第3章 土的物理性质及工程分类
第3章土的物理性质及工程分类
3.1 概述
第二章介绍了土的成因类型、土的颗粒组成、矿物成分和结构构造等知识，这些是从质的方面了解土的性质的依据。一般地讲，还需要从量的方面了解土的组成。土中的土粒、水和气三部分的质量（或重力）与体积之间的比例关系，随着各种条件的变化而改变。土粒一般由矿物质组成，有时含有机质，构成土的固体部分。土粒构成土的骨架，称为土骨架。土骨架间布满相互贯通的孔隙。这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土；有时一部分孔隙被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土；有时也可能完全充满气体，就称为干土。水和溶解于水的物质构成土的液体部分。空气和其它一些气体构成土的气体部分。这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用决定土的物理力学性质。因此，研究土的性质，必须研究土的固体、液体和气体的三相组成。
3.2 土的三相比例指标
自然界的土体由固相（固体颗粒）、液相（土中水）和气相（土中气体）组成，通常称为三相分散体系。对于一般连续性材料，如混凝土，只要知道密度ρ，就能直接说明这种材料的密实程度，即单位体积内固体的质量。对于三相体的土，由于气体的体积可以不相同，同样一个密度ρ，单位体积内可以是固体颗粒的质量多一些，水的质量少一些；也可以是固体颗粒的质量少一些而水的质量多一些。因此，要全面说明土的三相量的比例关系，就需要有若干个指标。
3.2.1 土的三相草图
为了获得清晰的定量概念，并便于计算，在土力学中通常用三相草图来表示土的三相组成，如图3–1所示。在三相图的右侧，表示三相组成的体积；在三相图的左侧，则表示三相组成的质量。图中符号的意义如下：
V —土的总体积； v V —土中孔隙体积； w V —土中水的体积；
a V —土中气体的体积； s V —土中固体土粒的体积；
m —土的总质量； w
m —土中水的质量；
a m —土中气体的质量，a m ≈
0；
s m —土中固体土颗粒的质量。
在上述的这些量中，独立的量有于1g ，故在数值上w V = w m 。此外，当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析，例如取V=1cm 3，或m=1g ，或V S =1cm 3等，因此又可以消去一个未知量。这样，对于这一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量，其它各个量就可从图中直接换算得到。所以，三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实用的工具。
3.2.2 确定三相量比例关系的基本试验指标
为了确定三相草图诸量中的三个量，就必须通过实验室的试验测定。通常做三个基本物理性质试验。它们是：土的密度试验，土粒比重或相对密度试验，土的含水量试验。 （一）土的密度和重度
土的密度定义为单位体积土的质量，用ρ表示，以3
Mg/m 或3
g/cm 计：
V
m =
ρ （3-1）
天然状态下土的密度变化范围较大。一般粘性土和粉土ρ=1.8～2.0g/cm 3；砂土ρ=1.6～2.0g/cm 3
；腐殖土ρ=1.5～1.7g/cm 3
。
土的密度一般用“环刀法”测定，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样的质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。
土的重度定义为单位体积土的重量，是重力的函数，用γ表示，以kN/m 3计：
g
V
mg V G ?===
ργ （3-2）
式中，G 为土的重量，g 为重力加速度，g=9.80665m/s 2，工程上为了计算方便，有时取g=10m/s 2。
（二）土粒相对密度
土粒密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比，称为土粒相对密度（过去习惯上叫比重），用s d 表示，为无量纲量，即
1
1
/1
w
s w
s s V
m d ρρρ=?=
（3-3）
式中，
1
w ρ为4℃时纯水的密度，
3
/11
cm
g w =ρ；s ρ为土粒的密度，即单位体积土粒的
质量。故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。
土粒相对密度或比重可在试验室内用比重瓶法测定。由于土粒相对密度变化不大，通常可按经验数值选用，一般参考值见表3-1。
土粒相对密度参考值
表3-1
（三）土的含水量
土的含水量定义为土中水的质量与土粒质量之比，用w 表示，以百分数计，即：
%
100%100?-=
?=
s
s
s
w m m m m m w （3-4）
含水量w 是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。
土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的湿土质量m ，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量s m ，湿、干土质量之差s m m -与干土质量s m 之比值，就是土的含水量。
3.3.3 确定三相量比例关系的其它常用指标
在测定土的密度ρ、土粒比重s d 和土的含水量w 这三个基本指标后，就可以根据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上的含量。工程上，为了便于表示三相含量的某些特征，定义如下几种指标。
(一)表示土中孔隙含量的指标
工程上常用孔隙比e 或孔隙率n 表示土中孔隙的含量。孔隙比e 定义为土中孔隙体积与土粒体积之比，即
s
v V V e =
（3-5）
孔隙比用小数表示，它是一个重要的物理性能指标，可用来评价天然土层的密实程度。一般地，e <0.6的土是密实的低压缩性土，e >1.0的土是疏松的高压缩性土。孔隙率n 定义为土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计，即：
%
100?=
V
V n v （3-6）
孔隙比和孔隙率都是用来表示孔隙体积含量的概念。容易证明两者之间具有以下关系：
%
1001?+=
e e n （3-7）
n
n e -=
1 （3-8）
(二)表示土中含水程度的指标
含水量w 当然是表示土中含水程度的一个重要指标。此外，工程上往往需要知道孔隙中充满水的程度，这可用饱和度S r 表示。土的饱和度S r 定义为土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，即
%
100?=
v
w r V V S （3-9）
砂土根据饱和土S r 的指标值分为稍湿、很湿和饱和三种湿度状态，其划分标准见表3-2。显然，干土的饱和度S r =0，而完全饱和土的饱和度S r =100%。
砂土湿度状态的划分 表3-2
(三)表示土的密度和重度的几种指标
除了天然密度ρ（有时也叫湿密度）以外，工程计算中还常用如下两种土的密度：饱和密度sat ρ和干密度d ρ。土的饱和密度定义为土中孔隙被水充满时土的密度，表示为：
V
V m w
V s sat ρρ+=
（3-10）
土的干密度定义为单位土体积中土粒的质量，表示为：
V m s
d =
ρ （3-11）
在计算土中自重应力时，须采用土的重力密度，简称重度。与上述几种土的密度相应的有土的天然重度γ、饱和重度sat γ、干重度d γ。在数值上，它们等于相应的密度乘以重力加速度g ，即g ?=ργ，g sat sat ?=ργ，g d d ?=ργ。另外，对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度，以γ'表示，当认为水下土是饱和时，它在数值上等于饱和重度sat γ与水的重度w γ（g w w ?=ργ）之差，即：
w
sat
w
s s V
V g m γ
γ
γ
γ-=-=
' （3-12）
显然，几种密度和重度在数值上有如下关系：
d sat ρρρ≥≥ γγ
γγ
'>≥≥d
sat
[例题3-1] 某原状土样，经试验测得天然密度ρ=1.91Mg/m 3
，含水量w =9.5%，土粒相对密度s d =2.70。试计算：①土的孔隙比e 、饱和度S r ；②当土中孔隙充满水时土的密度sat ρ和含水量w 。
例题 3-1 三相草图
解：绘三相草图，见例图3-1。设土的体积V =1.0m 3。
1）根据密度定义，得： m =V ρ=1.91×1.0=1.91Mg 根据含水量定义，得： w m =w
×s m =0.095s m
从三相草图有：
w m +s m =m
因此 0.095s m +s m =1.91Mg s m =1.744Mg w m =0.166Mg
根据土粒相对密度定义，得土粒密度s ρ为：
3
Mg/m
70.20.170.21
=?==w s s d ρρ
土粒体积
3
m
646.070
.2744.1==
=
s
s
s m V ρ
水的体积 3
m
166.00
.1166.0==
=
w
w
w m V ρ
气体体积
3
m
188.0166.0646.00.1=--=--=w s a V V V V
因此，孔隙体积3
m 354.0188.0166.0=+=+=a w v V V V 。至此，三相草图中，三相组成
的量，无论是质量或体积，均已算出，将计算结果填入三相草图中。根据孔隙比定义，得：
548
.0646
.0354.0===
s
v V V e
根据饱和度定义，得：
%
9.46%100354
.0166.0%100=?=
?=
v
w r V V S
