《土力學(xué)》教案設(shè)計(jì)

授課題目緒論授課類型理論課

首次授課時(shí)間學(xué)時(shí)2

掌握土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)研究的內(nèi)容；

教學(xué)目標(biāo)

了解學(xué)習(xí)方法與學(xué)時(shí)安排

重點(diǎn)：土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)研究的內(nèi)容

重點(diǎn)與難點(diǎn)

難點(diǎn)：學(xué)科體系的內(nèi)容

教學(xué)手段與方法多媒體講授

教學(xué)過(guò)程：（包括授課思路、過(guò)程設(shè)計(jì)、講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容、時(shí)間分配

等）

授課思路：

教學(xué)方式：共分為2個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。講授和討論。

對(duì)于講授，主要利用課件對(duì)每章的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解，吃透所有的基本概念

和相關(guān)內(nèi)容。

對(duì)于討論，針對(duì)課后部分思考題目，結(jié)合講課內(nèi)容，大家一起討論，進(jìn)一步

領(lǐng)會(huì)、掌握重點(diǎn)內(nèi)容。

過(guò)程設(shè)計(jì)：復(fù)習(xí)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，引出本次課程內(nèi)容，結(jié)合課件圖片工程實(shí)例

講解，最后留出部分時(shí)間討論。

講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容：

緒論

1土力學(xué)研究的對(duì)象：

土：土是地殼母巖經(jīng)過(guò)風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積過(guò)程后形成。包括巖石碎塊（如漂

石）、礦物顆粒（如石英砂）和粘土礦物（如高嶺石）。風(fēng)化作用有物理風(fēng)化、化

學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化，它們經(jīng)常是同時(shí)進(jìn)行而且是互相加劇其發(fā)展的進(jìn)程。

2土力學(xué)研究的內(nèi)容：

土力學(xué)屬于工程力學(xué)的一個(gè)分支，它是從土的力學(xué)性能（或稱工程特性，包

括土的壓縮性、滲透性和抗剪強(qiáng)度）角度，研究土在外荷載作用下引起的力學(xué)方

面的變化規(guī)律，地基的承載力、基礎(chǔ)的沉降量和作用在建筑物上的土壓力等工程

實(shí)際問(wèn)題。由于土的非均質(zhì)性、各向異性和因地而異，帶來(lái)學(xué)科特點(diǎn)：綜合性強(qiáng)、

經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)和地區(qū)性強(qiáng)。

3研究土力學(xué)的意義：

土的作用：構(gòu)筑材料、建筑物地基或建筑物周圍的賦存介質(zhì)（建筑物環(huán)境）。

4學(xué)科體系介紹

土力學(xué)是巖土工程的理論基礎(chǔ)之一。

巖土工程——以土力學(xué)、巖石力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)的土木工程中與

巖土體直接相關(guān)的工程。

巖土工程隸屬于土木工程學(xué)科，是由地基與基礎(chǔ)工程、邊坡工程、基坑工程、

路基工程、地下洞室工程、巖土爆破工程、灌漿工程和地質(zhì)災(zāi)害防治工程等分支

構(gòu)成的，其涉及到的領(lǐng)域有：能源、交通、城市建設(shè)、礦山、江河海洋和環(huán)境工

程等等。

5土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)介：

土力學(xué)：

TerzaghiComlomhRankine

1925年前約150年，前太沙基時(shí)期：1773年庫(kù)侖（法），1869年郎金（英）：

1925年-1960年，太沙基時(shí)期：1925年太沙基（美）《土力學(xué)》專著問(wèn)世；

1960年至今，后太沙基時(shí)期：新理論，新方法。英（ROSCOE1958-1963）

Cam-Clay模型，美（Duncan-chang）雙曲線模型等。

6學(xué)習(xí)方法與學(xué)時(shí)安排：

結(jié)合介紹本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容、栗求和教學(xué)安排，強(qiáng)調(diào)其實(shí)用性，從而引起學(xué)

生的學(xué)習(xí)興趣：土工試驗(yàn)多（6個(gè)，篩分、密度與含水量、液塑限、固結(jié)、直

剪、擊實(shí)）與計(jì)算多（三大指標(biāo)換算、土中應(yīng)力、土壓力、沉降量、地基承載力、

土的強(qiáng)度等）。

學(xué)時(shí)：13周（78學(xué)時(shí)）其中：授課66學(xué)時(shí)，試驗(yàn)課6次（12學(xué)時(shí)）。

作業(yè)：習(xí)題以課堂集體批改為主，抽查部分批改。

時(shí)間分配：

點(diǎn)名：2分鐘

講授：70分鐘；

小結(jié)：8分鐘。

思考題、討論題、作業(yè)

討論題：1.怎樣學(xué)好土力學(xué)？

教學(xué)后記

第一章土的物理性質(zhì)第一節(jié)

