土的物理性质与工程分类剖析
合集下载
土的物理性质指标与工程分类
土的物理性质指标与工程分类土壤是地球上生物生存和人类农业生产的重要基础，具有多种物理性质指标和工程分类。
下面将对这些指标和分类进行详细阐述。
土壤的物理性质指标主要包括质地、结构、孔隙度、密实度、比表面积、水分性质等。
首先是土壤的质地。
质地是指土壤中各种粒子的组成比例，一般包括沙、粉砂、粉砂、粉土和黏土等颗粒。
不同质地的土壤具有不同的通透性、保水性和保肥性。
其次是土壤的结构。
结构是指土壤中颗粒之间的排列和连接方式。
常见的土壤结构包括团聚体结构、块状结构和砂状结构等。
结构良好的土壤通透性强、保水性好，便于根系伸展和气体交换。
孔隙度是土壤中的空隙占总体积的比例。
孔隙度分为总孔隙度、毛管孔隙度和大隙隙度等不同类型。
孔隙度决定了土壤的通气性、透水性和保水性。
密实度是指土壤颗粒的紧密程度，也称为容重。
密实度通常以湿容比和干容比来表示。
密实度影响土壤的通透性、保水性和根系的适宜生长。
比表面积是指单位质量土壤颗粒的表面积。
比表面积的大小影响土壤负离子交换、吸附性能和微生物活动。
水分性质是指土壤的保水性和透水性。
土壤的含水量、毛细管水持力和渗透速率等指标可以衡量土壤的保水性和透水性，影响土壤的水分循环和水分利用效率。
土壤的工程分类主要包括黏性土、砂性土和淤泥土等。
黏性土是一类具有较高黏性和可塑性的土壤，例如粘土和壤土等。
黏性土常见于河流沉积物、湖沼底质和一些盆地地区，其工程性质主要取决于水分含量和结构。
砂性土是一类颗粒较大、容重较低的土壤，例如砂和砾石等。
砂性土主要存在于河床、滩涂和海岸线等地区，其工程性质主要取决于孔隙度和排水性。
淤泥土是一类富含有机质的细粒土壤，例如湖泊和河口地区的泥沙沉积物。
淤泥土的工程性质主要受到有机质含量、液限和塑限等因素的影响。
此外，还有其他一些土壤工程分类，如粉砂土、粉土和黏土等，它们具有不同的物理性质和工程应用特点。
总之，土壤的物理性质指标和工程分类是研究土壤科学和应用工程中的重要内容。
第1章土的物理性质及工程分类.doc
第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。
岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。
它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。
土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。
由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。
以下就岩土的特性分别简述之。
1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。
它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。
土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。
土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。
空气和其它气体构成土的气体部分。
土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。
土的三相组成决定了土的物理力学性质。
1）土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。
分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。
（1）固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。
颗粒的大小通常用粒径表示。
实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。
粒组不同其性质也不同。
常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。
以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。
以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。
土的工程分类见本章第三节。
各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。
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。
筛分法适用粒径大于0.075mm的土。
利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。
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
土的物理性质和工程分类解析课件
可得：
m V
d
wd
1
d (1 w)
或
d
1 w
（1-22）