2）当土中孔隙充满水时，由饱和密度定义，有：
3
Mg/m
10.20
.10
.1354.0744.1=?+=
+=
V
V m w
v s sat ρρ 由含水量定义，有：
%
3.20%100744
.10.1354.0%100=??=?=s
w v m V w ρ
[例题3-2] 某土样已测得其孔隙比e =0.70，土粒相对密度s d =2.72。试计算：①土的干重度d γ、饱和重度sat γ、浮重度γ'；②当土的饱和度S r =75%时，土的重度γ和含水量w 为多大？
例题 3-2 三相草图
解：绘三相草图，见例图3-2。设土粒体积s V =1.0m 3 1）根据孔隙比的定义，有
v V =e s V =0.70×1.0=0.70m 3 根据土粒相对密度的定义，有： 72
.20.10.172.21
=??==w s s s V d m ρMg
土的总体积为
V
=v V +s V =0.70+1.0=1.70m 3
根据土的干重度的定义，有：
3
15.70kN/m
1.70
9.812.72=?=
=
V
g m s d γ
当孔隙充满水时，土的质量为：
42
.30.170.072.2=?+=+=w v s V m m ρMg
根据土的饱和重度的定义，有：
3
kN/m
74.1981.970
.142.3=?==
V
mg sat γ
则浮重度γ'为：
3
kN/m
93.981.974.19=-=-='w
sat
γ
γ
γ
2）当土的饱和度S r =75%时，由饱和度定义，有：
w
V =S r v V =0.75×0.70=0.525m 3
此时水的质量 525
.0525.00.1=?==w w w V m ρMg 土的总质量
245
.372.2525.0=+=+=s w m m m Mg
由土的重度的定义有：
3
kN/m
72.1870
.181
.9245.3=?=
=
V
mg γ
由含水量的定义有：
%
3.19%10072
.2525.0%100=?=
?=
s
w m m w
[例题3-3] 推导常用的三相比例指标之间的换算关系。
例题 3-3 三相草图
解：绘制三相草图，见例图3-3，并假设s V =1.0 根据孔隙比的定义，有 v V =e ·s V =e 则土的总体积
V
=s V =v V =1+e
根据土粒相对密度的定义，有 w s w s s s d V d m ρρ== 由含水量的定义 ，有 w s s
w wd wm
m ρ==
则土的总质量
w
s w s w s w s d w wd d m m m ρρρ)1(+=+=+=
将上述质量和体积填入三相草图，由三相指标的定义，可推导得：
e d w
e d w V m w s w
s +=
+++=
=
111)1(ρρρρ
w e
d V
m d w s s d +=
+==
11ρρρρ
w
s w
w s w
v s sat e
e d e
e d V
V m ρρρρρ++=++=
+=11
w
s w s sat sat
e
e d g e
e d g γ
ρργ
++=
?++=
?=11
w
s w
w
s w
sat
e
d e
e d γ
γ
γ
γ
γγ+-=
-++=
-='111
w
g w
g d d
+=
?+=
?=11γρργ
e e V
V n v +=
=
1
s
r s
w
w v
w r d e S w e
wd e
m V V S =
==
=
,/ρ
其它指标之间的关系不再一一推导。总之，利用三相图换算指标，就是利用已知的指标，计算出三相草图中的各相数值，再根据所求指标的定义直接计算。事实上，由于三相量的指标都是相对的比例关系，不是量的绝对值，因此，为了简化计算，常常可以假设三相中某相的值为1个单位，实用上最常用的是假设s V =1.0m 3（或cm 3）或V
=1.0m 3（或cm 3）进行计
算。
3.3 无粘性土的密实度
砂土、碎石土统称无粘性土。无粘性土的密度对其工程性质有重要的影响。如果土粒排列越紧密，它们在外荷载作用下，其变形越小，强度越大，工程性质越好。反映这类土工程性质的主要指标是密实度。砂土的密实状态可以分别用孔隙比e 、相对密度r D 和标准贯入锤击数N 进行评价。
采用天然孔隙比e 的大小来判别砂土的密实度，是一种较简捷的方法。但不足之处是它不能反映砂土的级配和颗粒形状的影响。实践表明，有时较疏松的级配良好的砂土孔隙比，比之较密实的颗粒均匀的砂土孔隙比还要小。
工程上为了更好地表明砂土所处的密实状态，采用将现场土的孔隙比e 与该种土所能达到最密实时的孔隙比min e 和最松散时的孔隙比max e 相比较的办法，来表示孔隙比e 时土的密实度。这种度量密实度的指标称为相对密度r D ，定义为：
m in
m ax m ax e e e e D r --=
（3-13）
土的最大孔隙比max e 的测定方法是将松散的风干土样，通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，求得土的最小干密度再经换算确定；土的最小孔隙比min e 的测定方法是将松散的风干土样分批装入金属容器内，按规定的方法进行振动或锤击夯实，直至密实度不再提高，求得最大干密度再经换算确定。
当砂土的天然孔隙比e 接近最小孔隙比min e 时，则其相对密度r D 较大，砂土处于较密实状态。当e 接近最大孔隙比max e 时，则其r D 较小，砂土处于较疏松状态。用相对密度r D 判定砂土的密实度标准为：
0≤r D ≤1/3 松散 1/3＜r D ≤2/3 中密
2/3＜r D ≤1
密实
应指出，要在实验室测得各种土理论上的max e 和min e 是十分困难的。在静水中缓慢沉积形成的土，其孔隙比有时可能比实验室能测得的max e 还大；同样，在漫长地质年代中堆积形成的土，其孔隙比有时可能比实验室能测得的min e 还小。此外，在地下深处，特别是地下水位以下的粗粒土的天然孔隙比e ，很难准确测定。相对密度r D 这一指标虽然理论上讲能更合理地用以确定土的密实状态，但由于上述原因，通常用于填方土的质量控制中，对于天然土尚难以应用。
由于砂土的e 、max e 和min e 都难以确定，天然砂土的密实度可在现场进行标准贯入试验，根据标准贯入试验锤击数N 值的大小，按表3-3的标准间接判定。标准贯入试验方法可参见GB50021–94《岩土工程勘察规范》。
天然砂土的密实度 表3-3
注：N 系指标准贯入试验锤击数
碎石土可根据野外鉴别可挖性、可钻性和骨架颗粒含量与排列方式，划分为密实、中密、稍密三种密实状态，其划分标准见表3-4。
碎石土密实度野外鉴别方法 表3-4
3.4粘性土的物理特征
3.4.1 粘性土的稠度
粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度。所谓稠度是指粘性土在某一含水量下对外力引起的变形或破坏的抵抗能力。粘性土在含水量发生变化时，它的稠度也随之而变，通常用坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑等术语来描述。
刚沉积的粘土具有液体泥浆那样的稠度。随着粘土中水分的蒸发或上覆沉积层厚度的增加，它的含水量将逐渐减小，体积收缩，从而丧失其流动能力，进入可塑状态。这时土在外
力作用下可改变其形状，而不显著改变其体积，并在外力卸除后仍能保持其已获得的形状，粘性土的这种性质称为可塑性。若含水量继续减小，粘性土将丧失其可塑性，在外力作用下易于破裂，这时它已进入半固体状态。最后，即使粘性土进一步减少含水量，它的体积已不再收缩，这时，由于空气进入土体，土的颜色变淡，粘性土就进入了固体状态。上述过程示于图3-2，图中上部的两相图分别对应于下部含水量与体积变化曲线上A、B和C点的位置。
于是，粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一界限含水量来区分。这种界限含水量称为稠度界限或Atterberg界限。工程上常用的稠度界限有：液限l w、塑限p w和缩限s w。
液限（liquid limit）又称液性界限、流限，它是流动状态与可塑状态的界限含水量，也就是可塑状态的上限含水量。塑限（plastic limit）又称塑性界限，它是可塑状态与半固体状态的界限含水量，也就是可塑状态的下限含水量。缩限（shrinkage limit）是半固体状态与固体状态的界限含水量，也就是粘性土随着含水量的减小体积开始不变时的含水量。粘性土的界限含水量和土粒组成、矿物成份、土粒表面吸附阳离子性质等有关，可以说界限含水量的大小反映了这些因素的综合影响，因而对粘性土的分类和工程性质的评价有着重要意义。
图3-2 粘性土物理状态与含水量的关系
必须指出，粘性土从一种状态变为另一种状态是逐渐过渡的，本无明确的界限。目前只是根据某些通用的试验方法所测定的含水量来代表这些界限含水量。
粘性土的液限l w 常用液限仪测定。我国采用的液限仪是圆锥仪，示于图3-3，圆锥的质量为76g 、锥角为30°。将用于测定液限的土样调成均匀的浓糊状，装满于盛土杯内，刮平杯口表面，再将盛土杯置于圆锥仪底座上，将圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入土样。若采用经5～15s 恰好沉入17mm 深度为液限标准，则称这时土样的含水量为土的17mm 液限
l
w ；若采用沉入10mm 深度为液限标准，则称这
时土样的含水量为土的10mm 液限l w ，在试验报告上应注明液限标准。
粘性土的塑限p w 采用“搓条法”测定。该法是把调制均匀的湿土样，在玻璃板上搓滚成3mm 直径的土条，若这时土条恰好出现裂缝并开始断裂，就把土条的含水量定为土的塑限p w 值。
此外，我国还有液、塑限联合测定法，即塑限也用圆锥仪测定。这是以76g 圆锥仪经5s 沉入土中深度恰好为2mm 时试样的含水量定为土的塑限，并认为它当量于搓条法测得的
塑限。