授課題目土的三相組成第二節(jié)土的授課類型理論課

顆粒組成

首次授課時(shí)間學(xué)時(shí)2

了解土的結(jié)構(gòu)；

教學(xué)目標(biāo)

掌握土的三相組成和土的顆粒組成

重點(diǎn)：土的三相組成

重點(diǎn)與難點(diǎn)

難點(diǎn)：粒徑級(jí)配累計(jì)曲線

教學(xué)手段與方法多媒體講授

教學(xué)過(guò)程：（包括授課思路、過(guò)程設(shè)計(jì)、講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容、時(shí)間分配

等）

授課思路：

教學(xué)方式：共分為3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。復(fù)習(xí)、講授和小結(jié)。

對(duì)于復(fù)習(xí)，目的是小結(jié)上次課內(nèi)容。

對(duì)于講授，主要利用課件對(duì)每章的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解，吃透所有的基本概念

和相關(guān)內(nèi)容。

最后小結(jié)本次課內(nèi)容。

過(guò)程設(shè)計(jì)：復(fù)習(xí)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，引出本次課程內(nèi)容，結(jié)合課件圖片工程實(shí)例

講解，最后小結(jié)本次課內(nèi)容。

講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容：

第一章土的物理性質(zhì)

第一節(jié)土的三相組成

土的三相組成是指土由固體土粒、液體水和氣體三部分組成。土中的固體礦

物構(gòu)成土的骨架，骨架之間貫穿著大量孔隙，孔隙中充填著液體水和氣體。

一、土中固體顆粒

土中固體顆粒是土的三相組成中的主體，其粒度成分、礦物成分決定著土的

工程性質(zhì)。

1土顆粒的大小與形狀

自然界中的土是由大小不同的顆粒組成的，土粒的大小稱為粒度。土顆粒大

小相差懸殊，有大于幾十厘米的漂石，也有小于幾微米的膠粒。天然土的粒徑一

般是連續(xù)變化的，為便于研究，工程上把大小相近的土粒合并為組，稱為粒組。

粒組間的分界線是人為劃定的，劃分時(shí)應(yīng)使粒組界限與粒組性質(zhì)的變化相適應(yīng)，

并按一定的比例遞減關(guān)系劃分粒組的界限值。每個(gè)粒組的區(qū)間內(nèi)，常以其粒徑的

上、下限給以粒組命名。如礫粒、砂粒、粉粒、粘粒等。各組內(nèi)還可細(xì)分為若干

亞組。我國(guó)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB145—90）和《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》

（JTJ051—93）中的粒組劃分方案如表1一1。

在描述土粒形狀時(shí)，常利用兩個(gè)指標(biāo)：渾圓度及球度。

N

渾圓度為￡d/R)/N,ri為顆粒突出角的半徑，R為土粒內(nèi)接圓的半徑，N

1=1

為顆粒尖角的數(shù)量。渾圓度可反映土粒尖角的尖銳程度。

球度為Dd/Dc,Dd為在扁平面上與土粒投影面積相等的圓的半徑，De為最小

外接圓的半徑。球度反映土粒接近圓球的程度。球度為1,即為圓球體。

在有些文獻(xiàn)資料中，還用體積系數(shù)和形狀系數(shù)描述土粒形狀。

體積系數(shù)VC:

6V

vc=(1—1)

兀d：

式中：V---土粒體積

dm——土粒的最大直徑

VC愈小，土粒離圓體愈遠(yuǎn)。圓球VC=1;立方體VC=0.37：棱角狀土粒VC

更小。

形狀系數(shù)F:

F=^(1—2)

/\

式中:A、B、C分別為土粒的最大、中間、最小尺寸。

粒組劃分表表1一1

2粒度成分及粒度成分分析方法

土的粒度成分是指土中各種不同粒組的相對(duì)含量(以干土重量的百分比表

示)?；蛘哒f(shuō)土是由不同粒組以不同數(shù)量的配合，故又稱為“顆粒級(jí)配例如某

砂粘土，經(jīng)分析，其中含粘粒25%,粉粒35%,砂粒40%,即為該土中各粒組

干重占該土總干重的百分比含量。粒度成分可用來(lái)描述土的各種不同粒徑土粒的

分布特征。

為了準(zhǔn)確地測(cè)定土的粒度成分所采用的各種手段，統(tǒng)稱為粒度成分分析或顆

粒分析。其目的在于確定土中各粒組顆粒的相對(duì)含量。

目前，我國(guó)常用的粒度成分分析方法有：對(duì)于粗粒土，即粒徑大于0.074mm

的土，用篩分法直接測(cè)定；對(duì)于粒徑小于0.074mm的土，用沉降分析法。當(dāng)土

中粗細(xì)粒兼有時(shí)，可聯(lián)合使用上述兩種方法。

⑴篩分法將所稱取的一定質(zhì)量風(fēng)干土樣放在篩網(wǎng)孔逐級(jí)減小的一套標(biāo)最準(zhǔn)

