第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類

第一章土的物理性質(zhì)及工程分類第1頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

本章提要本章特點學習要點第一章土的物理性質(zhì)對土的組成和狀態(tài)進行定量描述對土的特點進行詳細解釋

內(nèi)容看起來瑣碎、零散理清各節(jié)間聯(lián)系理清各節(jié)內(nèi)層次注意物理概念的把握第2頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三本章主要內(nèi)容

§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的結(jié)構(gòu)§1.4土的物理性質(zhì)指及物理狀態(tài)指標第3頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三土巖石風化、搬運、沉積地質(zhì)成巖作用土的組成、結(jié)構(gòu)和物理力學性質(zhì)過程、條件第一節(jié)土的形成土——地殼中原來地球外殼整體堅硬的巖石，經(jīng)風化、剝蝕搬運、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。土體——土經(jīng)過長期搬運、沉積等地質(zhì)作用后，形成不同地史時期的土層。第4頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相構(gòu)成土體骨架

起決定作用土中水液相重要影響飽和土：土體孔隙完全被水充滿干土：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在同一地點的土，其三相組成的比例是否固定不變固體礦物、水和氣體的集合體第二節(jié)土的三相組成

第5頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三1.2.1土中顆粒物理狀態(tài)力學特性粒度成分礦物成分顆粒形狀第6頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三（1）顆粒的粒組劃分粒組將土顆粒按粗細進行分組，將粒徑接近的土粒合并為一組，稱為粒組。即各粒組的分界線。它是人為確定的。劃分粒組時應使劃分的粒組界限值與粒組性質(zhì)的變化相適應，并按一定的比例遞減關(guān)系劃分粒組的界限值。界限粒徑1.顆粒粒度成分粒度：顆粒的大小通常以其平均直徑表示，稱為粒徑或粒度。第7頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三界限粒徑:《土的工程分類標準》（GB/T50145-2007)（教材表1-3）d(mm)礫粒砂粒粉粒粘粒6020.0750.0050.250.5520粗中細粗中細0.075粗粒細粒粗粒土：以礫石和砂粒為主要組成的土。細粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土。巨粒60漂石200卵石第8頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三（2）粒度成分粒度成分分析（顆粒分析）方法

篩分法：適用于粗粒土

(>0.075

mm)

沉降分析法：適用于細粒土(<0.075

mm)粗細顆粒兼有時，聯(lián)合使用這兩種方法——土中各不同粒組的相對含量，用干土質(zhì)量百分數(shù)來表示?？捎靡悦枋鐾林胁煌＝M顆粒的分布特征。也稱為土的顆粒級配。表述方法

粒徑級配累計曲線表格法三角坐標法第9頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三孔徑105.02.01.00.50.250.075200g土篩余0101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土的質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P100958778665536土的粒徑級配累積曲線沉降分析法粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510篩分法方法一第10頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)

土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30特征粒徑:

d50:平均粒徑d60:控制粒徑d10

:有效粒徑D30：中間粒徑土的粗細度：

用d50

表示第11頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三Cu<5，勻粒土，級配不良Cu≥5,不均勻土，級配良好Cu過大，中間粒組缺失，級配不連續(xù)1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)

土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30土的不均勻程度：Cu=d60/d10—不均勻系數(shù),反映大小不同粒組的分布情況。d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41Cu越大，曲線越平緩，粒徑分布越不均勻，叫做級配良好，Cu值小叫做級配不良。級配良好的土，土顆粒大小相間，在壓實的時候容易壓實，所以叫做級配良好。乒乓球的不均勻系數(shù)Cu=1，是級配最差的例子。第12頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量多少

陡—相應粒組含量多

緩--相應粒組含量少

平臺--相應粒組缺乏較大顆粒缺少Cc減小較小顆粒缺少Cc增大Cc=1~3,級配連續(xù)性好土的連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)，用于描述描述累計曲線整體形狀。第13頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

粒組含量用于土的分類定名；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，均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~3，級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1，級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

Cu

5且Cc=1~3為級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1為級配不良的土粒徑級配累計曲線和指標的用途第14頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2.土的顆粒成分

