土的组成和物理性质

第四讲土的组成和物理性质

一、内容提要：

本讲主要讲述土的三相组成和三相指标、土的矿物组成和颗粒级配、土的结构、粘性土的界限含水量、塑性指数、液性指数、砂土的相对密实度、土的最佳含水量和最大干密度、土的工程分类

二、重点、难点：

土的物理力学性质指标的计算

一、土的三相组成

土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成。随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也将不同。

【例题1】土的三相组成中不包括的部分是（）。

A. 水

B. 气体

C. 固体颗粒

D. 矿物成分答案：D

(一)土的固相

土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。

1. 土的矿物成分

土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。

原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。

次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。

【例题2】在下列各类矿物中，属于次生矿物的是（）。

A. 石英

B. 长石

C. 云母

D. 蒙脱石答案：D

2. 土的粒度成分(颗粒级配)

天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度。工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分。

(1)土的粒组划分

工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间的分界线是人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。

对粒组的划分，我国有关规范均将砂粒粒组与粉粒粒组的界限为0.075mm。其余粒组划分标准可参见《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)和《土的工程分类标准》(GBJl45-90)等。

(2)粒度成分及其表示方法

土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量(以干土质量的百分比表示)，它可用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。

常用的粒度成分的表示方法是累计曲线法，也称颗分曲线法，它是一种图示的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标(按对数比例尺)表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量，如图15-4-1所示。

在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：

(3)粒度成分测定方法

对于粗粒土可以采用筛分法，而对于细粒土(粒径小于0.075mm)则必须用沉降分析法测定其粒度成分。筛分法是用一套不同孔径的标准筛把各种粒组分离出来的方法。沉降分析

法是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司笃克斯公式来确定各粒组相

对含量的方法。

【例题3】粗粒土与细粒土的粒径界限是（）。

A. 2mm

B. 0.25mm

C. 0.075mm

D. 0.05mm 答案：C 【例题4】在土体粒度成分的表示方法当中，称为有效粒径的是（①），称为限定粒径的是（②）。

A. d10

B. d30

C. d50

D. d60

答案：① A；③ D

【例题5】对于砂土，当确定其粒度成分时，采用的测定方法为（）。

A. 筛分法

B. 沉降分析法

C. 三轴试验

D. 直剪试验答案：A 【例题6】某土的Cu＝1~3，下列判断正确的是（）。

A. 可以认为该土的粒径变化连续性好，填料中不缺失某种粒径含量；

B. 可以认为该土的粒径变化连续性不好，填料中缺失某种粒径含量；

C. 可以认为该土的粒径变化连续性好，该土的级配良好；

D. 可以认为该土的粒径变化连续性不好，级配不良；答案：A

(二)土的液相

土的液相是指存在于土孔隙中的水。按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水

分为结合水和自由水两大类。

结合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，它因受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。结合水又可分为强结合水和弱结合水。强结合水在最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致其密度大于1，并有过冷现象，即温度降到零度以下不发生冻结的现象。在距离土粒表面较远地方的结合水称为弱结合水，由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个土粒迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水定义为弱结合水。

自由水包括毛细水和重力水。毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。这种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮有重要影响。重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于土颗粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考虑这种渗流及浮力的作用力。

【例题7】在土的液相中，冰点最低的是（）。

A. 强结合水

B. 弱结合水

C. 毛细水

D. 重力水答案：A

(三)土的气相

土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括与大气连通的和不连通的两类。

与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔隙中挤出；但是密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然气。在压力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，而当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质研究已成为土力学的一个新分支。

【例题8】下列关于土的气相的叙述，正确的选项为（）。

A. 当土受到外力作用时，土中的气体会被很快从孔隙中排出；

B. 当土受到外力作用时，与大气连通的气体会被从孔隙中排出，密闭的气体可被压缩；

C. 当土受到外力作用时，对于密闭的气体不能被压缩；

D. 对于饱和土而言，土内的气体仅存在密闭的气体；

答案：B

二、土的三相比例指标

土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。

推导土的三相比例指标时可采用图15-4-2所示的三相图。图15-4-2(c)中土样的体积V 为土中空气的体积Va、水的体积Vw和土粒的体积Vs之和；土样的质量g为土中空气的质量ga水的质量gw和土粒的质量gs之和；由于空气的质量可以忽略，故土样的质量g 可用水和土粒质量之和(gw+gs)表示。

