第一章 土的物理性质
一、土的生成
岩石 风化，剥蚀
水、风的搬运或就地沉积
土
物理风化,生成砂、砾等粗颗粒土。
化学风化,生成粘性土。
生物风化
土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土等。
特殊土：软土、黄土、红粘土等。
二、土的 粒径组成 和 矿物成分
1,土的粒径组成 （颗粒级配或粒度成分）
（ 1）粒组划分
筛分法 （ 0.1mm以上）和 水分法 （ 0.1mm以下）
粗颗粒土 细颗粒土
（ 2）粒径分析
（ 3）粒径分布曲线（级配曲线）
1 0, 1 0, 0 1 1 E - 3
0
20
40
60
80
100
10
小于某粒径的土粒质量/
%
粒 径 / m m
? 不均匀系数
? 级配良好的土
60
u
10
dC
d?
? 曲率系数 2
30
c
6 0 1 0()
dC
dd? ?
u 5C ? c 13C ? ～
且
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
Cc<1，中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。
Cc>3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。
2,土的矿物成分
物理风化 产物，石英、长石、云母等。 颗粒粗,为 砂、砾组 主要成分。
（ 1）原生矿物
化学风化 产物,颗粒细,为 粘粒组的 主要成分。
（ 2）次生矿物
化学性质稳定，水稳性强。
颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。
a,粘土矿物
复合的铝－硅酸盐晶体，片状。
高岭石,
2 3 2 2A l O 2 S i O 2 H O??
伊利石,
2 2 3 2 2K O 3 A l O 6 S i O 2 H O? ? ?
蒙脱石,
2 3 2 2A l O 4 S i O n H O??
亲水性,蒙脱石 >伊利石 >高岭石
b,倍半氧化物及次生二氧化硅
c,可溶性次生矿物
（ 3）有机质
蒙 脱 石
伊 利 石伊 利 石
高 岭 石高 岭 石
土中的水
固 态
自由 水
气 态
液 态
结合 水
重力 水
毛细 水
强结合水
弱结合水
三、土中的水和气体
粘性土的性质
1,土中的水
粘粒
弱结合水 自由水强结合水
+
+
+
+ +
+
+
__ _
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
105o
O-
2
H+ H+
粘土颗粒
水分子
极 性
2,土中的气体
四、土的结构及其联结
1,粗粒土及粉土的结构
土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。
粉 土：蜂窝结构
生成时 重力 起主要作用，颗粒之间以 机械作用 为主。
粗粒土：单粒结构
2,粘性土的结构
结构类型,
颗粒间的作用力：范德华力、库仑力等。
特 点,粘聚力 和 可塑性 。
3,不均匀土的混合结构
分散结构：淡水 絮凝结构：海水
4,土的结构变化
（ 1） 砂土的振动密实和液化
1964年 6月 16日日本新瀉 7.5级地震
（ 2） 粘性土的结构性和灵敏度
灵敏度
2～ 4，中等灵敏； 4～ 8，灵敏； 8～ 16，特别灵敏； >16，超灵敏
触变性
原状土与重塑土的强度比
?
lgt
结构未破坏
结构破坏
结构强度恢复
五,土的三相含量指标
土颗粒
水
气 体
sm
wm
am
vm
m
aV
wV
sV
vV
V
0?
wm?孔 隙
1,土的密度和重度
m
V? ?
W
V
? ?
2,含水量
ww
ss
100%mWw
mW
? ? ?
3,土粒重度和密度
s
s
s
W
V
? ? sss
w s w
mmG
mV ?
??
? ? s w sG???
g???
基本指标 土颗粒
水
气 体
s
m
w
m
m
a
V
w
V
s
V
v
V
V
0
w
m
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
sw?
s( 1 )w ??
1s?
单元土三相图
4,孔隙比和孔隙率
v
s
V
e
V
? s
( 1 )
1
w?
?
?
??
v 100%Vn
V
??
1
e
n
e
?
? 1
n
e
n
?
?
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
s
w ?
s
( 1 )w ??
1s
?
5,饱和度
w
r
v
V
S
V
? swG
e
?sw
/w
e
??
?
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
s
w ?
s
( 1 )w ??
1s
?
