第二章第二章 土的物理性质及土的物理性质及 工程分类工程分类主讲人：孙鸣镝主讲人：孙鸣镝目目 录录第一节第一节 土的生成与特性土的生成与特性第二节第二节 土的三相组成土的三相组成第三节第三节 土的物理性质指标土的物理性质指标第四节第四节 土的物理状态指标土的物理状态指标第五节第五节 地基土的工程分类地基土的工程分类第一节第一节 土的生成与特性土的生成与特性1 1 土的生成土的生成2 2 土的结构和构造土的结构和构造3 3 土的工程特性土的工程特性 4 4 土的生成与工程特性的关系土的生成与工程特性的关系1 1 土的生成土的生成土是由岩石，经物理化学风化，剥蚀，搬土是由岩石，经物理化学风化，剥蚀，搬 运，沉积，形成固体矿物、液体水和气体组成运，沉积，形成固体矿物、液体水和气体组成 的一种混合体。的一种混合体。不同的风化作用形成不同性质的土。不同的风化作用形成不同性质的土。风化作用主要有一下三种类型：风化作用主要有一下三种类型：物理风化物理风化化学风化化学风化生物风化生物风化1 1 土的生成土的生成（1 1）物理风化：岩石经风、霜、雨、雪的侵蚀）物理风化：岩石经风、霜、雨、雪的侵蚀 ，温度、湿度的变化，发生不均匀膨胀或收缩，温度、湿度的变化，发生不均匀膨胀或收缩 ，使岩石产生裂隙，崩解为碎块的风化过程。，使岩石产生裂隙，崩解为碎块的风化过程。岩石在物理风化作用下，只改变颗粒的大岩石在物理风化作用下，只改变颗粒的大 小和形状，不改变原来的矿物成分。小和形状，不改变原来的矿物成分。物理风化是产生粗粒土（无黏性土）的主物理风化是产生粗粒土（无黏性土）的主 要风化形式。要风化形式。 （2 2）化学风化：岩石的碎屑与水、氧气、二氧）化学风化：岩石的碎屑与水、氧气、二氧 化碳等物质接触，逐渐发生化学变化，原有的化碳等物质接触，逐渐发生化学变化，原有的 矿物成分发生改变，产生新的矿物成分（次生矿物成分发生改变，产生新的矿物成分（次生 矿物）的风化过程。矿物）的风化过程。化学风化是产生细粒土（黏性土）的主要化学风化是产生细粒土（黏性土）的主要 风化形式。风化形式。1 1 土的生成土的生成（3 3）生物风化：由动、植物和人类的活动对岩）生物风化：由动、植物和人类的活动对岩 体的破坏统称为生物风化过程。体的破坏统称为生物风化过程。生物风化是一种夹杂了多种因素的比较复生物风化是一种夹杂了多种因素的比较复 杂的风化过程。杂的风化过程。在自然界中，一般情况下是三种风化过程在自然界中，一般情况下是三种风化过程 共同作用，形成了我们现在的自然地貌和地球共同作用，形成了我们现在的自然地貌和地球 表面的各种土的类型。表面的各种土的类型。2 2 土的结构和构造土的结构和构造（1 1）土的结构：土颗粒之间的相互排列和联结）土的结构：土颗粒之间的相互排列和联结 形式。形式。土的结构一般分为下列三种土的结构一般分为下列三种 单单单单粒粒结结结结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积积积积 过过过过程中，每个程中，每个颗颗颗颗粒在自重作用下粒在自重作用下单单单单独下沉达到独下沉达到 稳稳稳稳定状定状态态态态。 蜂蜂窝结窝结窝结窝结 构：土构：土颗颗颗颗粒粒较细较细较细较细 （粒径小于（粒径小于0.02mm0.02mm ）时时时时，在水中，在水中单单单单个下沉，碰到已沉个下沉，碰到已沉积积积积的土粒，的土粒， 由于土粒之由于土粒之间间间间的分子引力大于土粒自重，使得的分子引力大于土粒自重，使得 下沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被下沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被 吸引，形成很大孔隙的蜂吸引，形成很大孔隙的蜂窝窝窝窝状状结结结结构。构。