土力學之土的工程分類第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二土的物理性質概述巖石風化（物理、化學）作用巖石破碎化學成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）

土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關系，反映出土的不同性質

§2.1概述第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二§2.2土的成因和組成一、土的組成

1.土粒的礦物成分原生礦物由巖石經過物理風化形成，其礦物成分與母巖相同特征：礦物成分的性質較穩定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點例：石英、云母、長石等（一）土的固體顆粒

第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二次生礦物特征：巖石經化學風化后所形成的新的礦物，其成分與母巖不相同

例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等性質較不穩定，具有較強的親水性，遇水易膨脹的特點2.土粒粒組粒度：土粒的大小粒組：大小、性質相近的土粒合并為一組界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸蒙脫石第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二粒組劃分示意圖粘粒粉粒砂粒圓粒碎石塊石0.0050.075260200巨粒粗粒細粒3.土的顆粒級配定義：通常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土?？偭康陌俜謹担﹣肀硎?，稱為土的顆粒級配

試驗方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.075mm第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質量，然后計算其占總土粒質量的百分數第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二篩分法（d>0.075mm的土）第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二密度計法（d<0.075mm的土）第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二表格法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600表示方法表格法顆粒級配曲線法第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二顆粒粒徑級配曲線

縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標表示土粒的粒徑(對數坐標）第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二顆粒級配的描述

工程上常用不均勻系數Cu描述顆粒級配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

曲率系數Cc描述顆粒級配曲線整體形態，表明某粒組是否缺失情況對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二水固態水液態水氣態水結合水自由水強結合水弱結合水重力水毛細水1.土中水的存在形態受電分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水存在于土粒表面電場影響范圍以外的土中水存在地下水位以下、土顆粒電分子引力以外的水受到水與空氣表面張力的作用，地下水位以上的透水層中的自由水（二）土中的水第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二土中毛細現象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細水毛細升高與孔徑成反比分析對象:水柱粘土、粉土、砂土、礫石毛細水：是受到水與空氣交界面處表面張力作用、存在地下水位以上的透水層中的水毛細現象:土中水在表面張力作用下，沿著細的空隙向上及向其他方向移動的現象第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二土中氣體存在于土孔隙中未被水占據的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時能有所復原，對土的性質有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達到穩定的歷時

三、土中的氣體第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二105oO-2H+H+粘土顆粒水分子極性第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二雙電層與擴散層結合水概念強結合水、弱結合水雙電層概念105oO-2H+H+水分子極性2.2.2.2粘土顆粒與水的相互作用第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.2.2.4土的凍脹（1）凍脹現象：某些細粒土層隨著土中水的凍結，土體產生體積膨脹，這種現象稱為凍脹現象。土層發生凍脹的原因，不僅是由于水分凍結成水時其體積要增大9％的緣故，而主要是由于土層凍結時，周圍未凍結區中的水分會向表層凍結區遷移集聚，使凍結區土層中的水分增加，凍結的水分逐漸增多，土體積也隨之發生膨脹隆起。（2）融陷現象：當土層解凍時，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，這種現象稱為融陷現象。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二3．凍土現象對工程的危害（1）凍脹時，路基被隆起，柔性路面鼓包、開裂，剛性路面錯縫或折斷；（2）修建在凍土上的建筑物，凍脹引起建筑物的開裂、傾斜甚至輕型構筑物倒塌；（3）發生融陷后，路基土在車輛反復碾壓下，輕者路面變得松軟，重者路面翻漿。（4）季節性凍土地區，當土層解凍融化后，土層軟化，強度大大降低，使得房屋、橋梁和涵管等發生過量沉降和不均勻沉降，引起建筑物的開裂破壞。因此，凍土現象必須引起注意，并采取必要的防治措施。第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結構和構造

在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯結形式，與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關

1.單粒結構：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結構，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據形成條件不同，可分為疏松狀態和密實狀態

