第一章土的物理性质指标
第一讲土的成因、土的三相组成建议学时：2
第二讲土的物理性质指标建议学时：1
第三讲无粘性土的密实度、粘性土的稠度建议学时：2
第四讲土（岩）的工程分类、土的压实性建议学时：2
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
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。
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 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（）
第一章土的物理性质及工程分类 ?选择题 1、土颗粒的大小及其级配，通常是用粒径级配曲线来表示的。级配曲线越陡表示。 （A）土粒大小较均匀，级配不好 （B）土粒大小不均匀，级配不良 （C）土粒大小不均匀，级配良好 2、土的九个三相比例指标中为实测指标。 （A）含水量、孔隙比、饱和度（B）密度、含水量、孔隙比 （C）土粒比重、含水量、密度 3、计算自重应力时，对地下水位以下的土层一般采用。 （A）天然重度（B）饱和重度（C）有效重度 4、矩形基础，短边b=2m，长边l=4m ，在长边方向作用一偏心荷载F+G=1000kN 。试问当pmin=0时，最大压应力为。 （A）120 kN/m2 （B）150 kN/m2 （C）200 kN/m2 5、地下水位突然从基础底面处上升1m时，土中的应力有何变化？ (A) 没有影响(B) 应力减小(C) 应力增加 6、土的强度是特指土的。 （A）抗剪强度（B）抗压强度（C）抗拉强度 7、某土的抗剪强度指标为c、?，该土受剪时将首先沿与小主应力作用面成的面被剪破。 （A）450（B）450 +?/2 （C）450－?/2 （D）450 +? ?问答题： 1、塑性指数的定义和物理意义是什么？Ip大小与土颗粒粗细有何关系？ 2、土的压实性与哪些因素有关？何谓土的最大干密度和最优含水率？ 3、土的抗剪强度是怎么产生的？简述土的密度和含水量对土的内摩擦角有何影 响？ 4、简述极限平衡状态的概念，并说明什么是土的极限平衡条件？
计算题： 1.一个饱和原状土样，体积为140cm3，质量为238g，土粒比重为 2.70， 求解土样的孔隙比、含水率和干密度。 2.某饱和土的天然重度为18.44kN/m3，天然含水量为36.5%，液限34%， 塑限16%。确定该土的名称。 3、某基础底面尺寸为20m×10m，其上作用有24000kN竖向荷载，计算：（1） 若为轴心荷载，求基底压力；（2）若合力偏心距ey＝0，ex=0.5m，求基底压力；（3）若偏心距ex≥1.8m 时，基底压力又为多少。 4、某方形基础受中心垂直荷载作用，b=1.5m，d=2.0m，地基为坚硬粘土， γ=18.2kN/m3，c=30kPa,φ=22°，试分别按p1/4，太沙基公式确定地基的承载力(安全系数取3)。
土的三个基本物性指标试验 第一节土粒比重试验（比重瓶法） 一、试验目的 测定土粒比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为土的其他物理力学试验（如颗粒分析的密度计法试验、压缩试验等）提供必要的数据。 二、基本原理 土粒比重是指土在温度100～105oC下烘至恒重时的质量与同体积纯水在4oC时质量的比值。土粒的质量可用精密天秤测得。土粒的体积一般应用排出与土粒同体积之液体的体积方法测得，通常用比重瓶法。此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。粒径大于5mm的土，则用虹吸筒法。对于砂土，可用大型的李氏比重瓶法，其原理均与比重瓶法相似。 在用比重瓶法测定土粒体积时，必须注意，所排开的液体体积必须能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度。可用煮沸法或抽气法排除土内气体。所用的液体一般为纯水。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用抽气法排气。 三、仪器设备 1、比重瓶：容量为100cm3或50cm3, 有短颈式与长颈式两种(图2-1)； 2、分析天秤：称量200g，最小分度值0.001g； 3、恒温水槽；准确度应为±1oC； 4、砂浴：能调节温度； 5、真空抽气设备(图2-2)； 6、温度计：测定范围为0～50oC，精确至0.5oC； 7、其它：烘箱、纯水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为2mm 筛等。 图2-1 比重瓶a-短颈式b-长颈式 图2-2 抽气装置示意图 1-压力表2-真空缸3-比重瓶 接真空泵