篩上搖震，然后分層測(cè)定各篩中土粒的質(zhì)量，即為不同粒徑粒組的土質(zhì)量，并計(jì)

算出每一粒組占土樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。并可計(jì)算小于某一篩孔直徑土粒的累計(jì)重

量及累計(jì)百分含量。

⑵沉降分析法沉降分析法就是根據(jù)土粒在液體中沉降的速度與粒徑大小的

關(guān)系由司篤克斯（Stokes）定理確定。

土粒越大，在靜水中沉降速度越快；反之，土粒越小，沉降速度越慢。設(shè)有

一個(gè)圓球形顆粒在無(wú)限大的不可壓縮的粘滯性液體中，它在重力作用下產(chǎn)生的穩(wěn)

定沉降速度v可以用司篤克斯公式計(jì)算。

2(1—3)

V=21ZZ]Ld

18〃

(D

式中：V——球形顆粒在液體中的穩(wěn)定沉降速度（m/s）

d——球形顆粒的直徑（m）

「、yw----分別為土粒及液體的容重（N/n?）

r|----液體的粘滯度（PaS）

若近似地取丫3=9.81xl（）3N/m3（水溶液），r|=0.00114Pas（15℃時(shí)水溶液的

33

粘滯度），ys=26xlON/m,則代入公式（1—4）得：

d=0.001126Vv(m)

若土粒直徑d以mm計(jì)，則上式成為:

d=1.126Vv(mm)(1—5)

式（1—5）表明：粒徑與沉降速度的平方根成正比。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際土粒并

不是鋼性的圓球形顆粒，因此，用司篤克斯公式求得的顆粒直徑并不是實(shí)際土粒

的尺寸，而是與實(shí)際土粒有相同沉降速度的理想球體的直徑，稱為水力直徑。

在進(jìn)行粒度成分分析時(shí)，取一定質(zhì)量的干土ms（g）制成一定體積的懸液，

攪拌均勻后，在剛停止攪拌的瞬間，各種粒徑的土粒在懸液中是均勻分布的，即

各種粒徑的土粒在懸液中的濃度（單位體積懸液內(nèi)含有的土粒重量）在不同深度

處都相等。靜置一段時(shí)間ti（S）后，懸液中粒徑為di的顆粒以相應(yīng)的沉降速度Vi

在水中下沉。較粗的顆粒在懸液中沉降較快，較細(xì)的顆粒則沉降較慢。如圖1一1

所示，在深度Li(m)處，沉降速度為vi=Li/ti的顆粒，其直徑相當(dāng)于

di=1.126^—(mm)o所有大于&的土粒，其沉降速度必然大于Vi,因此，在Li

深度范圍內(nèi)，肯定已沒有大于&的土粒。如在Li深度處考慮一個(gè)小區(qū)段m—n,

則m—n段內(nèi)的懸液中只有小于及等于&的土粒，而且小于及等于d的顆粒的濃

度與開始均勻懸液中小于及等于&的顆粒的濃度相等。

如果懸液體積為1OOOcn?,其中所含W&的土粒質(zhì)量為mSi(g),則在m一n段

內(nèi)的懸液的密度為：

C\

1

pi=------+1000-^2M(1—6)

1000kPsOy

式中：pi-----懸液密度(g/cnr5)

mSi-----懸液中Wdi的土粒質(zhì)量(g)

pSo------土粒密度(g/cnf)

p<oo-----水的密度(g/cn?)

pPw0

則mSi=1000'^pso(1—7)

PM~Pwo

懸液中的土粒質(zhì)量msi占土?？傎|(zhì)量百分比Pi為

Pi=」xl00%(1—8)

ms

公式(1—7)中的懸液密度僅可用比重計(jì)測(cè)讀，也可用吸管吸取m—n段內(nèi)

的懸液試樣測(cè)定。

3粒度成分的表示方法

常用的粒度成分的表示方法有：表格法、累計(jì)曲線法和三角坐標(biāo)法。

(1)表格法是以列表形式直接表達(dá)各粒組的相對(duì)含量。表格法有兩種不同的

表示方法，一種是以累計(jì)含量百分比表示的；另一種是以粒組表示的。累計(jì)百

分含量是直接由試驗(yàn)求得的結(jié)果，粒組是由相鄰兩個(gè)粒徑的累計(jì)百分含量之差求

得的。

⑵累計(jì)曲線法是一種圖示的方法。通常用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙繪制。橫坐標(biāo)(按

對(duì)數(shù)比例尺）表示粒徑&；縱坐標(biāo)表示小于某一粒徑的土粒的累計(jì)百分?jǐn)?shù)Pi（注

意：不是某一粒徑的百分含量）。采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)，可以把細(xì)粒的含量更好地表