三相比例指标可分为两种，一种是试验指标；另一种是换算指标。

(一)试验指标

通过试验测定的指标有土的密度、土粒密度和含水量。

含水量通常以百分数表示。含水量常用烘干法测定，它是描述土的干湿程度的重要指标。土的天然含水量变化范围很大，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之

几百。

【例题9】在对土样进行土工试验时，不属于试验指标的是（）。

A. 密度

B. 土粒密度

C. 孔隙比

D. 含水量

答案：C

(二)换算指标

除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括土的干密度(干重度)、饱和密度(饱和重度)、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。

三、土的结构

土的结构是指土粒(或团粒)的大小、形状、互相排列及联结的特征。

土的结构是在成土的过程中逐渐形成的，它反映了土的成分、成因和年代对土的工程性质的影响。土的结构按其颗粒的排列和联结可分为图15-4-3所示的三种基本类型。

1. 单粒结构

单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。其特点是土粒间没有联结存在，或联结非常

微弱，可以忽略不计。疏松状态的单粒结构在荷载作用下，特别在振动荷载作用下会趋向密实，土粒移向更稳定的位置，同时产生较大的变形；密实状态的单粒结构在剪应力作用下会发生剪胀，即体积膨胀，密度变松。单粒结构的紧密程度取决于矿物成分、颗粒形状、粒度成分及级配的均匀程度。片状矿物颗粒组成的砂土最为疏松；浑圆的颗

粒组成的土比带棱角的容易趋向密实；土粒的级配愈不均匀，结构愈紧密。

2. 蜂窝状结构

蜂窝状结构是以粉粒为主的土的结构特征。粒径在0.075～0.005mm左右的土粒在水中沉积时，基本上是单个颗粒下沉，在下沉过程中、碰上已沉积的土粒时，如土粒间的引力相对自重而言已经足够地大，则此颗粒就停留在最初的接触位置上不再下沉，形成大孔隙的蜂窝状结构。

3. 絮状结构

絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征。悬浮在水中的粘土颗粒当介质发生变化时，土粒互相聚合，以边一边、面一边的接触方式形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。土的结构形成以后，当外界条件变化时，土的结构会发生变化。例如，土层在上覆土层作用下压密固结时，结构会趋于更紧密的排列；卸载时土体的膨胀(如钻探取土时土样的膨胀或基坑开挖时基底的隆起)会松动土的结构；当土层失水干缩或介质变化时，盐类结晶胶结能增强土粒间的联结；在外力作用下(如施工时对土的扰动或剪应力的长期作用)会弱化土的结构，破坏土粒原来的排列方式和土粒间的联结，使絮状结构变为平行的重塑结构，降低土的强度，增大压缩性。因此，在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动，避免破坏土的原状结构。

【例题12】在下列各类土中，其结构属于单粒结构的是（）。

A. 粗砂

B.粉土

C. 粉质粘土

D. 粘土答案：A

四、粘性土的界限含水量

1. 粘性土的状态

随着含水量的改变，粘性土将经历不同的物理状态。当含水量很大时，土是一种粘滞流动的液体即泥浆，称为流动状态；随着含水量逐渐减少，粘滞流动的特点渐渐消失而显示出塑性(所谓塑性就是指可以塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质)，称为可塑状态；当含水量继续减少时，则发现土的可塑性逐渐消失，从可塑状态变为半固体状态。如果同时测定含水量减少过程中的体积变化，则可发现土的体积随着含水量的减少而减小，但当含水量很小的时候，土的体积却不再随含水量的减少而减小了，这种状态称为固体状态。

2. 界限含水量

粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水量。流动状态与可塑状态间的分界含水量称为液限wL；可塑状态与半固体状态间的分界含水量称为塑限wp；半固体状态与固体状态间的分界含水量称为缩限ws。