第22页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（三）孔隙比与土粒相对密度和干密度的关系
设＝土m体s 内/ V土s得粒土的粒体的积质为量1，ms则为按ρs。于e是，，VVvs孔按隙ρ的d的体定积义V可v为得e：；由ρs
d
ms V
度ds=2.66，土样含水量w1=45%，将该土样置于烘箱中烘了一段时间之后，测得 土样的体积V2=95cm3，w2=35%，问土样烘干前后的密度、干密度、孔隙比、饱和度各
为多少？
【题1-3】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比重ds为2.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和
• 土体的构造一般可以分为以下四类：
(1) 层状构造 (2) 分散构造
(3) 裂隙状构造 (4) 结核状构造
第9页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
从右图可以容易得到以下关系：
Vv = Vw + Va V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va m = ms + mw
Sr
Vw Vv
100%
（1.4.12）
第16页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（四）干密度ρd与干重度γd 土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
d
ms V
（1.4.13）
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
d
Ws V
ms g V
m V
d
wd
1
d (1 w)
或
d
1 w
（1-22）
第22页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（三）孔隙比与土粒相对密度和干密度的关系
设＝土m体s 内/ V土s得粒土的粒体的积质为量1，ms则为按ρs。于e是，，VVvs孔按隙ρ的d的体定积义V可v为得e：；由ρs
d
ms V
度ds=2.66，土样含水量w1=45%，将该土样置于烘箱中烘了一段时间之后，测得 土样的体积V2=95cm3，w2=35%，问土样烘干前后的密度、干密度、孔隙比、饱和度各
为多少？
【题1-3】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比重ds为2.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和
• 土体的构造一般可以分为以下四类：
(1) 层状构造 (2) 分散构造
(3) 裂隙状构造 (4) 结核状构造
第9页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
从右图可以容易得到以下关系：
Vv = Vw + Va V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va m = ms + mw
Sr
Vw Vv
100%
（1.4.12）
第16页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（四）干密度ρd与干重度γd 土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
d
ms V
（1.4.13）
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
d
Ws V
ms g V
土力学地基基础土的物理性质及工程分类
第20页/共64页
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
第21页/共64页
第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
第22页/共64页
第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
第34页/共64页
土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
第21页/共64页
第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
第22页/共64页
第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
第34页/共64页
土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
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%
土的工程性质与分类
详细描述
孔隙比的大小决定了土的松散程度和压缩性。孔隙比越大，土越松散；孔隙比 越小，土越紧密。在工程实践中，孔隙比是评价土的工程性质的重要指标之一， 对于土的稳定性和沉降计算具有重要意义。
