主讲人:王莹瑜建筑与土木工程系学习要求学习要求 了解土的成因和三相组成，掌握土的物理性质指标和物了解土的成因和三相组成，掌握土的物理性质指标和物 理状态指标的定义、物理概念、计算公式和单位。要求熟理状态指标的定义、物理概念、计算公式和单位。要求熟 练地掌握物理指标的三相换算。练地掌握物理指标的三相换算。 了解地基土的工程分类依据了解地基土的工程分类依据, ,掌握土准确定名的方法。掌握土准确定名的方法。基本内容基本内容 土的三相组成土的三相组成 土的三相比例指标土的三相比例指标 土的结构与构造土的结构与构造 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量 砂土砂土的的密实度密实度 土土的工程分类的工程分类 2.1土的成因和三相组成 2.2土的结构和构造 2.3土的物理性质指标 2.4土的物理状态指标 2.5土的工程分类2.1 土的成因与三相组成二、土的类型一、土的成因：岩石风化作用（物理、化学）岩石 破碎搬运沉积大小、形状和 成分都不相同 的松散颗粒集 合体（土）1）残积土 指残留在原地未经搬运的那一部分岩石风化、剥蚀后的碎屑 堆积物。其成分与母岩相同，一般没有层理构造，均质性很 差，孔隙度大，作为建筑物地基容易产生不均匀沉降。2）坡积土指高处的风化碎屑物在雨、雪或者本身的重力作用下 ，搬运而成的山坡堆积物。3）洪积土指在山区或者高地有暂时性水流（如山洪急流 ）作用将大量的残积物、坡积物搬运堆积在山谷中 或山前平原上的堆积物（洪积扇）4）冲积土指由河流的流水地质作用，将两岸基岩及上部覆 盖的坡积物、洪积物剥蚀、搬运、沉积在河流坡降 平缓地带形成的沉积物。5）湖泊沉积土A.湖边沉积土B.湖心沉积土6）海洋沉积土7）风沉积土8）冰川沉积土总之，土的成因决定了土的类别四、土的三相组成天然状态的土一般为三相土。即：固相、液相、气相。其 三相之间的比例关系、土的颗粒组成、大小、土的结构形 式和构造等会直接影响到其工程性质。土 气相：孔隙中的空气。液相：土体孔隙中的水；固相：土的颗粒、粒间胶结物；1）土的固颗粒体（1）土粒的矿物成分固体颗粒是土的三相中决定土工程性质的主要成分。名称成因矿矿物成分特征 原生矿矿 物岩浆浆在冷凝过过程 中形成。石英、长长石 、云母、角 闪闪石、辉辉石 等是母岩物理风风化的产产物，矿矿物成分 与母岩相同，如漂石、卵石、圆砾圆砾 等颗颗粒较较粗，性质稳质稳 定，吸水能 力很弱，无塑性。次生矿矿 物原生矿矿物进进一步 因氧化、水化、 水解及溶解等化 学风风化作用后形 成。高岭石、伊 利石、蒙脱 石、石膏等颗颗粒极细细，种类类很多，以晶体矿矿 物为为主。如粘土矿矿物的基本构成单单 元为为硅氧晶片和铝氢铝氢 氧晶片。粘土 矿矿物具有颗颗粒小，呈片状，比表面 积积大，吸水能力强固体土 颗粒 有机质无机矿物质颗粒：原生矿物、次生矿物；（2）土颗粒的大小粒度的概念：土粒的大小粒组的概念：工程上通常把大小相近、性质相似 的土粒合并为组，为粒组。界限粒径指土在性质上表现出有明显差异的粒径作为划 分粒组的界限粒径。根据规范建筑地基基础 设计规范（GB50007-2002）将自然界中土颗 粒分为六大类。粒组统组统 称粒组组名称粒径范围围（ mm）一般特性巨粒组组漂石或块块石颗颗 粒200透水性大，无粘性，无毛细细水。卵石或碎石颗颗 粒20060透水性大，无粘性，无毛细细水。粗粒组组圆砾圆砾 或角砾颗砾颗 粒6002透水性大，无粘性，毛细细上升高 度很小。砂粒20.075易透水，当混入云母等杂杂物时时 ，透水性减小，压缩压缩 性增加； 无粘性，遇水不膨胀胀，干燥时时 松散；毛细细上升高度小，随粒径 变变小而增大。 细细粒组组粉粒0.0750.005透水性小；湿时时稍有粘性，遇水 不膨胀胀，干时时稍有收缩缩；毛细细 上升高度较较大且较较快，极易出 现冻胀现现冻胀现 象。粘粒0.075mm的土） B.沉降分析法：适用条件：粒径小于0.075mm操作方法：密度计法、移液管法步骤: 利用不同大小的土粒在水中的沉降 速度不同来确定小于某粒径的土粒含量详细见：土工试验方法标准2）土中的水 土中水的形态：固态、液态、气态 其中：液态水包括:（1）结合水 强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排 列 、丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电 场作用力随着与颗粒距离增大而减弱 （2）自由水：存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传递水压力，冰点为0，有溶解能力，包括：重力水、毛细水重力水：存在于地下水位以下的孔隙中，只受重力作用而移动，能传递 水压力和 产生浮力作用。毛细水：存在于地下水位以上的土孔隙中，在表面张力的作用下，地下水 沿着毛细管上升。土中的水 气态水:土中的水蒸气 固态水：低于0 冻结成冰，形成冻土 结合水概念 强结合水、弱结合水3）土中的气体土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。（1）自由气体：土中孔隙气体与大气相通的部分，对工程 不产生影响（2）封闭气体 ：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于 水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响 ，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达 到稳定 2.22.2土的结构和构造土的结构和构造一、土的结构是指土粒之间的空间排列及其联结形式（与组成土的 颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条条件有关 ）单粒结构 蜂窝结构 絮状结构1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落 形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根 据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态 密实状态疏松状态2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大 于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链 环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 蜂窝结构3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻， 在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表 面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物 下沉，形成孔隙较大的絮状结构 絮状结构二、土的构造土的构造是指土中的物质成分和颗粒大小等都相近 的各部分土层之间的相互关系的特征。