土的缩限s w 是把土样的含水量调制到大于土的液限，然后将其填实到一定容积V 1的容器，烘干，测出干试样的体积V 2并称出其质量s m 后，按下式求得缩限s w ：
w
s
s m V V w w ρ2
11--
= (3-14）
式中 1w —试样的制备含水量。
3.4.2 粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数（plasticity index ）是指液限l w 与塑限p w 的差值（省去%符号），用符号
p
I
表
示，即
p
l p w w I -= （3-15）
p
I
表示土处于可塑状态的含水量变化的范围，是衡量土的可塑性大小的重要指标。
塑性指数p I
的大小与土中结合水的可能含量有关，也即与土的颗粒组成、土粒的矿物成份及土中水的离子成份和浓度等因素有关。土粒越细，其比表面积和可能的结合水含量愈高，因而
p
I
也越大。图3-4给出了塑性指数
p
I 与粘粒含量（这里指粒径小于0.002mm
的含
图3-3 圆锥液限仪
图3-4 土的活动性指数
量）的近似直线关系。当土中高价阳离子的浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层的厚度变薄，土容易产生凝聚，结合水含量减少，p
I 也减少；反之，随着反离子层中的低价阳离子
的增加，
p
I
变大。工程上常用掺高价阳离子的方法提高土的水稳定性。
液性指数（liquidity index ）是指粘性土的天然含水量w 与塑限含水量p w 的差值与塑性指数
p
I 之比值，表征土的天然含水量与界限含水量之间的相对关系，用符号l I 表示，即
p
l p p
p
l w w w w I w w I --=-=
（3-16）
粘性土稠度状态的划分 表3-5
显然，当l I =0时w =p w ，土从半固态进入可塑状态；当l I =1时w =l w ，土从可塑状态进入流动状态。因此，根据l I 值可以直接判定土的稠度（软硬）状态。工程上按液性指数l I 的大小，把粘性土分成五种稠度（软硬）状态，如表3-5。
[例题3-4] 某土样的液限为38.6%，塑限为23.2%，天然含水量为25.5%，问该土样处于何种状态？
解：已知l w =38.6%，p w =23.2%，w =25.5%，则
p
I
=l w –p w =38.6–23.2=15.4
15
.04
.152.235.25=-=
-=
p
p
l I w w I
所以，该土处于硬塑状态。
3.5 粘性土的胀缩性
3.5.1 粘性土胀缩性定义
粘性土中含水量的变化不仅引起土稠度发生变化，也同时引起土的体积发生变化。粘性土由于含水量的增加，土体体积增大的性能称为膨胀性；由于含水量的减少，体积减少的性能称为收缩性。这种湿胀干缩的性质，统称为土的胀缩性。膨胀、收缩等特性是说明土与水作用时的稳定程度，故又称土的抗水性。
土的膨胀可造成基坑隆起、坑壁拱起或边坡的滑移、道路翻浆；土体积的收缩时常伴随着产生裂隙，从而增大了土的透水性，降低了土的强度和边坡的稳定性。因此，研究土的胀缩性对工程建筑物的安全和稳定具有重要意义。另外，还可利用细粒土的膨胀特性，将其作为填料或灌浆材料来处理裂隙。
3.5.2 粘性土的膨胀性及其指标
对土吸水膨胀、失水收缩的原因，有多种解释。但多数认为，主要是粘粒与水作用后，由于双电层的形成，使扩散层或弱结合水厚度变化所引起的；或者是由于某些亲水性较强的粘土矿物（如蒙脱石）层间结合水的吸水或析出所致。
土膨胀的最普遍形式是由于双电层形成结合水，特别是弱结合水的增加，削弱了粒间的连结力，增大了粒间的距离，从而使土体积膨胀；当含水量达到液限，即相当于最大分子水容量时，土体膨胀达最大值。这种膨胀的机理是由于粘土矿物和细分散有机质因水化而产生的结合水膜对土粒间的楔劈作用的结果。如果扩散层较薄，结合水较少，土的粒间连结力大于或等于结合水膜的楔劈作用时，土不会发生膨胀。当扩散层较厚，结合水较多，结合水的楔劈压力大于粒间连结力时，将迫使土粒间距增大，从而引起土体积膨胀，直到这两种力达到新的平衡为止。
某些亲水性能较强的粘土矿物，如蒙脱石、伊利石等矿物的晶胞之间，可以吸附大量水分子。由于进入硅氧四面体和铝氧八面体的“层间结合水”的增加，使结晶格架膨胀，引起土体积膨胀，这称为层间膨胀或结晶内部膨胀。这种膨胀主要发生在含大量蒙脱石的斑脱土等特殊粘性土中。
此外，粘粒与水作用形成双电层后，当围绕双电层中的离子浓度高于水溶液介质的浓度时，水将从介质渗入，以降低该处的离子浓度。由于水的渗入使双电层增厚引起的膨胀，称为渗透膨胀。
表征土膨胀性的指标主要有膨胀率、自由膨胀率、膨胀力、膨胀含水量。 （一）膨胀率ep
δ
原状土在一定压力和有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高度增加量与原高度之比，称为膨
胀率
ep
δ，用百分率表示。其值愈大，说明土的膨胀性愈强。室内试验是用环刀取土测定的，
由于是在有侧限条件下的膨胀，因此测得的膨胀率（线胀率）实际上就是体胀率即膨胀率，表达式为：
%
1000
?-=
h h h w ep δ （3-17）
式中 0h －土样原始高度；
w
h －土样浸水膨胀稳定后的高度。
膨胀率的大小与土的天然含水量、土的密实程度及土的结构连结有关。工程实践中，应根据土层的埋藏条件和上部荷载，测定不同压力下的膨胀率，以满足工程需要。一般评价土的膨胀性时，可测定无荷载作用下的膨胀率e δ，其值愈大，土膨胀性愈强。
（二）自由膨胀率ef δ
将一定体积的扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后，测得增加的体积与原干土体积之比即为自由膨胀率
ef
δ，以百分率表示：
%
1000
?-=
V V V w ef δ （3-18）
式中 w V －土样在水中膨胀稳定后的体积；
o
V －土样原始体积。
自由膨胀率表明土在无结构力影响下的膨胀特性，说明土膨胀的可能趋势。 （三）膨胀力e p
原始土样的体积不变时，由于浸水膨胀时产生的最大内应力称为膨胀力。膨胀力e p 可用来衡量土的膨胀势和考虑地基的承载能力，某些细粒土的膨胀力可达100kPa 以上。
（四）膨胀含水量sl w
土样膨胀稳定后的含水量称为膨胀含水量，此时扩散层已达最大厚度，结合水含量增至极限状态，定义为：
%
100?=
s
sl sl m m w （3-19）
式中 sl m －土样膨胀稳定后土中水的质量；
s m －干土样的质量。
3.5.3 土的收缩性及其指标
土的收缩是由土中水分的减少而引起的。一般认为，土的失水收缩主要是因为双电层变薄、结合水减少引起的。图3-5为土的收缩曲线示意图，表示土的体积随结合水含量变化的过程及与稠度状态的关系。图中A 点表示最大分子水容量，即液限时土的体积。此时土的扩散层最厚，弱结合水（薄膜水）厚度最大，土粒间距大，粒间连结弱。随着水分的减少，颗粒间扩散层变薄，土粒外围弱结合水厚度变小，重叠的扩散层中反离子浓度增加，使它们吸水两侧土粒的引力增强，并超过原来两侧土粒由同号电荷引起的斥力。因此，土粒相互靠近，土体积缩小。但由于两同号电荷的颗粒互相靠近使斥力也在增加，直到斥力与引力达到新的平衡为止。图中表明，土的收缩过程可分为两个阶段，第一阶段（AB 段）表示土体积的缩小与含水量的减少成正比，呈直线关系；当含水量减少到一定程度后（如B 点相应的含水量），土体收缩进入第二阶段（BC 段），土体积的缩小与含水量的减少呈曲线关系，表明土体积的减小量小于失水的体积，土粒间连结明显增强。随着含水量继续减少，土体积收缩愈来愈慢，当含水量减小到只有强结合水（吸着水）时，土粒间连结很强；以后，随含水量的变化土粒之间距离不再缩小，土体积也不再收缩，曲线接近水平。
图3-5 土的收缩曲线
土中水分进一步减小而土的体积不再缩小时的含水量，为土的收缩界限含水量s w 。通常，延长AB 线与纵坐标交E 点，则CE 为孔隙体积，E 为固体颗粒的体积；由C 点引水平线交AB 延长线于D 点，以D 点的含水量作为缩限含水量，如图中s w 。该点也作为固态和半固态稠度的界限含水量。
土的失水收缩和吸水膨胀是相反的两个过程。当土中含水量小于缩限时，土体积基本不再减小；当含水量大于液限时，出现非结合水，土粒间逐渐失去结合水膜的连结，土体积开始崩裂散开。所以，液限与缩限为土与水相互作用后土体积随含水量变化的上、下界限，以缩性指数s I 表示：
s I =l w –s w （3-20）
缩性指数的大小，可以说明随含水量的变化土体积变化的大小。图3-6表示了膨胀力随液限的增大而增大。膨胀力与收缩限的关系与之相反，故工程中常用缩性指数作为评估粘性土的胀缩性指标。
图3-6 膨胀力与l
w 、
s
w 关系曲线
1—
l
w 与膨胀力关系； 2—收缩限与膨胀力关系
应当指出的是，土的失水收缩是三维的，不仅竖向收缩，侧向也收缩，所以土收缩时体积收缩率不等于其高度的收缩率。表征土收缩性的指标有： （1）体缩率V δ
土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示：
%
1000
0?-=
V V V d
V δ （3-21）
式中 o V －土样收缩前的体积；
d
V －土样收缩后的体积。
（2）线缩率si δ
土样失水收缩减少的高度与原高度之比，以百分率表示：
%
1000
0?-=
h h h i
si δ （3-22）
式中 o h －土样原始高度；
i h －土样收缩后的高度。
（3）收缩系数s λ
原状土样在直线收缩阶段，含水量每减少1%时的竖向线缩率：
w
s s ??=
δλ （3-23）
上述土样收缩性指标都可以通过收缩试验求得。图3-7为土的收缩曲线，也即收缩率与含水量关系曲线。在该曲线上，收缩率实质是土失水收缩第一阶段直线段的斜率。
3.5.4 影响土膨胀性和收缩性的因素
