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1、第第1章章 土的物理性土的物理性质质和工程分和工程分类类1.4 1.4 土的物理性质三相土的物理性质三相比例指标的测定及计算比例指标的测定及计算1.1 1.1 土的生成土的生成1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造1.5 1.5 无粘性土的特性无粘性土的特性1.7 1.7 粘性土水粘性土水-土系统土系统的工程特性的工程特性1.8 1.8 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 粘性土及粉土粘性土及粉土的特性的特性 1.1 1.1 土的生成（一）土的生成（一）土的生成（一）土的生成（一）1.1.1 岩石岩石风化的化的产物及成土作用物及成土作用 自然界
2、的岩石岩石岩石岩石不断经历着物理、化学和生物风风化作用化作用化作用化作用等，形成各种风化产物，又经搬运、沉积等作用形成土。土。土。土。岩石岩石漫长地质年代、内外力漫长地质年代、内外力地质作用、沉积、变质地质作用、沉积、变质风化、剥蚀、搬运、沉积环境风化、剥蚀、搬运、沉积环境成土作用成土作用成土作用成土作用土土 1.1 1.1 土的生成（二）土的生成（二）土的生成（二）土的生成（二）1.1.2 陆相沉相沉积1.残积层2.坡积层3.洪积层,泥石流,冰川堆积物4.河流冲积层5.湖积层6.风积层1.1.3 海相沉海相沉积1.滨海及泻湖沉积2.浅海沉积3.深海沉积 1.1.2 2 土的三相组成（一）土的
3、三相组成（一）土的三相组成（一）土的三相组成（一）Vs、Vw、Va 分别为固体、水、气体部分的体积；Vv=Vw+Va，Vv 为土中孔隙的体积；V=Vs+Vv，V 为土样的总体积；ms、mw、ma 分别为固体、水、气体部分的质量，ma可以忽略；m=ms+mw，m 为土样的总质量。土颗粒液 体气 体孔孔 隙隙土颗粒 1.1.2 2 土的三相组成（二）土的三相组成（二）土的三相组成（二）土的三相组成（二）1.2.1 土中的固体土中的固体颗粒粒粒度粒度粒度粒度：土颗粒的大小；粒径粒径粒径粒径：土颗粒当量小球体的直径；粒粒粒粒组组：按粒径大小把粒径相近、工程性质相近土颗粒划分为若干组；粒径粒径粒径粒径级
4、级配曲配曲配曲配曲线线：表达颗粒分析结果的曲线；有效粒径有效粒径有效粒径有效粒径：d10连续连续粒径粒径粒径粒径：d30控制粒径控制粒径控制粒径控制粒径：d60颗颗粒粒粒粒级级配不均匀系数配不均匀系数配不均匀系数配不均匀系数：表示曲线的斜率，Cu=d60/d10；曲曲曲曲线线的曲率系数的曲率系数的曲率系数的曲率系数：表示曲线的连续性状况，Cc=d302/(d10 d60)。定量表示粒径级配曲线的特征及工程意义定量表示粒径级配曲线的特征及工程意义；1.1.2 2 土的三相组成（三）土的三相组成（三）土的三相组成（三）土的三相组成（三）当Cu10且Cc=13：级配良好的土级配良好的土级配良好的土级
5、配良好的土；若不能同时满足上述两个条件：级配不良的土级配不良的土级配不良的土级配不良的土。Cu=166.7Cc=2.96Cu=2.25Cc=0.84Cu=18.0Cc=0.88粒径级配曲线粒径级配曲线粒径级配曲线粒径级配曲线 1.1.2 2 土的三相组成（四）土的三相组成（四）土的三相组成（四）土的三相组成（四）土粒的土粒的土粒的土粒的矿矿物化学成分物化学成分物化学成分物化学成分原生原生原生原生矿矿物物物物：岩石风化后化学成分未变化、化学性质稳定的矿物；次生次生次生次生矿矿物物物物：经反复风化和搬运，化学成分和性质变化形成的新矿物；有机有机有机有机质质：生物遗骸及其分解物，形成有机质土、泥炭等
