lecture01s_土的物理性质及分类

1、12渗透特性变形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和构造土的结构和构造土的形成过程土的形成过程土的工程分类：便于研究和应用土的工程分类：便于研究和应用土的压实性：如何获得较好的土土的压实性：如何获得较好的土决定决定 概概 述述 3第第1 1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类第第1节节 概述概述第第2节节 土的组成土的组成第第3节节 土的结构和构造土的结构和构造第第4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度第第6节节 黏性土的物理特性黏性土的物理特性第第7节节 土的分类土的分类第第8节节 土的压实特性土的压实特性

2、4 土是岩石风化的产物。土是岩石风化的产物。风化作用风化作用物理风化：岩石产生物理风化：岩石产生量量的变化的变化化学风化化学风化生物风化生物风化岩石产生岩石产生质质的变化的变化 土的形成土的形成 5土土 的的 形形 成成土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成岩作用土的组成、结构土的组成、结构和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件 土的形成土的形成 土土残积土残积土运积土运积土风成沉积土风成沉积土水成沉积土水成沉积土冰川沉积土冰川沉积土6 砾石料砾石料 卵卵 石石 砂砂 粘粘 土土（人工破碎）（人工破碎）工程与土力学中的土工程与土力学中的土地球表面的整体岩石在大

3、气中经受长期的风化作用地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。很弱的颗粒堆积物。 土的形成土的形成 7土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满，：土体孔隙完全被水充满，为二相体为二相体干干燥燥土土 ：土体孔隙完全被气充满，：土体孔隙完全被气充满，为二相体为二相体非饱和土非饱和土：孔隙中水和气均存在，：孔隙中

4、水和气均存在，为三相体为三相体 土的三相组成土的三相组成 8第第1 1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 第第1节节 概述概述 第第2节节 土的组成土的组成 第第3节节 土的结构和构造土的结构和构造 第第4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标 第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度 第第6节节 黏性土的物理特性黏性土的物理特性 第第7节节 土的分类土的分类 第第8节节 土的压实特性土的压实特性9土中固体颗粒土中固体颗粒一、土粒的粒度成分一、土粒的粒度成分 按土颗粒粒径（按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组，）大小将土颗粒分组，称为称为粒组粒组。划分粒组的分界尺寸称为。划分粒组的分

5、界尺寸称为界限界限粒径粒径。巨粒巨粒：60mm粗粒粗粒：0.07560mm细粒细粒：0.075mm土的粒组土的粒组 土中固体颗粒土中固体颗粒10固体颗粒固体颗粒 - - 颗粒大小颗粒大小 粒组：粒组：按土颗粒粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按土颗粒粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒黏粒黏粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：粗粒土：以砾石和砂粒为主要组成的土，也称无黏性土。包括碎以砾石和砂粒为主要组成的土，也称无黏性土。包括碎石土和砂土。石土和砂土。细粒土：细

6、粒土：以粉粒、黏粒和胶粒为主要组成的土，包括粉土和粘性以粉粒、黏粒和胶粒为主要组成的土，包括粉土和粘性土。土。巨粒巨粒60 土粒的粒度成分土粒的粒度成分11固体颗粒固体颗粒 - - 粒径级配粒径级配F 粒径级配：粒径级配：颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土颗粒各个粒组的颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土颗粒各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土土的颗粒级配的颗粒级配。F 分析方法：分析方法：土的颗粒级配可由土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试土的颗粒大小分析试验验（简称（简称颗分试验颗分试验）测定。）测定。筛分法：筛分法：

7、适用于粗粒土适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子水分法水分法：适用于细粒土：适用于细粒土 常采用比重计法常采用比重计法F 表述方法表述方法: : 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线d0.075mmd33或或1 5Cc=13级配良好级配良好 单独用单独用Cu来确定土的级配情况是不够的来确定土的级配情况是不够的，需同时参考，需同时参考Cc。对砾类土或砂类土来说，。对砾类土或砂类土来说， 土粒的粒度成分土粒的粒度成分21二二、土土粒的矿物成分粒的矿物成分 土中固体颗粒的绝大部分是土中固体颗粒的绝大部分是矿物质矿物质，并，并或多或少含有或多或少含有有机质有机质。 原生矿物原生矿物：包括：包