孔隙率
总结词
孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比，反映了土的孔隙状况。
详细描述
孔隙率的大小对土的工程性质有着重要影响。一般来说，孔隙率越大，土的透水性越好；孔隙率越小 ，土的透水性越差。在工程实践中，孔隙率是评价土的渗透性和压缩性的重要指标之一。
内摩擦力与土颗粒之间的 摩擦力有关，粘聚力与土 颗粒之间的胶结作用有关。
ABCD
土的抗剪强度由内摩擦力 和粘聚力两部分组成。
抗剪强度是评价土的稳定 性、进行边坡设计的重要 依据。
承载能力
01
承载能力是指土在一定压力作用下不发生破坏或过 大变形的极限承载能力。
02
土的承载能力与土的强度、变形性质、应力历史等 因素有关。
土的工程性质与分类
目录
• 土的物理性质 • 土的力学性质 • 土的工程分类 • 土的工程应用 • 土的工程问题与对策
01 土的物理性质
密度
总结词
密度是土的质量与其体积的比值，反映了土的紧密程度。
详细描述
密度的大小受到土的矿物成分、含水量、孔隙比等因素的影 响。一般来说，密度越大，土越紧密；密度越小，土越松散 。密度是土的基本物理性质之一，对土的工程性质有着重要 影响。
04 土的工程应用
基础工程
基础工程是土木工程中最为重要的部分之一，它涉及到建筑物、道路、桥梁等各种 设施的基础设计、施工和监测。
土的工程性质对基础工程的影响非常大，包括土的强度、压缩性、渗透性等，这些 性质决定了基础工程的稳定性、安全性和经济性。
孔隙比的大小决定了土的松散程度和压缩性。孔隙比越大，土越松散；孔隙比 越小，土越紧密。在工程实践中，孔隙比是评价土的工程性质的重要指标之一， 对于土的稳定性和沉降计算具有重要意义。
孔隙率
总结词
孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比，反映了土的孔隙状况。
详细描述
孔隙率的大小对土的工程性质有着重要影响。一般来说，孔隙率越大，土的透水性越好；孔隙率越小 ，土的透水性越差。在工程实践中，孔隙率是评价土的渗透性和压缩性的重要指标之一。
内摩擦力与土颗粒之间的 摩擦力有关，粘聚力与土 颗粒之间的胶结作用有关。
ABCD
土的抗剪强度由内摩擦力 和粘聚力两部分组成。
抗剪强度是评价土的稳定 性、进行边坡设计的重要 依据。
承载能力
01
承载能力是指土在一定压力作用下不发生破坏或过 大变形的极限承载能力。
02
土的承载能力与土的强度、变形性质、应力历史等 因素有关。
土的工程性质与分类
目录
• 土的物理性质 • 土的力学性质 • 土的工程分类 • 土的工程应用 • 土的工程问题与对策
01 土的物理性质
密度
总结词
密度是土的质量与其体积的比值，反映了土的紧密程度。
详细描述
密度的大小受到土的矿物成分、含水量、孔隙比等因素的影 响。一般来说，密度越大，土越紧密；密度越小，土越松散 。密度是土的基本物理性质之一，对土的工程性质有着重要 影响。
04 土的工程应用
基础工程
基础工程是土木工程中最为重要的部分之一，它涉及到建筑物、道路、桥梁等各种 设施的基础设计、施工和监测。
土的工程性质对基础工程的影响非常大，包括土的强度、压缩性、渗透性等，这些 性质决定了基础工程的稳定性、安全性和经济性。
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：
- 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)。
第1页/共76页
Warming-up
稠度consistency 不均匀系数coefficient of uniformity, uniformity coefficient 触变thixotropy 单粒结构single-grained structure 蜂窝结构honeycomb structure 干重度dry unit weight 塑性指数plasticity index 含水量water content, moisture content 级配gradation, grading 结合水bound water, combined water, held water 颗粒级配particle size distribution of soils, mechanical
第9页/共76页
土的形成年代
地球的形成至今大约60亿年。 相对地质年代——根据古生物的演化和岩层形成的顺序，将地壳历史划分成的一
些自然时段，共划分为五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。 代又分为纪，纪又分为若干世和期，即代→纪→世→期。
每一地质年代中都划分有相应的地层，依次为界→系→统→阶（层）。 在新生代中最新近的一个纪段称为第四纪，我们现在所见的土就是在这一地质年
升降运动：地壳的上拱
或下拗
形成各种类型的
地质构造和地表
的基本形态
水平运动：使岩层产生
形态各异的褶皱和断裂
外力地质作用：包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、
（生成土和沉积岩） 冰川、风、生物等的作用；可概括为风化、剥蚀、 搬运、沉积等作用
