第二章 土的物理性质及分类

1. §2.1 概述 §2.2 土的三相比例指标 §2.3 粘性土的物理特征 §2.4 无粘性土的密实度 §2.5 粉土的密实度和湿度 (略) §2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 (自学了解) §2.7 土的分类 第二章 土的物理性质及分类 主要内容

2. §2.1 概述 第二章 土的物理性质及分类 土的形成 影响 渗透特性 变形特性 强度特性 土的三相组成 土的物理性质 土的物理状态 土的结构 决定

3. §2.2 土的三相比例指标 2.2.1 土的三相比例指标 • 为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系，常用三相图表示土体内三相的相对含量。

4. 一、三个基本物理性质指标 土粒相对密度(比重)ds; 土的含水量ω; 土的密度ρ 2.2.2 指标的定义

5. 定义：土粒的质量与同体积的4℃时纯水的质量之比（无因次）定义：土粒的质量与同体积的4℃时纯水的质量之比（无因次） 表达式 ： ρw1—4℃时纯水的密度,等于1g/cm3; ρs—土粒密度，即土粒单位体积的质量，g/cm3 一般情况下，土粒相对密度ds在数值上等于土粒密度ρs，但两者的含义不同。 (1)土粒相对密度(土粒比重)ds

6. ※ 土粒相对密度变化不大，一般从2.65~2.76，土粒越细，ds越大。见P31表2-1※ 特殊情况：有机质土 2.4~2.5泥炭土 1.5~1.8※ 土粒比重可在实验室用“比重瓶法”测定。（扰动样）

7. 土的相对密度ds

8. 土的含水量： 土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 表达式： （2）土的含水量（含水率）ω

9. 含水量是衡量土的含水程度（湿度）的一个重要指标，ω小则土干， ω大则土湿。 坚硬的粘性土ω可小于30%，饱和软粘土可达60%。 含水量ω一般用“烘干法”测定

10. 测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，称干土的质量。 土的含水量

11. 密度 定义： 土单位体积的质量，用ρ表示 单位： g/cm3 或 t/m3 表达式： （3）土（体）的密度ρ ※天然状态下ρ的变化范围较大 粘性土 ρ=1.8~2.0 g/cm3 砂 土ρ=1.6~2.0 g/cm3 腐质土ρ=1.5~1.7 g/cm3 ※土的密度一般用“环刀法”测定。（原状土）

12. 测定方法：环刀法 土的密度ρ

13. 定义：单位土体积内土粒的质量 表达式： 二、特殊条件下土的密度 （1）土的干密度ρd 一般 ρd=1.3～1.8 g/cm3

14. 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是评价土密实程度的指标，干密度或干重度越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。 干密度ρd

15. 定义： 土中孔隙被充满水时，单位土体积的质量 表达式： （2）饱和密度ρsat ρw≈ ρw1=1g/cm3 ρsat=1.8~2.3 g/cm3

16. 定义： 地下水位以下，土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差 表达式： （3）土的浮密度（有效密度）ρ′

17. 土的质量密度共有4个即ρ ;ρd ;ρsat ;ρ′,在后面计算土的自重应力时要用重力密度,简称重度(kN/m3)。它们的换算关系是： γ= ρ·g γd = ρd·g γsat = ρsat ·g γ′= ρ′·g 1 g = 9.807 m/s2 ≈ 10 m/s2 ；1N = 1 kg.m/s2 例如： γω=ρω·g=1t/m3×10 m/s2 =10×103 (kg.m/s2)/m3=10KN/m3

18. 各种密度、重度之间的比较

19. （1）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 表达式： 三、描述土的孔隙体积相对含量的指标

20. ※孔隙比是一个重要的物理力学指标，可用来评价天然土层的密实程度。※孔隙比是一个重要的物理力学指标，可用来评价天然土层的密实程度。 e＜0.6 是密实的低压缩性土 e＞1.0 是疏松的高压缩性土

21. 定义： 土中孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示 表达式： （2）土的孔隙率n ※e、n 越大，土中孔隙越多，土越疏松，压缩性越大。