土的膨胀性、收缩性均说明土粒与水作用时的稳定程度，统称为土的抗水性。它是粘性土重要的水理性质。一般情况下，膨胀性强的土收缩性也强；但软粘土及淤泥质土具有强烈的收缩性，而膨胀性较弱。土的膨胀性的本质是由于扩散层及弱结合水厚度发生变化，引起土粒间距离增大或缩小。因此，影响扩散层和结合水厚度的因素，也是影响胀缩性的因素，主要有土的粒度成份和矿物成份、土的天然含水量、土的密实程度、土的结构、水溶液介质的性质以及外部压力等因素。
一般情况下，土中粘粒含量愈多，粘粒矿物成份中亲水性强的蒙脱石、伊利石含量愈高，其膨胀性和收缩性愈强。同种矿物成份的粘性土，由于所含交换性离子不同，也影响着土的胀缩性。
图3-7 线缩率与含水量关系曲线
土的天然含水量决定着土的胀缩程度。当土的天然含水量较高或接近饱和状态时，土的膨胀性弱、收缩性强；反之，土的天然含水量愈小的土，吸水量大，则膨胀性强，而失水时收缩性弱。
土的密实程度和结构连结强度直接决定着土的胀缩性。天然孔隙比小的密实粘性土，膨胀性较强，收缩性弱；而天然孔隙比大的疏松土，收缩性强而膨胀性有限。土的结构强度具有抵抗膨胀变形的能力。结构强度大的土，抵抗胀缩变形的能力大，故胀缩性可能减弱。如云南地区有些粘土，由于含有一些凝胶或重结晶的氧化物等胶结物质，增强了土的结构强度，虽然土中含有较多的蒙脱石及水云母，粘粒含量也较高（30%～40%），液限值高达50%～60%，但浸水后膨胀率并不大，具有较强的抗水性。土的天然结构被破坏的扰动土，结构连接消失或减弱，减弱了膨胀收缩变形的阻力。因此，原状土与扰动土相比，膨胀量和收缩量
都较小，表3-6的资料为三个地区不同结构状态土样的膨胀率和收缩率。
水溶液介质的离子成份和浓度影响着扩散层和结合水膜的厚度，因此也影响土的膨胀率。低价阳离子能使土粒形成较厚的扩散层和结合水膜，土的膨胀率较大；同时，随着阳离子浓度增大，扩散层和结合水膜变薄、膨胀率减小。
3.6 土的工程分类
自然界中土的种类很多，工程性质各异。为了便于研究，需要按其主要特征进行分类。任何一种土的分类体系，其目的无非是想提供一种通用的鉴别标准，以便在不同土类之间可作有价值的比较、评价及累积和交流经验。为了能通用，这种分类体系首先应当是简明的，而且尽可能直接与土的工程性质相联系。可惜，土的分类法不仅各国尚未统一，就是一个国家的各个部门也都制定了结合本行业的特点的分类体系。本节对国外主要的土分类体系作简要综述，主要介绍我国以国标GBJ145-90《土的分类标准》为代表的地基土分类法和国标GB50021-94《岩土工程勘察规范》为代表的地基土分类法，以便对土的工程分类的基本原则有一个较全面的了解。
3.6.1 国外土分类体系综述
从分类体系讲,存在两种主要的分类体系。这两种分类体系的共同点是:对粗粒土按粒度成分来分类;对细粒按土的Atterberg界限来分类。其主要区别是：第一种分类体系对粗粒土按大于某一粒径的百分含量超过某一界限值来定名，并按从粗到细的顺序以最先符合为准，对细粒土按塑性指数分类；第二种分类体系对粗粒土按两个粒组相对含量的多少，以含量多的来定名，对细粒土按塑性图分类。第一种分类体系的代表是前苏联的土分类方法，第二种分类体系的代表是美国ASTM的统一分类法。
前苏联大块碎石类土的分类表3-7
第一种分类体系中，土分为三个大类：
①大块碎石类土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土，再按颗粒级配和形状分为三个亚类，见表3-7。
②砂土：粒径大于2mm 的颗粒含量不超过50%，且塑性指数不大于1的土，再按颗粒级配分为五个亚类，见表3-8。
③粘性土：塑性指数
p
I
>1的土，按
p
I
值大小分为三个亚类，见表3-9。
前苏联砂土的分类
表3-8
前苏联粘性土的分类 表3-9
这一分类体系的主要优点是简单明了,易于掌握，全部土类只有十一个亚类，在此基础上可再根据成因、年代、有机质含量和其它特性进一步描述，或在基本土名前冠以定语，如淤泥质粘土等。对于洪、冲积成因和分选性较好的土层，这种分类方法能反映土的主要特征，满足各类建筑地基评价与设计的要求。但对于残坡积成因、分选性较差的土层，这个分类法只反映了主要粒组的影响，而不能评价其它粒组的影响，特别对于用作材料的土，其级配特征不能全面描述，难以满足评价土石料的要求。对于细粒土，如用以评价成份和成因非常特殊的土，也过于简单而不能反映更多的特性。同时，这个分类体系在某些划分界限上不尽妥当，如砂土与粘性土的划分界限、亚砂土定名等。
图3-8 ASTM 塑性图
第二种分类体系的特点是逻辑性强，按二分法从粗到细、逐步分类。第一步，按200或下侧定名为粘质砾石(或砂)或粉质砾石(或砂），见表3-10。对细粒土，按是否是在A 线下侧区分为有机土或无机土，对无机土也用A 线划分为粘土或粉土，见表3-11和图3-8。这种分类的方法能比较全面地考虑粒径级配情况和次要粒组的影响，特别适用于作为材料用土的评价，也适用于残坡积土。但分类的类别太多，尽管ASTM 的分类是这种体系中最简单的分类法，但粗粒土一共至少有18个类别。即使如此，有时还感到太粗，无法对某些土加以区分，如砾粗中砂和粉细砂的性质有明显差异，但按这种分类方法无法区分开来，又如卵石和圆砾也是不同的，但也不能加以区别开来。
ASTM 粗粒土(过200号筛余量大于50%)分类
表3-10
p
ASTM细粒土（200号筛余量小于50%）分类表3-10
除了上述两种主要分类体系外，还有别的一些分类体系，如美国各州公路工作者协会（AASHO）的分类方法，美国联邦航空局（FAA）的分类方法以及在美国和前苏联应用很广的三角坐标分类法。这些分类法都有各自的特点，在一定范围内行之有效地使用。有兴趣的读者可参阅相关参考书。
3.6.2我国的土的分类体系
我国的土的分类体系经历了一个发展的过程。从五十年代开始,我国各行各业都从前苏联引进相应的有关规范,分类方法都采用前苏联标准,那时各行业土的分类基本上是统一的,仅因分类应用目的不同而有一些差异。直到20世纪八十年代,除了建筑地基基础方面的规范中对土分类方法有些改变外,公路桥梁和铁路桥梁基础的规范仍保持原来的体系。在用作材料方面的土分类标准，早期采用粒度成分分类的三角座标法，用于土坝、公路和铁路路堤土料的分类，虽然分类标准和命名上各行业并不完全一致，但分类原则是一致的。由水利电力部部标SDS01-79《土工试验规程》和国标GBJ123-88《土工试验方法标准》中土的分类与试验方法发展而成的国标GBJ145-90《土的分类标准》，代表了我国对美国ASTM分类方法引进研究所积累的成果水平，是我国工程建设所涉及土类的通用分类标准。国标GB50021-94《岩土工程勘察规范》中规定的“土的工程分类”是目前建设中应用最广泛而有重大影响的一种专门分类标准。下面着重介绍这两种分类方法。
（一）《土的分类标准》分类法
这个分类标准的土的总分类体系列于表3-12。 对土进行分类时，首先应判别土属有机土还是无机土。若土的大部分或全部是有机质时，该土就属有机土，否则就属无机土。有机质含量可由试验测定，也可凭颜色、气味来鉴别，如色暗、味臭、含纤维质的，一般为含有机质土。若属无机土，则根据土内各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类。各大类土的定名标准和亚类的划分标准如下:
GBJ145-90 土的总分类体系 表3-12
?
??????????
?????????????
??
??
?
??
?
??
?????????
?????????????
????有机土
粘土粉土细粒土砂类土
砾类土
粗粒土卵石混合土漂石混合土含巨粒土混合土卵石混合土漂石混合巨粒土卵石漂石巨粒土富巨粒土无机土土)(
（1）巨粒土和含巨粒土的分类
巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm 的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于50%，则该土属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%-50%之间，则该土属含巨粒土。巨粒土和含巨粒土再结合漂石粒含量再进一步细分,见表3-13。
GBJ145-90巨粒土和含巨粒土的分类 表3-13
（2）粗粒土的分类
若土中的巨粒含量少于15%，则剔除巨粒，根据余土再按粗粒土或细粒土分类。若土中粒径大于0.075mm 的粗粒含量大于50%,则该土属粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两大类。若土中的粒径大于2mm 的砾粒含量大于50%,则该土属砾类土,否则属砂类土。砾类土或砂类土按土中粒径小于0.075mm 的细粒含量及类别、粗粒组的级配划分亚类，见表3-14和表3-15。
GBJ145-90 砾类土的分类
表3-14
01第一章 土的物理性质及工程分类
兰州交通大学博文学院教案 课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律； 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换； 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点：指标间的相互转换及应用。 四、教学时数： 6 学时。 五、习题：
第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土，有下列三种： （1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。 （2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。 （3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 （1）土的结构 定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类： ●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 ●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。 ●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。 图1.1 土的结构 3）工程性质： 密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。
