第三章____土的物理性质与工程分类.
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大学土力学试题及答案
第1章 土的物理性质与工程分类一．填空题1． 颗粒级配曲线越平缓，不均匀系数越大，颗粒级配越好。
为获得较大密实度，应选择级配良好的土料作为填方或砂垫层的土料。
2． 粘粒含量越多，颗粒粒径越小，比表面积越大，亲水性越强，可吸附弱结合水的含量越多，粘土的塑性指标越大3． 塑性指标p L p w w I -=，它表明粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，它综合反映了粘性、可塑性等因素。
因此《规范》规定：1710≤<p I 为粉质粘土，17>p I 为粘土。
4． 对无粘性土，工程性质影响最大的是土的密实度，工程上用指标e 、r D 来衡量。
5． 在粘性土的物理指标中，对粘性土的性质影响较大的指标是塑性指数p I 。
6． 决定无粘性土工程性质的好坏是无粘性土的相对密度，它是用指标r D 来衡量。
7． 粘性土的液性指标p L pL w w w w I --= ，它的正负、大小表征了粘性土的软硬状态，《规范》按L I 将粘性土的状态划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。
8． 岩石按风化程度划分为微风化、中等风化、强风化。
9． 岩石按坚固程度划分为硬质岩石，包括花岗岩、石灰岩等；软质岩石，包括页岩、泥岩等。
10．*砂层天然饱和重度20=sat γkN/m 3，土粒比重68.2=s G ，并测得该砂土的最大干重度1.17max =d γkN/m 3，最小干重度4.15min =d γkN/m 3，则天然孔隙比e 为0.68，最大孔隙比=max e 0.74，最小孔隙比=min e 0.57。
11．砂粒粒径范围是0.075~2mm ，砂土是指大于2mm 粒径累计含量不超过全重50%，而大于0.075mm 粒径累计含量超过全重50%。
12．亲水性最强的粘土矿物是蒙脱石，这是因为它的晶体单元由两个硅片中间夹一个铝片组成，晶胞间露出的是多余的负电荷，因而晶胞单元间联接很弱，水分子容易进入晶胞之间，而发生膨胀。
二 问答题1． 概述土的三相比例指标与土的工程性质的关系？答：三相组成的性质，特别是固体颗粒的性质，直接影响土的工程特性。
土力学与地基基础(3、土的物理性质)
土的三相比例指标换算公式（续）
例题：
一块原状土样，经试验测得土的天然密度ρ＝1.67t／m3， 含水量ω＝12.9％，土粒相对密度ds=2.67。求孔隙比e、孔 隙率n和饱和度Ｓr。 （1） e
d s (1 ) w
2.67(1 0.129) 1 1 0.805 1.67
（2）三个基本物理指标
①土的天然密度ρ 定义：土单位体积的质量称为土的密度(单位为g／cm３或 t／m３)，即： m V
测定方法：采用“环刀法”测定。用一个圆环刀(刀刃向 下) 放臵于削平的原状土样面上，垂直边压边削至土样伸出环刀 口为止，削去两端余土，使与环刀口面齐平，称出环刀内土 的质量，求得它与环刀容积之比值即为土的密度。 天然状态下土的密度变化范围很大，一般为ρ＝1.6～ 2.2g／cm3。 规范中一般使用“重度”，单位kN/m3。
IL可以用来表示粘性土
所处的软硬状态；
IL不能反映原状土的结
构状态；
用IL判断扰动土的软硬
状态是合适的。原状
土要比扰动土坚硬。
（3）粘性土的灵敏度和触变性
灵敏度St：用来衡量粘性土结构性对强度的影响的指标。
qu St qu
1.0<St≤2.0 低灵敏 2.0<St≤4.０ 中等灵敏 St>4.0 高灵敏
（2）三个基本物理指标（续）
③土粒相对密度（比重）ds 土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比，称 为土粒相对密度(又称为比重)，即：
式中：ρs－土粒密度(g／cm3)； ρw1－纯水在4℃时的密度(单位体积的质量)，等于 lg／cm3或1t／m3。 土粒相对密度可在实验室采用“比重瓶法”测定。土的 比 重值变化不大，其经验值为：砂土2.65～2.69、粉土2.70～ 2.71、粉质粘土2.72～2.73、粘土2.74～2.76；有机质土 2.4～2.5、泥炭土1.5～1.8。(详见教材表2.5)
第三章_土的物理性质及工程分类
它是一个重要的物理性能指标，可用来评价天然土层的密实程度。一般 地， e<0.6的土是密实的低压缩性土， e>1.0的土是疏松的高压缩性土。
三相量比例关系的其它常用指标
1.土的孔隙比和孔隙率 孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计。
砂类土：28-35% 粘性土：0-50%,有的可达60-70%
1.土的密度 密度：单位体积土的质量。Mg/m3, g/cm3
m
V
粘性土 =1.8～2.0g/cm3 砂 土 =1.6～2.0g/cm3 腐殖土 =1.5～1.7g/cm3
测定方法：一般用“环刀法” ，用 一个圆环刀（刀刃向下）放在削 平的原状土样面上，徐徐削去环 刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称 得环刀内土样的质量，求得它与 环刀容积之比值即为其密度。