達(dá)清楚。

累計(jì)曲線的用途主要有以下兩個(gè)方面：

第一：由累計(jì)曲線可以直觀地判斷土中各粒組的分布情況。曲線a表示該土

絕大部分是由比較均勻的砂粒組成的；曲線b表示該土是由各種粒組的土粒組

成，土粒極不均勻；曲線c表示該土中砂粒極少，主要是由細(xì)顆粒組成的粘性土。

第二：由累計(jì)曲線可確定土粒的級(jí)配指標(biāo)。

不均勻系數(shù)cu：c產(chǎn)"（1—9）

“10

j2

曲率系數(shù)（或稱級(jí)配系數(shù)）Cc：Cc=/J（1—10）

40*60

式中：dio>cho、d6o——分別相當(dāng)于累計(jì)百分含量為10%>30%和60%的粒徑；

dio稱為有效粒徑；d6o稱為限制粒徑。

⑶三角坐標(biāo)法這也是一種圖示法。三角坐標(biāo)法可用來(lái)表達(dá)粘粒、粉粒和

砂粒三種粒組的百分含量。它是利用幾何上等邊三角形中任意一點(diǎn)到三邊的垂直

距離之和恒等于三角形的高的原理，即hi+h2+h3=H來(lái)表達(dá)粒度成分。如取三角

形的高H=100%,hi為粘土顆粒的含量，h2砂土顆粒的含量，h3為粉土顆粒的含

量，則圖1一3中m點(diǎn)即表示土樣的粒度成分中粘粒、粉粒及砂粒的百分含量分

別為23%、47%和30%。

上述三種方法各有其特點(diǎn)和適用條件。表格法能很清楚地用數(shù)量說(shuō)明土樣的

各粒組含量，但對(duì)于大量土樣之間的比較就顯得過(guò)于冗長(zhǎng)，且無(wú)直觀概念，使用

比較困難。

二、土中的水

土中的水以不同形式和不同狀態(tài)存在著，其性質(zhì)也不是單一的。它們對(duì)土的

工程性質(zhì)的形成，起著不同的作用和影響。土中的水按其工程地質(zhì)性質(zhì)可分為

1結(jié)構(gòu)水

粘土顆粒與水相互作用，在土粒表面通常是帶負(fù)電荷的，在土粒周圍就產(chǎn)生

一個(gè)電場(chǎng)。水溶液中的陽(yáng)離子一方面受土粒表面的靜電引力作用，一方面又受到

布朗運(yùn)動(dòng)（熱運(yùn)動(dòng)）的擴(kuò)散力作用。這兩個(gè)相反趨向作用的結(jié)果，使土粒周圍的

陽(yáng)離子呈不均勻分布，其分布與地球周圍的大氣層分布相仿。在土粒表面所吸附

的陽(yáng)離子是水化陽(yáng)離子，土粒表面除水化陽(yáng)離子外，還有一些水分子也為土粒所

吸附，吸附力極強(qiáng)。土粒表面被強(qiáng)烈吸附的水化陽(yáng)離子和水分子構(gòu)成了吸附水層

（也稱為強(qiáng)結(jié)合水或吸著水）。

土粒表面的負(fù)電荷為雙電層的內(nèi)層，擴(kuò)散層為雙電層的外層。擴(kuò)散層是由水

分子、水化陽(yáng)離子和陰離子所組成，形成土粒表面的弱結(jié)合水（也稱為薄膜水）。

2自由水

此種水離土粒較遠(yuǎn)，在土粒表面的電場(chǎng)作用以外，水分子自由散亂地排列，

主要受重力作用的控制。自由水包括下列兩種：

⑴毛細(xì)水這種水位于地下水位以上土粒細(xì)小孔隙中，是介于結(jié)合水與重

力水之間的一種過(guò)渡型水，受毛細(xì)作用而上升。粉土中孔隙小，毛細(xì)水上升高。

在寒冷地區(qū)要注意由于毛細(xì)水而引起的路基凍脹問(wèn)題，尤其要注意毛細(xì)水源源不

斷地將地下水上升產(chǎn)生的嚴(yán)重凍脹。

毛細(xì)水水分子排列的緊密程度介于結(jié)合水和普通液態(tài)水之間，其冰點(diǎn)也在普

通液態(tài)水之下。毛細(xì)水還具有極微弱的抗剪強(qiáng)度，在剪應(yīng)力較小的情況下會(huì)立刻

發(fā)生流動(dòng)。

（2）重力水這種水位于地下水位以下較粗顆粒的孔隙中，是只受重力控

制，水分子不受土粒表面吸引力影響的普通液態(tài)水。受重力作用由高處向低處流

動(dòng)，具有浮力的作用。在重力水中能傳遞靜水壓力，并具有溶解土中可溶鹽的能

力。

3氣態(tài)水

