1、 第四章第四章 土的工程性质与分类土的工程性质与分类从工程的角度考虑问题主要内容主要内容: :1.土的组成与结构构造2.土的物理力学性质及其指标3.土的工程分类4.土的成因类型特征5.特殊土的主要工程性质土土固相固相液相液相气相气相土中颗粒的大小、成分及三相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质反映出土的不同性质 第一节 土的组成与结构构造一一. .土的粒度成分土的粒度成分(1).土的颗粒级配土的颗粒级配工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，粒组的划分见书本表若干粒组，粒组的划分见
2、书本表1-1.1-1.为了表示土为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配称为土的颗粒级配 试验方法试验方法筛分法：适用于筛分法：适用于0.075mmd60mm比重计法比重计法: :适用于适用于d0.075mm筛分法筛分法用一套孔径不同的筛子，按用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质
3、量，然后计算其占总土粒质量的百分数质量的百分数 比重计法比重计法利用不同大小的土粒在水中的沉降利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。颗粒粒径级配曲线颗粒粒径级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比, ,横坐横坐标表示土粒的粒径标表示土粒的粒径( (对数坐标）对数坐标）颗粒级配的描述颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述颗粒级配的描述颗粒级配的不均匀程度不均匀程度 1060ddCud10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、 30%和和
4、60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把匀。工程上把Cu5的土视的土视为级配不良的土；为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土的土视为级配良好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态，表明配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况 6010230dddCc对于砾类土或砂类土，同时满对于砾类土或砂类土，同时满足足Cu5和和Cc= =13时，定名为时，定名为良好级配砂或良好级配砾良好级配砂或良好级配砾 二二. .土的矿物成分土的矿物成分可溶盐类及易分解的矿物可溶盐类及易分解的矿物: : 黄铁矿黄铁矿, ,硫化
5、物和硫酸盐类硫化物和硫酸盐类1.原生矿物原生矿物原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同成分与母岩相同例：石英、云母、长石等例：石英、云母、长石等特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成特征：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、压缩性较的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点低的特点 2.次生矿物次生矿物：次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同其成分与母岩不相同 特征：特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点易膨
6、胀的特点 3.可溶盐类及易分解的矿物(1).易溶盐(2).中溶盐(3).难溶盐4.有机质 有机质对土的工程性质的影响程度的主要取决因素(P64)三三. .土中水和气体及其与土粒的相互作用土中水和气体及其与土粒的相互作用1.土中的水和气2.结合水3.非结合水(1).毛细水(2).(2).重力水重力水 四四. .土中气体土中气体 土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体。通的封闭气体。1.非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对受外荷作用时被挤出土体外，对土的
7、性质影响不大土的性质影响不大。2.封闭气体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的时间和延长土体受力后变形达到稳定的时间. . 四.土的结构和构造1.土的结构(1).土的结构的定义和分类(2).单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下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沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点
8、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 密实状态密实状态疏松状态疏松状态(3).蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位单位, ,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构。结构。 (4).絮状结构絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，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，土粒表在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时
9、，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。下沉，形成孔隙较大的絮状结构。蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构2. 2. 土的构造土的构造 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特征是土的成层性和裂隙性, ,即层理构造和裂隙构造，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性。二者都造成了土的不均匀性。 1.层理构造：层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中, ,由于不同阶段沉积由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同的物质成分
