一. 物理性质指标
土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状 态、也见接反映土的工程性质。而土的松密和软 硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的 比例，作为衡量土最基本的物理性质指标，并利 用这些指标间接的评定土的工程性质
基本方法: 三相草图法
1. 三相草图
ma=0
m
mw
ms
质量
气相 液相 固相
三种粘性土矿物的形状特性
蒙脱石
伊利石
高岭石
（1）蒙脱石--亲水性大，剧烈胀缩性（膨胀土） (2 ) 高岭石--亲水性极小 (3 ) 伊利石--亲水性介于二者之间
•2. 土粒的大小和形状
•在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
•粒度：土粒的大小称为粒度
•工程中， 粒度不同 ，矿物成分不同，土的工程性质也就不同
土的固相（固体颗粒）
土是岩石风化的产物，土颗粒的矿物成分取 决于成土母岩的成分和风化作用的类型，不同的 矿物成分对土的性质的影响不同，土中矿物颗粒
的成分主要有原生矿物和次生矿物两类。
1. 土的矿物成分 •原生矿物：由岩浆冷凝而成,如石英、长石、 云母、角闪石、辉石等。
•次生矿物：由原生矿物化学风化产生,主要 是粘性矿物，包括三种类型 ：高岭石、 伊 利石、蒙脱石。
表达式:
ds
s 4C
w
单位: 无量纲
4wC 4˚C时纯蒸馏水的密度
s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量
s
ms Vs
土粒比重一般范围:
粘性土 2.70—2.75
砂 土 2.65
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
ms Soil Vs
质量
体积
4wC =1.0 g/cm3
土粒比重在数值上等于土粒的密度
示
细
5～2
粗
2～0.5 易透水，当混有云母等杂质时透
的
粒
砂粒
水性减小，而压缩性增大；无粘
中
0.5～0.25 性，遇水不膨胀，干燥时松散；
细
0.25～0.1 毛细水上升高度不大，随粒径变
小而增大
组
极细 0.1～0.075
划
粉粒
分
粗
0.075～0.01 透水性小，湿时稍有粘性，遇水
膨胀小，干时稍有收缩；毛细水
四、土中气体
❖自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大 ❖封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
小结 土有三个组成部分：固相、液相和气相
1. 固体颗粒 2. 土中水 3. 土中气体
▪ 矿物成分 ▪ 颗粒大形状 ▪ 颗粒形状
结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水)
自由气体 封闭气体
ms Soil Vs
质量
体积
一般范围: 1.60—2.20 g/cm3 相关指标:
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念
土的重度 定义: 土体单位体积所受的重力，即重力密度。
γ=ρg
单位: kN/m3
工程上更常用, 用于计算土的自重应力
土粒比重（土粒相对密度）
定义: 土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值
土的含水率
定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示
颗粒比较大的卵石 、砾石、 砂石等， 具有较大的透水性而无粘性
颗粒细小的粘粒则属于针状或片状的粘
土矿物，具有粘性而透水性差。
表
粒组名称 漂石、块石颗粒
粒径范围／ mm
>200
一般特征 透水性很大，无粘性，无毛细水
格
卵石、碎石颗粒
200～60
法
粗
表
圆砾、角砾 颗粒
中
60～10 10～5
透水性大，无粘性，毛细水上升 高度不超过粒径大小
•表述方法 土的颗粒级配曲线
曲线分析：
曲线平缓表示土中粒径大小相差悬殊，土粒 不均匀，即级配良好
曲线较陡，表示土粒均匀，各级粒组级配较 差。
作用：
其级配越良好，作为填方工程的土料 时，则比较容易获得较大的密实度．
颗粒级配可在一定程度上反映土的某 些性质。
三. 土中水（液相）
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
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
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
重力水 自由水
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
Va
Vv
Vw
V
Vs
体积
三相草图
Hale Waihona Puke ma=0mw mAir Water
ms
Soil
Va Vw Vv V
Vs
共有九个参数:
V Vv Vs Va Vω / ms m wma m
已知关系五个:
m ms mw ma ma 0
mw wVw
V Vs Va Vw Vv Va Vw
质量
体积
其它指标
实验室测定
细
0.01～0.005 上升高度较大较快，极易出现冻
胀现象
粘粒
<0.005
透水性很小，湿时有粘性和可塑 性，遇水膨胀大，干时收缩显著 ；毛细水上升高度较大，但速度 较慢
3. 粒径级配
粒径级配
——土中各粒组的含量占总质量的百分数，用质量百分数来表示
粒组的相对含量是通过颗粒分析实验测定的
•确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm) 水分法：适用于细粒土 (<0.075 mm)
•粒组：工程上常把大小性质相近的土粒合并为一组，
称为粒组。
•界限粒：划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
因此，把土的粒径按性质相近的原则划分为六个粒组: 漂石（块石）、卵石（碎石）、砾粒、砂粒、粉粒、 粘粒。
例如：土颗粒由大变小，土可由无粘性
变为粘性，且透水性随之减小。粒径大 小比较接近的土粒，其矿物成分及性质 都比较接近。
三相草图法
是一种简单而实用的方法
2. 室内测定的三个物理性质指标（试验指标）
----土的密度、土粒的比重、土的含水率
土的密度
有时也称土的天然密度 定义: 土单位体积的质量
表达式: m ms mw
V Vs Vw Va
单位: kg/m3 或 g/cm3
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
二、土的性质及工程分类
内容与重点： ➢了解土的三相组成；
➢掌握土的物理性质与土的物理状态 指标的概念、意义、计算公式和单 位；
➢熟练掌握土的物理性质指标的换算；
一、土的三相组成 土体
土的三相比例不同，其性质不同
固相 + 液相 + 气相
重要影响 次要作用 构成土骨架，起决定作用
土体三相组成示意图
二、固相