1、第一章第一章 土的物理性质土的物理性质及工程分类及工程分类内容提要 本章主要讨论土的本章主要讨论土的物质组成物质组成及其及其定性和定量定性和定量描述描述的方法。主要包括：的方法。主要包括：u 土的三相组成和三相比例指标及换算土的三相组成和三相比例指标及换算u 土的颗粒特征土的颗粒特征u 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量u 砂土的密实度砂土的密实度u 土的工程分类土的工程分类土的形成和演变土的形成和演变u 土的形成土的形成地壳表层的整体岩石在大气中地壳表层的整体岩石在大气中经受长期的经受长期的风化作用风化作用而破碎后，形成形状而破碎后，形成形状不同、大小不一的颗粒。这些颗粒受到各不同、大小不
2、一的颗粒。这些颗粒受到各种自然力的作用，在各种不同的自然环境种自然力的作用，在各种不同的自然环境下堆积下来，就形成了土。下堆积下来，就形成了土。土是地壳表层的岩石长期经受风化作用和土是地壳表层的岩石长期经受风化作用和水流、冰川、风等自然力的剥蚀、搬运及水流、冰川、风等自然力的剥蚀、搬运及堆积作用而生成的松散堆积物。堆积作用而生成的松散堆积物。岩石岩石土土剥剥蚀蚀搬搬运运风风化化沉沉积积土的形成过程土的形成过程土的形成和演变土的形成和演变u 土的演变（沉积与成岩）土的演变（沉积与成岩）堆积下来的土，堆积下来的土，在很长的地质年代中发生复杂的物理化学变在很长的地质年代中发生复杂的物理化学变化，逐渐
3、压密、岩化，最终又形成岩石（沉化，逐渐压密、岩化，最终又形成岩石（沉积岩或变质岩）。积岩或变质岩）。工程上所遇到的大多数土都是在工程上所遇到的大多数土都是在第四纪第四纪地质地质年代内所形成的，年代在一百万年以内。年代内所形成的，年代在一百万年以内。风化作用风化作用u 风化作用是由于自然界各种因素和外力风化作用是由于自然界各种因素和外力的作用使岩石产生破碎与分解，颗粒变的作用使岩石产生破碎与分解，颗粒变小及化学成分改变等现象的地质作用。小及化学成分改变等现象的地质作用。u 风化作用可分为风化作用可分为物理风化、化学风化物理风化、化学风化和和生物风化生物风化。这三种风化作用是同时进行。这三种风化作
4、用是同时进行并且互相作用的。并且互相作用的。物理风化物理风化 物理风化是岩体在各种物理作用力的影响下，从物理风化是岩体在各种物理作用力的影响下，从大的块体分裂为小的石块甚至土粒的过程。产生大的块体分裂为小的石块甚至土粒的过程。产生物理风化的原因包括以下几种：物理风化的原因包括以下几种：u地质构造力地质构造力 使岩体断裂、剥落等。使岩体断裂、剥落等。u温度变化温度变化 岩体表面与内部热胀冷缩程度不同，岩岩体表面与内部热胀冷缩程度不同，岩体不同矿物成分热胀冷缩程度不同导致岩体发生体不同矿物成分热胀冷缩程度不同导致岩体发生断裂、剥落等。断裂、剥落等。u冰胀冰胀 岩体裂隙中水分结冰时巨大的冰胀作用使裂
5、岩体裂隙中水分结冰时巨大的冰胀作用使裂隙扩展，岩体断裂。隙扩展，岩体断裂。u碰撞碰撞 风、水流、波浪的冲击及挟带物的撞击使风、水流、波浪的冲击及挟带物的撞击使岩体遭受破坏和剥蚀。岩体遭受破坏和剥蚀。因寒冷风化破裂的岩石因寒冷风化破裂的岩石风蚀穴风蚀穴（宁夏贺兰山）（宁夏贺兰山）风蚀蘑菇风蚀蘑菇（河北承德）（河北承德）化学风化化学风化 化学风化是指母岩表面和碎散的颗粒受环境因素化学风化是指母岩表面和碎散的颗粒受环境因素（水、空气以及溶解在水中的氧气和碳酸气等水、空气以及溶解在水中的氧气和碳酸气等）的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物（次生矿物次生矿
6、物）。常见原因如下：）。常见原因如下：u水解作用水解作用 岩体矿物成分被分解，与水进行化学成岩体矿物成分被分解，与水进行化学成分交换，形成新的矿物，新成分产生膨胀使岩体分交换，形成新的矿物，新成分产生膨胀使岩体胀裂。胀裂。u水化作用水化作用 土中某些矿物成分与水发生化学反应，土中某些矿物成分与水发生化学反应，水按一定的比例加入矿物的组成中，改变矿物原水按一定的比例加入矿物的组成中，改变矿物原有的分子结构，形成新的矿物。有的分子结构，形成新的矿物。新生成的含水新生成的含水矿物强度低于矿物强度低于原来的无水矿原来的无水矿物物化学风化化学风化 u 氧化作用氧化作用 土中的矿物与氧结合形成新的矿物。土
7、中的矿物与氧结合形成新的矿物。u 溶解作用溶解作用 岩石中某些矿物成分被水溶解，以溶液形岩石中某些矿物成分被水溶解，以溶液形式流失。式流失。化学风化的结果是形成十分细微的土颗粒，最主要化学风化的结果是形成十分细微的土颗粒，最主要的为粘土颗粒及大量的可溶性盐类。这些微细颗粒的为粘土颗粒及大量的可溶性盐类。这些微细颗粒的表面积很大，具有吸附水分子的能力。的表面积很大，具有吸附水分子的能力。海蚀蘑菇（广西北海）海蚀蘑菇（广西北海）生物风化生物风化 生物风化作用是指各种动植物及人类活动对岩石的生物风化作用是指各种动植物及人类活动对岩石的破坏作用。分为两种基本形式：破坏作用。分为两种基本形式：u物理生物