22. 定义： 土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示 表达式： （3）土的饱和度Sr ※Sr 反映了土中孔隙水充满的程度，理论上如果Sr =100%是完全饱和的； Sr =0是干土。

23. 稍湿 很湿 饱和 50 80 土的饱和度Sr ※ 通常可根据饱和度的大小将细砂、粉砂划分为稍湿、很湿、饱和三种状态。 土中粘粒成分越多，Sr可以达到越高的值。

24. 常用的物理性质指标共有9个，一般说，已知其中任意3个，通过换算，可以求其余6个。常用的物理性质指标共有9个，一般说，已知其中任意3个，通过换算，可以求其余6个。 2.2.3 指标间换算 (自学P33~36) 作业:P60 2-2; 2-3

25. §2.3 粘性土的物理特征 粘性土的软硬状态 也称稠度状态 稠度状态与含水量有关 较硬 变软 粘性土 流动 含水量

26. 可塑性：粘性土在一定含水量范围内可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，当外力移去后仍然保持原形的特性。可塑性：粘性土在一定含水量范围内可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，当外力移去后仍然保持原形的特性。 阿太堡界限：粘性土由一种状态转移到另一种状态的界限含水量。 §2.3 粘性土的物理特征 2.3.1 粘性土的可塑性及界限含水量

27. 缩限 塑限 液限

28. 固态或半固态 塑态 流态 稠度状态 强结合水 弱结合水 自由水 土中水的形态 w 含水量 稠度界限 塑限ωp 液限ωl 强结合水膜最大 出现自由水 粘性土的稠度反映土中水的形态

29. 液限(ωL)流动状态与可塑状态的界限含水量，可塑状态的液限(ωL)流动状态与可塑状态的界限含水量，可塑状态的 上限含水量 粘性土的界限含水量 塑限(ωp)可塑状态与半固体状态的界限含水量，可塑状态的下限含水量 缩限 (ωs) 半固体状态与固体状态的界限含水量，即粘性土随着含水量的减小而体积开始不变的含水量。

30. 粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验方法测定这些界限含水量(阿太堡界限)。

31. 液、塑限测定方法： 塑限测定（搓条）：调制均匀的湿土样，在毛玻璃上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻恰好出现横向裂缝，就把土条的含水率定为塑限 液限测定（锥式液限仪）：取代表性试样，加入纯水调制试样，用电磁落锥测定76g的圆锥从试样表面在自重作用下经5秒恰好沉入试样10mm的深度。这时杯内土样的含水量为塑限。

32. 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）成为塑性指数液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）成为塑性指数 2.3.2 粘性土的物理状态指标 （1）塑性指数IP 塑性指数表示：①塑态时含水量变化范围；②结合水含量多少；③土粒的细度；④土中水的离子成分浓度；⑤粘土的矿物成分。 IP工程上用来对粘性土分类。

33. 粘性土的状态指标 （2）液性指数 IL 粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样的状态，粘性土的状态用液性指数来判别。 液性指数表征了土的天然含水量与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。

34. 判定 土处于坚硬状态 土处于可塑状态 土处于流动状态

35. IL是反映土的稠度状态的指标， IL越小，土越硬， IL越大，土越软。 《建筑地基基础设计规范》GB50007规定： 塑态 坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑 0 0.25 0.75 1.0 Il 塑态 坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑 其他行业规定请参考相应规范如JTJ024-85等 交通部《公路桥涵地基与基础设计规范》

36. （3） 天然稠度 (交通部门) • 土的天然稠度—是指原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比。 • 用符号ωc表示，即： （2-12） ω 用烘干法； ωL、ωp 用联合测定法； • 实测 路床表面以下80cm深度内的平均稠度，再按表2-5确定（P39） ωc=（ωL-ω）/（Ip）

37. Ip 缺点: 不能充分反映粘土与水的亲和能力 活动度 (活性指数) 不活动粘性土 正常粘性土 活动性粘土 0.75 1.25 A 2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性 指与水的亲和能力 （1）粘性土的活动度 定义:能反映粘性土中所含矿物的活动性的指标. 以蒙脱石为主的土 皂土A=1.11 高岭土 A=0.29 Ip相近时 m0.002: 粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比

