土的物理性质指标与分类

w 4℃ w 4℃ ——4℃时纯水的重度。
土粒比重在数值上等于土粒的密度
土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称 瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内， 再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比 重： m
Gs
s
m1 ms m2
Gwt
2.液性指数 粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
IL
w wp wL wp

w wp Ip
（1-31）
式中：IL——液性指数，以小数表示； w——土的天然含水率。
液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达 了天然土所处的状态。
IL<0 IL=0 – 1 IL>1 坚硬状态 可塑状态 流 态 0.00 – 0.25 硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00 软塑
常水头试验装置
V q vA t
h v ki k L
VL k Aht
（二）变水头 法
在整个试验
过程中，水头 是随着时间而 变化的。适用 于透水性弱的 粘性土。
dV adh
aL dh dt kA h
h dV k Adt L

t2
t1
dt
h2
h1
aL dh kA h
第四节 压缩系数压缩指数
土的压缩系数和压缩指数
土的压缩曲线越陡，其压缩性越高。
故可用e-p曲线的切线斜率来表征土的压缩性，该
斜率就称为土的压缩系数，定义为：
de a dp
显然e-p曲线上各点的斜率不同，故土的压缩系数 不是常数。a越大，土压缩性越高。 实用上，可以采用割线斜率来代替切线斜率。
密度计法：粒径<0.075mm
联合测定：既有粒径< 0.075mm， 又有粒径 >0.075mm
土的级配曲线
颗粒分析试验曲线
颗粒分析试验曲线的主要用途 按粒径分布曲线可求得： （1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致 评估土的工程性质； （2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配 的好坏。
e
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0
de ，KPa-1或MPa-1 a dp
实际工程中，往往用割线斜率表示： a tg
e
'
e e1 e2 p p2 p1
土的类别 高压缩性土
400
a1-2 (MPa-1) 0.5 0.1-0.5 <0.1
100
200 300
黏土铺盖
必要时设防渗帷 幕
达西渗透定律
一、达西渗透定律 由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘 滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流 著名的达西渗透定律： 渗透速度： h
vk
或渗流量为：
L
ki
q vA kiA
渗透系数的测定
渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的一个重要的力学 性质指标。 一、实验室内测定渗透系数 就原理而言，可分为：常水头试验和变水头试验。 （一）常水头法 是在整个试验过程中，水头保持不变。此法适用于透水性强的无 粘性土。
土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干 土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指 标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。
（五）饱和密度ρsat与饱和重度γsat
饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态 时单位体积土的质量。表达式为：
sat
ms Vv w V
土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲 线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可 用不均匀系数和曲率系数来衡量。
Cu小，曲线陡； Cu大，易压密；Cc过大，台阶在 d10~d30间； Cc过小，台阶在d30~d60间；
规范：纯净砾、砂，Cu>=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则，不良。
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀 系数Cu和曲率系数Cc，它们的定义为：
d 60 Cu d10
Cc
d30 2
d10 d 60
式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土 粒含量分别为10％，30％和60％时所对应的粒径。d10 称为有效粒径； d60称为限制粒径。
塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。 用Ip表示，取整数，即：
I p wL wp
塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。
粘 性 土 的 分 类 《建筑地基基础设计规范》
GB50007-2002
塑性指数Ip Ip>17 10<Ip≤17
土的名称 粘土 粉质粘土
注:塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10mm时测定的液限 计算而得。
e - σ′曲线 压缩曲线的绘制方式 e - lgσ′曲线
e
1.0
0.9 0.8
e
'
e a '
0.7
0.6 0
100
200 300
400
'(kPa )
e - σ′曲线
二、压缩性指标
1、压缩系数：
压缩曲线上任一点的切线斜率 a的值，称为土的压缩系数。
a1-2常用作 比较土的压 缩性大小
第三节 渗透系数
渗透：由于土体本身具有连续的孔隙，如果存在水位差的作用 时，水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。 土具有被水透过的性能称为土的渗透性。 土的渗透性问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化 或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地 基的稳定性或产生有害变形的问题。
m ms mw ma V Vs Vw Va
对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量， 用γ表示，单位为kN/m3。表达式如下：
W m g g V V
式中：W——土的重量，单位为kN；
g——重力加速度。
（二）土粒比重Gs
（1-8）
式中：m1——瓶+水的质量； m2——瓶+土+水的质量； ms——烘干土的质量；
Gwt ——t º C时蒸馏水的比重。
比重瓶法
m0
空瓶质量
ms
烘干土的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量
m1
瓶+水的质量
m2
瓶+土+水的质量
m1+ms——瓶+水（满）的质量+干土的质量；
m1+ms-m2——与土粒体积相同的水的质量。
（三）土的含水率w
土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒 的质量之比，以百分数表示，其表达式为：
mw 100% ms
测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量， 然后放在烘箱中，在100℃～105℃常温下烘干，称得干 土质量，按上式可算得。
二、间接换算得物理性质指标 （一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表 示，其表达式为： Vv e Vs （二）土的孔隙率n 定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体 积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：
整个土层与层面平行的平均渗透 系数kx为
整个土层与层面垂直的平均渗透系数
ky为 对于成层土，如果各土层的厚度大致 相近，而渗透性却相差悬殊时，与层向平 行的平均渗透系数kx将取决于最透水土层的 厚度和渗透性，而与层面垂直的平均渗透 系数ky将取决于最不透水土层的厚度和渗透 性。
1 kx H
k H
Ws Vs w ms g Vs w g ' ' g V V
与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体 积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：
ms Vs w ' V 或 ' sat w
从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种 密度或重度在数值上有如下关系：
aL h1 aL h1 k ln 2.3 lg A(t2 t1 ) h2 A(t2 t1 ) h2
成层土的渗透系数
天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。对于与土层层面 平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的渗透系数和厚度为已知时， 我们可求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗 流计算的依据。
变软 流动
（二）界限含水率及其测定 1.界限含水率
粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水 率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限 (Atterberg limits )。
液限（wL）——从流动状态转变为可塑状态的界限含水率 ，也就是可塑状态的上限含水率； 塑限（ wp ）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水 率，也就是可塑状态的下限含水率； 缩限（ ws ）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水 率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含 水率。
Vv n 100 % V
（三）土的饱和度Sr
定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表 示，其表达式为：
Vw S r 100% Vv
（四）干密度ρd与干重度γd
土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
ms d V
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
Ws ms g d d g V V
i 1 i
n
i
H ky n Hi k i 1 i
思考题
临界水力梯度的试验资料 （1）临界水力梯度与不均匀系数的关系： 不均匀系数越大，临界水力梯度越小。 （2）临界水力梯度与细料含量的关系 细料含量越高，临界水力梯度越大。 （3）临界水力梯度与渗透系数的关系 渗透系数越大，临界水力梯度越小。 如果透水性强，抵抗渗透变形的能力就差。