土工基本知识学习教案

1、土工土工(t n)基本知识基本知识第一页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态3.4 3.4 土的结构土的结构3.5 3.5 土的工程土的工程(gngchng)(gngchng)分类分类3.6 3.6 土的压实性土的压实性3.7 3.7 特殊土及其工程特殊土及其工程(gngchng)(gngchng)地质地质性质性质土工土工(t n)(t n)试试验基础验基础第1页/共113页第二页，共113页。渗透特性变形(bin xng)特性强度特性 土的三相组土的三相组成成 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态

2、土的结构土的结构土的形成土的形成(xngchng)过过程程土的工程分类：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第2页/共113页第三页，共113页。土土 的的 形形 成成土土岩石岩石(yns(ynsh)h)风化、搬运风化、搬运(bnyn)(bnyn)、沉积、沉积地质地质(dzh)(dzh)成岩作用成岩作用土的组成、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3.13.1 土的形成土的形成 第3页/共113页第四页，共113页。土的形成土的形成(xngchng)(xngchng)与风化作用与风化作用 物理风

3、化物理风化 化学化学(huxu)风风化化 生物活动生物活动岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝, ,或在运动过程或在运动过程(guchng)(guchng)中因碰撞和摩擦中因碰撞和摩擦而破碎而破碎是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化矿物成分与母岩相同，称原矿物成分与母岩相同，称原生矿物生矿物产生无粘性土产生无粘性土3.13.1土的形成土的形成 第4页/共113页第五页，共113页。母岩表面和碎散的颗粒受母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新矿物的化学成分

4、，形成新的矿物的矿物颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化矿物成分与母岩不同，称矿物成分与母岩不同，称次生矿物次生矿物形成十分细微形成十分细微(xwi)(xwi)的土的土颗粒，最主要为粘性颗粒颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类及可溶盐类土的形成土的形成(xngchng)(xngchng)与风化作用与风化作用 物理物理(wl)风化风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动3.13.1 土的形成土的形成 第5页/共113页第六页，共113页。包括植物、动物和土壤微生包括植物、动物和土壤微生物物(shngw)(shngw)的作用的作用可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化构成土中有机质和营养物质构成

5、土中有机质和营养物质的生物的生物(shngw)(shngw)循环循环导致腐殖质的形成，改变土导致腐殖质的形成，改变土壤的结构壤的结构土的形成土的形成(xngchng)(xngchng)与风化作用与风化作用 物理物理(wl)风化风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动3.1 3.1 土的形成土的形成 第6页/共113页第七页，共113页。 残积土残积土 无搬运无搬运(bnyn) 运积土运积土 有搬运有搬运(bnyn)搬运搬运(bnyn)与沉积与沉积母岩表层经风化作用破碎成母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物运残留在原地的堆积物 残积土残积土

6、 强风化强风化 弱风化弱风化 微风化微风化 母岩体母岩体 颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗细不均粗细不均 无明显层理无明显层理3.1 3.1 土的形成土的形成(xngchng) (xngchng) 第7页/共113页第八页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成(xngchng) (xngchng) 搬运搬运(bnyn)与沉积与沉积 残积土残积土 无搬运无搬运(bnyn) 运积土运积土 有搬运有搬运(bnyn)风化所形成的土颗粒，受自然力的作用风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物 坡积土：坡积土：土粒粗细不同，性

7、质不均土粒粗细不同，性质不均 洪积土：洪积土：有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细 冲积土：冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差 海相沉积物：海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀 风积土：风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理第8页/共113页第九页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成(xngchng) (xngchng) 3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成3.3 3

8、.3 土的物理状态土的物理状态3.4 3.4 土的结构土的结构3.5 3.5 土的工程分类土的工程分类3.6 3.6 土的压实性土的压实性 风化作用风化作用 搬运搬运(bnyn)与沉与沉积积第9页/共113页第十页，共113页。土中气体土中气体 气相气相 次要次要(cyo)(cyo)作用作用固体固体(gt)(gt)颗粒颗粒 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 重要重要(zhngyo)(zhngyo)影响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干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱

