1、1.4 土的物理性質指標三相組成的定性分析，進一步對土的三相組成作定量上的分析，即三相組成的定性分析，進一步對土的三相組成作定量上的分析，即分析土三相組成部分的質量和體積之間的比例關系。分析土三相組成部分的質量和體積之間的比例關系。 土的物理性質指標土的物理性質指標表示土中三相比例關系的一些物理量，表示土中三相比例關系的一些物理量，可分為如下兩類：可分為如下兩類：為了便于計算，用圖所示的土的三相組成示意圖來表示各部分之間為了便于計算，用圖所示的土的三相組成示意圖來表示各部分之間的數量關系。的數量關系。必須通過實驗測定的指標必須通過實驗測定的指標即：密度、土粒比重（土粒相對密度）、含水量即：密度

2、、土粒比重（土粒相對密度）、含水量可根據已測指標推算的指標可根據已測指標推算的指標如如: :孔隙比、孔隙率、飽和度等孔隙比、孔隙率、飽和度等物理性質指標物理性質指標土的三相組成示意圖 mw：土中水質量：土中水質量m：土的總質量，：土的總質量， m=ms +mwVw：土中水體積：土中水體積mma=0mwms質量質量體積體積氣氣水水土粒土粒VaVwVsVvVms：土粒質量：土粒質量ma：土中氣質量：土中氣質量Vs：土粒體積：土粒體積Va：土中氣體積：土中氣體積V：土的總體積：土的總體積 V= Vv+ VsVv：土中孔隙體積：土中孔隙體積 Vv= Va+ Vw 天然狀態下土單位體積的質量，天然狀態下

3、土單位體積的質量，g/cm3或或t/m3 粘性土：粘性土： ；砂土：；砂土： ；腐質土：腐質土： 。 一般用一般用 “環刀法環刀法” 測定。測定。Vm30 . 26 . 1cmg30 . 28 . 1cmg37 . 15 . 1cmg 1.4.1直接測定的物理性質指標直接測定的物理性質指標 1.土的密度（又稱天然密度）土粒比重Gs （土粒相對密度）（土粒相對密度） 土粒質量與同體積的土粒質量與同體積的4時純水的質量之比，即：時純水的質量之比，即： 其中：其中： 土粒密度，土粒密度，g/cm3； 4時純水的密度，時純水的密度，1 g/cm3或或1 t/m3； 天然水密度，天然水密度， 1g/cm

4、3。 土粒比重取決于礦物成分。一般土：土粒比重取決于礦物成分。一般土：2.62.8；有機質土：；有機質土：2.42.5；泥炭土：；泥炭土：1.51.8。sssVmsssssVmG111土粒比重Gs測定方法： 比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質量m1。然后把烘干土若干克(ms)裝入空比重瓶內，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質量m2，按下式計算土粒比重21mmmmGsss土的含水率 含水率：含水率： 土中水的質量與土粒質量之比，以百土中水的質量與土粒質量之比，以百分數表示分數表示 表達式：表達式： %100swmmw一般，土的含水量越大，其強度越低。粗砂的含水量接一般，土的含水量越大，其強

5、度越低。粗砂的含水量接近于零，淤泥可達近于零，淤泥可達60。一般用。一般用“烘干法烘干法”測定。測定。土的含水率測定方法：測定方法： 烘干法。先稱出天然濕土的質量，烘干法。先稱出天然濕土的質量，然后放在烘箱里，在然后放在烘箱里，在100105下下烘干，稱干土的質量烘干，稱干土的質量。 1.4.2間接換算的物理性質指標間接換算的物理性質指標 土的孔隙比e定義：定義： 土中孔隙的體積與土粒的體積之土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數表示比，以小數表示表達式表達式： svVVe 用于評價土的密實度和壓縮性：用于評價土的密實度和壓縮性：e 1.0疏松、高壓縮性。疏松、高壓縮性。土中孔隙率n定義： 土

6、中的孔隙的體積與土的總體積之比，以百分數表示表達式： %100VVnv土的飽和度Sr定義： 土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分數表示表達式： %100vwrVVS干土干土Sr = 0；飽和土；飽和土Sr = 100%。4. 土的干密度d 、飽和密度 rat、浮密度干密度干密度： ，土單位體積中固體顆粒部分的質量。（工程，土單位體積中固體顆粒部分的質量。（工程上用作評定土體密實度，控制填土工程的施工質量）上用作評定土體密實度，控制填土工程的施工質量）飽和密度飽和密度： ，土孔隙中充滿水時土體的單位體積，土孔隙中充滿水時土體的單位體積質量。質量。 浮密度浮密度： ，單位，單位土體中土粒的有效質