8、风化物理生物风化 生物产生的机械力（植物根系生长，生物产生的机械力（植物根系生长，人类爆破活动）造成岩石破碎。人类爆破活动）造成岩石破碎。u化学生物风化化学生物风化 生物产生的化学成分（植物根系分泌生物产生的化学成分（植物根系分泌的有机酸、动植物死亡后遗体腐烂产物以及微生物的有机酸、动植物死亡后遗体腐烂产物以及微生物作用等）引起岩石成分改变而使岩石腐蚀破坏。作用等）引起岩石成分改变而使岩石腐蚀破坏。植物根劈作用（北京房山）植物根劈作用（北京房山）土的沉积与成岩作用土的沉积与成岩作用 沉积土在固结成岩过程中主要有以下几种作用：沉积土在固结成岩过程中主要有以下几种作用：u 压固脱水作用压固脱水作用
9、 下部沉积土在上覆沉积物重量的均匀下部沉积土在上覆沉积物重量的均匀压力下发生的排水固结现象。压力下发生的排水固结现象。u 胶结作用胶结作用 将松散的碎屑颗粒连结起来固结成岩。将松散的碎屑颗粒连结起来固结成岩。u 重结晶作用重结晶作用 沉积物中的非晶体物质，在溶解和固体沉积物中的非晶体物质，在溶解和固体扩散等作用下，能够脱水转化成晶体；沉积物中的扩散等作用下，能够脱水转化成晶体；沉积物中的微小晶体颗粒，在一定条件下能够长成粗大的晶粒。微小晶体颗粒，在一定条件下能够长成粗大的晶粒。u 沉积岩新矿物的形成沉积岩新矿物的形成 沉积土在向沉积岩的转化过程沉积土在向沉积岩的转化过程中，形成与新环境相适应的
10、新的稳定矿物。中，形成与新环境相适应的新的稳定矿物。孔隙减少孔隙减少密实度增大密实度增大土与岩土与岩石的相石的相互转化互转化过程过程第一节第一节 土的三相组成土的三相组成u 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称之为通常称之为三相组成三相组成（固相、液相和气相）。（固相、液相和气相）。气相气相固相固相液相液相+土体土体土颗粒土颗粒孔隙水孔隙水孔隙气体孔隙气体随着三相物质的质量和体积的随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也就不同。比例不同，土的性质也就不同。一、土的固相一、土的固相u土的固相物质包括土的固相物质包括无机矿物颗粒无机矿物颗粒和和有
11、机质有机质，是构成土的骨架的最基本的物质。是构成土的骨架的最基本的物质。无机矿物无机矿物原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物岩浆在冷凝过程中岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石形成的矿物，如石英、长石、云母等英、长石、云母等由原生矿物经过风化由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，作用后形成的新矿物，如粘土矿物等如粘土矿物等原生矿物原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状圆状、浑圆状、棱角状次生矿物次生矿物 针状、片状、扁平状针状、片状、扁平状次生矿物的水溶次生矿物的水溶性性u 次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、难溶的和不溶的。难溶的和不溶的。u 次生矿物的水溶性对土的性质有
12、重要影响次生矿物的水溶性对土的性质有重要影响。粘土矿物粘土矿物 粘土矿物的主要代表性矿物成分：粘土矿物的主要代表性矿物成分：高岭石高岭石、伊利石伊利石和和蒙脱石蒙脱石。蒙蒙 脱脱 石石高高 岭岭 石石伊伊 利利 石石粘土矿物粘土矿物 粘土矿物的性质：粘土矿物的性质：u 是细小的扁平颗粒，表面具有极强的与是细小的扁平颗粒，表面具有极强的与水相互作用的能力。水相互作用的能力。u 颗粒愈细，表面积愈大，亲水的能力就颗粒愈细，表面积愈大，亲水的能力就愈强，对土的工程性质的影响就愈大。愈强，对土的工程性质的影响就愈大。土中的有机质土中的有机质 主要成分：主要成分：u 由微生物作用产生的腐殖质矿物由微生物
13、作用产生的腐殖质矿物u 动植物残体（泥炭）等动植物残体（泥炭）等 有机颗粒紧紧地吸附在无机矿物颗粒的有机颗粒紧紧地吸附在无机矿物颗粒的表面形成了颗粒间的连接，但这种连接表面形成了颗粒间的连接，但这种连接的的稳定性较差稳定性较差。二、土的液相二、土的液相u土的液相是指存在于土的孔隙中的水。土的液相是指存在于土的孔隙中的水。u土中的水是一种十分复杂的电解质水溶液，土中的水是一种十分复杂的电解质水溶液，它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理化学作用。化学作用。二、土的液相二、土的液相土中水土中水自由水自由水 结合水结合水 强结合水强结合水 弱结合水弱结合水 重力
