第一章土的物理性质与工程分类

绪论思考题1．土是怎样形成的？为何说土是三相体系？2．土力学学科需研究和解决工程中的哪两大问题？3．地基与持力层有何区别？4．何谓基础？第一章土的物理性质及工程分类一．思考题1．何谓土粒粒组？土粒六大粒组划分标准是什么？2．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？3．土的结构通常分为哪几种？它和矿物成分及成因条件有何关系？4．在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？5．液性指数是否会出现I L>1.0和I L<0的情况？相对密度是否会出现D r>1.0和D r<0的情况？6．判断砂土松密程度有几种方法？7．地基土分几大类？各类土的划分依据是什么？8．何谓土的级配？土的级配曲线是怎样绘制的？为什么土的级配曲线用半对数坐标？9．土的气体以哪几种形式存在？它们对土的工程性质有何影响？10．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？二．填空题1．确定各粒组相对含量的方法称为颗粒分析试验，分为法和法。

2．砂粒与粉粒的分界粒径是mm。

3．当砾类土或砂类土同时满足C u≥C c =两个条件时，视为良好级配。

4．土的结构可分为、和三种基本类型。

5．粘性土随着含水量的增加而分别处于、、及流动状态。

6．土粒的矿物成分取决于母岩的矿物成分及风化作用，可分为矿物和矿物。

7．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，它们分别是、和。

8．土的物理性质指标中可描述土体中孔隙被水充满的程度。

9．土中孔隙体积与土的总体积之比称为。

10．土中孔隙体积与土的土粒体积之比称为。

11．依相对密度的公式D r =（e max－e）/(e max－e min)可知，当D r =时，表示土处于最疏松状态。

12．依相对密度的公式D r =（e max－e）/( e max－e min)可知，当D r =时，表示土处于最密实状态。

三．单项选择题1．某土的液限为40%，塑限为20%，则该土为（）。

第⼀章⼟的物理性质及分类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。

第一章土的物理性质及工程分类填空题：1、土（区别于其它工程材料）主要工程特性是_________、__________和渗透性大。

2、土是由__________风化生成的松散沉积物。

它由__________、__________和气体三相组成的。

3、砂土是指粒径大于__________的颗粒不超过总质量50％，而粒径大于__________的颗粒超过总质量50％的土。

4、土的含水量为土中的__________与__________之比。

5、工程上按__________的大小对粘性土进行分类，将粘性土分为粘土和粉质粘土两大类。

粘性土的软硬状态由__________划分，据其将粘性土分为坚硬、硬塑、可塑、流塑五种不同的状态。

6、作为建筑地基的土，可分为__________、碎石土、__________、粉土、__________和人工填土。

7、工程上常用不均匀系数Cd来反映粒径级配的不均匀程度，把__________的土看作级配均匀，把__________的土看作级配良好。

8、在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是__________、__________和__________，它们分别可以采用__________、__________和比重瓶法。

选择题：1、下列指标可用来评价砂土密实度的是（）。

（A）、含水量（B）、孔隙比（C）、土粒比重（D）、相对密实度2、颗粒级配曲线很陡时说明（）。

（A）、颗粒分布范围较小（B）、颗粒分布范围较大（C）、颗粒形状为扁平状（D）、颗粒形状为针状3、不同状态下同一种土的重度由大到下排列顺序是（）。

（A）、γsat≥γ≥γd＞γ’（B）、γsat≥γ’≥γ＞γd（C）、γd≥γ≥γsat＞γ’（D）、γd≥γ’≥γ＞γsat4、不均匀系数的表达式为（）。

（A）、（B）、（C）、（D）、5、由某土的颗粒级配曲线获得，，则该土的不均匀系数Cu为（）。

（A）50%（B）6（C）、155（D）、10.9356、在土的三相比例指标中，通过土工试验直接测定的是（）。

第一章 土的物理性质和工程分类一、主要内容本章主要介绍土、土的描述以及土的基本物理参数指标，这些参数是本门课程及将来从事岩土工程实践必可少的。

作为岩土工程师，其主要的任务之一就是采集、分类和调查研究土的物理性质。

因此，本章的重点就是解决如何描述土，如何通过试验来确定其物性参数以及对土进行分类。

二、学习要求通过本章的学习，学生应该具备如下的基本技能：1.对土进行描述和分类；2.确定土体的粒径级配；3.确定土中的主要成分比例（三相组成）；4.确定土的特性（粗粒土和细粒土）指标；5.确定最大干密度和最优含水量。

§1.1土的形成“土”一词在不同的学科领域有其不同的含义。

就土木工程而言，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，是在自然界漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各向异性且随时间在不断变化的地质体。

