0= 测定方法：一般用“环刀法”，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，慢慢削去环刀外围的 土，边削边压，使保持天然状态的士样压满环刀内，称得环刀内土样的质量，求得它与环刀容积之比值即为其 密度 土的重度：定义为单位体积土的重量，与密度有对应关系 G mg 表达式为：y= 二g 土粒相对密度（比重）：土粒密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比。 3 d,= =0,1Pm Pu pwl为4℃时纯水的密度，pwl=1gcm3,ps为土粒的密度，即单位体积土粒的质量。故实用上，土粒相对密 度在数值上等于土粒的密度。 三、确定三相量比例关系的其它常用指标 孔隙率：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。 2= 立×100% 孔隙比：土中孔隙体积与士粒体积之比。 a= 两者关系 e 2= 1+e 土的（天然）含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用w表示，以百分数计。 W=- 型×100%= m-m×100% 汽 2 3,3无粘性土的密实度 砂土、碎石土统称为无粘性土，而粉土则视情况定为无或少粘性土。无粘性土的密度对其工程性质有重要的 影响。 土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。反映 这类土工程性质的主要指标是密实度。干密度rd和孔隙比e(或孔隙度n)都是表示土的密实度的指标。 工程上为了更好地表明砂土所处的密实状态，采用将现场土的孔隙比©与该种土所能达到最密实时的孔隙比 emin和最松散时的孔隙比emax相比较的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。这种度量密实度的指标称为相 对密度Dr,定义为 土的最大孔隙比©max的测定方法是将松散的风干土样，通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，求得土的最小干密 度再经换算确定；土的最小孔隙比emin的测定方法是将松散的风干土样分批装入金属容器内，按规定的方法 进行振动或锤击夯实，直至密实度不再提高，求得最大干密度再经换算确定。 密实度判别标准：Drs13疏松1BsD≤2/3中密Dr>23密实 3.4粘性土的物理特征 、 粘性土的稠度 稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。 土中含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。强结合水的性质接近于固 态。因此，当土粒之间只有强结合水时，按水膜厚薄不同，土表现为固态或半固态。 当含水量增加，被吸附在颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，弱结合水呈粘滞状
测定方法：一般用“环刀法” ，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，慢慢削去环刀外围的 土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样的质量，求得它与环刀容积之比值即为其 密度。 土的重度：定义为单位体积土的重量，与密度有对应关系 土粒相对密度（比重）：土粒密度（单位体积土粒的质量）与 4℃时纯水密度之比。 ρw1 为 4℃时纯水的密度，ρw1=1g/cm3;ρs 为土粒的密度，即单位体积土粒的质量。故实用上，土粒相对密 度在数值上等于土粒的密度。 三、确定三相量比例关系的其它常用指标 孔隙率：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。 孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比。 两者关系: 土的(天然)含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用 w 表示，以百分数计。 3．3 无粘性土的密实度 砂土、碎石土统称为无粘性土，而粉土则视情况定为无或少粘性土。无粘性土的密度对其工程性质有重要的 影响。 土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。反映 这类土工程性质的主要指标是密实度。干密度 rd 和孔隙比 e (或孔隙度 n)都是表示土的密实度的指标。 