7、量（在地下水位以下，扣除浮力后單位土體土體中土粒的有效質量（在地下水位以下，扣除浮力后單位土體積中土粒的質量）。積中土粒的質量）。VVmwvssatVmsddsatsatVsssVVVmVVm1.4.3物理性質指標間的換算物理性質指標間的換算孔隙比與孔隙率的關系eeVVnv1nne1干密度與天然密度的關系氣氣水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e質量質量m體積體積VVv=eGsw Gs（1）w emVms1)1 (emVmssd11d孔隙比和干密度的關系 eVmssd111dwsdsGessssmVm飽和度與含水率和孔隙比的關系 ewGeVVSswvwrws當土飽和時，即為Sr=100則 swG

8、emin理論minmax1 esd理論浮密度和孔隙比的關系 eGeeGwswwswsat1) 1(1)(eGeVVmwswswss111eeGVVmwswVssat1)(例題分析例題分析 n【例】某土樣經試驗測得體積為某土樣經試驗測得體積為100cm3，濕土質量為濕土質量為187g，烘干后，干土質量為烘干后，干土質量為167g。若土粒的相對密度若土粒的相對密度Gs為為2.66，求該土樣的含水量，求該土樣的含水量、密度密度、重度重度 、干重度干重度d 、孔隙比、孔隙比e、飽和重度、飽和重度sat和有效重度和有效重度 【解答】解答】%98.11167167187%100smm3/87. 11001

9、87cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66. 21)1 (sGe%7 .53593. 066. 21198. 0eGSsr3/4 .2010593. 01593. 066. 21mkNeeGssat3/4 .10104 .20mkNwsatl無粘性土無粘性土密實度密實度l粘性土的物理特征粘性土的物理特征含水量含水量1.5 土的物理狀態指標土的物理狀態指標1.5.1 無粘性土的密實度劃分標準無粘性土的密實度劃分標準（1）孔隙比）孔隙比e(礫，粗、中砂礫，粗、中砂)優點：簡單方便優點：簡單方便缺點：

10、無法反映土的級配因素缺點：無法反映土的級配因素0.60.750.85松散松散中密中密密實密實稍密稍密（2）相對密度）相對密度Dr 定義：定義：優點：計入土的級配因素，理論上比較優點：計入土的級配因素，理論上比較 完善。完善。缺點：天然孔隙比難以獲取，且缺點：天然孔隙比難以獲取，且e emaxmax, ,e eminmin 的測定受人為的影響較大。的測定受人為的影響較大。ddddddreeeeD)()(minmaxmaxminminmaxmax 判別標準：判別標準： Dr = 1 , 最密狀態最密狀態 Dr = 0 , 最松狀態最松狀態 Dr 1/3 , 疏松狀態疏松狀態 1/3 2/3 , 密

11、實狀態密實狀態3. 3. 根據原位標準貫入試驗判別根據原位標準貫入試驗判別按標準貫入錘擊數按標準貫入錘擊數N密實度密實度N10松散松散10N15稍密稍密15N30中密中密N 30 密實密實按標準貫入錘擊數按標準貫入錘擊數N判別砂土密實度判別砂土密實度 錘 重：63.5kg 標準貫入數 N63.5 落 距：760mm 打入深度：300mm 標準貫入試驗（Standard Penetration Test）1.5.2 粘性土的物理特征粘性土的物理特征液限、塑限、縮限液限、塑限、縮限塑性指數塑性指數液性指數液性指數v液限、塑限、縮限液限、塑限、縮限 一、定義 液限液限L、塑限塑限p、縮限縮限s 二、

12、測定方法 wSWpWL液態液態固態固態塑態塑態半固態半固態0測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯合測定法。測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯合測定法。10mm液限：我國標準，過渡時期的液限。17mm液限：國際通用標準。土工試驗方法標準液塑限聯合測定法液塑限聯合測定法25擊合攏長度13mm時含水率為液限。碟式儀法粘性土的塑性指數和液性指數塑性指數塑性指數IP表示土處于可塑狀態的含水量變化范圍。表示土處于可塑狀態的含水量變化范圍。 IP = wL - wP（省去（省去%） IP 越大，土處于可塑狀態的含水量范圍也越大。越大，土處于可塑狀態的含水量范圍也越大。 土顆粒越細，粘粒含量越高，土能吸附的結