塑限wp，是用搓条法测定的。把塑性状态的土在毛玻璃板上用手搓条，在缓慢的、单方向的搓动过程中土膏内的水分渐渐蒸发，如搓到土条的直径为3mm左右时断裂为若干段，则此时的含水量即为塑限wp。

液限WL可采用平衡锥式液限仪测定。平衡锥重为76g，锥角为30?。试验时使平衡锥在自重作用下沉入土膏，当沉入深度l0mm时的含水量即为液限WL。

【例题13】对于粘性土而言，流动状态与可塑状态间的分界含水量称为（）。

A. 液限wL；

B. 塑限wp

C. 缩限ws 答案：A

【例题14】当利用平衡锥式液限仪进行试验时，使平衡锥在自重作用下沉入土膏，当沉入深度l0mm时的含水量即为（）。

A. 液限wL；

B. 塑限wp

C. 缩限ws 答案：A

3. 塑性指数

可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围愈大，土的可塑性愈好。这个范围称为塑性指数

六、土的压实原理

土体能够通过振动、夯实和碾压等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质称为土的压实性。

1. 土的压实与含水量的关系

土的含水量是影响填土压实性的主要因素之一。在低含水量时，水被土颗粒吸附在土粒表面，土颗粒因无毛细管作用而互相联结很弱，土粒在受到夯击等冲击作用下容易分散

而难于获得较高的密实度。在高含水量时，土中多余的水分在夯击时很难快速排出而在土孔隙中形成水团，削弱了土颗粒间的联结，使土粒润滑而变得易于移动，夯击或碾压时容易出现类似弹性变形的“橡皮土”现象，失去夯击效果。

土的干密度，是反映土的密实度的重要指标，它与土的含水量、压实能量和填土的性质等有关。将同一种土配置成不同含水量的土样后进行室内击实试验，可以获得如图

15-4-4所示的含水量w与干密度之间的关系曲线，称作击实曲线。

七、土的工程分类

土的工程分类是把不同的土分别安排到各个具有相近性质的组合中去，其目的是为了人们有可能根据同类土已知的性质去评价其工程特性，或为工程师提供一个可供采用的描述与评价土的方法。通常对建筑地基可分成岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊

性土六大类。

1. 岩石

岩石(基岩)是指颗粒间牢固联结，形成整体或具有节理、裂隙的岩体。它作为建筑场地和建筑地基可按下列原则分类：

(1)按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。

(2)根据坚固性即未风化岩石的饱和单轴极限抗压强度q分为硬质岩石(q≥30MPa)和软质岩石(q<30MPa)。

(3)根据风化程度分为微风化、中等风化和强风化。

(4)按软化系数KR分为软化岩石和不软化岩石。KR为饱和状态与风干状态的岩石单轴极限抗压强度之比，KR<0.75为软化岩石，KR>0.75为不软化岩石。

2. 碎石土

碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的50％的土，按粒径和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。

碎石土的密实度一般用定性的方法由野外描述确定，卵石的密实度可按超重型动力触探的锤击数划分。

3. 砂土

砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50％且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的50％的土。砂土可再划分为5个亚类，即砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

4. 粉土

粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量的50％，且塑性指数小于或等于10的土。粉土是介于砂土和粘性土之间的过渡性土类，它具有砂土和粘性土的某些特征，根据粘粒含量可以将粉土再划分为砂质粉土和粘质粉土。

5. 粘性土

粘性土是指塑性指数大于10的土。根据塑性指数大小，粘性土可再划分为粉质粘土和粘土两个亚类，当1017时为粘土。

6. 特殊性土

特殊性土包括填土、软土和湿陷性土等，其特性与分类将在第四节中介绍。

土的物理性质指标

第一章 土的物理性质及工程分类 第一节 土的组成与结构 一、 土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴ 固相：土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相：水和溶解于水中物质 ⑶ 气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化） 次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 3 2- 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称 石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1． 颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2． 颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一） 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二） 定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u

01第一章 土的物理性质及工程分类

兰州交通大学博文学院教案 课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律； 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换； 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点：指标间的相互转换及应用。 四、教学时数： 6 学时。 五、习题：