常见土的种类及性质
四、无黏性土的物理性质 无黏性土主要是指砂土和碎石土，其工程性质与其密实度密切相关。密实度越大，土的强度越大。因此，密实度是反映无黏性土工程性质的主要指标。 评判无黏性土的密实度有以下方法：1、根据相对密实度 Dr （大小位于0~1 之间）判别： 密实（ 1 ≥Dr≥0 . 67 ）；中密（ 0 . 67≥Dr≥0 . 33 ）；松散（ 0 . 33 ≥ Dr ≥0 ）。该法适用于透水性好的无黏性土，如纯砂、纯砾。 2、根据天然孔隙比e判别： e越小，土越密实。一般，e＜ 0 . 6 时属密实，e＞ 1 . 0 时属疏松。该法适用于砂土，但不能考虑矿物成分、级配等对密实度的影响。 3、根据原位标准贯入试验判别： 密（ N > 30 ）、中密（ 15 ≤N≤ 30 ）、稍密（ 10≤N≤15 ）、松散（ N≤10 ） 原位标准贯入试验：在土层钻孔中，利用重63.5kg的锤击贯入器，根据每贯入30cm所
需锤击数来判断土的性质，估算土层强度的一种动力触探试验。 4、根据野外方法鉴别（针对碎石类土） 肉眼观察、挖、钻等。 五、黏性土的物理性质 黏性土的特性主要是由于黏粒与水之间的相互作用产生，因此含水量是决定因素。黏性土的含水量对其物理状态和工程性质有重要影响。 液限（ωL, Liqud Limit ）：土由可塑状态变到流动状态的界限含水量；土处于可塑状态的最大含水量，稍大即流态； 塑限（ωP， Plastic Limit ）：土由半固态变为可塑状态的界限含水量；土处于可塑状态的最小含水量，稍小即半固态； 缩限（ωS , Shrinkage Limit ）：土由固态变为半固态的界限含水量；土处于半固态的最小含水量，稍小即为固态。 塑性指数IP ―表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 IP 越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。
土的物理性质指标
第一章 土的物理性质及工程分类 第一节 土的组成与结构 一、 土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴ 固相：土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相：水和溶解于水中物质 ⑶ 气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化） 次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 3 2- 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称 石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1． 颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2． 颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一） 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二） 定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u
第一章土的物理性质及工程分类及答案
第一章土的物理性质及工程分类 一、思考题 1、土是由哪几部分组成的？ 2、建筑地基土分哪几类？各类土的工程性质如何？ 3、土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的，常用的方法有哪些？如何判断土的级配情况？ 4、土的试验指标有几个？它们是如何测定的？其他指标如何换算？ 5、粘性土的含水率对土的工程性质影响很大，为什么？如何确定粘性土的状态？ 6、无粘性土的密实度对其工程性质有重要影响，反映无粘性土密实度的指标有哪些？ 二、选择题 1、土的三项基本物理性质指标是（） A、孔隙比、天然含水率和饱和度 B、孔隙比、相对密度和密度 C、天然重度、天然含水率和相对密度 D、相对密度、饱和度和密度 2、砂土和碎石土的主要结构形式是（） A、单粒结构 B、蜂窝结构 C、絮状结构 D、层状结构 3、对粘性土性质影响最大的是土中的( ) A、强结合水 B、弱结合水 C、自由水 D、毛细水 4、无粘性土的相对密实度愈小，土愈（） A、密实 B、松散 C、居中 D、难确定 5、土的不均匀系数C u 越大，表示土的级配（） A、土粒大小不均匀，级配不良 B、土粒大小均匀，级配良好 C、土粒大小不均匀，级配良好 6、若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土（） A、处于最疏松状态 B、处于中等密实状态 C、处于最密实状态 D、无法确定其状态 7、无粘性土的分类是按（） A、颗粒级配 B、矿物成分 C、液性指数 D、塑性指数 8、下列哪个物理性质指标可直接通过土工试验测定（） A、孔隙比 e B、孔隙率 n C、饱和度S r D、土粒比重 d s 9、在击实试验中，下面说法正确的是（） A、土的干密度随着含水率的增加而增加 B、土的干密度随着含水率的增加而减少 C、土的干密度在某一含水率下达到最大值，其它含水率对应干密度都较小 10、土粒级配曲线越平缓，说明（）
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二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大，颗粒级配曲线越_______，不均匀系数越______，颗粒级配越______。为了获得较大的密实度，应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________，它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、 _________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________，工程上常用指标 ________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中，可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________，分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态，对于无粘性土，一般指其________；而对于粘性土，则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征，一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高，结构性越强，其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配，一般认为，u C ______的土属级配不良，u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3，土粒比重的68.2=s d ，并测得该砂土的最大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?，最小干密度33min 1.5410kg /m d ρ=?，则 天然孔隙比e 为______，最大孔隙比m ax e 为______，最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________，__________，________；按其成因可分为
土的组成及物理性质分类
一思考题 1 什么叫土？土是怎样形成的？粗粒土和细粒土的组成有何不同？ 2 什么叫残积土？什么叫运积土？他们各有什么特征？ 3 何谓土的级配？土的粒径分布曲线是怎样绘制的？为什么粒径分布 曲线用半对数坐标？ 4 何谓土的结构？土的结构有哪几种类型？它们各有什么特征？ 5 土的粒径分布曲线的特征可以用哪两个系数来表示？它们定义又如 何？ 6 如何利用土的粒径分布曲线来判断土的级配的好坏？ 7 什么是吸着水？具有哪些特征？ 8 什么叫自由水？自由水可以分为哪两种？ 9 什么叫重力水？它有哪些特征？ 10 土中的气体以哪几种形式存在？它们对土的工程性质有何影响？ 11 什么叫的物理性质指标是怎样定义的？其中哪三个是基本指标？ 12 什么叫砂土的相对密实度？有何用途？
1-13 何谓粘性土的稠度？粘性土随着含水率的不同可分为几种状态？ 各有何特性？ 14 何谓塑性指数和液性指数？有何用途？ 15 何谓土的压实性？土压实的目的是什么？ 16 土的压实性与哪些因素有关？何谓土的最大干密度和最优含水率？ 17 土的工程分类的目的是什么？ 18 什么是粗粒土？什么叫细粒土？ 19 孔隙比与孔隙率是否是一回事？说明理由，并导出两者之间的关 系式。 20 试述粘性土液性指数的定义、简要的测定方法，以及如何根据其大 小来确定粘性土所处的物理状态？ 二计算题 1有A、B两个图样，通过室内实验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示，试绘出它们的粒径分布曲线并求出和值。 A土样实验资料（总质量500g） 粒径d（mm）5210.50.250.10.075小于该粒径的质量（5004603101851257530