四、操作步骤 1、土样的制备 取有代表性的风干土样约100g, 充分研散，并全部过2mm 的筛。将过筛风干土及洗净的比重瓶在100～105oC 下烘干；取出后置于干燥器内，冷却至室温称量后备用。 2、测定干土的质量 称烘干土15g , 通过漏斗装入已知质量的烘干比重瓶中，然后在分析天平上称得瓶加土的质量(精确至0.001g )，减去瓶的质量即得土粒质量m s 。 3、煮沸(或抽气)排气 (1) 煮沸排气：注纯水于盛有土样的比重瓶中至半满；轻摇比重瓶，使土粒分散；将瓶置于沙浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起，砂土不应少于30min ，粘土、粉土不得少于1h ，以排除气体。 (2) 抽气排气：将盛有土样及半满纯水的比重瓶放在真空抽气缸内，如图2-2所示；接上真空泵，真空度应接近一个大气压，直至摇动时无气泡逸出为止，时间一般不少于1h 。 4、测定瓶加水加土的质量 若用煮沸排气法时，煮沸完毕后，取出比重瓶冷却至室温，注纯水于比重瓶中。当用长径比重瓶，应加纯水于刻度处；当用短颈比重瓶时，应注纯水至瓶口，塞上瓶塞，使多余的水自毛细管中溢出；瓶塞塞好后，瓶内不应留有空气，如有，应再加水重新塞好。然后将比重瓶置于恒温水槽内。待温度稳定和瓶内上部悬液澄清后，取出比重瓶。将瓶外水分擦干后称量，得瓶、水和土之质量m bws 。 5、测定瓶加水的质量 倒掉瓶中悬液，洗净比重瓶，灌满纯水加盖，恒温约15min ，使瓶内纯水温度与悬液的温度一致。检查瓶内有无气泡，若有，需排除；然后，擦干瓶外水分称量，得瓶加水的质量m bw 。 五、成果整理 1、计算 按下式计算土粒的比重，准确至0.01 g/cm 3。 wt bws s bw s s G m m m m G ?-+= (2-1) 式中，m s 为土粒的质量，g ；m bws 为瓶加水加土的质量，g ；m bw 为瓶加水的质量，g ；G wt 为t oC 时纯水的比重，可由表2-1查得。 本试验须进行两次平行测定，其平行测定差值不得大于0.02g/cm 3，取两个测值的平均值。 表2-1 不同温度时水的比重
第一章土的物理性质及分类 1—1 概述 土的定义： 土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。 土的三相组成： 土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。 第二节土的生成 一、地质作用的概念 地质作用--导致地壳成分变化和构造变化的作用。 根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用 内力地质作用: 由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动(构造运动)和变质作用。 外力地质作用： 由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。 风化作用--外力(包括大气、水、生物)对原岩发生机械破碎和化学变化的作用。 沉积岩和土的生成--原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等 外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代里，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的“土”。 风化、剥蚀、搬运及沉积--外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。 二、矿物与岩石的概念 岩石--一种或多种矿物的集合体。
矿物--地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成份和形态． (一) 造岩矿物 组成岩石的矿物称为造岩矿物。 矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。 区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比重等特征为依据。 （二）岩石 岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。 岩石的结构—岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、及其彼此之间的组合方式。 岩石的构造--岩石中矿物的排列方式及填充方式。 岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类 三地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的顺序，所划分的地质年代。 四第四纪沉积物(层) 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。 (一)残积物、坡积物和洪积物 1．残积物 残积物是残留在原地未被搬运的那 一部分原岩风化剥蚀后的产物，而 另一部分则被风和降水所带走。 2．坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。 3．洪积物(Q”) · 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。
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。