絮状絮状结结结结构（二构（二级级级级蜂蜂窝结窝结窝结窝结 构）：粒径极构）：粒径极细细细细的的 黏土黏土颗颗颗颗粒（粒径小于粒（粒径小于0.005mm0.005mm）在水中）在水中长长长长期期悬悬悬悬 浮，浮，这这这这些土粒在水中运些土粒在水中运动动动动，相互碰撞，吸引，相互碰撞，吸引， 逐逐渐渐渐渐形成小形成小链环链环链环链环 状的土集粒，状的土集粒，质质质质量增大而下沉量增大而下沉 ，小，小链链链链又可相互吸引，不断延伸，形成大又可相互吸引，不断延伸，形成大链链链链。 因此称因此称为为为为絮状絮状结结结结构或二构或二级级级级蜂蜂窝结窝结窝结窝结 构。此构。此结结结结构在构在 海海积积积积黏土中比黏土中比较较较较常常见见见见。 2 2 土的结构和构造土的结构和构造工程性质工程性质三种结构中，以密实的单粒结构工程三种结构中，以密实的单粒结构工程 性质最好；而蜂窝结构和絮状结构，强度性质最好；而蜂窝结构和絮状结构，强度 低、压缩性高，不能直接用作天然地基。低、压缩性高，不能直接用作天然地基。（2 2）土的构造：同一土层中，土颗粒之间）土的构造：同一土层中，土颗粒之间 相互关系的特征。相互关系的特征。土的构造比较常见的有下列四种土的构造比较常见的有下列四种 层层层层状构造：土状构造：土层层层层由不同的由不同的颜颜颜颜色或不同的色或不同的 粒径的土粒径的土类组类组类组类组 成，形成成，形成层层层层理，一理，一层层层层一一层层层层互互 相平行。相平行。此构造是此构造是细细细细粒土的重要特征。粒土的重要特征。2 2 土的结构和构造土的结构和构造分散构造：土分散构造：土层层层层中的土粒分布均匀，性中的土粒分布均匀，性质质质质相相 近。近。此构造主要有砂土、卵石此构造主要有砂土、卵石层层层层等。等。 结结结结核状构造：在核状构造：在细细细细粒土中混有粗粒土中混有粗颗颗颗颗粒或粒或结结结结核核 等物等物质质质质。例如含。例如含礓礓礓礓石的粉石的粉质质质质黏土、含黏土、含砾砾砾砾石的冰石的冰 碛碛碛碛黏土等。黏土等。 裂隙状构造：土体中有很多不裂隙状构造：土体中有很多不连续连续连续连续 的小裂隙的小裂隙 。如硬塑或。如硬塑或坚坚坚坚塑状塑状态态态态的黏土。的黏土。 工程性质工程性质一般分散构造的工程性质最好；层状构造一般分散构造的工程性质最好；层状构造 要看其层间结构；结核状构造工程性质的好坏要看其层间结构；结核状构造工程性质的好坏 取决于其细粒土的部分；裂隙状构造因其裂隙取决于其细粒土的部分；裂隙状构造因其裂隙 部位强度低，渗透性大，工程性质最差。部位强度低，渗透性大，工程性质最差。2 2 土的结构和构造土的结构和构造土与其他连续介质的建筑材料相土与其他连续介质的建筑材料相 比，具有三个显著的工程特性：压缩比，具有三个显著的工程特性：压缩 性高、强度低、渗透性大。性高、强度低、渗透性大。这三个工程特性虽然在不同土类这三个工程特性虽然在不同土类 中差别很大，但要与土和其他建筑材中差别很大，但要与土和其他建筑材 料的差别相比，不同土质之间的差距料的差别相比，不同土质之间的差距 就非常小了，有相对较大的数量级上就非常小了，有相对较大的数量级上 的差距。的差距。3 3 土的工程特性土的工程特性（1 1）搬运，沉积条件）搬运，沉积条件一般流水搬运沉积的土要优于风力搬一般流水搬运沉积的土要优于风力搬 运沉积的土。运沉积的土。 （2 2）沉积年代）沉积年代通常土的沉积年代越久，其工程性质通常土的沉积年代越久，其工程性质 越好。越好。 （3 3）沉积的自然地理环境）沉积的自然地理环境我国地域辽阔，不同自然地理环境下我国地域辽阔，不同自然地理环境下 所生成的土的工程性质也一般相差较大。所生成的土的工程性质也一般相差较大。 4 4 土的生成与工程特性的关系土的生成与工程特性的关系第二节第二节 土的三相组成土的三相组成土的三相组成：土由固体矿物、水和土的三相组成：土由固体矿物、水和 气体三部分组成。气体三部分组成。