土力學(xué)第一章土的物理性質(zhì)及工程分類（167頁(yè)圖文豐富）

1、第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類內(nèi)容提要 本章主要討論土的物質(zhì)組成及其定性和定量描述的方法。主要包括： 土的三相組成和三相比例指標(biāo)及換算 土的顆粒特征 粘性土的界限含水量 砂土的密實(shí)度 土的工程分類土的形成和演變 土的形成地殼表層的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用而破碎后，形成形狀不同、大小不一的顆粒。這些顆粒受到各種自然力的作用，在各種不同的自然環(huán)境下堆積下來(lái)，就形成了土。 土是地殼表層的巖石長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)化作用和水流、冰川、風(fēng)等自然力的剝蝕、搬運(yùn)及堆積作用而生成的松散堆積物。巖石土剝蝕搬運(yùn)風(fēng)化沉積土的形成過(guò)程土的形成和演變 土的演變（沉積與成巖）堆積下來(lái)的土，在很長(zhǎng)的地質(zhì)年代中發(fā)生復(fù)雜的物理化

2、學(xué)變化，逐漸壓密、巖化，最終又形成巖石（沉積巖或變質(zhì)巖）。 工程上所遇到的大多數(shù)土都是在第四紀(jì)地質(zhì)年代內(nèi)所形成的，年代在一百萬(wàn)年以內(nèi)。風(fēng)化作用 風(fēng)化作用是由于自然界各種因素和外力的作用使巖石產(chǎn)生破碎與分解，顆粒變小及化學(xué)成分改變等現(xiàn)象的地質(zhì)作用。 風(fēng)化作用可分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。這三種風(fēng)化作用是同時(shí)進(jìn)行并且互相作用的。物理風(fēng)化 物理風(fēng)化是巖體在各種物理作用力的影響下，從大的塊體分裂為小的石塊甚至土粒的過(guò)程。產(chǎn)生物理風(fēng)化的原因包括以下幾種：地質(zhì)構(gòu)造力 使巖體斷裂、剝落等。溫度變化 巖體表面與內(nèi)部熱脹冷縮程度不同，巖體不同礦物成分熱脹冷縮程度不同導(dǎo)致巖體發(fā)生斷裂、剝落等。冰脹 巖體裂隙

3、中水分結(jié)冰時(shí)巨大的冰脹作用使裂隙擴(kuò)展，巖體斷裂。碰撞 風(fēng)、水流、波浪的沖擊及挾帶物的撞擊使巖體遭受破壞和剝蝕。 因寒冷風(fēng)化破裂的巖石風(fēng)蝕穴（寧夏賀蘭山）風(fēng)蝕蘑菇（河北承德）化學(xué)風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化是指母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素（水、空氣以及溶解在水中的氧氣和碳酸氣等）的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物（次生礦物）。常見(jiàn)原因如下：水解作用 巖體礦物成分被分解，與水進(jìn)行化學(xué)成分交換，形成新的礦物，新成分產(chǎn)生膨脹使巖體脹裂。水化作用 土中某些礦物成分與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水按一定的比例加入礦物的組成中，改變礦物原有的分子結(jié)構(gòu)，形成新的礦物。新生成的含水礦物強(qiáng)度低于原來(lái)的無(wú)水礦物化學(xué)風(fēng)化 氧化作用

4、土中的礦物與氧結(jié)合形成新的礦物。 溶解作用 巖石中某些礦物成分被水溶解，以溶液形式流失。 化學(xué)風(fēng)化的結(jié)果是形成十分細(xì)微的土顆粒，最主要的為粘土顆粒及大量的可溶性鹽類。這些微細(xì)顆粒的表面積很大，具有吸附水分子的能力。海蝕蘑菇（廣西北海）生物風(fēng)化 生物風(fēng)化作用是指各種動(dòng)植物及人類活動(dòng)對(duì)巖石的破壞作用。分為兩種基本形式：物理生物風(fēng)化 生物產(chǎn)生的機(jī)械力（植物根系生長(zhǎng)，人類爆破活動(dòng)）造成巖石破碎?；瘜W(xué)生物風(fēng)化 生物產(chǎn)生的化學(xué)成分（植物根系分泌的有機(jī)酸、動(dòng)植物死亡后遺體腐爛產(chǎn)物以及微生物作用等）引起巖石成分改變而使巖石腐蝕破壞。植物根劈作用（北京房山）土的沉積與成巖作用 沉積土在固結(jié)成巖過(guò)程中主要有以下幾

5、種作用： 壓固脫水作用 下部沉積土在上覆沉積物重量的均勻壓力下發(fā)生的排水固結(jié)現(xiàn)象。 膠結(jié)作用 將松散的碎屑顆粒連結(jié)起來(lái)固結(jié)成巖。 重結(jié)晶作用 沉積物中的非晶體物質(zhì)，在溶解和固體擴(kuò)散等作用下，能夠脫水轉(zhuǎn)化成晶體；沉積物中的微小晶體顆粒，在一定條件下能夠長(zhǎng)成粗大的晶粒。 沉積巖新礦物的形成 沉積土在向沉積巖的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，形成與新環(huán)境相適應(yīng)的新的穩(wěn)定礦物。 孔隙減少密實(shí)度增大土與巖石的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程第一節(jié) 土的三相組成 土是由固體顆粒、水和氣體三部分組成的， 通常稱之為三相組成（固相、液相和氣相）。氣相固相液相+土體土顆粒孔隙水孔隙氣體隨著三相物質(zhì)的質(zhì)量和體積的比例不同，土的性質(zhì)也就不同。一、土的固相