由原生礦物經(jīng)化學風化生成的新礦物，質(zhì)變的過程。其成分與母巖的完全不同。具有和原生礦物很不相同的特性,對土性質(zhì)的影響很大粘性土。主要是粘土礦物，即高嶺石、伊利石和蒙脫石,親水性各不同。顆粒極細，多呈片狀、針狀等。性質(zhì)活潑，有較強的吸附水能力（尤其是由蒙脫石組成的顆粒），具塑性.－－構(gòu)成土骨架的基本物質(zhì)，決定土的工程性質(zhì)的主要成分固體成分礦物質(zhì)有機質(zhì)原生礦物次生礦物石英長石云母SiO2Fe2O3Al2O3碳酸鹽粘土礦物：

由巖石經(jīng)物理風化生成的顆粒，量變的過程。它的成分與母巖的相同。無粘性土。顆粒一般較粗，呈粒狀。有圓狀、渾圓狀、塊狀或棱角狀等。吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無塑性。有機質(zhì):動植物分解后的殘骸，分解徹底的稱為腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)的顆粒極細，粒徑小于0.1m，呈凝膠狀，帶有電荷，具有極強的吸附性，常吸附于無機礦物顆粒的表面形成顆粒間的聯(lián)結(jié)，但穩(wěn)定性差。第15頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三（1）粘土礦物顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)次生礦物，大都屬硅酸鹽。晶體的原子排列與其物理、化學性質(zhì)關(guān)系密切。其晶體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)主要由兩個基本結(jié)構(gòu)單元組成：硅氧四面體（硅片）和氫氧化鋁八面體（鋁片）。

粘土礦物是一種復合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成。據(jù)其組疊方式不同，可分成高嶺石、伊利石和蒙脫石三種類型。第16頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

硅片

鋁片SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡圖硅片：一個硅原子和四個氧原子以相等距離堆成四面體形狀，硅居其中央，氧占據(jù)四個頂點，四面體底面上的三個氧被共用，以共價健的形式聯(lián)結(jié)在一起，形成一個頂尖向上的四面體片。a.粘土礦物結(jié)構(gòu)單元第17頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三鋁片：六個氧或氫氧離子圍繞一個鋁離子構(gòu)成的八面體。八面體中每個氧或氫氧離子均為三個八面體共有，形成以八面體為單位的片狀結(jié)構(gòu)。OH1-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片簡圖AlAl

硅片

鋁片第18頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

硅片和鋁片以不同的比例組合堆疊，形成不同類型的粘土礦物。粘性土中常見的粘土礦物有高嶺石、伊利石和蒙脫石三大類。其結(jié)晶構(gòu)造如下：

四面體片和八面體片之間的鍵力是主鍵聯(lián)結(jié)，但結(jié)構(gòu)單位層之間的聯(lián)結(jié)則比較薄弱。當與周圍介質(zhì)接觸時，就會顯示出不同的工程性質(zhì)。第19頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三晶層間通過氫鍵聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)力強，晶格不能自由活動，水難以進入晶格間能組疊很多晶層，多達百個以上，成為一個顆粒。顆粒長寬約0.3-4m，厚約0.05-5m。主要特征：顆粒較粗，親水能力差,不容易吸水膨脹和失水收縮。b.三種主要粘土礦物的結(jié)晶構(gòu)造：高嶺石蒙脫石伊利石SiSiAlAl高嶺石微粒1:1的兩層晶格結(jié)構(gòu)高嶺石：第20頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三晶層間是O2-對O2-的連結(jié)，聯(lián)結(jié)力很弱，水很容易進入晶層之間。每一顆粒能組疊的晶層數(shù)較少。顆粒大小約為0.1-1m，厚約0.001-0.01m。主要特征：顆粒細微，親水能力強,具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性。2:1的三層晶格結(jié)構(gòu)SiSiAlAlSiSi高嶺石蒙脫石伊利石蒙脫石：第21頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三是云母在堿性介質(zhì)中風化的產(chǎn)物。與蒙脫石相似，由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結(jié)構(gòu)，但晶層之間有鉀離子連結(jié)。主要特征：連結(jié)強度弱于高嶺石而高于蒙脫石，其特征也介于兩者之間。2:1的三層晶格結(jié)構(gòu)SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi鉀離子高嶺石蒙脫石伊利石伊利石：第22頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三粘土礦物