当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析， 例如，取 V = 1cm3 ，或 m =1g，或 Vs = 1cm3 等，因此又可以消去一个 未知量。这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量， 其他各个量就可从图中直接换算得到。
三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实 用的工具。
3 土的饱和密度和干密度
饱和密度:土中孔隙被水充满时土的密度，Mg/m3, g/cm3
sat
ms
VV w
V
干密度：单位土体积中土粒的质量 ， Mg/m3, g/cm3
d
ms V
密度与重度
重度＝密度×g
g sat sat g d d g
天然重度
饱和重度
干重度
对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮 力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度(土浸泡在水中受到浮力
三相量比例关系的其它常用指标
1.土的孔隙比和孔隙率 孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计。
砂类土：28-35% 粘性土：0-50%,有的可达60-70%
1.土的密度 密度：单位体积土的质量。Mg/m3, g/cm3
m
V
粘性土 =1.8～2.0g/cm3 砂 土 =1.6～2.0g/cm3 腐殖土 =1.5～1.7g/cm3
测定方法：一般用“环刀法” ，用 一个圆环刀（刀刃向下）放在削 平的原状土样面上，徐徐削去环 刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称 得环刀内土样的质量，求得它与 环刀容积之比值即为其密度。
当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析， 例如，取 V = 1cm3 ，或 m =1g，或 Vs = 1cm3 等，因此又可以消去一个 未知量。这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量， 其他各个量就可从图中直接换算得到。
三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实 用的工具。
3 土的饱和密度和干密度
饱和密度:土中孔隙被水充满时土的密度，Mg/m3, g/cm3
sat
ms
VV w
V
干密度：单位土体积中土粒的质量 ， Mg/m3, g/cm3
d
ms V
密度与重度
重度＝密度×g
g sat sat g d d g
天然重度
饱和重度
干重度
对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮 力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度(土浸泡在水中受到浮力
东大《土的物理性质及工程分类》
土的物理性质及工程分类填空题：答案：1、强度低、压缩性大；2、岩石、固体土颗粒、水；3、2mm、0.075mm；4、水质量、土粒质量；5、塑性指数、液性指数；6、岩石、砂土、粘性土；7、Cd<5、Cd>10；8、土的密度、土的天然含水量、土粒比重、环刀法、烘干法。
1、土（区别于其它工程材料）主要工程特性是____强度低_____、____压缩性大______和渗透性大。
2、土是由____岩石______风化生成的松散沉积物。
它由____固体土颗粒______、___水_______和气体三相组成的。
3、砂土是指粒径大于____2mm______的颗粒不超过总质量50％，而粒径大于__0.075mm________的颗粒超过总质量50％的土。
4、土的含水量为土中的____水质量______与_____土粒质量_____之比。
5、工程上按__塑性指数________的大小对粘性土进行分类，将粘性土分为粘土和粉质粘土两大类。
粘性土的软硬状态由____液性指数______划分，据其将粘性土分为坚硬、硬塑、可塑、流塑五种不同的状态。
6、作为建筑地基的土，可分为____岩石__、碎石土、___砂土__、粉土、___粘性土__和人工填土。
7、工程上常用不均匀系数Cd来反映粒径级配的不均匀程度，把____Cd<5______的土看作级配均匀，把____Cd>10______的土看作级配良好。
8、在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是__土的密度___、__土的天然含水量__和_土粒比重_________，它们分别可以采用____环刀法______、____烘干法______和比重瓶法。
选择题：答案：1、B、D；2、A；3、A；4、A；5、C；6、B；7、A、B、C；8、B、C；9、A；10、A。
1、下列指标可用来评价砂土密实度的是（B、D）。
（A）、含水量（B）、孔隙比（C）、土粒比重（D）、相对密实度2、颗粒级配曲线很陡时说明（A）。
