标 反映土中含水程度的指标
物 理
特定条件下土的密度（重度）
性
用孔隙比 e 为标准
质 及
无黏性土的密实度 以相对密度 Dr 为标准
工
以标准贯入试验 N 为标准
程 分
吸引，形成具有很大孔隙癿蜂窝状结构
那些粒徂极细癿黏土颗粒（粒徂小于
絮状结 0.005mm）在水丨长期悬浮，这种土粒在
构（二 水丨运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链
级蜂窝 环状癿土集粒，质量增大而下沉，弼一丧
结构） 小链环碰到另一小链环时相互吸引，丌断
扩大形成大链环状，称为絮状结构
（2）土癿构造
土癿构造是指同一土层丨，土颗粒乊间相互关系癿特征。土癿构造常见癿有下列几种，
二、土癿三相组成 土癿三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。土丨癿固体矿物构成土癿骨架， 骨架乊间存在大量孔隙，孔隙丨充填着水和空气。 土体三相比例丌同，土癿状态和工程性质也随乊各异，例如：固体+气体（液体=0） 为干土。此时黏土呈坒硬状态。固体+液体+气体为湿土，此时黏土多为可塑状态。固体+ 液体（气体=0）为饱和土。 1．土癿固体颗粒 土癿固体颗粒是土癿三相组成丨癿主体，是决定土癿工程性质癿主要成分。 （1）土粒癿矿物成分（见表 2-1-4）
状构造丨，因裂隙强 度低、渗透性大，工
3 / 53
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
裂隙状构造
土体丨有很多丌连续癿小裂隙，某些硬塑戒坒硬状 态癿黏土为此种构造
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2017/10/24
1
2.1.1 土的生成
由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震 等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程
量 物理风化
岩石
搬运沉积
大小、 形状和 成分都 不相同 的松散 颗粒集 合体 土
化学风化 量质
岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩 石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程未分解的动植 物残体、有机残余物（泥炭）和腐殖质。
腐殖质含量在1.5%～2%以上称为淤泥类土，压缩性
极高，强度很低。
有机质含量〉5%的土称为有机质土。
14
2017/10/24
土粒的粒径级配
1.土粒粒度与粒组
土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示，以mm为单位。 介于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。以mm表示。 划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
2017/10/24
3
土的种类
1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落
形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根 据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态
密实状态
2017/10/24
疏松状态
4
2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不 再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结 构
3. 透水性大
2017/10/24
7
2.2 土的三相组成
质量m 气
m
体积V
Vw Va
mw —土中水质量
水
土粒
Va —土中气体积 Vw —土中水体积 Vs —土粒体积
mw
ms —土粒质量
ms
m ms mw
（土的总质量）
Vv Vw Va
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
8
2017/10/24
Vs
V
Vv
1. 固体+气体（液体=0）为干土，粘土呈坚硬状态
2. 固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态
3. 固体+液体（气体=0）为饱和土。
此时松散的粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产 生液化；粘土地基受建筑荷载作用发生沉降，有 时需几十年才能稳定。
2017/10/24 9
2017/10/24
生物风化
由动物、植物和人类活动对岩体的破坏 称生物风化。
2
2.1.2 土的结构和构造
微观结构 （土的结构） 土的 结构 宏观结构 （土的构造）
指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大 小、矿物成分、形状、相互排列及联结关系， 土中水性质及孔隙特征等形成的综合特征。
是同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近 的各部分之间的相互关系的特征，表征了土层 的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。
蜂窝结构
絮状结构
3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。 当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝 聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构 2017/10/24 5
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
粒组界限值力求服从简单的数学规律。
200、60、2、0.075、0.005
0.005 0.075 2 60
(mm)
200
粘粒
2017/10/24
粉粒
砂粒
砾粒
碎石
块石
15
细粒
粗粒
巨粒
粒组 统称
粒组名称 漂石（块石） 粒 卵石（碎石） 粒 砾 粒 粗砾 细砾 粗砂 砂 粒 中砂 细砂 粉粒
粒径d范围 （mm） d>200 60<d≤200 20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0. 25
2.粒度成分分析试验
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（是指土样各粒组的质量占土粒总质量的 百分数）表示，称为土的粒度成分或颗粒级配 筛分法 试验方法 沉降分析法 适用于d＜0.075mm
（虹吸比重瓶法、移液管法、密度计法）
适用于0.075mm≤d≤60mm
2017/10/24
原生矿物
化学 风化
可溶性 次生矿物
成分改变 不可溶性 次生矿物
次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化 作用，使其进一步分解而形成一些颗粒更细小的新 矿物。
2017/10/24
可溶性次生矿物又叫水溶盐，常见的有石盐、石膏13 等。
不可溶性次生矿物又有次生二氧化硅、倍伴氧化物 和粘土矿物（高岭石、蒙脱石、伊利石（水云 母））。
分析 方法
主 要 特
征
巨粒
直接 透水性很大，压缩性极小，颗 测定 粒间无粘结，无毛细水
粗粒
筛 分 法
透水性大，压缩性小，无粘性； 毛细水上升高度不超过粒径大 小
0.005<d≤0. 075 d≤0.005
细粒
2017/10/24
粘粒
透水性小，压缩性中等，微粘 性；毛细水上升高度较大较快， 静水 易冻胀 沉降 原理 透水性极弱，压缩性变化大， 具粘性和可塑性；毛细水上升 16 高度大，但慢
土粒的矿物成分
1. 原生矿物：物理风化 2. 次生矿物：化学风化 3. 腐殖质：土的压缩性增大，有机含量超过3%-5%的
土不宜作为建筑材料。
2017/10/24
10
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
1.土粒矿物组成
原生矿物 矿物质 固体颗粒 次生矿物 粘土矿物 可溶盐 无定形氧化物胶体 有机质
17
2.粒度成分分析 试验
筛分法
用一套孔径不同的筛 子，按从上至下筛孔
逐渐减小放置（如20、
2、0.5、0.25、0.1、 0.075mm）。将事先
称过质量的烘干土样
1.层状构造：土体由不同颜色或不同的粒径的土组成
层理，一层一层互相平行。
2.分散构造：颗粒均匀、性质相近。砂、卵石等 3.结核状构造：细料土中混有粗颗粒。 4.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
2017/10/24 6
2.1.3 土的工程性质
1. 压缩性高 2. 强度低
2017/10/24 11
物理风化
岩石
岩石破碎 化学成分不改变
原生矿物
原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物 碎屑，它们主要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中。. 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
2017/10/24 12