6、；可溶可溶可溶可溶、难难溶溶溶溶及不溶不溶不溶不溶盐类，各种化合物及多种微量元素各种化合物及多种微量元素各种化合物及多种微量元素各种化合物及多种微量元素。粘土粘土粘土粘土矿矿物物物物对对粘性土的工程影响粘性土的工程影响粘性土的工程影响粘性土的工程影响颗颗粒极粒极粒极粒极细细，比表面，比表面，比表面，比表面积积极大极大极大极大：可衡量土粒间连接的牢固程度；吸附能力极吸附能力极吸附能力极吸附能力极强强：具有很强的离子吸附及交换作用；粘土粘土粘土粘土矿矿物物物物颗颗粒的粒的粒的粒的带电带电性性性性。1.1.2 2 土的三相组成（五）土的三相组成（五）土的三相组成（五）土的三相组成（五）1.2.2 土
7、中的水土中的水矿矿物物物物结结晶水或化学晶水或化学晶水或化学晶水或化学结结合水合水合水合水 通常在高温或长期加热下发生变化，不包括在土的含水量计算中。结结合（吸附）水合（吸附）水合（吸附）水合（吸附）水 强结合水：吸附紧贴在土颗粒表面的水膜固定层，厚度15nm；弱结合水：强结合水膜外圈的水膜扩散层，厚度10100nm。自由水自由水自由水自由水 毛细水：存在于地下水位以上土颗粒间孔隙中的水，有溶解作用；重力水：地下水位以下的液态水，受重力规律支配，有浮力作用。1.1.2 2 土的三相组成（六）土的三相组成（六）土的三相组成（六）土的三相组成（六）1.2.3 土中的气体土中的气体自由气体自由气体自
8、由气体自由气体 与外界大气相通，当土层受荷载作用压缩时，易使之逸出。封封封封闭闭气泡气泡气泡气泡 粒径较细的土中，与大气隔绝，受荷载作用时，会被压缩或溶解，压缩性增加，透水性减小，使土体不易压实。有毒性气体、可燃性气体有毒性气体、可燃性气体有毒性气体、可燃性气体有毒性气体、可燃性气体 造成地质灾害。1.3 1.3 土的结构、构造（一）土的结构、构造（一）土的结构、构造（一）土的结构、构造（一）1.3.1 土粒土粒结结构构 单粒结构单粒结构单粒结构单粒结构较粗颗粒的土，如砾石、砂粒等 蜂窝状结构蜂窝状结构蜂窝状结构蜂窝状结构较细颗粒的土，如粉粒等絮凝状结构絮凝状结构絮凝状结构絮凝状结构微小的黏粒
9、、胶体颗粒 1.3 1.3 土的结构、构造（二）土的结构、构造（二）土的结构、构造（二）土的结构、构造（二）1.3.2 土体构造土体构造土体中各组成部分之间的排列、分布及外貌特征，如土层的层理及裂隙等宏观特征。反映了土的成因、土形成时的地质环境、气候特征及土层形成后的演变结果等。土体构造土体构造土体构造土体构造层状构造层状构造层状构造层状构造裂隙状构造裂隙状构造裂隙状构造裂隙状构造分散状构造分散状构造分散状构造分散状构造结核状构造结核状构造结核状构造结核状构造 1.4 1.4 土的物理性质三相比例指标的测定及计算（一）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（一）土的物理性质三相比例指标的测定及计