10、、颗粒大小或颜色不同, ,而沿竖向呈现出而沿竖向呈现出成层特征。成层特征。 2.裂隙构造：裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割土体被许多不连续的小裂隙所分割, ,在在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。 第二节第二节 土的物理力学性质及其指标土的物理力学性质及其指标一一.土的三相比例指标土的三相比例指标 土的三相比例关系土的三相比例关系,反映土的重量性质反映土的重量性质,含水性含水性和孔隙性等基本物理性质的不同和孔隙性等基本物理性质的不同,并随各种条件的并随各种条件的变化而改变变化而改变.指标包括指标包括:比重比重,重度重度,干重度干重度,饱和重度饱和重度,浮重
11、度浮重度,土的土的含水量含水量,土的饱和度土的饱和度,土的孔隙率和孔隙比土的孔隙率和孔隙比指标的换算关系指标的换算关系土的物理性质指标1 1、土的三相图、土的三相图 2 2、直接测定指标、直接测定指标 (1).土的密度土的密度：单位体积土的质量单位体积土的质量 awswsVVVmmVm工程中常用重度工程中常用重度 来表示单位体积来表示单位体积土的重力土的重力. . g重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 (2).土粒相对密度土粒相对密度Gs（土粒比（土粒比重）重）：土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水时纯水的质量之比的质量之比 . .ssssVmG土粒相对密度变化范围不大：
12、细粒土（粘性土）一般土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般为；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小. .ms气气土粒土粒mw体积体积V水水mVsVwVVa质量质量mVv气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V(3).土的含水量土的含水量：土中水的土中水的质量与土粒质量之比，以百分质量与土粒质量之比，以百分数表示数表示. .（含水率）含水率）%100%100sssmmmmm土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水
13、量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 3 3、换算指标、换算指标 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V(1).孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒土中孔隙体积与土粒体积之比体积之比 (2).土的饱和度土的饱和度Sr ：土中孔土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干
14、土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr= =0, ,饱和土饱和土Sr= =100%。砂土根据饱和度分为三种状态。砂土根据饱和度分为三种状态: : svVVe孔隙率孔隙率n ：土中孔隙体积与总体土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示积之比，以百分数表示 %100VVnv%100vrVVSSr50%稍湿；稍湿； 50Sr80%很湿；很湿； Sr80%饱和饱和(3).不同状态下土的密度和重不同状态下土的密度和重度度饱和密度饱和密度sat ：土体中孔隙完土体中孔隙完全被水充满时的土的密度全被水充满时的土的密度 干密度干密度d ：单位体积中固体颗粒单位体积中固体颗粒部分的质量部分的质量 VVmvs
15、satVmsd浮密度浮密度 ：土单位体积内土粒质土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差量与同体积水的质量之差 VVmss土的三相比例指标中的质量密度指标共有土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度个，土的密度，饱，饱和密度和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3), ,相应的重度指标也有相应的重度指标也有4个，土的重度个，土的重度 ，饱和重度，饱和重度 sat，干重度，干重度 d，浮重度，浮重度 (kN/m3)气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V4 4、指标间的换算、指标间的换算气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积
16、V土的三相指标中，土粒比重土的三相指标中，土粒比重Gs ，含水量，含水量和密度和密度是通是通过试验测定的，可以根据三过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指个基本指标换算出其余各指标标Vv=eGsw Gs（1）w eGVmws1)1 (11eGVmwssd推导：推导：换算关系式：换算关系式：1)1 (1wsdwsGGeeeGVVmwswVssat1)(eGwssat1) 1(eeVVnV1eGVmVVSsWVwVwr5 5、例题分析、例题分析 n【例】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为，烘干后，干土质量为167g
17、。若土粒的相对密度。若土粒的相对密度Gs为为2.66，求该土样的含水量，求该土样的含水量、密度、密度、重度、重度 、干重度、干重度d 、孔隙比、孔隙比e、饱和重度、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答解答】%98.11167167187%100smm3/87. 1100187cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66. 21)1 (sGe%7 .53593. 066. 21198. 0eGSsr3/4 .2010593. 01593. 066. 21mkNeeGssat3/4 .10104 .