說明：礦物晶體結(jié)構(gòu)特征，決定了其與水相互作用的形式，也就決定了粘性土的工程性質(zhì)與含水量的關(guān)系。

第23頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）粘土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強度壓縮性活動性大10-20m2/g小大大小小中80-100m2/g中中中中中小800m2/g大小小大大9克蒙脫土的總表面積大約與一個足球場一樣大第24頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三----------------------++++粘土顆粒水分子陽離子玻璃筒玻璃皿水位升高粘土粒粘土膏+-粘土的電泳和電滲現(xiàn)象(列依斯,1809)(2)粘土礦物的帶電特性研究表明：

粘土顆粒的表面有不平衡的電荷，凈電荷通常為負電荷。電泳：在電場作用下，帶有負電荷的粘土顆粒向陽極移動的電動現(xiàn)象電滲：在電場作用下，水分子及水化陽離子向陰極移動的電動現(xiàn)象第25頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三粘土顆粒帶電原因

（1）邊緣破鍵造成電荷的不平衡（2）同晶離子置換作用（3）水化離解作用（4）選擇性吸附作用—性質(zhì)相同或相近離子相互吸附自學在工程的應用？第26頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

土有三個組成部分：固相、液相和氣相1.固體顆粒顆粒粒徑和粒度成分顆粒礦物成分顆粒形狀總結(jié)§1.1土的形成§1.2土的三相組成

粒徑和粒度成分粒徑級配分析和表示方法基本概念及界限粒徑篩分法粒徑級配累計曲線（指標：不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)）第27頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三Theend.Thankyou!第28頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第一章土的物理性質(zhì)與工程分類

土木工程本科生專業(yè)課程《土質(zhì)學與土力學》第29頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

土有三個組成部分：固相、液相和氣相1.固體顆粒顆粒粒徑和粒度成分顆粒礦物成分顆粒形狀復習§1.1土的形成§1.2土的三相組成

粒徑和粒度成分粒徑級配分析和表示方法基本概念及界限粒徑篩分法粒徑級配累計曲線（指標：不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)）第30頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三3.顆粒形狀

土粒形狀對土體的密度及穩(wěn)定性有顯著影響。土粒形狀主要取決于礦物成分。大部分粉砂粒及砂粒是渾圓的或棱角狀的，而云母顆粒往往是片狀的，粘土顆粒則往往是薄片狀的。粘土第31頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三土中水根據(jù)受顆粒表面靜電引力的強弱，可劃分為：結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水強結(jié)合水、弱結(jié)合水自由水電場引力作用范圍之外的水1.2.2土中水（液相）極性水分子土的液相是土孔隙中存在的水，一般看成中性，無色、無味、無臭，實質(zhì)上土中水溶液是成分復雜的電解質(zhì)水溶液。在土中水以H2O極性分子形式存在。如下圖所示。因此，土中水與親水性的礦物顆粒表面有著復雜的物理化學作用。第32頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三-強結(jié)合水：（吸附層或固定層）排列致密，密度在2.4~1.2g/cm3冰點處于零下幾十度完全不能移動，接近固體的特性，不能傳遞靜水壓力具有很大的粘滯性、彈性和抗剪強度溫度略高于100°C時可蒸發(fā)厚度只幾個水分子厚，小于0.003微米。-弱結(jié)合水：（擴散層）受電場引力作用，為粘滯水膜密度在1.7~1.3g/cm3，外圍接近普通液態(tài)水。外力作用下可以移動不因重力而流動，有粘滯性厚度小于0.5微米對粘性土的影響最大粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水1.結(jié)合水：第33頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三雙電層固定層和擴散層一起構(gòu)成雙電層。水分子和陽離子的分布，愈靠近土粒表面，則排列得愈緊密和整齊，離子濃度愈高，活動性愈小。距土粒表面愈遠，離子濃度越小，活動性越大。因此，擴散層的水化離子和極性水分子的活動性比固定層大，擴散層水膜厚度對粘性土的工程性質(zhì)影響很大，擴散層厚度大，土的塑性就大，顆粒間的距離相對也大，土的膨脹和收縮性也大，壓縮性也大，而強度相對降低。

結(jié)論：土中水與固體顆粒之間并不是機械地混合，而是有機地參加土的結(jié)構(gòu)，是一種復雜的物理化學作用。土的性質(zhì)不僅取決于水的絕對含量，而且取決于水的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)的物理條件及化學成分。第34頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三-毛細水：