《土力学与地基基础》第3章 土的物理性质和工程分类
以及固、液两相相互作用所表现出来的性质。
土的三相比例指标
土的物理性质 无黏性土的密实度
黏性土的物理状态特征
土的物理性质指标（三相比例指标）
土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，能 直接反映土的状态和物理力学性质，间接反映土的工程 特性。
因此，需要对土的组成情况进行数量上的研究，这
就需要进行土工试验。（课本第40页）
围，形成一层不能自由移动的水。
2、自由水：是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。
它的性质和普通水一样，能传递静水压力。
结合水： （课本第37页）
强结合水：是指紧靠土粒表面的结合水 弱结合水：是指紧靠于强结合水的外围形成的一层结合水
弱结合水 强结合水
土颗粒
结合水使土的颗粒互不 接触，便具有滑移的可能； 同时又使颗粒间具有一定的 联结强度，所以黏性土又具 有黏性和可塑性。
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
200g
10
5.0 10
2.0 16
1.0 18
0.5 24
0.25 0.1
0.075
22 38
72
土的粒径级配累积曲线
100
P
90 80
%
70
95
60 50
87
40
78
30 20
66
10
55
0
36
粒径(mm)
土的粒径越大，需要土试样越多。
颗粒级配曲线——根据标准筛各筛颗粒重量，计算出各级
工程上，Cu＜5的土为均匀土(级配不良土)； Cu＞10的土为不均匀土(级配良好的土)。
（课本第36页）
曲率系数Cc——描述的是级配曲线的整体形状。
土力学与基础工程_赵成刚_学习指导书与习题
2．难点 土的矿物成分和土中水的种类，粘土矿物颗粒的结晶结构。
2.3 内容辅导
2.3.1 本章重点和难点解析 1．把粒径小于 0.002mm 的土粒称为粘土粒组。组成粘土粒组的矿物成分有：粘土矿物
(如高岭石、蒙脱石和伊利石等)、非粘土矿物(如石英、长石、云母等)、有机矿物。大多数 粘土矿物都是薄片状的，所以具有很大的比表面。粘性土的工程性质，如塑性、压缩性， 胀缩性、强度等，主要受粒间的各种相互作用力所制约，而粒间的相互作用力又与矿物颗 粒本身的结晶格架特征有关，亦即与组成矿物的原子和分子的排列有关，与原子分子间的 键力有关。
对于表征土的状态指标的相对密度和稠度等，除了解其定义外，应着重掌握如何利用 这些指标对土的状态作出判断。粘性土的稠度有三个界限含水量，即液限、塑限、缩限， 此外，对于塑性指数、液性指数的定义及其用途也应明确。
5．土的工程分类。 首先应了解土的分类目的和步骤；其次要搞清符号及其组合的意义；再就是学会利用 级配曲线和塑性图对土进行分类定名的方法。此外，还应注意根据不同的目的和不同的规 范可以有不同的分类方法。 土的分类体系，主要有两种。共同点是：对粗粒土按粒度成分来分类；对细粒土按土 的 Atterberg 界限来分类。其主要区别是：对于粗粒土，第一种体系按大于某一粒径的百分 数含量超过某一界限来定名，并按从粗到细的顺序以最先符合为准；第二种体系则按两个 粒组相对含量的多少，以含量多的来定名。对于细粒土，第一种体系按塑性指数分类；第 二种体系按塑性图分类。从各部门的分类体系来说，不同的行业、不同的部门都有自己的 分类标准。 6．用塑性图对细粒土进行分类的优点及注意的问题 土的塑性指数 IP 是划分细粒土的良好指标，而且还能综合反映土的颗粒组成、矿物成 分以及土粒表面吸附阳离子成分等方面的特性。但是不同的液限塑限可给出相同的塑性指 数，而土性却可能很不一样。可见，细粒土的合理分类应兼顾塑性指数和液限两方面。 近年来，国外在土的工程分类方面有了很大进展，许多国家的分类体系，不仅在国内 已经制订了统一标准，而且在国家之间，也基本上趋于统一。塑性图分类法现已普遍用于 各国对细粒土的土质分类。这就为促进国际技术交流提供了有利条件。
2.3 内容辅导
2.3.1 本章重点和难点解析 1．把粒径小于 0.002mm 的土粒称为粘土粒组。组成粘土粒组的矿物成分有：粘土矿物
(如高岭石、蒙脱石和伊利石等)、非粘土矿物(如石英、长石、云母等)、有机矿物。大多数 粘土矿物都是薄片状的，所以具有很大的比表面。粘性土的工程性质，如塑性、压缩性， 胀缩性、强度等，主要受粒间的各种相互作用力所制约，而粒间的相互作用力又与矿物颗 粒本身的结晶格架特征有关，亦即与组成矿物的原子和分子的排列有关，与原子分子间的 键力有关。
对于表征土的状态指标的相对密度和稠度等，除了解其定义外，应着重掌握如何利用 这些指标对土的状态作出判断。粘性土的稠度有三个界限含水量，即液限、塑限、缩限， 此外，对于塑性指数、液性指数的定义及其用途也应明确。
