土的物理性质

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1、第一章 土的物理性质1-1 土的三相组成一、基本概念1、土：土是由岩石经过物理风化和化学风化后的产物。 土是由各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体。 土粒之间的孔隙中包含着水和气体，是一种三相体系。2、土的三相1）固相：包含无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架的基本。2）液相：存在于孔隙中的水。3）气相：充填在土孔隙中的气体。综合：土是由固体颗粒，液体水和气体三部分组成，称为土的三相组成。 土中的固体矿物构成骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充填着水和空气，三 相比例不同，土的状态和工程性质也不相同。固体+气体（液体=0）为干土，干粘土较硬，干砂松散； 固体液体气体为湿土，湿的粘土多为可塑状

2、态； 固体液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化；饱和 粘土地基沉降需很长时间才能稳定。由此可见，研究土的工程性质，首先从最基本的、组成土的三相，即固体 相、水和气体本身开始研究。二、 土的固体颗粒 研究固体颗粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分比，称为土的粒 径级配（粒度成分）。此外，还要研究固体颗粒的矿物成分以及颗粒的形状。 （一）粒径级配（粒度成分）随着颗粒大小不同，土可以具有很不相同的性质。颗粒的大小通常以粒径 表示。工程上按粒径大小分组，称为粒组，即某一级粒径的变化范围。划分粒组的两个原则： （1）首先考虑到在一定的粒径变化范围内，其工程地质性质是相似的，若 超越

3、了这个变化幅度就要引起质的变化。（2）要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应。 此外，要便于记忆。目前，我国广泛应用的粒组划分方案见教材P11表2-1所示。将粒径由大至小划分为六个粒组（1）漂石或块石组；（2）卵石（碎石）组；（3）砾石；（4） 砂粒组；（5）粉粒组；（6）粘粒组实际上，土常是各种大小不太颗粒的混合体，较笼统的说，以砾石和砂砾 为主要组成的土为粗粒土，也称无粘性土。其特征为：孔隙大、透水性强，毛 细上升，高度很小，既无可塑造性，也无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。以粉粒、粘粒（或胶粒0.002mm）为主的土称为细粒土，也称为粘性土。其特征为：主要由原生矿物、次生矿物组成，孔隙很小，

4、透水性极弱，毛细上升高 度较高，有可塑性、胀缩性，强度较低。1、粒径级配分析方法 工程上，使用的粒径级配的分析方法有筛分法和沉降分析法两种。筛分法适用于颗粒大于0.1mm （或0.074mm,按筛的规格而言）的土。它 是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，称留在各 筛上的重量,然后计算相应的百分数。砾石类土与砂类土采用筛分法。沉降分析法：用于分析粒级小于0.1mm的土，根据斯托克斯（stokes）定 理，球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。V = Kd2。因此 可以利用粗颗粒下沉速度快,细颗粒下沉速度慢的原理,把颗粒按下沉速度进 行进行粗细分组。实验室常用

5、比重计进行颗粒分析，称为比重计法。此外还有 移液管等。例1.从干砂样中取质量1000g的试样，放入0.10.2mm的标准筛中，经 充分振荡，称各级筛上留下来的土粒质量见表第二行，试求土粒中各粒组的土 粒含量。筛分析试验结果筛孔径（mm）2.01.00.50.250.150.1 底盘各 级 筛 上的 土 粒 质 量 10010025030010050100（g）小于各级筛孔径的土粒 908055251510含量（）各粒组的土粒含量（） 10 25 10 10 5解：（1）留在孔径2.0mm筛上的土粒质量为100g，则小于2.0mm的土粒 质量为1000100=900g,于是小于该孔径（2.0.m

6、m）的土粒含量为900/1000=90% 同理可称得小于其它孔径的土粒含量，见第三行。（2）因小于2.0mm和小于1.0mm孔径的土粒含量90%和80%,可得2.0mm 到1.0mm粒组的土粒含量0.900.80=10%。同理可算得其它粒组的土粒含量见第四行。2、粒径级配曲线 将筛分析和比重计试验的结果绘制在以土的粒径为横坐标,小于某粒径之土质量百分数p（%）为纵坐标，得到的曲线称土的粒径级配累积曲线 此外,粒径的级配的表示方法还有列表法,三角图法等。3、粒径级配累积曲线的应用 土的粒径级配累积曲线是土工上最常用的曲线,从这曲线上可以直接了解土的粗细、粒径分布的均匀程度和级配的优劣。土的平均粒