主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙 构造，二者都造成了土的不均匀性 1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积 的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成 层特征 2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在 裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 温故知新 1、根据地质成因不同土的类型有哪些？2、土中颗粒矿物成分有哪些种类？三大类 粘土矿物是什么？原生矿物、次生矿物伊利石、蒙脱石、高岭石 2、什么叫粒组？什么是界限粒径？粒组：工程上通常把大小相近、性质相似的 土粒合并为组，为粒组。界限粒径：指土在性质上表现出有明显差异的粒径作为 划分粒组的界限粒径温故知新温故知新 3、什么是颗粒级配？什么是颗粒级配曲线 ？如何判别土颗粒级配？ 颗粒级配：指土中各粒组相对含量，用各 个粒组占土粒总质量的百分比表示。 颗粒级配曲线：指根据土颗粒大小分析结 果在半对数坐标系中点绘成一条曲线。 级配的判别：级配曲线越平缓，表示颗粒 越不均匀，级配越好，强度越大。温故知新 4、什么叫不均匀系数？各个字母表示的含 义是什么？该系数的实际意义是什么？Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu5的土视 为级配不良的土； Cu10 的土视为级配良好的土 2.3 土的物理性质指标 一、土的三相图 二、土的物理性质指标 工程中常用重度 表示单位 体积土的重力重力加速度， 近似取10m/s2 气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv1.试验指标ma（1）土的密度：单位体积土 的质量 (天然密度) 土的重度 ：（2）土粒密度s：干土粒的质量ms与其体积Vs之比。 土粒相对密度ds（土粒比重）：土粒质量与4时同体积纯水的质量之比 土粒重度s：气水土粒msmwmVsVw VVa质量m体积V（3）土的含水量：土中 水的质量与土粒质量之比，以 百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天 然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及 其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 （1）干密度和重度干密度d ：单位体积中固体 颗粒部分的质量 2、换算指标 土的干密度越大，土越密实，强度越高，土稳定性 越好。 土的干重度d：气水土粒msmwmVsVw VVa质量m体积V（2）饱和密度和重度 2、换算指标 饱和密度sat ：土体中孔隙完 全被水充满时的土的密度 水水土粒msmwmVsVwVVvmamw土的饱和重度sat：（3）干密度和重度浮密度 ：土单位体积内土 粒质量与同体积水的质量之差 气水土粒msmwmVsVw VVVa质量m体积V 2、换算指标 土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度 ，饱和密度sat，干密度d，浮密度 (kg/m3),相应的重 度指标也有4个，土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮 重度 (kN/m3)土的浮重度sat：对于同一种土：气水土粒msmwmVsVw VVVa质量m体积V（4）孔隙比e ：土中孔隙体 积与土粒体积之比 （5）孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示 孔隙率n的数值越大，表 明土中孔隙体积越大， 即土越疏松气水土粒msmwmVsVw VVVa质量m体积V（6）土的饱和度Sr ： 土中孔隙水的体积与孔 隙总体积之比，以百分 数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱 和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态: Sr50%稍湿； 50Sr80%很湿； Sr80%饱和四、物理性质指标间的换算常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过 换算可以求出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/Vs可知，孔隙的体积Vv为 e，土体的体积V为（1e），于是有：或 三相示意图（a）（二）干密度与湿密度和含水率的关系设土体的体积V为1，则d = ms /V，土体内土粒的质量ms 为d，由w=mw/ms水的质量mw为wd。于是可得：或（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/Vs，孔隙的体积vv为e ；由sms/Vs得土粒的质量ms为s。于是，按d的定义 可得：（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/Vs得体积vv=e；由s ms / Vs得土粒的质量ms=s。按w= mw / ms ，水的质 量mw=ws，则水的体积vw= mw /w=ws/w。于是，Sr 定义可得：饱和状态下的 孔隙比（五）浮密度与比重和孔隙比的关系设土体内土粒体积为1，则按e=Vv/Vs ，孔隙的体积Vv为e 由s ms / Vs得土粒的质量ms为s。于是可得：习题练习1、某土样经试验测得体积为100cm3，湿 土质量为187g，烘干后，干土质量为 167g。若土粒的相对密度ds为2.66， 求：该土样的含水量、密度、重度 、 干重度d 、孔隙比e、饱和重度sat和有 效重度 、饱和度Sr 【解答】 一、粘性土的界限含水量同一种粘性土随其含水量的不同，分别处于流动状态、 可塑状态、半固态和固态。0固态可塑状态流动状态塑限P液限L分界含水量：土从一种状态变到另一种状态的分界点。液塑限采用液塑限联合测定仪进行测定。缩限S半固态2.4 土的物理状态指标液塑限联合测定仪下沉深