6、土的固相物質(zhì)包括無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架的最基本的物質(zhì)。無(wú)機(jī)礦物原生礦物次生礦物巖漿在冷凝過(guò)程中形成的礦物，如石英、長(zhǎng)石、云母等由原生礦物經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用后形成的新礦物，如粘土礦物等原生礦物 圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物 針狀、片狀、扁平狀次生礦物的水溶性 次生礦物按其與水的作用可分為易溶的、 難溶的和不溶的。 次生礦物的水溶性對(duì)土的性質(zhì)有重要影響。粘土礦物粘土礦物的主要代表性礦物成分： 高嶺石、伊利石和蒙脫石。蒙 脫 石高 嶺 石伊 利 石粘土礦物 粘土礦物的性質(zhì)： 是細(xì)小的扁平顆粒，表面具有極強(qiáng)的與水相互作用的能力。 顆粒愈細(xì)，表面積愈大，親水的能力就愈強(qiáng)，對(duì)土的工程性質(zhì)的影響就愈

7、大。土中的有機(jī)質(zhì) 主要成分： 由微生物作用產(chǎn)生的腐殖質(zhì)礦物 動(dòng)植物殘?bào)w（泥炭）等 有機(jī)顆粒緊緊地吸附在無(wú)機(jī)礦物顆粒的表面形成了顆粒間的連接，但這種連接的穩(wěn)定性較差。二、土的液相土的液相是指存在于土的孔隙中的水。土中的水是一種十分復(fù)雜的電解質(zhì)水溶液，它和親水性的礦物顆粒表面有著復(fù)雜的物理化學(xué)作用。二、土的液相土中水自由水 結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水 重力水 毛細(xì)水處于土顆粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點(diǎn)低于零度。不能傳遞靜水壓力。存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的土中水，受重力的控制而流動(dòng)?？梢詡鬟f靜水壓力，能溶解鹽類。存在于最靠近土顆粒表面處；密度大于1g/cm3

8、；有過(guò)冷現(xiàn)象；溫度高于100度時(shí)可蒸發(fā)；性質(zhì)跟固體相似，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度。強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水存在于距土顆粒表面較遠(yuǎn)處；位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引 力作用范圍之內(nèi)；可以發(fā)生遷移；有粘滯性；自由水二、土的液相自由水毛細(xì)水 重力水存在于地下水位以下的透水土層中的水。在重力或壓力差的作用下能在土中滲流，對(duì)土顆粒和結(jié)構(gòu)物都有浮力作用。存在于地下水位以上透水層中的水。受表面張力的支配，能沿著土的細(xì)孔隙上升到一定的高度。 NOTE： 水是土的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時(shí)，水的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì)。 三

9、、土的氣相土的氣相是指充填在的土孔隙中的氣體，包括自由氣體（與大氣連通）和封閉氣體（與大氣不連通）兩大類。 自由氣體成分與空氣相似，對(duì)土的工程性質(zhì)影響不大；在外力作用下很快從孔隙中擠出。 封閉氣體在壓力作用下可被壓縮或溶解于水中，對(duì)土的工程性質(zhì)有很大影響。阻塞滲流通道，使土的滲透性減小；增加土的彈性，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程。土體各組成部分的作用氣相固相液相+構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用 為什么要研究土的結(jié)構(gòu)？ 土的物質(zhì)組成和含量的比例并不能完全決定土的宏觀的工程性質(zhì)，決定土工程性質(zhì)的是組成土體的基本結(jié)構(gòu)單元的空間排列情況和聯(lián)結(jié)方式等。土的結(jié)構(gòu)通常包含土的微觀結(jié)構(gòu)和

10、土體的宏觀結(jié)構(gòu)兩種概念。土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 土的微觀結(jié)構(gòu) 組成土的基本結(jié)構(gòu)單元的大小、形狀、表面特征、比例關(guān)系，各結(jié)構(gòu)單元和孔隙的空間排列狀況及其結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)特征等。通常需借助光學(xué)或電子顯微鏡進(jìn)行研究。土的微觀結(jié)構(gòu)一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。單粒結(jié)構(gòu)由粗大的土粒在水或空氣中下沉而形成。砂土，碎石土土顆粒之間是點(diǎn)與點(diǎn)的接觸，土顆粒間幾乎沒(méi)有聯(lián)結(jié)。隨著形成條件的不同，有緊密與疏松兩種狀態(tài)。 緊密單粒結(jié)構(gòu)疏松單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)的松密程度取決于礦物成分、顆粒形狀、級(jí)配情況。緊密單粒結(jié)構(gòu)土粒排列緊密，在靜、動(dòng)荷載作用下都不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，穩(wěn)定性好。強(qiáng)度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然