9、和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成 第10页/共113页第十一页，共113页。固体颗粒固体颗粒(kl) - (kl) - 颗颗粒粒(kl)(kl)大小大小 粒组粒组 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(y (y li)(li)(见见3.1.4)3.1.4) 界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石(lsh)砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒6020.0750.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，

10、也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒603.2 3.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 说明：粗粒、细粒的分界粒径说明：粗粒、细粒的分界粒径0.0750.075mmmm（美国）；美国）；0.060.06mmmm（英、法、德、日、瑞典）。英、法、德、日、瑞典）。粉粒、粘粒的分界粒径粉粒、粘粒的分界粒径0.0050.005mmmm（土的分类标准）土的分类标准）第11页/共113页第十二页，共113页。固体固体(gt)(gt)颗粒颗粒 - - 粒粒径级配径级配F 粒径级配：各粒组的相对含量，用质

11、量粒径级配：各粒组的相对含量，用质量(zhling)(zhling)百百分分 数来表示数来表示F 颗粒分析试验方法颗粒分析试验方法F 筛分法：适用于粒径筛分法：适用于粒径0.075mm-60mm0.075mm-60mm的土颗粒组成的土颗粒组成 F 密度计法、移液管法：适用于细粒土密度计法、移液管法：适用于细粒土F 表述方法表述方法: : 颗粒级配曲线颗粒级配曲线3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成 固体固体(gt)(gt)颗粒颗粒 第12页/共113页第十三页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 固固体颗粒体颗粒 固体固体(gt)(gt)颗

12、粒颗粒 - - 粒径粒径级配级配孔径孔径(kngjng)105.02.01.0(0.075)200g土土筛余筛余0101618242238721009080706050403020100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 P（）（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010筛筛分分法法第13页/

13、共113页第十四页，共113页。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)(mm) 土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线固体颗粒固体颗粒(kl) (kl) 级级配曲线配曲线d60d50d10d30特征特征(tzhng)(tzhng)粒径粒径: : 斜率斜率: : 某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量(hnling)(hnling) 陡陡- -相应粒组含量相应粒组含量(hnling)(hnling)多多 缓缓- -相应粒组含量相应粒组含量(hn

14、ling)(hnling)少少 平台平台- -相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50 : 平均粒径平均粒径d60 : 控制粒径控制粒径d10 : 有效粒径有效粒径D30 ：中间中间粒径粒径3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 第14页/共113页第十五页，共113页。3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成(z chn) (z chn) 固体颗固体颗粒粒 土的粗细度：用土的粗细度：用d50 表表示示土的不均匀程度：用不土的不均匀程度：用不均匀系数：均匀系数： Cu = d60 / d10 表示，表示，Cu 5，称为，称为不均匀土，反之不均匀土，反之(fnzh)称为均匀土称为均匀土

15、连续程度连续程度: 用曲率系数用曲率系数 Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13为连续级为连续级配配, 3或或3 或或 Cc1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率和曲率(ql)系数系数Cc 用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣： Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全完全(wnqun)不能移动，具有固体的特性不能移动，具有固体的特性 温度略高于温度略高于100C时可蒸发时可蒸发- 弱结合水：弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜受电场

16、引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土(zhn t)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吸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，引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水不能任意流动的水第27页/共113页第二十八页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土中

17、水土中水 -毛细水：由于土体孔隙的毛细作毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上用升至自由水面以上(yshng)的的水。毛细水承受表面张力和重力水。毛细水承受表面张力和重力的作用的作用-重力水：自由水面以下的孔隙自重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由水，在重力作用下可在土中自由流动由流动土中水土中水 自由自由(zyu)(zyu)水水n自由水：自由水：不受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第28页/共113页第二十九页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土中水土中水 生活