土层的工程分类及性质
土层的工程分类及性质 一、土的工程分类 在建筑施工中，按照开挖的难易程度，土可分为八类：一类土（松软土）、二类土（普通土）、三类土（坚土）、四类土（砂砾坚土）、五类土（软石）、六类土（次坚石）、七类土（坚石）、八类土（特坚石）。一至四类为土，五至八类为岩石。 二、土的工程性质 1、土的密度 （1）土的天然密度土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。 （2）土的干密度单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度。注：土的干密度越大，表示土越密实。工程上把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。 2、土的含水量 土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。注：土的干湿程度用含水量表示。5%以下称干土、5%—30%称潮湿土、30%以上称湿土。含水量越大，土就越湿，对施工越不利。 3、土的可松性 自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，其体积仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示。
4、土的渗透性 土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用表示，单位为。注：土的渗透性大小取决于不同的土质。地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关。 下面来介绍一下，岩石风化。一般情况下，岩体的风化程度呈现出由表及里逐渐减弱的规律。但由于岩体中岩性并不均一，且有断裂存在，所以岩体风化的情况并不一定完全符合一般规律。岩体风化厚度一般为数米至数十米，沿断裂破碎带和易风化岩层，可形成风化较剧的岩层。断层交会处还可形成风化囊。在这两种情况下深度可超过百米。岩体风化分为：①物理风化，如气温变化使岩石胀缩导致破裂等；②化学风化，如低价铁的黄铁矿在水参与下变为高价铁的褐铁矿；③生物风化，如植物根系可使岩石的裂隙扩张等。岩体风化的速度和程度取决于岩石的性质和结构、地质构造、气候条件、地形条件、人类活动的影响等。 另外，按照岩石分化程度不同可以分为：1、未风化：岩质新鲜偶见风化痕迹。2、微风化：结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。3、中风化：结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，干钻不易钻进。4、强风化：结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。5、全风化：结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。6、残积土：组织结构全部破坏，已成土状，锹镐易开挖，干钻易钻进，具可塑。
2土的物理性质及分类
第2章 土的物理性质及分类 2.1 概 述 土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。 土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。 2.2 土的三相比例指标 反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三相比例指标。 一、土的三相图 【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开，并不表示实际土体三相所占的比例。 二、指标的定义 1．三项基本物理性质指标 土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定,亦称直接测定指标。 ① 土的密度ρ——土单位体积的质量（单位为3 /cm g 或3 /m t ） V m ＝ρ g ργ= 试验测定方法：环刀法 一般粘性土ρ=1.8～2.03/cm g ；砂土ρ=1.6～2.03/cm g ；腐殖土ρ=1.5～1.73 /cm g ； ② 土粒比重（土粒相对密度）s G ——土粒的质量与同体积4o C 纯水的质量之比。
1 11w s w s s s V m G ρρρ=?= ，无量纲。 s ρ——土粒密度（3/cm g ） 1w ρ——纯水在C 04时的密度（单位体积的重量），等于3/1cm g 或3 /1m t 。 试验测定方法：比重瓶法 实际上：土粒比重在数值上等于土粒密度，前者无因次。同一类土，其比重变化幅度很小，通常可按经验数值选用。见下表。 【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别 注意：从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比重不变； ③ 土的含水量ω——土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示： %100?= s m m ω ω 一般：同一类土，当其含水量增大时，其强度就降低。 试验测定方法：烘干法（湿，干土质量之差与干土质量的比值） 【讨论】含水量能否超过100％？ ——从公式可以看出，含水量可以超出100％。 2．特殊条件下土的密度 ① 饱和密度和饱和重度 饱和密度sat ρ——（土孔隙中充满水时的单位体积质量）土体中孔隙完全被水充满时的 土的密度：V V m v s sat ωρρ+= 。 （3 1/1cm g w w ==ρρ） 饱和重度：γ sat = sat ρg （kN/m 3） 。 ② 干密度和干重度 干密度——单位体积中土粒的质量：V m s d = ρ，（kg/m 3，g/cm 3）。 干重度——单位体积中土粒的重量：d γ=ρd g ，（kN/m 3）。
土的物理性质
第一章土的物理性质 第一节土的成因和工程特性 第二节土的组成及结构构造 一、名词解释 1粒径：土粒的直径大小。 2粒组：实际工程中常按粒径大小将土粒分组，粒径在某一范围之内的分为一组。 3粒径级配：各粒组的质量占土粒总质量的百分数。 4筛分法：适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。 5土的结构：指土中颗粒之间的联系和相互排列形式。 6土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。 7土的有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10％时，相应的粒径。 二、填空题 1.平缓大好良好 2．压缩性高承载力低渗透性强 3.单粒结构蜂窝结构絮状结构4.Cu≥5且Cc＝1～3 5.固液 6固，液，气 7.缺乏某些粒径——不连续级配 8.不均匀系数Cu。 9. 小 10. B，A 11.二相土三相土二相土 三、选择题 1．C 2．C 3．B 4．B 5．A 6．C 7．A 第三节土的物理性质指标 一、名词解释 1.土的含水量ω：是指土中水的质量和土粒质量之比或重力之比。 2.土的密度ρ：指单位体积土的质量。 ρ：土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量。 3.饱和密度 sat 4.干密度ρd：单位体积土中土粒的质量。 5.土粒相对密度 Gs: 是土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比。 6.孔隙比e:是指土中孔隙的体积与土粒体积之比。 7.孔隙率n:是指土中孔隙的体积与土的总体积之比。 8.土的饱和度Sr：是指土中水的体积与孔隙体积之比。
第四章：土壤物理性质
第四章土壤物理性质 主要教学目标：本章将要求学生掌握土壤物理性质如土壤质地、土壤结构以及土壤孔隙等内容。并在学习的基础上掌握改良不太适宜林业生产的某些土壤物理性质的一些方法。如客土、土壤耕作、施用化学肥料和土壤结构改良剂等。 第一节土壤质地 一、几个概念 1、单粒：相对稳定的土壤矿物的基本颗粒，不包括有机质单粒； 2、复粒（团聚体）：由若干单粒团聚而成的次生颗粒为复粒或团聚体。 3、粒级：按一定的直径范围，将土划分为若干组。 土壤中单粒的直径是一个连续的变量，只是为了测定和划分的方便，进行了人为分组。土壤中颗粒的大小不同，成分和性质各异；根据土粒的特性并按其粒径大小划分为若干组，使同一组土粒的成分和性质基本一致，组间则的差异较明显。 4、土壤的机械组成：又叫土壤的颗粒组成，土壤中各种粒级所占的重量百分比。 5、土壤质地：将土壤的颗粒组成区分为几种不同的组合，并给每个组合一定的名称，这种分类命名称为土壤质地。如：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等 二、粒级划分标准： 我国土粒分级主要有2个 1、前苏联卡庆斯基制土粒分级（简明系统） 将0.01mm作为划分的界限，直径>0.01mm的颗粒，称为物理性砂粒；而<0.01mm的颗粒，称为物理性粘粒。 2、现在我国常用的分级标准是： 这个标准是1995年制定的。 共8级： 2～1mm极粗砂；1～0.5mm粗砂；0.5～0.25mm中砂；0.25～0.10mm细砂；0.10～ 0.05mm极细砂；0.05～0.02mm粗粉粒；0.02～0.002mm细粉粒；小于0.002mm粘粒 三、各粒级组的性质 石砾：主要成分是各种岩屑 砂粒：主要成分为原生矿物如石英。比表面积小，养分少，保水保肥性差，通透性强。 粘粒：主要成分是粘土矿物。比表面积大，养分含量高，保肥保水能力强，但通透性差。粉粒：性质介于砂粒和粘粒之间。 四、土壤质地分类 1、国际三级制，根据砂粒（2—0.02mm）、粉砂粒(0.02mm—0.002mm)和粘粒(<0.002mm)的含量确定，用三角坐标图。 2、简明系统二级制，根据物理性粘粒的数量确定。考虑到土壤条件对物理性质的影响，对不同土类定下不同的质地分类标准。在我国较常用。 3、我国土壤质地分类系统： 结合我国土壤的特点，在农业生产中主要采用前苏联的卡庆斯基的质地分类。对石砾含量较高的土壤制定了石砾性土壤质地分类标准。将砾质土壤分为无砾质、少砾质和多砾质三级，可在土壤质地前冠以少砾质或多砾质的名称。 五、土壤质地与土壤肥力性状关系 从两个方面来论述 1、土壤质地与土壤营养条件的关系 肥力性状砂土壤土粘土 保持养分能力小中等大 供给养分能力小中等大