5．土的工程分类。 首先应了解土的分类目的和步骤；其次要搞清符号及其组合的意义；再就是学会利用 级配曲线和塑性图对土进行分类定名的方法。此外，还应注意根据不同的目的和不同的规 范可以有不同的分类方法。 土的分类体系，主要有两种。共同点是：对粗粒土按粒度成分来分类；对细粒土按土 的 Atterberg 界限来分类。其主要区别是：对于粗粒土，第一种体系按大于某一粒径的百分 数含量超过某一界限来定名，并按从粗到细的顺序以最先符合为准；第二种体系则按两个 粒组相对含量的多少，以含量多的来定名。对于细粒土，第一种体系按塑性指数分类；第 二种体系按塑性图分类。从各部门的分类体系来说，不同的行业、不同的部门都有自己的 分类标准。 6．用塑性图对细粒土进行分类的优点及注意的问题 土的塑性指数 IP 是划分细粒土的良好指标，而且还能综合反映土的颗粒组成、矿物成 分以及土粒表面吸附阳离子成分等方面的特性。但是不同的液限塑限可给出相同的塑性指 数，而土性却可能很不一样。可见，细粒土的合理分类应兼顾塑性指数和液限两方面。 近年来，国外在土的工程分类方面有了很大进展，许多国家的分类体系，不仅在国内 已经制订了统一标准，而且在国家之间，也基本上趋于统一。塑性图分类法现已普遍用于 各国对细粒土的土质分类。这就为促进国际技术交流提供了有利条件。
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：
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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。
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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。
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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：
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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。
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土的物理性质指标汇总
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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-土的物理性质及工程分类
§2.1.4 土的生成与工程特性的关系
各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。 1、 搬运、沉积条件 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土； 2、 沉积年代 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。 3、 沉积的自然地理环境 我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊
，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。
粘粒
0.005mm≤粒径d
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。
土力学
§土2的.2物理土性的质三及相工组程分成类
§2.2.1 土的固体颗粒
3、土的粒径级配 自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混 合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成,工程中常 用土中各粒组的相对含量占总质量的百分数来表示，称为土的粒径 级配。 粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的 分类定名的标准。
d3 0 2
cc
d1 0 d6 0
(2.2)
一般按经验把Cu≤5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu>10的 土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不 均匀外，还要求符合Cc=1～3的条件。否则土粒大小不连续，出现 缺粒段，仍不能称为级配良好。
工程上同时满足Cu>5且Cc=1～3的土为级配良好的土。
分散构造的工程性质最好； 结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分； 裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性 增大，工程性质差。
土力学
§土2的.1物理土性的质生及成工与程分特类性
§2.1.3 土的工程特性
土与其它连续介质的建材相比，具有下列三个显著的工程特性： 1、 压缩性高
反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。
