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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。
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。
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.把握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换；3.熟识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：土是指掩盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒积累物，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：只转变颗粒大小，不转变矿物成分。
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：矿物发生转变，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，遇到已下沉的土颗粒，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自然结构，则强度低、压缩性高，不行用做自然地基。
（2）土的构造1）定义：同一土层中，土颗粒之间的相互关系。
2）种类：层状结构：由不同颜色或不同粒径的土组成层理，一层一层相互平行。
分散构造：土粒分布匀称，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。
结核状构造:在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，属结核状构造。
裂隙状构造：土体中有很多不连续的小裂隙。
3）工程性质：分散结构的工程性质最好，结核状取决于细粒土，裂隙状渗透性大，工程性质差。
3.土的工程特性(1)压缩性高当应力数值相同，材料厚度一样时，卵石的压缩性为刚才压缩性的数千倍；饱和细沙的压缩性为C20混凝土的数千倍，足以证明土的压缩性极高。
软塑或流塑状态的粘性土比饱和细沙的压缩性还要高。
(2)强度低土的强度特指抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。
无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度出摩擦力外，还有粘聚力，均远小于建筑材料本身的强度。
(3)透水性大土体颗粒间具有很多透水空隙，因此透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石或砂土，其透水性更大。
4.土的生成与工程特性的关系(1)搬运、沉积条件：冲积层优于风积层。
(2)沉积年月：沉积年月越长，工程性质越好。
(3)自然环境：特别土地基。
二、土的三相组成土的三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。
1.土的固体颗粒土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是打算土的工程性质的主要成分。
（1）土粒的矿物成分1）原生矿物由岩石经物理风化生成，它的成分与母岩的相同，常见的有石英，包括单矿物颗粒—一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与灰石等，砂土即为单矿物颗粒；多矿物颗粒—一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
2）次生矿物母岩经化学风化生成的新矿物，它的成分成分与母岩的完全不同。
次矿物主要是粘土矿物，由两种种原子层构成：一种是Si-O四周体构成的硅氧晶片，另一种是Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。
因为这两种晶片结合的状况不同，粘土矿物可分为下列三种：图粘土矿物两种原子层蒙脱石—两结构单元之间没有氢键，相互的联结弱，水分子可以进入量晶胞之间。
因此，蒙脱石的亲水性最大，具有剧烈的吸水膨胀、失水收缩的特性。
伊利石—又称水云母，部分Si-O四周体中的Si为Al、Fe所取代，损失的原子价由阳离子钾补偿。
因此，晶格层组之间具有结合力，亲水性低于蒙脱石。
高岭石—晶胞之间有氢键，相互结合力较强，晶胞之间的距离不易转变，水分子不能进入。
因此，高岭石的亲水性最小。
腐殖质：土中腐殖质含量多，使土的压缩性增大。
有机质超过3%~5%的不宜作为建筑材料。
（2）土颗粒的大小和外形通过界限粒径（划分粒组的分界尺寸）将土颗粒划分为6个粒组：粘粒（小于㎜）、粉粒（,）、砂粒（，2）、圆砾(角砾)（2，60）、卵石(碎石)/（60，200）、漂石(块石）（大于200mm）。
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。
表面粗糙抗剪强度越高。
（3）土的颗粒级配粒径级配：土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数。
1）筛分法：适用于砾石类和砂类土，d >，主要设备为一套标准分析筛，孔径分别为20，10，5，，，，，。
取样数量：d ＜20mm ，可取1000~2000g; d ＜10mm ，可取300~1000g; d ＜2mm ，可取100~300g;震筛10~15min 后称取各级筛底盘试样的质量。
2）密度计法：适用于粉土和粘性土，d ＜，测定悬浊液读数。
粒径级配曲线上：纵坐标10%所对应的粒径称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径60d 称为限定粒径；60d 与10d 的比值称为不匀称系数u C ，即6010u dC d =不匀称系数u C 为表示土颗粒组成的重要特征。
