第三章土的物理性質第一節

土的基本物理性質第二節

粘性土的稠度與可塑性第三節

細粒土的脹縮性和崩解性第四節

土的透水性和毛細性工程地質學EngneeringGeology2022/12/30中國地質大學工程學院2土的物理性質是指土本身由于三相組成部分的相對比例關系不同所表現的物理狀態；固、液兩相相互作用時所表現出來的性質。土的物理性質是指三相的質量與體積之間的相互比例關系及固、液二相相互作用表現出來的性質。前者稱為土的基本物理性質，主要研究土的密實程度和干濕狀況；后者反映固、液兩相的相互作用，亦稱土的水理性質，主要研究土的稠度與塑性、土的脹縮性與收縮性、土的透水性和毛細性等。第三章土的物理性質三相比例關系——物理狀態：輕重、干濕、松密固、液相互作用——水理性質：稠度、塑性、脹縮、透水性、毛細性土的物理性質在一定程度上決定了它的力學性質，其指標在工程計算中常被直接應用。對種類繁多、性質各異的土，按一定的原則，進行分門別類，給出合適的名稱，可以概略評價土的工程性質。2022/12/30中國地質大學工程學院賈洪彪32022/12/30中國地質大學工程學院5一、土粒密度土粒密度是指固體顆粒的質量與其體積之比，即單位體積土粒的質量。土粒密度大小決定于土粒的礦物密度，即僅與土粒的礦物密度有關，與土的空隙和含水量無關，是土中各礦物密度的加權平均值。一般為2.60~2.80g/cm3，多數在2.65~2.75g/cm3

。各種主要類型土粒密度見下表。2022/12/30中國地質大學工程學院6二、土的密度土的密度是指土的總質量與總體積之比，即單位體積土的質量，亦稱質量密度，單位是g/cm3。土總質量包括土粒質量,和水質量,空氣質量

忽略不計，總體積包括土粒體積

和土粒之間空隙體積。按土空隙中充水的程度和土所處的位置不同，將土的密度分為天然密度、干密度和飽和密度。1、天然密度天然狀態下單位體積土的質量，稱天然密度，即：天然密度取決于土粒密度、空隙體積大小和空隙中水的多少，綜合反映了土的物質組成和結構特征，當結構較密實時，單位體積土中固相土粒質量較大，結構較密，土的密度就大；反之，結構疏松時，其值較小。土的天然密度反映了土三相組成的質量和體積的比例關系。因此其值小于土粒密度，常見值為1.6~2.2g/cm3，它是一個實測指標。2022/12/30中國地質大學工程學院賈洪彪72022/12/30中國地質大學工程學院82、干密度土的孔隙中完全沒有水時的密度，稱土的干密度，即固體顆粒的質量與土總體積之比，即干密度是土密度的最小值，與土中含水多少無關，只取決于土的礦物成分和孔隙性，其值的大小反映了土粒排列的密實程度。若土愈密實，土粒越多，空隙體積就愈??；反之，土愈疏松，土粒愈少，空隙體積愈大，則干密度愈小。故干密度也反映了土的空隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之間。2022/12/30中國地質大學工程學院10三、土的含水性是指土中含水的情況，說明土的干濕程度，土的干濕程度可用含水率和飽和度兩個含水性指標來表示。1.含水量:指土中所含水分的質量與固體顆粒質量之比，以百分數表示，又稱土的含水率。1)天然含水量：土在天然狀態下的含水量，它在很大程度上決定土的力學性質，是一個實測指標，室內常用烘干法測定。一般所說的含水量指的是天然含水量。2）飽和含水量：土的孔隙中全被水充滿時的含水量，稱為飽和含水量wsat。飽和含水量既能反映土孔隙中全部充滿水時含水多少。又能反映土的孔隙率大小。2022/12/30中國地質大學工程學院12四、土的孔隙性土中孔隙的大小、數量、形狀、分布特征、連通情況與總體積等，稱為土的孔隙性。其主要取決于土的顆粒級配與土粒排列的疏密程度。目前主要用空隙體積數量表示土的空隙性。1、孔隙度孔隙度又稱孔隙率，指土中孔隙總體積與土的總體積之比，用百分數表示。土的孔隙度取決于土的結構狀態，砂類土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般為27~52%。新沉積的淤泥，孔隙度可達80%。