18、生活(shnghu)在水面在水面收缩膜收缩膜顶面和地面的昆虫顶面和地面的昆虫水蜘蛛水蜘蛛(zh zh)仰泳的仰泳的水蜘蛛水蜘蛛收缩收缩膜膜内压内压 外压外压液体液体1液体液体2界面张力界面张力 界面张力界面张力第29页/共113页第三十页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土中水土中水 毛管中流体毛管中流体(lit)的界面的界面效应效应Tdk w空气空气(kngq)固体固体 = =湿润角湿润角水水 aT =界面张力界面张力D Dk k= =毛管直径毛管直径ua-uwua-uw =压力差压力差第30页/共113页第三十一页，共113页。3.2

19、3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土土中水中水 毛毛细细管管hc土中毛细水上升土中毛细水上升(shngshng)高度高度T2rrThccos2上升上升(shngshng)高度高度 r2hc w=2 rTcos 毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘粘土土粉粉土土砂砂土土砾砾石石第31页/共113页第三十二页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土中水土中水 张力张力TTuc 水水hc2ruc= -hc w水压水压 +-TT则毛细压力则毛细压力(yl)：2rTcos+ucr2 = 0cchu 毛细管中的毛细管中

20、的负静水压力负静水压力毛细水压力毛细水压力(yl)第32页/共113页第三十三页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土中水土中水 土颗粒土颗粒(kl)缝隙处的弯缝隙处的弯液面液面r空气空气 水水 固体固体(gt)颗粒颗粒弯液面弯液面F在非饱和土中，孔隙中含在非饱和土中，孔隙中含有水和气，此时水多集中有水和气，此时水多集中于颗粒间的缝隙处，称毛于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。细角边水。F由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。颗粒则受

21、正压力。F这是稍湿的砂土颗粒间存这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因第33页/共113页第三十四页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 土土中水中水 气相气相 - - 土中气土中气F自由气体：与大气连通连通的气体自由气体：与大气连通连通的气体对土的性质影响不大对土的性质影响不大F封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道塞渗流通道(tngdo)，降低渗透性，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体

22、吸附于土颗粒表面的气体第34页/共113页第三十五页，共113页。3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 小结小结 土体有三个组成部分土体有三个组成部分(z chn b fn)(z chn b fn)：固相、：固相、液相和气相液相和气相 小小 结结F固体固体(gt)颗粒颗粒F土中水土中水F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第35页/共113页第三十六页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成

23、3.2 3.2 土的三相土的三相(sn xin)(sn xin)组成组成 3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态3.4 3.4 土的结构土的结构3.5 3.5 土的工程分类土的工程分类3.6 3.6 土的压实性土的压实性3.7 3.7 特殊土及其工程地质性质特殊土及其工程地质性质第36页/共113页第三十七页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 土的物理土的物理(wl)(wl)状状态态土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密粗粒土的松密程度程度(chngd)(chngd)粘性土的软硬粘性土的软硬状态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

24、的比例关系) )表示表示影响影响力学特性力学特性第37页/共113页第三十八页，共113页。3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态(zhungti) (zhungti) 物理物理性质指标性质指标 物理性质物理性质(wl (wl xngzh)xngzh)指标指标土的三个组成相的体积和土的三个组成相的体积和质量质量(zhling)上的比例关上的比例关系系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

25、别 基本方法基本方法:定义定义三相草图法三相草图法第38页/共113页第三十九页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质指标性质指标 空气空气 Air三三 相相 草草 图图水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积第39页/共113页第四十页，共113页。3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态(zhungti) (zhungti) 物理性质指标物理性质指标 三三 相相 草草 图图九个物理量九个物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指标是比物性指标是比例关系例关系