最新土的物理性质及地基土的工程分类
土的物理性质及地基土的工程分类
第二章 土的物理性质及地基土的工程分类 1. 土力学的研究对象：土 土——土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不 同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。 §2-1 土的组成 一、土的组成?? ? ??孔隙中的水液气体 气冰土颗粒 固::: 土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。这就是土的物理性质。 二、土的固体颗粒 （一）土的颗粒级配 1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小 3．粒组——为了研究方便，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。 粒组的划分： 漂石 4．颗粒级配——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。 颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析： ①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10 分析?? ?级配良好不均匀 粒径大小接近 曲线陡 级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓 ②不均匀系数（C u ） 1060u d /d C = ?? ?<>级配不良级配良好5 C 0C u u 式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为 限定粒径d 60。 d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为 有效粒径d 10。
③曲率系数（C c ） 60102 30 c d d d C ?= 式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30 表示。 C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形 状。 C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分 漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。如石英等。 粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。 粘土矿物由两种原子层构成，主要类型??? ??高岭石 伊利石蒙脱石 粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。 二、土中的水和气 （一）土中水? ? ? ??? ???????毛细水重力水自由水弱结合水强结合水 结合水 1. 结合水 ——指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。 几万大气压 吸收力达几千极性分子水负电 土粒~? ?? -- 见P19 图1-13 （1）强结合水 ——指紧靠土粒表面的结合水。 特征：没有溶解盐类的能力，不传递静水压力，只有吸热变成蒸汽时才能移动。 物理指标：容度1.2~2.4g/cm 3 固体状态 冰点-78℃ 砂土吸 度占土粒质量1%、粘土17%。
第1章土的物理性质及工程分类
第1章土的物理性质及工程分类 1.1 土的形成 岩土体是地壳的物质组成。岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。以下就岩土的特性分别简述之。 1.2 土的组成 1.1.1 土的结构与特性 土是一种松散的颗粒堆积物。它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。空气和其它气体构成土的气体部分。土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。土的三相组成决定了土的物理力学性质。 1）土的固体颗粒 土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。 （1）固体颗粒的大小与粒径级配 土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。颗粒的大小通常用粒径表示。实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。粒组不同其性质也不同。常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。土的工程分类见本章第三节。各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。 土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。 筛分法适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。 密度计法适用于粒径小于0.075mm的土。基本原理是颗粒在水中下沉速度与粒径的平
土的物理性质与工程分类习题解答全
二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大，颗粒级配曲线越_______，不均匀系数越______，颗粒级配越______。为了获得较大的密实度，应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________，它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、_________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________，工程上常用指标________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中，可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________，分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态，对于无粘性土，一般指其________；而对于粘性土，则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征，一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高，结构性越强，其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配，一般认为，u C ______的土属级配不良，u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3，土粒比重的68.2=s d ，并测得该砂土的最 大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?，最小干密度33 min 1.5410kg /m d ρ=?，则天然孔隙比e 为 ______，最大孔隙比m ax e 为______，最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________，__________，________；按其成因可分为_________，_________，_________；按坚固程度可划分为_________，_________。 14.砂土是指粒径大于______mm 的颗粒累计含量不超过总质量的______，而粒径大于______mm 的颗粒累计含量超过总质量的______的土。 15. 土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫做_________，可用_________测定；土由半固态转到可塑状态的界限含水量叫做________，可用___________测定。 16. 在击实试验中，压实功能越大，得到的最优含水量越______，相应得到的最大干密度越______。 17. 土按颗粒级配和塑性指数可分为________、________、________、_______四种土。 18. 土中液态水按其存在状态可分为________、__________。 19. 工程上常按塑性指数的大小把粘性土分为__________、__________两种；其相应的塑性指数范围分别为__________、__________。