各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。 1、 搬运、沉积条件 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土； 2、 沉积年代 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。 3、 沉积的自然地理环境 我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊
，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。
粘粒
0.005mm≤粒径d
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。
土力学
§土2的.2物理土性的质三及相工组程分成类
§2.2.1 土的固体颗粒
3、土的粒径级配 自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混 合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成,工程中常 用土中各粒组的相对含量占总质量的百分数来表示，称为土的粒径 级配。 粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的 分类定名的标准。
d3 0 2
cc
d1 0 d6 0
(2.2)
一般按经验把Cu≤5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu>10的 土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不 均匀外，还要求符合Cc=1～3的条件。否则土粒大小不连续，出现 缺粒段，仍不能称为级配良好。
工程上同时满足Cu>5且Cc=1～3的土为级配良好的土。
分散构造的工程性质最好； 结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分； 裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性 增大，工程性质差。
土力学
§土2的.1物理土性的质生及成工与程分特类性
§2.1.3 土的工程特性
土与其它连续介质的建材相比，具有下列三个显著的工程特性： 1、 压缩性高
反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。
工程地质学--第三章 土的物理性质
2015-4-22
中国地质大学工程学院
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工程地质学概论:第三章 土的物理性质
二、界限含水量——稠度界限
• 土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量 称为稠度界限
0 缩限 塑限 液限
固态 半固态 可塑状态 流动状态
工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp • 液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的 含水量，简称液限 wL • 塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时 的含水量，简称塑限 wp 常见值为17~28%
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工程地质学概论:第三章 土的物理性质
2、饱和度
• 土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度， 它能说明土中空隙被水充满的程度，以百分数表示。 V Sr w 100% Vv • 饱和度值愈大，表明土中空隙中充水愈多。数值变化0~100%，当 土处于干燥状态时，饱和度为0；当土中空隙全被水充填时，饱和 度为100%。 • 干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。 • 在工程实践中，按饱和度的大小将土的饱水程度划分为三种状态： Sr<50%为稍湿的；50%≤Sr≤80% 为很湿的；Sr>80% 为饱和的。
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工程地质学概论:第三章 土的物理性质
第二节 粘性土的稠度与可塑性
土粒与水相互作用所表现出的某些性质，也称为土的水理性质， 如与结合水有关的稠度、塑性、膨胀性、收缩性、崩解性等，与水 的流动有关的透水性、毛细性等性质。 粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出来的物理 性质。 细粒土和粘性土，因土中水分在量和质方面的变化而明显地表现 出不同的物理状态，具有不同的性质，如随含水率从少到多，土可 由固态、半固态变为可塑态，最终变为流动状态。
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3. 4.