14、水重力水 毛细水毛细水处于土颗粒表面水膜处于土颗粒表面水膜中的水，受到表面引中的水，受到表面引力的控制而不服从静力的控制而不服从静水力学规律，其冰点水力学规律，其冰点低于零度。不能传递低于零度。不能传递静水压力。静水压力。存在于土粒表面电场存在于土粒表面电场影响范围以外的土中影响范围以外的土中水，受重力的控制而水，受重力的控制而流动。可以传递静水流动。可以传递静水压力，能溶解盐类。压力，能溶解盐类。l存在于最靠近土颗粒表面处；存在于最靠近土颗粒表面处；l密度大于密度大于1g/cm3；有过冷现象；有过冷现象；l温度高于温度高于100度时可蒸发；度时可蒸发；l性质跟固体相似，具有极大的粘性质跟固体
15、相似，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。滞度、弹性和抗剪强度。强结合水强结合水弱结合水弱结合水l存在于距土颗粒表面较远处；存在于距土颗粒表面较远处；l位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力力作用范围之内作用范围之内；l可以发生迁移；可以发生迁移；l有粘滞性；有粘滞性；自由水自由水二、土的液相二、土的液相自由水自由水毛细水毛细水 重力水重力水存在于地下水位以下的透存在于地下水位以下的透水土层中的水。在重力或水土层中的水。在重力或压力差的作用下能在土中压力差的作用下能在土中渗流，对土颗粒和结构物渗流，对土颗粒和结构物都有都有浮力作用浮力作用。存在于地下水位以上透水存在于地下水位以上透
16、水层中的水。受表面张力的层中的水。受表面张力的支配，能沿着土的细孔隙支配，能沿着土的细孔隙上升到一定的高度。上升到一定的高度。NOTE：水是土的一个重要组成部分。根据实用水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计。它的压缩量可以忽略不计。三、土的气三、土的气相相u土的气相是指充填在的土孔隙中的气体，包括土的气相是指充填在的土孔隙中的气体，包括自由自由气体气体（与大气连通）和（与大
17、气连通）和封闭气体封闭气体（与大气不连通）（与大气不连通）两大类。两大类。自由气体自由气体l成分与空气相似，对土的工程性质成分与空气相似，对土的工程性质影响不大；影响不大；l在外力作用下很快从孔隙中挤出。在外力作用下很快从孔隙中挤出。封闭气体封闭气体在压力作用下可被压缩或溶解于水中，在压力作用下可被压缩或溶解于水中，对土的工程性质有很大影响。对土的工程性质有很大影响。阻塞渗流通道，使土的渗透性减小；阻塞渗流通道，使土的渗透性减小；增加土的弹性，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。增加土的弹性，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。土体各组成部分的作用土体各组成部分的作用气相气相固相固相液
18、相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体土体次要作用次要作用u 为什么要研究土的结构？为什么要研究土的结构？土的物质组成和含量的比例并不能完全决定土的土的物质组成和含量的比例并不能完全决定土的宏观的工程性质，宏观的工程性质，决定土工程性质的是组成土体决定土工程性质的是组成土体的基本结构单元的空间排列情况和联结方式等。的基本结构单元的空间排列情况和联结方式等。u土的结构通常包含土的结构通常包含土的微观结构土的微观结构和和土体的宏观结土体的宏观结构构两种概念。两种概念。土的结构土的结构土的结构土的结构u 土的微观结构土的微观结构 组成土的基本结构单元的大小、形状、表
19、面特征、组成土的基本结构单元的大小、形状、表面特征、比例关系，各结构单元和孔隙的空间排列状况及比例关系，各结构单元和孔隙的空间排列状况及其结构联结特征等。通常需借助光学或电子显微其结构联结特征等。通常需借助光学或电子显微镜进行研究。镜进行研究。u土的微观结构一般分为土的微观结构一般分为单粒结构单粒结构、蜂窝状结构蜂窝状结构、絮状结构絮状结构三种基本类型。三种基本类型。单粒结构单粒结构u由粗大的土粒在由粗大的土粒在水或空气中下沉水或空气中下沉而形成。而形成。u砂土，碎石土砂土，碎石土u土颗粒之间是点土颗粒之间是点与点的接触，土与点的接触，土颗粒间几乎没有颗粒间几乎没有联结。联结。u随着形成条件的
20、随着形成条件的不同，有紧密与不同，有紧密与疏松两种状态。疏松两种状态。紧密单粒结构紧密单粒结构疏松单粒结构疏松单粒结构单粒结构的松密程度取决于矿物成单粒结构的松密程度取决于矿物成分、颗粒形状、级配情况。分、颗粒形状、级配情况。紧密单粒结构紧密单粒结构u土粒排列紧密，在静、动土粒排列紧密，在静、动荷载作用下都不会产生较荷载作用下都不会产生较大的沉降，稳定性好。大的沉降，稳定性好。u强度较大，压缩性较小，强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基是较为良好的天然地基。疏松单粒结构疏松单粒结构u土粒排列疏松，土骨架土粒排列疏松，土骨架不稳定。不稳定。u当受到振动或其他外力当受到振动或其他外力作用时，