当u C 很小时曲线很陡，表示土匀称；当u C 很大时曲线平缓，表示土的级配良好。
曲率系数c C 为表示土颗粒组成的又一特征，c C 按下式计算：2301060c d C d d =?式中30d 为粒径级配曲线上纵坐标为30%所对应的粒径。
砾石和砂土级配u C ≥5且 c C =1~3为级配良好；级配不同时满意这两个要求则为级配不良。
2. 土中水（1）结合水 1）强结合水排列致密、定向性强；密度>1g/cm 3；冰点处于零下几十度具有固体的的特性；接近固体，不传递静水压力；温度高于100°C 时可蒸发，粘土只含结合水时呈坚硬状态。
2）弱结合水：位于强结合水之外，电场引力作用范围之内；密度大；不传递静水压力（不应重力而移动）；有粘滞性。
自由水：离土粒较远，位于电场引力范围外，排列散乱。
重力水：位于地下水位以下，具有浮力作用，可从总水头较高处向较低处流淌。
毛细水：位于地下水位以上，受毛细作用上升，粉土中空隙小，毛细水上上升。
（2）气态水：水汽，影响不大。
（3）固态水:0℃以下自由水发生冻胀。
3. 土中气体土颗粒中没有被水填充的部分为气体。
（1）自由气体：与大气连通，压缩逸出，对工程无影响。
（2）封闭气体：与大气隔绝，加载缩小，卸载膨胀，使土的渗透性降低。
三、土的物理性质指标1. 土的三项基本物理性质指标（此三项均由试验室测定）（1）土的密度ρ和土的重度γ1）物理意义：ρ为单位体积土的重量，3/g cm 。
γ单位体积土所受的重力，即39,810,/g kN m γρρρ==≈。
2）表达式 =mVρ=土的总质量土的总体积3）常见值：331.6~2.2/,16~22/g cm kN cm ργ==。
4）测定方法：环刀法（粘性土和粉土），灌水法（卵石、砾石与原状砂）。
（2）土粒比重()s s G d1）物理意义：土中固体矿物的质量与同体积4℃时的纯水质量的比值。
2）表达式： =4(4)(4)ss s s w w m V G ρρρ==固体颗粒的密度纯水℃时的密度℃℃） 3）常见值：砂土s G =~2,69，粉土s G =~,粘性土~，数值大小取决于矿物成分。
4）测定方法：比重瓶法；阅历法。
（3）土的含水率ω1）物理意义:土体中水的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。
2）表达式： =100%w sm m ω=?水的质量固体颗粒质量3）常见值：砂土0%~40%ω=，粘性土20%~60%ω=，0ω≈，粘性土呈坚硬状态。
4）测定方法：烘箱法。
2. 反映土的松密程度的指标（1）土的孔隙比e1）物理意义：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。
2）表达式： =V SV e V =孔隙体积固体颗粒体积3）常见值：砂土0.5~1.0e =，粘性土0.5~1.2e =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
（2）土的孔隙度（孔隙率）n1）物理意义：表示孔隙体积含量，土中空隙占总体积的百分比。
2）表达式： =100%VV n V =?孔隙体积土体总体积3）常见值：30%~50%n =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
3. 反映土中含水程度的指标（1）含水率ω(前已述) （2）土的饱和度r S1）物理意义：水在空隙中的布满程度。
2）表达式： =Wr VV S V =水的体积孔隙体积3）常见值：0~1r S =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
5）工程应用：砂土和粉土以饱和度分为稍湿（＜）、很湿（~）、饱和（＞）三类。
4. 特定条件下土的密度（重度）（1）土的干密度d ρ和土的干重度d γ1）物理意义：干密度为单位体积土的质量，3/g cm 。
2）土的干重度为单位体积干土所受的重力，即39.810/d d d d g kN m γρρρ==≈。
3）表达式 =sd m Vρ=固体颗粒质量土的总体积4）常见值：33 1.3~2.0/;13~20/d d g cm kN cm ργ==。
5）工程应用：干密度或干重度越大，表明土体越密实，表明工程质量越好。
6）测定方法：环刀法，放射性同位素测试仪。
（2）土的饱和密度sat γ和土的饱和重度sat ρ1）物理意义：孔隙中全部布满水时单位体积土的质量，3/g cm 。
孔隙中全部布满水时单位体积土所受的重力，即39.810/sat sat sat sat g kN m γρρρ==≈。
2）表达式 +m =s w a w s v wsat m V m V V Vρρρ++==孔隙全部布满水的总质量土的总体积3）常见值：331.8~2.3/;18~23/satd g cm kN cm ργ==。
（3）土的有效重度（浮重度）'γ1）物理意义：地下水位以下土体单位体积土所受的重力扣除浮力。
2）表达式 'sat w γγγ=- 3）常见值：3'8~13/kN m γ=。
*有效密度： 's s wm V Vρρ-=）延长：各种密度和重度之间的大小关系s d sat d sw v sat m V m V m V V ρρρρρρρ?=???=?≥≥??+?=??自然密度：干密度：饱和密度：d d sat d sat sat sat w g g g γργργγγγγργγγ=??=?'?≥≥>?=??'=-?自然重度：干重度：饱和重度：浮重度：规律总结：（1）当设1s V =时，(1)(1)1(1)1sss s s w s w s v G G V m G m G V m G V V ωωωωρρ++=?=?==?=+?=?=-（2）当设1V =时，1111(1)(1)s w w s v S S V m m m V V V G G ρωρρρρωωωω=?=?=?==?=?=-++++ 四、土的物理状态指标 1. 无粘性土的密实度（1）孔隙比标准（同级配）（2）相对密度标准：max max minr e eD e e -=-用r D 指标可将土的密实程度分为：松散（r D 2/3）三种状态。
