常见值
ρ＝(1.6～2.2)g/cm3， ＝(16～22)kN/m3
[ 容重 ：单位体积的重量]
土的重度
天然状态下，土单位体积的重量，称为土 的重度 范围：16～22 土工试验：环刀法
W mg (kN / m3 ) V V
土的重度取决于土粒的重 量，孔隙体积的大小和孔隙中
水的重量，综合反映了土的组
V Ah1 VS Ah1 e1＝ V 1 1 VS VS VS
由于逐级（一般为6级）施加荷载在不同压力p作用下，可得 到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力， 以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线．
2、压缩性指标
根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的 1）、压缩系数： 变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条 直线来代替。
Vs
m ms mw ma ma 0 mw w Vw
质量
体积
V Vs Va Vw Vv Va Vw
土的三相简图
• 1、土的天然密度
土的天然密度，指土在天然状态下单位体 积的质量,又称湿密度。它影响土的承载力、 土压力及边坡的稳定性。
土的总质量 m ( kg / m3 ) 土的总体积 V
5.孔隙比e和孔隙率n
孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比 ◇e<0.6 低压缩性土 e>1.0 高压缩性土
Vv e Vs
Vv n 100% V
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示
6.土的饱和度Sr
土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示 饱和度描述土中孔隙被水充 V 满的程度。干土Sr=0,饱和土 Sr 100% Vv Sr=100%。 砂土根据饱和度分 为三种状态:
剪切容器与应力环
土的概念 及生成
土的工程 分类 土的物理 状态
土的组成
土
土的结构 土的构造
土的物理 性质
p1
p2
e-p曲线
实际工程中，往往用割线斜率表示：
≥0.5
0.1～0.5 <0.1
3
直接剪切试验
土的抗剪强度的测定方法
试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）
应变直剪仪试验原 理：对同一种土至 少取4个平行试，分 别在不同垂直压力 下剪切破坏，将试 验结果绘制抗剪强 度f与相应垂直压力 的关系图。
无粘性土 粘性土
化学风化
生物风化
二、土的组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架， 起主体作用
重要影响
次要作用
土体三相组成示意图
1 、土的固体颗粒(固相)
土的固体颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗 粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起， 构成土的骨架。
土中最稳定、变化最 小的成分
固体颗粒的大小 和形状 土粒的矿物成分
e e0 e1 e2
一般取压缩曲线上M1M2两点切线的 斜率值，称为土的压缩系数。
M1
Δe e1－e 2 斜率a = tgβ = － = Δp p 2－p1
（MPa-1）
△e △p
M2
β
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝ 200kPa对应的压缩系数a1-2评 价土的压缩性 p 土的类别 高压缩性土 中压缩性土 低压缩性土 a1-2 (MPa-1)
p
si
Vv＝e0
h0 h0/(1+e0)
Vs＝1
hi hi/(1+e)
V’v＝ ei Vs＝1
hi h1 si
受荷后土样的高度变 化: 设初始高度h0,受 压后的高度hi,则 hi=h0—si, si为每级荷 载作用下的变形量
ei e1 si (1 e1 ) h1
土样体积在受 h1 A hA i VS 压前后不变 1 e1 1 ei 其中
【例3】某料场30万方土料，初始孔隙比e1＝1.2，问可填筑 e2＝0.7的土堤多少立方米？ 【解答】
V 30 Vs 13.64 1 e1 1 1.2
V＝Vv+Vs=e2Vs+Vs=(0.7+1)Vs=1.7×13.64=23.18万方 （填筑前后Vs不变）
• 1、压缩系数
研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
相关知识1：土地物理性质
土的形成
影响
土的组成
反映
力学性质
决定
物理性质 及状态
体现
工程特点
一、 土的成因
土是指：地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风 化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或 胶结很弱的颗粒堆积物。
土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积 等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物 岩石 地球 风
成和结构特征。 对具有一定成分的土而言， 结构愈疏松，孔隙体积愈大， 重度值将愈小。

2.土粒比重(土粒相对密度)
Ws 1 ds Vs w
单位: 无量纲 范围：2.6～2.8 土粒重度与同体积4℃时纯水的重 度比值。
比重瓶法测得
3.土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比。％
质量m
气 mw m 水 土粒
化 搬运、沉积
土
地球
风化 作用分类
物理风化
矿物成 分未变 矿物成 分改变
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影 响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程 中因碰撞和摩擦而破碎 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作 用而改变其矿物的化学成分，形成新的 矿物 原生矿物 次生矿物 有 机 质 动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒 的粒度或成分的变化
物理状态 力学性质
1）土的颗粒级配
工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分 为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况， 通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占 土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级 配
试验方法
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm
比重计法:适用于d＜0.075mm
筛分法：
砂土湿度状态
饱和度Sr （ % ）
稍湿
Sr ≤ 50
很湿
50<Sr ≤ 80
饱和
Sr >80
•
• • •
例题1：已知土的总质量为0.123Kg， 体积70m3,含水量20%。问土的密度、干 密度是多少？ 解答： m 0.1231.78g / mm3 密度： V 70
ms 0.123 1.48g / mm3 干密度： d V 70(120%)
体积V
Vw Va V

m m ms 100% 100% ms ms
ms
土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。
天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件 及其所处的自然地理环境等有关。
测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法
Vs
4.不同状态下土的密度和重度
质量m 体积V Vw Va VV
ds
【例2】 某饱和土体积为97 cm 3 ，土的重力为1.98N，土烘 干后重力为1.64N，求含水量ω、土粒比重 ds , 孔隙比e 和孔隙率n。 【解答】 W Ws 1.98 1.64 100% 20.7% 含水量
Ws 1.64
W 1.98 103 3 20.4 kN / m V 97 106 水的体积 W Ws (1.98 1.64) 103 Vw 3.4 105 m3 34cm3 rw 10 20.4 Vw 34 3 16.9 kN / m e 0.539 d 1 1 0.207 V Vs 97 34 (1 e) d (1 0.539) 16.9 ds 2.6kN / m3 w 10
干密度ρd ：单位体积中固体
颗粒部分的质量
d
ms V
气
mw m 水
ms
土粒
Vs
工程上用以控制填方的施工质量。
浮密度ρ ：土单位体积内土
粒质量与同体积水的质量之差

ms Vs V
饱和密度ρsat ：土体中孔隙完
全被水充满时的土的密度
sat
ms Vv V
各密度指标在数值上的关系： ρsat >ρ>ρd >ρ 可证明：ρ ＝ ρsat－ρw
利用不同大
小的土粒在水
中的沉降速度 不同来确定小 于某粒径的土 粒含量
四、土物理性质指标
九个物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m 物性指标是 比例关系: 可假设任一 参数为1 物理量关系: ma=0 m mw 空气 Air Va
Vv 水 Water
Vw V
ms
固体 Solid
200g
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
将风干、
10 16 18 24 22 38 72
P % 95 87 78 66 55 36
分散的代表性 土样通过一套 孔径不同的标 准筛，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。
筛分法原理图
沉降法（比重计法或移液管法） :