21、土颗粒易发生作用时，土颗粒易发生移动，使骨架结构趋向移动，使骨架结构趋向密实，会导致土中孔隙密实，会导致土中孔隙剧烈减少，引起土体较剧烈减少，引起土体较大的变形。大的变形。u未经处理一般不宜作为未经处理一般不宜作为建筑物的地基。建筑物的地基。蜂窝结构蜂窝结构u是主要由粉粒（粒径为是主要由粉粒（粒径为0.005-0.075mm）组成的结构形式，）组成的结构形式，在粉土和粘土中常见。在粉土和粘土中常见。u单个土粒下沉过程中，土粒间单个土粒下沉过程中，土粒间的分子引力大于土粒的重力，的分子引力大于土粒的重力，土粒停留在最初的接触点上不土粒停留在最初的接触点上不再下沉，逐渐形成土粒链，很再下沉，逐渐形
22、成土粒链，很多的土粒链联结起来，便形成多的土粒链联结起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构。孔隙较大的蜂窝状结构。u可承受一般的水平静荷载。但是当其承受较大的静荷载可承受一般的水平静荷载。但是当其承受较大的静荷载或动荷载时，其结构将破坏，会导致严重的地基沉降。或动荷载时，其结构将破坏，会导致严重的地基沉降。絮状结构絮状结构u对于细小的粘粒（粒径小于对于细小的粘粒（粒径小于0.005mm），其重力作用很小，），其重力作用很小，能够在水中长期悬浮，不会能够在水中长期悬浮，不会下沉。悬浮的土颗粒在相互下沉。悬浮的土颗粒在相互之间的吸引力作用下，形成之间的吸引力作用下，形成絮状结构。絮状结构。u主要存在于海
23、相沉积粘土中。主要存在于海相沉积粘土中。u孔隙很大，强度低、压缩性孔隙很大，强度低、压缩性高、对扰动比较敏感，土粒高、对扰动比较敏感，土粒间的联结强度会由于压密和间的联结强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。胶结作用而逐渐得到加强。土的三种微观结构的比较土的三种微观结构的比较 土的三种微观结构中密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状结构土为其次，絮状结构土的工程性质最差。后两种结构的土会因振动或其他外界扰动导致其天然结构被破坏，因此未经处理不能作为天然地基。土的结构土的结构u 土的宏观结构（土的构造）土的宏观结构（土的构造）土体形成过程中产生的三相物质成分以及节理、土体形成过程中产生的三相物
24、质成分以及节理、裂隙等不连续面在土体内的排列、组合特征，可裂隙等不连续面在土体内的排列、组合特征，可以直接用肉眼或放大镜进行观察。以直接用肉眼或放大镜进行观察。u土的构造特征主要是土的构造特征主要是层理构造层理构造和和裂隙构造裂隙构造。土的层理构造土的层理构造 土在形成过程中，不同阶段沉积的不同物质土在形成过程中，不同阶段沉积的不同物质成分沿竖向分层分布的特征。成分沿竖向分层分布的特征。土的裂隙构造土的裂隙构造黄土的柱状裂隙黄土的柱状裂隙裂隙的存在破坏裂隙的存在破坏土体的完整性，土体的完整性，大大降低土体的大大降低土体的强度和稳定性，强度和稳定性，增大透水性，对增大透水性，对工程不利。工程不利
25、。第二节第二节 土的颗粒特征土的颗粒特征u天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为大小称为粒度粒度。u 粒度分析方法粒度分析方法筛分析方法：适用于粒径大于筛分析方法：适用于粒径大于0.075mm的土粒的土粒沉降分析方法：适用于粒径小于沉降分析方法：适用于粒径小于0.075mm的土粒的土粒u工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况土的颗粒组成情况 一、土的粒度成分一、土的粒度成分粒度成分粒度成分u天然土的粒径一般是连续变化的，为了描述的天然土的粒径一般是连续变化的，为了描述的方便，工程上常把大小相近的
26、颗粒合并为组，方便，工程上常把大小相近的颗粒合并为组，称为称为粒组粒组。u粒组划分原则：粒组划分原则：应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。粒粒 组组规范标准规范标准u GBJ 789 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范u GB5002194 岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范u GB14590 土的工程分类标准土的工程分类标准u JTJ05193 公路土工试验规程公路土工试验规程粒组划分标准粒组划分标准（GB5002194）粒组名称粒组名称粒组范围（粒组范围（mm）漂石（块石