第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土，有下列三种： （1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。 （2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。 （3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 （1）土的结构 定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类： ●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 ●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。 ●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。 图1.1 土的结构 3）工程性质： 密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。

第一章土的物理性质及工程分类及答案

第一章土的物理性质及工程分类 一、思考题 1、土是由哪几部分组成的？ 2、建筑地基土分哪几类？各类土的工程性质如何？ 3、土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的，常用的方法有哪些？如何判断土的级配情况？ 4、土的试验指标有几个？它们是如何测定的？其他指标如何换算？ 5、粘性土的含水率对土的工程性质影响很大，为什么？如何确定粘性土的状态？ 6、无粘性土的密实度对其工程性质有重要影响，反映无粘性土密实度的指标有哪些？ 二、选择题 1、土的三项基本物理性质指标是（） A、孔隙比、天然含水率和饱和度 B、孔隙比、相对密度和密度 C、天然重度、天然含水率和相对密度 D、相对密度、饱和度和密度 2、砂土和碎石土的主要结构形式是（） A、单粒结构 B、蜂窝结构 C、絮状结构 D、层状结构 3、对粘性土性质影响最大的是土中的( ) A、强结合水 B、弱结合水 C、自由水 D、毛细水 4、无粘性土的相对密实度愈小，土愈（） A、密实 B、松散 C、居中 D、难确定 5、土的不均匀系数C u 越大，表示土的级配（） A、土粒大小不均匀，级配不良 B、土粒大小均匀，级配良好 C、土粒大小不均匀，级配良好 6、若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土（） A、处于最疏松状态 B、处于中等密实状态 C、处于最密实状态 D、无法确定其状态 7、无粘性土的分类是按（） A、颗粒级配 B、矿物成分 C、液性指数 D、塑性指数 8、下列哪个物理性质指标可直接通过土工试验测定（） A、孔隙比 e B、孔隙率 n C、饱和度S r D、土粒比重 d s 9、在击实试验中，下面说法正确的是（） A、土的干密度随着含水率的增加而增加 B、土的干密度随着含水率的增加而减少 C、土的干密度在某一含水率下达到最大值，其它含水率对应干密度都较小 10、土粒级配曲线越平缓，说明（）

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二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大，颗粒级配曲线越_______，不均匀系数越______，颗粒级配越______。为了获得较大的密实度，应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________，它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、 _________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________，工程上常用指标 ________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中，可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________，分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态，对于无粘性土，一般指其________；而对于粘性土，则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征，一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高，结构性越强，其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配，一般认为，u C ______的土属级配不良，u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3，土粒比重的68.2=s d ，并测得该砂土的最大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?，最小干密度33min 1.5410kg /m d ρ=?，则 天然孔隙比e 为______，最大孔隙比m ax e 为______，最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________，__________，________；按其成因可分为

土的物理性质

第一章土的物理性质 第一节土的成因和工程特性 第二节土的组成及结构构造 一、名词解释 1粒径：土粒的直径大小。 2粒组：实际工程中常按粒径大小将土粒分组，粒径在某一范围之内的分为一组。 3粒径级配：各粒组的质量占土粒总质量的百分数。 4筛分法：适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，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。 5土的结构：指土中颗粒之间的联系和相互排列形式。 6土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。 7土的有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10％时，相应的粒径。 二、填空题 1.平缓大好良好 2．压缩性高承载力低渗透性强 3.单粒结构蜂窝结构絮状结构4.Cu≥5且Cc＝1～3 5.固液 6固，液，气 7.缺乏某些粒径——不连续级配 8.不均匀系数Cu。 9. 小 10. B，A 11.二相土三相土二相土 三、选择题 1．C 2．C 3．B 4．B 5．A 6．C 7．A 第三节土的物理性质指标 一、名词解释 1.土的含水量ω：是指土中水的质量和土粒质量之比或重力之比。 2.土的密度ρ：指单位体积土的质量。 ρ：土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量。 3.饱和密度 sat 4.干密度ρd：单位体积土中土粒的质量。 5.土粒相对密度 Gs: 是土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比。 6.孔隙比e:是指土中孔隙的体积与土粒体积之比。 7.孔隙率n:是指土中孔隙的体积与土的总体积之比。 8.土的饱和度Sr：是指土中水的体积与孔隙体积之比。