8、括石英、长石和云母石英、长石和云母 等。等。为岩石为岩石物理风化物理风化的产物，化学性质稳定或较的产物，化学性质稳定或较为稳定。为稳定。粗粒土主要由原生矿物组成。粗粒土主要由原生矿物组成。 次生矿物次生矿物：为原生矿物：为原生矿物化学风化化学风化的产物，的产物，主要包括主要包括黏土矿物、可溶盐及无定形氧化物黏土矿物、可溶盐及无定形氧化物胶体胶体 等。等。细粒土主要由次生矿物组成。细粒土主要由次生矿物组成。土颗粒的矿物成分土颗粒的矿物成分原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物 土粒的矿物成分土粒的矿物成分22颗粒形状颗粒形状原生矿物原生矿物 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

9、状、片状、扁平状针状、片状、扁平状 土粒的矿物成分土粒的矿物成分23次生矿物主要是次生矿物主要是黏土矿物黏土矿物硅片硅片铝片铝片SiSi氧离子氧离子O2-硅离子硅离子Si4+硅硅- -氧四面体氧四面体 硅片硅片的结构的结构 硅片硅片简图简图OH1-铝离子铝离子Al3+铝铝- -氢氧八面体氢氧八面体 铝铝片片的结构的结构 铝铝片片简图简图Al Al黏土矿黏土矿物物结构结构的基本的基本单元单元 土粒的矿物成分土粒的矿物成分24 晶层间通过氢键联结，联结力强，晶晶层间通过氢键联结，联结力强，晶格不能自由活动，水难以进入晶格间格不能自由活动，水难以进入晶格间 能组叠很多晶层，多达百个以上，成能组叠很多

10、晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。颗粒长宽约为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3 ，厚厚约约0.03-1 。 主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨胀和失水收缩，或者说亲水能力差。胀和失水收缩，或者说亲水能力差。黏黏 土土 矿矿 物物黏土矿物的颗粒呈片状黏土矿物的颗粒呈片状，由硅片和铝片组叠而成，由硅片和铝片组叠而成，依组叠形式的不同，可分依组叠形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型： 高岭石高岭石 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石Si SiAl AlSi SiAl AlSi SiAl Al高岭高岭石微粒石微粒1:1的两的两层结构层结构 土粒的矿物成分土粒的矿物成分25

11、 晶层间是晶层间是O2-对对O2-的连结，联结力很的连结，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。弱，水很容易进入晶层之间。 每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大小约为大小约为0.1-1 ，厚约，厚约0.001-0.01 。 主要特征：颗粒细微，具有显著的吸主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能力强。水能力强。2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si数层数层水分子水分子黏黏 土土 矿矿 物物黏土矿物的颗粒呈片状，黏土矿物的颗粒呈片状，由硅片和铝片组叠而成，由硅片和

12、铝片组叠而成，依组叠形式的不同，可分依组叠形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型： 高岭石高岭石 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 土粒的矿物成分土粒的矿物成分26黏黏 土土 矿矿 物物 是云母在碱性介质中风化的产物。是云母在碱性介质中风化的产物。 与蒙特石相似，由两层硅片夹一层与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结间有钾离子连结。 主要特征：连结强度弱于高岭石而主要特征：连结强度弱于高岭石而高于蒙特石，其特征也介于两者之高于蒙特石，其特征也介于两者之间。间。2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiA

13、l AlSi Si钾离子钾离子黏土矿物的颗粒呈片状，黏土矿物的颗粒呈片状，由硅片和铝片组叠而成，由硅片和铝片组叠而成，依组叠形式的不同，可依组叠形式的不同，可分成如下三种类型：分成如下三种类型： 高岭石高岭石 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 土粒的矿物成分土粒的矿物成分27黏土矿物的亲水性小结黏土矿物的亲水性小结高岭石高岭石：亲水性：亲水性差差蒙脱石蒙脱石：亲水性：亲水性强强（吸水膨胀、脱水收缩）（吸水膨胀、脱水收缩）伊里石伊里石：亲水性中等：亲水性中等 土粒的矿物成分土粒的矿物成分28粘土矿物的带电性质粘土矿物的带电性质研究表明：研究表明：粘土颗粒表面通常带负电荷粘土颗粒表面通常带负电荷，因而土

14、粒电场范围内，因而土粒电场范围内水分子水分子 和水溶液中的和水溶液中的阳离子阳离子 均被吸附在土粒表面均被吸附在土粒表面。 土粒的矿物成分土粒的矿物成分29土中的有机质土中的有机质 有机质有机质可吸收大量的水。因此当土可吸收大量的水。因此当土中含有较多的有机质时，会造成土的中含有较多的有机质时，会造成土的强强度度和抵抗和抵抗变形变形的能力降低。的能力降低。 土中的有机质土中的有机质30一、土中水一、土中水土中水土中水结合水结合水自由水自由水l土粒表面电场影响范围外的水土粒表面电场影响范围外的水l能传递静水压力能传递静水压力l吸附在土颗粒表面的水吸附在土颗粒表面的水l不能传递静水压力不能传递静水

