任务1 土的物理与工程性质

1、教师：付红梅教师：付红梅1.土的形成 土是以岩石颗粒为主体骨架没有胶结或弱胶结的松散堆积物。 土和岩石和主要区别在于土体颗粒间无胶结或者弱胶结。 土分为“天然土”和“人为土” 土力学理论研究的对象是“无胶结”或者“弱胶结”的松散堆积物，不仅仅是指传统意义上的“土”土的形成土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的工程分类土的工程分类土的压实性土的压实性 决定决定影影响响如何获得较好的土如何获得较好的土便于研究和应用便于研究和应用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土是岩石经过风化后在不同条件下形成的

2、自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积土的形成土的形成形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学物理力学性质性质 风化风化岩石岩石地球土土地球影响影响岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而变成土的过程是非常复岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而变成土的过程是非常复杂而漫长的杂而漫长的生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物动植物的活动动植物的活动土的形成土的形成风化风化有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破

3、碎过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物新的矿物气相固相液相+ + +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次要作用次要作用土体三相组成示意图湿土。是一种非饱湿土。是一种非饱和土。若为粘土多和土。若为粘土多为可塑性土。为可塑性土。液相为零，为干液相为零，为干土。此时粘土呈土。此时粘土呈坚硬状态，砂土坚硬状态，砂土呈松散状态。呈松散状态。气体为零，为饱和气体为零，为饱和状态。此时粉细砂状态。此时粉细砂或粉土在震动下容或粉土在震动下容易产生液化。易产生

4、液化。土的三相比例不同，其性质不同土的三相比例不同，其性质不同土的固相（固体颗粒） 土是岩石风化的产物，土颗粒的矿物成分取决于成土母岩的成分和风化作用的类型，不同的矿物成分对土的性质的影响不同，土中矿物颗粒的成分主要有原生矿物和次生矿物两类。3.3.土中的固体颗粒土中的固体颗粒土粒的大小和形状、矿物成分与级配是影响土的物理力学性质的重要因素。粗大的土粒往往是原生矿物，形成的土是块状或粒状，而细小土粒主要是次生矿物，其形状呈片状。 不同尺寸的土颗粒具有不同的性质。例如：土颗粒由大变小，土可由无粘性变为粘性，且透水性随之减小。粒径大小比较接近的土粒，其矿物成分及性质都比较接近。因此，把土的粒径按性

5、质相近的原则划分为7个粒组:漂石（块石）、卵石（碎石）、砾粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。粒组的划分是土按颗粒分类的基础固体颗粒的描述固体颗粒的描述粒径级配颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的粒径级配影响土性影响土性的主因的主因颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径dmm卵石卵石砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒60602 20.050.05 0.0050.005 0.0020.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细0.0750.075粗粒土粗粒土细粒土细粒土.表格法表示的粒组划分粒组名称粒组名称粒径范围粒径范围m

6、mmm一般特征一般特征漂石、块石颗粒漂石、块石颗粒200200透水性很大，无粘性，无毛细水透水性很大，无粘性，无毛细水卵石、碎石颗粒卵石、碎石颗粒2002002020圆砾、角砾圆砾、角砾颗粒颗粒粗粗20201010透水性大，无粘性，毛细水上升透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小高度不超过粒径大小中中10105 5细细5 52 2砂粒砂粒粗粗2 20.50.5易透水，当混有云母等杂质时透易透水，当混有云母等杂质时透水性减小，而压缩性增大；无粘水性减小，而压缩性增大；无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散；性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变毛细水上升高度不大，随粒径变小而增

7、大小而增大中中50.25细细0.1极细极细750.075粉粒粉粒粗粗0.0750.0750.010.01透水性小，湿时稍有粘性，遇水透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻上升高度较大较快，极易出现冻胀现象胀现象细细0.010.010.0050.005粘粒粘粒0.0050.075 mm) 水分法水分法：适用于细粒土：适用于细粒土 (0.075 mm)各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法表述方法 粒径级配累积曲线粒径级配累积

