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第二章 土的物理性质及地基土的工程分类1. 土力学的研究对象：土土——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。
§2-1 土的组成一、土的组成⎪⎩⎪⎨⎧孔隙中的水液气体气冰土颗粒固:::土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。
这就是土的物理性质。
二、土的固体颗粒（一）土的颗粒级配1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小3．粒组——为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。
粒组的划分：漂石 粘粒 4．颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析：①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10分析⎩⎨⎧级配良好不均匀粒径大小接近曲线陡级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓②不均匀系数（C u ）1060u d /d C = ⎩⎨⎧<>级配不良级配良好5C 0C u u式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d 60。
d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d 10。
③曲率系数（C c ）6010230c d d d C ⋅=式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30表示。
C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。
（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。
如石英等。
粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。
粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪⎨⎧高岭石伊利石蒙脱石粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 某粒径范围内颗粒的含量。
陡—相应粒组质量集中；缓--相应粒组含量少；平台--相应粒组缺乏。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
粒径级配累积曲线及指标的用途：1.粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu 用于判定土的不均匀程度：Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土；3）曲率系数Cc 用于判定土的连续程度：C c = 1 ~ 3，级配连续土；Cc > 3或Cc < 1,级配不连续土。
4）不均匀系数Cu 和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣：如果 Cu ≥ 5且C c = 1 ~ 3，级配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 级配不良的土。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
土的物理性质指标与工程分类土壤是地球上生物生存和人类农业生产的重要基础，具有多种物理性质指标和工程分类。
下面将对这些指标和分类进行详细阐述。
土壤的物理性质指标主要包括质地、结构、孔隙度、密实度、比表面积、水分性质等。
首先是土壤的质地。
质地是指土壤中各种粒子的组成比例，一般包括沙、粉砂、粉砂、粉土和黏土等颗粒。
不同质地的土壤具有不同的通透性、保水性和保肥性。
其次是土壤的结构。
结构是指土壤中颗粒之间的排列和连接方式。
常见的土壤结构包括团聚体结构、块状结构和砂状结构等。
结构良好的土壤通透性强、保水性好，便于根系伸展和气体交换。
孔隙度是土壤中的空隙占总体积的比例。
孔隙度分为总孔隙度、毛管孔隙度和大隙隙度等不同类型。
孔隙度决定了土壤的通气性、透水性和保水性。
密实度是指土壤颗粒的紧密程度，也称为容重。
密实度通常以湿容比和干容比来表示。
密实度影响土壤的通透性、保水性和根系的适宜生长。
比表面积是指单位质量土壤颗粒的表面积。
比表面积的大小影响土壤负离子交换、吸附性能和微生物活动。
水分性质是指土壤的保水性和透水性。
土壤的含水量、毛细管水持力和渗透速率等指标可以衡量土壤的保水性和透水性，影响土壤的水分循环和水分利用效率。
土壤的工程分类主要包括黏性土、砂性土和淤泥土等。
黏性土是一类具有较高黏性和可塑性的土壤，例如粘土和壤土等。
黏性土常见于河流沉积物、湖沼底质和一些盆地地区，其工程性质主要取决于水分含量和结构。
砂性土是一类颗粒较大、容重较低的土壤，例如砂和砾石等。
砂性土主要存在于河床、滩涂和海岸线等地区，其工程性质主要取决于孔隙度和排水性。