10、算（一）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（一）1.4.1 常用物理性常用物理性质指指标的定的定义及及应用用 1.基本指基本指标土粒相土粒相土粒相土粒相对对密度密度密度密度 ds=ms/mw=s/w，mw为4C时同体积水的质量土的天然含水量土的天然含水量土的天然含水量土的天然含水量 w=mw/ms (%)土的天然密度土的天然密度土的天然密度土的天然密度 =m/V (g/cm3)环刀法环刀法实验室测定：相对密度瓶法实验室测定：相对密度瓶法烘干法烘干法实测指标实测指标实测指标实测指标 1.4 1.4 土的物理性质三相比例指标的测定及计算（二）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（二）土的物理性质
11、三相比例指标的测定及计算（二）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（二）2.换算指标换算指标孔隙比孔隙比孔隙比孔隙比 e=Vv/Vs孔隙率孔隙率孔隙率孔隙率 n=Vv/V(%)饱和度饱和度饱和度饱和度 Sr=Vw/Vv(%)干密度干密度干密度干密度、干重度干重度干重度干重度 d=ms/V (g/cm3)、d=d g (kN/m3)饱和密度饱和密度饱和密度饱和密度、饱和重度饱和重度饱和重度饱和重度 sat=(ms+Vv w)/V (g/cm3)、sat=sat g (kN/m3)有效密度有效密度有效密度有效密度、有效重度有效重度有效重度有效重度 =(ms-Vs w)/V (g/cm3)、=g (
12、kN/m3)假设则 1.4 1.4 土的物理性质三相比例指标的测定及计算（三）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（三）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（三）土的物理性质三相比例指标的测定及计算（三）推导各指标间的关系推导各指标间的关系推导各指标间的关系推导各指标间的关系于是根据定义式就便可推出各个指标间的换算式。例如例如例如例如在进行某地基勘察时，取一原状土样，由试验测得：土的天然密度=1.8g/cm3，土粒相对密度ds=2.70，土的天然含水量w=18.0%，试求其余六个指标。解：例题例题例题例题1 1 例题例题例题例题2 2某原状土样的总体积V=140cm3，湿土质量m=258g，干
13、土质量ms=208g，土粒的相对密度ds=2.68，求土样的密度、重度、干密度、干重度、含水量、孔隙比及饱和重度。解：某填土工程，土料的e=0.95，Sr=37%，ds=2.72，若孔隙比不变，使其达到w=18%，问：1)每1m3土中需要加水多少？2)每1000kg土中需要加水多少？解：如图分析：如图分析：e不变，且不变，且ms和和Vs不变，就是孔隙体积不变；总体积不变。不变，就是孔隙体积不变；总体积不变。假定加水前土的含水量为假定加水前土的含水量为w1，则：，则：加水后加水后(w2=18%)e=Vv/Vs=0.95填土材料填土材料加水前加水前(w1=12.9%)ms,Vsmw1,Vve=Vv
14、/Vs=0.95ms,Vsmw2,Vv 例题例题例题例题3 31 1 1 1）每）每）每）每1 1 1 1m m m m3 3 3 3土中需要加水土中需要加水土中需要加水土中需要加水2 2 2 2）每）每）每）每1000kg1000kg1000kg1000kg土中需要加水土中需要加水土中需要加水土中需要加水 1.5 1.5 无粘性土的特性无粘性土的特性无粘性土的特性无粘性土的特性（一）一）一）一）1.5.1 孔隙比孔隙比优优点点点点：简简便便便便缺点缺点缺点缺点：不能全面地考虑土土土土颗颗粒的粒的粒的粒的级级配影响配影响配影响配影响。土的名称分类密实度密实中密稍密松散砾,粗,中砂e 0.60.