27、）漂石（块石）200卵石（碎石）卵石（碎石）20200砾石砾石2 20砂粒砂粒0.075 2粉粒粉粒0.0050.075粘粒粘粒200卵石（碎石）卵石（碎石）200 60粗砾粗砾60 20细砾细砾20 2砂粒砂粒20.075粉粒粉粒0.075 0.005粘粒粘粒200卵石（碎石）卵石（碎石）200 60粗砾粗砾60 20中砾中砾205细砾细砾5 2粗砂粗砂20.5中砂中砂0.50.25细砂细砂0.250.074粉粒粉粒0.074 0.002粘粒粘粒0.002漂漂 石石粘土二、粒度成分及其表示方法二、粒度成分及其表示方法u土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对
28、含量（以干土质量的百分比表示）对含量（以干土质量的百分比表示）它可用来描述土中各种不同粒径土粒的它可用来描述土中各种不同粒径土粒的分布特征。分布特征。u常用的粒度成分表示方法：常用的粒度成分表示方法：表格法表格法、累计曲线法累计曲线法和和三角形坐标法三角形坐标法。土的粒度成分表示的表格法土的粒度成分表示的表格法粒径粒径di（mm）粒径小于等于粒径小于等于di的累计百分含量的累计百分含量pi（%）土样土样A土样土样B土样土样C10100.05100.075.0298.955.0192.942.70.576.534.70.2535.028.5100.00.19.023.692.00.07519.0
29、77.60.0110.940.00.0056.728.90.0011.510.0粒组（粒组（mm）土样土样A土样土样B土样土样C10525.0521.120.0216.012.310.516.48.00.50.2541.56.20.250.126.04.98.00.10.0759.04.614.40.750.018.137.60.010.0054.211.10.0050.0015.218.90.0011.510.0土的粒度成分表示的表格法土的粒度成分表示的表格法可用于土的工程分可用于土的工程分类和定名类和定名土的粒度成分表示的累计曲线法土的粒度成分表示的累计曲线法曲线平缓曲线平缓级配良好级配良
30、好曲线陡直曲线陡直级配不良级配不良土的粒度成分表示的累计曲线法土的粒度成分表示的累计曲线法不连续不连续级配级配土粒的级配指标土粒的级配指标u 不均匀系数不均匀系数u 曲率系数（级配系数）曲率系数（级配系数）d10、d30、d60分别相当于累计含量为分别相当于累计含量为10、30、60的粒径。的粒径。6010udCd2301060cdCd d土粒的级配指标土粒的级配指标u d10有效粒径有效粒径 小于某粒径的土粒小于某粒径的土粒质量累计百分数为质量累计百分数为10%时相应的粒径时相应的粒径 u d30中间粒径中间粒径 小于某粒径的土粒小于某粒径的土粒质量累计百分数为质量累计百分数为30%时相应的
31、粒径时相应的粒径 u d60限制粒径限制粒径 小于某粒径的土粒小于某粒径的土粒质量累计百分数为质量累计百分数为60%时相应的粒径时相应的粒径 土的级配土的级配u Cu反映大小不同粒组的分布情况。反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表示土粒的分布范围大，土的级配越大，表示土粒的分布范围大，土的级配良好。良好。u Cc描述累计曲线的整体形状。描述累计曲线的整体形状。土的级配土的级配u Cu10时，称为级配良好。时，称为级配良好。若若Cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配。连续级配。u 综合条件：综合条件：当当Cu5且且Cc=13时，时，为级配良好的土。为级配
32、良好的土。u 工程中用级配良好的土作为路堤和堤坝的工程中用级配良好的土作为路堤和堤坝的填土用料时，容易获得较大的密实度。填土用料时，容易获得较大的密实度。举例举例 1 曲线曲线a：d100.1mm，d300.22mm，d600.39mm；计算计算得得Cu3.9，Cc=1.24；土样土样a为级配不良的土。为级配不良的土。举例举例 20.140.840.390.140.84d=0.14;d=0.39;粗9020010小于某粒径的土重含(%)30405060708030=dC=10010土粒粒径（mm)601.0d30d0.10d10d dc1060d=0.84C=u60=60d10d21030较大
33、卵石或碎石100圆粒或角粒大粗中细粗粒组粗中砂粒极细细10=1.29800.01010090大于某粒径的土重含(%)=6.02706050403020细粉粒细粒组0级配良好级配良好土的粒度成分表示的三角形坐标法土的粒度成分表示的三角形坐标法u 基本原理：基本原理：等边三角形内任意等边三角形内任意一点至三个边的垂一点至三个边的垂直距离的总和恒等直距离的总和恒等于三角形之高。于三角形之高。u 三角形坐标法只适三角形坐标法只适用于划分为三个粒用于划分为三个粒组的情况。组的情况。土的粒度成分表示的三角形坐标法土的粒度成分表示的三角形坐标法m点坐标：点坐标：粘粒含量粘粒含量28.9粉粒含量粉粒含量48.