第5页/共76页
地质作用
内力地质作用——由地球自转的旋转能和放射性元素的蜕变产生 的热能所引起。
• 2.1 概述
• 2.2 土的成因与组成
• 2.3 土的物理性质指标
• 2.4 无粘性土的物理性质
• 2.5 粘性土的物理性质
• 2.6 土的结构性
• 2.7 土的压实性
• 2.8 土的工程分类
第3页/共76页
2.1 概述
土作为建筑物地基的主体, 显然是土力学研究的主要对象。 什么是土？ 简言之，土是岩石风化后的产物，是岩石经过外力地质作用而形成的碎散颗粒的 集合体。 土既然是散碎颗粒的集合体，颗粒间必然存在着孔隙，而孔隙中也必然包含着水 或空气。因此，土是由土颗粒（固相）、水（液相）、和空气（气相）组成的三相体。 要研究土的性质就必须研究土的生成、组成及物理性质。而首先必须从研究土 的成因着手。
第11页/共76页
2.2.2 土的组成
1. 土中的固体颗粒
土中的固体颗粒（简称土粒）是土的主要组成部分，是土的 骨架。
土颗粒的大小、形状、矿物成分及组成情况是决定土的 物理力学性质的主要因素。
（1）土的颗粒级配
代生成且尚未胶结成岩的，距今约1百万年。
第10页/共76页
土的成岩作用 需要指出：岩石经风化而成土，土也可经压实固结、脱水、胶结硬化而成
为岩石（沉积岩），即
岩石
风化
土。
压实固结、胶结硬化
当然这需要漫长的年代（以百万年计）。
土与岩石的相互转化，虽然过程缓慢，但循环往复、永不休止。这就 是大自然演化的辩证法。
composition of soil 粘性土的灵敏度sensitivity of cohesive soil 平均粒径mean diameter, average grain diameter 曲率系数coefficient of curva第t2u页r/e共76页
第2章 土的物理性质与工程分类
第4页/共76页
2.2 土的成因与组成
2.2.1 形成作用与成因类型（严格地说，土是由地质作用而生成 的）
地质作用——导致地壳（30～80km）成分变化和构造变化的作 用。是土的生成的根本原因和动力。
岩浆活动：岩浆从地球深处喷出地表，冷凝而成岩浆岩
地质作用
内力地质作用
（生成岩浆岩和变质岩）
地壳运动
外力地质作用——由太阳的辐射能和地球的自重能所引 起。
内力与外力地质作用彼此独立又相互依存，前者对地壳 的发展占主导地位。
总之，地质作用形成了各种成因的地形，造就了岩浆岩、 变质岩、沉积岩，也生成了土。
对土的生成贡献最大的地质作用是风化作用。
第6页/共76页
风化作用缩、冻融交替等对岩石的 剥蚀破坏作用（不改变颗粒矿物成份，只改变其 大小和形状。量变）
Warming-up
专业词汇 Void Ratio Clay Cohesionless Soil Cohesive Soil Activity Index 活动性指数A Atterberg limits Liquid Limit Plastic Limit Shrinkage Limit Unsaturated soil
• 按风化成因
无粘性土：物理风化形成，颗粒较粗、相互无粘性、松散 （碎石、卵石、砂等。）
土
粘性土：物理风化+化学风化形成，颗粒极细、相互粘结，湿呈粘性， 干则结硬（粘土、淤泥）
按沉积地理历史，土可分为： 残积土：未经自然力（水力、风力等）搬运，留存于原地的散碎
体、碎屑物。分布于山坡、山顶，近基岩。 沉积土：因各种自然力的作用和搬运而在他处沉积的土。 a. 风成沉积土：由风力形成。 b. 水成沉积土：由水力形成。第8页/共76页
化学风化：水解、离子交换、氧化还原等作用（细化颗粒, 并 改变其矿物成分。质变）
生物风化：微生物、植被等对岩石的破坏作用等
岩石经风化剥蚀作用而形成的碎散颗粒（土），有的存留在原地， 有的则进一步经自然力的搬运而在别处沉积，这就形成了性质 千差万别的各种土。
第7页/共76页
按风化成因与沉积地理历史土的分类
水成沉积土
水成沉积土又分为： 坡积土：由于雨雪水流的作用在平缓山坡沉积； 洪积土：由山洪的作用而形成； 冲积土：由于河流的作用搬运沉积而形成，包括平原河谷冲积土
和山区河谷冲积土； 湖泊沉积土：在湖泊中沉积的土，包括沼泽沉积土； 海相沉积土：各种冲积土被水力搬运至海洋而形成的。按海水深
度的不同可分为滨海沉积土、浅海沉积土、陆坡沉积土、深海 沉积土（有机软泥）。 三角洲沉积土：由于江河水流的搬运在江河入海口沉积而形成。
Warming-up
稠度consistency 不均匀系数coefficient of uniformity, uniformity coefficient 触变thixotropy 单粒结构single-grained structure 蜂窝结构honeycomb structure 干重度dry unit weight 塑性指数plasticity index 含水量water content, moisture content 级配gradation, grading 结合水bound water, combined water, held water 颗粒级配particle size distribution of soils, mechanical
第9页/共76页
土的形成年代