11、地基。疏松單粒結(jié)構(gòu)土粒排列疏松，土骨架不穩(wěn)定。當(dāng)受到振動(dòng)或其他外力作用時(shí)，土顆粒易發(fā)生移動(dòng)，使骨架結(jié)構(gòu)趨向密實(shí)，會(huì)導(dǎo)致土中孔隙劇烈減少，引起土體較大的變形。未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。蜂窩結(jié)構(gòu)是主要由粉粒（粒徑為0.005-0.075mm）組成的結(jié)構(gòu)形式，在粉土和粘土中常見(jiàn)。單個(gè)土粒下沉過(guò)程中，土粒間的分子引力大于土粒的重力，土粒停留在最初的接觸點(diǎn)上不再下沉，逐漸形成土粒鏈，很多的土粒鏈聯(lián)結(jié)起來(lái)，便形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)?？沙惺芤话愕乃届o荷載。但是當(dāng)其承受較大的靜荷載或動(dòng)荷載時(shí)，其結(jié)構(gòu)將破壞，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的地基沉降。絮狀結(jié)構(gòu)對(duì)于細(xì)小的粘粒（粒徑小于0.005mm），其重力作用很小，能夠

12、在水中長(zhǎng)期懸浮，不會(huì)下沉。懸浮的土顆粒在相互之間的吸引力作用下，形成絮狀結(jié)構(gòu)。主要存在于海相沉積粘土中?？紫逗艽螅瑥?qiáng)度低、壓縮性高、對(duì)擾動(dòng)比較敏感，土粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度會(huì)由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強(qiáng)。土的三種微觀結(jié)構(gòu)的比較 土的三種微觀結(jié)構(gòu)中密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì)最好，蜂窩狀結(jié)構(gòu)土為其次，絮狀結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì)最差。后兩種結(jié)構(gòu)的土?xí)蛘駝?dòng)或其他外界擾動(dòng)導(dǎo)致其天然結(jié)構(gòu)被破壞，因此未經(jīng)處理不能作為天然地基。土的結(jié)構(gòu) 土的宏觀結(jié)構(gòu)（土的構(gòu)造） 土體形成過(guò)程中產(chǎn)生的三相物質(zhì)成分以及節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面在土體內(nèi)的排列、組合特征，可以直接用肉眼或放大鏡進(jìn)行觀察。土的構(gòu)造特征主要是層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造。土的

13、層理構(gòu)造 土在形成過(guò)程中，不同階段沉積的不同物質(zhì)成分沿豎向分層分布的特征。土的裂隙構(gòu)造黃土的柱狀裂隙裂隙的存在破壞土體的完整性，大大降低土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增大透水性，對(duì)工程不利。第二節(jié) 土的顆粒特征天然土是由大小不同的顆粒組成的，土粒的大小稱為粒度。 粒度分析方法篩分析方法：適用于粒徑大于0.075mm的土粒沉降分析方法：適用于粒徑小于0.075mm的土粒工程上常用不同粒徑顆粒的相對(duì)含量來(lái)描述土的顆粒組成情況 一、土的粒度成分粒度成分天然土的粒徑一般是連續(xù)變化的，為了描述的方便，工程上常把大小相近的顆粒合并為組，稱為粒組。粒組劃分原則： 應(yīng)使粒組界限與粒組性質(zhì)的變化相適應(yīng)， 并按一定的比例遞

14、減關(guān)系劃分粒組的界限值。粒 組規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) GBJ 789 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB5002194 巖土工程勘察規(guī)范 GB14590 土的工程分類標(biāo)準(zhǔn) JTJ05193 公路土工試驗(yàn)規(guī)程粒組劃分標(biāo)準(zhǔn)（GB5002194）粒組名稱粒組范圍（mm）漂石（塊石）200卵石（碎石）20200礫石2 20砂粒0.075 2粉粒0.0050.075粘粒200卵石（碎石）200 60粗礫60 20細(xì)礫20 2砂粒20.075粉粒0.075 0.005粘粒200卵石（碎石）200 60粗礫60 20中礫205細(xì)礫5 2粗砂20.5中砂0.50. 25細(xì)砂0.250.074粉粒0.074 0.002粘粒0.002

15、漂 石粘土細(xì)砂粗砂碎石卵石碎石粘土二、粒度成分及其表示方法土的粒度成分是指土中各種不同粒組的相對(duì)含量（以干土質(zhì)量的百分比表示） 它可用來(lái)描述土中各種不同粒徑土粒的分布特征。常用的粒度成分表示方法： 表格法、累計(jì)曲線法和三角形坐標(biāo)法。土的粒度成分表示的表格法粒徑di（mm）粒徑小于等于di的累計(jì)百分含量pi（%）土樣A土樣B土樣C10100.05100.075.0298.955.0192.942.70.576.534.70.2535.028.5100.00.19.023.692.00.07519.077.60.0110.940.00.0056.728.90.0011.510.0粒組（mm）土樣A