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——矿物颗粒 土粒粒径大小及矿物成分不同，对土的物理力学性质有着较大影响。如当土粒粒径由粗变细时，土的性质可从无粘性变化到有粘性。 （一）土的粒组划分 工程上将物理力学性质较为接近的土粒划分为一个粒组，粒组与粒组之间的分界尺寸称为界限粒径。土颗粒根据粒组范围划分不同的粒组名称： 六大粒组：块石（漂石）、碎石（卵石）、角粒（圆粒）、砂粒、粉粒、粘粒 界限粒径分别是：200mm、20mm、2mm、0.075mm、0.005mm,见下表。 表1-1 粒组划分标准（GB 50021—94） （二）土的颗粒级配 自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。 1.颗粒大小分析试验 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 1)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 （1）曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好
（2） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 2) 定量判别：不均匀系数 10 60 d d C u = 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径 不均匀系数越大，土粒越不均匀，工程上把5u C 大于的土看作是不均匀的，级配良好。 （三）土的矿物成分和土中的有机质 土中矿物成分可分为原生矿物和次生矿物两大类。 1.原生矿物——岩石经物理风化作用而成的颗粒（化学成分无变化），成分与母岩相同。原生矿物性质稳定。块石、碎石、角粒矿物成分与原生矿物相同，砂粒是原生矿物的单矿物颗粒，如：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 粉粒的矿物成分是多样的主要有原生矿物的石英，次生矿物的难溶盐类 2.次生矿物——原生矿物经化学风化作用而成的新矿物（化学成分变化）。如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅及各种粘土矿物。粘粒几乎都是次生矿物的粘土矿物、氧化物、难溶盐及腐植质。 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性。粘土矿物分为： ①高岭石（土）：遇水后膨胀性与可塑性较小，颗粒相对较大——亲水性较弱，晶体结构较稳定。 ②伊利石（土）：性质介于高岭土与蒙脱土之间，接近蒙脱土。 ③蒙脱石（土）：遇水后膨胀性与可塑性极大，透水性小，多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性。 水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO 4.2H 2O ③易溶：NaCl kCl CaCl 2 K Na 的 SO 42- CO 32- 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 三、土中水 土中水分为结合水和自由水两大类。 1.结合水：是吸附在土粒表面的结合水膜。土粒表面带负电荷，吸附电场范围内的水分子及水分子中的阳离子，越靠近土粒表面吸附作用越强，结合水从内向外可分为固定层和扩散层。 强结合水：处于固定层中，性质接近于固体，不能传递水压，具有极大的粘滞性、弹
实验一土的物理性质指标试验 一、密度实验： 土的密度是指土的单位体积质量。 （一）实验目的 测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。 （二）实验方法 常用的测试方法有环刀法、蜡封法、灌砂法等。环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法——取一块试样称其质量后浸入融化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，分别称蜡加土在空气中及水中的质量，已知蜡的比重，通过计算便可求得土的密度。对难取原状试样的砂土、砂砾土和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。 （三）仪器及工具 1.环刀：内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。 2.天平：感量0.1克。 3.其它工具：钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。 （四）实验步骤（环刀法） 1.将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上； 2.切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止； 3.用钢丝锯将环刀两端余土削去，再用刮土刀刮平两端，将试样两端余土留作含水率实验用； 4.擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克； 5.按下式计算土的湿度和干密度：