26、: 可假可假设任一参数为设任一参数为1wavwasVVVVVVV wwwaawsVm0mmmmm 物理量关系物理量关系:空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积三个独立变量三个独立变量(binling)，干土或饱和土二个独立变量干土或饱和土二个独立变量(binling)其它指标：其它指标：三相草图三相草图(cot)法计算法计算实验室实验室测定测定第40页/共113页第四十一页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质性质指标指标 基本基本(jbn)物理性物理性质试验质试验为了确定为了确定(qudng)三相

27、草图诸量中的三个量，三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：通常进行三个基本的物理性质试验： 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第41页/共113页第四十二页，共113页。3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态 物理性质物理性质(wl xngzh)(wl xngzh)指标指标 定义：土单位体积的质量定义：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(md)空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量V

28、aVwVsVvV体积体积 相关指标相关指标: : 土的容重土的容重 = 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算土的自重应力自重应力基本试验指标基本试验指标(zhbio)-土土的密度的密度第42页/共113页第四十三页，共113页。3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态 物理性质物理性质(wl (wl xngzh)xngzh)指标指标 定义：土粒的密度与定义：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 2.65C4wsC4wsss)(

29、VmGn 土粒比重土粒比重(bzhng)Gs基本试验指标基本试验指标(zhbio)-土粒土粒比重比重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体积体积第43页/共113页第四十四页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质指标性质指标 基本试验基本试验(shyn)指标指标 - 含含水率水率 定义：土中水的质量与土粒质定义：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

30、 一般范围：变化范围大一般范围：变化范围大ssswmmmmm(%)w 注意注意: : 其实是含水其实是含水(hn shu)(hn shu)比比, ,可达到或超过可达到或超过100100n 土的含水率土的含水率空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积第44页/共113页第四十五页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质指标性质指标 n 可表示同一种可表示同一种(y zhn)土的松密，二者之间存在关系：土的松密，二者之间存在关系：表示表示(biosh)土中孔隙含量土中孔隙含量的指标的指标e1en n1ne

31、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(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙体土中孔隙体积与总体积之比积与总体积之比, 用百分数表用百分数表示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体积体积第45页/共113页第四十六页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质指标性质指标 表示土中含水表示土中含水(

32、hn shu)程程度的指标度的指标对干土：对干土：Sr=0对饱和对饱和(boh)土：土：Sr=1 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的程饱和度表示孔隙中充满水的程度：度：空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积第46页/共113页第四十七页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质性质指标指标 表示土体密度表示土体密度(md)和容重和容重的指标的指标n干密度干密度(md)： n 干容重：干容重：g

33、ddV/msdn天然密度天然密度 天然容重天然容重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， 饱和容重：饱和容重：VVmvwssat gsatsat wsat n浮容重：浮容重：静水下的有效容重静水下的有效容重浮密度浮密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积第47页/共113页第四十八页，共113页。各种密度各种密度(md)容重间的大容重间的大小关系小关系dsat dsatn天然密度天然密度n干密度干密度n饱和密度饱和密度VmmVmwsVVmvwssat V/msdn天然容重天然容重n干容重干容重n饱和容重饱和容重

34、n浮容重浮容重gdd g gsatsat wsat 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)性质性质指标指标 第48页/共113页第四十九页，共113页。3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态(zhungti) (zhungti) 物理性质指标物理性质指标 小小 结结土的三相的体积土的三相的体积(tj)和质量上的比例关系和质量上的比例关系定义定义(dngy)三相草图法三相草图法室内测定三个基本室内测定三个基本物理性质指标：物理性质指标：土的密度土的密度 土粒比重土粒比重土的含水率

35、土的含水率其它物理性质指标其它物理性质指标孔隙含量孔隙含量含水程度含水程度密度和容重密度和容重 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、联系与区别密实程度密实程度干湿程度干湿程度 第49页/共113页第五十页，共113页。土的物理状态土的物理状态(zhungti)(zhungti)指标指标土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态粗粒土的松密粗粒土的松密程度程度粘性土的软硬粘性土的软硬状态状态土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相间的比例