13、合水量越多，土顆粒越細，粘粒含量越高，土能吸附的結合水量越多，則則IP 越大。越大。 IP 在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種主要因在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種主要因素，故常用于對粘性土進行分類。素，故常用于對粘性土進行分類。液性指數液性指數IL表示粘性土軟硬程度的一個指標。表示粘性土軟硬程度的一個指標。pppLpLIwwwwwwI評判土的軟硬程度由此可見：當由此可見：當0 w wP，IL 0，土處于固態或半固態，土處于固態或半固態 當當wP w wL，0 wL ， IL 1，土處于流態，土處于流態故可根據故可根據 IL的大小評判土的軟硬程度，分為如下的大小評判土的軟硬程

14、度，分為如下5種：種：狀態狀態堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑液性指數液性指數IL 00IL0.250.25IL0.750.75 1.0表表 粘性土軟硬狀態的劃分粘性土軟硬狀態的劃分1.5.3 土的壓實性在建造路堤、土壩等時，常需要填土。為增強土的密實在建造路堤、土壩等時，常需要填土。為增強土的密實度，降低其透水性和壓縮性，常采用分層壓實的辦法度，降低其透水性和壓縮性，常采用分層壓實的辦法來加以處理。來加以處理。 壓實性壓實性土體在外部壓實能量作用下，土顆粒土體在外部壓實能量作用下，土顆粒克服粒間阻力，產生相對位移，使土中的孔隙減少，克服粒間阻力，產生相對位移，使土中的孔隙減少，密度增

15、加，強度提高的特性。密度增加，強度提高的特性。 實踐表明：細粒土和粗粒土的壓實性不同。壓實實踐表明：細粒土和粗粒土的壓實性不同。壓實細粒土宜用夯擊或碾壓機具；壓實粗粒土宜用振動機細粒土宜用夯擊或碾壓機具；壓實粗粒土宜用振動機具。具。最優含水率土過濕過干都難以充分壓實。過濕，則土中自由水過多，夯實或碾壓土過濕過干都難以充分壓實。過濕，則土中自由水過多，夯實或碾壓時水難以從孔隙中排出，阻止顆粒的靠攏，從而會出現軟彈現象時水難以從孔隙中排出，阻止顆粒的靠攏，從而會出現軟彈現象（俗稱橡皮土）。過干，則土中主要是強結合水，顆粒間引力大，（俗稱橡皮土）。過干，則土中主要是強結合水，顆粒間引力大，阻止顆粒的

16、移動。阻止顆粒的移動。 只有當含水量適當時，壓實效果才會好。常用室內擊實試驗確只有當含水量適當時，壓實效果才會好。常用室內擊實試驗確定定最優含水量最優含水量。最優含水量最優含水量（wop）：一定的壓實能量下使土最容易壓實且能達到最）：一定的壓實能量下使土最容易壓實且能達到最大密實度時的含水量。由室內擊實試驗測得。大密實度時的含水量。由室內擊實試驗測得。最大干密度最大干密度（dmax）：與）：與wop 相應的干密度。相應的干密度。dmax 越大，越大，e 越小。越小。擊實試驗與擊實曲線擊實試驗擊實試驗：對同一種土配：對同一種土配制若干份不同含水量的制若干份不同含水量的試樣，用同樣的壓實能試樣，用

17、同樣的壓實能量分別對每一份試樣進量分別對每一份試樣進行擊實，測定各試樣相行擊實，測定各試樣相應的含水量應的含水量w和干密度和干密度d，然后繪制含水量與，然后繪制含水量與干密度關系曲線，即得干密度關系曲線，即得擊實曲線擊實曲線，曲線峰值點，曲線峰值點對應的即為最優含水量對應的即為最優含水量wop和最大干密度和最大干密度dmax 。圖圖2-13 含水量干密度曲線含水量干密度曲線擊實功：擊實功：擊實功越擊實功越大，最大干密度越大，最大干密度越大，最優含水率越大，最優含水率越小；小；粘粒含量：粘粒含量：粘粒含粘粒含量越少，最大干密量越少，最大干密度越大；度越大；顆粒級配：顆粒級配：顆粒級顆粒級配越均勻

18、，擊實效配越均勻，擊實效果越差。果越差。0d擊數擊數403020飽和線飽和線壓實效果壓實度 為便于工地現場壓實質量控制，工程上常采用壓實度為便于工地現場壓實質量控制，工程上常采用壓實度Dc 來控制：來控制： Dc 值越接近值越接近1，則表示對壓實質量要求越高。對高速公，則表示對壓實質量要求越高。對高速公路主要受力層，要求路主要受力層，要求Dc 值達值達0.95；對；對I、II級土石壩，級土石壩，Dc 值值應達應達0.95 0.98。 maxddcD理論飽和曲線定義：土處于飽和狀態下的干密度定義：土處于飽和狀態下的干密度d與含水量與含水量w的關系的關系曲線。由曲線。由Sr = 100%，e =