由于土體孔隙的毛細作用升至自由水面以上的水。毛細水承受表面張力和重力的作用,在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流動，具有浮力作用2.自由水自由水：不受顆粒電場引力作用的孔隙水hc毛細水重力水與普通水的性質(zhì)一樣第35頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三自由氣體：與大氣連通連通的氣體

對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體

其體積與壓力有關(guān)。會增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性溶解在水中的氣體吸附于土顆粒表面的氣體1.2.3土的氣相

第36頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三土顆?；蛄F的空間排列和相互聯(lián)結(jié)。聯(lián)結(jié)即粒間的結(jié)合力?！?.3土的結(jié)構(gòu)土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標土體力學特性土的結(jié)構(gòu)影響粗粒土的結(jié)構(gòu)細粒土的結(jié)構(gòu)說明土的組成和物理狀態(tài)不是決定土的性質(zhì)的全部因素，另一對土的性質(zhì)很有影響的因素是土的結(jié)構(gòu)原狀土相同含水量相同密度粉碎重塑重塑土強度降低第37頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三一、土粒間的作用力重力毛細力膠結(jié)力

顆粒表面力——土顆粒的自重形成的方向向下的力——

砂土——土中毛細作用形成的力——

細砂、粉土——土粒間的膠體物質(zhì)（游離氧化物、碳酸鹽、有機質(zhì)等）產(chǎn)成的作用力。作用力是化合鍵，具有較高的強度——

粘土——

粘土——庫侖力：——范德華力：顆粒表面的靜電引力或斥力。隨距離衰減的速度比范德華力慢顆粒接觸點處的分子間引力,作用范圍為幾個分子的距離，是細粒土粘結(jié)在一起的主因。第38頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三二、粗粒土的結(jié)構(gòu)

粒間作用力

排列形式

礦物成分單粒結(jié)構(gòu)：重力堆積

示意圖重力，毛細力點與點、點與面原生礦物

影響工程性質(zhì)的因素土粒的粒組級配和形狀、土粒在空間的相對位置決定其密實度第39頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三三、細粒土的結(jié)構(gòu)

粘土的結(jié)構(gòu)性粒間作用力形成環(huán)境排列形式礦物成分庫倫力、膠結(jié)力（斥力減小引力增加）片架結(jié)構(gòu)(絮凝結(jié)構(gòu))片堆結(jié)構(gòu)(分散結(jié)構(gòu))

示意圖庫倫力、膠結(jié)力（粒間斥力占優(yōu)勢）淡水中沉積海水中沉積次生礦物次生礦物天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結(jié)構(gòu)過渡向另一種結(jié)構(gòu)。面與面邊、角與面邊、角與邊

影響工程性質(zhì)的因素土粒間的聯(lián)結(jié)特征工程性質(zhì)密度較大，力學和變形性質(zhì)具有明顯的方向性孔隙較大，對擾動敏感，性質(zhì)較均勻，各向同性第40頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三四、反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標1.粘性土的靈敏度—

St

=St11-22-44-88-16>16粘性土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏很靈敏流動原狀土的無側(cè)限抗壓強度重塑土的無側(cè)限抗壓強度工程應用？討論2.靈敏度劃分

靈敏度越大，黏性土的結(jié)構(gòu)性越強，越易受外界擾動影響。第41頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(三相比例指標)力學特性直接影響表示§1.4土的物理性質(zhì)指標及物理狀態(tài)指標土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系。是評價土的工程性質(zhì)的最基本的指標。特點:指標概念簡單，數(shù)量很多要點：名稱、定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別第42頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

求導基本方法:三相草圖法WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積

實際土體各相的質(zhì)量和體積把實際上是處于分散狀態(tài)的三相物質(zhì)理想地分別集中在一起第43頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個:共有九個參數(shù):

VVvVsVaVw

/msmwmam對于飽和土,Va=0土的物理性質(zhì)指標分類試驗指標換算指標第44頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三一、室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積－土的密度、土粒的比重、土的含水量1.土的密度土的重度（容重）γ=ρg單位:kg/m3或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60—2.20g/cm3定義:

單位體積土的質(zhì)量（也稱土的天然密度或濕密度）表達式:相關(guān)指標:工程上更常用用于計算土的自重應力第45頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三