淤泥土是一类富含有机质的细粒土壤，例如湖泊和河口地区的泥沙沉积物。
淤泥土的工程性质主要受到有机质含量、液限和塑限等因素的影响。
此外，还有其他一些土壤工程分类，如粉砂土、粉土和黏土等，它们具有不同的物理性质和工程应用特点。
总之，土壤的物理性质指标和工程分类是研究土壤科学和应用工程中的重要内容。
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 1060d 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5<u C 的看作是均匀的，级配不好；把10>u C 大于的土看作是不均匀的，级配良好。
第一章 土的物理性质及工程分类 土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
1.土粒颗粒级配（粒度） a.土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 某粒径范围内颗粒的含量。
陡—相应粒组质量集中；缓--相应粒组含量少；平台--相应粒组缺乏。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
粒径级配累积曲线及指标的用途： 1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu 用于判定土的不均匀程度：Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土；3）曲率系数Cc 用于判定土的连续程度：C c = 1 ~ 3，级配连续土；Cc > 3或Cc < 1,级配不连续土。
4）不均匀系数Cu 和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣：如果 Cu ≥ 5且C c = 1 ~ 3，级配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 级配不良的土。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
粘性土（细粒土）是由次生矿物组成，主要是粘土矿物。
（粘土颗粒本身带负电） <二>、土中水土中水存在于土体的孔隙中或土粒表面，分为自由水和结合水。
自由水就是我们通常所说的地下水，结合水是指受到电分子引力作用而吸附在土粒表面的水。
结晶水——矿物内部的水结合水——吸附在土颗粒表面的水（强结合水和弱结合水）自由水——电场引力作用范围之外的水（重力水和毛细水）重力水：在重力作用下可在土中自由流动。
毛细水：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 <三>. 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，可能会形成“橡皮土”。
土的三相比例指标——反映三相组成间数量关系的指标称为三相比例指标。
它是评价土体工程性质的基本参数。
m ——水、土总质重，kg ；m s ——土颗粒质量，kg ；m w ——土中水质量，kg 。
且m=m s +m w 。
V---土体总体积，m 3；Vs---土粒体积，m 3；V w ---土中水体积，m 3；Va---土中气体体积，m 3；V V ---土中孔隙体积，m 3。
且V=V s +V V ；V V =V a + V w 。
土的三项基本物理指标密度ρ：单位体积土的质量 常见值： 重力密度γ：单位体积土的重量 常见值：土粒密度ρs ：土中固体颗粒单位体积的质量 土粒相对密度ds ：土颗粒重量与同体积4°C 时纯水的重量比。
常见值：砂土——26.5～26.9粉土——27.0～27.1粘性土——27.2～27.4土的含水量ω：土中水的质量与固体颗粒质量的比值 常见值：砂土——（0～4）％ ； 粘性土——（20～60）％V m =ρ)(V g m 3m N g ⋅=⋅=ργ3)22~16(m kN =γss s V m=ρ即： s ss V W d ⋅=ωγ3)2200~1600(m k g =ρ(%)100⨯=sw m m ω土的六个导出指标1、孔隙比e ：土中孔隙体积与土颗粒体积之比常见值：砂土——0.5～1.0，e < 0.6时呈密实状态，为良好地基；粘性土——0.5～1.2，e > 1.0时，为软弱地基2、孔隙率n ：土中孔隙体积与土总体积之比常见值：n=(30~50)% 3、饱和度s r ：水在空隙中充满的程度 vw r V Vs = 常见值：0～14、干密度：土的固体颗粒质量与总体积之比Vm sd =ρ 5、饱和密度：土中孔隙完全被水充满时，单位体积质量饱和容重： 6、有效密度：地下水位以下，土体受浮力作用时，单位体积的质量有效重度（浮容重）：g ''ργ=指标间的换算——导出指标与基本指标的关系e V e V V m s s s s s d +=+==1)1(ρρρ e V e V V V m w s s s w s w s s +-=+-=-=1)1()('ρρρρρρ ee V V m ws w v s ++=+=1s a t ρρρρ 1)1(101)1(1)1(1-+=-+=-+=-⋅+=-+=-==γωγωργρωρρωρs s w s sss s ssws ss s v d V m V m V V m m V V V V V e 粘性土的物理特性指标粘性土的界限含水量及其测定——粘性土所处的物理状态（软硬状态）与土的含水量密切相关。