第四章 土的工程性质与分类
第四章土的工程性质与分类 名词解释 湿陷性：黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉，具有这种特性的黄土，称湿陷性黄土。 膨胀土：膨胀土是一种粘性土，含有较多的亲水性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化，失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。 冻土：温度小于等于0℃，并含有冰的土层，称为冻土。 土的结构：土颗粒本身的特点：土颗粒大小、形状和磨圆度及表面性质（粗糙度）等。土颗粒之间的相互关系特点：粒间排列及其连结性质。 构造：在一定土体中，土层单元体的形态和组合特征，整个土层（土体）构成上的不均匀性特征的总和。包括：层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙发育程度与特征等。 思考题 土的结构类型是什么，特征是什么？ 1.单粒结构（散粒结构）：是碎石(卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。 2.集合体结构：也称团聚结构或絮凝结构。这类结构为粘性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种类型。 单粒结构（散粒结构）特点 1) 孔隙大，透水性强，一般没有内聚力，但内摩擦力大，并且受压力时土体积变化较小。 2) 在荷载作用下压密过程很快。 3）一般情况（静荷载作用）下可不担心强度和变形问题。 集合体结构特点： 1）孔隙度和压缩性大（可达50％～98 ％）. 2）含水量大（往往超过50％），渗透性差，压缩过程缓慢. 3）具有大的易变性—不稳定性。 特殊土的特征和工程地质特性是什么及如何判别？ ?黄土的湿陷性是如何判别？ 湿陷黄土的工程特征：1）塑性较弱；2）含水较少；3）压实程度很差，孔隙较大；4）抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩量较明显；5）透水性较强；6）压缩中等，抗剪强度较高。 根据湿陷系数的大小，可以大致判断湿陷性黄土湿陷的强弱。 ?非自重湿陷性和自重湿陷性的差别？ 自重湿陷性黄土: 在上覆土自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土地基； 非自重湿陷性黄土: 只有在大于上覆土自重压力下受水浸湿后才会发生湿陷的湿陷性黄土地基。 当自重湿陷量<7cm时应定为非自重湿陷性黄土。 当自重湿陷量>7cm时应定为自重湿陷性黄土 ?湿陷起始压力和湿陷起始含水量是什么？ 黄土的湿陷量与所受压力有关，存在一个压力界限，压力低于这个数值，黄土浸水也不会湿陷，这个压力为湿陷起始压力。
土的物理性质及工程分类
课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律； 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换； 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点：指标间的相互转换及应用。 四、教学时数： 6 学时。 五、习题：
第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土，有下列三种： （1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。 （2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。 （3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 （1）土的结构 定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类： 单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。 絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。 图土的结构 3）工程性质： 密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。
土的组成和物理性质
第四讲土的组成和物理性质 一、内容提要： 本讲主要讲述土的三相组成和三相指标、土的矿物组成和颗粒级配、土的结构、粘性土的界限含水量、塑性指数、液性指数、砂土的相对密实度、土的最佳含水量和最大干密度、土的工程分类 二、重点、难点： 土的物理力学性质指标的计算 一、土的三相组成 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成。随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也将不同。 【例题1】土的三相组成中不包括的部分是（）。 A. 水 B. 气体 C. 固体颗粒 D. 矿物成分答案：D (一)土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。 1. 土的矿物成分 土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。 原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。 次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。 【例题2】在下列各类矿物中，属于次生矿物的是（）。 A. 石英 B. 长石 C. 云母 D. 蒙脱石答案：D 2. 土的粒度成分(颗粒级配) 天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度。工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分。
(1)土的粒组划分 工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间的分界线是人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。 对粒组的划分，我国有关规范均将砂粒粒组与粉粒粒组的界限为0.075mm。其余粒组划分标准可参见《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)和《土的工程分类标准》(GBJl45-90)等。 (2)粒度成分及其表示方法 土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量(以干土质量的百分比表示)，它可用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。 常用的粒度成分的表示方法是累计曲线法，也称颗分曲线法，它是一种图示的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标(按对数比例尺)表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量，如图15-4-1所示。 在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：
第一章 土的物理性质指标和工程分类
第一章 土的物理性质指标和工程分类 1-1 有A 、B 两个土样，通过室内试验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示，试绘制出它 们的级配曲线并求出C u 和C c 值。 A 土样试验资料（总质量500g ） 粒径d （mm ） 5 2 1 0.5 0.25 0.1 0.075 小于该粒径的质量（g ） 500 460 310 185 125 75 30 B 土样试验资料（总质量30g ） 粒径d （mm ） 0.075 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 0.001 小于该粒径的质量（g ） 30 28.8 26.7 23.1 15.9 5.7 2.1 1-2 从地下水位以下某粘土层取出一土样做试验，测得其质量为15.3 g ，烘干后质量为10.6 g ，土粒 比重为2.70。求试样的含水率、孔隙比、孔隙率、饱和密度、浮密度、干密度及其相应的重度。 1-3 某土样的含水率为6.0%，密度为1.60 g/cm 3,土粒比重为2.70，若设孔隙比不变，为使土样完全 饱和，问100 cm 3土样中应加多少水？ 1-4 有一砂土层，测得其天然密度为1.77 g/cm 3，天然含水率为9.8%，土的比重为2.70，烘干后测 得最小孔隙比为0.46，最大孔隙比为0.94，试求天然孔隙比e 、饱和含水率和相对密实度D r ，并判别该砂土层处于何种密实状态。 1-5 今有两种土，其性质指标如下表所示。试通过计算判断下列说法是否正确? 1. 土样A 的密度比土样B 的大； 2. 土样A 的干密度比土样B 的大； 3. 土样A 的孔隙比比土样B 的大； 1-6 试从基本定义证明： 1. 干密度 (1)1s w d s w G G n E ρρρ= =?+ 2. 湿密度 1s r w G S e e ρρ+=+