密實狀態疏松狀態土的結構強度大，壓縮性小土粒易移動，變形大第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.蜂窩結構：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續下沉，形成鏈環單位,很多鏈環聯結起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結構3.絮狀結構：細微粘粒大都呈針狀或片狀，質量極輕，在水中處于懸浮狀態。當懸液介質發生變化時，土粒表面的弱結合水厚度減薄，粘粒互相接近，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結構蜂窩結構絮狀結構第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二土的構造土的構造是指在同一土層中的物質成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關系的特征。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構造和裂隙構造，二者都造成了土的不均勻性

1.層理構造：土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現出成層特征

2.裂隙構造：土體被許多不連續的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物

第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二§2.3土的物理性質指標一、土的三相圖

氣水土粒msmwmVsVwVVa質量m體積V2.3.1三個基本試驗指標

1.土的密度ρ：單位體積土的質量

工程中常用重度來表示單位體積土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

2.土粒相對密度ds（土粒比重）：土粒質量與同體積的4℃時純水的質量之比土粒相對密度變化范圍不大：細粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般為2.65左右。土中有機質含量增加，土粒相對密度減小Vv2.3.1指標的定義第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二氣水土粒msmwmVsVwVVa質量m體積V3.土的含水量ω：土中水的質量與土粒質量之比，以百分數表示土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環境等有關。

測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法

第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二不同狀態下土的密度和重度（2）飽和密度ρsat：土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度

（1）干密度ρd：單位體積中固體顆粒部分的質量（3）浮密度ρ：土單位體積內土粒質量與同體積水的質量之差土的三相比例指標中的質量密度指標共有4個，土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ

(kg/m3),相應的重度指標也有4個，土的重度，飽和重度sat，干重度d，浮重度

(kN/m3)氣水土粒msmwmVsVwVVVa質量m體積V2.3.1.2反映土單位體積質量的指標（換算指標）

第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.3.1.3反映土的孔隙特征、含水程度的指標氣水土粒msmwmVsVwVVVa質量m體積V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙體積與土粒體積之比

2.土的飽和度Sr：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據飽和度分為三種狀態:孔隙率n：土中孔隙體積與總體積之比，以百分數表示

Sr≤50%稍濕；50％＜Sr≤80%很濕；Sr＞80%飽和第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.3.2指標間的換算氣水土粒dsρw

Vs＝11+e質量m體積V土的三相指標中，土粒比重ds

，含水量ω和密度ρ是通過試驗測定的，可以根據三個基本指標換算出其余各指標Vv=eωdsρw

ds（1＋ω）ρw

推導：換算關系式：第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二§2.4無粘性土的密實度一、無粘性土的密實度

土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據土顆粒含量的多少，天然狀態下的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態。無粘性土的密實度與其工程性質有著密切關系1.孔隙比e孔隙比e可以用來表示砂土的密實度。對于同一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態?？紫侗扔?，土愈松散

2.相對密實度Dr砂土在天然狀態下孔隙比砂土在最密實狀態時的孔隙比砂土在最松散狀態時的孔隙比第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二當Dr=0時，e=emax，表示土處于最疏松狀態;當Dr=1.0時，e=emin，表示土體處于最密實狀態3.按標準貫入試驗確定無粘性土的密實度Dr≤1/3疏松狀態1/3＜Dr≤2/3中密狀態2/3＜Dr≤1密實狀態天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數N進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動力觸探的錘擊數N63.5進行評定(GB50007-2002)

密實度按N評定砂石密實度按N63.5評定碎石土密實度松散稍密中密密實N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二

標準貫入試驗（StandardPenetrationTest）

標準貫入數N63.5

錘重：63.5kg

落距：760mm

打入深度：300mm設備主要:由標準貫入器、觸探桿和穿心錘第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二貫入時，穿心錘落距為76厘米，使其自由下落，將貫入器直打入土層中15厘米。以后每打入土層30厘米的錘擊數，即為實測錘擊數N。提出貫入器，取出貫入器中的土樣進行鑒別描述密實度按N評定砂石密實度按N63.5評定碎石土密實度松散稍密中密密實N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.5.1、粘性土的界限含水量粘性土從一種狀態轉變為另一種狀態的分界含水量稱為界限含水量。四種狀態：固態半固態可塑狀態流動狀態粘性土就是指具有可塑狀態性質的土。可塑性：土在外力作用下，可塑成任何形狀而不發裂，當外力卸除后仍能保持已有的形狀。