土中固体矿物构成土的骨架，骨架之土中固体矿物构成土的骨架，骨架之 间存在大量孔隙，孔隙由水和气体填充。间存在大量孔隙，孔隙由水和气体填充。本节主要介绍一下三个内容：本节主要介绍一下三个内容：1 1 土的固体颗粒土的固体颗粒2 2 土中水土中水3 3 土中气体土中气体1 1土的固体颗粒土的固体颗粒 （1 1）土粒的矿物成分：主要分为三类）土粒的矿物成分：主要分为三类 原生原生矿矿矿矿物：由岩石物：由岩石经经经经物理物理风风风风化生成，其成分化生成，其成分 与母岩相同。与母岩相同。原生原生矿矿矿矿物主要包括：物主要包括：单矿单矿单矿单矿 物物颗颗颗颗粒（一个粒（一个颗颗颗颗 粒由一种粒由一种单单单单一的一的矿矿矿矿物构成）；多物构成）；多矿矿矿矿物物颗颗颗颗粒粒 （一个（一个颗颗颗颗粒包含多种粒包含多种矿矿矿矿物）。物）。 次生次生矿矿矿矿物：母岩岩屑物：母岩岩屑经经经经化学化学风风风风化，改化，改变变变变化学化学 成分，成成分，成为为为为一种很一种很细细细细小的新小的新矿矿矿矿物，主要物，主要为为为为 黏土黏土矿矿矿矿物。物。黏土黏土矿矿矿矿物根据其微物根据其微观结观结观结观结 构不同，分构不同，分为为为为蒙脱蒙脱 石、伊利石、高岭石三种。石、伊利石、高岭石三种。 腐殖腐殖质质质质：土中腐殖：土中腐殖质质质质含量高，会使土的含量高，会使土的压缩压缩压缩压缩 性增大。有机性增大。有机质质质质含量超含量超过过过过3% 5%3% 5%的土一般的土一般 不宜作不宜作为为为为填筑材料。填筑材料。1 1土的固体颗粒土的固体颗粒（2 2）土颗粒的大小与形状）土颗粒的大小与形状土颗粒的大小：自然界中土颗粒大小相差悬土颗粒的大小：自然界中土颗粒大小相差悬 殊；颗粒大小不同的土，其工程性质也不同殊；颗粒大小不同的土，其工程性质也不同 。我们一般把土的粒径按其性质分为六个粒。我们一般把土的粒径按其性质分为六个粒 组，每个粒组内的土的工程性质相似。组，每个粒组内的土的工程性质相似。通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大 。土颗粒的形状：表面粗糙、有棱角的土，之土颗粒的形状：表面粗糙、有棱角的土，之 间不易滑动，其抗剪强度比表面光滑的高。间不易滑动，其抗剪强度比表面光滑的高。1 1 土的固体颗粒土的固体颗粒（3 3）土的颗粒级配）土的颗粒级配土的颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以占土的颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以占 总质量的百分数来表示。总质量的百分数来表示。我们通常用两种方法分析土颗粒的粒径，即：我们通常用两种方法分析土颗粒的粒径，即： 筛析法和密度计法。筛析法和密度计法。 筛筛筛筛析法：适用于粒径析法：适用于粒径d d0.075mm0.075mm的土。的土。筛筛筛筛析法的主要工具是一套析法的主要工具是一套标标标标准分析准分析筛筛筛筛，其孔径，其孔径 分分别为别为别为别为 2020、1010、5 5、2.02.0、1.01.0、0.50.5、0.250.25、0.075mm0.075mm 。筛筛筛筛析机一般振析机一般振筛筛筛筛10min 15min10min 15min。 密度密度计计计计法：适用于粒径法：适用于粒径d d0.075mm0.075mm的土。的土。密度密度计计计计法的主要工具是土壤密度法的主要工具是土壤密度计计计计和和1000mL1000mL 的量筒。的量筒。1 1 土的固体颗粒土的固体颗粒根据土粒直径大小的不同，在水中的沉降速根据土粒直径大小的不同，在水中的沉降速 度也不同的特性，将密度计置于土水悬液中，记度也不同的特性，将密度计置于土水悬液中，记 录录0.50.5、1 1、2 2、5 5、1515、3030、6060、120120、1440min1440min 时密