8、曲线粒组的相对含量是通过颗粒分析实验测定的1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线 d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径: d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 限定限定粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30 : 中值粒径中值粒径 （有效粒径）不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 连续程度连续程度: Cc = d302 / (d6

9、0 d10 ) 曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀粗细程度粗细程度： 用用d50 表示 一一. . 固体颗粒固体颗粒1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线 d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率斜率: : 某粒径范围内

10、颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大C c = 1 3, 级配连续性好级配连续性好粒径级配土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线及指标的用途及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3 或 Cc 1,

11、级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 11g/cmg/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水弱结合水v自由气体：自由气

12、体：与大气连通，对土的性质影响不大与大气连通，对土的性质影响不大v封闭气体：封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道增加土的弹性；阻塞渗流通道5.5.土中气体土中气体 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相 小结小结1. 固体颗粒固体颗粒2. 土中水土中水3. 土中气体土中气体 粒径级配粒径级配 矿物成分矿物成分 颗粒形状颗粒形状 结合水结合水 (强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水) 自由水自由水 (重力水、毛细水重力水、毛细水) 自由气体自由气体封闭气体封闭气体土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系任务任务1-2 土的物理性质

13、指标土的物理性质指标密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积wavwasVVVVVVVwwwaawsVmmmmmm0已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va V / / ms m wma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物

14、性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法1. 三相草图三相草图2.2.试验指标试验指标室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积-土的密度、土粒的比重、土的含水率土的密度、土粒的比重、土的含水率土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的重度土的重度=g工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位: kg/m3 或或

15、 g/cm3单位单位: kN/m3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3定义定义: 土单位体积的质量土单位体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式:相关指标相关指标:三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量sssVm 单位单位: 无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65C4w C4wssG 4C时纯蒸馏水的密度时

16、纯蒸馏水的密度C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义: 土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水率土的含水率ssswmmmmm(%)w 定义定义: 土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示用百分数表示注意注意: 其实是含水比其实是含水比, 可达到或超过可达到或超过100表达式表达式:3.3.换算指标换算指标v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (

17、孔隙度孔隙度) )svVVe 其它常用的物理性质指标（换算指标）其它常用的物理性质指标（换算指标）VV(%)nv 关系关系:e1en n1ne 在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70%定义定义: 土中孔隙体积与固体颗土中孔隙体积与固体颗粒体积之比粒体积之比, 无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积体积定义定义: 土中孔隙体积与总体土中孔隙体积与总体积之比积之比, 用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积体积三相草图可用

18、于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标swmm(%)w 含水率含水率饱和度饱和度vwrVVS WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 饱和土饱和土v表示土中表示土中密度和重度密度和重度的指标的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度awswsVVVmmVm 天然重度天然重度干重度干重度Vmsd g gdd VVm

19、vwssat gsatsat 浮重度浮重度wsat 饱和重度饱和重度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 定义定义: 土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度, 等于等于 单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量表达式表达式:各种密度各种密度重度重度之间的大小关系：之间的大小关系：dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vm 天然重度天然重度干重度干重度Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮重度浮重度wsat 饱和重度饱和重度WaterAirSoil

20、VaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的三相比例换算公式Soil mechanics Chapter 1 (WRH)例题：例题： 例题例题1 在某住宅地基勘测中，已知一个钻孔原在某住宅地基勘测中，已知一个钻孔原状土试样结果为：土的密度状土试样结果为：土的密度1.80g/cm3，土粒，土粒比重比重2.70，土的含水率，土的含水率w18。求其余。求其余5个物个物理性质指标。理性质指标。 Soil mechanics Chapter 1 (WRH)小结小结物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积和质土的三个组成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程

21、度特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水率土的密度、土粒的比重、土的含水率三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土中密度和容重的指