36、三相间的比例(bl)(bl)关系关系) )表示表示影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 第50页/共113页第五十一页，共113页。3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态(zhungti) (zhungti) 物理状态物理状态(zhungti)(zhungti)指标指标 粗粒土的密实粗粒土的密实(m shi)状态状态n 密实度：通常指单位体积中固体密实度：通常指单位体积中固体(gt)颗粒含颗粒含量的多少量的多少简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响 l 物理性质

37、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 demin = 0.35emin = 0.20minmaxmaxreeeeD l 相对密度相对密度：e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比第51页/共113页第五十二页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)状态状态指标指标 F最大孔隙比最大孔隙比emax: emax: 将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比。粒径小于将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容

38、器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比。粒径小于5mm5mm时，有量筒法、漏斗法和松砂器法；粒径大于时，有量筒法、漏斗法和松砂器法；粒径大于5mm5mm时，有铲、勺松填法。时，有铲、勺松填法。F最小孔隙比最小孔隙比emin : emin : 将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击(chu j)(chu j)，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比。有振动轻锤法、振动台法（美国垦务局开发）、表面振动器法。，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比。有振动轻锤法、振动台法（美

39、国垦务局开发）、表面振动器法。理论上的最大与最小孔隙理论上的最大与最小孔隙(kngx)(kngx)比在室内的测定有时很困难比在室内的测定有时很困难粗粒土的最大与最小孔隙比粗粒土的最大与最小孔隙比第52页/共113页第五十三页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)状态状态指标指标 l 相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 粗粒土的相对粗粒土的相对(xingdu)密度密度l粗粒土的密粗粒土的密实度标准实度标准 Dr = 0 最松状态最松状态 Dr 1/3疏松状态疏松状态1/3 2/

40、3密实状态密实状态 Dr = 1最密状态最密状态l相对相对(xingdu)密度指标主要用于人工填土，对密度指标主要用于人工填土，对天然砂土层采用原位标准贯入试验法测定天然砂土层采用原位标准贯入试验法测定说明：美国Terzaghi在1925年提出第53页/共113页第五十四页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)状状态指标态指标 n粘性土最主要的物理状态特征粘性土最主要的物理状态特征(tzhng)是它的稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力是它的稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力稠度稠度(c

41、hu d)(chu d)状态与含水量有关状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态第54页/共113页第五十五页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)状状态指标态指标 塑限塑限w wp p液限液限w wl l粘性粘性(zhn xn)(zhn xn)土的稠度反映土中水的形态土的稠度反映土中水的形态固态固态(gti)(gti)或或半固态半固态(gti)(gti)可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水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

42、水土颗粒土颗粒强结合强结合水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强结合水膜最大大出现相当数量自由水出现相当数量自由水粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态稠度界限稠度界限稠度状态稠度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第55页/共113页第五十六页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)状态状态指标指标 pLpLIwwww液性指数液性指数(zhsh)(zhsh)：wpwwl IL0 坚硬坚硬(jinyng)(半半固态固态) 0IL0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑

43、流塑土的稠度状态土的稠度状态液性指数液性指数不同的粘土，不同的粘土，wp、wl 大小不同。对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同大小不同。对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同F液性指数液性指数是表征土的含水量与分界含水量之间相是表征土的含水量与分界含水量之间相对关系的指标。对重塑土较为合适。对关系的指标。对重塑土较为合适。pLLcwwwww-注意区分：天然稠度第56页/共113页第五十七页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 物理物理(wl)(wl)状态指标状态指标 pLpwwI 塑性塑性(sxng)(sxng)指数指数n问题：反映的是全部土颗粒问题：反

44、映的是全部土颗粒(kl)(kl)吸附结和合的能力，吸附结和合的能力，不能充分反映粘土矿物表面活性的高低不能充分反映粘土矿物表面活性的高低 n 活性指数：活性指数：002. 0ppIA 粘粒粘粒( (粒径小于粒径小于0.002mm0.002mm颗粒颗粒) )质量占总土质量占总土总质量的百分比总质量的百分比A 1.25活性粘土活性粘土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，即粘性大小，即粘性大小 大致反映粘土颗粒含量大致反映粘土颗粒含量 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第57页/共113页第五十八页，共11