即使在同一场地，相距几厘米的土样之间也肯定不会具有相同的性质。

土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。

地球表面的 形状不同、大整体岩石 小不一的颗粒反过来土 岩石（沉积岩、变质岩） 工程上遇到的大多数土都是第四纪地质历史时期内所形成的。

一、风化作用及土的主要特点岩石的物理风化和化学风化形成了土。

风化过程包括物理风化和化学风化。

它们是同时进行而且是互相加剧发展的进程。

物理风化：由于物理作用（温度的变化、季节的变化、水的冻胀以及波浪的冲击、碰撞、摩擦等）使岩石块崩解为碎块和岩屑的过程。

物理风化作用只会引起岩石的机械破坏，大块岩体变成细小的颗粒，但其矿物成分仍与母岩相同，称为原生矿物。

这些颗粒之间存在着大量的孔隙，可以透水和透气，这是土的主要特征碎散性。

风化作用 破碎后受自然力作用在 不同环境沉积下来土 在很长的地质年代里，发生复杂物理化学变化、压密、岩化化学风化：母岩表面和碎散颗粒在与水、氧气、二氧化碳等的作用下受到的破坏作用。

化学作用：水解作用、水化作用、氧化作用、碳酸化以及溶解作用。

土力学笔记（清华二版）第一章土的物理性质和工程分类1.1土的形成1.土的特点碎散性岩石风化或破碎的产物，非连续体受力易变形，强度低体积变化主要是孔隙变化剪切变形主要由颗粒相对位移引起三相性固、液、气受力后由三相共同承担相间存在复杂相互作用孔隙水和孔隙气可流动天然性自然界的产物，存在自然变异性非均匀性各向异性时空变异性2.三大问题、三大特性：强度、变形、渗透1.2土的三相组成1．根据三相比例不同，将土分为：饱和土、非饱和土、干土2．粒径级配：粒径大小及不同尺寸颗粒在土中占的百分比3．巨粒土＞60mm 、粗粒土＞0.075、细粒土≤0.075；4．粗粒土：以砾石和砂石为主的土，也称无黏性土5．细粒土：以粉粒和黏粒为主的土，也称黏性土6．粒径级配分析方法：筛分法（适用于粒径大于）0.075；水分法（粒径小于0.075）7．粒径级配曲线：横坐标为土颗粒直径（mm ），纵坐标为小于某粒径的土颗粒累积含量（百分比）8．粒径级配曲线的用途：了解土的粗细程度；粒径分布的均匀程度，分布连续性程度来判断土的级配优劣。

9．重要参数：1d50：平均粒径，表粗细；d10：有效粒径，细颗粒代表值；d30：连续粒径，表连续性；d60：控制粒径，粗颗粒代表值。

2两点：某粒径范围内土颗粒所占质量百分数，陡多，缓少，平缺10．不均匀系数Cu ：Cu=d60/d10；Cu ＞5不均匀土11．曲率系数：1060230c d d d C ⨯=；Cc ＜1或＞3表示级配曲线不连续。

12．级配良好的土：土的级配不均匀Cu ≥5，且级配曲线连续（Cc=1-3），适用于填方工程。

13．土中水：自由水：毛细水，重力水；结合水：强结合水，弱结合水14．土中气：封闭气体，自由气体1.3土的物理状态15．最基本指标1土的密度：单位体积土的质量，g vργρ==;m2土粒比重（土粒相对密度）：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比，数值上等于土粒的密度。

第一章 土的物理性质及其工程分类P 60[2-2] 解：V=21.7cm 3，m=72.49－32.54＝39.95g ，m S =61.28－32.54＝28.74g ，m W =72.49－61.28=11.21g7.2195.39==V m ρ＝1.84g/ cm 3，74.2821.11==sw m m w ＝39％ 07.1184.1)39.01(174.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d eP 60[2-3] 解：963.0185.1)34.01(171.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρWS d e 963.01963.071.21++=++=e e d s sat ρ＝1.87 g/ cm 3，87.0187.1=-=-='W sat ρρρ g/ cm 3g ργ'='＝0.87×10＝8.7 kN/m 3P 60[2-4] 解：已知77.1=ρg/cm 3, w ＝9.8％，s d ＝2.67，461.0min =e ,943.0max =e∴656.0177.1)098.01(167.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d e ，∈=--=--=6.0461.0943.0656.0943.0min max max e e e e D r （0.33，0.67）∴该砂土处于中密状态。