34、7砂粒含量砂粒含量 22.4三种表示方法的比较三种表示方法的比较u 表格法能清楚地用来说明土样的各粒组表格法能清楚地用来说明土样的各粒组含量，但对于大量土样之间的比较就显得含量，但对于大量土样之间的比较就显得过于冗长，且无直观概念。过于冗长，且无直观概念。u 累计曲线法能用一条曲线表示一种土的累计曲线法能用一条曲线表示一种土的粒度成分，而且可以在一张图上同时表示粒度成分，而且可以在一张图上同时表示多种土的粒度成分，能直观地比较其级配多种土的粒度成分，能直观地比较其级配状况。状况。u 三角形坐标法能用一个点表示一种土的粒三角形坐标法能用一个点表示一种土的粒度成分，而且可在一张图上同时表示多种度成
35、分，而且可在一张图上同时表示多种土的粒度成分，便于进行土料的级配设计。土的粒度成分，便于进行土料的级配设计。u 根据使用要求选用合适的表示方法。根据使用要求选用合适的表示方法。三种表示方法的比较三种表示方法的比较三、粒度成分分析方法三、粒度成分分析方法u 筛分法筛分法 利用一套不同孔径的标准筛把各种粒径的利用一套不同孔径的标准筛把各种粒径的土分离出来。土分离出来。（适用于粗粒土，粒径适用于粗粒土，粒径600.075mm）u 沉降分析法沉降分析法 基本原理：土粒在悬液中沉降的速度与粒基本原理：土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比。径的平方成正比。（适用于细粒土，粒径适用于细粒土，粒径0.07
36、5mm）筛分法仪器设备筛分法仪器设备振筛机振筛机u 标准筛的孔径依次为标准筛的孔径依次为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。u 试验步骤：试验步骤：将烘干的均匀土样放入标准筛，经振筛机振动，将烘干的均匀土样放入标准筛，经振筛机振动，将土粒分离开；将土粒分离开；称出留在每个筛上的土重，求出留在每个筛上的称出留在每个筛上的土重，求出留在每个筛上的土的质量百分含量。土的质量百分含量。相 当 于 在相 当 于 在 1 平 方 英 寸平 方 英 寸（6.451610-4m2）的面积）的面积上有上有200个筛孔。个筛孔。岩土
37、与地下工程研究所岩土与地下工程研究所 土质学与土力学土质学与土力学105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536沉降分析法沉降分析法试验方法：试验方法：将一定质量（将一定质量（ms）的）的干 土 制 成 一 定 体 积干 土 制 成 一 定 体 积（V）的悬液，在搅）的悬液，在搅拌均匀并停止搅拌时拌均匀并停止搅拌时开始计时，经过一定开始计时，经过一定时间
38、（时间（ti）在液面下某）在液面下某个深度个深度（Li）测定该）测定该深 度 处 悬 液 的 密 度深 度 处 悬 液 的 密 度（i）。）。u 最大粒径：最大粒径：u 小于等于上述粒径的土粒质量：小于等于上述粒径的土粒质量：式式中：中：s土粒的密度土粒的密度（g/cm3）w水的密度水的密度（g/cm3）1.1261000iiiiwsisswLdtm沉降分析法沉降分析法1.1261000iiiiwsisswLdtmu 悬液中粒径小于等于悬液中粒径小于等于di（mm）的土粒质量）的土粒质量占土粒总质量的累计百分比占土粒总质量的累计百分比pi（以表示）（以表示）为：为：u 测定悬液密度的方法：测定
39、悬液密度的方法：比重计法，移液管法比重计法，移液管法siismpm沉降分析法沉降分析法比重计比重计是用来测量液体密度的仪器。移液管移液管容积为容积为25毫升毫升用移液管在一定深用移液管在一定深度处吸出一定量的度处吸出一定量的悬液，烘干后测出悬液，烘干后测出干土的质量，计算干土的质量，计算出土的密度。出土的密度。NOTE：土粒并不是球形颗粒，用上述公式计算土粒并不是球形颗粒，用上述公式计算得到的并不是实际土粒的尺寸，而是与得到的并不是实际土粒的尺寸，而是与实际土粒有相同沉降速度的理想球体的实际土粒有相同沉降速度的理想球体的直径，称为直径，称为水力直径水力直径。四、土粒的形状四、土粒的形状u 土粒