19、wGs，可得，可得理論飽和曲線理論飽和曲線方方程為：程為： 土壓實到土壓實到dmax時，其飽和度一般為時，其飽和度一般為80。因此，因此，壓實曲線只能位于理論飽和曲線的下方，不可能與壓實曲線只能位于理論飽和曲線的下方，不可能與之相交。之相交。 采用采用室內擊實試驗室內擊實試驗來模擬來模擬現場壓實現場壓實是半經驗法。是半經驗法。sssdwGe11理論ewGeVVSswvwrws1.6 土的工程分類一、分類的目的和原則一、分類的目的和原則 土的分類體系就是根據土的工程性質差異將土劃分土的分類體系就是根據土的工程性質差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標準，便于在成一定的類別，目的在于通

20、過通用的鑒別標準，便于在不同土類間作有價值的比較、評價、積累以及學術與經不同土類間作有價值的比較、評價、積累以及學術與經驗的交流。驗的交流。分類原則：分類原則：1.分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質，又要分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質，又要測定方法簡單，使用方便測定方法簡單，使用方便2.土的分類體系所采用的指標要在一定程度上反映不同類土的分類體系所采用的指標要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性工程用土的不同特性二、分類體系與方法二、分類體系與方法 分類體系：分類體系：2.建筑工程系統分類體系建筑工程系統分類體系1.工程材料系統分類體系工程材料系統分類體系側重把土作為建

21、筑地基和環境，研究對象為側重把土作為建筑地基和環境，研究對象為原狀土原狀土，例如：建筑地基基礎設計規范例如：建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002)地地基土分類方法基土分類方法側重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基側重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對象為工程。研究對象為擾動土擾動土，例如：土的分類標準，例如：土的分類標準(GBJ145-90)工程用土的分類和公路土工試驗規程工程用土的分類和公路土工試驗規程(JTJ051-93)土的工程分類土的工程分類三、三、土的分類標準土的分類標準(GBJ14590) 根據各粒組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、根據各粒

22、組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細粒土四大類粗粒土和細粒土四大類a.巨粒土和含巨粒土的分類巨粒土和含巨粒土的分類 巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含量的巨粒含量區分。若土中巨粒含量多于區分。若土中巨粒含量多于50%, ,屬于巨粒土；若土中巨屬于巨粒土；若土中巨粒含量在粒含量在15%50%之間，屬于含巨粒土之間，屬于含巨粒土b.粗粒土的分類粗粒土的分類 巨粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒徑大于，剔除巨粒后，若土中粒徑大于0.075mm的粗粒含量多于余土的的粗粒含量多于余土的50%，屬于粗粒土。粗粒，屬于粗粒土。粗粒土分為礫

23、類土和砂類土兩類，礫粒組質量多于總質量土分為礫類土和砂類土兩類，礫粒組質量多于總質量50%50%的土稱為礫類土的土稱為礫類土c.細粒土的分類細粒土的分類 土中粒徑小于土中粒徑小于0.075mm的細粒含量多于或等于的細粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土屬于細粒土。的土屬于細粒土。圖中液限為圖中液限為17mm液限液限細粒土按塑性圖進行細分細粒土按塑性圖進行細分2.建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計規范(GB500072002) 粉土粉土：d 0.075mm的顆粒含量小于等于的顆粒含量小于等于50全重且全重且IP10的土，的土，分 為 砂 質 粉 土 （分 為 砂 質

24、粉 土 （ d 0 . 0 0 5 m m 1 0 % ） 、 粘 質 粉 土） 、 粘 質 粉 土（ d10%）地基土地基土工程分類工程分類碎石土碎石土：粒徑大于：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50的土的土 分為：分為：漂、塊石；卵、礫石；圓、角礫（表漂、塊石；卵、礫石；圓、角礫（表1-15）。粒組含量由大）。粒組含量由大至小以最先符合者確定至小以最先符合者確定砂土砂土：粒徑大于：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的的顆粒含量不超過全重的50且粒徑大且粒徑大于于0.075mm的的 顆粒超過全重顆粒超過全重50的土的土 分為礫砂、粗、中、分為礫砂、粗、中、細細砂、粉砂（表砂、粉砂（表1-16）粘性土粘性土：IP10的土的土,按按IP分為：粉質粘土（分為：粉質粘土（1017) 表表1-17土的名稱土的名稱漂石漂石塊石塊石卵石卵石碎石碎石圓礫圓礫角礫角礫顆粒形狀顆粒形狀圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主顆粒級配顆粒級配粒徑大于粒徑大于200mm的顆的顆粒含量超過全重粒含量超過全重50粒徑大于粒徑大于20mm的顆粒的顆粒含量超過全重含量超過全重50粒徑大于粒