16、土樣B土樣C10525.0521.120.0216.012.310.516.48.00.50.2541.56.20.250.126.04.98.00.10.0759.04.614.40.750.018.137.60.010.0054.211.10.0050.0015.218.90.0011.510.0土的粒度成分表示的表格法可用于土的工程分類和定名土的粒度成分表示的累計(jì)曲線法曲線平緩級(jí)配良好曲線陡直級(jí)配不良土的粒度成分表示的累計(jì)曲線法不連續(xù)級(jí)配土粒的級(jí)配指標(biāo) 不均勻系數(shù) 曲率系數(shù)（級(jí)配系數(shù)） d10、 d30、 d60分別相當(dāng)于累計(jì)含量為10 、30 、60的粒徑。土粒的級(jí)配指標(biāo) d10有效粒

17、徑 小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)相應(yīng)的粒徑 d30中間粒徑 小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為30%時(shí)相應(yīng)的粒徑 d60限制粒徑 小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)相應(yīng)的粒徑 土的級(jí)配 Cu反映大小不同粒組的分布情況。 Cu越大，表示土粒的分布范圍大，土的級(jí)配良好。 Cc描述累計(jì)曲線的整體形狀。土的級(jí)配 Cu10時(shí)，稱為級(jí)配良好。 若Cu過(guò)大，表示可能缺失中間粒徑，屬不連續(xù)級(jí)配。 綜合條件： 當(dāng)Cu5且Cc=13時(shí)， 為級(jí)配良好的土。 工程中用級(jí)配良好的土作為路堤和堤壩的填土用料時(shí)，容易獲得較大的密實(shí)度。舉例 1 曲線a： d100.1mm， d300.22mm， d600.3

18、9mm；計(jì)算得Cu3.9，Cc=1.24；土樣a為級(jí)配不良的土。舉例 2級(jí)配良好土的粒度成分表示的三角形坐標(biāo)法 基本原理： 等邊三角形內(nèi)任意一點(diǎn)至三個(gè)邊的垂直距離的總和恒等于三角形之高。 三角形坐標(biāo)法只適用于劃分為三個(gè)粒組的情況。土的粒度成分表示的三角形坐標(biāo)法m點(diǎn)坐標(biāo)：粘粒含量28.9粉粒含量48.7砂粒含量 22.4三種表示方法的比較 表格法能清楚地用來(lái)說(shuō)明土樣的各粒組含量，但對(duì)于大量土樣之間的比較就顯得過(guò)于冗長(zhǎng)，且無(wú)直觀概念。 累計(jì)曲線法能用一條曲線表示一種土的粒度成分，而且可以在一張圖上同時(shí)表示多種土的粒度成分，能直觀地比較其級(jí)配狀況。 三角形坐標(biāo)法能用一個(gè)點(diǎn)表示一種土的粒度成分，而且可

19、在一張圖上同時(shí)表示多種土的粒度成分，便于進(jìn)行土料的級(jí)配設(shè)計(jì)。 根據(jù)使用要求選用合適的表示方法。三種表示方法的比較三、粒度成分分析方法 篩分法 利用一套不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩把各種粒徑的土分離出來(lái)。（適用于粗粒土，粒徑600.075mm） 沉降分析法 基本原理：土粒在懸液中沉降的速度與粒徑的平方成正比。 （適用于細(xì)粒土，粒徑0.075mm）篩分法儀器設(shè)備振篩機(jī) 標(biāo)準(zhǔn)篩的孔徑依次為60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。 試驗(yàn)步驟：將烘干的均勻土樣放入標(biāo)準(zhǔn)篩，經(jīng)振篩機(jī)振動(dòng)，將土粒分離開(kāi)；稱出留在每個(gè)篩上的土重，求出留在每個(gè)篩上

20、的土的質(zhì)量百分含量。 相當(dāng)于在1平方英寸（6.451610-4m2）的面積上有200個(gè)篩孔。105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536沉降分析法試驗(yàn)方法： 將一定質(zhì)量（ms）的干土制成一定體積（V）的懸液，在攪拌均勻并停止攪拌時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（ti）在液面下某個(gè)深度（Li）測(cè)定該深度處懸液的密度（i）。 最大粒徑： 小于等于上述粒徑的土粒質(zhì)量：式中：s土粒的密度（g/cm3

21、） w水的密度（g/cm3）沉降分析法 懸液中粒徑小于等于di（mm）的土粒質(zhì)量占土?？傎|(zhì)量的累計(jì)百分比pi（以表示）為： 測(cè)定懸液密度的方法： 比重計(jì)法，移液管法沉降分析法比重計(jì)是用來(lái)測(cè)量液體密度的儀器。移液管容積為25毫升用移液管在一定深度處吸出一定量的懸液，烘干后測(cè)出干土的質(zhì)量，計(jì)算出土的密度。NOTE： 土粒并不是球形顆粒，用上述公式計(jì)算得到的并不是實(shí)際土粒的尺寸，而是與實(shí)際土粒有相同沉降速度的理想球體的直徑，稱為水力直徑。四、土粒的形狀 土粒形狀對(duì)于土的密實(shí)度和土的強(qiáng)度有重要影響。 棱角狀的顆粒互相嵌擠咬合形成比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，土體強(qiáng)度較高；磨圓度高的顆粒之間容易滑動(dòng)，土體的穩(wěn)定性較差