1. 无粘性土的密实度
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据 土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧 密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程 性质有着密切关系
1）相对密实度Dr
砂土在最松 散状态时的 孔隙比
emax e Dr emax emin
砂土在天然状 态下孔隙比
按工程特性分
根据有机质含量分类
特殊性岩土
1.软土 —— 主要由细粒土组成的孔隙比大（一般 大于1),天然含水率高（接近或大于液限），压缩性 高（a>0.5MPa）和强度低的土. ①淤泥 —— 天然含水率大于液限，天然孔隙比 大于或等于1.5。 ②淤泥质土 —— 天然含水率大于液限，天然孔 隙比大于1而小于1.5
d.粘性土的分类
根据堆积时代分
1）老堆积土：第四纪更新世Q3及其以前 2）一般堆积土：全新世堆积 3）新近堆积土：全新世以后 IP>17 粘土；
根据塑性指数Ip分
17≥IP>10粉质粘土； IP≤10粉土或砂类土 湿陷性土 、红粘土 、软土（包括淤 泥和淤泥质土）、 多年冰土、膨胀土 、盐滞土 、混合土 、填土污染土等 无机土 ：Q＜5% 有机质土 ：5%≤Q≤10% 泥炭质土 ：10％＜Q≤60％ 泥炭 ：Q＞60％
块石
卵石 碎石
棱角形为主
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
圆砾
角砾
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
c.砂土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒 径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
粗粒土分为砾类土和砂类土两类 砾粒组质量多余总质量的50%的土为砾类土， 砾粒组质量少于或等于余总质量的50%的土为砂类土。
c.细粒土的分类
土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%， 且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。 细粒土按塑性图进行细分。
三、国标《土的工程分类标准》（GBJ145-90） 规定的土的野外鉴别方法
第四节 土的工程分类
1.分类的目的
土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成 一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不 同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验 的交流
2.分类原则：
1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要 测定方法简单，使用方便
2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类 工程用土的不同特性
特殊性岩土
2.人工填土—人类活动而堆填的土. 素填土—由碎石、砂、粘性土等一种或几种材料 组成的填土，不含或少含杂质人工填土 杂填土—由大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾 等杂物的填土 3.湿陷性黄土—湿陷系数大于0.015的土 ①自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿陷 系数大于0.015湿陷性黄土 ②非自重湿陷性黄土—土层上覆自重压力下的湿 陷系数小于0.015
例题 下图为某种土的粒径级配累积曲线。其中粒径小 于0.075mm的细粒土，经测定wL=38%，wp=23%。试按 岩土工程勘察规范分类法定出土的名称。
碎石土的分类
土的名称 漂石 颗粒形状 圆形及亚圆形为主 颗粒级配 粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％ 粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
状态 液性指数 坚硬 IL≤0 硬塑 0＜IL≤0.25 可塑 0.25＜IL≤0.75 软塑 0.75＜IL≤1 流塑 IL＞1
例题：从某地基取原状土样，测得土的液限wL=47%， 塑限wp=18%，天然含水量w=40%，问地基土是什么土， 处于什么状态？
解： 1. 求塑性指数： I p wL wp 47 18 29 2. 求液性指数： w wp 40 18 IL 0.759 wL wp 47 18 Ip >17，该地基土为粘土； 查表3-4， 1.0>IL>0.75，得土处于软塑状态。
密实度 松散 稍密 中密 密实
按N评定砂石密实度
N≤10
10＜N≤15
15＜N≤30
N＞30
标准贯入试验
（Standard Penetration Test） 锤 重：63.5kg 落 距：760mm 打入深度：300mm
标准贯入数 N63.5
六、土的渗透性质（透水性）
一、土的渗透性
土中孔隙一般是连通的，当饱和土中的两点存 在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向 能量低的点流动。
分类方法：