7、径（d50）：系指土中大于此粒径和小于此粒径的土的含量均占50土的有效粒径（dlO）:小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应 的粒径称为有效粒径（d10）。d30:小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。 土的控制粒径（d60）或称限定粒径（d60）:当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，该粒径称为控制粒径。d定义土的不均匀系数Cu为：Cu 丁0d10d2定义土的粒径级配累积曲线的曲率系数Cc为：Cc d30dd60 10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，颗粒大小越不均匀，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则

8、 比较容易获得较大的密实度。曲线系数Cc描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状；或称反 映累积曲线的斜率是否连续。在一般情况下：1） 工程上把Cu 5 时，称为不均粒土； Cu 10的土属级配良好。2）.经验证明，当级配连续时，Cc 的范围约为1_3 ;因此当Cc 3时，均表示级配线不连续。从工程上看：Cu 5且Cc =1一3的土，称为级配良好的土；不能同时满 足上述两个要求的土，称为级配不良的土。二）土粒成分土中固体部分的成分，绝大部分是矿物质，另外或多或少有一些有机质， 而土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的

9、矿物成分尤为重要。土中的矿物成分由下图所示：f原生矿物厂粘土矿物次生矿物V广不可溶的倍半氧化物 I次生氧化物难溶盐I可溶的Y中溶盐八腐植质 易溶盐有机质泥炭1、原生矿物由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同。包括：（1）单矿物颗粒：如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等，砂土为 单矿物颗粒。（2）多矿物颗粒：母岩碎屑，如漂石、卵石与砾石等颗粒为多矿物颗粒。但总的来说，土中原生矿物主要有：（1）硅酸盐类矿物；（2）氧化物类矿物；（3）硫化物矿物；（4）磷酸盐类矿物2、次生矿物岩屑经化学风化而成，其成分与母岩不同，为一种新矿物，颗粒细。包括1）.可溶性的次生矿物；2）.不可溶的次生矿物。1）可溶

10、性的次生矿物主要指各种矿物中化学性质活泼的 K、Na、Ca、Mg 及 Cl、S 等元素，这些元素呈阳离子及酸根离子，溶于水后，在迁移过程 中，因蒸发浓缩作用形成可溶的卤化物，硫酸盐和碳酸盐。（2）不可溶性的次生矿物有次生二氧化硅，倍半氧化物，粘土矿物。1）.次生二氧化 硅酸盐，由二氧化硅组成，例如：燧石、玛瑙、蛋 白石等都属这类矿物。2）.倍半氧化物是由三价的Fe、Al和0、OH、H2O等组成的矿物，可用R2O3 表示例如：针铁矿Fe2O3 H20呈红色褐铁矿Fe2O3 3H2O呈黄色三水铝石 Al2O3H2O呈白色3）.粘土矿物粘土矿物的微观结构由两种原子层（晶面）构成：一种是由Si-O四面

11、体构 成的硅氧晶片；另一种是由AlOH八面体构成的铝氢氧晶片，因这两种晶片结 合的情况不同，形成三种粘土矿物，蒙脱石，伊利石（水云母）、高岭石。X衍射分析，晶格距离电子显微镜法（几万几十万倍）外貌特征（摄像机）粘土矿物的鉴定方法 差热分析：加热后的物理化学变化过程薄片鉴定3、有机质：泥炭、腐植质动植物残骸三、土中水组成土的第二种主要成分是土中水。在自然条件下，土中总是含水的。土 中水可以处于液态、固态或气态。土中细粒越多，即土的分散度越大，水对土 的性质的影响也越大。研究土中水，必须考虑到水的存在状态及其与土粒的相互作用。存在于土粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造中的水称为矿物内部结 合水，