22、。 土粒的形狀與土的礦物成分有關(guān)，也與土的成因條件及地質(zhì)歷史有關(guān)。土粒形狀的描述方法 肉眼觀察鑒別方法 對(duì)電子顯微鏡掃描照片采用計(jì)算機(jī)圖像處理的方法 用體積系數(shù)和形狀系數(shù)描述（定性評(píng)價(jià)）體積系數(shù) 體積系數(shù)Vc：式中：V土粒體積（mm3）； dm土粒的最大粒徑（mm）。 Vc愈大，土粒愈接近于圓形。圓球狀的Vc1；立方體的Vc0.37；棱角狀土粒的Vc更小。形狀系數(shù) 形狀系數(shù)F： 式中：A1、B1、C1分別為土的最大、中間和最小粒徑。第三節(jié) 土的三相比例指標(biāo)土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系稱為三相比例指標(biāo)。土的三相比例指標(biāo)反映了土的干燥與潮濕、疏松與緊密的狀態(tài)。是評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)的最基本的物

23、理性質(zhì)指標(biāo)，也是工程地質(zhì)勘察報(bào)告中不可缺少的基本內(nèi)容。土的三相圖土粒水氣實(shí)際土體土的三相圖土的三相圖各相的質(zhì)量與體積土的三相比例指標(biāo)試驗(yàn)指標(biāo)密度（天然密度）土粒密度（比重）可以直接通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定土的三相比例指標(biāo)換算指標(biāo)須由試驗(yàn)指標(biāo)換算含水量干密度（干重度）飽和密度（飽和重度）有效重度孔隙比孔隙率飽和度土的密度 定義：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量。 定義式：土的密度取決于土粒密度、孔隙體積、孔隙水質(zhì)量等，綜合反映了土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征。一般土的密度為1.602.20g/cm3土的密度 試驗(yàn)測(cè)定方法：環(huán)刀法 試驗(yàn)設(shè)備：環(huán) 刀電子天平內(nèi)徑61.8mm外徑79.8mm高度20mm適用于細(xì)粒土土的密度 試驗(yàn)步驟：

24、用環(huán)刀取土。（環(huán)刀內(nèi)壁先涂一薄層凡士林，將環(huán)刀垂直壓入土體，用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，取出環(huán)刀，并將環(huán)刀上下兩端削平。） 擦凈環(huán)刀外壁，稱量環(huán)刀和土的總質(zhì)量。 環(huán)刀和土的總質(zhì)量減去環(huán)刀質(zhì)量得到土的質(zhì)量，除以環(huán)刀體積（固定），得到土的密度。土的重度在用國(guó)際單位制計(jì)算重力時(shí)，由土的質(zhì)量產(chǎn)生的單位體積的重力稱為重力密度，簡(jiǎn)稱重度。對(duì)天然土求得的密度稱為天然密度，相應(yīng)的重度稱為天然重度。土粒密度（比重）定義：干土粒的質(zhì)量與其體積之比。表達(dá)式： 土粒密度主要取決于土礦物成分。 測(cè)定方法：比重瓶法（適用于粒徑小于5mm的各類土）。試驗(yàn)儀器：比重瓶砂 浴土粒密度（比重）容積100mL或50mL土粒密度（比

25、重） 試驗(yàn)步驟： 將比重瓶烘干，稱取一定質(zhì)量的烘干土樣裝入比重瓶，稱土樣和比重瓶的總質(zhì)量。 向比重瓶?jī)?nèi)注入半瓶純水，放在砂浴上煮沸。 （煮沸時(shí)間：砂土不少于30分鐘，粘土和粉土不少于1小時(shí)。）將一定量的無(wú)氣純水注入裝有土樣懸液的比重瓶，將比重瓶置于恒溫水槽內(nèi)至溫度穩(wěn)定，且瓶?jī)?nèi)上部懸液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外壁，稱出比重瓶、水和土樣的總質(zhì)量，并測(cè)定瓶?jī)?nèi)的水溫。從溫度與瓶、水總質(zhì)量的關(guān)系曲線中查得各試驗(yàn)溫度下的瓶、水總質(zhì)量。土粒密度的計(jì)算公式：干土質(zhì)量比重瓶和水的總質(zhì)量比重瓶、水及土樣的總質(zhì)量T時(shí)純水的比重（可查物理手冊(cè)）與干土同體積的水的質(zhì)量土粒密度的一般數(shù)值土 名土粒密度（g/cm3）砂土2