18、20mkNwsat二、无粘性土的紧密状态二、无粘性土的紧密状态 土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土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着密切关系1.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散土
19、愈松散 2.相对密实度相对密实度DrminmaxmaxeeeeDr砂土在天然状砂土在天然状态下孔隙比态下孔隙比砂土在最密实状砂土在最密实状态时的孔隙比态时的孔隙比砂土在最松砂土在最松散状态时的散状态时的孔隙比孔隙比当当Dr=0=0时，时， e= =emax ，表示土处于最疏松状态，表示土处于最疏松状态; ;当当Dr= =1.0时，时， e= = emin ，表示土体处于最密实状态，表示土体处于最密实状态3.按动力触探确定无粘性土的密实度按动力触探确定无粘性土的密实度Dr1/3疏松状态疏松状态1/3Dr2/3中密状态中密状态2/3Dr1密实状态密实状态 天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤
20、击数天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数动力触探的锤击数N63.5进行评定进行评定(GB50007-2002) 密实度密实度按按N评定砂石密实度评定砂石密实度 按按N63.5评定碎石土密实度评定碎石土密实度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520三、粘性土的物理特征三、粘性土的物理特征 1.粘性土的稠度状态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稠度是指土的软硬程度或
21、土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力坏的抵抗能力, ,是粘性土最主要的物理状态特征是粘性土最主要的物理状态特征 0固态或半固态固态或半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限P液限液限L粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为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土的稠度界限. .也叫界限含水率也叫界限含水率. .液塑限测定根据液塑限测定根据土工试验规程土工试验规程(SL237-007-1999)规定，规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。采用液塑限联合测定仪进行测定。液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪下沉深度为下沉深度为17mm所对应的含水量为液限所对应的含水
22、量为液限; ;下沉深度为下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限。处所对应的含水量为塑限。 2.粘性土的塑性指数和液性指数粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土处在可塑状态的，即土处在可塑状态的含水量变化范围含水量变化范围说明：说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力, ,即与即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多土中粘粒含量有关。粘粒含量越多, ,塑性指数就越高塑性指数就越高 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
23、。当系。当IL0时时, ,P, ,土处于坚硬状态土处于坚硬状态; ;当当IL1时时, ,L, ,土处土处于流动状态。根据于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态值可以直接判定土的软硬状态 PLpI液性指数液性指数IL是粘性是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 PPLII状态状态液性指数液性指数坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1 四、土的力学性质土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒
24、的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程1 1、压缩试验、压缩试验研究土的压缩性大小及其特
25、征的室内试验方法，亦称研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验固结试验三联固结仪三联固结仪刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：土样在竖直注意：土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，不产生侧向压缩，不产生侧向变形变形（1）.压缩仪示意图压缩仪示意图（2）.e- -p曲线曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变土样在压缩前后变形
26、量为形量为s，整个过，整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变eHeH11100土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变)1(000eHsee整理整理1)1(000wswGe其中其中根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制，绘制e- -p曲线，曲线，为压缩曲线。为压缩曲线。p0001eeeHse0eppee- -p曲线曲线 2 2、压缩性指标、压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高力增量作用下，土的孔隙比减少
27、得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标1.1.压缩系数压缩系数a 2.2.压缩模量压缩模量Es 3.3.变形模量变形模量E0曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性曲线压缩性曲线B压缩性压缩性（1 1）. .压缩系数压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe- -p曲线曲线pe利用单位压力增量所引起利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压得孔隙比改变表征土的压缩性高低缩性高低pea d d在压缩曲线中，实际采在压缩曲线中，实际采用割线斜率表
28、示土的压用割线斜率表示土的压缩性缩性1221 ppeepea规范规范用用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1低压缩性土低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1高压缩性土高压缩性土1221 ppeepea斜斜率率（2）.压缩模量压缩模量Es土在土在侧限侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量侧限模量aeEs11说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量Es与土的的压缩系数与土的的压缩系数a成反比，
29、成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低（3）.变形模量变形模量E0土在土在无侧限无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩变形模量与压缩模量之间关系模量之间关系sEE0其中其中1212土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之间之间zzSE（4）.土的回弹与再压缩土的回弹与再压缩pe弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n1.1.土的卸荷回弹曲线不与原土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分完全弹性体，