12、它只有在比较高的温度（80680C，随土粒的矿物成分不同而异）下才 能化为气态水而与土粒分离，从土的工程性质上分析，可以把矿物内部结合水 当作矿物颗粒的一部分。存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类。（一）结合水：系指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水，这种电分子吸引力高达几 千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固的粘结在一起。结合水因离颗粒表面远近不同，受电场作用力的大小也不同，所以分为强 结合水和弱结合水。1、强结合水（吸着水）系指紧靠土粒表面的结合水，它的特征是：1）.没有溶解盐类的能力，2）. 不能传递静水压力，3）.只有吸热变成蒸汽时才能移动。这种水极其牢固的结合在土粒表面

13、上，其性质接近于固体，密度约为1.2 2.4g/cm3，冰点为一78C，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。如果将干燥的土移在天然湿度的空气中，则土的质量将增加，直到土中吸 着的强结合水达到最大吸着度为止。土粒越细，土的比表面积越大，则最大吸着度就越大。砂土为 1，粘土 为 172、弱结合水（薄膜水） 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。它仍然不能传递静水 压力，但水膜较厚的弱结合水能向临近的较薄的水膜缓慢移动。当土中含有较多的弱结合水时，土则具有一定的可塑性。砂土比表面积较 小，几乎不具可塑性，而粘土的比表面积较大，其可塑性范围较大。弱结合水离土粒表面积愈远，其受到的电分子吸引力愈弱

14、小，并逐渐过渡 到自由水。（二）自由水自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普通水一样， 能传递静水压力，冰点为0C,有溶解能力。自由水按其移动所受到作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。1、重力水重力水是存在于地下水位一下的透水土层中的地下水，它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用，重力水对土中的应力状态和开挖 基槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有重要的影响。2、毛细水毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。其形成过程通常 用物理学中毛细管现象解释。分布在土粒内部相互贯通的孔隙，可以看成是许 多形状不一，直径各异，彼此连通的毛细管

15、。综上： 结构水 矿物成分水结晶水I佛石水I 液态水 孔隙中的水固态水强结合水结合水VI 弱结合水气态水非结合水-毛细水重力水三、土中气体土的孔隙中没有被水占据的部分都是气体。1、土中气体的来源土中气体的成因，除来自空气外，也可由生物化学作用和化学反应所生成。2、土中气体的特点(1 )土中气体除含有空气中的主要成分02夕卜，含量最多的是水汽,CO2,N2,CH4,H2S 等气体，并含有一定放射性元素。（2）土中气体 O2 含量比空气中少（空气中为：20.9，土中为：10.3）土中气体CO2含量比空气中高很多（空气为0.03%，土中为10%） 土中气体中放射性元素的含量比在空气中的含量大2000

16、倍。3、土中气体按其所处状态和结构特点，可分为以下几大类：吸附气体、溶解气 体、密闭气体及自由气体。（1）吸附气体：由于分子引力作用，土粒不但能吸附水分子，而且能吸附气体， 土粒吸附气体的厚度不超过23个分子层。土中吸附气体的含量决定于矿物成 分、分散程度、孔隙度、湿度及气体成分等。在自然条件下，在沙漠地区的表 层中可能遇到比较大的气体吸附量。（2）溶解气体：在土的液相中主要溶解有：CO2、O2水汽（H2O）；其次为H2、Cl2、CH4；其溶解数值取决于温度、压力、气体的物理化学及溶液的化学成分。溶解气体的作用主要为：a.改变水的结构及溶液的性质，对土粒施加力学作 用；b.当T、P增高时，在土

17、中可形成密闭气体。c.可加速化学潜蚀过程。3）自由气体自由气体与大气连通，对土的性质影响不大。（4）密闭气体 封闭气体的体积与压力有关，压力增大，则体积缩小；压力减少，则体积 增大。因此密闭气体的存在增加了土的弹性。密闭气体可降低地基的沉降量，但当其突然排除时，可导致基础与建筑物的变形。密闭气体在不可排水的条件下，由于密闭气体可压缩性会造成土的压密。 密闭气体的存在能降低土层透水性，阻塞土中的渗透通道，减少土的渗透性。1-2 土的结构一、土的构造土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构。常见的土结构有以下三种：1、单粒结构(particle structure)或 (single-grai