26、.652.69砂質(zhì)粉土2.70粘質(zhì)粉土2.71粉質(zhì)粘土2.722.73粘土2.742.76土粒相對(duì)密度定義：土粒的質(zhì)量與同體積的4純水的質(zhì)量之比（無(wú)量綱，數(shù)值與土粒密度相同）。表達(dá)式：純水在4時(shí)的密度，可取w=1g/cm3。土粒相對(duì)密度的一般數(shù)值土 名土粒相對(duì)密度砂土2.652.69砂質(zhì)粉土2.70粘質(zhì)粉土2.71粉質(zhì)粘土2.722.73粘土2.742.76土的含水量 定義：土中水的質(zhì)量與固體（土粒）質(zhì)量之比。 表達(dá)式： 含水量反映土中水的含量多少，是描述土的干濕程度的重要指標(biāo)，常以百分?jǐn)?shù)表示。 測(cè)定方法：烘干法試驗(yàn)儀器與設(shè)備：烘 箱電子天平土的含水量土樣盒土的含水量 試驗(yàn)步驟： 取代表性土樣

27、若干，放入土樣盒，稱盒與濕土的總質(zhì)量。 將土樣置于烘箱內(nèi)，在105110的恒溫下烘干。 （烘干時(shí)間：粘土和粉土不少于8小時(shí)，砂土不少于6小時(shí)。）取出土樣，冷卻后稱量土樣盒與干土的總質(zhì)量。天然含水量 天然狀態(tài)下土層的含水量稱為天然含水量，其變化范圍很大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。 一般干的粗砂土，其天然含水量值接近于零；飽和砂土，天然含水量可達(dá)40%；堅(jiān)硬的粘性土的天然含水量約小于30%；飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥）的天然含水量可達(dá)60%或更大。 含水量的變化對(duì)粘性土和粉土等細(xì)粒土的工程性質(zhì)有很大影響，對(duì)砂土的工程性質(zhì)稍有影響，對(duì)碎石土的工程性質(zhì)沒(méi)有影響。 一般說(shuō)來(lái)，同一

28、類土的含水量越大，土越濕、越軟，強(qiáng)度就越低，作為地基時(shí)的承載力越低。天然含水量 干密度 定義：土的固體質(zhì)量與土的總體積之比。 計(jì)算公式：土的干密度越大，土越密實(shí)，強(qiáng)度就越高，水穩(wěn)定性越好。 干密度常用作填土密實(shí)度的施工控制指標(biāo)。單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量飽和密度 定義：當(dāng)土的孔隙中全部為水所充滿，土處于飽和狀態(tài)時(shí)的密度，即全部充滿孔隙的水的質(zhì)量與固相質(zhì)量之和與土的總體積之比。 計(jì)算公式： 土的干重度： 土的飽和重度：有效重度 定義：扣除浮力以后的固相重力與土的總體積之比（又稱為浮重度）。計(jì)算公式： 水的重度，工程上取10kN/m3。土的浮密度： 幾個(gè)密度之間的關(guān)系：孔隙比 定義：孔隙的體積與固相體積

29、之比， 以小數(shù)表示。 計(jì)算公式： 孔隙比用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度，或從孔隙比的變化推算土的壓密程度。 一般e1.0的土是疏松的高壓縮性土?？紫堵?定義：孔隙的體積與土的總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 計(jì)算公式： 孔隙比與孔隙率的換算關(guān)系：飽和度定義：孔隙中水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 計(jì)算公式： 飽和度變化范圍： 0100%； 飽和度越大，表明土孔隙中充水越多。土完全干燥時(shí)Sr=0；對(duì)于飽和土，其孔隙全部被水充填，Sr=100%。 飽和度 飽和度是反映土中孔隙被水充滿程度的指標(biāo)，即反映土體潮濕程度的物理指標(biāo)。砂土濕度的三種狀態(tài) 砂土濕度狀態(tài)稍濕很濕飽和飽和度Sr/%Sr505080三相

30、比例指標(biāo)的換算三相指標(biāo)的換算關(guān)系 孔隙比三相指標(biāo)的換算關(guān)系 飽和重度三相指標(biāo)的換算關(guān)系 飽和度三相指標(biāo)的換算關(guān)系 干重度三相指標(biāo)的換算關(guān)系 孔隙率三相指標(biāo)的換算關(guān)系 有效重度例 題1.1 某一施工現(xiàn)場(chǎng)需要填土，坑的體積為2000m3，土方來(lái)源于附近山丘開(kāi)挖。經(jīng)勘察，土粒相對(duì)密度為2.70，含水量為15，孔隙比為0.6。要求填土的含水量為17，干重度為17.6kN/m3，求：（1）取土場(chǎng)土的重度、干重度和飽和度是多少？（2）應(yīng)從取土場(chǎng)開(kāi)采多少土方？（3）碾壓時(shí)應(yīng)灑多少水？第四節(jié) 粘性土的界限含水量粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土隨著含水量的不同呈現(xiàn)如下幾種物理狀態(tài)：流動(dòng)狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài) 半固

31、體狀態(tài) 含水量逐漸減少，粘滯流動(dòng)的特點(diǎn)逐漸消失，顯示出塑性，具有一定的抗剪強(qiáng)度。 含水量繼續(xù)減少,可塑性逐漸消失，土的體積隨著含水量的減少而減小。 可以塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，在外力解除以后能保持已有的形狀而不恢復(fù)原狀。含水量很大時(shí)，土體呈現(xiàn)一種粘滯流動(dòng)的液體的狀態(tài)；抗剪強(qiáng)度極低。含水量很小時(shí),土的體積不再隨著含水量的減少而減小。土呈現(xiàn)脆性固體的特征，能承受較大的剪切應(yīng)力。 粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土含水量不同時(shí)土中水的存在狀態(tài)：固體狀態(tài)或半固體狀態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài) 含水量土顆粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強(qiáng)結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水粘性土的狀態(tài)與界限含水量與含水量相關(guān)聯(lián)的粘性土的宏

