土物理性質在一定程度上決定了它力學性質，其指標在工程計算中常被直接應用。對種類繁多、性質各異土，按一定標準，進行分門別類，給出適當名稱，能夠概略評價土工程性質。第一節土基本物理性質第二節粘性土稠度與可塑性第三節土透水性第四節土工程分類第三章土物理性質與工程分類第1頁本章教學目標11.了解并記住土基本物理性質指標名稱、表示符號、定義、表示式和慣用單位，熟悉其取值范圍；2.掌握3個實測指標測定方法；3.掌握6個換算指標與3個實測指標間換算方法；第2頁4.了解粘性土三種稠度狀態；5.了解液限和塑限定義，記住其表示符號和測定方法；6.了解并記住液性指數、塑性指數表示符號、計算方法和物理意義；7.掌握達西定律；8.熟悉土工程分類普通標準和分類及建設部土質分類標準。第3頁第一節土基本物理性質土物理性質是指三相質量與體積之間相互百分比關系及固、液二相相互作用表現出來性質。前者稱為土基本物理性質，主要研究土密實程度和干濕情況；后者主要研究粘性土可塑性、脹縮性及透水性等。第4頁土三相示意圖氣水土粒msmwmVsVwVVa質量m體積VVvma第5頁一、土粒密度定義：土粒密度ρs是指固體顆粒質量與其體積之比，即單位體積土粒質量。表示式：取值范圍：它數值普通在2.60~2.80g/cm3之間土粒比重Gs

土粒質量與同體積純蒸餾水在4°C時質量之比。無量綱。表示式：測定方法：比重瓶法第6頁二、土密度與重度土密度是指土總質量與總體積之比，即單位體積土質量，其單位是g/cm3。1、天然密度定義：天然狀態下單位體積土質量，稱天然密度，表示式：（g/cm3）取值范圍：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。測定方法：環刀法第7頁2、干密度定義：土孔隙中完全沒有水時密度，稱土干密度，指單位體積干土質量。表示式：（g/cm3）取值范圍：干密度與土中含水多少無關，只取決于土礦物成份和孔隙性。土干密度普通在1.4~1.7g/cm3之間。3、飽和密度定義：土孔隙完全被水充滿時密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態水時單位體積土質量表示式：取值范圍：1.8-2.3g/cm3第8頁工程上慣用重度指標，它指單位體積土重量，kN/m3。天然重度γ、干重度γd及飽和重度γsat另外，處于地水位以下有效重度常特稱為土浮重度γ′，等于土飽和重度減去水重度（γw），即：對于同一個土來講，土天然重度、干重度、飽和重度、浮重度在數值上有以下關系：4、重度第9頁三、土含水性1、含水量定義：含水量指土中所含水分質量與固體顆粒質量之比，以百分數表示，又稱土含水率。表示式：普通所說含水量指是天然含水量。土孔隙中全被水充滿時含水量，稱為飽和含水量wsat。飽和含水量既能反應土孔隙中全部充滿水時含水多少。又能反應土孔隙率大小。測定方法：烘干法第10頁2、飽和度定義：土孔隙中所含水體積與土中孔隙體積比值稱為土飽和度，以百分數表示。表示式：或天然含水量與飽和含水量之比：取值飽和度能夠說明土孔隙中充水程度，其數值為0~100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為以下三種含水情況：Sr<50%稍濕50%≤Sr≤80%很濕Sr>80%飽和第11頁四、土孔隙性土中孔隙大小、形狀、分布特征、連通情況與總體積等，稱為土孔隙性。其主要取決于土顆粒級配與土粒排列疏密程度。1、孔隙度定義：孔隙度又稱孔隙率，指土中孔隙總體積與土總體積之比，用百分數表示。表示式：土孔隙度取決于土結構狀態，砂類土孔隙度常小于粘性土孔隙度。取值范圍：土孔隙度普通為27~52%。新沉積淤泥，孔隙度可達80%。

第12頁2、孔隙比定義：孔隙比指土中孔隙體積與土中固體顆粒總體積比值，用小數表示表示式：土孔隙比說明土密實程度，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》（GB50021-94）中，用天然孔隙比來確定粉土密實度。e<0.75密實0.75≤e≤0.9中密e>0.9稍密孔隙度與孔隙比關系為第13頁3、砂土相對密度砂土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14頁標準貫入試驗錘擊數N63.5密實度N63.5≤10渙散10<N63.5≤15稍密15<N63.5≤30中密N63.5>30密實天然狀態砂土密實度了解：第15頁五、土基本物理性質指標之間關系土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指標、即經過試驗直接測定。六個換算指標換算方法：1、數學演算法由實測指標換算求取六個導出指標可直接用簡單數學演算方法，如：第16頁1）繪制三相草圖，令Vs=12）依據實測指標確定三相體積與質量3）按定義求其它指標例題12、三相草圖法第17頁一、粘性土稠度狀態稠度：粘性土因含水多少而表現出稀稠軟硬程度；稠度狀態：因含水多少而展現出不一樣物理狀態。第二節粘性土稠度與可塑性粘性土稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現出來物理性質。第18頁固態：含水量相對較少，粒間主要為強結合水連結，連結牢靠，土質堅硬，力學強度高，不能揉塑變形，形狀大小固定。三種稠度狀態第19頁塑態：含水量較固態為大，粒間主要為弱結合水連結，在外力作用下輕易產生變形，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。第20頁流態：含水量繼續增加，粒間主要為液態水占據，連接極微弱，幾乎喪失抵抗外力能力，強度極低，不能維持一定形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動。第21頁0固態塑態流態ω怎樣定量判斷粘性土稠度狀態？第22頁二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態轉變為另一個狀態時界限含水量稱為稠度界限，又稱為Atterberg界限。工程上慣用有塑限ωP和液限ωL塑限：土從固態轉變為塑態時界限含水量，簡稱塑限ωP液限：土從塑態轉變為液態時界限含水量，簡稱液限ωL