当含水量很小时，感觉较硬，外力作用下，将其压碎成粉沫状；我们称其处于固体状态，少加一点水，充分湿润加压后，感觉稍软，加力压碎后成边缘破裂的饼状，称其为半固态；再加水充分湿润，它就具有一定的可塑性；水加的过多，就成了流塑状态的泥浆状。
粘性土从一种状态转变到另一种状态，含水量应有一个分界值，我们称其为界限含水量，分别称为液限、塑限和缩限。
1.液限WL ——粘性土从可塑状态转变到流塑状态时含水量的分界值，称为粘性土的液限，记为WL 。
2.塑限Wp ——粘性土从可塑状态转变到半固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的塑限，记为Wp3.缩限Ws ——从半固体状态转变到固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的缩限，记为Ws 。
塑性指数I p ：粘性土液、塑限差值（去掉百分号）称为粘性土的塑性指数，记为Ip 。
Ip = W L -Wp 塑性指数反映的是粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围；而粘性土与水作用能力的大小与粒径密切相关，这段范围越大，说明土体中细粒土含量越多；土体中蒙脱土矿物含量越多；说明土体中弱结合水含量就越多，土粒表面吸附的阳离子层厚度就越厚，由此推断：土中低价离子含量就越多，土的渗透性就越差、阻水性就越好。
因此，塑性指数Ip 是粘性土各种影响因子作用后的一个综合反映，从一定程度上，反映了粘性土的工程性质。
它是粘性土命名的依据。
工程上，用塑性指数Ip 对粘性土进行工程分类。
Ip ≥17 粘土10≤Ip <17粉质粘土液性指数I L ——粘性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，记为I L 。
稠度指标，反映粘性土的软、硬程度ppL I W I -=ω即pL pL W W W I --=ω当天然含水量ω小于等于塑限Wp 时，土体处于固态或者是半固态，此时I L 小于或等于零；当天然含水量ω大于等于液限W L 时，土体处于流塑状态，此时I L 大于或等于1.0；当天然含水量在液限WL 和塑限Wp 之间变化时，I L 值处于0～1.0之间，此时粘性土处于可塑状态。
各类规范根据IL 值的大小，将粘性土的软硬状态分为土坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑等几种状态。
s v V V e =(%)100⨯=VV n v )(3m kg V V m m V V m wa w s w v s sat ρρρ++=+=gsat sat ργ=VV m ws s ρρ-='wsat w v w s w v s w v w s w v s VV V V V m V V V V m ρρρρρρρρρ-=+-+=--+=)('L I 0 坚硬 0.25 硬塑 0.75 可塑 1.0 软塑 流塑液、塑限的测定1.液限测定：国家标准：锥式液限仪。
凭经验调好土样（调成土湖状），分层放入盛土碗内，用刀抹平盛土碗表面将锥顶角30°、重76g 的圆锥体锥尖对准土样表面，松手后让其在自重作用下下沉，5s 沉入土中深度恰好为10mm 时，土样含水量即为液限W L 。
2.塑限Wp ：搓条法。
手工搓泥条，直径3mm ，恰好在土条表面开始产生均匀裂纹时的含水量即为塑限。
灵敏度 ——粘性土原状土强度与结构完全破坏的重塑土的相应强度的比值。
灵敏度反映粘性土结构性的强弱。
'uut q q S =S t —粘性土的灵敏度。
q u —原状土（粘性土）无侧限抗压强度。
q u '—重塑土（粘性土）无侧限抗压强度； 砂土的密实度——粘土颗粒间有粘聚力，呈团聚状态；砂土则不然，颗粒间基本上无联结，其颗粒排列的紧密程度直接决定了它的承载能力；砂土的密实程度决定了砂土的承载能力。
孔隙比是反映土体密实程度的一个指标，但土体孔隙比的值与土的粒径组成有关。
在某一固定粒度条件下，以最疏松状态制样可以达到其最大孔隙比e max ，当振动、加压、捣实后可以获得最小孔隙比e min 。
砂土的相对密度Dr ——天然状态下，其孔隙比设为e ，则该砂土在天然状态下的密实程度可以用天然孔隙比在最大e max 、最小孔隙比e min 之间的相对位置来表示，即相对密度Dr ：minmax max e e ee D r --=当e =e max ，Dr =0时；表示土体处于最疏松状态；当e = e min ，Dr = 1.0；表示土样处于最紧密状态。
一般情况下，可以用相对密度Dr 的值对砂土的密实程度进行划分：0< Dr <1/3 松散；1/3< Dr <2/3 中密；2/3< Dr <1.0 密实。
土中水运动规律——土的渗透性。
渗透：水透过土体孔隙的现象。
渗透性：土允许水透过的性质称为土的渗透性。
土石坝坝基坝身渗流、板桩围护下的基坑渗流、水井渗流、渠道渗流。
达西定律——水在土中的渗透速度与土的水力梯度成正比v=k·i （水力梯度i ，即沿渗流方向单位距离的水头损失） 密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系 。
达西定律适用于层流，不适用于紊流。
* 渗透系数的计算 *1.常水头试验——整个试验过程中水头保持不变。
适用于透水性大（k>10-3cm/s ）的土，例如砂土。