18、ned structure)粗颗粒土，如卵石、砂等。2、蜂窝结构(boneycomb structure)当土颗粒较细(粒级在 0.020.002mm 范围)，在水中单个下沉，碰到已沉 积的土粒，由于土粒之间的分子吸力大于颗粒自重，则正常土粒被吸引不再下 沉，形成很大孔隙的蜂窝状结构。3、絮状结构(flocculent structure)粒径小于 0.005mm 的粘土颗粒，在水中长期悬浮并在水中运动时，形成小 链环状的土集粒而下沉。这种小链环碰到另一小链环被吸引，形成大链环状的 絮状结构，此种结构在海积粘土中常见。上述三种结构中，以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状其次，絮状结构最差。

19、后两种结构土，如因振动破坏天然结构，则强度低，压缩性大， 不可用作天然地基。二、土的构造 同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。觉见的有下列几 种：1层状构造 土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地区的层理通常为水平层 理。层状构造是细粒土的一个重要特征。2分散构造： 土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。3结核状构造 在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛 土等。其工程性质取决于细粒土部分。4裂隙状构造 土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。裂隙强度低，渗透性高，工程性质差。1-3 土的物理性质土是土粒（固

20、体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作 用表现出来的性质。土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量 密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙 率和饱和度等。一、土的基本物理性质土的三相图（见教材P62图）（一）土粒密度 （particle density）土粒密度是指固体颗粒的质量 ms 与其体积 Vs 之比；即土粒的单位体积质 量：mP = sg/cm3sVs土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小和含水多少无 关。实际上是土中各种矿物密度的加权

21、平均值。砂土的土粒密度一般为：2.65 g/cm3左右粉质砂土的土粒密度一般为： 2.68g/cm3粉质粘土的土粒密度一般为： 2.682.72g/cm3粘土的土粒密度一般为： 2.7-2.75g/cm3土粒密度是实测指标。(二)土的密度(soil density)土的密度是指土的总质量m与总体积V之比，也即为土的单位体积的质量。其中：v=Vs+Vv; m=ms+mw按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，饱和密度之分。1天然密度(湿密度) (density)天然状态下土的密度称天然密度，以下式表示：mm + mt -p = s wg/cm3V V + Vsv土的密度取决于土粒的密度，孔隙体

22、积的大小和孔隙中水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和结构特征。砂土一般是1 .4 g/cm3粉质砂土及粉质粘土1 .4 g/cm3粘土为1 .4 g/cm3泥炭沼泽土：1 .4 g/cm3土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般采用“环刀法”测定，称得环刀内土样质量，求得环刀容积；两者之比值。2干密度( dry density)土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重 量，即：固体颗粒的质量与土的总体积之比值。g/cm3干密度反映了土的孔隙生，因而可用以计算土的孔隙率，它往往通过土的 密度及含水率计算得来，但也可以实测。土的干密度一般常在 1.41.7 g/cm

23、3在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施 工质量。3 .饱和密度（saturatio density）土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度。即，土的孔隙中全部充满 液态水时的单位体积质量，可用下式表示：m + V p,-p = #v w g/cm3sat V式中：p :水的密度（工程计算中可取1 g/cm3） w土的饱和密度的常见值为 1.82.30 g/cm3此外：（ 1）浮密度土的浮密度是土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差，即p=（ms-vspw）/V 或 p二 p -psat w 由此可见：同一种土在体积不变的条件下，它的各种密度在数值上有如下 关系：

24、p p ppps sat d（2）容重：单位体积的重量（三）土的含水性 土的含水性指土中含水情况，说明土的干湿程度。1含水率（含水量） 土的含水量定义为土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示，即 m m - mw 二X100% 二s X100%mmss土的含水率也可用土的密度与干密度计算得到：p-pw = s x 100%ps室内测定：一般用“洪干法”，先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内维持100105 摄氏度烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土 质量的比值就是土的含水量。天然状态下土的含水率称土的天然含水率。一般砂土天然含水率都不超过40%，以 1030%最为常见；一般粘

25、土大多在 1080%之间，常见值 2050%。土的孔隙全部被普通液态水充满时的含水率称饱和含水率VPw =_w x 100%sat msP水的密度，又称饱和水容度。 w饱和含水率又称饱和水密度，它既反映了水中孔隙充满普通液态水时的含 水特性，又反映了孔隙的大小。土的含水率又可分为体积含水率与引用体积含水率：体积含水率nw：为土中水的体积与体积之比。wn = Vw x 100% wV引用体积含水率ew：为土中水的体积与土粒体积之比。we = Vw x 100% wV2.饱和度(degree of saturation)定义为：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，即：vs = w x 1

