2、土的物理性质及工程分类
2.1 概述 2.2土的组成及土的结构 2.3 土的物理性质指标 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粘性土的物理特性 2.6 土的渗透及渗流 2.8 土的工程分类
2.1 概述
土的形成
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 地球
风化 搬运、沉积
土 地球
形成过程 形成条件
筛分法
200g
P
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
72
% 95 87 78 66 55 36
筛分法原理图
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
2、曲率系数
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
特征粒径: d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
粒径级配累积曲线及指标的用途：
➢粒组含量用于土的分类定名；
➢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
影响
物理力学性质
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
2.2 土的三相组成及土的结构
2.2.1 土的固体颗粒
土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定 土的工程性质的主要成分。
1.土粒的矿物成分
（1）原生矿物 （2）次生矿物 （3）腐植质
次生矿物
蒙脱石
高岭石
伊利石
伊利石
高岭石
（1）孔隙比e
0.6
0.75
密实
中密
稍密
0.85
松散
❖ 优点：简单方便 ❖ 缺点：无法反映土的级配因素
分析对象: 水柱
r 2hc w 2 rT cos
T为表面张力
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
2.2.2.5 土体中气体(气相)
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分, 存在形式有两种:
土体中气体
自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大 封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性
三相指标的定义
土颗粒 土中水 土中气
固相 液相 气相
ma=0 mw
m
ms
Air 空气 Water 水
Va
Vv Vw
V
Soil 固体颗粒 Vs
质量
体积
❖ 土的物理性质指标一共有9个。 ❖ （1）反映土松密程度的指标有2个：
➢ 土的孔隙比 e=Vv/Vs ➢ 土的孔隙率 n=Vv/V×100％
（2）反映含水程度的指标有2个： 土的含水量 w= mw/ms×100％
土的饱和度 Sr=Vw/Vv×100％
❖ (3) 特定条件下的密度指标有5个：
➢ 土的天然密度 ρ=m/v
➢ 土的干密度 ρd=Ms/V
➢ 土的饱和密度 ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V
➢ 土的浮密度（有效密度）
ρ/= (ms-Vs×ρw)/V=ρsat- ρw
➢ 土粒相对密度（土粒比重）
ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)= ρs /ρw1
蒙脱石
2.土颗粒的大小与形状
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 •界限粒径
3.土的粒径级配
（1）定义
工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量 的百分数来表示，称为土的粒径级配。
（2）粒径分析方法
• 筛分法（d>0.075mm的土） • 密度计法（d<0.075mm的土）
筛分法（d>0.075mm的土）
密度计法（d<0.075mm的土）
（3）颗粒级配的表示方法
表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法
10-2 2-0.05
A
0
99
0.050.005
1
<0.005 0
B0
66
30
4
C 44 56
0
0
100
小于某粒径的土粒质量/%
80
60
40
20
0 10
1
0.1
0.01
1E-3
粒径/mm
1、 不均匀系数
的特性 ➢ 温度高于100°C时可蒸发
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作 用
2.2.2.3 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
其中三个基本试验指标
土的天然密度ρ 测定：环刀法
土的含水量w
测定：烘干法
土粒相对密度（土粒比重）ds
测定：比重瓶法
其它6个指标：Sr、ρd、 ρsat 、ρ/、e、n
可通过指标换算得到。
2.3.4 指标的换算
土的密度、含水量、土粒比重是通过试 验测定，其他指标可由这三个指标换算得 到。
2.4 无粘性土的密实度
2.2.2 土中水和气
2.2.2.1 土中水存在的状态
（1）固态水 （2）气态水 （3）液态水
结合水: 吸附在土颗粒表面的水
强结合水 弱结合水
自由水: 电场引力作用范围之外的水 重力水
毛细水
结合水
强结合水
➢ 排列致密、定向性强
➢ 密度>1.2~2.4g/cm3
➢ 冰点-76℃ ➢ 具有极大的粘滞性和固体
➢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
➢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
2.2.3 土的结构构造
2.2.1 Leabharlann 的结构单粒结构砂粒
蜂窝结构
粉粒
絮状结构
粘粒
2.2.2 土的构造
❖ 层状构造 ❖ 分散构造 ❖ 结核状构造 ❖ 裂隙状构造
2.3 土的物理性质指标
2.3.1 土的三相比例指标
概述
土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态， 也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主 要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。