第三章土的物理性質及分類3.1土的三相組成

3.2土的物理性質指標

3.3土的物理狀態指標

3.4土的壓實性

3.5地基土（巖）的工程分類

3.1土的三相組成本節主要內容：闡明組成土的三相（固體顆粒、水、氣）的特性及其與工程性質的關系。一、土的固體顆粒1.土粒的礦物成分1）原生礦物：母巖經物理風化而成,eg.石英、云母、長石；其成分與母巖相同，分為單礦物顆粒，多礦物顆粒。2）次生礦物：母巖經化學風化而成，如eg.高嶺石、伊里石、蒙脫石。其成分與母巖不同，為一種新礦物顆粒。主要是粘土礦物。D<0.005mm漂石、卵石、圓礫等粗大土粒都是母巖的碎屑，其礦物成分與母巖相同；砂粒大部分是母巖中的單礦物顆粒，如如石英、云母、長石；粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和MgCO3、CaCO3等難溶鹽的顆粒；2.土顆粒的大小和形狀

在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒組成的，土的粒徑由粗到細逐漸變化時,土的性質相應地發生變化。因此可將大小相近，性質相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。常用200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫（角礫）顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。見下表。3.1土的三相組成粘土的礦物成分主要有粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類，它們都是次生礦物。20203.1土的三相組成

3.土的顆粒級配（粒徑級配）

土粒大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各粒組占土粒總量的百分數）來表示，稱為土的顆粒級配。用途：這是決定無粘性土工程性質的主要因素。用它作為確定土的名稱和選用建筑材料的重要依據。4.粒徑分析方法顆分試驗：（1）篩分法：粒徑>0.075mm。（2）比重計法或移液管法：粒徑<0.075mm。顆分曲線：根據顆分試驗成果，可以繪制顆粒級配曲線。如下圖。3.1土的三相組成3.1土的三相組成

級配良好的判別：

由曲線的坡度大致可判別土的均勻程度，如曲線較陡，則表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻；反之，曲線平緩，則表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，即級配良好。

利用不均勻系數Cu和曲率系數Cc定量判別：3.1土的三相組成Cu<5級配不良；Cu>5級配良好。

Cc反應曲線的整體形狀，過大或過小都表示缺乏中間粒徑。對砂類土，當同時滿足3~15=cuCC和時，級配良好。>60102301060/dddCddCcu==.二、土中的水和氣（一）土中水：1.結晶水存在于礦物結晶中的水，只有在高溫（>105C）下，才能從礦物中吸出，故可把它視作礦物本身的一部分。2.結合水受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。03.1土的三相組成-毛細水重力水自由水弱結合水強結合水與土粒表面結合的水結合水土粒礦物內部的水-結晶水土中水3.1土的三相組成強結合水弱結合水自由水（1）強結合水：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，牢固地吸附于土粒表面，其性質接近于固體，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度。（2）弱結合水：厚度較強結合水大，具有較高的粘滯度、抗剪強度，仍不能傳遞靜水壓力。當含量較多時，使土具有一定的可塑性。3.自由水（1）重力水：在土中流動的水，受重力作用。（2）毛細水：由于水和空氣分界處彎液面上產生的表面張力作用，土中自由水從地下水位通過土的細小通道逐漸上升，形成毛細水。它不僅受重力作用而且還受到表面張力的支配。單粒結構蜂窩結構絮狀結構（二）土中氣1.開敞氣體：對土無影響；2.封閉氣體：使土的滲透性減小，彈性增大和拖延了土的壓縮和膨脹變形隨時間的發展。三、土的結構和構造1.土的結構（如上圖）土的結構：單粒結構；蜂窩結構（粒徑0.075~0.005mm）；絮狀結構（粒徑<0.005）。3.1土的三相組成分散構造裂隙構造

2.土的構造土的構造分為層理構造、分散構造和裂隙構造。3.1土的三相組成3.2土的物理性質指標表示土的三相組成比例關系的指標,稱為土的物理性質指標。一、指標定義

為了便于說明和計算，用三相組成示意圖來表示各部分之間的數量關系。氣水土

粒（一）土粒比重（土粒相對密度）dsds可用比重瓶法測定,但由于變化幅度不大（2.6~2.8),通常可按經驗數值選用，如下表。粘性土土的名稱砂土粉土粉質粘土粘土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.732.74~2.76土粒比重參考值3.2土的物理性質指標（二）土的含水量%sWmm=w含水量是標志土的濕度的一個重要物理指標，一般用烘箱法測定。（三）土的密度土的密度用環刀法測定。3.2土的物理性質指標（四）干密度d、飽和密度sat、和有效密度′mVVmVVmVWssWVssatsdrrrrr-=′.+==計算自重應力時，須采用土的重力密度，簡稱重度。土的濕重度、干重度d、飽和重度sat、有效重度′分別按下式計算：單位：3.2土的物理性質指標1.土的干重度γd3.2土的物理性質指標(1)表達式：dγ=固體重力總體積=wsv(2)物理意義：單位體積的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。(3)常見值：13~18KN/m3(4)工程應用：常用做填方工程中土體壓實質量控制的標準。(5)換算公式：γd=1+ωγ2.土的飽和重度γsat3.2土的物理性質指標(1)表達式：satγ=孔隙全部充滿水的總重力總體積=wsv(2)物理意義：孔隙中全部充滿水時單位體積的重力，即飽和度為100%時的重力密度。(3)常見值：18~23KN/m3+Vvγw(1)表達式：=wsv(2)物理意義：地下水位以下土體受水的浮力作用時單位體積的重力。(3)常見值：8~13KN/m3+Vvγw3.土的有效重度γ′γ′-vVγw=γsatγw-（五）孔隙比e和孔隙率n（六）土的飽和度Sr土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密實程度的重要物理性質指標，e或n越大，土越疏松，反之土越密實。一般e<0.6的土是密實的低壓縮性土，e>1.0的土是疏松的高壓縮性土。砂土根據飽和度的指標值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態。Sr50為稍濕；50<Sr80很濕;Sr>80飽和。3.2土的物理性質指標令w1=

w,Vs=1因所以VV=e,V=1+e推導如下：二、指標的換算3.2土的物理性質指標由上式：3.2土的物理性質指標3.2土的物理性質指標3.2土的物理性質指標3.2土的物理性質指標3.3土的物理狀態指標上節講述土的物理性質指標，本節講述土的物理狀態指標，即要研究土的松密和軟硬。

