第一章：土的物理性質(zhì)及工程分類

1、土的物理性質(zhì)及工程分類

1.1

土的成因與特性1.2土的三相組成1.3

土的物理性質(zhì)指標(biāo)1.4

土的物理狀態(tài)指標(biāo)1.5

土的壓實(shí)機(jī)理1.6地基巖土的工程分類1.7土的野外鑒別1.1土的成因與特性1.1.1土的成因土：由地殼巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積，形成由固體礦物、液態(tài)水和氣體組成的一種集合體。（土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物）風(fēng)化：地表或接近地表的巖石在大氣、水和生物活動(dòng)等因素的影響下，使巖石遭受物理的化學(xué)的的變化。1物理風(fēng)化：2化學(xué)風(fēng)化：3生物風(fēng)化：1.1.2土的結(jié)構(gòu)是指土粒單元的大小、形狀、表面特征、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。2、分

類單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)由較粗的礫石、砂粒在重力作用下沉積而成（無粘性性土）。由粉粒（粒徑0.005-0.075mm）在水中沉積而成，孔隙較大。由粘粒（粒徑小于0.005mm）在水中處于懸浮狀態(tài)凝聚成海綿絮狀的集合體。1、定

義1.1.3土層構(gòu)造土的構(gòu)造：在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征。1層狀構(gòu)造2分散構(gòu)造3裂隙構(gòu)造固體礦物顆粒（固相）土中氣體（氣相）土中水（液相）

1.2

土的三相組成1.2.1土的固體顆粒土的固體顆粒是土的三相組成中的主體，是決定土的工程性質(zhì)的主要成分。

1.土粒的礦物成分（1）原生礦物（2）次生礦物（3）有機(jī)質(zhì)次生礦物蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石土按有機(jī)質(zhì)含量分類無極土有機(jī)質(zhì)土泥炭質(zhì)土泥炭2.土的粒組劃分粒組：按性質(zhì)相近的原則劃分粘粒粉粒砂粒圓粒碎石塊石0.0050.075260200巨粒粗粒細(xì)粒3.土的顆粒級(jí)配（1）定義

工程中常用土中各粒組的相對(duì)含量，占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來表示土中各粒組搭配情況，稱為土的顆粒級(jí)配。（2）粒徑分析方法篩分法（60mm>d>0.075mm的土）密度計(jì)法（d<0.075mm的土）篩分法（d>0.075mm的土）密度計(jì)法（d<0.075mm的土）（3）顆粒級(jí)配的表示方法表示方法：表格法、顆粒累計(jì)級(jí)配曲線法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600由曲線的坡度可判斷土的均勻程度

1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30

;中值粒徑不均勻程度：Cu=d60/d10連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級(jí)配不均勻粗細(xì)程度：

用d50

表示

1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30斜率:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量

陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中

緩--相應(yīng)粒組含量少

平臺(tái)--相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)Cc=1-3,級(jí)配連續(xù)性好粒徑級(jí)配判定1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1－3,級(jí)配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級(jí)配不連續(xù)4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且Cc=1－3，級(jí)配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級(jí)配不良的土。1.2.2

土中水（1）結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水（2）自由水重力水、毛細(xì)水（3）氣態(tài)水（4）固態(tài)水雙電層結(jié)合水概念強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水雙電層概念1.2.3

土中氣體

土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。（1）自由氣體（2）封閉氣體概述土的物理性質(zhì)直接反映土的松密、軟硬等物理狀態(tài)，也間接反映土的工程性質(zhì)。土的松密和軟硬程度主要取決于土的三相各自在數(shù)量上所占的比例。三相指標(biāo)的定義1.3

土的物理性質(zhì)指標(biāo)固相液相氣相土顆粒土中水土中氣構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響次要作用1、三相草圖WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參數(shù):

VVvVs

Va

Vω

/msmωmam剩下三個(gè)獨(dú)立變量物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參數(shù)為1實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)2、室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)—基本物理指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的密度單位:

kg/m3

或g/cm3一般范圍:

1.60—2.20

g/cm3土單位體積的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):土的容重（重度）γ=ρg單位:kN/m3

環(huán)刀法測(cè)得土粒比重s:

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:

無量綱土粒比重一般范圍:

粘性土2.70—2.75砂土2.65

有機(jī)質(zhì)、泥炭土較小=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度土粒的質(zhì)量與同體積的4?C時(shí)純水的質(zhì)量的比值表達(dá)式:比重瓶法測(cè)得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,用百分?jǐn)?shù)表示注:

1.含水量

可達(dá)到或超過100％

2.根據(jù)現(xiàn)行《巖土工程術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》改為含水率。

3.對(duì)于含有機(jī)質(zhì)超過干土質(zhì)量5%的土，烘干溫度65~70℃。表達(dá)式:用烘干法測(cè)得孔隙比３.其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)—導(dǎo)出指標(biāo)土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達(dá)式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積關(guān)系:孔隙率

土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:n,e反映土的密實(shí)程度。e<0.6,低壓縮性土；e>1.0,高壓縮性土。飽和度表達(dá)式:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度Ssat=0:

干土Ssat=1:

