土的物理性质与工程分类-土的组成与物理性质（土工技术课件）

饱和度1饱和度的概念2饱和度的应用目录是表征土中孔隙被水充填程度的指标

1.饱和度的概念表达式:定义:土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度Sr2.饱和度的应用饱和度是表示孔隙中充满水的程度Sr=0:干土Sr=100%:饱和土砂土根据饱和度分为三种状态:

Sr≤50%稍湿；50%＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和含水率1问题引入2含水率概念3含水率测定目录为计算土的孔隙比、饱和度以及土的其它物理力学试验（如固结试验等）提供必需的数据。1.问题引入土的含水率是指试样在105-110℃下烘至恒量时失去的水的质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示，其表达式为：

2.含水率概念3.含水率测定主要仪器设备天平烘箱干燥器称量盒3.含水率的测定操作步骤称量盒称量湿土称量烘干4冷却称量界限含水率界限含水率界限含水率是指黏性土从一个稠度状态过渡到另一个稠度状态时的分界含水率，也称稠度界限。黏性土四种稠度状态之间有三个界限含水率，分别叫做缩限ωs、塑限ωp和液限ωL，界限含水率缩限ωs是指固态与半固态之间的界限含水率。当含水率小于缩限ωs时，土体的体积不随含水率的减小而缩小。塑限ωp是指黏性土从半固态到可塑态之间的界限含水率。液限ωL是指黏性土从可塑状态到液态之间的界限含水率。颗粒级配1问题引入2颗粒级配的概念目录选择什么样的土料来填筑土石坝，才能很好的维持坝身的稳定和防止渗透破坏？1.问题引入结论：选择级配良好的土料来填筑土石坝，才能很好的维持坝身的稳定和防止渗透破坏？

级配？1.问题引入土中各粒组的相对含量用各粒组占土粒总质量的百分数表示，称为土的颗粒级配。级配良好？2.颗粒级配的概念概念：土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。确定方法筛分法：适用于粗粒土(>0.075mm)

密度计法：适用于细粒土(<0.075mm)表述方法颗粒级配曲线

颗粒级配曲线颗粒级配曲线纵坐标表示小于某粒径的土重占总土重的百分数横坐标用对数坐标表示土的粒径

1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）孔隙率1孔隙率的概念2孔隙率的应用目录

1.孔隙率的概念表达式:定义:是指土体孔隙体积与土体总体积之比。孔隙率n

孔隙率表示的孔隙体积占土的总体积的百分数，所以其值恒小于100%。2.孔隙率的应用孔隙率

也是反映土的密实程度的指标。

对于同一种土n愈大，表明土愈疏松；反之，土愈密实。但是因孔隙率没有孔隙比敏感，所以在工程中常用孔隙比来反映土的密实程度，而不用孔隙率。粒组划分1问题引入2粒组划分目录选择什么样的土料来填筑土石坝，才能很好的维持坝身的稳定和防止渗透破坏？1.问题引入结论：选择级配良好的土料来填筑土石坝，才能很好的维持坝身的稳定和防止渗透破坏？

级配？1.问题引入土中各粒组的相对含量用各粒组占土粒总质量的百分数表示，称为土的颗粒级配。粒组？级配良好？粒组：将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。可划分：

2.粒组划分粒径mm巨粒组600.075粗粒组细粒组漂石卵石砾石砂粒粉粒粘粒2002

0.0052.粒组划分粒组统称《土工试验规程》（SL237-1999）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）粒组划分粒组范围（mm）粒组划分粒组范围（mm）巨粒组漂石（块石）组

＞200漂石（块石）组＞200卵石（碎石）组200～60卵石（碎石）200～20粗粒组砾粒粗砾60～20粗

砾20～10

中砾20～5中

砾10～5细砾5～2细

砾5～2砂粒粗砂2～0.5粗

砂2～0.5中砂0.5～0.25中

砂0.5～0.25细砂0.25～0.075细

砂0.25～0.075细粒组粉

粒0.075～0.005粉

粒0.075～0.005黏

粒≤0.005黏

粒≤0.005黏性土的稠度状态1黏性土的稠度、稠度状态的概念2粘性土的四个稠度状态目录1.黏性土的稠度、稠度状态的概念黏性土的稠度是指黏性土在某一含水率时的稀稠程度或软硬程度。黏性土的稠度状态是指黏性土处在某种稠度时所呈现出的状态。稠度状态与土的含水率有关黏性土含水率随着含水率的增加较硬变软流动2.粘性土的四个稠度状态土中水的形态强结合水弱结合水自由水2.粘性土的四个稠度状态稠度界限土体体积开始吸水膨胀缩限液限塑限强结合水膜最大开始出现自由水塑性指数1塑性指数的概念2塑性指数的应用目录1.塑性指数的概念塑性指数反映粘性土可塑状态含水量的变化范围的一个物理状态指标。表达式：其值是用百分数的绝对值表示，如：某土的2.塑性指数的应用塑性指数的大小与土的黏粒含量及矿物成分有关，黏性土的塑性指数IP愈大，说明土中黏粒含量愈多；反之，黏性土的塑性指数IP值愈小，说明土中黏粒含量愈少。为什么？工程上采用塑性指数对黏性土进行分类和评价。按塑性指数大小和液限值《土工试验规程》（SL237-1999）将黏性土分为：高液限粉土、低液限粉土、高液限黏土、低液限黏土等。土的结构1问题引入2土的结构目录为什么物质成分相同的土，透水性、压缩性、强度会有很大的区别呢？1.问题引入结论：物质成分相同的土，却有着不同的结构。土有哪些结构？土的结构：土粒或粒团的排列方式及其粒间或粒团间连结的特征，它与土的矿物成分、颗粒形状和沉积条件有关。2.土的结构砂、砾石层