40、形状对于土的密实度和土的强度有土粒形状对于土的密实度和土的强度有重要影响。重要影响。棱角状的颗粒互相嵌挤咬合形成比较稳定的棱角状的颗粒互相嵌挤咬合形成比较稳定的结构，土体强度较高；磨圆度高的颗粒之间容结构，土体强度较高；磨圆度高的颗粒之间容易滑动，土体的稳定性较差。易滑动，土体的稳定性较差。u 土粒的形状与土的矿物成分有关，也与土粒的形状与土的矿物成分有关，也与土的成因条件及地质历史有关。土的成因条件及地质历史有关。土粒形状的描述方法土粒形状的描述方法u 肉眼观察鉴别方法肉眼观察鉴别方法u 对电子显微镜扫描照片采用计算机图像处对电子显微镜扫描照片采用计算机图像处理的方法理的方法u 用体积系数和
41、形状系数描述（定性评价）用体积系数和形状系数描述（定性评价）体积系数体积系数u 体积系数体积系数Vc：式中式中：V土粒体积土粒体积（mm3）；）；dm土粒的最大粒径（土粒的最大粒径（mm）。）。u Vc愈大，土粒愈接近于圆形。圆球状愈大，土粒愈接近于圆形。圆球状的的Vc1；立方体的立方体的Vc0.37；棱角状土粒的；棱角状土粒的Vc更小。更小。36cmVVd形状系数形状系数u 形状系数形状系数F：式中：式中：A1、B1、C1分别为土的最大、中间分别为土的最大、中间和最小粒径。和最小粒径。1121ACFB第三节第三节 土的三相比例指标土的三相比例指标u土的三相物质在体积和质量上的比例土的三相物质
42、在体积和质量上的比例关系称为关系称为三相比例指标三相比例指标。u土的三相比例指标反映了土的干燥与土的三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密的状态。潮湿、疏松与紧密的状态。u是评价土的工程性质的最基本的物理是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。不可缺少的基本内容。土的三相土的三相图图土粒土粒水水气气实际土体实际土体土的三相图土的三相图土的三相土的三相图图各相的质量与体积各相的质量与体积awsvsVVVVVV0amwsmmm土的三相土的三相比例指标比例指标试验指标试验指标密度（天然密度）密度（天然密度）土粒密度（比
43、重）土粒密度（比重）可以直接通过可以直接通过试验测定试验测定土的三相比例指标土的三相比例指标换算指标换算指标须由试验指标须由试验指标换算换算含水量含水量干密度（干重度）干密度（干重度）饱和密度（饱和重度）饱和密度（饱和重度）有效重度有效重度孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率饱和度饱和度土的密度土的密度u 定义：单位体积土的质量。定义：单位体积土的质量。u 定义式：定义式：u土的密度取决于土的密度取决于土粒密度土粒密度、孔隙体积孔隙体积、孔隙孔隙水质量水质量等，综合反映了土的物质组成与结构等，综合反映了土的物质组成与结构特征。特征。u一般土的密度为一般土的密度为1.602.20g/cm3)(3vswscm
44、gVVmmVm土的密度土的密度u 试验测定方法：环刀法试验测定方法：环刀法u 试验设备：试验设备：环环 刀刀电子天平电子天平内径内径61.8mm外径外径79.8mm高度高度20mm适用于细粒土适用于细粒土土的密度土的密度u 试验步骤：试验步骤：用环刀取土。（环刀内壁先涂一薄层凡士林，将用环刀取土。（环刀内壁先涂一薄层凡士林，将环刀垂直压入土体，用切土刀沿环刀外侧切削土环刀垂直压入土体，用切土刀沿环刀外侧切削土样，取出环刀，并将环刀上下两端削平。）样，取出环刀，并将环刀上下两端削平。）擦净环刀外壁，称量环刀和土的总质量。擦净环刀外壁，称量环刀和土的总质量。环刀和土的总质量减去环刀质量得到土的质量