此種水是以水汽狀態(tài)存在于土孔隙中。它能從氣壓高的空間向氣壓低的空間

運(yùn)移，并可在土粒表面凝聚轉(zhuǎn)化為其它各種類型的水。氣態(tài)水的遷移和聚集使土

中水和氣體的分布狀態(tài)發(fā)生變化，可使土的性質(zhì)改變。

4固態(tài)水

此種水是當(dāng)氣溫降至0℃以下時(shí)，由液態(tài)的自由水凍結(jié)而成。由于水的密度

在4℃時(shí)為最大，低于0℃的冰，不是冷縮，反而膨脹，使基礎(chǔ)發(fā)生凍脹，寒冷

地區(qū)基礎(chǔ)的埋置深度要考慮凍脹問(wèn)題。土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)中將含有固態(tài)水的土列為

四相體系的特殊土----凍土。

三、土中氣體

土中氣體指土的固體礦物之間的孔隙中，沒有被水充填的部分。土的含氣量

與含水量有密切關(guān)系。土孔隙中占優(yōu)勢(shì)的是氣體還是水，土的性質(zhì)有很大的不同。

土中氣體可分為自由氣體和封閉氣泡兩類。自由氣體與大氣相連通，通常在

土層受力壓縮時(shí)即逸出，對(duì)土的工程性質(zhì)影響不大；封閉氣泡與大氣隔絕，對(duì)土

的工程性質(zhì)影響較大，在受外力作用時(shí)，隨著壓力的增大，這種氣泡可被壓縮或

溶解于水中，壓力減小時(shí)，氣泡會(huì)恢復(fù)原狀或重新游離出來(lái)。若土中封閉氣泡很

多時(shí)，將使土的壓縮性增高，滲透性降低。土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)中將這種含氣體的土

稱為非飽和土。非飽和土的工程性質(zhì)研究已形成土力學(xué)的一個(gè)新分支。

第二節(jié)土的顆粒組成

1土的礦物類型

和巖石一樣，土是由礦物組成的。隨著土中礦物的特性不同，土的物理力學(xué)

性質(zhì)也不同。組成土的礦物可分為以下幾個(gè)方面：

⑴原生礦物：是直接由巖石經(jīng)物理風(fēng)化作用而來(lái)的、性質(zhì)未發(fā)生改變的礦物，

最主要的是石英，其次是長(zhǎng)石、云母等。這類礦物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的

抗水性和抗風(fēng)化能力，親水性弱。由這類礦物組成的土粒一般較粗大，是砂類土

和粗碎屑土（礫石類土）的主要組成礦物。

⑵次生礦物：主要是在通常溫度和壓力條件下，礦物經(jīng)受風(fēng)化變異，或被分

解而形成的新礦物。這類礦物比較復(fù)雜，對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)的影響比較大。在

對(duì)土進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)著重于這類礦物的研究，雖然其含量有時(shí)并不很大。次生礦

物可分為可溶性次生礦物和不溶性次生礦物。

可溶性次生礦物是由原生礦物遭受化學(xué)風(fēng)化，可溶性物質(zhì)被水溶走，在別的

地方又重新沉淀而成的。根據(jù)其溶解的難易程度又可分為易溶的、中溶的和難溶

的三類。易溶次生礦物如巖鹽；中溶次生礦物如石膏；難溶次生礦物如方解石、

白云石等。

不溶性次生礦物多系風(fēng)化殘余物及新生成的粘土礦物。一般顆粒非常細(xì)小，

成為粘性土的主要組成部分，而由于其性質(zhì)特殊，使粘性土具有一系列特殊的物

理力學(xué)性質(zhì)。

除上述礦物質(zhì)外，土中還常含有生物形成的腐殖質(zhì)、泥炭和生物殘骸，統(tǒng)稱

為有機(jī)質(zhì)。其顆粒很細(xì)小，具有很大的比表面積，對(duì)土的工程地質(zhì)性質(zhì)影響也很

大。

2土的礦物成分和粒度成分的關(guān)系

土是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，在其形成的長(zhǎng)期過(guò)程中，一定的地質(zhì)作用過(guò)程和生成