45、3页。液限和土类确定（细粒土用双曲液限和土类确定（细粒土用双曲线、砂类土用多项式）线、砂类土用多项式）两种方法测得的液限结果基本两种方法测得的液限结果基本一致，塑限差别较大。一致，塑限差别较大。第58页/共113页第五十九页，共113页。液限和土类确定（细粒土用双曲液限和土类确定（细粒土用双曲线、砂类土用多项式）线、砂类土用多项式）第59页/共113页第六十页，共113页。(xi chn)2mm（76g锥）锥） 所对应的含水量所对应的含水量为塑限为塑限wP。第60页/共113页第六十一页，共113页。第61页/共113页第六十二页，共113页。3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状

46、态状态 物理物理(wl)(wl)状态状态指标指标 pLpLwwwwI F 粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标(zhbio): (zhbio): 相对密度相对密度Dr Dr F 细粒细粒(x l)(x l)土的稠度状态指标土的稠度状态指标: : 液性指数液性指数ILIL 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 结结第62页/共113页第六十三页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成 3.2 3.2

47、 土的三相组成土的三相组成 3.3 3.3 土的物理状态土的物理状态 3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu)(jigu)3.5 3.5 土的工程分类土的工程分类3.6 3.6 土的压实性土的压实性 3.7 3.7 特殊土及其工程地质性质特殊土及其工程地质性质第63页/共113页第六十四页，共113页。3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu) (jigu) 土土 的的 结结 构构土颗粒或粒团的空间排列和相互土颗粒或粒团的空间排列和相互(xingh)联结联结 原状土和原状土和重重塑土的强度塑土的强度 沉积或碾压沉积或碾压土的各向异土的各向异性性 土的结构土的结构土体土体的性质的性质 土粒

48、间的作用力土粒间的作用力 粗粒土的结构粗粒土的结构(jigu) 细粒土的结构细粒土的结构(jigu) 粘性土的结构粘性土的结构(jigu)性指标性指标第64页/共113页第六十五页，共113页。3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu) (jigu) 粗粒土的结构粗粒土的结构(jigu)(jigu)F粒间作用粒间作用(zuyng)(zuyng)力：重力起决定性力：重力起决定性的作用的作用(zuyng)(zuyng)。在非饱和土中，还在非饱和土中，还受到毛细力的作用受到毛细力的作用(zuyng)(zuyng)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第65页/

49、共113页第六十六页，共113页。细土颗粒细土颗粒(kl)(kl)间的作用力间的作用力 范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢胶结胶结(jioji)力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度毛细力：土中毛细作用形成的力毛细力：土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量

50、轻，重力不起重要土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要(zhngyo)的作用，其他粒间力起主导作用：的作用，其他粒间力起主导作用：3.4 3.4 土的结构土的结构 第66页/共113页第六十七页，共113页。3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu) (jigu) 细粒细粒(x l)(x l)土的土的结构结构 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列排列(pili)(pili)形式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) )面与面面与面天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。往往先

51、形成团粒构。往往先形成团粒凝聚结构凝聚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 第67页/共113页第六十八页，共113页。3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu) (jigu) 反映粘性反映粘性(zhn xn)土结构土结构性的指标性的指标 灵敏度灵敏度 触变性触变性S St t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616粘性土粘性土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 quq

52、u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和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度qu之比之比第68页/共113页第六十九页，共113页。含水率（量）不变，密度不变，因重塑而强度含水率（量）不变，密度不变，因重塑而强度(qingd)降低，又因静置而逐渐强化，强度降低，又因静置而逐渐强化，强度(qingd)逐渐恢复的现象，称为触变性。逐渐恢复的现象，称为触变性。3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu) (jigu) 反映反映(fnyng)粘性土结构性粘性土结构性的指标的指标土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化

