项目2 土的基本指标检测及土的工程分类
1 土的基本物理性质指标检测
工 作 任 务
1
2
土的物理状态的判定
3
土的工程分类
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任务1 土的基本物理性质指标检测
1 土的三相组成 土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石
风化
搬运、沉积
土
地球
地球
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土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
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土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。
固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。
土中水
土中气 土粒
土的三相示意图
当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙全部被气体占满时，这种土称为干土； 由土粒、水和气三者共同组成的土处于非饱和状态。 土的三相组成物质的性质、相对含量以及土的结构构造等因素， 必然会影响到土的物理性质，而土的物理性质又在一定程度上决定了 其力学性质，所以，研究土的力学性质必须首先研究其物理性质。
Air
Water Soil
Va
Vw Vv V
Vs
质量
体积
土的重度（或容重）：单位体积土的重量，用γ表
示，单位为kN/m3。
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念
工程上更常用, 用于计算土的自重应力
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表达式:
W m g g V V
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sat d
浮容重
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孔隙比 定义: 土中孔隙体积与固体颗粒体积之 比, 无量纲 e
表达式: e
Vv Vs
Air
Va
Water Soil
Vw
Vs
Vv V
在某种程度上反映土的松密
孔隙率 定义: 土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示 n
孔隙
质量
e
1+e
ms s
土粒
1
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任务2 土的物理状态的判定
1 黏性土的稠度
1.1黏性土的稠度和界限含水率
所谓黏性土，一般是指由次生矿物组成、颗粒较细，具有可塑性的土。在 外力作用下，可被塑造成任何形状，当外力去掉后，仍可保持被塑造形状的性 质称为可塑性。粘性土土粒之间的粘结力较强，呈现具有很大孔隙的蜂窝状结 构或絮状结构。
水 土粒
1
d

1 w
ms d
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（2）孔隙比与比重和干密度的关系
ms s Gs w d V 1 e 1 e
孔隙
e
体积
e
Gs w
1+e
d
1
质量
ms s
土粒
1
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自由水
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1.3 土中的气体
两种基本类型：一种是自由气体，即与大气连通的气
体；另一种是封闭气体，即与大气不连通的以气泡形 式存在的封闭气体。 土中气对土的工程性质的影响
（1）自由气体：对土的性质影响不大。
（2）封闭气体：对土的性质有较大的影响。增加土的 弹性，使土的渗透性减小，延长土体受力后变形达到 稳定的历时。
土粒比重在数值上等于土粒的密度
Gs
土粒比重常用比重瓶法测定。事先将比重瓶注满纯水，称瓶加
水的质量m1 。然后把质量为ms的烘干土装入该空比重瓶内，再加 纯水至满，称瓶加土加水的质量m2 。
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3.土的含水量
定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示 表达式:
m
mw ms
Vv
V
So il
质量
体积
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三相草图
ma=0
m mw 共有九个物理量参数: V Vv Vs Va Vω / m s mω ma m
Air
Water Soil
Va
Vw Vv V
已知五个物理量关系:
m ms m ma ma 0 m V
ma=0
----土的密度、土粒的比重、土的含水量
1.土的密度（常用环刀法、灌砂法、灌水法等测定） mw 有时也称土的天然密度 m 定义: 单位体积土的质量 ms m ms mw ma 表达式: V Vs Vw Va 单位: kg/m3 或 g/cm3 一般范围: 1.60—2.20 g/cm3
环刀法是用一个圆环刀（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。
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2.土粒比重 定义: 土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值 单位: 无量纲 Gs s 表达式: C 4 w
干密度 饱和密度 天然容重 干容重 饱和容重
m V sat ms d V m s w Vv sat V
d
m
ma=0
Air Water Soil
Va Vw Vs Vv V
mw
ms
g
d dg
质量
体积
sat satg
sat w
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2 土的物理性质指标
表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标,包括土 粒比重、含水量，密度、孔隙比、孔隙率和饱和度等。三相成分的体 积和质量间的比例关系也决定着土的物理、力学性质。
2.1
土的三相草图
ma=0
Air Water
Va Vw Vs
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结合水对土的工程性质的影响： 对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘 土矿物组成时，由于它们多呈片状，比表面很大，结合水 往往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受结合水的 重大影响。 对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量 级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中结合水的体积 可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级 配和排列。
饱和度
ma=0 定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值 m 表达式: mw ms
Air Water Soil
Va Vw Vs Vv V
Vw Sr Vv
饱和度表示孔隙中充满水的程度
Sr=0 : 干土 Sr=1 : 饱和土
质量
体积
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2.2.3物理性质指标间的换算
Air
Va
Water
Soil
Vw
Vs
Vv V
干容重 饱和密度 饱和容重
d dg
sat m s w Vv V
质量
体积
sat satg
sat w
浮容重
有效容重
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各种密度容重之间的大小关系：
天然密度
1.1.3土中的有机质
有机质是在土的形成过程中动、植物的残骸及其分解物质与土混惨沉积在 一起经生物化学作用生产的物质。
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1.2 土中的水（土的液相）
强结合水：紧靠土颗粒表面 结合水 由于电分子引力 作用而紧密吸附 于土粒表面的水
稠度：指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或 破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。 稠度状态与含水量有关
粘性土 含水量
较硬 变软 流动
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（4）饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
w s
体积
Sr
Vw wGs w Vv e e
质量
空气 水 土粒 土的三相图
Vw w s
mw ws
e
w
e wsat Gs
ms s
1
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（5）浮密度与比重和孔隙比的关系
体积
ms Vs w ' V s w Gs 1 w 1 e 1 e
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1.1 土的固相
形成土粒的矿物成分各不相同，主要取决于成土母岩的矿物成分及 其风化作用。
1.1.1原生矿物
是指岩石经物理风化作用破碎形成的矿物颗粒，如石英、长石、云母等。
1.1.2次生矿物
是原生矿物经化学风化作用后形成的新的矿物，主要是粘土矿物，包括三 种类型： 高岭石、伊里石、蒙脱石。
m m ms w(%) w ms ms
ma=0 m mw ms
Air Water Soil
Va Vw Vs Vv V
质量 注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％。
体积
测定含水率常用的方法是烘干法、酒精燃烧法、土壤湿度计。
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咨询：相关知识 含水率试验：烘干法