土的常用物理性质指标换算公式

土的常用物理指标换算公式 w(%) )(g/cm 3ρ s G )(g/cm 3d ρ e n(%) (%)S r w w 100100d -ρρ Gs eSr d d G s )G s (Sr ρρ- 100Gs ) e 1(100-+ρ ) n 100(G s nSr - d )e 1(eSr ρ+ ρ d )01w .01(ρ+ ρ e 1)01w .01(Gs ++ e 1e *01Sr .0d ++ρ w )e (1) 01w .0.1(eSr + 100w )01w .0.1(nSr 100 Gs )n 100(0.01nSr -+ s G 01w .01)e 1(++ρ ρ ρ w )01w .01(Sr Sr -+ s G n 100100d -ρ )e 1(d +ρ n 100n *01Sr .0100--ρ e *01Sr .0)e 1(+ρ d ρ 100w nSr 01w .01+ρ Sr wGs SrGs + d ρ e 1Gs + )01n .01(Gs - w )e 1(eSr + e 1) 01w .01(G s -+ρ ρρ w )01w .01(Sr w -+ 01Sr .0G s --ρρ 1G s d -ρ e n 100n - d d w Sr w ρρ- n ) 01w .01(G s 100100+- ρ ) 01w .01(Sr 100w +ρ 01Sr .0Gs )Gs (100--ρ Gs 100100d ρ- e 1100e + n Sr 100w d ρ r S e w *Gs 01n .0) (100d ρρ- d d -G s G s )(100ρρρ- d d Gs wGs ρρ- e )e 1(w d ρ+ ) 01w .01(n 100w +ρ r S 已知指标 公式 所求指标

2土的物理性质及分类

第2章 土的物理性质及分类 2.1 概 述 土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。 土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。 2.2 土的三相比例指标 反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三相比例指标。 一、土的三相图 【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开，并不表示实际土体三相所占的比例。 二、指标的定义 1．三项基本物理性质指标 土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定,亦称直接测定指标。 ① 土的密度ρ——土单位体积的质量（单位为3 /cm g 或3 /m t ） V m ＝ρ g ργ= 试验测定方法：环刀法 一般粘性土ρ=1.8～2.03/cm g ；砂土ρ=1.6～2.03/cm g ；腐殖土ρ=1.5～1.73 /cm g ； ② 土粒比重（土粒相对密度）s G ——土粒的质量与同体积4o C 纯水的质量之比。

1 11w s w s s s V m G ρρρ=?= ，无量纲。 s ρ——土粒密度（3/cm g ） 1w ρ——纯水在C 04时的密度（单位体积的重量），等于3/1cm g 或3 /1m t 。 试验测定方法：比重瓶法 实际上：土粒比重在数值上等于土粒密度，前者无因次。同一类土，其比重变化幅度很小，通常可按经验数值选用。见下表。 【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别 注意：从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比重不变； ③ 土的含水量ω——土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示： %100?= s m m ω ω 一般：同一类土，当其含水量增大时，其强度就降低。 试验测定方法：烘干法（湿，干土质量之差与干土质量的比值） 【讨论】含水量能否超过100％？ ——从公式可以看出，含水量可以超出100％。 2．特殊条件下土的密度 ① 饱和密度和饱和重度 饱和密度sat ρ——（土孔隙中充满水时的单位体积质量）土体中孔隙完全被水充满时的 土的密度：V V m v s sat ωρρ+= 。 （3 1/1cm g w w ==ρρ） 饱和重度：γ sat = sat ρg （kN/m 3） 。 ② 干密度和干重度 干密度——单位体积中土粒的质量：V m s d = ρ，（kg/m 3，g/cm 3）。 干重度——单位体积中土粒的重量：d γ=ρd g ，（kN/m 3）。