30、其中有一部分为不能恢复的塑性变形为不能恢复的塑性变形n2.2.土的再压缩曲线比原压缩土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低其压缩性明显降低 3、土的抗剪强度（1 1）、库仑定律）、库仑定律17761776年，库仑根据砂土剪切试验年，库仑根据砂土剪切试验 f = tan 砂土砂土后来，根据粘性土剪切试验后来，根据粘性土剪切试验 f =c+ tan 粘土粘土c 库仑定律：库仑定律：土的抗剪强土的抗剪强度是剪切面上的法向总应度是剪切面上的法向总应力力 的线性函数的线性函数 tanfcftanc: :土
31、的粘聚力土的粘聚力 : :土的内摩擦角土的内摩擦角 f f（2）、土体抗剪强度影响因素）、土体抗剪强度影响因素 摩擦力的两个来源摩擦力的两个来源 1.1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦摩擦 2.2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力：由土粒之间的胶结作用和分子引力等因素粘聚力：由土粒之间的胶结作用和分子引力等因素形成形成 抗剪强度影响因素抗剪强度影响因素摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度。粒级配、土粒形
32、状以及表面粗糙程度。粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构。结构。4 4、土的压实特性、土的压实特性 影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功能、土的种类影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功能、土的种类和级配等和级配等 （1）.含水量的影响含水量的影响dmaxd0op当含水率较低时，击实后的干当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的增加而增大。密度随含水量的增加而增大。而当干密度增大到某一值后，而当干密度增大到某一值后，含水量的继续增加反招致干密含水量的继续增加反招致干密度的减小。干密度的这一最大度的减小。干密度的这一最大值
33、称为该击数下的最大干密度，值称为该击数下的最大干密度，与它对应的含水量称为最优含与它对应的含水量称为最优含水量水量 说明：说明：当击数一定时，只有在某一含水量下才获得最佳的击实效果当击数一定时，只有在某一含水量下才获得最佳的击实效果. . 1d（2）.击实功能的影响击实功能的影响说明：说明：填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土不易夯实，遇水填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土不易夯实，遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济
34、效益，而且影响到工程质量水率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响到工程质量 0d击数击数403020饱和线饱和线a.土料的土料的最大干密度和最优最大干密度和最优含水量不是常数含水量不是常数。最大干。最大干密度随击数的增加而逐渐密度随击数的增加而逐渐增大增大, ,最优含水量逐渐减小。最优含水量逐渐减小。然而，这种变化速率是递然而，这种变化速率是递减的。同时，光凭增加击减的。同时，光凭增加击实功能来提高土的最大干实功能来提高土的最大干密度是有限的密度是有限的 b.当含水量较低时击数的当含水量较低时击数的影响较显著。当含水量较影响较显著。当含水量较高时，含水量与干密度关高时，含水量与干密度关系
35、曲线趋近于饱和线，这系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的时提高击实功能是无效的 （3）.土类和级配的影响土类和级配的影响 击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指数击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大 无粘性土无粘性土的击实曲线和粘的击实曲线和粘性土击实曲线性土击实曲线不同不同，在含，在含水量较大时得到较高的干水量较大时得到较高的干密度，因此在无粘性土实密度，因此在无粘性土实际填筑中，际填筑中，通常要不断洒通常要不断洒水使其在较高的含水量下水使其在较
36、高的含水量下压实压实 . .d0无粘性土的击实曲线无粘性土的击实曲线说明：说明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度. . 第三节 土的工程分类一、分类的目的和原则一、分类的目的和原则 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分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，便于在成一定的类
37、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验的交流分类原则：分类原则： 分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，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，使用方便又要测定方法简单，使用方便二、分类体系与方法二、分类体系与方法 1 1、分类体系：、分类体系：（1）.建筑工程系统分类体系建筑工程系统分类体系（2）.工程材料系统分类体系工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：如：建筑地基基础设计规
38、范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地基土分地基土分类方法类方法. . 侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，例如：程。研究对象为扰动土，例如：土的分类标准土的分类标准(GBJ145-90)工程用土的分类和工程用土的分类和公路土工试验规程公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类土的工程分类. .2 2、分类方法、分类方法：（1）.建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002) 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（
39、岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类五大类a.岩石的分类岩石的分类 颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结, ,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩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石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类分类 坚硬程度类别坚硬程度类别饱和单轴抗压饱和单轴抗压强度强度frk(Mpa)坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩30frk60frk6015frk305frk15frk5b.碎石土的分类碎石土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土
40、称为碎石土的土称为碎石土c.砂土的分类砂土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径的土，且粒径大于大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土的土称为砂土 土的名称土的名称漂石漂石块石块石卵石卵石碎石碎石圆砾圆砾角砾角砾颗粒形状颗粒形状圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒含量超过全重粒含量超过全重50粒径大于粒径大于20mm的颗粒的颗粒含量超过全重含
41、量超过全重50粒径大于粒径大于2mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定碎石土的分类碎石土的分类d.粉土的分类粉土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不的颗粒含量不超过全重超过全重50%，塑性指数，塑性指数IP10的土称的土称为粉土为粉土土的名称土的名称砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量占全重的颗粒含量占全重2550注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于粒径大于0.