26、00%rvv或天然含水率与饱和含水率之比：ws 二 x 100%rw饱和度愈大，表明土中孔隙中充水愈多，它在0100%；干燥时Sr=0。孔 隙全部为水充填时， Sr=100%。工程上 Sr 作为砂土湿度划分的标准。Sr 80% 饱和的工程研究中，一般将Sr大于95%的天然粘性土视为完全饱和土；而砂土 Sr 大于 80%时就认为已达到饱和了。（四）土的孔隙性 孔隙性指土中孔隙的大小，数量、形状、性质以及连通情况。1.孔隙率（porosity）与孔隙比（void ratio）孔隙率（n）：是土的孔隙体积与土体积之比，或单位体积土中孔隙的体积, 以百分数表示，即：Vn = v x 100%V孔隙比：

27、定义为土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数表示，即：Ve = Vs孔隙比和孔隙率（度）都是用以表示孔隙体积含量的概念。两者有如下关系：enn = 或 e =1 + e1 一 n土的孔隙比或孔隙度都可用来表示同一种土的松，密程度。它随土形成过 程中所受的压力、粒径级配和颗粒排列的状况而变化。一般说：粗粒土的孔隙 度小，细粒土的孔隙度大。孔隙比 e 是个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般 e1.0 的土是疏松的无压缩性土饱和含水率是用质量比率来反映土的孔隙性结构指标的，它与孔隙率和孔隙比，有如下关系：n = w 住sat pwpe - w sat p w2砂土的相对密度对于砂土，

28、孔隙比有最大值与最小值，即最松散状态和最紧密状态的孔隙 比。e ：一般采用“振击法”测定； mine ：一般用“松砂器法”测定。 max砂土的松密程度还可以用相对密度来评价e 一 eD = maxr e 一 emax nin式中： e ：最大孔隙比。maxe ：最小孔隙比。 mine：天然孔隙比。砂土按相对密度分类：0 Dr 0.33疏松的0.33 Dr 0.66中密的0.66 Dr 1密实的通常砂土的相对密度的实用表达式为：门（p- p）pDr =十_dd mindaxIp-p）pd maxd min d因为最大或最小干密度可直接求得。Dr 在工程上常应用于：（1）评价砂土地基的允许承载力；

29、（2）评价地震区砂体液化；（3）评价砂土的强度稳定性。例题：某天然砂层，密度为1.47g/cm3,含水量13%，由试验求得该砂土的最小干密度为1.20g/cm3；最大干密度为1.66 g/cm3；问该砂层处于哪种状态？解：已知：p = 1.47 w = 13% p = 1.20g/cm3 p = 1.66g/cm3d mind max由公式：p = p 得 p = 1.30g/cm31 + w d门(p -p)p(1.30-1.20)x 1.66 028Ip-p7p(1.66 -1.20)x 1.30d maxd min dD = 0.28 0.33r该砂层处于疏松状态。五）基本物理性质指标间

30、的相互关系1、孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒体积Vs =1,则孔隙体积Vv=e，土体体积 V = V + V = 1 + e，sv于是，由n = X =丄或e =V 1 + e 1 一 n2、干密度与湿密度和含水量的关系设土体体积V=1，则土体内土粒质量m=p，水的质量：m = wpdw d于是由：p= m w =p (1 + w)V Vd3、孔隙比与比重和干密度的关系，于是：由设土体内土粒体积Vs二1，则孔隙体积V二e，土粒质量m二pssvG pe =s_wpd4、饱和度与含水量，比重和孔隙比的关系设土体内土粒体积Vs=l,则孔隙体积V二e，土粒质量m二p ,孔隙水质vs s量 m = w