22、标表示土中密度和容重的指标三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法有效的方法Soil mechanics Chapter 1 (WRH)课堂练习题：课堂练习题：根据三相比例关系，推导孔隙比的换算式：根据三相比例关系，推导孔隙比的换算式：1)1 (wesSoil mechanics Chapter 1 (WRH)影响影响任务任务1-3 土的物理状态指标土的物理状态指标1.无粘性土的松密程度无粘性土的松密程度力学特力学特性性密实度大密实度大结构稳定、强度大、压缩变形小结构稳定、强度大、

23、压缩变形小密实度小密实度小结构疏松、不稳定、压缩变形大结构疏松、不稳定、压缩变形大衡量无粘性土的密实度方法衡量无粘性土的密实度方法孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n相对密度相对密度D Dr r现场标准贯入试验测定现场标准贯入试验测定土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量定义定义:Soil mechanics Chapter 1 (WRH)（1）.孔隙比孔隙比e或孔隙率或孔隙率nu密实度密实度如何衡量如何衡量? ?单位体积中固体颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少优点：简单方便优点：简单方便缺点：不能反映级配的影响缺点：不能反映级配的影响

24、 只能用于同一种土只能用于同一种土emin = 0.35emin = 0.20利用孔隙比利用孔隙比e或孔隙率分类或孔隙率分类Soil mechanics Chapter 1 (WRH)孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n分类分类e emaxmax与与e eminmin ：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD D Dr r = 1 = 1 , , 最密状态最密状态 D Dr r = 0 = 0 , , 最松状态最松状态 D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密实状态密实状态判别标准：判别标准

25、：优点：把土的级配因素考虑在内，优点：把土的级配因素考虑在内， 理论上较为完善理论上较为完善缺点：缺点：e e、e eminmin、 e emanman难以准确测定难以准确测定e 0.95 e 0.85 松松散散0.85 e 0.950.70 e 0.85 e 0.70 细细 砂砂 、 粉粉 砂砂0.75 e 0.850.60 e 0.75 e 0.60砾砾 砂砂 、 粗粗 砂砂 、中中 砂砂稍稍密密中中密密密密实实密密 实实 度度土土 的的 名名 称称e 0.95 e 0.85 松松散散0.85 e 0.950.70 e 0.85 e 0.70 细细 砂砂 、 粉粉 砂砂0.75 e 0.8

26、50.60 e 0.75 e 0.60砾砾 砂砂 、 粗粗 砂砂 、中中 砂砂稍稍密密中中密密密密实实密密 实实 度度土土 的的 名名 称称（2）.相对相对密度密度对策：对策：Soil mechanics Chapter 1 (WRH)（3 3）根据现场标准贯入试验判定）根据现场标准贯入试验判定 标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为量为63.5kg63.5kg的锤头，提升到的锤头，提升到76cm76cm的高度，让锤自由下落，打击的高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为标准贯入器，使贯入器入土深为30cm30cm所需的锤击

27、数，记为所需的锤击数，记为N63.5N63.5，这是一种简便的测试方法。，这是一种简便的测试方法。N N的大小，综合反映了土的的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国岩土工程勘查规岩土工程勘查规范范（GB50021GB500219494）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数进行划分。进行划分。标准贯入标准贯入试验垂击试验垂击数数N36.5N36.5N36.510N36.51010N36.51510N36.51515N36.53015N36.530N36.530N36.530密实度密实度松散松散稍密稍密中

28、密中密密实密实判定标准：判定标准：Soil mechanics Chapter 1 (WRH)2. 粘性土的物理特性粘性土的物理特性粘性土的物理特性可以用稠度表示。粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度。稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度。粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。塑限塑限p液限液限l稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态塑态塑态 液态液态 强结合水膜最大强结合

29、水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量wSoil mechanics Chapter 1 (WRH)（1 1）界限含水量的测定方法）界限含水量的测定方法液限液限L L锥式液限仪测定法：锥式液限仪测定法：76g锤经锤经5s恰好沉入土恰好沉入土10mm所对应的含水量。所对应的含水量。碟式液限仪测定法：以碟式液限仪测定法：以2转转/秒的速度，使碟子反复秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当起落，坠击底座，当25击击V型土槽合拢长度恰好型土槽合拢长度恰好13mm所对应的含水量。所对应的含水量。锥式液限仪锥式液限仪碟式液限仪碟式液限仪Soil

