土的物理性质及工程分类
第1章 土的物理性质及分类
筛分法
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 P % 95 87 78 66 55 36
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
第1章 土的物理性质及工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 土的形成与三相组成 土的三相比例指标 无粘性土的密实度 粘性土的物理特征 土的工程分类
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
决定
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土 的 压 实 性：如何获得较好的土
知识要点
1.掌握土体的三相组成及三相比例 指标之间的换算 2.领会无粘性土密实度概念、判别 方法及砂土相对密度的计算 3.掌握粘性土的塑限、液限、塑性 指数和液性指数的概念及其物理状态评价 4.掌握无粘性土和粘性土的分类依据 和分类方法 5.掌握土的工程分类
§1.1 土的形成与三相组成 一、土的形成
固体颗粒 – 颗粒级配
土的三相组成 – 固体颗粒
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用 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。
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
土的物理性质及工程分类
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 某粒径范围内颗粒的含量。
陡—相应粒组质量集中；缓--相应粒组含量少；平台--相应粒组缺乏。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
粒径级配累积曲线及指标的用途：1.粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu 用于判定土的不均匀程度：Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土；3）曲率系数Cc 用于判定土的连续程度：C c = 1 ~ 3，级配连续土；Cc > 3或Cc < 1,级配不连续土。
4）不均匀系数Cu 和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣：如果 Cu ≥ 5且C c = 1 ~ 3，级配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 级配不良的土。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
土的物理性质与工程分类
土的稠度界限
学
土
阿特堡界限 (Atterberg limit)
固态 半固态
可塑态
V 固态
半固态
可塑态
液态 液态
力 学
Vs+Va Vs
水 颗粒
O
ws
wP
缩限
塑限
wL
w
液限
土 粘粒 强结合水
力弱结合水
学
自由水
液态
可塑态 固态或半固态
稠度状态 固态或半固态 土中水的形态 强结合水
土 【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g， 烘该干土后样，的干含土水质量量ω、为密16度7gρ。、若重土度粒 、的干相重对度密度d 、Gs孔为隙2.6比6，e、求饱 和重度sat和有效重度
g1.87101.78k/Nm m18 71.87 g/cm 3
3
力解
答
V 100
中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高
IP>17 粘土； 17≥IP>10粉质粘土； IP≤10粉土或砂类土 液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比
说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关
系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于 流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态
学 e=emax，表示土体处于最密实状态
Dr≤1/3
疏松 状态
1/3＜Dr≤2/3
中密 状态
密实 2/3＜Dr≤1 状态
3）按动力触探确定无粘性土的密实度
土 天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击
数N63.5进行评定。
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%
第二章 土的物理性质及工程分类
土粒质量 ms d 总体积 V