飽和土干密度干重度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位體積內(nèi)土顆粒的質(zhì)量干密度作為檢測(cè)人工填土密實(shí)程度的指標(biāo)。飽和密度飽和重度土孔隙中充滿水時(shí)，單位體積土的質(zhì)量。有效重度（浮重度）有效密度（浮密度）單位體積中土顆粒的有效質(zhì)量。各種密度容重之間的大小關(guān)系：天然密度干密度飽和密度有效密度4

指標(biāo)的換算土的密度、含水量、土粒比重是通過試驗(yàn)測(cè)定，其他指標(biāo)可由這三個(gè)指標(biāo)換算得到。例題1-11.4

土的物理狀態(tài)指標(biāo)

土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)?？梢杂脕肀硎就恋奈锢頎顟B(tài)，包括：無粘性土的松密程度和粘性土的軟硬狀態(tài)，從而影響了土的力學(xué)特性。一、無粘性土的密實(shí)度劃分標(biāo)準(zhǔn)（1）孔隙比e優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：無法反映土的級(jí)配因素0.60.750.85松散中密密實(shí)稍密（2）相對(duì)密度Dr定義：優(yōu)點(diǎn)：計(jì)入土的級(jí)配因素，理論上比較完善。缺點(diǎn)：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測(cè)定受人為的影響較大。砂土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)判別標(biāo)準(zhǔn)：Dr=1,最密狀態(tài)

Dr=0,最松狀態(tài)

0≤

Dr≤0.33,疏松狀態(tài)

0.33<Dr≤0.67,中密狀態(tài)

1>Dr>0.67,密實(shí)狀態(tài)emax:最大孔隙比將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比emax與emin

：最大與最小孔隙比（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N（未經(jīng)修正）為標(biāo)準(zhǔn)301510松散中密密實(shí)稍密（4）碎石土的密實(shí)度圓錐動(dòng)力觸探輕型重型超重型二、粘性土的物理特征1、稠度狀態(tài)與界限含水量固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水縮限——吸附結(jié)合水的能力；粘性大??；大致反映粘土顆粒含量

（1）塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)2、粘性土的可塑性及指標(biāo)不同的粘土，ωp、ωl

大小不同對(duì)于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同（2）液性指數(shù)定義：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑粘性土在某含水量范圍內(nèi)，用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，外力移去后仍能保持既得形狀。----可塑性三、反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)1.粘性土的結(jié)構(gòu)性概念原狀土具有結(jié)構(gòu)性，具有相同的含水量和密度，經(jīng)過粉碎/重塑后，變?yōu)橹厮芡?，?qiáng)度降低。2.粘性土的靈敏度St

=原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相同含水量、密度▼含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。▼土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。▼目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。3.粘性土的觸變性

作業(yè)P28，習(xí)題1-2，1-4P14例題1-1，VS=1CM3,V=1CM3壓實(shí)：指通過夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性壓實(shí)性：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長(zhǎng)的特性研究擊實(shí)性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度

擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):夯打、振動(dòng)、碾壓§1.5土的壓實(shí)性一、室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備

擊實(shí)筒V=1000cm3；擊實(shí)錘w=2.5牛頓

試驗(yàn)條件

土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層

擊實(shí)能量

試驗(yàn)方法

對(duì)ω=cosnst的土；分三層壓實(shí)；測(cè)定擊實(shí)后的ω、ρ，算定ρd土1.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：①具有峰值，即最大干密度與最優(yōu)含水量②位于飽和曲線之下

0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.1二、細(xì)粒土的壓實(shí)性粘性土K很小，壓實(shí)過程中含水量幾乎不變，要想擊實(shí)到飽和狀態(tài)是不可能的。若2.壓實(shí)機(jī)理：顆粒被擊碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒間聯(lián)結(jié)力被破壞而發(fā)生孔隙體積減小;氣被擠出或被壓縮等水膜潤(rùn)滑作用效果最佳;尚沒有形成封閉氣泡，氣易于排出;顆粒表面水膜很薄，相對(duì)移動(dòng)困難

水膜潤(rùn)滑作用不明顯;封閉氣泡難以排出;增加水的相對(duì)含量當(dāng)ωωop,ρdρdmax當(dāng)ω<ωop,ρd<

ρdmax當(dāng)ω>ωop,ρd<

ρdmax

3.影響因素a.擊實(shí)功能b.土粒級(jí)配

c.含水率

4.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)a.粘性土存在最優(yōu)含水量ωop，在填土施工中應(yīng)該將土料的含水量控制在ωop左右，以期得到ρdmax，通常取

b.工程上常采用壓實(shí)度Dc控制（作為填方密度控制標(biāo)準(zhǔn)）①不存在最優(yōu)含水量；②在完全風(fēng)干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實(shí)；③潮濕狀態(tài)下ρd明顯降低。三、粗粒土的壓實(shí)性

1.壓實(shí)特點(diǎn)粗砂

ω

=4~5%中砂

ω=7%；時(shí)，干密度最小

2.理論分析▼對(duì)粗粒土，擊實(shí)過程中可以自由排水，不存在細(xì)粒土中出現(xiàn)的現(xiàn)象。▼在潮濕狀態(tài)下，存在著假凝聚力，加大了阻力。3.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)▼施工過程中要么風(fēng)干，要么就充分灑水，使土料飽和目的：依據(jù)：建