31、pws-s孔隙水体积：V二wpwwps-w=e由: S二得S =丄=怛=也 r V r eepevw当S = 100%时，土饱和，则: re = w Gms式中： wm饱和含水量， G ：土粒比重。s常见的物理性质指标及互相关系换算公式见教材 P69 表 5-5例题：某原状土样，经试验测得天然密度p = 1.67g /cm3含水量w=12。9%, 土粒比重Gs=2.67，求孔隙比e，孔隙度n和饱和度Sr。解：绘三相草图(1)设土的体积 V=1.0cm3根据密度定义得：m = p V = 1.67 x 1 = 1.67g(2)根据含水量定义得：m = wm = 0.129 m从三相图可知：m =

32、 m + m + mawsm + m = mws即 0.129 m + m = 1.67ss1.18g1.67m = s 1.129m = 1.67 一 1.48 = 0.19 g w3)根据土粒比重定义：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在 4 摄氏度时质量之比，即 G =Ms ) = ps V p 4度sw=2.67 p = 1w=2.67 x 1 = 2.67g / cm3m 1.48V = s = 0.554cm3s p 2.67m0.190 V = -w = 0.190cm3w p1.0w5)从三相可知V = V + V + V = 1cm3awS或 V = 1 - V - V = 1 -

33、0.554 - 0.190 = 0.256cm3aw s: V = V - V = 1 - 0.554 = 0.446 vs(6)根据孔隙比定义：E = t得Vse =二=256 + 19 = 0.805 V0.554根据孔隙度定义：n=I得0.256 + 0.191=0.446 =44.6%0.8051 + 0.805= 0.446 =44.6%（8）根据饱和度定义：S = Vw得 r VvV0.19S = w = 0.426 = 42.6%r V + V 0.256 + 0.19aw例题薄壁取样器采取的土样，测出其体积 V 与重量分别为 38.4cm3 和67.21g,把土样放入烘箱烘干，

34、并在烘箱内冷却到室温后，测得重量为49.35g。试求土样的p （天然密度），p （干密度），w （含水量），e （孔隙比），n （孔 d隙率），饱和度。（G = 2.69）s解：Pm m + m -wV + Vsvm =Vs =m-m4935 = 1.285g / cm338.40mm - m67.21 - 49.35X100% 4 9 X100% 36.19%mm49.35ssG psPd-w-1=音-1=1-0931.093 x 100% 52.22%1 + e 1 +1.093 S = w = 369 X 269 = 89.07% r e1.093第二节 土的水理性质、粘性土的稠度(co

35、nsistency)和塑性(plasticity)一)稠度与液性指数粘性土的物理状态常以稠度来表示。稠度的涵义是指土体在各种不同的湿度条件下，受外力作用后所具有的活 动程度。粘性土的稠度，可以决定粘性土的力学性质及其在建筑物作用下的性状。在土质学中，常采用下列稠度状态来区别粘性土在各种不同温度条件下所 具备的物理状态。粘性土的标准稠度及其特征稠度状态稠度的特征标准温度或稠度界线液体状液流状呈薄层流动触变界限液限Wc粘着性界限塑限Wp收缩界限Ws粘流状(触变状)呈厚层流动塑体状粘塑状具有塑体的性质，并粘着其他物体稠塑状具有塑体的性质，但不粘着其他物体固体状半固体状失掉塑体性质，具有半固体性质固体

36、状具有固体性质相邻两稠度状态，既相互区别又是逐渐过渡的，稠度状态之间的转变界限 叫稠度界限，用含水量表示，称界限含水量。在稠度的各界限值中，塑性上限（W1）和塑性下限（Wp）的实际意义最大。它们是区别三大稠度状态的具体界限，简称液限和塑限。土所处的稠度状态，一般用液性指数IL （即稠度指标B）来表示W - WI = pL W - Wcp式中：W天然含水量W1液限含水量Wp塑限含水量按液性指数（IL）粘性土的物理状态可分为：坚硬：I 0 软塑：0.75 I 1LL硬塑：0 I 1LL可塑： I 0.75L在稠度变化中，土的体积随含水量的降低而逐渐收缩变小，到一定值时， 尽管含水量再降低，而体积却

