第二章 土的物理性质和工程分类

1、上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 述述2.22.2土的形成和演变土的形成和演变2.32.3土的基本特征土的基本特征2.42.4土的物质组成土的物质组成2.52.5土的物理性质指标土的物理性质指标2.62.6土的物理状态指标土的物理状态指标2.72.7土的工程分类土的工程分类上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 岩石在自然界各种因素和外力的作用下遭到破碎与分解，产生颗粒变小及化学成分改变等现象称为岩石的风化。 通常把风化作用分为物理风化、化学风化、生物风化三类。这三类风化经常是同时进行并且互相作用而发展的过程。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 除此之外，常见的搬运土：洪

2、积土、湖泊沼泽沉积土、海相沉积土以及冰积土等。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ on September 26.2007注：相关资料来自関西国際空港用地造成株式会社Kansai International Airport Land Development Co.,Ltd网站http:/www.kald.co.jp/和关西国际机场公司网站http:/www.kiac.co.jp/日本关西地区包括：大阪Osaka、京都Kyoto、奈良Nara、神户Kobe等城市1.3km4.4km日本关西机场填海造地工程上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 16 18 200 20 40 60 0

3、 10 20010100020 40 10 20 30 40Silty clay (517m)Fine to very fine sand (515m)Stiff clay (26m)Very soft clay (510m)Very soft silty clay (510m) Fill (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时可蒸发时可蒸发位于强结合水之外，电场引力作用范位于强结合水之外，电场引力作用范围之内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，有粘滞性上

4、海市土力学与地基基础精品课程http:/ 。 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 。水膜表面张力 的作用方向与毛细管成夹角 。由于表面张力的作用，毛细管内的水被提升到自由水面以上高度 处 。下面分析高度 的水柱的静力平衡条件。因为毛细管内水面处即为大气压，若以大气压力为基准，则该处压力为022coscwTr hr 2cosTcwhrTTchch2）毛细水（2-3）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 与毛细管半径成反比。显然土颗粒的直径愈小，孔隙的直径愈细，则毛细水的高度愈大。不同土类，土中毛细水高度也不同。在黏土中，因为土中还受颗粒四周电场作用力的吸引，毛细水高不能简单地上式计

5、算。ch2）毛细水上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 若取 ，由式（2-3）可知， ，代入式（2-4），得0（2-4）2cwTh r2Tccwuhr （2-5）uauw= uc上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 成正比，负号表示负孔隙水压力。这样，自由水位上下的水压力分布如图2-5所示。自由水位以下为压力，自由水位以上毛细水区域内为拉力。2）毛细水上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，颗粒受压力，产生类似粘聚力的效果。 T上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 3.吸附于土颗粒表面的气体 4. 溶解于水中的气体 通常认为自由气体与大气连通，对土的性质无大影响。密闭气

6、体的体积与压力有关，压力增加，则体积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流通道，减小土的渗透性。2.4.3土中气上海市土力学与地基基础精品课程http:/ （b）土的三相图 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ Vv土的孔隙部分的体积；Vs土的固体颗粒的体积； Vw水的体积；Va气体体积； m土的总质量；mw水的质量； ms固体颗粒质量。（c）各相的质量与体积 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 度等于土的饱和重度减去水的重度，称为浮重度 这几种重度数值的关系如下：satw satd2.5土的物理性质指标（2-10）上海市土力学与地

7、基基础精品课程http:/ 积之比100(%)100wsssmmmwmmwrvVSV4.土的含水性土的含水性2.5土的物理性质指标（2-15）（2-16）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，含水量 ，土粒比重 ，求孔隙比e，孔隙度n和饱和度Sr。31.67/g cm12.9%w 2.67sG 【解解】绘三相草图，见例图2-1。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，根据密度定义，由式 （2-7）得31.0Vcm1.67mVg（2）根据含水量定义，由式（2-15）0.129wssmwmmwsmmm0.1291.67ssmmg1.671.481.129smg1.671.480.19

8、wmggg上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，故水体积432.67 1.02.67/CsswGg cm31.480.5542.67sssmVcmG31.0/wg cm30.1900.1901.0wwwmVcm上海市土力学与地基基础精品课程http:/ （6）根据孔隙比定义，按式（2-11）0.2560.190.8050.554vawssVVVeVV上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ( (1)1swGmVe 11 eGVmwssd1)1 (wsGeeeGwssat1)(eGws1) 1(een1eGSsr物理指标关系推导上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 因为土处于饱