2022/12/30中國地質大學工程學院143、砂土的相對密度砂土的密實程度還可用相對密度（Dr）來表示。Dr=0時，土處于最疏松狀態；Dr=1時，土處于最密實狀態。2022/12/30中國地質大學工程學院15五、指標之間的關系土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指標、即通過試驗直接測定。由實測指標換算求取六個導出指標可直接用簡單的數學演算方法，如：2022/12/30中國地質大學工程學院16第二節粘性土的稠度與可塑性土粒與水相互作用所表現出的某些性質，也稱為土的水理性質，如與結合水有關的稠度、塑性、膨脹性、收縮性、崩解性等，與水的流動有關的透水性、毛細性等性質。粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現出來的物理性質。細粒土和粘性土，因土中水分在量和質方面的變化而明顯地表現出不同的物理狀態，具有不同的性質，如隨含水率從少到多，土可由固態、半固態變為可塑態，最終變為流動狀態。2022/12/30中國地質大學工程學院17一、粘性土的稠度狀態粘性土因含水多少而表現出的稀稠軟硬程度，稱為稠度。因含水多少而呈現出的不同的物理狀態稱為粘性土的稠度狀態。固態：含水量相對較少，粒間主要為強結合水連結，連結牢固，土質堅硬，力學強度高，不能揉塑變形，形狀大小固定。塑態：含水量較固態為大，粒間主要為弱結合水連結，在外力作用下容易產生變形，可揉塑成任意形狀不破裂、無裂紋，去掉外力后不能恢復原狀。流態：含水量繼續增加、粒間主要為液態水占據，連結極微弱，幾乎喪失抵抗外力的能力，強度極低，不能維持一定的形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動。

2022/12/30中國地質大學工程學院18二、界限含水量——稠度界限縮限塑限液限0固態半固態可塑狀態流動狀態土從某種稠度狀態轉變為另一種狀態時的界限含水量稱為稠度界限工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp液性界限，相當于土從塑性狀態轉變為液性狀態時的含水量，簡稱液限wL塑性界限，相當于土從半固體狀態轉變為塑性狀態時的含水量，簡稱塑限wp

常見值為17~28%2022/12/30中國地質大學工程學院202022/12/30中國地質大學工程學院21三、粘性土的可塑性當粘性土的含水量在某范圍內時，可用外力塑成任何形狀而不發生裂紋，并在外力移去時能保持既得的形狀，土的這種性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限與塑限兩個稠度界限之間時，土處于可塑狀態，具有可塑性，這是粘性土的獨特性能。wL和wp的差值可以反映可塑性的大小，工程上定義為塑性指數IPIP=wL-wp《巖土工程勘察規范》按塑性指數IP將粘性土分為兩類，IP>17為粘土，17≥IP>10為粉質粘土，IP≤10為粉土或砂類土。2022/12/30中國地質大學工程學院23（一）表征細粒土膨脹性的指標1、自由膨脹率?人工制備的干土，在水中增加的體積與原體積的比，稱為自由膨脹率。

ef=（vwe–v0)/v0×100%式中：vwe為土樣在水中膨脹穩定后的體積；v0為土樣原有體積。自由膨脹率是判別膨脹土膨脹潛勢的參數，可通過膨脹實驗得到。2022/12/30中國地質大學工程學院242、膨脹率土樣在一定壓力下，浸水膨脹穩定后所增加的體積與原體積之比，稱為膨脹率。膨脹率采用室內無側脹膨脹儀測定，由于側向限制而只能產生縱向膨脹，因此測得的是線性膨脹率

ep=（hw–h0)/h0×100%3、膨脹力土樣的體積不變時，由于浸水膨脹產生的最大內應力，稱為膨脹力。它等于為了阻止土膨脹而施加于其上的最小壓力。某些細粒土的膨脹力可大到100kPa以上2022/12/30中國地質大學工程學院26二、細粒土的崩解性細粒土由于浸水而發生崩散解體的性能，稱為崩解性。細粒土的崩解性是由于土體浸水后，水進入孔隙或裂隙的情況不平衡因而引起粒間結合水膜增厚的速度不同，以致粒間斥力超過吸力的情況也不平衡，產生應力集中，使土體沿著斥力超過吸引力的最大面崩落下來。細粒土的崩解性通常用崩解時間、崩解速度、崩解特征來表示。細粒土的崩解實質上是膨脹的特殊形式及其進一步發展。受土的礦物成分、粒度成分、水溶液的濃度、PH值和土的結構影響。2022/12/30中國地質大學工程學院27第四節土的透水性和毛細性一、土的透水性水在土孔隙中滲透流動的性能，稱為土的透水性。不同類型的土，孔隙大小不同，透水性也不同。絕大多數情況下，水在天然土層中以層流形式運動，服從達西(Darcy)定律。即

v=KI巨粒土中孔隙粗大，地下水可在其中以較大流速運動，呈紊流形式，服從哲才