15、压力 土中水和土中气土中水和土中气31- 强结合水：强结合水： 排列致密，密度排列致密，密度1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于温度略高于100C时不蒸发时不蒸发- 弱结合水：弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下能发生变形，但不因重外力作用下能发生变形，但不因重力而流动，是粘性土表现出可塑性的力而流动，是粘性土表现出可塑性的原因。原因。粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱

16、结合水弱结合水自由水自由水土中水土中水 结合水结合水n 结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力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，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水 土中水和土中气土中水和土中气32- 毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛细由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力和重力的作用作用- 重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动土中水土中水 自由水自由水n 自由水：自由水：不受

17、颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水 土中水和土中气土中水和土中气33二、土中气二、土中气 土孔隙中未被水所占据的部位由气体充土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。填。 土中的气体若土中的气体若与大气相通与大气相通，则对土的力，则对土的力学性质影响不大学性质影响不大;若若与大气隔绝与大气隔绝，使土的压缩，使土的压缩性提高，透水性减小，弹性增加，压实变得性提高，透水性减小，弹性增加，压实变得困难。困难。 土中水和土中气土中水和土中气34第第1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 第第1节节 概述概述 第第2节节 土的组成土的组成 第第3节节 土的

18、结构和构造土的结构和构造 第第4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标 第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度 第第6节节 黏性土的物理特性黏性土的物理特性 第第7节节 土的分类土的分类 第第8节节 土的压实特性土的压实特性35土的结构和构造土的结构和构造土的土的结构结构：土颗粒的相互排列及其联结形式。：土颗粒的相互排列及其联结形式。 ( (微观微观) )土的土的构造构造：土层在空间的存在状态。：土层在空间的存在状态。 ( (宏观宏观) )土的结构土的结构分散结构分散结构：d0.075mm紧密紧密疏松疏松 土的结构和构造土的结构和构造 絮状结构絮状结构：d0.005mm（黏粒，海水）（黏

19、粒，海水）36 单粒结构单粒结构F粒间作用力：粒间作用力：重力起重力起决定性的作用决定性的作用。在非。在非饱和土中，还受到毛饱和土中，还受到毛细力的作用细力的作用F排列形式：点与点排列形式：点与点 点与面点与面单粒结构单粒结构示意图示意图 土的结构和构造土的结构和构造 37 土的结构和构造土的结构和构造 单粒结构与蜂窝结构单粒结构与蜂窝结构38 絮状结构与分散结絮状结构与分散结构构 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式淡水中沉积淡水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势（粒间斥力占优势) )面与面面与面通常是先形成小链环状的土集粒，再碰到另一小链环相互通常是先形

20、成小链环状的土集粒，再碰到另一小链环相互吸引，不断扩大形成大链环状，成为絮状结构与分散结构。吸引，不断扩大形成大链环状，成为絮状结构与分散结构。絮状结构絮状结构海水中沉积海水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加（斥力减小引力增加) )边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边示意图示意图分散结构分散结构 土的结构和构造土的结构和构造 39土的土的层理构造层理构造土有非常复杂的形成过程，并具有独特的土有非常复杂的形成过程，并具有独特的层理构造层理构造。它反映不。它反映不同年代不同搬运条件形成的土层。同年代不同搬运条件形成的土层。岩石岩石 土土风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积成岩作用

21、成岩作用 土的层理构造土的层理构造40第第1 1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 第第1节节 概述概述 第第2节节 土的组成土的组成 第第3节节 土的结构和构造土的结构和构造 第第4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标 第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度 第第6节节 黏性土的物理特性黏性土的物理特性 第第7节节 土的分类土的分类 第第8节节 土的压实特性土的压实特性41概要概要土的物理状态土的物理状态无黏性土的无黏性土的松密程度松密程度黏性土的黏性土的软硬状态软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相间的比例关系三相间的比例关系) )表表示示影响影响土的力学特性土

22、的力学特性 概概 述述 进进行行土的分类土的分类土的组成土的组成( (固、液、气三相固、液、气三相) )42 土的三相草图土的三相草图三三 相相 草草 图图 法法空气空气 Air水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积wavwasVVVVVVV wwww0Vmmmmmmaas物理量关系物理量关系:为了表明土的三相比例关系，我们常用三相草图来标为了表明土的三相比例关系，我们常用三相草图来标明土中空气，水，土颗粒的质量和体积明土中空气，水，土颗粒的质量和体积43三相草图的含义物理模型 假定模型 土的三相草图土的三相草图44换算指标：换算指标： 三相草