工程上为了更好地表明砂土所处的密实状态，采用将现场土的孔隙比 e与该种土所能达到最密实时的孔隙比 emin 和最松散时的孔隙比 emax 相比较的办法，来表示孔隙比 e时土的密实度。这种度量密实度的指标称为相 对密度 Dr，定义为: 土的最大孔隙比 emax 的测定方法是将松散的风干土样，通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，求得土的最小干密 度再经换算确定；土的最小孔隙比 emin 的测定方法是将松散的风干土样分批装入金属容器内，按规定的方法 进行振动或锤击夯实，直至密实度不再提高，求得最大干密度再经换算确定。 密实度判别标准 ： Dr≤1/3 疏松 1/3≤Dr≤2/3 中密 Dr＞2/3 密实 3.4 粘性土的物理特征 一、粘性土的稠度 稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。 土中含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。强结合水的性质接近于固 态。因此，当土粒之间只有强结合水时，按水膜厚薄不同，土表现为固态或半固态。 当含水量增加，被吸附在颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，弱结合水呈粘滞状
态，不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，能从水膜较厚处向邻近较薄处移动。在这种含水 量情况下，土体受外力作用可以被捏成任意形状而不破裂，外力取消后仍然保持改变后的形状。这种状态称为 可塑状态。 区别粘性土从一种状态转变为另一种状态的界限含水量称为稠度界限或阿太堡界限。 液限(Liquid Limit):又称流限，是流动状态与可塑状态的界限含水量，也即可塑状态的上限含水量。可用锥 式液限仪或碟式液限仪测得。 塑限(Plastic Limit):是可塑状态与半固态状态的界限含水量。用搓条法或液塑限联合测定仪测得。 缩限(Shrinkage Limit):是半固体状态与固态的界限含水量。 二、 粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数(Plasticity index) 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。 液性指数(Liquidity index) 反映粘性土软硬程度（稠度，潮湿程度）。 3.5粘性土的胀缩性 一、粘性土胀缩性定义 粘性土中含水量变化会引起土的稠度和体积的变化。由于含水量增加使体积增大的性能称为膨胀性；由于含 水量减少使体积减小的性能称为收缩性。 二、粘性土膨胀性指标 1膨胀率：原状土在一定压力和有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高度增加量与原高度之比，称为膨胀率，表 示为(1)： 么。一 (1) =V0x100% (2) 喝 2自由胀缩率：将一定体积的扰动土经充分吸水膨胀稳定后测得的体积增加量与原体积之比，称为自由膨胀 率 表示为(2) 3膨胀力：原状土经充分吸水膨胀时产生的最大内应力称为膨胀力 4.膨胀含水量：土经充分吸水膨胀后的含水量(3) 三、土的收缩性及其指标 缩性指数：(4 表征土收缩性的指标：（⑤） 体缩率δV:土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示(6)线缩率δs:土样失水收缩减少的高 度与原高度之比，以百分率表示()收缩系数s:在直线阶段的竖向线缩率
态，不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，能从水膜较厚处向邻近较薄处移动。在这种含水 量情况下，土体受外力作用可以被捏成任意形状而不破裂，外力取消后仍然保持改变后的形状。这种状态称为 可塑状态。 区别粘性土从一种状态转变为另一种状态的界限含水量称为稠度界限或阿太堡界限。 液限（Liquid Limit）：又称流限，是流动状态与可塑状态的界限含水量，也即可塑状态的上限含水量。可用锥 式液限仪或碟式液限仪测得。 塑限（Plastic Limit）：是可塑状态与半固态状态的界限含水量。用搓条法或液塑限联合测定仪测得。 缩限（Shrinkage Limit）：是半固体状态与固态的界限含水量。 二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数（Plasticity index） 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。 液性指数（Liquidity index） 反映粘性土软硬程度（稠度，潮湿程度）。 