200g 10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
72 水分法
100 土的颗粒级配累积曲线
P
90 80
% 95
70 60 50
87 78
40 30 20
66
10 0
55
36
粒径(mm)
粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10
•界限粒径 划分粒组的分界尺寸
土粒粒组的划分（GBJ145-90)
巨粒土
粗粒土
细粒土
块石 卵石 砾石 砂粒 粉粒 粘粒
d
粗 中 细粗 中 细
mm
200
60 20
5
2
0.5
0.25
0.075
0.005
（0.002）
11
12
小于某粒径之土粒质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
其它指标
实验室测定
三相草图法
是一种简单而实用的方法
剩下三个独立变量 对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量
1.室内测定的三个物理性质指标（基本试验指标）
----土的天然密度、土粒比重（土粒相对密度）、土的含水量
1）土的天然密度
定义: 土单位体积的质量
表达式:
ρ= m = V
ms + mw Vs + Vw + Va
片架结构 (凝聚结构)
淡水中沉积
海水中沉积
表面力、胶结力 （粒间斥力占优势）
面与面
次生矿物
表面力、胶结力 （斥力减小引力增加）
边、角与面 边、角与边
次生矿物
天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。
29
30
1.2.3 土的结构和构造
2.土的构造
1）概念
土的构造是指土层不同部分之间相对位置的特征，即在同一土层中的物质成 分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系。不同成因与不同年代 形成的土体其构造也不相同。
分析对象: 水柱
πr2hcγw=2πrTcosα
• 上升高度:
毛细水上升的高度和速度 取决于土的孔隙、有效粒 径、土孔隙中吸附的空气 和水的性质等
土中毛细现象
hc
=
2T cosα rγ ω
粘土 粉土
毛细升高与孔径成反比
砂土 砾石
毛细压力
2πrTcosα+ucπr2 = 0 • 假定α= 0, 毛细压力 uc = −γωhc
小 大 大 小
伊利石
中 80-100m2/g
中 中 中 中
蒙脱石
小 800m2/g
大 小 小 大
粘土矿物的带电性质
研究表明：
粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷
9
10
2. 土粒粒组和颗粒级配
颗粒大小
影响土性 的主因
各粒径成分 在土中占的 比例
狭义的颗粒级配
•粒度 土粒的大小
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
• 非饱和土中毛细张力影响
分析对象: 水膜
对砂土强度的影响:毛细边角 水, 假凝聚力
23
24
干的砂土与饱和砂土是没有粘聚力的。而潮的 砂土中砂粒间有水将它们连接起来,水气表面毛 细力将砂粒“粘接”在一起。形成“假粘聚力”。
将湿手插入干砂,拔出手后,手上会“粘”许 多砂粒;在河(海)砂滩的干燥部分和水下部分, 们无法竖直挖洞;而在潮湿部分,我们可以垂直 挖个小竖井而不垮,这就源于“假粘聚力”。
1.土中水的存在形态
天然土体中常含有一定数量呈液态、固态或气态的水。一般土 需研究液态水，冻土还需研究固态水的含量。土中气态水，对土的性 质影响不大，通常不作重点研究。
结晶水 矿物内部的水 结合水 吸附在土颗粒表面的水 自由水 电场引力作用范围之外的水 土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷
2.土中水的分类
粒径(mm)
曲线 d60 d10 d30 Cu Cc
L
0.081
3.98
M 0.33 0.005 0.063 66 2.41
R
0.030
0.545
15
16
颗粒级配
颗粒级配累积曲线及指标的用途：
1）粒组含量用于土的分类定名；P23
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5，不均匀土； Cu < 5, 均匀土。
2）分类
a)成层性：即层理构造。 b)裂隙性: 裂隙破坏土的整体性。沿裂隙面的抗剪强度很低，渗透性很高，浸水以 后裂隙张开，严重破坏土的结构，使土的强度降低，这对工程建设是不 利的。
1.3 土的物理性质指标
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 影响 粘性土的软硬状态
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3，级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1，级配不连续土。
4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1，级配 不良的土。
3.土中气
自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大
在粗粒土中常可见与大气相连通的空气，在受力时，气体能很快 从孔隙中逸出，一般不影响土的性质。
封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
在细粒土中，常存在与大气不相连通的封闭气泡，在土体受压 时，气体体积缩小，卸荷后体积又恢复，这使土的弹性变形增大而透 水性减小。
25
26
1.2.3 土的结构构造
1.土的结构 1）概念
土的结构是指土粒相互排列的特征和粒间的联结能力。它与土的 矿物成分、颗粒形态和沉积条件有关。
2）分类
一般土的结构可归纳为三种基本类型。
（a）单粒结构
a)单粒结构
（b）蜂窝结构
（c）絮状结构
单粒结构是砂、砾等粗粒土常呈现的结构特征。
b)蜂窝结构
蜂窝结构是粉土常呈现的结构特征。
c)絮状结构
絮状结构是细小的粘粒（粒径小于0.005mm）或胶粒常呈现的结构特征。
27
28
※粗粒土的结构
• 示意图
单粒结构
• 粒间作用力 重力，毛细力 • 排列形式 点与点、点与面 • 矿物成分 原生矿物
※细粒土的结构
• 示意图
• 形成环境 • 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分
片堆结构 (分散结构)
强结合水(强束缚水或吸着水)
表面结合水
紧附于矿物颗粒表面。
弱结合水
是在强结合水外围形成的一层结合水膜。 重力水
重力水可以在土孔隙中自由流动
自由水
毛细水
受到水和空气交界面处表面压力的作用， 存在于地下水位以上的透水层中自由水
19
20
结合水
强结合水
• 排列致密、定向性强 • 密度>1g/cm3 • 冰点处于零下几十度 • 具有固体的的特性 • 温度高于100°C时可蒸发
相比例关系的物理量称为土的三相比例指标。
为了研究土粒、水和空气这三相在数量上的相互关系，我们设想把土
体的各相分别集中在一起，用三相图来直观地表示三相物质在体积和质量
(重量)上的相对关系 。
三相草图
ma=0
质量 m
mw
Air Water
Va
Vv
Vw
V 体积
ms
Soil
Vs
33
34
三相草图
ma=0
mw m
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
土的颗粒级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60 d50 d30
d10
粒径(mm)
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡—相应粒组质量集中 缓--相应粒组含量少 平台--相应粒组缺乏
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
较大颗粒缺少 Cc 减小 较小颗粒缺少 Cc 增大
土的颗粒级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d30
d10
C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
土原岩相同的矿物成分。 如：长石、石英、云母颗粒
次生矿物 在化学风化作用下，由于改变了
成土原岩原来的矿物成分，形成 了新矿物。主要是粘土矿物。 如：蒙脱石、伊利石、高岭石
粘土矿物:
由硅片和铝片构成的晶胞所组合而成
7
8
粘土矿物的 晶格构造
粒径 比表面积 胀缩性 渗透性 强度 压缩性
高岭石
大 10-20m2/g
弱结合水
• 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
• 外力作用下可以移动 • 不因重力而移动，有粘滞性
自由水
重力水 毛细水
在重力作用下可在土中自由流动
• 存在于固气之间 • 在重力与表面张力作用下
可在土粒间空隙中自由移动
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22
毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管