條件生成一定類型的土，使它具有某種粒度成分的同時(shí)，也必然具有某種礦物成

分。這就使土的礦物成分和粒度成分之間存在著極其密切的內(nèi)在聯(lián)系，特別明顯

地表現(xiàn)在粒組與礦物成分的關(guān)系方面。

⑴粒徑＞2mm的礫粒組，包括礫石、卵石等巖石碎屑，它們?nèi)员３譃樵?/p>

礦物的集合體，是多礦物的，有時(shí)是單礦物的。

⑵粒徑為2~0.074mm的砂粒組，其顆粒與巖石中原生礦物的顆粒大小差不

多。砂粒多是單礦物，以石英最為常見，有時(shí)為長(zhǎng)石、云母及其它深色礦物。在

某些情況下，還有白云石組成的砂粒，如白云石砂。

⑶粒徑為0.074~0.002mm的粉粒組，由一些細(xì)小的原生礦物和次生礦物，如

粉粒狀的石英和難溶的方解石、白云石構(gòu)成。

(4)粒徑＜0.002mm的粘粒組，主要是一些不溶性次生礦物，如粘土礦物類、

倍半氧化物、難溶鹽礦、次生二氧化硅及有機(jī)質(zhì)等構(gòu)成。

石英抗風(fēng)化能力很強(qiáng)，盡管在風(fēng)化、搬運(yùn)過(guò)程中不斷破碎變小，但很少發(fā)生

化學(xué)分解。在砂粒、粉粒組中石英是最常見的礦物，并可形成粘粒。白云母也是

比較穩(wěn)定的礦物，在砂粒、粉粒組中常見，甚至在粘粒組中也可見。

長(zhǎng)石具解理易破碎，化學(xué)穩(wěn)定性較差，很易發(fā)生變異，變?yōu)閯e的礦物。因而，

只能形成砂粒，有時(shí)可形成粉粒，不可能形成粘粒。黑云母也是如此，其它暗色

礦物在粉粒中也很少見。在黃土中，粉粒有時(shí)為方解石和白云石。

粘粒主要由不可溶的次生礦物組成。這類礦物一般都很細(xì)小，成為粘粒。不

可溶的次生礦物最常見的有三大類，即次生二氧化硅、倍半氧化物和粘土礦物。

粘土礦物是粘粒中最常見的礦物，這種礦物種類很多，主要由高嶺石、蒙脫

石和水云母，統(tǒng)稱為粘土礦物。

3礦物成分對(duì)土的工程性質(zhì)的影響

土的礦物成分和粒度成分是土最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，它們對(duì)土的工程地質(zhì)性質(zhì)

的影響很大。隨著組成土的礦物成分不同，其工程性質(zhì)也有所差異。

⑴原生礦物石英、長(zhǎng)石、云母

①塑性：黑云母最大，石英無(wú)。

②毛細(xì)上升高度：

顆粒>0.1mm時(shí)，云母》渾圓石英〉長(zhǎng)石〉尖棱石英

顆粒<0.1mm時(shí)，云母>尖棱石英〉長(zhǎng)石〉渾圓石英

③孔隙度的變化：云母〉長(zhǎng)石〉尖棱石英〉渾圓石英

④滲透系數(shù)：云母〉長(zhǎng)石〉尖棱石英

⑤內(nèi)摩擦角：尖棱石英〉渾圓石英〉云母

顆粒<0.1mm時(shí)，各種礦物的內(nèi)摩擦角十分近似。

⑵次生礦物不溶性粘土礦物

①親水性：蒙脫石>伊利石>高嶺石

②滲透性：伊利石>高嶺石>蒙脫石

③壓縮性：蒙脫石>高嶺石

④內(nèi)摩擦角：蒙脫石的內(nèi)摩擦角小，在石英中加入百分之幾的蒙脫石，則

石英的內(nèi)摩擦角可降低到原來(lái)的1/3或更小。

第三節(jié)土的結(jié)構(gòu)

一、概念

土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒之間的相互排列和聯(lián)結(jié)形式的綜合。

土粒的排列方式表現(xiàn)為土顆粒之間孔隙的疏密、大小、數(shù)量等的狀況，它影

響著土的透水性、壓縮性等物理力學(xué)性質(zhì)。土粒間的聯(lián)結(jié)形式有以下幾種：

1水膠聯(lián)結(jié)（又稱結(jié)合水聯(lián)結(jié)）

是粘性士所特有的聯(lián)結(jié)形式，使之具有粘著性O(shè)但這種聯(lián)結(jié)力常要隨土的干、

濕狀態(tài)而發(fā)生變化。它是粘性土力學(xué)強(qiáng)度的主導(dǎo)因素。

2水聯(lián)結(jié)（也稱毛細(xì)水聯(lián)結(jié)）

是砂土和粉土常具有的一種聯(lián)結(jié)形式，是由毛細(xì)力所形成的微弱的暫時(shí)性聯(lián)

結(jié)力。一般認(rèn)為砂土中含水量為4%~8%時(shí)，毛細(xì)水聯(lián)結(jié)力最強(qiáng)。但隨著砂土的

失水或飽和，這種聯(lián)結(jié)力即行消失為無(wú)聯(lián)結(jié)。

3無(wú)聯(lián)結(jié)