3.5 粘性土的胀缩性 一、粘性土胀缩性定义 粘性土中含水量变化会引起土的稠度和体积的变化。由于含水量增加使体积增大的性能称为膨胀性；由于含 水量减少使体积减小的性能称为收缩性。 二、粘性土膨胀性指标 1.膨胀率：原状土在一定压力和有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高度增加量与原高度之比，称为膨胀率，表 示为(1): 2.自由胀缩率：将一定体积的扰动土经充分吸水膨胀稳定后测得的体积增加量与原体积之比，称为自由膨胀 率，表示为(2). 3. 膨胀力：原状土经充分吸水膨胀时产生的最大内应力称为膨胀力 4. 膨胀含水量：土经充分吸水膨胀后的含水量(3) 三、土的收缩性及其指标 缩性指数：(4) 表征土收缩性的指标：(5) 体缩率 δV：土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示(6) 线缩率 δsi：土样失水收缩减少的高 度与原高度之比，以百分率表示(7) 收缩系数 λs：在直线阶段的竖向线缩率
I,=Wi-Ws (3) 6n= %-x100% (4) 有-名×100% (5) 2=4x100% (6) △w (7) △ △U 10% 15 20 含水率记(%) 四、影响土胀缩性的因素 粘性土粘粒含量越多， 亲水粘土矿物越多，膨胀性和收缩性越强。 土的天然含水量决定着土的胀缩程度： 天然含水量高则膨胀性弱，收缩性强 天然含水量低则膨胀性强，收缩性弱 土的密实程度和连接强度也着影响着土的胀缩性 水溶液介质的离子成分和浓度也影响士的膨胀性。 3.6土的工程分类 国外土分类体系： 粗粒土按粒度成分分，细粒土按阿太保界限分 前苏联土分类法的优点：简单明了，能充分反映冲、洪积成因土的主要特征 前苏联土分类法的缺点：对于坡积、残积成因土只反映主要粒组的影响；特别是对作为材料的土，级配特征 描述不详。 2.粗粒土按相对多的的粒组来定名，细粒土按塑性图分。 美国ASTM的统一分类法 优点： 逻辑性强，从粗到细逐步分类。 比较全面地考虑粒径级配情况和次要粒组的影响： 适合对于材料土的评价和残、坡积土的分类 缺点 对粗粒土的划分过于简单，无法区别颗粒的对土性质的影响。 ASTM粗粒土（过200号筛余量大于50%）分类 ASTM细粒土（过200号筛余量小于50%）分类 我国土的分类体系：《土的分类标准》(GB145一90)中的分类法 巨粒土和含巨粒土的分类表 中砾类土的分类
四、影响土胀缩性的因素 粘性土粘粒含量越多，亲水粘土矿物越多，膨胀性和收缩性越强。 土的天然含水量决定着土的胀缩程度： 天然含水量高则膨胀性弱，收缩性强 天然含水量低则膨胀性强，收缩性弱 土的密实程度和连接强度也着影响着土的胀缩性 水溶液介质的离子成分和浓度也影响土的膨胀性。 3.6 土的工程分类 国外土分类体系： 1. 粗粒土按粒度成分分，细粒土按阿太保界限分 前苏联土分类法的优点：简单明了，能充分反映冲、洪积成因土的主要特征 前苏联土分类法的缺点：对于坡积、残积成因土只反映主要粒组的影响；特别是对作为材料的土，级配特征 描述不详。 2. 粗粒土按相对多的的粒组来定名，细粒土按塑性图分。 美国 ASTM 的统一分类法 优点： 逻辑性强，从粗到细逐步分类。 比较全面地考虑粒径级配情况和次要粒组的影响； 适合对于材料土的评价和残、坡积土的分类 缺点： 对粗粒土的划分过于简单，无法区别颗粒的对土性质的影响。 ASTM 粗粒土（过 200 号筛余量大于 50%）分类 ASTM 细粒土（过 200 号筛余量小于 50%）分类 3. 我国土的分类体系：《土的分类标准》（GBJ145—90）中的分类法 巨粒土和含巨粒土的分类表 中砾类土的分类
中砂类土的分类 细粒土的分类(10mm液限) 《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) 该分类体系主要考虑土的天然结构联结的性质和强度，先按堆积年代和地质成因划分，并将区域性特殊土和 般性土区别开来，在结合沉积年代等综合定名。 按颗粒级配或塑性指数先将士分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，再结合沉积年代、成因和某些特殊 性质综合定名。 按沉积年代划分为：老沉积土，新近沉积士 根据地质成因分类：残积土、坡积土、洪积土、淤积土、冰积土、风积土和海积土等。 根据有机质含量分类：无机土、有机质土、泥炭质土、泥炭 按颗粒级配和塑性指数分类：碎石土、砂土、粉土、粘性土 碎石土分类（粒径大于2mm颗粒含量超过总质量50%）】 砂土分类（粒径大于2mm颗粒含量不超过总质量50%， 且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总量的50%) 粘性土分类：塑性指数1p>10的土，又进一步细分为粘土和粉质粘土 粉土分类：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数Ip≤10的土。 