42、5mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重85粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50砂土的分类砂土的分类e.粘性土的分类粘性土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超的颗粒含量不超过全重过全重50%，塑性指数，塑性指数IP10的土称的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分为粘性土，粘性土根据塑性指数细分土的名称土的名称粘土粘土粉质粘土粉质粘土塑性指数塑性指数注：塑性指数由相应于注：塑性指数由相应于76g圆圆锥体沉入土
43、样中深度为锥体沉入土样中深度为10mm测定的液限计算而得测定的液限计算而得 IP1710IP17f.人工填土的分类人工填土的分类 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱, ,均匀性均匀性较差，根据其物质组成和成因较差，根据其物质组成和成因, ,可分为素填土、杂填土和冲填土可分为素填土、杂填土和冲填土 （2）.土的分类标准土的分类标准(GBJ14590) 根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类大类a.巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土
44、的分类 巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土中巨粒含的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于量多于50%, ,属于巨粒土；若土中巨粒含量在属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土之间，属于含巨粒土b.粗粒土的分类粗粒土的分类 巨粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量的粗粒含量多于余土的多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类g.g.其它特殊类土其它特殊类土软土（淤泥等）软土（淤泥等） 、红粘土、黄土等、
45、红粘土、黄土等c.细粒土的分类细粒土的分类 土中粒径小于土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。的土属于细粒土。图中液限为图中液限为17mm液限液限细粒土按塑性图进行细分细粒土按塑性图进行细分作业：作业：n【例】下图为某三种土下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线的颗粒级配曲线, ,试按试按地基规范地基规范分类法确定三种土的名称分类法确定三种土的名称 【解答解答】A土土: :从从A土级配曲线查得土级配曲线查得, ,粒径小于粒径小于2mm的占总土质的占总土质量的量的67%、粒径小于、粒径小于0.075mm占总土质
46、量的占总土质量的21%, ,满足满足粒径大于粒径大于2mm的不超过的不超过50%, ,粒径大于粒径大于0.075mm的超过的超过50%的要求的要求, ,该土属于砂土；该土属于砂土；又由于粒径大于又由于粒径大于2mm的占总土质量的的占总土质量的33%, ,满足粒径大满足粒径大于于2mm占总土质量占总土质量25%50%的要求的要求, ,故此土应命名为故此土应命名为砾土砾土 B土土: :粒径大于粒径大于2mm的没有的没有, ,粒径大于粒径大于0.075mm占总土质占总土质量的量的52%, ,属于砂土。按砂土分类表分类属于砂土。按砂土分类表分类, ,此土应命名为此土应命名为粉砂粉砂 C土土: :粒径大
47、于粒径大于2mm的占总土质量的的占总土质量的67%, ,粒径大于粒径大于20mm的占总土质量的的占总土质量的13%, ,按碎石土分类表可得按碎石土分类表可得, ,该土该土应命名为圆砾或角砾应命名为圆砾或角砾 第四节第四节 土的成因类型特征土的成因类型特征 土是岩石风化形成的。一般是第四纪以来形成的（2百万年以后形成），沉积时间短，未固结成岩，结构松散。1 土在工程上的作用： 作为建筑物的地基； 作为建筑材料； 作为建筑物周围的介质或环境；2 土的成因类型：土的成因类型： 残积土残积土 坡积土坡积土 洪积土洪积土 冲积土冲积土 湖积土湖积土 海积土海积土 冰积土冰积土 风积土风积土 残积土残积土
48、：岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。其粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。残积土的工程性质：孔隙度、强度、压缩性，均质性差，但具有一定的结构强度。原位测试强度室内测试值。坡积土： 雨水将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。坡积土的工程性质：结构疏松，一般具较高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较大。洪积土洪积土: 由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成。 4山山前前洪洪积积扇扇剖剖面面图图分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建
49、的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。冲积土冲积土： 由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成。湖积土湖积土：湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和粘性土。湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。海积土海积土：滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物主要由细
50、粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。深海沉积物主要是有机质软泥。风积土风积土： 在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。特殊性土的主要工程性质特殊性土的主要工程性质特殊性土是指某些具有特殊物质成分和结构、工程性质也较特殊的土。是在一定的条件下形成的，其分布有明显的区域性特征。特殊性土的种类有：沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土南方和中南地区的膨胀土西南亚热带湿热气候条件下的红粘土西北、华北干旱气候区的黄土西北、华北干旱气候区的盐渍土高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土各