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002) 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把 地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土 五大类 a.岩石的分类 颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩 石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩
• 课堂作业：已知某土样的液限指数IL为 －0.16，其天然含水量为21%,塑限为 24%,求该土样的塑性指数，并指出该土 应属何种土？
• 作业： •
3-4
土的形成及颗粒特征
形成过程 形成条件
影响
物理力学 性质
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然 历史的产物
砂土在最密实状 态时的孔隙比
当Dr=0时， e=emax，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时， e=emin，表示土体处于最密实状态
疏松 Dr≤1/3 状态 中密 1/3＜Dr≤2/3 状态
密实 2/3＜Dr≤1 状态
2）按动力触探确定无粘性土的密实度
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。
块石
卵石 碎石
棱角形为主
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
圆砾
角砾
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
砂类土的分类
土的名称 砾砂 粗砂 砂 类 土 中砂 细砂 粉砂 颗粒级配 粒径大于2mm的颗粒占总质量的25~50% 粒径大于0.5mm的颗粒超过总质量50% 粒径大于0.25mm的颗粒超过总质量50% 粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量85% 粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%
—液限4.红粘土—指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用 形成并覆盖于基岩上的棕红、黄等色的高塑性土，其液限大 于50%. 次生红粘土大于45%且小于50%的土.
5.膨胀土—粘粒成分主要是由亲水性粘土矿物组成在环境的温度 湿度的变化时可产生强烈的胀缩的，具有吸水膨胀，失水收缩的 特性. 6.混合土—主要由级配不连续的粘粒、粉粒、砾粒和巨砾组成. ①类混合土—当碎石土中的粉土或粘土的质量大于25% 混合土 ②类混合土—当粉土或粘性土中碎石土的含量大于25%
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa) frk＞60
较硬岩
较软岩
软岩
5＜frk≤15
极软岩
frk≤5
30＜frk≤60 15＜frk≤30
岩
石
强度、节理
碎 石 土
岩 土 砂 粉 土 土
塑性指数 或塑性图
级配、形状
粘性土
特 殊形状 圆形及亚圆形为主 颗粒级配 粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％ 粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
3.分类体系与方法
分类体系：
1.建筑工程系统分类体系 《公路桥涵地基与基础设计规范》、 《建筑地基基础 设计规范》(GB50007-2002)侧重把土作为建筑地基和 环境进行分类 2.公路路基土分类体系
《公路路基设计规范》（JTG D30—2004)侧重把土作为 建筑材料，用于路堤、土坝和填土进行分类
五、土的工程性质评价
土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度
砂性土： 密实程度：松、密
土的物理状态
粘性土： 软硬程度（稠度）：软、硬
1. 粘性土的稠度和可塑性
1）粘性土的稠度状态
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破 坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征 粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为 土的稠度界限
• 分析：
• 1、d>2mm的颗粒重量<总土重的25% • d>0.5mm的颗粒重量>50% • 按前述内容，定名为粗砂 • 2、d<0.075mm的颗粒含量 • Ip=38-23=15>10 • 应进一步定名为含粘性土粗砂
例题分析
【例】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按
《地基规范》分类法确定三种土的名称
塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的 含水量变化范围 I p L P
说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与
土中粘粒含量有关。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 P P IL IP L P 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
7.盐渍土—易溶盐含量大于0.5%，具有吸湿，膨胀等特性的土 氯盐渍土 硫酸盐渍土 碱性盐渍土
8.风化岩和残积土—岩石在风化作用下，使其结构、成份、性质等产 生不同程度的变异的岩石.岩石完全风化后未经搬运过的称为残积物.
9.多年冻土—土的温度等于或低于零度含有固态水，且这种状态在自 然界保持3a或3a以上的土. 10.污染土—由于外来的致污物质侵入土体而改变了原生性状的土.