1.1土的組成與土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.2土的物理性質(zhì)指標1.3土的物理狀態(tài)指標1.4

1土的物理性質(zhì)及工程分類§1.1土的組成與土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造§1.2土的物理性質(zhì)指標§1.3土的物理狀態(tài)指標§1.4土(巖)的工程分類土的物理性質(zhì)概述巖石風化（物理、化學）作用巖石破碎化學成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）

土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)

1.1土的組成及其結(jié)構(gòu)與構(gòu)造一、土的固相

土粒的大小、相關(guān)礦物成分以及大小搭配情況對土的物理力學性質(zhì)有明顯影響

1.土的顆粒級配工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為若干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土?？偭康陌俜謹?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配試驗方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.075mm篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分數(shù)比重計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量顆粒粒徑級配曲線縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標）顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫2.土粒的礦物成分礦物成分取決于母巖的礦物成分和風化作用原生礦物：由巖石經(jīng)過物理風化形成，其礦物成分與母巖相同次生礦物：巖石經(jīng)化學風化后所形成的新的礦物，其成分與母巖不相同

例：石英、云母、長石等特征：礦物成分的性質(zhì)較穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等特征：性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強的親水性，遇水易膨脹的特點二、土中的水

土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結(jié)晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內(nèi)部外，還存在結(jié)合水和自由水1.結(jié)合水強結(jié)合水：緊靠于顆粒表面、所受電場的作用力很大、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體

弱結(jié)合水：緊靠強結(jié)合水的外圍形成的結(jié)合水膜，所受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱2.自由水存在于土粒電場影響范圍以外，性質(zhì)和普通水無異，能傳遞水壓力，冰點為0℃，有溶解能力

以兩種形式存在：毛細水、重力水三、土中氣體

土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時能有所復原，對土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達到穩(wěn)定的歷時

四、土的結(jié)構(gòu)

在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯(lián)結(jié)形式，與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關(guān)

1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實狀態(tài)

密實狀態(tài)疏松狀態(tài)2.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)3.絮狀結(jié)構(gòu)：細微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當懸液介質(zhì)發(fā)生變化時，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏?，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)五、土的構(gòu)造土的構(gòu)造是指土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都造成了土的不均勻性

1.層理構(gòu)造：土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征

2.裂隙構(gòu)造：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物

1.2土的物理性質(zhì)指標一、土的三相圖氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V二、直接測定指標1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量

工程中常用重度

來表示單位體積土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

Vv土的密度的試驗測定（環(huán)刀法）儀器設(shè)備：環(huán)刀；天平；切土刀；鋼絲鋸計算公式：2.土粒相對密度Gs（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4℃時純水的質(zhì)量之比

土粒相對密度變化范圍不大：細粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般為2.65左右。土中有機質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V3.土的含水量ω：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天然土層含水量變化范圍較大，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)。

測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法

培養(yǎng)自主學習能力,獨立分析、解決問題和創(chuàng)新能力，良好的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，踏實認真、精益求精的工匠精神。三、換算指標

氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e

：土中孔隙體積與土粒體積之比

2.土的飽和度Sr

：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):孔隙率n

：土中孔隙體積與總體積之比，以百分數(shù)表示

Sr≤50%稍濕；50％＜Sr≤80%很濕；Sr＞80%飽和3.不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度ρsat

：土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度

干密度ρd

：單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量

浮密度ρ

：土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差

土的三相比例指標中的質(zhì)量密度指標共有4個，土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ

(kg/m3),相應的重度指標也有4個，土的重度

，飽和重度

sat，干重度

d，浮重度

(kN/m3)氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V四、指標間的換算氣水土粒Gsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積V土的三相指標中，土粒比重Gs

，含水量ω和密度ρ是通過試驗測定的，可以根據(jù)三個基本指標換算出其余各指標Vv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

推導：換算關(guān)系式：五、例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度Gs為2.66，求該土樣的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度

d

、孔隙比e、飽和重度

sat和有效重度

【解答】1.3土的物理狀態(tài)指標一、無粘性土的密實度

土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系1.孔隙比e孔隙比e可以用來表示砂土的密實度。對于同一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)。孔隙比愈大，土愈松散

2.相對密實度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時的孔隙比當Dr=0時，e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);當Dr=1.0時，e=emax，表示土體處于最密實狀態(tài)3.按動力觸探確定無粘性土的密實度Dr≤1/3疏松狀態(tài)1/3＜Dr≤2/3中密狀態(tài)2/3＜Dr≤1密實狀態(tài)天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數(shù)N進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)N63.5進行評定(GB50007-2002)

密實度按N評定砂石密實度按N63.5評定碎石土密實度松散稍密中密密實N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20二、粘性土的稠度

1.粘性土的稠度狀態(tài)稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所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

0固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限液塑限測定根據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測定儀進行測定。液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度為17mm所對應的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對應的含水量為塑限2.粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍說明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高

說明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關(guān)系。當IL≤0時,ω≤ωP,土處于堅硬狀態(tài);當IL＞1時,ω＞ωL,土處于流動狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)

液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比

狀態(tài)液性指數(shù)堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1三、例題分析【例】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(tài)【解答】砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相對密實度∈（1/3,2/3]中密狀態(tài)1.4土（巖）的工程分類一、分類的目的和原則土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標準，便于在不同土類間作有價值的比較、評價、積累以及學術(shù)與經(jīng)驗的交流分類原則：1.分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要測定方法簡單，使用方便2.土的分類體系所采用的指標要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性二、分類體系與方法分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.工程材料系統(tǒng)分類體系側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境，研究對象為原狀土，例如：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)地基土分類方法側(cè)重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對象為擾動土，例如：《土的分類標準》(GBJ145-90)工程用土的分類和《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051-93)土的工程分類分類方法：1.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007－2002)根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類a.巖石的分類顆粒間牢固粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(Mpa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5b.碎石土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土c.砂土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土

土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時應根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類d.粉土的分類

粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%，塑性指數(shù)IP≤10的土稱為粉土土的名稱礫砂粗砂中砂細砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25％～50％注：定名時應根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％砂土的分類e.粘性土的分類粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數(shù)IP＞10的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細分土的名稱粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)注：塑性指數(shù)由相應于76g圓錐體沉入土樣中深度為10mm測定的液限計算而得

IP＞1710＜IP≤17f.人工填土的分類由于人類活動而形成的堆積物稱為人工填土。物質(zhì)成分較雜亂,均勻性較差，根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,可分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土2.《土的分類標準》(GBJ145－90)根據(jù)各粒組的相對