三、其他常用指标
1. 特殊条件下土的密度和重度
土的干重度 d
干重度—土单位体积土粒重量（kN/m3)
Ws ms g d d g m V V m w
ms
气
水 土粒
Va Vw Vs
Vv
三、其他常用指标
1. 特殊条件下土的密度和重度
（2）饱和密度和饱和重度 饱和密度 sat 饱和密度—孔隙充满水时土单位体积质量 （g/cm3或t/m3)
土粒质量 ms s 土粒体积 Vs
气
m mw ms 水 土粒 Va Vw Vs Vv
二、基本试验指标
1. 土粒相对密度 ds 土粒相对密度—土颗粒质量与同体积的4oC时的 纯水的质量之比。
Gs
Vs w1
ms
s w1
气
m mw 水 土粒
Va Vw Vs
Vv
纯水在4oC时的密度， 等于1g/cm3或1t/m3。
矿 物 质
固 体 颗 粒
次生矿物
固体颗粒矿物成分
原生矿物：原岩经物理风化生成的土粒，成分与母岩 完全相同，如石英、长石、云母等 ；颗粒较粗，一般 为无粘性土；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、 无塑性；
云母
石英 长石 角闪石
石英 晶体
云母 晶体
次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。 颗粒较细，一般为粘土矿物，如高岭石、伊利石、蒙 脱石，形成粘性土。片状、极细；吸水力强、活泼、 有塑性。
粘粒
粉粒
细粒
砂粒
粗粒
角砾/ 圆砾
卵石/ 碎石
巨粒
块石/ 漂石
二）、粒度成分的分析方法
《土力学》第一、二章土的物理性质及工程分类
3、描述土的孔隙体积相对含量的指标 （1）、土的孔隙比 ）、土的孔隙比 ）、土的孔隙率 （2）、土的孔隙率 ）、土的饱和度 （3）、土的饱和度 二、指标的换算
1. 4 无黏性土的密实度
一、 砂土的相对密实度 二、无黏性土密实度划分的其他方法
1. 5 黏性土的物理特征
一、黏性土的可塑性及界限含水量 黏性土的状态随含水量的增大而变软: 黏性土的状态随含水量的增大而变软:
一、 渗流力 二、 渗砂或流土现象
当 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 这种现象称为渗砂或流土。 这种现象称为渗砂或流土。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。
三、管涌现象和潜蚀作用
在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失， 在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失，导致孔 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。
二、黏性土的可塑性指标
1、塑性指数 Ip = wL – wp 2、液性指数 IL =
三、黏性土的结构性和触变性
黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： 黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： ：低灵敏土 灵敏度： 灵敏度： ：中灵敏土 ：高灵敏土 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 这种胶体化学性质称为土的触变性。 这种胶体化学性质称为土的触变性。
第二章土的物理性质及工程分类
②次生矿物
固相 构成
风化 程度
颗粒 大小
特点及对工程性质、力学性质 的可能影响
高度的分散性,呈细粒状,它的
次生 矿物（蒙 脱石、伊 利石、高
岭石）
化学 风化
细小，呈片 状 ,是粘性 土固相的主 要成分。
含量的变化对粘性土性质十分 敏感,巨大的比表面使其具有 很强的与水相互作用的能力, 它的结晶结构的不同,会带来 其工程性质的显著差异。
1 、粒度：指土粒的大小，通常用粒径d表示，单位mm。 注：当d越小时，粘性越好；反之，当d越大时，粘性越差。 2 、粒组：界于一定粒度范围内的土粒。 3、界限粒径：划分粒组的分界尺寸。 注：工程上根据界限粒径200、60、2、0.075和0.005mm把土粒
分为：漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、园砾（角砾） 颗粒、砂粒、粉粒及粘粘六大类。
Teacher Yang Ping
第二节 土的三相组成
①在天然状态下，土呈三相系，即由固体颗粒、水和 空气三相所组成。
②饱和土和干土都是二相土。 注：当孔隙全部为水填充时，称为饱和土。反之，当
孔隙中没有水，全部为气体填充时，称为干土。
Teacher Yang Ping
一、土中固体颗粒（简称土粒） ㈠、基本概念
四、孔隙比e
1.概念：土中孔隙体积与土粒体积之比。
2.计算公式：
e Vv Vs
注：孔隙比反映了土的密实度，e<0.6时，土是密实的
低压缩性土；e>1时，土是疏松的高压缩性土。同一类
土的孔隙比越大，土的压缩性和透水性越大，而其强
度就越小。
Teacher Yang Ping