礫石等粗碎屑土，因顆粒的質(zhì)量大，水膠聯(lián)結(jié)和水聯(lián)結(jié)力都無(wú)法使粒間形成

聯(lián)結(jié)關(guān)系，表現(xiàn)為松散無(wú)聯(lián)結(jié)狀態(tài)。

4膠結(jié)聯(lián)結(jié)

是含可溶鹽較多的土或老土層中常見的一種聯(lián)結(jié)形式，如鹽漬土和黃土即屬

此種聯(lián)結(jié)。這種聯(lián)結(jié)的干土強(qiáng)度較大，但遇水后土中的鹽類易被淋溶或流失，土

的聯(lián)結(jié)即行削弱，土的強(qiáng)度也隨之降低。

5凍結(jié)聯(lián)結(jié)

是凍土所特有的一種聯(lián)結(jié)形式。土的強(qiáng)度隨著凍結(jié)和融化發(fā)生很大變化，土

層極不穩(wěn)定，也使土的工程性質(zhì)復(fù)雜化。工程上常利用“凍結(jié)法”來(lái)處理軟土、流

砂等特殊地質(zhì)問(wèn)題。

二、種類

1單粒結(jié)構(gòu)：

是碎石類土和砂土的結(jié)構(gòu)特征。

其特征是土粒間沒有聯(lián)結(jié)或只有極

微弱的水聯(lián)結(jié)，可以略去不計(jì)。按

土粒間的相互排列方式和緊密程度不同，可將單粒結(jié)構(gòu)分為松散結(jié)構(gòu)和緊密結(jié)

構(gòu)。

單粒結(jié)構(gòu)的緊密程度取決于礦物成分、顆粒形狀、均勻程度和沉積條件等。

片狀礦物組成的砂土最松散；渾圓的顆粒組成的砂土比帶棱角的顆粒組成的砂土

緊密；土粒愈不均勻，結(jié)構(gòu)愈緊密；急速沉積的比緩慢沉積的土結(jié)構(gòu)松散些。

2蜂窩結(jié)構(gòu)：主要是顆粒細(xì)小的粘性土具有的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)土粒粒徑在

0.02~0.002mm時(shí)，單個(gè)土粒在水中下沉，碰到已沉積的土粒，因土粒之間的分

子引力大于土粒自重，則下沉的土粒被吸引不再下沉，逐漸由單個(gè)土粒串聯(lián)成小

鏈狀體，邊沉積邊合圍而成內(nèi)包孔隙的似蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的孔隙一般遠(yuǎn)

大于土粒本身尺寸，若沉積后的土層沒有受過(guò)比較大的上覆壓力，在建筑物的荷

載作用下會(huì)產(chǎn)生較大沉降。

3宗狀結(jié)構(gòu)（又稱二級(jí)蜂窩結(jié)構(gòu)）：這是顆粒最細(xì)小的粘土特有的結(jié)構(gòu)形式。如

圖1一6。當(dāng)土粒粒徑＜0.002mm時(shí)，土粒能在水中長(zhǎng)期懸浮，這種土粒在水中

運(yùn)動(dòng)，相互碰撞而吸引，逐漸形成小鏈環(huán)狀的土集粒，質(zhì)量增大而下沉，當(dāng)一個(gè)

小鏈環(huán)碰到另一小鏈環(huán)時(shí)，相互吸引，不斷擴(kuò)大形成大鏈環(huán)狀，稱為絮狀結(jié)構(gòu)。

因小鏈環(huán)中已有孔隙，大鏈環(huán)中又有更大的孔隙，形象地稱為二級(jí)蜂窩結(jié)構(gòu)。絮

狀結(jié)構(gòu)比蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有更大的孔隙率，在荷載作用下可能產(chǎn)生更大的沉降。

圖1-6絮凝結(jié)構(gòu)

a）堂粒、邊-邊和邊一面繁凝，b）粘土聚粒.邊-面絮凝,c）聚垃.邊一邊紫凝

時(shí)間分配：

復(fù)習(xí)：5分鐘；

講授：70分鐘；

小結(jié)：5分鐘。

思考題、討論題、作業(yè)

思考題：1.土的三相組成和土的顆粒組成如何？

2.土的結(jié)構(gòu)如何？

教學(xué)后記

授課題目第三節(jié)土的三相體比例指標(biāo)授課類型理論課

首次授課時(shí)間學(xué)時(shí)2

了解土的物理性質(zhì)指標(biāo)概念

教學(xué)目標(biāo)

掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)換算方法

重點(diǎn)：土的物理性質(zhì)指標(biāo)換算方法

重點(diǎn)與難點(diǎn)

難點(diǎn)：土的三相草圖應(yīng)用

教學(xué)手段與方法多媒體講授

教學(xué)過(guò)程：（包括授課思路、過(guò)程設(shè)計(jì)、講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容、時(shí)間分配