第四章：土壤物理性质

第四章土壤物理性质 主要教学目标：本章将要求学生掌握土壤物理性质如土壤质地、土壤结构以及土壤孔隙等内容。并在学习的基础上掌握改良不太适宜林业生产的某些土壤物理性质的一些方法。如客土、土壤耕作、施用化学肥料和土壤结构改良剂等。 第一节土壤质地 一、几个概念 1、单粒：相对稳定的土壤矿物的基本颗粒，不包括有机质单粒； 2、复粒（团聚体）：由若干单粒团聚而成的次生颗粒为复粒或团聚体。 3、粒级：按一定的直径范围，将土划分为若干组。 土壤中单粒的直径是一个连续的变量，只是为了测定和划分的方便，进行了人为分组。土壤中颗粒的大小不同，成分和性质各异；根据土粒的特性并按其粒径大小划分为若干组，使同一组土粒的成分和性质基本一致，组间则的差异较明显。 4、土壤的机械组成：又叫土壤的颗粒组成，土壤中各种粒级所占的重量百分比。 5、土壤质地：将土壤的颗粒组成区分为几种不同的组合，并给每个组合一定的名称，这种分类命名称为土壤质地。如：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等 二、粒级划分标准： 我国土粒分级主要有2个 1、前苏联卡庆斯基制土粒分级（简明系统） 将0.01mm作为划分的界限，直径>0.01mm的颗粒，称为物理性砂粒；而<0.01mm的颗粒，称为物理性粘粒。 2、现在我国常用的分级标准是： 这个标准是1995年制定的。 共8级： 2～1mm极粗砂；1～0.5mm粗砂；0.5～0.25mm中砂；0.25～0.10mm细砂；0.10～ 0.05mm极细砂；0.05～0.02mm粗粉粒；0.02～0.002mm细粉粒；小于0.002mm粘粒 三、各粒级组的性质 石砾：主要成分是各种岩屑 砂粒：主要成分为原生矿物如石英。比表面积小，养分少，保水保肥性差，通透性强。 粘粒：主要成分是粘土矿物。比表面积大，养分含量高，保肥保水能力强，但通透性差。粉粒：性质介于砂粒和粘粒之间。 四、土壤质地分类 1、国际三级制，根据砂粒（2—0.02mm）、粉砂粒(0.02mm—0.002mm)和粘粒(<0.002mm)的含量确定，用三角坐标图。 2、简明系统二级制，根据物理性粘粒的数量确定。考虑到土壤条件对物理性质的影响，对不同土类定下不同的质地分类标准。在我国较常用。 3、我国土壤质地分类系统： 结合我国土壤的特点，在农业生产中主要采用前苏联的卡庆斯基的质地分类。对石砾含量较高的土壤制定了石砾性土壤质地分类标准。将砾质土壤分为无砾质、少砾质和多砾质三级，可在土壤质地前冠以少砾质或多砾质的名称。 五、土壤质地与土壤肥力性状关系 从两个方面来论述 1、土壤质地与土壤营养条件的关系 肥力性状砂土壤土粘土 保持养分能力小中等大 供给养分能力小中等大

土的物理性质指标

土的物理性质指标 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第一章土的物理性质及工程分类 第一节土的组成与结构 一、土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴固相：土颗粒—构成土的骨架决定土的性质—大小、形状、成分、组成、排列 ⑵液相：水和溶解于水中物质 ⑶气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化）次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O 2- ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na的 SoO42- CO 3 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称

石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1．颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2．颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一）定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二）定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u = （2）曲率系数10 60230d d d C c = +图 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径