地球的形成至今大约60亿年。 相对地质年代——根据古生物的演化和岩层形成的顺序，将地壳历史划分成的一
些自然时段，共划分为五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。 代又分为纪，纪又分为若干世和期，即代→纪→世→期。
每一地质年代中都划分有相应的地层，依次为界→系→统→阶（层）。 在新生代中最新近的一个纪段称为第四纪，我们现在所见的土就是在这一地质年
升降运动：地壳的上拱
或下拗
形成各种类型的
地质构造和地表
的基本形态
水平运动：使岩层产生
形态各异的褶皱和断裂
外力地质作用：包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、
（生成土和沉积岩） 冰川、风、生物等的作用；可概括为风化、剥蚀、 搬运、沉积等作用
第5页/共76页
地质作用
内力地质作用——由地球自转的旋转能和放射性元素的蜕变产生 的热能所引起。
• 2.1 概述
• 2.2 土的成因与组成
• 2.3 土的物理性质指标
• 2.4 无粘性土的物理性质
• 2.5 粘性土的物理性质
• 2.6 土的结构性
• 2.7 土的压实性
• 2.8 土的工程分类
第3页/共76页
2.1 概述
土作为建筑物地基的主体, 显然是土力学研究的主要对象。 什么是土？ 简言之，土是岩石风化后的产物，是岩石经过外力地质作用而形成的碎散颗粒的 集合体。 土既然是散碎颗粒的集合体，颗粒间必然存在着孔隙，而孔隙中也必然包含着水 或空气。因此，土是由土颗粒（固相）、水（液相）、和空气（气相）组成的三相体。 要研究土的性质就必须研究土的生成、组成及物理性质。而首先必须从研究土 的成因着手。
第11页/共76页
2.2.2 土的组成
1. 土中的固体颗粒
土中的固体颗粒（简称土粒）是土的主要组成部分，是土的 骨架。
土颗粒的大小、形状、矿物成分及组成情况是决定土的 物理力学性质的主要因素。
（1）土的颗粒级配
代生成且尚未胶结成岩的，距今约1百万年。
第10页/共76页
土的成岩作用 需要指出：岩石经风化而成土，土也可经压实固结、脱水、胶结硬化而成
为岩石（沉积岩），即
岩石
风化
土。
压实固结、胶结硬化
当然这需要漫长的年代（以百万年计）。
土与岩石的相互转化，虽然过程缓慢，但循环往复、永不休止。这就 是大自然演化的辩证法。
composition of soil 粘性土的灵敏度sensitivity of cohesive soil 平均粒径mean diameter, average grain diameter 曲率系数coefficient of curva第t2u页r/e共76页
第2章 土的物理性质与工程分类
第4页/共76页
2.2 土的成因与组成
2.2.1 形成作用与成因类型（严格地说，土是由地质作用而生成 的）
地质作用——导致地壳（30～80km）成分变化和构造变化的作 用。是土的生成的根本原因和动力。
岩浆活动：岩浆从地球深处喷出地表，冷凝而成岩浆岩
地质作用
内力地质作用
（生成岩浆岩和变质岩）
地壳运动
外力地质作用——由太阳的辐射能和地球的自重能所引 起。
内力与外力地质作用彼此独立又相互依存，前者对地壳 的发展占主导地位。
总之，地质作用形成了各种成因的地形，造就了岩浆岩、 变质岩、沉积岩，也生成了土。
对土的生成贡献最大的地质作用是风化作用。
第6页/共76页
风化作用缩、冻融交替等对岩石的 剥蚀破坏作用（不改变颗粒矿物成份，只改变其 大小和形状。量变）
Warming-up
专业词汇 Void Ratio Clay Cohesionless Soil Cohesive Soil Activity Index 活动性指数A Atterberg limits Liquid Limit Plastic Limit Shrinkage Limit Unsaturated soil
• 按风化成因
无粘性土：物理风化形成，颗粒较粗、相互无粘性、松散 （碎石、卵石、砂等。）
土
粘性土：物理风化+化学风化形成，颗粒极细、相互粘结，湿呈粘性， 干则结硬（粘土、淤泥）
按沉积地理历史，土可分为： 残积土：未经自然力（水力、风力等）搬运，留存于原地的散碎
体、碎屑物。分布于山坡、山顶，近基岩。 沉积土：因各种自然力的作用和搬运而在他处沉积的土。 a. 风成沉积土：由风力形成。 b. 水成沉积土：由水力形成。第8页/共76页
化学风化：水解、离子交换、氧化还原等作用（细化颗粒, 并 改变其矿物成分。质变）
生物风化：微生物、植被等对岩石的破坏作用等
岩石经风化剥蚀作用而形成的碎散颗粒（土），有的存留在原地， 有的则进一步经自然力的搬运而在别处沉积，这就形成了性质 千差万别的各种土。
第7页/共76页
按风化成因与沉积地理历史土的分类
水成沉积土
水成沉积土又分为： 坡积土：由于雨雪水流的作用在平缓山坡沉积； 洪积土：由山洪的作用而形成； 冲积土：由于河流的作用搬运沉积而形成，包括平原河谷冲积土
和山区河谷冲积土； 湖泊沉积土：在湖泊中沉积的土，包括沼泽沉积土； 海相沉积土：各种冲积土被水力搬运至海洋而形成的。按海水深
度的不同可分为滨海沉积土、浅海沉积土、陆坡沉积土、深海 沉积土（有机软泥）。 三角洲沉积土：由于江河水流的搬运在江河入海口沉积而形成。