30、 mechanics Chapter 1 (WRH)塑限p滚搓法：滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm3mm 土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。液、塑性联合测定法：液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时利用液、塑性联合测定仪同时测定测定3 3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm10mm及及2mm2mm时土时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限。样的含水量就

31、分别为该土的液限和塑限。圆锥入土深度与含水量关系圆锥入土深度与含水量关系液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪Soil mechanics Chapter 1 (WRH)（2 2）塑性指数）塑性指数I Ip p和液性指数和液性指数I IL LpLpI 反映吸附结合水的能力。能大致反映粘土颗粒的含量及其反映吸附结合水的能力。能大致反映粘土颗粒的含量及其粘性粘性塑性指数塑性指数I Ip p工程上常用作粘性土与粉土定名的依据工程上常用作粘性土与粉土定名的依据缺点：缺点：不能充分反映粘土颗粒含量不能充分反映粘土颗粒含量 不同的粘土矿物结合水的能力不同不同的粘土矿物结合水的能力不同Soil mechanics

32、 Chapter 1 (WRH)pLpLI 注意：仅适用于重塑土注意：仅适用于重塑土液性指数液性指数I IL LwpwwlIL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑反映粘性土天然状态的软硬程度反映粘性土天然状态的软硬程度 工程上作为确定粘性土承载力的重要指标工程上作为确定粘性土承载力的重要指标Soil mechanics Chapter 1 (WRH)土的结构和构造土的结构：土骨架中固体土颗粒之间的相互排列和联结形式，反映颗粒的大小、形状，表面特征、相互排列及其连接方式的综合。 土的结构可分为下列三种:任务任务

33、1-4 1-4 土的结构和构造土的结构和构造Soil mechanics Chapter 1 (WRH)单粒结构粗颗粒土,在沉积过程中,每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳定状态。工程性质最好。蜂窝结构（0.05mm0.005mm）主要由粉粒组成的土的结构形式。 较细的土颗粒，在水中单个下沉,碰到已沉积的土粒,因土粒之间的分子引力大于土粒自重而被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。受扰动时会导致结构的破坏，不可用作天然地基。1.1.土的结构土的结构Soil mechanics Chapter 1 (WRH)絮状结构（粒径60饱和单轴抗压强度标准值frk(MPa)极软

34、岩软岩较软岩较硬岩坚硬岩坚硬程度类别frk515frk530frk1560frk30frk60饱和单轴抗压强度标准值frk(MPa)极软岩软岩较软岩较硬岩坚硬岩坚硬程度类别按完整程度分类按完整程度分类0.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完整完整完整程度等级0.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完整完整完整程度等级Soil mechanics Chapter 1 (WRH)2.碎石土碎石土土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量漂石漂石块石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆砾圆砾角

35、砾角砾粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%Soil mechanics Chapter 1 (WRH)3.砂土砂土土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25 - 50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%Soil mechanics Chapter 1 (WRH)4.粉土粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于小于全质量50%而塑性指数Ip10的土粒径大于0.0

36、75mm0.075mm的颗粒含量大于大于全质量50%塑性指数IpIp1010的土五、粘性土五、粘性土1017的土的土粘土粘土粉质粘土粉质粘土Soil mechanics Chapter 1 (WRH)5.人工填土人工填土人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。分类方法分类方法: (1) 按堆积年代进行分类，分为老填土、新填土；按堆积年代进行分类，分为老填土、新填土；(2)按组成物质分类如下表：按组成物质分类如下表：土的名称组成物质素填土素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土杂填土杂填土为含有建筑物垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土冲填土