15、6 e 0.750.750.85细粉砂e 3015 N 3010 N 15N 10 1.1.6 6 粘性土及粉土的特性（一）粘性土及粉土的特性（一）粘性土及粉土的特性（一）粘性土及粉土的特性（一）1.6.1 粘性土粘性的来源粘性土粘性的来源原始内聚力原始内聚力原始内聚力原始内聚力：物质分子间及微粒间的微观力所构成的凝聚力；固化内聚力固化内聚力固化内聚力固化内聚力：土体内含有的矿物质和化学物质产生的胶结固化作用。1.6.2 含水状含水状态特征及界限含水量的特征及界限含水量的测定定w ws sw wp pw wL L半固体半固体半固体半固体坚硬,含少量弱结合水可塑态可塑态可塑态可塑态含少量自由水结
16、合水固体固体固体固体含有强结合水流动态流动态流动态流动态含大量自由水缩限缩限缩限缩限塑限塑限塑限塑限液限液限液限液限 1.1.6 6 粘性土及粉土的特性（二）粘性土及粉土的特性（二）粘性土及粉土的特性（二）粘性土及粉土的特性（二）常用的界限含水量液限wL和塑限wp测定液限液限液限液限 ：液限仪：锥式（图a）、碟式（图b、c）塑限塑限塑限塑限 ：搓条法液限塑限液限塑限液限塑限液限塑限联联合合合合测测定定定定仪仪：1.6.3 两个重要指标及其工程应用1 1、塑性指数、塑性指数、塑性指数、塑性指数 Ip越大土的可塑性范围越大。对黏性土分类：2 2、液性指数、液性指数、液性指数、液性指数 表示粘性土含
17、水软硬状态。稠度指数稠度指数稠度指数稠度指数 Ic 越大，土体越稠、越硬。软硬状态坚硬硬塑可塑软塑流动液性指数IL 00 IL 0.250.25 IL 0.750.75 1.0黏性土的软硬状态分类 1.1.6 6 粘性土及粉土的特性（三）粘性土及粉土的特性（三）粘性土及粉土的特性（三）粘性土及粉土的特性（三）黏土黏土黏土黏土；粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土1.6.4 黏性土的活动度、灵敏度及触变性活活活活动动度度度度 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度触触触触变变性性性性 1.1.6 6 粘性土及粉土的特性（四）粘性土及粉土的特性（四）粘性土及粉土的特性（四）粘性土及粉土的特性（四）不活动黏土不活动黏
18、土不活动黏土不活动黏土一般黏土一般黏土一般黏土一般黏土活动黏土活动黏土活动黏土活动黏土强活动黏土强活动黏土强活动黏土强活动黏土不灵敏不灵敏不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏灵敏灵敏高灵敏高灵敏高灵敏高灵敏流动流动流动流动1.7.1 粘性土的夯粘性土的夯(压)实性性 击实试验击实试验 以干密度和含水率关系作出击实曲线。击实曲线峰峰峰峰值值点点点点对应纵坐标为最大干密度最大干密度最大干密度最大干密度，横坐标为最最最最优优含水率含水率含水率含水率(量量量量)。1.1.7 7 粘性土水粘性土水粘性土水粘性土水-土系统的工程特性（一）土系统的工程特性（一）土系统
19、的工程特性（一）土系统的工程特性（一）饱和度最大干密度最大干密度最优含水率最优含水率1.7.2 粘性土的收粘性土的收缩、膨、膨胀、崩解、崩解收收收收缩缩：由于含水量的蒸发而引起土体积缩小的现象。土的收缩值和矿物成分有关。膨膨膨膨胀胀：土体中粘粒、胶粒含量越多，膨胀性越显著。如蒙脱土吸水膨胀显著，失水收缩也显著。崩解崩解崩解崩解：土在胀缩过程中由于应力不均匀、土粒间距超过引力作用范围，土体就出现崩解现象。1.7.3 粘性土粘性土土土质改良改良 1.7.4 粘土中的降、排水粘土中的降、排水 1.7.5 冻结过程中水分的迁移和程中水分的迁移和积聚聚 1.1.7 7 粘性土水粘性土水粘性土水粘性土水-
20、土系统的工程特性（二）土系统的工程特性（二）土系统的工程特性（二）土系统的工程特性（二）常用土的分类有：碎石、碎石、碎石、碎石、砾砾石石石石类类土土土土；砂砂砂砂类类土土土土；粉土粉土粉土粉土；粘性土粘性土粘性土粘性土；特殊土（湿陷性黄土、特殊土（湿陷性黄土、特殊土（湿陷性黄土、特殊土（湿陷性黄土、软软黏土、膨黏土、膨黏土、膨黏土、膨胀胀土、土、土、土、盐渍盐渍土、土、土、土、冻冻土等等）土等等）土等等）土等等）。1.8 1.8 土的工程分类土的工程分类土的工程分类土的工程分类可参见现行有关对土分类的标准、规范（规程），如：国家标准土的工程分类标准（GB/T 501452007）；建设部建筑地基基础设计规范（GB 500072002）；建设部岩土工程勘察规范（GB 500212001）；交通部公路土工试验规程（JTGE402007）；水利部土工试验规程（SL 2371999）。