（五）操作注意事项 用环刀切取试样，应尽量防止扰动，为避免环刀下压时挤压四周土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽量避开，如无法避开视情况酌情补土。 二、含水率实验 土的含水率是指土在温度100～105摄氏度下烘至恒重时失去水分的质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。 （一）实验目的 测定土的含水率，以了解土的含水情况并提供计算土的干密度、土的孔隙比、饱和度及土的其它物理力学指标的基本参数。 （二）实验方法 室内实验的标准方法为烘干法。在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水量时，可以依据土的性质和工程情况分别采用下列方法： 1.酒精燃烧法：取3～5克试样，用无水酒精浸湿燃烧至恒重，求其含水量。
第一章土的物理性质及工程分类 1.对工程会产生不利影响的土的构造为（）： （A）层理构造 （B）结核构造 （C）层面构造 （D）裂隙构造 2.下列土中，最容易发生冻胀融陷现象的季节性冻土是（）： （A）碎石土（B）砂土（C）粉土（D）粘土 3.吸水膨胀、失水收缩性最弱的粘土矿物是（）： （A）蒙脱石 （B）伊利石 （C）高岭石 （D）方解石 4.土的三相比例指标中需通过实验直接测定的指标为（）： （A）含水量、孔隙比、饱和度 （B）密度、含水量、孔隙率 （C）土粒比重、含水量、密度 （D）密度、含水量、孔隙比 5. 不能传递静水压力的土中水是（）： （A）毛细水 （B）自由水 （C）重力水 （D）结合水 6. 若土的粒径级配曲线很陡，则表示（）。 （A）粒径分布较均匀（B）不均匀系数较大 （C）级配良好（D）填土易于夯实 7. 不均匀系数的表达式为（） (A) C u=d60/ d10(B) C u=d50/ d15 (C) C u=d60/ d15(D) C u=d50/ d10 8.当粘性土含水量减小，土体积不再减小，土样所处的状态是（）： （A）固体状态 （B）可塑状态 （C）流动状态 （D）半固体状态 9. 同一土样的饱和重度γsat、干重度γd、天然重度γ、有效重度γ′大小存在的关系是（）：（A）γsat > γd > γ> γ′ （B）γsat > γ> γd > γ′ （C）γsat > γ> γ′> γd （D）γsat > γ′>γ> γd
10.判别粘性土软硬状态的指标是（）： （A）液限 （B）塑限 （C）塑性指数 （D）液性指数 11.土的含水量w 是指（）： （A）土中水的质量与土的质量之比 （B）土中水的质量与土粒质量之比 （C）土中水的体积与土粒体积之比 （D）土中水的体积与土的体积之比 12.土的饱和度Sr是指：土中水的体积与孔隙体积之比( ) （A）土中水的体积与土粒体积之比 （B）土中水的体积与土的体积之比 （C）土中水的体积与气体体积之比 （D）土中水的体积与孔隙体积之比 13.粘性土由半固态转入可塑状态的界限含水量被称为（）： （A）缩限（B）塑限（C）液限（D）塑性指数
试验一土的物理性质实验 （实验性质：综合性实验） 一、概述 土是由岩石经过物理与化学风化作用后的产物，是有各种大小不同的土粒按各种不同的比例组成的集合体，土粒之间的孔隙中包含这水和气体，因此，土为固相、气相、液相组成的三相体系。由于空气易被压缩，水能从土体流出或流进，土的三相的相对比例会随时间和荷载条件的改变而改变，土的一系列性质也随之而改变。从物理的观点，定量地描述土的物理特性、土的物理状态、以及三相比例关系，即构成土的物理性质指标，包括土的三相比例指标、界限含水量、压缩性指标等。利用这些指标，可对土进行鉴别和分类，判定土的物理状态和评价土的压缩性。 二、实验目的和要求 1. 测定并计算土的三相比例指标 2. 测定土的液塑限含水量 3. 计算土的塑性指数和液性指数 4. 测定土的压缩系数和压缩模量 5．根据实验结果对实验土样进行分类，判断土样的物理状态评价土的压缩性。三、实验项目 项目一、含水量实验 土的含水量w是指土在105～110℃的温度下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示。 含水量是土的基本物理性指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水量的变化将使土物理力学性质发生一系列的变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态和饱和状态，也可造成土的压缩性和稳定性上的差异。含水量还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等项指标不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。 （一）、实验方法及原理 1．烘干法：是将试样放在能保持105～110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水量的标准方法，一般粘性土都可以采用。 2．酒精燃烧法：是将试样和酒精拌合，点燃酒精，随着酒精的燃烧使试样水分蒸发的方法。酒精燃烧法是快速简易且较准确测定细粒土含水量的一种方法，适用于没有烘箱或试样较少的情况。 3．比重法：是通过测定湿土体积，估计土粒比重，从而间接计算土的含水量的方法。
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
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__________、__________。
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