第1章 土的物理性质

第1章学习基本要求:

土的物理性质

*掌握土的颗粒级配曲线*熟练掌握土的三相指标的定义和有关指标的换算； *了解无粘性土和粘性土的工程特性；

*了解地基土的工程分类方法。

第一节 土的三相组成一、土的三相组成土是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积形成的固体矿物、水和空 气的集合体。 土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水 以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成 的三相体系。土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分 及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。

土

固相(土颗粒) 液相(水) 气相(气)

固相—包括多种矿物成分组成土 的骨架，骨架间的空隙为液相和 气相填满，这些空隙是相互连通 的，形成多孔介质。

液相—主要是水(溶解有少量的可溶盐类); 气相—主要是空气、水蒸气， 有时还有沼气等。

固体矿物颗粒 (固相) 土中气体

(气相)

土中水 (液相)

土的三相图

土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异， 例如： 1.固体+气体(液体=0)为干土，此时粘土呈坚硬状态, 砂土呈松散状态； 2.固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态； 3.固体+液体(气体=0)为饱和土，此时粉细砂或粉土遇 强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏； 粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。

什么是液化？

如果饱和疏松的土是由细砂粒或粉砂粒所组成，在强烈 的振动作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所 谓“砂土液化”现象，使地基失去承载力，在地震区将会引 起震害。 1964年6月16日，日本发生里氏7.5级地震后，因地基土发 生液化所造成的破坏。

倒了，但结 构未破坏

二、 土的颗粒级配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。土粒 的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。

例如：土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干 粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划

分粒组的分界尺寸称为界限粒径。 下表提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界 限粒径200,20,2,0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组。

粒组名称漂石、块石颗粒 碎石、卵石颗粒 圆砾、角砾颗粒

粒径范围>200 20~200 2~20

一般特征渗透性很大、无粘性、无毛细水。渗透性很大、无粘性、毛细水上升高度不 超过粒径大小。

砂粒

0.075~2

易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，

而压缩性增加；无粘性，遇水不膨胀，干 燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径 变小而增大。

粉粒

0.005~ 0.075

透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小， 干时稍有收缩，毛细水上升高度较大较快， 极易出现冻胀现象。 透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水 膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度 大，但速度较慢。

粘粒

<0.005

土的颗粒级配:土粒的大小及其组成情况，通常以土中各 个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示。

颗粒分析试验方法：筛分法(d>0.075mm的土) 比重计法(d<0.075mm的土)

筛分法(d>0.075mm的土)

CU

d 60 0.84 6.0 d10 0.14

颗粒级配曲线图

曲线的纵坐标表示小于某土粒的累计质量百分比, 横坐标则是用对数表示的土的粒径。 由曲线的坡度可判断土的均匀程度， 曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。

※

几个特殊粒径：d10, d30 , d60小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为10%时，相应

的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到d30和d60(限定 粒径)。※ 土颗粒的级配指标： 不均匀系数 Cu= d60/ d10

曲率系数Cc=(d30)2/(d60× d10)

式中, d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 60%时，相应的粒径称为d60; d10—有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 10%时，相应的粒径称为d10; d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数30%时的粒径用 d30表示。

不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。

Cu越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作 为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度。CU>5, well-graded(级配良好)

连续级配土 CU<5, poorly-graded(级配不好) 曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 但如Cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，故需同 时用曲率系数来评价。 不连续级配土 CU>=5且 CC=1-3(级配良好)

从曲线的形态上,可评定土颗粒大小的均匀程度。如曲 线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配 良好。

颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。 对于级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的 颗粒所填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的 强度和稳定性也较好.透水性和压缩性也较小，可用 作堤坝或其它土建工程的填方土料。