第二章土的物理性质

的安全，正常使用。
3. 表征细粒土膨胀性的指标
①自由膨胀率：人工制备的干土，在水中增加的体积
与原体积的比。判别膨胀土膨胀潜势的参数。
Vwe V0 ef 100% V0
P49表4-7
40% ef 65%
膨胀土的膨胀潜势分类
65% ef 90%
弱 中 强
ef 90%
一、细粒土的胀缩性
1. 基本概念
膨胀性——细粒土由于含水率的增加而发生的体积增大的性能 收缩性——细粒土由于含水率的减小而发生的体积缩小的性能 膨胀土——又叫胀缩土，具有明显膨胀和收缩特性的细粒土。
含水率变化的原因 水膜厚度变化
——
降雨、气温、湿度变化，引起结合
2. 研究意义
我国膨胀土分布广，面积大，先后已有20多个省区 发现有膨胀土。广西、云南、贵州、湖北、湖南、 安徽、河北、河南、四川、陕西、江苏等省均有分 布，膨胀土常给人类的工程活动带来危害。 据估计，全世界每年因膨胀土造成的经济损失大约 为 50亿美元 以上。
4. 塑性指数的应用——
塑性指数在一定程度上综合 反映了影响细粒土特征的各 种因素。可用来对细粒土进 行分类。
IP≤10
粉土
三、液性指数：表征土处于什么样的稠
度状态。稠度状态不同，土的工程地质性质差 别较大。
1.定义——粘性土的天然含水率和塑限WP的 差值 与 液限和塑限差值（塑性指数）之比。
用小数表示。
的指标。
烘干法
烘干法测土的天然含水率
饱和度：土中水的体积与孔隙体积 的百分比。说明孔隙中水的充填程度。 属计算指标。
Vw S r 100% Vv
四、土的孔隙性 土中孔隙的大小、数量和连通情况等， 称为土的孔隙性 。
孔隙度（孔隙率） （计算指标）
孔隙比 （计算指标）
vv n 100 % v
渗透系数K
是表示岩土透水性的指标。它是含水层重要的 水文地质参数之一。当水力梯度I＝1时，渗透系数 在数值上等于渗透流速。由于水力坡度无量纲，故
渗透系数具有速度量纲。即K的单位和V的单位相同
，一般以m/d或cm/s表示。
P27 表2-9 表2-10
各种土K参考值 土的透水性分级
2）巨粒土中，孔隙粗大，地下水可在其中以
界限含水率（或稠度界限）
1） 液限WL——土由塑态转变为流态的界限含水率， 又叫塑性上限（％）
测定方法：塑液限联合仪、锥式液限仪、碟式液限仪
2）塑限WP——土由半固态转变为塑态的界限含水率， 又叫塑性下限（％）
测定方法：塑液限联合仪、搓条法
3）缩限WS——土由半固态不断蒸发水分，则体积逐渐
v kI
K—渗透系数 I—水力坡度
层流与紊流
层流—在岩土空隙中渗流时，水质点作有秩序的
、互不混杂的流动。
在具狭小空隙的岩石（如砂、裂隙Fra bibliotek很宽大的基岩）中流动时 ，水质点排列较为有序，作层流运动。
紊流—在岩层空隙中渗流时，水质点作无序的、
互相混杂的流动。
宽大的空隙中（如大的溶穴、宽大的裂隙）中流动时，流速较大 ，容易呈紊流运动。
不同的物理状态，如固态、半固态、塑态、流态。
称为细粒土的稠度状态。
固态
半固态
可塑状态 （塑态） 液限WL
流动状态 （流态）
细粒土的 稠度状态
含水率W （％）
缩限Ws
塑限WP
界限含水率（或稠度界限）——随着含水率的变化，
细粒土可由一种稠度状态转变成另一种稠度状态，相应于转变点 的含水率称为界限含水率（或稠度界限）。如液限（ＷL ）、塑 限(Ｗp) 、缩限(Ｗs) ，通过实验实测求得。
细粒土的膨胀性是工程建 筑中必须考虑的重要问题 之一。它会引起以下工程 地质问题。
① 地基土的膨胀收缩，引起房屋开裂； ② 基坑隆起变形，影响基坑的使用，安全； ③ 边坡、路基的变形破坏（“晴天像块铁、雨天橡皮泥”） ； ④ 引水渠道边坡失稳、破坏； ⑤ 输水隧洞周围土体的变形，破坏，甚至影响衬砌
4.表征细粒土收缩性的指标
①体缩率：土样收缩减小的体积与原体积的比。
V0 Vd r 100% V0
②线缩率：土样收缩后的高度减小量与原高度之比。
h0 h s 100% h0
③收缩系数：原状土样在直线收缩
阶段，含水量减小1%时的竖向线缩 率，称之为收缩系数。
s s w
U=Q/F′
F′ ：是过水断面的空隙面积, F′= F×n，
U使用不便，故引入渗透流速的概念。
水力坡度——沿渗透途径，水头损失与相应渗透
途径长度的比值。
水力坡度无量纲
I= ΔH / L
水头损失的产生——水在空隙中流动时，必须克 服水与隙壁以及流动快慢不同的水质点之间的摩 擦阻力（这种摩擦阻力随地下水流速增加而增 大），从而消耗机械能，造成水头损失。
值表示。
IP＝ WL －WP IP表示土处于可塑状态的含水率变化范围，反映
了土的可塑性的强弱。
塑性指数愈大，处于塑态的含水率变化范围越大， 可塑性也就越强，反之，则可塑性越弱。
3. 影响细粒土可塑性强弱的因素——塑性指