《公路土工试验规程》(T051一93)中的分类法： 粗粒组划分图 3.7区域性士的主要特征 区域性土是指在特定地理环境下或人为条件下形成的特殊性质的土，其分布具有明显的区域性。包括淤泥类 土、膨胀土、红土、黄土类土、人工填土、冻土。 1.淤泥类土（软土） 高孔隙比、饱水、天然含水率大于液限孔隙比常见值为1.0~2.0；液限一般为40% ~60%.饱和度一般>90%，天然含水率多为50~70%。未扰动时，处于软塑状态， 一经扰动，结构破坏， 处于流动状态。 透水性极弱：一般垂直方向地渗透系数较水平方向小些。 高压缩性：al~2一般为0.7~1.5Mpa-1,且随天然含水率的增大而增大。 抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关 较显著的触变性和蠕变性 2.膨胀土 膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：液限为40%~68%，塑限为17%~35%，塑性指数为18~33。膨 胀土的饱和度一般较大，常在80%以上，天然含水率较小，17%~30%。 3.红土 液限大， 含水量大，孔隙比大；强度较高，且变化范围大：膨胀性弱，但某些土具有明显收缩性，浸水后 强度降低。 红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。 形成条件：湿热气候下，富含较多粘粒和铁铝氧化物胶结的红色粘性土。 4.黄土类士 包括老黄土、新黄土和新近堆积黄土：成因为风积、冲积、洪积、坡积和冰水沉积等。 特点：塑性较弱：含水较少；压实程度很差，孔隙较大；抗水性弱，遇水崩解，膨胀量较小，但失水收缩量 明显；透水性较强；强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。 5.人工填土 性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；物质成分异常复杂。有天然土颗粒，有砖瓦碎片和石块，以 及人类活动和生产所抛弃的各种垃圾；是一种欠压密土，一般具有较高的压缩性，孔隙比很大。往往具有浸水 湿陷性。 6.冻土 寒冷地区，气温在零下时，土中液态水冻结为冰，冰胶结了土粒，形成一种特殊联结的土，成为冻土。又分
中砂类土的分类 细粒土的分类（10mm 液限） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） 该分类体系主要考虑土的天然结构联结的性质和强度，先按堆积年代和地质成因划分，并将区域性特殊土和 一般性土区别开来，在结合沉积年代等综合定名。 按颗粒级配或塑性指数先将土分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，再结合沉积年代、成因和某些特殊 性质综合定名。 按沉积年代划分为：老沉积土，新近沉积土 根据地质成因分类：残积土、坡积土、洪积土、淤积土、冰积土、风积土和海积土等。 根据有机质含量分类：无机土、有机质土、泥炭质土、泥炭 按颗粒级配和塑性指数分类：碎石土、砂土、粉土、粘性土 碎石土分类（粒径大于 2mm颗粒含量超过总质量 50%） 砂土分类（粒径大于 2mm颗粒含量不超过总质量 50%，且粒径大于 0.075mm的颗粒含量超过总量的 50%） 粘性土分类：塑性指数 Ip＞10 的土，又进一步细分为粘土和粉质粘土 粉土分类：粒径大于 0.075mm的颗粒质量不超过总质量的 50%，且塑性指数 Ip≤10 的土。 《公路土工试验规程》（JTJ051—93）中的分类法： 粗粒组划分图 3.7 区域性土的主要特征 区域性土是指在特定地理环境下或人为条件下形成的特殊性质的土，其分布具有明显的区域性。包括淤泥类 土、膨胀土、红土、黄土类土、人工填土、冻土。 1. 淤泥类土（软土） 高孔隙比、饱水、天然含水率大于液限孔隙比常见值为 1.0～2.0；液限一般为 40％ ～60％，饱和度一般>90％，天然含水率多为 50～70％。 未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构 破坏， 处于流动状态。 透水性极弱：一般垂直方向地渗透系数较水平方向小些。 高压缩性：a1~2 一般为 0.7～1.5Mpa－1，且随天然含水率的增大而增大。 抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关 较显著的触变性和蠕变性 2. 