23、图法计算三相草图法计算三个基本指标：三个基本指标：实验室测定实验室测定l密度密度l土粒比重土粒比重Gsl含水率含水率wl孔隙比孔隙比el孔隙率孔隙率nl饱和度饱和度Sr 土的三相比例指标土的三相比例指标是为了定量研究土的三相组成，是为了定量研究土的三相组成，包括：包括： 土的三相比例指标土的三相比例指标 土的密度试验土的密度试验土粒比重试验土粒比重试验土的含水率试验土的含水率试验45反映了土的三相物质在体积和质量上的反映了土的三相物质在体积和质量上的比例关系比例关系；三相比例指标反映了土的三相比例指标反映了土的干燥与潮湿干燥与潮湿、疏松与紧密疏松与紧密；评价土的工程性质的评价土的工程性质的最基

24、本的物理性质指标最基本的物理性质指标；工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。 三相比例指标的意义 土的三相比例指标土的三相比例指标 46 用环刀法测定用环刀法测定 定义：定义：土单位体积的质量土单位体积的质量 表达式：表达式： 单单 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3awswsVVVmmVm n 土的密度土的密度 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 相关指标相关指标: : 土的重度土的重度 = g 单位单位: kN/m3 工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的用于计

25、算土的自重应力自重应力基本试验指标基本试验指标- -土的密度土的密度 土的三相比例指标土的三相比例指标 47 用比重瓶法测定用比重瓶法测定 定义：定义：土粒的密度与土粒的密度与4C时时纯蒸馏水密度的比值纯蒸馏水密度的比值 表达式：表达式： 单单 位位: 无量纲无量纲 一般范围：粘性土一般范围：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65CwssG4C4wss)(Vmon 土粒比重土粒比重Gs基本试验指标基本试验指标- -土粒比重土粒比重C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上土粒比重在数值上等于土粒的密度等于土粒的密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体

26、积 土的三相比例指标土的三相比例指标 48bassm-mmmwssG测定土颗粒比重的试验测定土颗粒比重的试验 比重瓶法比重瓶法 土的三相比例指标土的三相比例指标 49表表1-2 1-2 土粒比重范围土粒比重范围 土的三相比例指标土的三相比例指标 结论结论土粒比重变化不大土粒比重变化不大50基本试验指标基本试验指标- -含水率含水率 用烘干法测定用烘干法测定 定义：定义：土中水的质量与土粒质土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示量之比，用百分数表示 表达式：表达式： 单单 位位: 无量纲无量纲 一般范围：变化范围大一般范围：变化范围大ssswmmmmmw(%)注意注意: : 其实是含水比其实

27、是含水比, ,可达到或超过可达到或超过100100n 土的含水率土的含水率w空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积一般来说，同一类土，当一般来说，同一类土，当含水率增大时，其强度就含水率增大时，其强度就降低。降低。 土的三相比例指标土的三相比例指标 51n 可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标e1en n1ne 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%svV/Ve n 孔隙比孔隙比e：土中孔隙体积与固土中孔隙体积与固体颗粒体积

28、之比体颗粒体积之比, 为无量纲为无量纲V/V(%)nvn 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积之比, 用百分数表示用百分数表示可用三相草图推出可用三相草图推出空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 土的三相比例指标土的三相比例指标 52表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标对干土：对干土：Sr=0对饱和土：对饱和土：Sr=100% swmm(%)wn 含水率：含水率：vwrVVS(%)?n 饱和度：饱和度：土中水的体积与孔土中水的体积与孔隙体积的比值隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水饱和度表示孔隙中充满水的程度：的程度：空气空气水

29、水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 土的三相比例指标土的三相比例指标 53表示土体密度和重度的指标表示土体密度和重度的指标n 干密度：干密度：土被烘干时的密度，土被烘干时的密度， 干重度：干重度：gddV/msdn 密度密度 重度重度awswsVVVmmVm gn 饱和密度：饱和密度：土被饱和时的密度，土被饱和时的密度， 饱和重度：饱和重度：VVmvwssat gsatsat n 浮密度：浮密度：空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积wsat n 浮重度：浮重度：wsat 土的三相比例指标土的三相比例指标 dsatdsat54 土的

30、三相比例指标土的三相比例指标 55常用的物理性质指标间的换算关常用的物理性质指标间的换算关系：系：教科书教科书 P9-11P9-11学习要点：学习要点：小小 结结 从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系 不要死记硬背不要死记硬背 必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导 土的三相比例指标土的三相比例指标 56第第1 1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 第第1节节 概述概述 第第2节节 土的组成土的组成 第第3节节 土的结构和构造土的结构和构造 第第4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标 第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度 第第6节节 黏性土的物理特性