37、冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土压实填土经过压实或夯实的素填土为压实填土Soil mechanics Chapter 1 (WRH)1.淤泥和淤泥质土：天然含水量大于液限淤泥和淤泥质土：天然含水量大于液限( )，天然，天然孔隙比孔隙比15的粘性土是淤泥，天然孔隙比的粘性土是淤泥，天然孔隙比50%， =3050，e=1.11.7，Sr0.85。液限。液限45%的土为次生红粘土。的土为次生红粘土。红粘土的工程性质：强度高压缩性低。红粘土的工程性质：强度高压缩性低。6.特殊土特殊土Lww LwpISoil mechanics Chapter 1 (WRH)1.碎石类土的碎石类土的鉴别鉴别 碎石类土应

38、描述碎屑物的成分碎石类土应描述碎屑物的成分；指出碎屑是由指出碎屑是由那类岩石组成的；碎屑物的大小那类岩石组成的；碎屑物的大小；其一般直径和其一般直径和最大直径如何最大直径如何；并估计其含量之百分比；碎屑物并估计其含量之百分比；碎屑物的形状，其形状可分为圆形、亚圆形或棱角形；的形状，其形状可分为圆形、亚圆形或棱角形；碎屑的坚固程度。当碎石类土有充填物时，应措碎屑的坚固程度。当碎石类土有充填物时，应措述充填物的成分，并确定充填物的土类和估计其述充填物的成分，并确定充填物的土类和估计其含量的百分比。如果没有充填物时，应研究其孔含量的百分比。如果没有充填物时，应研究其孔隙的大小，颗粒间的接触是否稳定等

39、现象。碎石隙的大小，颗粒间的接触是否稳定等现象。碎石土还应描述其密实度土还应描述其密实度。 任务任务1-6土的现场鉴别土的现场鉴别Soil mechanics Chapter 1 (WRH)2.砂土的砂土的鉴别鉴别砂类土按其颗粒的粗细和其干湿程度可分为砾砂砂类土按其颗粒的粗细和其干湿程度可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 3.粘性土的粘性土的鉴别鉴别 粘性土可按其湿润时状态、人手捏的感觉、粘粘性土可按其湿润时状态、人手捏的感觉、粘着程度和能否搓条的粗细，将粘性土分为粘土、着程度和能否搓条的粗细，将粘性土分为粘土、亚粘土和亚砂土亚粘土和亚砂土。Soil mechani

40、cs Chapter 1 (WRH)任务任务1-7土的击实性土的击实性土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压密的特性密的特性压实的本质压实的本质土料孔隙率减小，密实度提高1 1、击实机理：、击实机理： 颗粒被击碎，土粒定向排列颗粒被击碎，土粒定向排列; ; 土粒破碎，粒间联结力被破土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小坏而发生孔隙体积减小; ; 气被挤出或被压缩等气被挤出或被压缩等Soil mechanics Chapter 1 (WRH)2 2、影响击实效、影响击实效 果的因素：果的因素： 土的性质土的性质 含水量：含水量： 压实功：压实功

41、：粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大颗粒级配：颗粒级配越均匀，击实效果越差颗粒级配：颗粒级配越均匀，击实效果越差含水量的不同改变了土颗粒间的作用力，并改变含水量的不同改变了土颗粒间的作用力，并改变土的结构与状态，含水量与击实效果如下图所示土的结构与状态，含水量与击实效果如下图所示要达到一定的击实干密度，则含水量小时，击实要达到一定的击实干密度，则含水量小时，击实功大，含水量大时，则应选取击实功小的机具。功大，含水量大时，则应选取击实功小的机具。0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.0干密度干密度 d(g/cm

42、3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=12.1Soil mechanics Chapter 1 (WRH)任务任务1-8 1-8 土的渗透性土的渗透性碎散性碎散性多孔介质多孔介质三相体系三相体系孔隙流体流动孔隙流体流动渗流渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象水、气等在土体孔隙中流动的现象渗透性渗透性土具有被水、气等液体透过的性质土具有被水、气等液体透过的性质渗透特性渗透特性强度特性强度特性变形特性变形特性非饱和土的渗透性非饱和土的渗透性饱和土的渗透性饱和土的渗透性能量差能量差1.1.基本概念基本概念Soil mechanics Chapter 1 (WRH)土的渗透性实例土的渗透性实例