0固態塑態液態ω塑限ωP液限ωL第23頁搓條法測定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm土條時若恰好開始出現裂縫，此時含水量就是塑限。第24頁錐式液限儀法測定液限0.75N，錐角30°，錐體下沉深度為10mm，所對應含水量為粘性土液限（放錐15秒）第25頁聯合測定儀法測定液限和塑限第26頁液性指數IL：反應土天然含水量與液限、塑限之間關系，工程上用來表示土稠度狀態。ωpωωL0

ω-ωpωL-ωp稠度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＞1三、液性指數第27頁四、粘性土可塑性當粘性土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形狀，土這種性能叫可塑性。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，含有可塑性，這是粘性土獨特征能。第28頁塑性指數IPωL和ωP差值能夠反應可塑性大小，工程上定義為塑性指數IPIP=ωL-ωP計算結果中百分號省略1994年國家標準《巖土工程勘察規范》按塑性指數IP將粘性土分為：

IP>17為粘土17≥IP>10為粉質粘土

IP≤10為粉土或砂類土。第29頁從某地基取原狀土樣，測得土液限ωL=47%，塑限ωP=18%，天然含水量ω=40%，問地基土是什么土，處于什么狀態？解：求塑性指數：求液性指數：Ip>17，該地基土為粘土；查表3-4，1.0>IL>0.75，得土處于軟塑狀態。例題2：第30頁第三節土透水性水在土體孔隙中流動現象稱為滲流土含有被水等液體透過性質稱為土滲透性工程意義：計算基坑涌水量、水庫與渠道滲漏量、評價土體滲透變形、分析飽和粘性土在建筑荷載作用下地基變形與時間關系。第31頁一、土滲透規律砂土、粉土滲透符合Darcy定律（1856）在層流狀態下，土中水滲流速度與能量損失之間服從線性滲流規律。滲透系數k是反應土透水性能百分比系數，是水力梯度為1時滲透速度，其量綱與滲透速度相同。第32頁Darcy定律第33頁第四節土工程分類一、工程分類普通標準和類型基本標準：所劃分土類能反應土性質改變規律。土工程分類總起來能夠歸納為三級分類土第一級分類是成因類型分類如《巖土工程勘察規范》將土按堆積年代劃分為三類：1.老堆積土；2.普通堆積土；3.新近堆積土。土第二級分類是土質類型分類土第三級分類是工程建筑類型分類第34頁建設部分類法土按顆粒級配分類表土名稱顆粒級配大類類粗粒土碎石土粒徑大于2mm顆粒超出總質量50%砂類土粒徑大于0.075mm顆粒超出總質量50%細粒土粉土粒徑小于0.005mm顆粒超出總質量10%粘性土粒徑小于0.005mm顆粒質量大于總質量30%二、土質分類介紹第35頁在實際工程應用中要求，土中粒徑d>0.075mm（有規范用0.1mm）土粒質量大于全部土粒質量50%時稱為粗粒土，小于50%時稱為細粒土。粗粒土能夠按顆粒級配深入細分。細粒土多用塑性指數Ip或液限ωL加塑性指數Ip進行細分。第36頁1、碎石類土

碎石類土是粒徑大于2mm顆粒含量超出50%土土名稱顆粒級配及形狀碎石土漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm顆粒超出總質量50%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm顆粒超出總質量50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm顆粒超出總質量50%角礫棱角形為主第37頁土名稱顆粒級配砂類土礫砂粒徑大于2mm顆粒占總質量25~50%粗砂粒徑大于0.5mm顆粒超出總質量50%中砂粒徑大于0.25mm顆粒超出總質量50%細砂粒徑大于0.075mm顆粒超出總質量85%粉砂粒徑大于0.075mm顆粒超出總質量50%2、砂類土

砂類土是粒徑大于2mm顆粒含量不超出50%，粒徑大于0.075mm顆粒含量超出50%土。第38頁粉土砂質粉土粒徑小于0.005mm顆粒不超出總質量10%粘質粉土粒徑小于0.005mm顆粒超出總質量10%3、粉土

粉土是粒徑大于0.075mm顆粒含量不超出50%，塑性指數Ip小于或等于10土。第39頁4、粘性土

粘性土是粒徑大于0.075mm顆粒含