31、黏性土的物理特性 第第7节节 土的分类土的分类 第第8节节 土的压实特性土的压实特性57无黏性土的密实状态无黏性土的密实状态n 密实度：密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少通常指单位体积中固体颗粒含量的多少简单方便，但只能用于同一种简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响土，不能反映级配的影响 l 物理性质指标：物理性质指标：孔隙比孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干容重干容重 d demax = 0.35emin = 0.20minmaxmaxreeeeD l相对密实度：相对密实度：e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比无黏性土的密

32、实度是影响其工程性质的主要因素。无黏性土的密实度是影响其工程性质的主要因素。呈密实状态时，为良好地基；呈密实状态时，为良好地基；呈疏松状态时，为不良地基。呈疏松状态时，为不良地基。 无黏性土的密实度无黏性土的密实度58F最大孔隙比最大孔隙比e emaxmax: :处于最疏松状态的孔隙处于最疏松状态的孔隙比。在试验室可用比。在试验室可用“漏斗法漏斗法”或或“量筒量筒法法”测定。测定。 F最小孔隙比最小孔隙比emin :处于最紧密状态的孔隙处于最紧密状态的孔隙比。在试验室可用比。在试验室可用“振击法振击法”测定。测定。理论上的最大与最小孔隙比理论上的最大与最小孔隙比在室内的测定有时很困难在室内的测

33、定有时很困难无黏性土的最大与最小孔隙比无黏性土的最大与最小孔隙比 无黏性土的密实度无黏性土的密实度59l 相对密实度相对密实度minmaxmaxreeeeD 无粘性土的相对密实度标准无粘性土的相对密实度标准l 粗粒土的密粗粒土的密实度标准实度标准0 Dr 1/3疏松状态疏松状态1/3 Dr 2/3密实状态密实状态 无黏性土的密实度无黏性土的密实度60锤重锤重63.5 kg,落距落距76cm,自由下落打击标准贯入器。自由下落打击标准贯入器。贯入器入土深度为贯入器入土深度为30cm的击数的击数,记为记为 N 63.5Standard Penetration Test适用于适用于 一般粘性土、砂土、

34、碎石土一般粘性土、砂土、碎石土用途用途 1 密实度密实度 2 承载力承载力 3 液化判断液化判断 标准贯入试验标准贯入试验 无黏性土的密实度无黏性土的密实度61 无黏性土的密实度无黏性土的密实度62标准贯入试验标准贯入试验l 砂土的密实度砂土的密实度N 10松散松散10 N 15稍密稍密 15 30密实密实l 用用标准贯入试验标准贯入试验的锤击数的锤击数N可以有效地评可以有效地评价砂土的密实度价砂土的密实度 无黏性土的密实度无黏性土的密实度63第第1 1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 第第1节节 概述概述 第第2节节 土的组成土的组成 第第3节节 土的结构和构造土的结构和构造 第第

35、4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标 第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度 第第6节节 黏性土的物理特性黏性土的物理特性 第第7节节 土的分类土的分类 第第8节节 土的压实特性土的压实特性64土的物理状态指标土的物理状态指标土的物理状态土的物理状态黏性土的黏性土的软硬状态软硬状态无黏性土的无黏性土的松密程度松密程度土的三相比例指标土的三相比例指标( (反映土的物理性质反映土的物理性质) )表表示示影响影响力学特性力学特性密实度密实度界限含水量界限含水量第第3节节第第4节节 黏性土的物理特征黏性土的物理特征65 黏性土的可塑性黏性土的可塑性可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力可塑成任

36、何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。的性质。PlasticityPlasticity。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 黏性土的物理特征黏性土的物理特征-可塑性可塑性66n 黏性土是指具有可塑状态的土。黏性土是指具有可塑状态的土。它最主要的物理它最主要的物理状态特征就是它的软硬程度或土对外力引起变形状态特征就是它的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力或破坏的抵抗能力黏性土的软硬程度与其含水率有关黏性土的软硬程度与其含水率有关黏性土黏性土含水率含水率较硬较硬变软变

37、软流动流动 黏性土的物理特征黏性土的物理特征大大小小67 黏性土的黏性土的界限含水率界限含水率 同一种黏性土随着含水量的不同，可同一种黏性土随着含水量的不同，可分别处于分别处于固态固态、半固态半固态、可塑状态可塑状态和和流动流动状态状态。黏性土由一种状态转到另一种状态。黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水率，称为的分界含水率，称为界限含水率界限含水率。0固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态缩限缩限ws塑限塑限wp液限液限wlw 黏性土的物理特征黏性土的物理特征68土的土的界限含水率界限含水率 黏性土的物理特征黏性土的物理特征69塑限塑限w wp p液限液限w wl l固态或