32、觀物理狀態(tài)用稠度的概念進(jìn)行表示。粘性土因含水量的不同表現(xiàn)出不同的稀稠、軟硬狀態(tài)的性質(zhì)稱為粘性土的稠度。土的稠度實(shí)際上反映了土中不同形態(tài)的水的含量，也反映了土顆粒之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度隨著含水量的不同而發(fā)生變化的性質(zhì)。粘性土的狀態(tài)與界限含水量土從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的分界點(diǎn)的含水量稱為分界含水量，或界限含水量。（Atterberg 1911）固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)塑限液限縮限含水量wLwpws0粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土界限含水量的測(cè)定方法 液限：平衡錐式液限儀（碟式液限儀） 塑限：搓條法 縮限：收縮皿法粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土液限的測(cè)定平衡錐式液限儀試驗(yàn)方法：使平衡錐在自重的作用

33、下沉入試樣，當(dāng)達(dá)到規(guī)定深度時(shí)的含水量即為液限。平衡錐質(zhì)量為76g，錐角為30粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土液限的測(cè)定沉入深度標(biāo)準(zhǔn)： GBJ 789 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB5002194 巖土工程勘察規(guī)范 GB14590 土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)10mm17mm按照兩種不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量得到的液限值不同粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土塑限的測(cè)定搓 條 法試驗(yàn)方法：把塑性狀態(tài)的土在毛玻璃上用手搓條，在緩慢地、單方向地搓動(dòng)過(guò)程中土樣內(nèi)的水份漸漸蒸發(fā)，如搓到土條的直徑為3mm左右時(shí)斷裂為若干段，則此時(shí)的含水量即為塑限。粘性土的狀態(tài)與界限含水量 公路系統(tǒng)的液限塑限聯(lián)合測(cè)定法光電式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀試驗(yàn)方法： 平衡

34、錐質(zhì)量100g，錐角30 取沉入深度20mm時(shí)的含水量為液限； 用低于液限的不同含水量的土樣測(cè)定沉入深度，將含水量與沉入深度的數(shù)據(jù)繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，用直線外插求得沉入深度為5mm時(shí)的含水量，定義此含水量為塑限。粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土縮限的測(cè)定：收縮皿法 收縮皿：金屬制成，直徑4550mm，高度2030mm; 試驗(yàn)方法：將土樣的含水量調(diào)配到大于土的液限，然后分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測(cè)定干試樣的質(zhì)量和體積。 粘性土的狀態(tài)與界限含水量 粘性土縮限的測(cè)定：收縮皿法 縮限的計(jì)算公式： 土樣制備時(shí)的含水量濕土樣的體積，等于收縮皿的體積干土樣的體積干土樣的質(zhì)量粘性土的塑性指數(shù)與液性指

35、數(shù)可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征，可塑性的大小可以用土處在塑性狀態(tài)的含水量的變化范圍來(lái)衡量，從液限到塑限含水量的變化范圍越大，土的可塑性越好。塑性指數(shù)：從液限到塑限的含水量的變化范圍，即土處在可塑狀態(tài)的含水量的變化范圍。 塑性指數(shù)用不帶%的數(shù)值表示。粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)塑性指數(shù)的大小取決于土體吸附結(jié)合水的能力。塑性指數(shù)越大，表明土的顆粒越細(xì)，比表面積越大，土中的粘?；蛴H水礦物（如蒙脫石）含量越高，土處在可塑狀態(tài)的含水量的變化范圍就越大。塑性指數(shù)綜合反映了土的礦物成分和顆粒大小對(duì)土體親水性質(zhì)的影響，在工程上常作為對(duì)粘性土進(jìn)行分類的依據(jù)。粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)IP粘粒含量蒙脫石高嶺石

36、伊利石蒙脫石粘粒含量IP塑性指數(shù)與粘粒含量的關(guān)系粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)土的名稱 粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù) 10 IP 17粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)液性指數(shù)是表示天然含水量與界限含水量之間相對(duì)關(guān)系的指標(biāo)。液性指數(shù)一般用小數(shù)表示。粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)液性指數(shù)小于0，土處于固體狀態(tài)或半固體狀態(tài)。液性指數(shù)在01之間，土處于可塑狀態(tài)；液性指數(shù)大于1，土處于流動(dòng)狀態(tài)。 液性指數(shù)可用來(lái)表示粘性土的軟硬狀態(tài)，液性指數(shù)越大，表示土越軟。固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)塑限液限縮限含水量wLwpws0粘性土的天然稠度NOTE： 液限和塑限都是用重塑土樣測(cè)定的，沒(méi)有反映土體原狀結(jié)構(gòu)的影響。保持原狀結(jié)構(gòu)的土即使天然