環(huán)刀法用一個圓環(huán)刀（刀刃向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣的質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。---粘性土和粉土

測定方法：灌水法－－卵石、礫石與原狀砂動畫現(xiàn)場挖試坑，將挖出的試樣裝入容器，稱其質(zhì)量。再用塑料薄膜袋平鋪于試坑內(nèi)，注水入薄膜袋，直至袋內(nèi)水面與坑口齊平，注入的水量即為試坑的體積。第46頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積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2.65～2.69，粉土2.70～2.71=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義:土粒質(zhì)量與同體積4?C時純蒸餾水的質(zhì)量之比。表達式:2.土粒比重Gs測定方法：比重瓶法浮稱法虹吸筒法經(jīng)驗法第47頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積3.土的含水量（含水率）定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,用百分數(shù)表示注意:含水量w是是標志土的濕度的一個重要物理指標。其實是含水比,可達到或超過100％。一般說來，對同一類土，當其含水量增大時，則其強度就降低.表達式:單位:%,無量綱一般范圍：變化范圍大三相草圖有助于直觀理解物性指標的概念第48頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三測定方法：①烘干法先取代表性土樣（粘性土為15～30g，砂性土與有機質(zhì)土約為50g），裝入鋁盒內(nèi)稱其質(zhì)量m1，然后置于烘箱內(nèi)維持100～105℃恒溫烘至恒重(烘干所需時間：粘土粉土不少于8小時，砂土不少于6小時)，再稱盒與干土質(zhì)量m2，m2減去盒的質(zhì)量即為土粒質(zhì)量ms，水的質(zhì)量mw為兩者之差。②酒精燃燒法，適用于快速簡易測定細粒土（含有機質(zhì)的除外）的含水量。第49頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三表示土中孔隙含量的指標孔隙比孔隙率(孔隙度)二、換算指標--其它常用的物理性質(zhì)指標關(guān)系:在某種程度上反映土的松密砂類土：25-45%粘性土：30-55%有的可達60-70%定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分數(shù)表示表達式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積三相草圖可用于確定物性指標之間的關(guān)系第50頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三表示土中含水程度的指標含水量*飽和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達式:是指土中水的體積與孔隙體積之比，以百分數(shù)計。飽和度表示水在孔隙中充滿的程度Sr=0～100%Sr=0:干土Sr=100%:飽和土砂土與粉土以其作為濕度劃分標準：Sr≤50%稍濕50%<Sr≤

80%很濕80%<Sr

飽和土第51頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三表示土的密度和重度的指標天然密度*干密度飽和密度天然重度干重度浮重度浮密度有效重度飽和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

是土被完全烘干時的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達式:定義:土被飽和時的密度土的干密度越大，土越密實，強度就越高，水穩(wěn)定性越好。常用作填土工程的施工質(zhì)量控制指標。第52頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三天然密度干密度飽和密度天然重度干重度飽和重度有效重度各種密度重度間的大小關(guān)系WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第53頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三三、三相比例指標的互相換算

由于三相量的指標都是相對的比例關(guān)系，不是量的絕對值，因此，為了簡化計算，常?？梢约僭O(shè)三相中某相的值為1個單位，實用上最常用的是假設(shè)Vs=1.0m3(或cm3)或V=1.0m3(或cm3)進行計算。

常用的物理性質(zhì)指標間的換算關(guān)系：教科書P14表1-5學習要點：

從物理意義上理解指標間的關(guān)系不鼓勵死記硬背必要時利用三相草圖推導第54頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三2.土中水3.土中氣體總結(jié)§1.2土的三相組成

§1.3土的結(jié)構(gòu)土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標粗粒土的結(jié)構(gòu)細粒土的結(jié)構(gòu)§1.4土的物理性質(zhì)指標及物理狀態(tài)指標三相草圖法室內(nèi)測定的三個基本物理性質(zhì)指標土的密度、土粒比重、土的含水量三相草圖有助于直觀理解物性指標的概念其它常用的物理性質(zhì)指標表示土中孔隙含量的指標表示土中含水程度的指標表示土的密度和重度的指標三相草圖可用于確定物性指標之間的關(guān)系三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標的簡單而有效的方法第55頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三第一章土的物理性質(zhì)