38、固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 只有强结合水只有强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水w w土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水强结合水膜最大强结合水膜最大出现相当数量自由水出现相当数量自由水 界限含水量界限含水量 状态状态 含水量含水量土中水的形态土中水的形态示意图示意图 黏性土的物理特征黏性土的物理特征70液限仪液限仪锥式液限仪锥式液限仪：76g重的圆锥体在自重的圆锥体在自重作用下沉入土样，重作用下沉入土样，15s 沉沉10mm碟式液限仪碟式液限仪：国内不采用：国内不采用塑限塑限

39、：搓条法搓条法 （毛玻璃板上搓土条，至（毛玻璃板上搓土条，至3mm时产生裂缝并开始断裂）时产生裂缝并开始断裂）液限液限塑限塑限液限液限： 液塑限液塑限联合测定仪联合测定仪横坐标：土样含水量横坐标：土样含水量纵坐标：圆锥入土深度纵坐标：圆锥入土深度 黏性土的物理特征黏性土的物理特征71锥式液限仪锥式液限仪（中国）（中国） 蝶式液限仪蝶式液限仪（欧美日）（欧美日） 黏性土的物理特征黏性土的物理特征72采用锥式液限仪以电磁放锥，光电方式采用锥式液限仪以电磁放锥，光电方式测读锥入土深度。测读锥入土深度。（双对数坐标纸）（双对数坐标纸）塑限塑限 5秒入土秒入土2mm时的含水率时的含水率 液限液限 5秒入

40、土秒入土10mm时的含水率时的含水率 液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法 黏性土的物理特征黏性土的物理特征73联合测定仪联合测定仪 黏性土的物理特征黏性土的物理特征74pLpwwI塑性指数塑性指数n 定义：定义：大体上表示土的大体上表示土的弱结合水含量弱结合水含量 反映吸附结合水的反映吸附结合水的能力能力，即黏性大小，即黏性大小 大致反映黏土颗粒含量大致反映黏土颗粒含量 常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据塑性指数塑性指数IpIp为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。态的含水量变化范围。 黏性土的物理特征黏性土的物理特征-

41、塑性指数塑性指数75物理意义：1）土颗粒愈细，比表面积增加，Ip增大；2）粘粒含量愈多，亲水性矿物含量增加，Ip增大。 黏性土的物理特征黏性土的物理特征-塑性指数塑性指数思考： 为什么砂土不具备塑性?76一个问题：仅仅知道土样的含水量，能否判断土的物理状态？（液态、固态还是半固态？） 黏性土的物理特征黏性土的物理特征-塑性指数塑性指数结论：不能。77举例说明：举例说明：土类土类液限液限wL塑限塑限wL含水量含水量土样土样132%12%20%土样土样242%24%20%结果：结果：土样土样1：可塑态；：可塑态；土样土样2：半固态；：半固态；问题：问题： 判断土样物理状态判断土样物理状态？“必须建

42、立含水量与界限含水量的关系必须建立含水量与界限含水量的关系” 黏性土的物理特征黏性土的物理特征-塑性指数塑性指数78pLpLwwwwI 液性指数：液性指数：wpwwl IL 0 坚硬坚硬 0IL 0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑 液性指数液性指数不同的黏土，不同的黏土，wp、wL 大小不同。因此对于不同的黏土，大小不同。因此对于不同的黏土，即使含水量相同，所处状态也可能不同。所以我们引入即使含水量相同，所处状态也可能不同。所以我们引入F液性指数液性指数是表征土的含水量与界限含水量之间相对是表征土的含水量与界限含水量之间相对关系的指标。关系的指标。 液性指数

43、可以用来表示粘性土所处液性指数可以用来表示粘性土所处的的软硬状态软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软液性指数的值越大，表示土质越软。 黏性土的物理特征黏性土的物理特征79pLpLwwwwI F 无黏性土的密实状态指标无黏性土的密实状态指标: : 相对密实度相对密实度D Dr r F 黏性土的软硬状态指标黏性土的软硬状态指标: : 液性指数液性指数I IL L 定义定义 判别标准判别标准 界限含水量界限含水量 w wP P、w wL L 土中水形态土中水形态 塑性指数塑性指数 I Ip p 吸附结合水的能力吸附结合水的能力minmaxmaxreeeeD 定义定义 判别标准判别标准小小 结结

