工程地質學第三章土的物理性質第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日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第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/42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。三相比例關系——物理狀態：輕重、干濕、松密固、液相互作用——物理性質：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。第三章土的物理性質第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/43第一節土的基本物理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；后者主要研究粘性土的可塑性、脹縮性及透水性等。第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/44一、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。第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/45二、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，單位是g/cm3。1、天然密度天然狀態下單位體積土的質量，稱天然密度，即：天然密度常見值為1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一個實測指標。第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/462、干密度土的孔隙中完全沒有水時的密度，稱土的干密度，指單位體積干土的質量，即干密度與土中含水多少無關，只取決于土的礦物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之間。第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/473、飽和密度土的孔隙完全被水充滿時的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態水時的單位體積土的質量，即第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/48三、土的含水性1、含水量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。一般所說的含水量指的是天然含水量。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。第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/492、飽和度土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分數表示。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。砂類土的含水狀況：Sr<50%，稍濕的；50%≤Sr≤80%，很濕的；Sr>80%，飽和的第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/410四、土的孔隙性土中孔隙大小、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。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%。

第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/4112、孔隙比孔隙比指土中孔隙體積與土中固體顆粒總體積的比值，用小數表示，土的孔隙比說明土的密實程度，按其大小可對砂土或粉土進行密實度分類。在《巖土工勘察規范》（GB50021-2002）中，用天然孔隙比來確定粉土的密實度。e<0.75密實0.75≤e≤0.9中密e>0.9稍密孔隙度與孔隙比的關系為第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/4123、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。第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/413五、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：第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/414第二節粘性土的稠度與可塑性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。第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/415一、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。

第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/416二、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%第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/417液性指數IL反映土的天然含水量與界限含水量之間的關系，工程上用來表示土的稠度狀態。ωpωωL0ω-ωpωL-ωp第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/418第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/419三、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。第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/420一、細粒土的脹縮性細粒土由于含水率增加而發生體積增大的性能，稱膨脹性。細粒土由于失去水分而體積縮小的性能，稱收縮性。細粒土產生膨脹的根本原因是由于土顆粒表面結合水膜的增厚，并且主要由弱結合水的增加而引起的。與之相反，細粒土失去水分時弱結合水膜就會變薄，加強了公共水化膜的作用，土粒間的引力增強，距離減小，導致土體積的收縮。細粒土的脹縮性對工程建筑物的影響很大，土體的脹縮不僅降低了土體的強度，而且引起土體變形導致建筑物的毀壞。細粒土組成的斜坡，常因土體的膨脹發生滑坡。第三節細粒土的脹縮性和崩解性第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/421（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。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/4222、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以上第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/4231、體縮率土樣收縮減小的體積與收縮前體積的比值，稱為體縮率。以百分率表示。

v=(v0–vd)/v0×100%

2、線縮率土樣收縮后的高度減小量與原高度之比，稱為線縮率，以百分率表示。

s=（h0–h)/h0×100%3、收縮系數原狀土佯在直線收縮階段，含水l量減少1%時的豎向線縮率，稱收縮系數。（二）表征細粒土收縮性的指標第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/424二、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。第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日2023/2/425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(A.Chezg)定律，即

v=