土木工程本科生專業(yè)課程《土力學教程》第56頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三§1.1土的形成√§1.2土的三相組成√§1.3土的結(jié)構(gòu)√§1.4土的物理性質(zhì)指及物理狀態(tài)指標第一章土的物理性質(zhì)第57頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三§1.3土的結(jié)構(gòu)土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標粗粒土的結(jié)構(gòu)細粒土的結(jié)構(gòu)§1.4土的物理性質(zhì)指標及物理狀態(tài)指標三相草圖法室內(nèi)測定的三個基本物理性質(zhì)指標土的密度、土粒比重、土的含水量其它常用的物理性質(zhì)指標表示土中孔隙含量的指標表示土中含水程度的指標表示土的密度和重度的指標復習第58頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(三相間的比例關(guān)系)力學特性影響表示定量判別土的物理狀態(tài)的指標（定義為物理狀態(tài)指標）反映粗粒土密實程度的指標反映粘性土稠度的指標第59頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三一、反映粗粒土密實程度的指標1.含義：

密實程度通常指單位體積中固體顆粒含量的多少2.指標：§1.4.2土的物理狀態(tài)指標《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63—2007）將粉土的密實度以孔隙比e作劃分標準，見表1-10所示。孔隙比e密實度e＜0.75密實0.75≤e≤0.90中密E＞0.90稍密表1-10按孔隙比e劃分粉土密實度表

物理性質(zhì)指標：孔隙比e（孔隙率n）

干密度d第60頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三簡單方便，但只能用于同一種土，不能反映級配對密實度的影響

物理性質(zhì)指標：孔隙比e（孔隙率n）

干密度dB土樣：emin=0.201)相對密實度：emax與emin：最大與最小孔隙比A土樣：emin=0.35最密實對策e=0.35對B土樣不是最密實中密此時，A、B土樣密實程度不同。說明e用于兩種級配不同的土密實狀態(tài)的比較不合理第61頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三emax:將松散的風干土樣通過長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:將松散的風干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動和錘擊，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：最大與最小孔隙比相對密度第62頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三粗粒土的密實度標準Dr=0 最松狀態(tài)Dr0.33 疏松狀態(tài)0.33<Dr0.67 中密狀態(tài)Dr>0.67 密實狀態(tài)Dr=1 最密狀態(tài)注意：理論上的最大與最小孔隙比在室內(nèi)的測定有時很困難,故相對密度指標多用于填方的質(zhì)量控制中，天然土尚難以應用。對天然砂土層采用原位標準貫入試驗法測定第63頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三錘重：63.5Kg落距：76cm標準貫入器：外徑50mm,內(nèi)徑35mm貫入深度：30cm2)標準貫入試驗：第64頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三按標準貫入錘擊數(shù)N值確定砂土密實度,表1-11碎石土：輕型、重型、超重型動力觸探錘擊數(shù)，表1-12表1-11《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63—2007）砂土密實度標準貫入錘擊次數(shù)N密實度標準貫入錘擊次數(shù)N密實度N≤10松散15＜N≤30中密10＜N≤15稍密N＞30密實表1-12《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63—2007）碎石土密實度錘擊次數(shù)N63.5

密實度錘擊次數(shù)N63.5密實度N63.5≤5松散10＜N63.5≤20中密5＜N63.5≤10稍密N63.5＞20密實注：1.本表適用于平均粒徑小于或等于50mm且最大粒徑不超過100mm的卵石、碎石和圓角礫。2.表內(nèi)N63.5是經(jīng)修正后錘擊數(shù)的平均值，其修正值是桿長的函數(shù)。第65頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性土含水量較硬－固態(tài)或半固態(tài)變軟－可塑狀態(tài)流動－液體泥漿所謂稠度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力。是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征。1.含義：可塑性：土體受外力作用可以被捏成任意形狀而不破裂，外力取消后仍然保持改變后的形狀而不恢復原狀的性質(zhì)。這種狀態(tài)稱為可塑狀態(tài)二、反映粘性土稠度的指標這是為什么呢？第66頁，共75頁，2023年，2月20日，星期三塑限wp液限wL稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水強結(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土顆粒強結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強結(jié)合水縮限ws土的界限含水量：土從一種狀態(tài)進入另外一種狀態(tài)的分界含水量稱為界限含水量或稠度界限。弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因。土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，大體上相當于土粒所能夠吸附