37、含水量大于液限（液性指數(shù)大于1），但仍具有一定的強(qiáng)度，并不呈現(xiàn)流動(dòng)的性質(zhì)（潛流狀態(tài)）。含水量大于液限只是意味著：一旦土的天然結(jié)構(gòu)遭到破壞，其強(qiáng)度將立即喪失而呈現(xiàn)出流動(dòng)的性質(zhì)。 粘性土狀態(tài)劃分（GB500212001、JTG D632007） IL值狀 態(tài)IL0堅(jiān)硬0IL0.25硬塑0.25IL0.75可塑0.751流塑第五節(jié) 無(wú)粘性土的密實(shí)度無(wú)粘性土的密實(shí)度 無(wú)粘性土一般是指碎石土和砂土。 粉土屬于砂土和粘性土的過(guò)渡類型，但是其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)主要接近砂土。 無(wú)粘性土的密實(shí)度是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，它綜合反映了無(wú)粘性土顆粒的礦物組成、顆粒級(jí)配、顆粒形狀和排列等因素對(duì)其工程性質(zhì)的

38、影響。 無(wú)粘性土的密實(shí)度無(wú)粘性土的密實(shí)度對(duì)其工程性質(zhì)具有重要的影響。密實(shí)的無(wú)粘性土：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度較高，壓縮性較低，是良好的建筑物地基； 松散的無(wú)粘性土：強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性差，壓縮性大，不宜作為建筑物地基。 評(píng)價(jià)無(wú)粘性土密實(shí)度的指標(biāo)： 孔隙比、相對(duì)密度、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)無(wú)粘性土的密實(shí)度 無(wú)粘性土密實(shí)度的評(píng)價(jià)方法： 通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定孔隙比，確定相對(duì)密度； 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（原位測(cè)試）； 野外觀測(cè)方法 （用于碎石土）。 無(wú)粘性土的密實(shí)度 砂土的相對(duì)密度 計(jì)算公式：砂土的最大孔隙比，砂土處于最疏松狀態(tài)時(shí)的孔隙比砂土的最小孔隙比，砂土處于最緊密狀態(tài)時(shí)的孔隙比砂土的天然孔隙比同時(shí)考慮了孔隙比和顆粒級(jí)配的影響無(wú)粘性

39、土的密實(shí)度 砂土的相對(duì)密度 計(jì)算公式：當(dāng)砂土的天然孔隙比接近于最小孔隙比時(shí)，相對(duì)密度接近于1，表明砂土接近于最密實(shí)的狀態(tài)；當(dāng)砂土的天然孔隙比接近于最大孔隙比時(shí)，相對(duì)密度接近于0，表明砂土接近于最松散的狀態(tài)。砂土密實(shí)度劃分標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度Dr密實(shí)度10.67密 實(shí)0.670.33中 密0.330松 散無(wú)粘性土的密實(shí)度 砂土相對(duì)密度的試驗(yàn)測(cè)定： 通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定砂土的最大和最小干密度，由此計(jì)算砂土的最小和最大孔隙比，從而確定砂土的相對(duì)密度。 砂土最小干密度試驗(yàn)：松散落砂法 砂土最大干密度試驗(yàn)：振動(dòng)錘擊法無(wú)粘性土的密實(shí)度 松散落砂法 令砂土以盡可能松散的狀態(tài)落入量筒，以獲得其最松散的狀態(tài)，從而求得砂土的

40、最小干密度。無(wú)粘性土的密實(shí)度 振動(dòng)錘擊法 將砂土試樣分3次裝入金屬圓筒，用振動(dòng)叉敲擊圓筒兩側(cè)，同時(shí)用擊錘錘擊試樣表面，以獲得試樣最致密的狀態(tài)，從而求得砂土的最大干密度。振動(dòng)叉擊 錘無(wú)粘性土的密實(shí)度 無(wú)粘性土密實(shí)度分類： 在工程實(shí)踐中通常采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來(lái)劃分砂土的密實(shí)度。 用規(guī)定的錘重（63.5kg）和落距（76cm）把標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中，記錄貫入一定深度（30cm）所需的錘擊數(shù)N值。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的貫入錘擊數(shù)反映了土層的松密和軟硬程度。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)貫入器外徑50mm內(nèi)徑35mm穿心錘砂土密實(shí)度分類（GB 50021-2001）N值密實(shí)度N10松散10N15稍密1530密實(shí)無(wú)粘性土的密實(shí)度 碎石土密實(shí)度分類： 粉土密實(shí)度分類： 根據(jù)孔隙比e進(jìn)行劃分。根據(jù)平均粒徑與最大粒徑的情況，按照重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N63.5，超重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N120或野外觀察鑒別的方法進(jìn)行密實(shí)度分類。無(wú)粘性土的密實(shí)度粉土密實(shí)度分類（GB 50021-2001）孔隙比密實(shí)度e 0.90稍密第六節(jié) 土的工程分類土的工程分類土的工程分類是巖土工程勘測(cè)與設(shè)計(jì)的前提，是巖土工程勘察評(píng)價(jià)