第一章 土的物理性质指标和工程分类

第一章 土的物理性质指标和工程分类 1-1 有A 、B 两个土样，通过室内试验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示，试绘制出它 们的级配曲线并求出C u 和C c 值。 A 土样试验资料（总质量500g ） 粒径d （mm ） 5 2 1 0.5 0.25 0.1 0.075 小于该粒径的质量（g ） 500 460 310 185 125 75 30 B 土样试验资料（总质量30g ） 粒径d （mm ） 0.075 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 0.001 小于该粒径的质量（g ） 30 28.8 26.7 23.1 15.9 5.7 2.1 1-2 从地下水位以下某粘土层取出一土样做试验，测得其质量为15.3 g ，烘干后质量为10.6 g ，土粒 比重为2.70。求试样的含水率、孔隙比、孔隙率、饱和密度、浮密度、干密度及其相应的重度。 1-3 某土样的含水率为6.0%，密度为1.60 g/cm 3,土粒比重为2.70，若设孔隙比不变，为使土样完全 饱和，问100 cm 3土样中应加多少水？ 1-4 有一砂土层，测得其天然密度为1.77 g/cm 3，天然含水率为9.8%，土的比重为2.70，烘干后测 得最小孔隙比为0.46，最大孔隙比为0.94，试求天然孔隙比e 、饱和含水率和相对密实度D r ，并判别该砂土层处于何种密实状态。 1-5 今有两种土，其性质指标如下表所示。试通过计算判断下列说法是否正确? 1. 土样A 的密度比土样B 的大； 2. 土样A 的干密度比土样B 的大； 3. 土样A 的孔隙比比土样B 的大； 1-6 试从基本定义证明： 1. 干密度 (1)1s w d s w G G n E ρρρ= =?+ 2. 湿密度 1s r w G S e e ρρ+=+

土的物理性质与工程分类习题解答全

二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大，颗粒级配曲线越_______，不均匀系数越______，颗粒级配越______。为了获得较大的密实度，应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________，它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、_________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________，工程上常用指标________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中，可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________，分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态，对于无粘性土，一般指其________；而对于粘性土，则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征，一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高，结构性越强，其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配，一般认为，u C ______的土属级配不良，u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3，土粒比重的68.2=s d ，并测得该砂土的最 大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?，最小干密度33 min 1.5410kg /m d ρ=?，则天然孔隙比e 为 ______，最大孔隙比m ax e 为______，最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________，__________，________；按其成因可分为_________，_________，_________；按坚固程度可划分为_________，_________。 14.砂土是指粒径大于______mm 的颗粒累计含量不超过总质量的______，而粒径大于______mm 的颗粒累计含量超过总质量的______的土。 15. 土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫做_________，可用_________测定；土由半固态转到可塑状态的界限含水量叫做________，可用___________测定。 16. 在击实试验中，压实功能越大，得到的最优含水量越______，相应得到的最大干密度越______。 17. 土按颗粒级配和塑性指数可分为________、________、________、_______四种土。 18. 土中液态水按其存在状态可分为________、__________。 19. 工程上常按塑性指数的大小把粘性土分为__________、__________两种；其相应的塑性指数范围分别为__________、__________。

土的物理性质及工程分类

课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律； 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换； 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点：指标间的相互转换及应用。 四、教学时数： 6 学时。 五、习题：

第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土，有下列三种： （1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。 （2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。 （3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 （1）土的结构 定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类： 单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。 絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。 图土的结构 3）工程性质： 密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。

土的物理力学性质

第一章 土的物理性质、水理性质和力学性质 第一节 土的物理性质 土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。 土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。 一、土的基本物理性质 （一）土粒密度(particle density) 土粒密度是指固体颗粒的质量m s 与其体积Vs 之比；即土粒的单位体积质量： s s s V m =ρ g/cm 3 土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小和含水多少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。 砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm 3左右 粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm 3 粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm 3 粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm 3 土粒密度是实测指标。 （二）土的密度(soil density)

土的密度是指土的总质量m 与总体积V 之比，也即为土的单位体积 的质量。其中：V=Vs+Vv; m=m s +m w 按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，饱和密度之分。 1．天然密度（湿密度）(density) 天然状态下土的密度称天然密度，以下式表示： v s w s V V m m V m ++==ρ g/cm 3 土的密度取决于土粒的密度，孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和结构特征。 砂土一般是１.4 g/cm3 粉质砂土及粉质粘土１.4 g/cm3 粘土为１.4 g/cm3 泥炭沼泽土：１.4 g/cm3 土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般采用“环刀法”测定，称得环刀内土样质量，求得环刀容积；两者之比值。 2．干密度（dry density ） 土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重量，即：固体颗粒的质量与土的总体积之比值。 V m s d =ρ g/cm 3 干密度反映了土的孔隙生，因而可用以计算土的孔隙率，它往往通过土的密度及含水率计算得来，但也可以实测。 土的干密度一般常在1.4~1.7 g/cm3