粉粒

粘粒密度1问题引入2密度的概念3密度的测定目录为计算土的孔隙比、饱和度以及土的其它物理力学试验（如固结试验等）提供必需的数据。1.问题引入2.密度的概念土的质量密度是指单位体积土的质量。常用表示ρ，其表达式为：

3.密度的测定——环刀法主要仪器设备天平环刀修土刀3.密度的测定操作步骤切取土样称环刀加土量4冷却称量环刀称重土的三相组成1问题引入2土的固相3土的液相（土中的水）目录4土的气相（土中的气）土中固体颗粒、水、气体的含量不同，导致土的物理力学性质有很大差别。土一般是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。

(特例：干土与饱和土)土的三相组成不同对土的工程性质影响很大。1.问题引入土中固体颗粒：

土颗粒（矿物颗粒、有机质）构成土的骨架，其大小、形状、成分与组成决定土的物理力学性质。2.土的固相原生矿物次生矿物石英、长石、云母粘土矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石）有机质形成、颗粒大小、亲水性、塑性、透水性、强度2.土的固相3、土的矿物成分土粒的矿物成分可分为两大类：原生矿物

次生矿物

由岩石经物理风化生成的

由原生矿物经化学风化生成的新矿物

颗粒成分与母岩的相同

它的成分成分与母岩的完全不同

常见的有石英、长石和云母

有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物

颗粒较粗，多呈浑圆形状

颗粒极细，且多呈片状

吸附水的能力弱，无塑性

性质活泼，吸附水能力强，具塑性有机质

动植物分解后的残骸，称为腐殖质。其颗粒极细，粒径小于0.1m，呈凝胶状，带有电荷，具极强的吸附性。2.土的固相从颜色看成分，分析成因：红色、黄色、棕色：含三价铁，氧化环境黑色：含有机质或锰，温暖潮湿环境、沼泽灰蓝色、灰绿色：含二价铁离子，缺氧环境白色、灰白色：无有机质，含石英、高岭石湿土颜色深，干土浅2.土的固相固态水（冰）气态水（孔隙中水气）液态水（有以下两种存在方式，影响土性）。土颗粒自由水（重力水毛细水）弱结合水结合水存于孔隙中3.土的液相自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道指充填在土的空隙中的气体。含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质研究已成为土力学的个新分支。

4.土的气相土的形成1问题引入2土的形成3土的类型目录工程上可将土视为一种工程材料，作为建筑物的地基、作为建筑材料、作为建筑环境，不同成因的土对工程的影响不同。工程上可将土视为一种工程材料。1.问题引入土：岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程形成的堆积物，由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。（形成了土自身固有的特性）

2.土的形成岩石风化：物理风化—机械破坏，无质变（称为原生矿物）；化学风化—水与大气作用，产生次生矿物（粘土矿物-蒙脱石、伊利石、高岭石）；生物风化—动植物、微生物生长使岩石破坏变化。2.土的形成基岩残积土坡积土洪积土冲积土风积土（黄土高原风成学说）雅丹地貌（风蚀作用形成）冰积土、湖积土无机土、有机土3.土按成因条件分类土粒比重1问题引入2土粒比重概念3土粒比重的测定目录为计算土的孔隙比、饱和度以及土的其它物理力学试验（如颗粒分析的密度计法试验、固结试验等）提供必需的数据。1.问题引入土粒比重是指土在105~110℃温度下烘至恒重时的质量与土粒同体积4℃时纯水的质量之比，简称比重，其表达式为：