9、和状态 且svVVe srGeSw ssVVV 1wssdsGWW1dwsGsGe%100sGesGGdws1sdwG1补充例题补充例题上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 和干重度 。d解：%3 .16%10003.1503.1548.17天然重度363/5 .19101000101095. 1mkN3/8 .16163. 015 .191mkNd含水量干重度补充例题补充例题上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 一体积为50cm3的土样，湿土质量0.09kg，烘干后质量为0.068kg，土粒相对密度 ，求 其孔隙比，若将土样压缩，使其干密度达到1.61t/m3，土样孔隙比将减少多

10、少？2.69sG 解：36/8 . 110501009. 03mtVm%3 .32%100068. 0068. 009. 0干水mm孔隙比减小值306. 0671. 0977. 02eee土样的天然密度土样的含水量977. 018 . 1)323. 01 (169. 21)1 (wsGe671. 0161. 1169. 21,122dwswsdGeeG补充例题补充例题上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 判别砂土密实度的标准如表2-3所示上海市土力学与地基基础精品课程http:/ SPT用规定的锤重（63.5kg）和落距（76cm）把标准贯入器（带有刃口的对开管，外径50mm，内径35m

11、m）打入土中，记录贯入一定深度（30cm）所需的锤击数N值的原位测试方法。图片来自http:/civcal.media.hku.hk上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，含水量为9.8%，土粒比重为2.67，烘干后测定最小孔隙比为0.461，最大孔隙比为0.943，试求孔隙比和相对密实度，判断该砂土的密实程度。例题2-4【解解】由已知条件，可得孔隙比为：12.6710.0981110.6561.77swGwe maxmaxmin0.9430.6560.5950.9430.461reeDee1233rD相对密实度为：因为所以该砂土的密实度为中密。上海市土力学与地基基础精品课程http:/

12、 1、土中含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。强结合水的性质接近于固态，土表现为。u 2、含水量增加，被吸附在颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，弱结合水不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，土体受外力作用可以被捏成任意形状而不破裂，外力取消后仍然保持改变后的形状。这种状态称为。u 3、当含水量继续增加，土中除结合水外，已有相当数量的水处于电场引力影响范围以外，成为自内水。这时土粒之间被自由水所隔开，土体不能原受任何剪应力，而呈。2.6.2细粒土的稠度上海市土力学与地基基础精品课程http:/ /界限含水量界限含水量2.6.2细粒土

13、的稠度黏性土从一种状态进入另一种状态的分界含水量称为土的稠度界限或界限含水量。黏性土有液限wL、塑限wP和缩限wS三种稠度界限，如图2-8所示。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ with blende soil）、混合土卵石（CbSI-cobble with blende soil），巨粒混合土包括漂石混合土（SIB-blende soil with boulder）、卵石混合土（SICb-blende with cobble）。混合土是指粗、细粒土合称。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ graded gravel）、级配不良砾（

14、GP-poorly graded sand）含细粒土砾（GF-gravel with fines）、黏土质砾（GC-clayey gravel）和粉土质砾（GM-silty gravel）。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ graded sand）、级配不良砂（SP-poorly graded sand）、含细粒土砂（SF-sand with fines）、黏土质砂（SC-clayey sand）和粉土质砂（SM-silty sand）。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ liquid limit clay）、低液限黏土（CL-lower liquid limit clay）

15、、高液限粉土（MH-high liquid limit mo）和低液限粉土（ML-lower liquid limit mo）。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 国 地 基 规 范 和 岩 土 工 程 勘 察 规 范 （GB50021-2001），下简写为勘察规范，分类体系的主要特点是，在考虑划分标准时，注重土的天然结构特性和强度，并始终与土的主要工程特性变形和强度特征紧密联系。.2我国建筑地基土分类我国建筑地基土分类上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 及其以前沉积的土，一般呈超固结状态，具有较高的结构强度；新近沉积土：第四纪全新世近期沉积的土，一般呈欠固结状

16、态，结构强度较低。根据地质成因土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土和冰积土。.2我国建筑地基土分类我国建筑地基土分类上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 1 1）粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50的土。分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。碎石类土的划分 表1-18土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒超过全重的50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%角砾棱角形为主.2我国建筑地基土分类我

17、国建筑地基土分类2.按颗粒级配和塑性指数划分按颗粒级配和塑性指数划分上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 2）粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50的土。按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砂类土按颗粒级配分类土的名称土的名称颗粒级配颗粒级配砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于2mm的颗粒占全重的25%50%粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的8%粒径大于0.075mm的颗粒占全重的50%.2我国建筑地基土分类我国建筑地基土分类上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 3）粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50、塑性指数小于或等于10的土。必要时可根据颗粒级配分为砂质粉土和粘质粉土。.2我国建筑地基土分类我国建筑地基土分类上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 在特定地理环境或人为条件下形成的特殊性质的土指沿海的滨梅相、三角洲相、溺谷相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由