44、无黏性土与黏性土指标的比较无黏性土与黏性土指标的比较80反映黏性土结构性的指标反映黏性土结构性的指标 灵敏度灵敏度 触变性触变性S St t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616灵敏度灵敏度不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度qu和重和重塑土的无侧限抗压强度塑土的无侧限抗压强度 之比之比重塑土重塑土：土的结构受到破坏而含水量不变：土的结构受到破坏而含水量不变 黏性土的物理特征黏性土的物理特征uq81

45、黏性土的灵敏度 土的土的灵敏度灵敏度越高，其结构性越强，受扰越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减少对土结构的扰动。少对土结构的扰动。 黏性土的物理特征黏性土的物理特征82黏性土的结构遭到破坏，其强度就黏性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但随着时间发展土体的强会降低，但随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种性质称为土的度会逐渐恢复，这种性质称为土的触变性触变性。反映黏性土结构性的指标反映黏性土结构性的指标 目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。 工程实例：打桩，桩基测试。工程实例：打桩

46、，桩基测试。 灵敏度灵敏度 触变性触变性 黏性土的物理特征黏性土的物理特征83 粉土的概念粉土的概念 粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度 l 粉土粉土的粒径介于的粒径介于砂土和粘性土之间砂土和粘性土之间，因此，因此其性质也介于砂土与粘性土之间。具体来其性质也介于砂土与粘性土之间。具体来说，粉土既有易于液化的性质，也有易于说，粉土既有易于液化的性质，也有易于湿陷及冻胀的性质。湿陷及冻胀的性质。l 粉土的粉土的密实度密实度和和湿度湿度分别根据孔隙比分别根据孔隙比 e 和和含水量含水量 w 来进行划分。来进行划分。84 土的胀缩性土的胀缩性 土的胀缩性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性、湿陷性和冻胀性 l

47、 土的土的胀缩性胀缩性指黏性土具有吸水膨胀和失指黏性土具有吸水膨胀和失水收缩的变形特性。水收缩的变形特性。l 自由膨胀率：自由膨胀率：%10000VVVwef0VwV土样原有体积土样原有体积(ml);土样在水中膨胀稳定后的体积土样在水中膨胀稳定后的体积(ml)。l 膨胀土膨胀土的危害及其判别方法的危害及其判别方法。（。（40%）85 土的湿陷性土的湿陷性 土的胀缩性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性、湿陷性和冻胀性 l 土的湿陷性土的湿陷性指土在自重压力作用下或自重指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的土的

48、结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征。特征。l 湿陷系数：湿陷系数：%1000hhhppsph压缩稳定后的试样高度压缩稳定后的试样高度;ph0h加水浸湿后的试样高度加水浸湿后的试样高度;土样的原始高度土样的原始高度;l 湿陷性黄土湿陷性黄土(粉粒为主粉粒为主, 含碳酸盐含碳酸盐) 的危害及的危害及其判别。其判别。（0.015）86 土的冻胀性土的冻胀性 土的胀缩性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性、湿陷性和冻胀性 l 土的冻胀性指土的冻胀性指土的土的冻胀冻胀与与融陷融陷现象给土体现象给土体带来的变形特性，土发生冻胀一般是土中带来的变形特性，土发生冻胀一般是土中水分向冻结区迁移和积聚的结果。水分向冻结区

49、迁移和积聚的结果。l 一般一般粉土和粘性土粉土和粘性土等细粒土易发生冻胀现等细粒土易发生冻胀现象，而象，而砂土砂土等粗粒土由于孔隙较大而不会等粗粒土由于孔隙较大而不会发生冻胀现象。发生冻胀现象。%100dzzl 冻土层的平均冻胀率：冻土层的平均冻胀率：dzz地表冻胀量地表冻胀量;设计冻深。设计冻深。87发生冻胀的条件发生冻胀的条件（1） 土的条件：土的条件： 一般是细颗粒土。一般是细颗粒土。 砂土的毛细高度小，太细的土，毛细孔隙很砂土的毛细高度小，太细的土，毛细孔隙很小，水分供应通道不通畅，冻胀也不明显。小，水分供应通道不通畅，冻胀也不明显。 粉土冻胀最严重粉土冻胀最严重；（2） 温度条件：温

50、度条件：低于冻结温度；低于冻结温度；（3） 水力条件：水力条件：水源及水源补给通道；水源及水源补给通道； 土的冻胀性土的冻胀性发生冻胀的条件发生冻胀的条件88地基土的冻胀与融陷地基土的冻胀与融陷 冻胀：水结冰后土体膨胀，冻胀：水结冰后土体膨胀，基础可能被上抬基础可能被上抬。 融陷：冰融化后土体软化，承载力降低，融陷：冰融化后土体软化，承载力降低，基础可能下陷基础可能下陷。 地基土的冻胀与融陷一般不均匀，易导致地基土的冻胀与融陷一般不均匀，易导致建筑物开裂建筑物开裂。 土的冻胀性土的冻胀性 地基土的冻胀与融陷地基土的冻胀与融陷89 地基土的冻胀性分类地基土的冻胀性分类 不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻

51、胀，特强冻胀Z0 标准冻深标准冻深：多年实测最大冻结深度的平：多年实测最大冻结深度的平均值。均值。 北京北京 1.0m，哈尔滨，哈尔滨 2.0m，满洲里，满洲里 2.5m 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择冻胀性分类冻胀性分类按按0202规范规范90考虑冻胀的考虑冻胀的最小基础埋深最小基础埋深按按0202规范规范dmin zd - hmax z zd d: : 设计冻深设计冻深h hmaxmax：基底下基底下容许残留冻土层最大厚度容许残留冻土层最大厚度设计冻深设计冻深和和基底下基底下容许残留冻土层容许残留冻土层最大厚度均按最大厚度均按规范确定。规范确定。 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择

52、地基冻融条件地基冻融条件zezwzsdzz 091第第1 1章章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 第第1节节 概述概述 第第2节节 土的组成土的组成 第第3节节 土的结构和构造土的结构和构造 第第4节节 土的基本物理指标土的基本物理指标 第第5节节 无黏性土的密实度无黏性土的密实度 第第6节节 黏性土的物理特性黏性土的物理特性 第第7节节 土的分类土的分类 第第8节节 土的压实特性土的压实特性92 土土 的的 分分 类类 93 土的分类标准土的分类标准： 1.粗粒土粗粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量总质量的总质量的50%）；）； 2.细粒土细粒土（试样中细粒组质量（试样中细粒组质

53、量总质量的总质量的50%）；）； 土土 的的 分分 类类 94 土按有机质含量分类土按有机质含量分类 （GBGB 50021-200150021-2001） 土土无机土无机土：有机质含量：有机质含量5%有机质土有机质土：5%=有机质含量有机质含量=10% 土土 的的 分分 类类 泥炭质土泥炭质土：10%有机质含量有机质含量60%95土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范- GB50007-2002- GB50007-2002分类法分类法 F 目的：目的： 便于调查研究；便于调查研究； 便于分析评价；便于分析评价； 便于交流便于交流 ( (基于共

54、同的概念基于共同的概念) )F 依据：依据：最能反映土的物理力学性质的指标最能反映土的物理力学性质的指标 土的分类土的分类 土土 的的 分分 类类 96岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土土漂石漂石块石块石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粒径大于粒径大于200mm200mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%卵石卵石碎石碎石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砾圆砾角砾角砾粒径大于粒径大于20mm20mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于2mm2mm的颗的颗粒

55、超过全质量粒超过全质量50%50%名称名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量碎石土碎石土建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002 土土 的的 分分 类类 97土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒占的颗粒占全质量全质量25 - 50%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粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒的颗粒超过全质量超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的的颗粒超过全质量颗粒超过

56、全质量85%85%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土砂土砂土 土土 的的 分分 类类 土98岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土土粉土粉土黏性土黏性土n 粘性土：粘性土：塑性指数塑性指数Ip10的土的土 粉质黏土：粉质黏土：10I1017的土的土n 粉土：粉土：粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量小于的颗粒含量小于全质量全质量50%而塑性指数而塑性指数Ip 10的土的土建筑场地基基础规范建筑场地

57、基基础规范GB50007-2002GB50007-2002 土土 的的 分分 类类 99特殊土特殊土 软土软土：指在静水或非常缓慢的流水环境：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。天然孔隙比大天然孔隙比大： e 1天然含水量高天然含水量高：w wl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高软土的软土的物理力物理力学特性学特性淤泥：淤泥：e 1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e 1.0软土软土 土土 的的 分分 类类 100 细粒土按塑性图分类细粒土按塑性图分类 粗、细粒组的分界粒径：粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。 土土粗粒土：粗粒土：按颗粒大小及级配分类按颗粒大小及级配分类细粒土：细粒土：按塑性图分类按塑性图分类 土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指标，但是指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的塑性指数反映的只是一个相对的含水量范围含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑，具有相同的塑性指数，液、塑限却可能完全不同，土性也可能很不相同。限却可能完全不同，土性也可能很不相同。 土土 的的 分分 类类 101细粒土的科学合理分类，应综合考虑塑性指细粒土的科学合理分类，应综合考虑塑性指数和液限（或塑限）。数和液限（或塑限）。0IpwlMLMHCH