2.土粒比重概念3.土粒比重的测定主要仪器设备蒸馏水漏斗滴管电炉天平比重瓶3.土粒比重的测定操作步骤取样称量3.土粒比重的测定操作步骤煮沸排气注水冷却3.土粒比重的测定操作步骤测量水温注水称量土中的气体1问题引入2土中气体类型目录1.问题引入在填方工程中，为什么有一些土很难压实？土颗粒水土中气体自由气体：与大气连通的气体，与大气连通的气体，受外荷作用时，易被排出土外，对土的工程力学性质影响不大。封闭气体：与大气不连通的、以气泡形式存在的气体。封闭气体可以使土的弹性增大，使土层不易压实，延长了土的压缩过程，而当压力减小时，气泡就会恢复原状或重新游离出来，所以密闭的气体对土的工程性质有很大影响，此外封闭气体还能阻塞土内的渗流通道，使土的渗透性减小。2.土中气体类型土颗粒封闭气体自由气体土中的水1问题引入2土中水类型目录1.问题引入土中水的含量不同，土的性质差异很大，为什么有些土很软有些土很硬？土颗粒水土中水水在土中以固态、液态、气态三种形式存在，土中的水按存在方式不同，可分为如下类型。液态水对土的性能影响较大，液态水可分为结合水和自由水。2.土中的水土中的水液态水气态水固态水结合水自由水弱结合水强结合水重力水毛细水（1）结合水研究表明，大多数黏土颗粒表面带有负电荷，因而围绕土粒周围形成了一定强度的电场，使孔隙中的水分子极化，这些极化后的极性水分子和水溶液中所含的阳离子（如钾、钠、钙、镁等阳离子），在电场力的作用下定向地吸附在土颗粒周围，形成一层不可自由移动的水膜，该水膜称为结合水（又称吸着水），结合水又可根据受电场力作用的强弱分成强结合水和弱结合水如图所示。2.土中的水（1）结合水①强结合水强结合水是指被强电场力紧紧地吸附在土粒表面附近的结合水膜。这部分水膜因受电场力作用大，与土粒表面结合的十分紧密，所以分子排列密度大，其密度约为1.2~2.4g/cm3，冰点很低，可达-78oC，沸点较高，在105oC以上才可以被释放，而且很难移动，没有溶解能力，不传递静水压力，失去了普通水的基本特性，其性质与固体相近，具有很大的黏滞性和一定的抗剪强度。2.土中的水（1）结合水②弱结合水弱结合水是指分布在强结合水外围吸附力稍的结合水。这部分水膜由于距颗粒表面较远，受电场力作用较小，它与土粒表面的结合不如强结合水紧密。其密度约为1.0~1.7g/cm3，冰点低于0oC，不传递静水压力，也不能在孔隙中自由流动，只能以水膜的形式由水膜较厚处缓慢移向水膜较薄的地方，这种移动不受重力影响。2.土中的水（2）自由水土孔隙中位于结合水以外的水称自由水，自由水由于不受土粒表面静电场力的作用，且可在孔隙中自由移动，按其运动时所受的作用力不同，可分为重力水和毛细水。①重力水受重力作用而运动的水称重力水。重力水位于地下水位以下，重力水与一般水一样，可以传递静水和动水压力，具有溶解能力，可溶解土中的水溶盐，使土的强度降低，压缩性增大；可以对土颗粒产生浮托力，使土的重力密度减小；它还可以在水头差的作用下形成渗透水流，并对土粒产生渗透力，使土体发生渗透变形。2.土中的水（2）自由水②毛细水土中存在着很多大小不同的孔隙，这些孔隙有的可以相互连通形成弯曲的细小通道（毛细管），由于水分子与土粒表面之间的附着力和水表面张力的作用，地下水将沿着土中的细小通道逐渐上升，形成一定高度的毛细水带，地下水位以上的自由水称为毛细水。2.土中的水（2）自由水②毛细水毛细水上升的高度取决于土的粒径、矿物成分、孔隙的大小和形状等因素，一般黏性土上升的高度较大，而砂土的上升高度较小，在工程实践中毛细水的上升可能使地基浸湿，使地下室受潮或使地基、路基产生冻胀，造成土地盐渍化等问题2.土中的水无黏性土的密实状态1问题引入2判别无黏性土密实程度的方法目录1.问题引入影响无粘性土的松密程度土的力学特性密实度大结构稳定、强度大、压缩变形小密实度小结构疏松、不稳定、压缩变形大1.问题引入土的密实度通常是指单位体积中固体土颗粒的含量定义:判别无粘性土的密实度方法孔隙比e相对密度Dr现场标准贯入试验测定1）以孔隙比e判别判别无黏性土密实度最简便的方法是用孔隙比e，孔隙比愈小，表示土愈密实，孔隙比愈大，土愈疏松。但由于颗粒的形状和级配对孔隙比的影响很大，而孔隙比没有考虑颗粒级配这一重要因素的影响，即使两种土具有相同的孔隙比，也不能说明两种土密实状态相同，故应用孔隙比确定土的密实度是有缺陷的。2.判别无黏性土密实程度的方法2）以相对密实度Dr判别

相对密实度Dr是将天然状态的孔隙比e与最疏松状态的孔隙比emax和最密实状态的孔隙比emin进行对比，作为衡量无黏性土密实度的指标，判断无黏性土的密实度，其表达式为：

2.判别无黏性土密实程度的方法2）以相对密实度Dr判别

2.判别无黏性土密实程度的方法显然，Dr越大，土越密实。当Dr＝0时，表示土处于最疏松状态；当Dr＝1时，表示土处于最紧密状态。工程中根据相对密实度Dr，将无黏性土的密实程度划分为密实、中密和疏松三种状态，其标准如下：

Dr>0.67密实0.67≥Dr>0.33中密

Dr≤0.33疏松3）以标准贯入试验锤击数N判别2.判别无黏性土密实程度的方法标准贯入试验是在现场进行的原位试验。该试验是用质量为63.5kg的穿心锤，以一定高度（76cm）的落距自由落体，将贯入器打入土中30cm所需要的锤击数称