37、不再缩小，其变化过程见教材图所示。(二)塑性和塑性指数(plasticity index)塑性的基本特征：( 1)物体在外力作用下，可被塑成任何形态，而整体性 不破坏；即不产生裂隙。( 2)外力除去后，物体能保持变形后的形态，而不恢 复原状。有的物体是在一定的温度条件下具有塑性；有的物体在一定的压力条件下 具有塑性；而粘性土则是在一定的湿度条件下具有塑性粘性土具有塑性，砂土没有塑性，故粘性土又称塑性土，砂土称非塑性土 在岩土工程中常用二个界限含水量(又称 Atterberg 界限，瑞典土壤学家， 1911 年)表示粘性土的塑性。( 1)、塑性下限或称塑限：是半固态和塑态的界限含水量，它是使土颗

38、粒 相对位移而土体整体性不破坏的最低含水量。( 2)、塑性上限或称液限：即塑态与流态的界限含水量，也即是强结合水 加弱结合水的含量。二个界限含水量的差值为塑性指数(plasticity index)，即：Ip=WlWp塑性指数表示粘性土具有可塑性的含水量变化范围，以百分数表示。塑性 指数数值愈大，土的塑性愈强，土中粘粒含量越多。例题：从某地基取原状土样，测的土的液限为37.4%，塑限为23.0%，天然 含水量为 26.0%，问地基土处于何种状态？解： 已知：w 二 37.4% w 二 23.0% w 二 16.0% cpI 二 w - w 二 0.374 - 0.23 二 0.144 二 14

39、.4%pLpw-w 0.26-0.23I =p = 0.21l I0.144p 0 I 0.25L该地基土处于硬塑状态（三）影响粘性土可塑性的因素粘性土塑性大小决定于土的成分及孔隙水溶液的性质。土的成分包括粒度成分、矿物成分及交换阳离子成分；孔隙水溶液的性质是指化学成分及浓度。1、矿物成分（1）土的矿物成分不同，其晶格构造各异，对水的结合程度不一样；例如蒙脱石具有较大的可塑性。（2）矿物成分决定着颗粒的形状与分散程度。只有片状结构的矿物破坏后才表现出可塑性。例如：黑云母，绿泥石，高岭石等。（3）矿物成分还影响着土的分散程度；2、有机质含量对土的可塑性有明显的影响 表层土含有机质较多，因有机质的

40、分散度较高，颗粒很细，比表面积大， 当有机质含量高时，无论液限值或塑限值均较高。3、土中的可溶盐类溶于水后，改变了水溶液的离子成分和浓度，从而影响 扩散层厚度的变化，导致土的可塑性的增强或减弱。4、粒度成分对粘性土可塑性的影响 主要取决于土中粘粒含量的多少；粘粒含量愈多，分散程度愈高，具有较 大的可塑性。5、孔隙溶液的化学成分，浓度和PH值对可塑性的影响，是通过Z电位、 扩散层的厚度的影响表现出来的。一般来说：|PH -PHie| T大或Z t大，d T 大=粘性性的可塑性增强。当PH=PHie，粘性土基本上不表现塑性。（四）粘性土的活性指数 粘性土的粘性和可塑性被认为是由颗粒表面的吸着水引起

41、的。因此，塑性 指数的大小在一定程度上反映了颗粒吸附水能力的强弱。Skempton （斯开普顿）通过试验发现：对给定的土，其塑性指数与小于0.002mm颗粒的含量成正比，并建议用活性指标来衡量土内粘土矿物吸附水的能力。其中：A活性指数或亲水性指数。根据活性指标的大小，他把粘性土分为：非活性粘土： A 1.25活性粘土的矿物成分以吸水能力很强的蒙脱石等矿物为主，而非活性粘土中的矿物成分，则以高岭石等吸水能力较差的矿物为主。（五）灵敏度（St）灵敏度反映粘性土结构性的强弱式中： S 粘性土的灵敏度tq 原状土的灵敏度uq与原状土密度、含水量相同，结构完全破坏的重塑土的无0侧限抗压强度。灵敏度分下列几类：S =1 2低灵敏S =816很灵敏S =2 4中等灵敏S 16流动灵敏度高的土，其结构性愈高，受扰动后土的强度降低就愈多，施工时应 特别注意保护基槽，使结构不扰动，避免降低地基强度。触变性：当粘性土结构受扰动时，土的强度降低。但静置一段时间，土的 强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。这是由于土粒、离子和水分子体 系随时间而趋于新的平衡状态之故。