膨胀土 膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：液限为 40％～68％，塑限为 17%～35％，塑性指数为 18～33。膨 胀土的饱和度一般较大，常在 80％以上，天然含水率较小，17％～30％。 3. 红土 液限大，含水量大，孔隙比大；.强度较高，且变化范围大；膨胀性弱，但某些土具有明显收缩性，浸水后 强度降低。 红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。 形成条件：湿热气候下，富含较多粘粒和铁铝氧化物胶结的红色粘性土。 4. 黄土类土 包括老黄土、新黄土和新近堆积黄土；成因为风积、冲积、洪积、坡积和冰水沉积等。 特点：塑性较弱；含水较少；压实程度很差，孔隙较大；抗水性弱，遇水崩解，膨胀量较小，但失水收缩量 明显；透水性较强；强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。 5. 人工填土 性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；物质成分异常复杂。有天然土颗粒，有砖瓦碎片和石块，以 及人类活动和生产所抛弃的各种垃圾；是一种欠压密土，一般具有较高的压缩性，孔隙比很大。往往具有浸水 湿陷性。 6. 冻土 寒冷地区，气温在零下时，土中液态水冻结为冰，冰胶结了土粒，形成一种特殊联结的土，成为冻土。又分
为季节冻土和多年冻土。 冻胀率：冻结后土体膨胀体积与未冻结土体体积的百分比。 第4章土的渗透性与土中渗流 4.1概述 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑 物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向 水位较低的一侧。 渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。 渗透性：土具有被水透过的性能称为土的渗透性。 水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而 改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。 此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。 4.2达西定律 一、佰努里定理 水流动符合能量守恒原理 +2+ =h=常数 Yw 2g 因为水中流速小，速度水头可忽视，故 z+u1y两=为 如图1，水头损失由下式得到 -△h=(21+41/ym）-(22+427ym) 摩 图1士中水头和水的流动 图2达西定律渗透实验 二 达西定律 在层流状态下，定义水力梯度为 i=-△h/△s h为水头损失，代表单位重量液体流动时为克服阻力而损失的能量。 1956年，达西利用图2所示试验装置，对砂士的渗流性进行了研究，发现水在土中的渗流速度与试样两端 面间的水头差成正比，而与渗流长度成反比，故渗流速度可表示为： v=K =Ki Q=vA=KiA 或 这就是著名的达西定律
为季节冻土和多年冻土。 冻胀率：冻结后土体膨胀体积与未冻结土体体积的百分比。 第 4 章 土的渗透性与土中渗流 4.1 概述 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑 物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向 水位较低的一侧。 渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。 渗透性：土具有被水透过的性能称为土的渗透性。 水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而 改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。 此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。 4.2 达西定律 一、佰努里定理 水流动符合能量守恒原理 因为水中流速小，速度水头可忽视，故 如图 1，水头损失由下式得到 二、达西定律 在层流状态下，定义水力梯度 i为 h 为水头损失，代表单位重量液体流动时为克服阻力而损失的能量。 1956 年，达西利用图 2所示试验装置，对砂土的渗流性进行了研究，发现水在土中的渗流速度与试样两端 面间的水头差成正比，而与渗流长度成反比，故渗流速度可表示为： 或 这就是著名的达西定律