53、的宏观表现。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。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。 灵敏度灵敏度 触变性触变性第69页/共113页第七十页，共113页。3.4 3.4 土的结构土的结构(jigu) (jigu) 土的结土的结构构土颗粒土颗粒(kl)或粒团的或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒结构重力起主导作用重力起主导作用粒间力起粒间力起主导作用主导作用粘性土结构粘性土结构性指标性指标细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 凝聚结构凝聚结构小小 结结第70页/共

54、113页第七十一页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成 3.2 3.2 土的三相组成土的三相组成 3.3 3.3 土的物理土的物理(wl)(wl)状态状态 3.4 3.4 土的结构土的结构 3.5 3.5 土的工程分类土的工程分类3.6 3.6 土的压实性土的压实性 3.7 3.7 特殊土及其工程地质性质特殊土及其工程地质性质第71页/共113页第七十二页，共113页。3.5 3.5 土的工程土的工程(gngchng)(gngchng)分类分类 土的组成土的组成(z chn)(z chn)土的状态土的状态土的结构土的结构公路土工试验规程（公路土工试验规程（JTG E402007JTG

55、 E402007）：）：巨粒土、粗粒土、细粒巨粒土、粗粒土、细粒(x l)(x l)土、特殊土土、特殊土土的工程分类土的工程分类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 ( (基于共同的概念基于共同的概念) )F 依据：最能反映土的物理力学性质的指标依据：最能反映土的物理力学性质的指标F 要求：要有一定的逻辑性、系统性，要求：要有一定的逻辑性、系统性， 纲目分明，简单易记，便于运用纲目分明，简单易记，便于运用路基土干湿类型划分：相对含水率路基土干湿类型划分：相对含水率- -干燥、中湿、潮湿、过湿干燥、中湿、潮湿、过湿第72页/共113页第七

56、十三页，共113页。砂土、亚粘土、粘土）、特殊性砂土、亚粘土、粘土）、特殊性岩土（黄土、多年冻土、软土）岩土（黄土、多年冻土、软土）第73页/共113页第七十四页，共113页。3.5 3.5 土的工程土的工程(gngchng)(gngchng)分类分类 岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性粘性(zhn xn)土土人工填土人工填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

57、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建筑(jinzh)(jinzh)场地基基础规范场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002第74页/共113页第七十五页，共113页。3.5 3.5 土的工程土的工程(gngchng)(gngchng)分类分类 土的名称土的名称(mngchng) (mngchng) 粒组含量粒组含量粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒的颗粒(kl)(kl)占全质量占全质

58、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的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量85%85%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量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粘性土粘性土人工填土人工填土砂土砂土第75页/共113页第七十六页

59、，共113页。3.5 3.5 土的工程土的工程(gngchng)(gngchng)分类分类 岩石岩石碎石碎石(su sh)土土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土土粉土粉土粘性粘性(zhn xn)土土n 粘性土：粘性土：塑性指数塑性指数Ip10的土的土 粉质粘土：粉质粘土：10I1017的土的土 非活性粘土：非活性粘土： A 1.25n 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基基础规范GB50007-2002GB50007-2002第76页/共113页第七十七页，共113页

60、。3.5 3.5 土的工程土的工程(gngchng)(gngchng)分类分类 水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法 土颗粒组成及其特性土颗粒组成及其特性(txng) 塑性指标：液限、塑限、塑性指数塑性指标：液限、塑限、塑性指数 有机质含量有机质含量n 土的分类土的分类(fn li) 巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土 粗粒土：粗粒土：砾类土、砂类土砾类土、砂类土 细粒土：根据塑性图分类细粒土：根据塑性图分类 特殊土：特殊土： 黄土、膨胀土、红粘土黄土、膨胀土、红粘土n 分类依据：分类依据：第77页/共113页第七十八页，共113页。3.1 3.1 土的形成土的形成(