五、孔隙率n 1.概念：土中孔隙体积与土体体积之比，用百分数表示。 2.计算公式：
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第一章土的物理性质及工程分类
一、思考题
1、土是由哪几部分组成的？
2、建筑地基土分哪几类？各类土的工程性质如何？
3、土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的，常用的方法有哪些？如何判断土的级配情况？
4、土的试验指标有几个？它们是如何测定的？其他指标如何换算？
5、粘性土的含水率对土的工程性质影响很大，为什么？如何确定粘性土的状态？
6、无粘性土的密实度对其工程性质有重要影响，反映无粘性土密实度的指标有哪些？
二、选择题
1、土的三项基本物理性质指标是（）
A、孔隙比、天然含水率和饱和度
B、孔隙比、相对密度和密度
C、天然重度、天然含水率和相对密度
D、相对密度、饱和度和密度
2、砂土和碎石土的主要结构形式是（）
A、单粒结构
B、蜂窝结构
C、絮状结构
D、层状结构
3、对粘性土性质影响最大的是土中的( )
A、强结合水
B、弱结合水
C、自由水
D、毛细水
4、无粘性土的相对密实度愈小，土愈（）
A、密实
B、松散
C、居中
D、难确定
5、土的不均匀系数C
u
越大，表示土的级配（）
A、土粒大小不均匀，级配不良
B、土粒大小均匀，级配良好
C、土粒大小不均匀，级配良好
6、若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土（）
A、处于最疏松状态
B、处于中等密实状态
C、处于最密实状态
D、无法确定其状态
7、无粘性土的分类是按（）
A、颗粒级配
B、矿物成分
C、液性指数
D、塑性指数
8、下列哪个物理性质指标可直接通过土工试验测定（）
A、孔隙比 e
B、孔隙率 n
C、饱和度S
r D、土粒比重 d
s
9、在击实试验中，下面说法正确的是（）
A、土的干密度随着含水率的增加而增加
B、土的干密度随着含水率的增加而减少
C、土的干密度在某一含水率下达到最大值，其它含水率对应干密度都较小
10、土粒级配曲线越平缓，说明（）
A、土粒均匀，级配不好
B、土粒不均匀，级配良好
C、土粒均匀，级配良好
D、土粒不均匀，级配不好
11、对土粒产生浮力的是（）
A、毛细水
B、重力水
C、强结合水
D、弱结合水
12、在土工试验室中，通常用（）测定土的密度
A、联合测定法
B、环刀法
C、比重计法
D、击实仪
13、常用来控制填土工程施工质量的指标是（）
A、孔隙比e
B、孔隙率n
C、饱和度S
r D、干密度r
ｄ
14、饱和土的组成为（）
A、固相
B、固相＋液相
C、固相＋液相＋气相
D、液相
15、筛分法适用的土粒直径为（）
A、d>0.075
B、d<0.075
C、d>0.005
D、d<0.005
16、某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为（）
A、粉质粘土
B、粘质粉土
C、粘土
D、粉土
17、粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量（）
A、越多
B、越少
C、可多可少
D、没关系
18、已知土样试验数据为：含水率10%，液限38%，塑限20%，则该土的塑性指数为（）
A、8
B、13
C、18
D、23
20、已知土样试验数据为：含水率10%，液限38%，塑限20%，则该土的状态为（）
A、可塑
B、硬塑
C、坚硬
D、软塑
参考答案：C、A、B、B、C、A、A、D、C、B、B、B、D、B、A、C、A、C、C
三、计算题
1、一原状土体积为100cm3,其湿土质量为0.220kg，干土质量为0.135kg，土粒相对密度为 2.70，试求该土样的含水率、天然重度、干重度、饱和重度、浮重度、孔隙比、孔隙率及饱和度。
（参考答案：12.8%、22kN/m3、19.5kN/m3、22.28kN/m3、12.28kN/m3、0.384、27.7%、0.9）
2、某砂土土样的天然重力密度为1.75kN/m3，天然含水率为9.8%，土的相对密度为2.68，烘干后测定最小孔隙比为0.456，最大孔隙比为0.935，试求砂土的相对密实度
r
D，并判断该砂土的密实度。
(参考答案：0.53 中密)
3、某粘性土的含水率为34.2%，液限为47.2%，塑限为24.1%，计算该土的塑性指数，并确定土的名称；计算该土的液性指数，并确定土的状态。
（参考答案：0.53 中密）
4、某无粘性土样，天然含水率为26.3%，相对密度为 2.68，天然重力密度为18.7kN/m3。
颗粒分析成果见表1-16。
（1）确定该土样名称；（2）计算孔隙比和饱和度；（3）确定该土样的湿度状态；（4）若该土样标准贯入试验锤击数N=14，判断该土的密实状态。
练习题 4 附表
（参考答案：中砂 0.81 0.87 饱和稍密）
5、已知A、B两土样的物理性能如表1-17所示，试判断下列结论是否正确。
①A的粘粒含量多于B；
②A的干密度大于B；
③A的天然密度大于B；
④A的孔隙比大于B。
练习题 5 附表
（参考答案：正确错误错误正确）。