数与土的粒度成分、矿物成分和土中水的化学成分、浓度、 PH值等有关。粘粒含量越高，颗粒愈细小，矿物亲水性愈 强，塑性指数越大。
②膨胀率：土样在一定压力下，浸水膨胀稳定后所增加的 体积与原体积之比。采用室内无侧胀膨胀仪测定，实际为 线性膨胀率。
hw h0 ep 100% h0
③膨胀力：土样体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大 内应力。
它等于为了阻止土的膨胀而施加于其上的最小压力。 某些细粒土的膨胀力最大可达到100kPa以上。
P27
（1） 粒度成分 （2）矿物成分 （3） 土的密度 （4）水溶液的成分与浓度 （5） 土中的气体 （6）土的构造
第四节 土的透水性和毛细性 2、土的毛细性
缩小，直到体积不再缩小时的界限含水率叫缩限（％）
测定方法：收缩皿法
塑液限联合测定仪
圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上 具有线性关系。 利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土 在不同含水率时的圆锥入土深度，并绘制其关系 直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm（或 17mm)所对应的含水率即为液限，圆锥下沉深 度为2mm所对应的含水率即为塑限。
较大流速运动，呈紊流形式，服从哲才定律。
V KI
1 2
3） 一般情况下，细粒土透水性差，常将其作 为“隔水层”对待。实际上，细粒土也是透水的。
研究土的透水性的意义
（1）基坑涌水量计算； （2）水库及渠道的渗漏量计算； （ 3 ）地基土沉降和时间的关系等。（见 《 土力学 》 ）
影响土的透水性的因素
mS vv w V
三、土的含水性
表示：土的干湿状况； 指标：含水率（天然、饱和）和饱和度
含水率
mw w 100% ms
饱和含水率
wsat Vv w 100% ms
含水率:土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比（％）。 含水率是实测指标，是计算干密度、孔隙率、孔隙比的重 要数据；饱和含水率实际是用质量比率来表征土的孔隙性
第二章
★第一节
土的基本物理性质 一、土粒密度 二、土的密度 三、土的含水性 四、土的孔隙性
土的物理性质
★第二节
细粒土的稠度和可塑性 一、细粒土的稠度 二、细粒土的可塑性 三、液性指数 四、塑性图及其对细粒土的分类
五、土的基本物理性质指标间的关系
第三节 细粒土的胀缩性和崩解性
第四节 土的透水性和毛细性
补充：
达西定律（线性渗透定律）
1856年，法国水力学家H. Darcy 实验得到
反映水在岩土空隙中渗流规律的实验定律。 地下水在岩土空隙中渗流时，由于渗透阻力的作用，沿
程必然伴随着能量的损失。为了改进迪昂市供水净化中砂
过滤设备的设计，法国工程师达西(H.darcy)经过大量的渗 流试验，1856年总结得出渗透能量损失与渗流速度之间的 相互关系即为达西定律。
二、细粒土的可塑性
1. 定义 —— 细粒土的含水率在液限和塑限两
个稠度界限之间时，在外力作用下，可以揉塑 成任意形状而不破坏土粒间的连结，并且在外 力解除后仍保持已有的形状，细粒土的这种性 质称为可塑性。
2.表征指标——细粒土的可塑性的大小用塑性指
数IP来表示。即液限和塑限的差值，用不带 ％的数
vv e vs
n e 1 n
e n 100 % 1 e
二者关系
注意：
（1）土的孔隙比和孔隙率均反映孔隙总体积的大 小，并非单个孔隙大小； （2）孔隙比和孔隙率的大小取决于土的粒度成分 和结构；
（3）孔隙比说明了土的密实程度。是评价压缩性 和细粒土承载力大小的重要指标。
五、土的基本物理性质指标之间的关系
影响因素： 矿物成份、粒度成分、水溶液浓度、PH
值、土的结构及构造等。 土的崩解性一般采用崩解时间、崩解速度、崩解特 征来表示。
第四节 土的透水性和毛细性 1、土的透水性
水在土的孔隙中渗透流动的性能，称为土的 透水性。 不同类型土的透水性不同（差别很大）
1）粗粒土的单个孔隙大，连通性好，透水性 强，水在其中呈 层流 状态，符合达西定律。即水 在土中的渗透速度V与水力坡度成正比。
崩解引起库岸坍塌(塌岸)。
教材P294－297
1 ）造成水库 的淤积；
2 ）影响水库 边岸地带建 筑物的安全。
燕山乡河溪沟口上游侧（长江右岸） 崩解引起的塌岸 （胶结粉质粘土遇水崩解）
燕山乡对岸（长江左岸）河溪沟口上游侧
崩解的原因： 细粒土的崩解是由于土体浸水以后，
水进入孔隙或裂隙的情况不平衡，导致粒间结合水膜增 厚速度不同，粒间斥力超过引力的情况也不平衡，产生 应力集中，使土体沿斥力超过引力的最大面崩落。