6,土的饱和重度、浮重度、干重度
s a t w? ? ?? ?? sw
1 e
???
?
?
sw
s a t 1
e
e
??
?
?
?
?
s
d
W
V
? ＝ s
11ew
? ?
??
??
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
s
w ?
s
( 1 )w ??
1s
?
7,最大干重度和最优含水量
d?
w
dmax?
optw
饱和线
六,土的物理状态及其指标
土的物理状态,
粗粒土及粉土,密实程度：松、密
粘性土,软硬程度（稠度）：软、硬
1,粗粒土及粉土的密实程度
相对密实度
（ Relative Density ） m a x
r
m a x m i n
ee
D
ee
?
?
?
标准贯入试验
（ Standard Penetration Test）
标准贯入数 N63.5
锤 重,63.5kg
落 距,760mm
打入深度,300mm
颗 粒
水
Vs
Vs+Va
固态
wL wP ws
缩限 塑限 液限
半固态 可塑态 液态
w
V
O
阿特堡界限 (Atterberg limit)
2,粘性土的稠度和可塑性
粘 粒
强结合水
弱结合水
自由水 液 态
可塑态
固态或半固态
? 液限和塑限的测定方法,
液限（ Liquid Limit）,
锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限仪
塑限（ Plastic Limit）,
搓条法或液塑限联合测定仪
? 塑性指数
综合 反映粘性土的 特性 以及各类重要 因素 的 影响,
因此可用于土的分类及其性质的评估。
反映粘性土 可塑性 的大小。
P L PI w w?＝
? 液性指数
反映粘性土 软硬程度（稠度，潮湿程度） 。
固态或半固态
可塑态
液 态
P
L
LP
ww
I
ww
?
?
＝
L 0I ?
L01I??
L 0I ?
? 重塑土和原状土
原
状
土
重
塑
土
原
状
土
重
塑
土
七,土（岩）的工程分类
岩 土
岩 石
碎 石 土
粉 土
特 殊 土
砂 土
强度、节理
级配、形状
粘性土
塑性指数
或塑性图
八,细粒土的塑性图分类法
Lw
PI
一、土的生成
岩石 风化，剥蚀
水、风的搬运或就地沉积
土
物理风化,生成砂、砾等粗颗粒土。
化学风化,生成粘性土。
生物风化
土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土等。
特殊土：软土、黄土、红粘土等。
二、土的 粒径组成 和 矿物成分
1,土的粒径组成 （颗粒级配或粒度成分）
（ 1）粒组划分
筛分法 （ 0.1mm以上）和 水分法 （ 0.1mm以下）
粗颗粒土 细颗粒土
（ 2）粒径分析
（ 3）粒径分布曲线（级配曲线）
1 0, 1 0, 0 1 1 E - 3
0
20
40
60
80
100
10
小于某粒径的土粒质量/
%
粒 径 / m m
? 不均匀系数
? 级配良好的土
60
u
10
dC
d?
? 曲率系数 2
30
c
6 0 1 0()
dC
dd? ?
u 5C ? c 13C ? ～
且
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
Cc<1，中间颗粒偏少，小粒径颗粒偏多。
Cc>3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。
2,土的矿物成分
物理风化 产物，石英、长石、云母等。 颗粒粗,为 砂、砾组 主要成分。
（ 1）原生矿物
化学风化 产物,颗粒细,为 粘粒组的 主要成分。
（ 2）次生矿物
化学性质稳定，水稳性强。
颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。
a,粘土矿物
复合的铝－硅酸盐晶体，片状。
高岭石,
2 3 2 2A l O 2 S i O 2 H O??
伊利石,
2 2 3 2 2K O 3 A l O 6 S i O 2 H O? ? ?
蒙脱石,
2 3 2 2A l O 4 S i O n H O??