43、渗流量渗流量渗透变形渗透变形土石坝土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖浸润线浸润线透水层透水层不透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流Soil mechanics Chapter 1 (WRH)渗水压力渗水压力扬压力扬压力渗流量渗流量渗透变形渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流Soil mechanics Chapter 1 (WRH)渗流量渗流量透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面QSoil mechanics Chapter 1 (WRH)渗流量渗流量原地下水位原地下水位渗

44、流时地下水位渗流时地下水位渠道渗流渠道渗流Soil mechanics Chapter 1 (WRH)渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡Soil mechanics Chapter 1 (WRH)渗透变渗透变形形渗流滑渗流滑坡坡土的渗透性及渗透规律土的渗透性及渗透规律渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形土坡稳定分析土坡稳定分析挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基坑等地下施工基坑等地下施工边坡渗流边坡渗流Soil mechanics Chapter 1 (WRH)达西定律达西定律ikv nvvvs 渗透定律2. 达西定律达西定律在层流状态的渗流中，渗透速度在层流状态的渗

45、流中，渗透速度v v与水力坡降与水力坡降i i的一次方成正比，并与土的性质有关。的一次方成正比，并与土的性质有关。iv 注意：注意：AAvAAnv V V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度V Vs s：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A AvQVA VsAvk: k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降物理意义：水力坡降i i1 1时的渗流速度时的渗流速度单位：单位：mm/s, cm/s, mm/s, cm/s, m/sm/s,

46、 m/day, m/daySoil mechanics Chapter 1 (WRH)粗粒土：粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流不符合达西定律砂土中渗透速度砂土中渗透速度 vcr= =0.3-0.5cm/s 适用条件适用条件ivovcrivoi0层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土重的粘性土 两种特例两种特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 )1m(kivm Soil mechanics Chapter 1 (WRH)室内试验测定方法室内试验测定方法野外试验测定方法

47、野外试验测定方法常水头试验法常水头试验法变水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔抽水试验井孔注水试验井孔注水试验3. 渗透系数的测定渗透系数的测定Soil mechanics Chapter 1 (WRH)室内试验方法室内试验方法1常水头试验法常水头试验法结果整理结果整理试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件: : h，A，L=const量测变量量测变量: : V，ti=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk 适用土类：适用土类：透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土Soil mechanics Chapter 1 (WRH)tt+ t室内试验方法室内试验方法2变水头试验法变水头试验法

48、结果整理结果整理:理论依据理论依据: :t时刻：时刻： htdhdVe= - adhdVo=kiAdt=k (h/L)AdtdVe=dVo流入量流入量：流出量：流出量：连续性条件：连续性条件：-adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt 21hht0hdhkAaLdt21hhlnkAaLt 21hhlnAtaLk 选择几组选择几组h1, h2, t ，计算相应的，计算相应的k，取平均值，取平均值Soil mechanics Chapter 1 (WRH) 室内试验方法室内试验方法常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验条件条件已知已知测定测定算定算定取值取值h=consth变化变化h，A

49、，LV，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAVLk 不同时段试验，取均值不同时段试验，取均值适用适用粗粒土粗粒土粘性土粘性土Soil mechanics Chapter 1 (WRH)优点：可获得现场较为可优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数靠的平均渗透系数 野外测定方法野外测定方法抽水试验和注水试验法抽水试验和注水试验法地下水位地下水位测压管水面测压管水面井井抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层不透水层观察井观察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 2122

50、12hh)r/rln(Qk 缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长实验方法：实验方法：理论依据：理论依据：Soil mechanics Chapter 1 (WRH)4. 4. 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 1.渗透力的性质渗透力的性质物理意义：物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力j = wi大小：大小：方向：方向：与渗流方向一致与渗流方向一致作用对象：作用对象：土骨架土骨架Soil mechanics Chapter 1 (WRH)基本类型基本类型 2.2.渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏） 流土流土管涌管涌土工建筑物及