含水量對粘性土的工程性質有著極大的影響?！?.5粘性土的物理特性第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二0固態或半固態可塑狀態流動狀態ω塑限ωP液限ωL粘性土由某一種狀態過渡到另一狀態的界限含水量稱為土的稠度界限液塑限測定根據《土工試驗規程》(SL237-007-1999)規定，采用液塑限聯合測定儀進行測定。稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力,是粘性土最主要的物理狀態特征

第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二液塑限聯合測定儀下沉深度為17mm所對應的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對應的含水量為塑限第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.5.2粘性土的塑性指數和液性指數塑性指數IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態的含水量變化范圍說明：塑性指數的大小取決于土顆粒吸附結合水的能力,即與土中粘粒含量有關。粘粒含量越多,塑性指數就越高

說明：液性指數表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關系。當IL≤0時,ω≤ωP,土處于堅硬狀態;當IL＞1時,ω＞ωL,土處于流動狀態。根據IL值可以直接判定土的軟硬狀態

液性指數IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數之比

狀態液性指數堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二2.5.3粘性土的靈敏度和觸變性1.粘性土的結構性概念原狀土具有結構性，具有相同的含水量和密度，經過粉碎/重塑后，變為重塑土，強度降低。2.粘性土的靈敏度St

=原狀土的無側限抗壓強度重塑土的無側限抗壓強度相同含水量、密度第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二▼含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸恢復的現象，稱為觸變性。▼土的觸變性是土結構中聯結形態發生變化引起的，是土結構隨時間變化的宏觀表現。▼目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標。3.粘性土的觸變性

4.粘性土的脹縮性、濕陷性、凍脹性第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二液限、塑限聯合測定法（一）試驗目的測定粘性土的液限ωL和塑限ωp，并由此計算塑性指數Ip、液性指數IL，進行粘性土的定名及判別粘性土的軟硬程度。

（二）試驗原理液限、塑限聯合測定法是根據圓錐儀的圓錐入土深度與其相應的含水率在雙對數坐標上具有線性關系的特性來進行的。利用圓錐質量為76g的液塑限聯合測定儀測得土在不同含水率時的圓錐入土深度，并繪制其關系直線圖，在圖上查得圓錐下沉深度為17mm所對應得含水率即為液限，查得圓錐下沉深度為2mm所對應的含水率即為塑限。第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二

（三）試驗設備1．液塑限聯合測定儀：如附圖，有電磁吸錐、測讀裝置、升降支座等，圓錐質量76g，錐角30°，試樣杯等；2．天平：稱量200g，分度值0.01g；3．其它：調土刀、不銹鋼杯、凡士林、稱量盒、烘箱、干燥器等。第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二（四）操作步驟1．土樣制備：當采用風干土樣時，取通過0.5mm篩的代表性土樣約200g，分成三份，分別放入不銹鋼杯中，加入不同數量的水，然后按下沉深度約為4～5mm，9～11mm，15～17mm范圍制備不同稠度的試樣。2．裝土入杯：將制備的試樣調拌均勻，填入試樣杯中，填滿后用刮土刀刮平表面，然后將試樣杯放在聯合測定儀的升降座上。3．接通電源：在圓錐儀錐尖上涂抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二

4．測讀深度：調整升降座，使錐尖剛好與試樣面接觸，切斷電源使電磁鐵失磁，圓錐儀在自重下沉入試樣，經5秒鐘后測讀圓錐下沉深度。5．測含水量：取出試樣杯，測定試樣的含水量。重復以上步驟，測定另兩個試樣的圓錐下沉深度和含水量。第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二（五）試驗注意事項1．土樣分層裝杯時，注意土中不能留有空隙。2．每種含水量設三個測點，取平均值作為這種含水量所對應土的圓錐入土深度，如三點下沉深度相差太大，則必須重新調試土樣。第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期二（六）計算公式1．計算各試樣的含水率：（六）計算公式1．計算各試樣的含水量：式中：ω—含水量，計算至0.1%m1—盒加濕土質量，g；m2