P 60[2-5] 解：已知s d ＝2.73，w ＝30％，=L w 33％，=P w 17％土样完全饱和→1=r S ，sat ρρ=819.073.23.01=⨯=⇒==e e wd S S r ，819.01819.073.21++=++=e e d s sat ρ＝1.95 g/ cm 3 3.0195.11+=+=w d ρρ＝1.5 g/ cm 3，161733=-=-=P L p w w I 81.0161730=-=-=P P LI w w I 10＜16=p I ≤17→该土为粉质粘土0.75＜81.0=L I ≤1→该土处于软塑状态[附加1-1]证明下列换算公式：（1）w s d e d ρρ+=1；（2）γee S sw r ++=1γγ；（3）n n w S w s r γγ)1(-=（1）证明：设e V V V V V Ve V S V V SV S +=+===⇒=1,1w s s w s s s s d ed V V d V V V m ρρρρ+====1 （2）证明：设e V V V V V Ve V S V V SV S +=+===⇒=1,1V g V V V g m m V mg V G s s w w s w )()(ρργ+=+===ee S V V V S sw r s s w v r ++=+=1γγγγ （3）证明：设n V n V n VVV s v v -==⇒==1,,1∴nn w gV gV w V V w V V m m V m V V S w s v w s s v w s s ss v w s wv w w v w r γγρρρρρρρ)1(-====== [附加1-2]解：V=72cm 3，m=129.5g ，m S =121.5g ，m W =129.5－121.5=8g%6.65.1218===⇒S W m m ω 6.0172/5.129)066.01(17.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d e %7.296.07.2066.0=⨯==e d S S r ω 0.1872105.129=⨯===V mg V G γkN/m 36.20106.16.07.21=⨯+=++=W S sat e e d γγkN/m 36.10106.20=-=-='W sat γγγkN/m 39.16106.17.21=⨯=+=W S d e d γγkN/m 3∴γγγγ'>>>d sat[附加1-3]解：已知s d ＝2.68，w ＝32％，土样完全饱和→1=r S86.068.232.01=⨯=⇒==e ed S Sr ω02.1986.1)32.01(1068.286.01)1(=+⨯⨯=⇒=-+=γγωγW S d e kN/m 3[附加1-4]解：已知66.1=ρg/cm 3,s d ＝2.69，（1）干砂→w ＝0 ∴62.0166.1)01(169.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρρw d e W S（2）置于雨中体积不变→e 不变∴%2.969.262.04.04.0=⨯=⇒==w e wd S S r [附加1-5]解：已知m=180g ，1w ＝18％，2w ＝25％，sss s s w m m m m m m m w -=-==18011＝18％→s m ＝152.54g∴)(12w w m m s w -=∆＝152.54×（0.25－0.18）＝10.68g[附加1-6]实验室内对某土样实测的指标如下表所示，计算表土中空白部分指标。

土力学(河海大学第二版)所有章节完整答案第一章 土的物理性质指标与工程分类1-1 解：(1) A 试样100.083d mm = 300.317d mm = 600.928d mm =60100.92811.180.083u d C d === 22301060()0.317 1.610.0830.928c d C d d ===⨯ (1) B 试样100.0015d mm = 300.003d mm = 600.0066d mm =60100.0066 4.40.0015u d C d === 22301060()0.0030.910.00150.0066c d C d d ===⨯ 1-2 解：已知：m =15.3g S m =10.6g S G =2.70饱和 ∴r S =1又知：wSm m m =-= 15.3-10.6=4.7g(1) 含水量 w Sm mω==4.710.6=0.443=44.3% (2) 孔隙比 0.443 2.71.201.0Sre G Sω⨯===(3) 孔隙率1.20.54554.5%11 1.2e e η====++ (4) 饱和密度及其重度32.7 1.21.77/11 1.2Ssat w G e g cm e ρρ++===++ 31.771017.7/sat sat g kN m γρ=⨯=⨯=(5) 浮密度及其重度3' 1.77 1.00.77/sat w g cm ρρρ=-=-= 3''0.77107.7/g kN m γρ=⨯=⨯= (6) 干密度及其重度32.7 1.01.23/11 1.2S w d G g cm e γρ⨯===++31.231012.3/d d g kN m γρ=⨯=⨯= 1-3 解：31.601.51/110.06d g cm ρρω===++ ∴ 2.70 1.01110.791.51s s w d d G e ρρρρ⨯=-=-=-= ∴ 0.7929.3%2.70sat s e G ω===1.60100150.91110.06s m V m g ρωω⨯====+++∴ (29.3%6%)150.935.2w s m m g ω∆=∆=-⨯=1-4 解：w Sm mω=w Sm m m =-sSm m mω=-∴ 1000940110.06s m m g ω===++0.16ω∆=∴ 0.16940150w s m m g ω∆=∆=⨯=1-5 解：(1)31.771.61/110.098d g cm w ρρ===++∴ 0 2.7 1.01110.681.61s s w d d G e ρρρρ⨯=-=-=-= (2) 00.6825.2%2.7sat s e G ω=== (3) max 0max min 0.940.680.540.940.46r e e D e e --===--1/32/3r D <<∴ 该砂土层处于中密状态。