一、無粘性土的密實度⑴密實度：單位體積土中固體顆粒的含量。⑵密實度指標：a.孔隙比e《規范》以孔隙比e作為砂土密實度的劃分標準，分為：密實、中密、稍密、松散四狀態。b.標準貫入試驗用標準貫入試驗錘擊數劃分砂土密實度。

3.3土的物理狀態指標

c.野外鑒別方法對碎石土，通過觀察，根據骨架顆粒含量和排列、可挖性、可鉆性將其密實度劃分為密實、中密、稍密。d.相對密度DrDr=(emax-e)/(emax-emin),考慮顆粒級配的影響。

無粘性土的密實度(3)砂土的密實度砂土的密實度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，屬密實的砂土，是良好的天然地基，當e大于0.95時，為松散狀態，不宜作天然地基。但未考慮土顆粒級配的影響。若考慮級配因素，可采用相對密實度Dr來表示砂土的密實度：按Dr值可將砂土的密實狀態劃分如下三類：1Dr>0.67密實的0.67Dr>0.33中密的0.33Dr>0松散的雖然相對密實度從理論上能反映顆粒級配、顆粒形狀等因素。但由于對砂土很難采取原狀土樣，故天然孔隙比不宜測準。《規范》用標準貫入試驗的錘擊數來劃分砂土的密實度。砂土的密實度表中N=N′，N′為實測值。無粘性土的密實度（4）碎石土的密實度

碎石土更不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現場進行觀察,根據其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密和稍密三種。(5)碎石土密實度野外鑒別方法（見下表）：無粘性土的密實度粘性土的物理特征

粘性土最主要的性質是土粒與水相互作用產生的稠度。它反映土粒之間連接強度隨含水量高低而變化的性質。A、稠度：是指土的軟硬狀態或土對受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力。B、稠度界限：粘性土由某一種狀態過渡到另一狀態的分界含水量。

一、粘性土的界限含水量

同一種粘性土隨其含水量的不同，而分別處于固態、半固態、可塑狀態及流動狀態。由一種狀態轉變到另一種狀態的分界含水量，叫界限含水量。界限含水量的測定方法：塑限：搓條法（滾搓法）；液限：錐式液限儀（如下圖）。粘性土的物理特征IP粘粒含量蒙脫石高嶺石伊理石蒙脫石粘粒含量IPIP與礦物成分的關系二、粘性土的塑性指數和液性指數

1.塑性指數IP：PLpIww-=（省去%）

IP表示土處于可塑狀態的含水量范圍大小。它與顆粒粗細、礦物成分和水中離子成分的濃度有關。土顆粒越細且含量越多，則比表面越大，土的結合水含量越高，IP越大。當水中高價陽離子濃度增加時，土粒表面吸附的反離子層厚度變薄結合水含量相應減少，IP也小；反之，IP變大。

IP與礦物成分的關系（如下圖）。粘性土的物理特征粘性土的物理特征2.液性指數ILIL是反映粘性土軟硬狀態的指標。流動狀態;可塑狀態;固態。粘性土軟硬狀態的劃分粘性土的物理特征三、粘性土的靈敏度和觸變性天然狀態的粘性土當受擾動后，其強度降低、壓縮性增大。土的結構性對強度的這種影響，可用靈敏度衡量：根據靈敏度將飽和粘性土分為：低靈敏中靈敏和高靈敏三類。觸變性：飽和粘性土當受擾動后，其強度降低，但當擾動停止后，強度又隨時間增大，這種特性稱為觸變性。qu,q’u—原狀、重塑試樣的無側限抗壓強度3.5地基土（巖）的工程分類

地基土（巖）分類的任務是根據分類用途和土（巖）的各種性質的差異將其劃分為一定的類別。下面介紹（巖）土的工程分類：本節的分類方法為《地基規范》分類法。

一、巖石1、定義：顆粒間牢固聯結，呈整體或具有節理裂隙的巖體。⑴按堅固性分為：硬質巖石、軟質巖石。⑵按巖石風化程度分為：微風化、中等風化、強風化。⑶按成因分為：巖漿巖、沉積巖、變質巖。

3.5地基土（巖）的工程分類二、碎石土1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量超過全重50%的土。2、分類依據：土的粒組含量及顆粒形狀。3、定名：漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫。4、工程性質：根據骨架顆粒含量占總重的百分比，顆粒的排列，可挖性與可鉆性分為密實、中密、稍密三等。

常見碎石土強度大、壓縮性小、滲透性大，為良好地基。

3.5地基土（巖）的工程分類三、砂土

1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重的50%，且粒徑d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土。2、分類依據：粒組含量。3、定名：礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂。4、密實度：密實、中密、稍密、松散四狀態。5、工程性質：礫砂、粗砂、中砂一般為良好地基；細砂、粉砂具體分析。3.5地基土（巖）的工程分類

四、粉土1、定義：粒徑d>0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，且Ip≤10的土。2、組