45、，环刀和土的总质量减去环刀质量得到土的质量，除以环刀体积（除以环刀体积（固定固定），得到土的密度。），得到土的密度。土的重度土的重度u在用国际单位制计算重力时，由土的质量在用国际单位制计算重力时，由土的质量产生的单位体积的重力称为重力密度，简产生的单位体积的重力称为重力密度，简称称重度重度。u对天然土求得的密度称为对天然土求得的密度称为天然密度天然密度，相应，相应的重度称为的重度称为天然重天然重度度。310kN mg土粒密度（比重）土粒密度（比重）u定义：干土粒的质量与其体积之比。定义：干土粒的质量与其体积之比。u表达式：表达式：u 土粒密度主要取决于土粒密度主要取决于土矿物成分土矿物成分。u
46、 测定方法：比重瓶法（测定方法：比重瓶法（适用于粒径小于适用于粒径小于5mm的各类土的各类土）。）。3g cmsssmVu试验仪器：试验仪器：比重瓶比重瓶砂砂 浴浴土粒密度（比重）土粒密度（比重）容积容积100mL或或50mL土粒密度（比重）土粒密度（比重）u 试验步骤：试验步骤：将比重瓶烘干，称取一定质量的烘干土样装入比重将比重瓶烘干，称取一定质量的烘干土样装入比重瓶，称土样和比重瓶的总质量。瓶，称土样和比重瓶的总质量。向比重瓶内注入半瓶纯水，放在砂浴上煮沸。向比重瓶内注入半瓶纯水，放在砂浴上煮沸。（煮沸时间：砂土不少于煮沸时间：砂土不少于30分钟，粘土和粉土不少于分钟，粘土和粉土不少于1小
47、时。小时。）将一定量的无气纯水注入装有土样悬液的比重瓶，将一定量的无气纯水注入装有土样悬液的比重瓶，将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称出比重瓶、悬液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称出比重瓶、水和土样的总质量，并测定瓶内的水温。水和土样的总质量，并测定瓶内的水温。从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。温度下的瓶、水总质量。土粒密度的计算公式：土粒密度的计算公式：iTbwsdbwdsGmmmmGdm干土质量干土质量bwm比重瓶和水的总质量比重
48、瓶和水的总质量bwsm比重瓶、水及土样的总质量比重瓶、水及土样的总质量iTGT时纯水的比重（可查物理手册）时纯水的比重（可查物理手册）与干土同体积与干土同体积的水的质量的水的质量土粒密度的一般数值土粒密度的一般数值土土 名名土粒密度（土粒密度（g/cm3）砂土砂土2.652.69砂质粉土砂质粉土2.70粘质粉土粘质粉土2.71粉质粘土粉质粘土2.722.73粘土粘土2.742.76土粒相对密度土粒相对密度u定义：土粒的质量与同体积的定义：土粒的质量与同体积的4纯水的质量纯水的质量之比（之比（无量纲，数值与土粒密度相同无量纲，数值与土粒密度相同）。）。u表达式：表达式：u纯水在纯水在4时的密度，
49、可取时的密度，可取w=1g/cm3。wswswsssVmG土粒相对密度的一般数值土粒相对密度的一般数值土土 名名土粒相对密度土粒相对密度砂土砂土2.652.69砂质粉土砂质粉土2.70粘质粉土粘质粉土2.71粉质粘土粉质粘土2.722.73粘土粘土2.742.76土的含水量土的含水量u 定义：土中水的质量与固体（土粒）质定义：土中水的质量与固体（土粒）质量之比。量之比。u 表达式：表达式：u 含水量反映土中水的含量多少，是描述含水量反映土中水的含量多少，是描述土的干湿程度的重要指标，常以百分数土的干湿程度的重要指标，常以百分数表示。表示。u 测定方法：测定方法：烘干法烘干法%100%100sw
50、swGGmmwu试验仪器与设备：试验仪器与设备：烘烘 箱箱电子天平电子天平土的含水量土的含水量土样盒土样盒土的含水量土的含水量u 试验步骤：试验步骤：取代表性土样若干，放入土样盒，称盒与湿土的总取代表性土样若干，放入土样盒，称盒与湿土的总质量。质量。将土样置于烘箱内，在将土样置于烘箱内，在105110的恒温下烘干。的恒温下烘干。（烘干时间：粘土和粉土不少于烘干时间：粘土和粉土不少于8小时，砂土不少于小时，砂土不少于6小时。小时。）取出土样，冷却后称量土样盒与干土的总质量。取出土样，冷却后称量土样盒与干土的总质量。天然含水量天然含水量 u 天然状态下土层的含水量称为天然含水量，天然状态下土层的含