亲水性,蒙脱石 >伊利石 >高岭石
b,倍半氧化物及次生二氧化硅
c,可溶性次生矿物
（ 3）有机质
蒙 脱 石
伊 利 石伊 利 石
高 岭 石高 岭 石
土中的水
固 态
自由 水
气 态
液 态
结合 水
重力 水
毛细 水
强结合水
弱结合水
三、土中的水和气体
粘性土的性质
1,土中的水
粘粒
弱结合水 自由水强结合水
+
+
+
+ +
+
+
__ _
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
105o
O-
2
H+ H+
粘土颗粒
水分子
极 性
2,土中的气体
四、土的结构及其联结
1,粗粒土及粉土的结构
土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。
粉 土：蜂窝结构
生成时 重力 起主要作用，颗粒之间以 机械作用 为主。
粗粒土：单粒结构
2,粘性土的结构
结构类型,
颗粒间的作用力：范德华力、库仑力等。
特 点,粘聚力 和 可塑性 。
3,不均匀土的混合结构
分散结构：淡水 絮凝结构：海水
4,土的结构变化
（ 1） 砂土的振动密实和液化
1964年 6月 16日日本新瀉 7.5级地震
（ 2） 粘性土的结构性和灵敏度
灵敏度
2～ 4，中等灵敏； 4～ 8，灵敏； 8～ 16，特别灵敏； >16，超灵敏
触变性
原状土与重塑土的强度比
?
lgt
结构未破坏
结构破坏
结构强度恢复
五,土的三相含量指标
土颗粒
水
气 体
sm
wm
am
vm
m
aV
wV
sV
vV
V
0?
wm?孔 隙
1,土的密度和重度
m
V? ?
W
V
? ?
2,含水量
ww
ss
100%mWw
mW
? ? ?
3,土粒重度和密度
s
s
s
W
V
? ? sss
w s w
mmG
mV ?
??
? ? s w sG???
g???
基本指标 土颗粒
水
气 体
s
m
w
m
m
a
V
w
V
s
V
v
V
V
0
w
m
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
sw?
s( 1 )w ??
1s?
单元土三相图
4,孔隙比和孔隙率
v
s
V
e
V
? s
( 1 )
1
w?
?
?
??
v 100%Vn
V
??
1
e
n
e
?
? 1
n
e
n
?
?
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
s
w ?
s
( 1 )w ??
1s
?
5,饱和度
w
r
v
V
S
V
? swG
e
?sw
/w
e
??
?
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
s
w ?
s
( 1 )w ??
1s
?
6,土的饱和重度、浮重度、干重度
s a t w? ? ?? ?? sw
1 e
???
?
?
sw
s a t 1
e
e
??
?
?
?
?
s
d
W
V
? ＝ s
11ew
? ?
??
??
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
土颗粒
水
气 体
e
1 e?
s
w ?
s
( 1 )w ??
1s
?
7,最大干重度和最优含水量
d?
w
dmax?
optw
饱和线
六,土的物理状态及其指标
土的物理状态,
粗粒土及粉土,密实程度：松、密
粘性土,软硬程度（稠度）：软、硬
1,粗粒土及粉土的密实程度
相对密实度
（ Relative Density ） m a x
r
m a x m i n
ee
D
ee
?
?
?
标准贯入试验
（ Standard Penetration Test）
标准贯入数 N63.5
锤 重,63.5kg
落 距,760mm
打入深度,300mm
颗 粒
水
Vs
Vs+Va
固态
wL wP ws
缩限 塑限 液限
半固态 可塑态 液态
w
V
O
阿特堡界限 (Atterberg limit)
2,粘性土的稠度和可塑性
粘 粒
强结合水
弱结合水
自由水 液 态
可塑态
固态或半固态
? 液限和塑限的测定方法,
液限（ Liquid Limit）,
锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限仪
塑限（ Plastic Limit）,
搓条法或液塑限联合测定仪
? 塑性指数
综合 反映粘性土的 特性 以及各类重要 因素 的 影响,
因此可用于土的分类及其性质的评估。
反映粘性土 可塑性 的大小。
P L PI w w?＝
? 液性指数
反映粘性土 软硬程度（稠度，潮湿程度） 。
固态或半固态
可塑态
液 态
P
L
LP
ww
I
ww
?
?
＝
L 0I ?
L01I??
L 0I ?
? 重塑土和原状土
原
状
土
重
塑
土
原
状
土
重
塑
土
七,土（岩）的工程分类
岩 土
岩 石
碎 石 土
粉 土
特 殊 土
砂 土
强度、节理
级配、形状
粘性土
塑性指数
或塑性图
八,细粒土的塑性图分类法
Lw
PI