38. { St 2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性 （2）粘性土的灵敏度 土的结构对土强度影响的灵敏程度 低灵敏土 中灵敏土 高灵敏土 1 2 4 St 1.0＜ St ≤2.0 低灵敏土 2.0 ＜ St ≤4.0 中灵敏土 St＞4.0 高灵敏土

39. 2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性 搅拌、揉搓、压实、振动等 （3）粘性土的触变性 触变性：饱和粘性土受到扰动后，结构破坏，强度降低，当静置一段时间后，土的强度又随时间部分恢复的现象。 • 恢复的原因： • 土颗粒重新排列 • 胶体重新凝聚 • 结合水膜重新调整 土颗粒间的联结被破坏后，触变效应只能靠土粒间的电分子引力恢复强度，因此只能部分恢复。

40. 注意: • 由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水量大于它的液限也未必一定会发生流动。含水量大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为液态。

41. 无粘性土：一般指砂（类）土和碎石（类）土。无粘性土：一般指砂（类）土和碎石（类）土。 无粘性土的特征： （1）粘粒含量甚少 （2）无可塑性 （3）单粒结构 对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。 土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；密实的无粘性土是良好的天然地基。 土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。密实度低的饱和粉、细砂在振动荷载下极易液化。 §2 .4 无粘性土的密实度

42. 1964年日本新泻地震地基的大面积液化

43. §2 .4 无粘性土的密实度 定义（理论表达式） emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算 emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算 e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比 相对密实度Dr 2.4.1 砂土的相对密实度 emax: 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比 emin: 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比

44. ρdmax无粘性土的最大干密度 ρdmin无粘性土的最小干密度 ρd无粘性土的天然干密度或填筑干密度 • 定义（实用表达式） 无粘性土处于最密实的状态 无粘性土处于最疏松的状态 按Dr对砂土密实度的划分 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024—85） 疏松 中密 密实 1/3 2/3 • 按Dr对砂土的其他分类请参见相应行业规范

45. 改错：P41右下脚“Dr＞0.2” ，应改为Dr ＜0.2 2.4.1 无粘性土密实度划分的其他方法 (略) 标贯击数（砂）、重型动力触探（砾）、碎石土野外鉴定 §2.5 粉土的密实度和湿度 (略) （GB50021-2001）中规定，粉土密实度和湿度分别根据e和ω划分。P46表2-14，2-15 §2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 (自学了解)

46. 2.7.1 土的分类原则和标准 原则： ①简明的原则 ②工程特性差异的原则 §2.7 土的分类 土的分类标准(GBJ 145-90) 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85) 公路土工试验规程（JTJ051-93） 水电部SD128-48分类法

47. 1.按沉积年代和地质成因分： 按时代: ①老沉积土 Q3及以前 ②新沉积土 Q4 按成因: 残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土、冰积土 2.按级配（粒度）和塑性指标分： 碎石土、砂土、粉土、粘性土四大类 §2.7 土的分类 2.7.2 建筑地基土的分类 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)

48. §2.7 土的分类 2.7.2 建筑地基土的分类 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) • Ⅰ.碎石土 ＞2mm的 ＞50% 表2-21 • Ⅱ.砂土 ＞0.075mm的 ＞50% 表2-22 • Ⅲ.粉土 ＞0.075mm的 ＜50% Ip≤10 • Ⅳ.粘性土 Ip＞10 • 特殊土（其他） 表2-25 改错：P55 表2-24 “≤” (有机质土、泥炭质土、泥炭) 淤泥质土 淤泥 1.0≤e＜1.5 e＞1.5 ω＞ωl

49. Ⅰ碎石土的分类 §2.7 土的分类 2.7.2 建筑地基土的分类 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) ＞2mm的 ＞50%

50. Ⅱ砂土的分类 §2.7 土的分类 2.7.2 建筑地基土的分类 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) ＞0.075mm的 ＞50%