等）

授課思路：

教學(xué)方式：共分為4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。復(fù)習(xí)、講授、例題講解和課后練習(xí)。

對(duì)于復(fù)習(xí)，目的是小結(jié)上次課內(nèi)容。

對(duì)于講授，主要利用課件對(duì)本章的內(nèi)容進(jìn)行講解，吃透所有的基本概念和相

關(guān)內(nèi)容，并重點(diǎn)結(jié)合例題講解。

對(duì)于課后練習(xí)，學(xué)生通過(guò)課后作業(yè)練習(xí)，進(jìn)一步理解和掌握課程內(nèi)容。

過(guò)程設(shè)計(jì)：復(fù)習(xí)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，引出本次課程內(nèi)容，結(jié)合例題講解，最后留

出部分時(shí)間布置課后作業(yè)。

講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容：

第四節(jié)土作為三相體的比例指標(biāo)

一、土的物理性質(zhì)指標(biāo)

圖1-7土的三相圖

a）實(shí)際土體，b）土的三相圖$0各相的體積與重置（或重力）

土是由固相（土粒）、液相（水溶液）和氣相（空氣）組成的三相分散體系。

為了導(dǎo)得三相比例指標(biāo)，把土體中實(shí)際上是分散的三個(gè)相（圖1—7a）抽象

地分別集合在一起：固相集中于下部，液相居中部，氣相集中于上部，構(gòu)成理想

的三相圖（圖l—7b）。在三相圖的右邊注明各相的體積，左邊注明各相的質(zhì)量

（圖l—7c）。

土樣的體積V可由式（1—12）表示：

V=Vs+Vw+Va（1—12）

式中：Vs、Vw、Va分別為土粒、水、空氣的體積。

土樣的質(zhì)量m可由式（1—13）表示：

m=ms+m、v+ma

或m=ms+mw,ma~0（1—13）

式中：ms、mw、ma分別為土粒、水、空氣的質(zhì)量。

（-）確定三相比例關(guān)系的基本物理性質(zhì)指標(biāo)

1土的密度（p）和土的容重（丫）

（1）物理意義

p為單位體積土的質(zhì)量。

y為單位體積土的重量（或重力）。即尸pg^lOp（KN/m3）

土的密度與土的結(jié)構(gòu)、所含水分多少以及礦物成分有關(guān)，在測(cè)定土的天然密

度時(shí)，必須用原狀土樣(即其結(jié)構(gòu)未受擾動(dòng)破壞，并且保持其天然結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的

天然含水量)。如果土的結(jié)構(gòu)破壞了或水分變化了，則土的密度也就改變了，這

樣就不能正確測(cè)得真實(shí)的天然密度。用這種指標(biāo)進(jìn)行工程計(jì)算就會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)

果。

(2)表達(dá)式

—土的總質(zhì)量=,(g/cm3)

P-土的總體積(1—14)

(3)常見值p=(1.6-2.2)g/cm3,y=(16-22)KN/n?。

(4)常用測(cè)定方法

①環(huán)刀法

②灌水法

2土粒比重Gs

(1)物理意義士在105~110℃下烘至恒重時(shí)的質(zhì)量與同體積4℃蒸館水質(zhì)量

的比值。

土粒比重只與組成土粒的礦物成分有關(guān)，而與土的孔隙大小及其中所含水分

多少無(wú)關(guān)。

(2)表達(dá)式

心固體顆粒的質(zhì)量msms小小、

同體積4C純水質(zhì)量VxpwVx了

p,稱為土粒密度，是干土粒的質(zhì)量n與其體積Vs之比。

(3)常見值

砂土Gs=2.65~2.69

粉土Gs=2.70~2.71

粘性±Gs=2.72~2.75

(4)常用測(cè)定方法

①比重瓶法

②浮稱法

③虹吸筒法

④經(jīng)驗(yàn)法

3土的含水量w

(1)物理意義土的含水量表示土中含水的數(shù)量，為土體中水的質(zhì)量與

固體礦物質(zhì)量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。

土的含水量只能表明土中固相與液相之間的數(shù)量關(guān)系，不能描述有關(guān)土中水

的性質(zhì)；只能反映孔隙中水的絕對(duì)值，不能說(shuō)明其充滿程度。

(2)表達(dá)式

(3)常見值

砂土3=(0~40)%

粘性±co=(20-60)%

當(dāng)8=0時(shí)，砂土呈松散狀態(tài)，粘土呈堅(jiān)硬狀態(tài)。粘性土的含水量很大時(shí)，其

壓縮性高，強(qiáng)度低。

(4)常用測(cè)定方法

①烘干法適用于粘質(zhì)土、粉質(zhì)土、砂類土和有機(jī)質(zhì)土類

②酒精燃燒法適用于快速簡(jiǎn)易測(cè)定細(xì)粒土(含有機(jī)質(zhì)的除外)的含水量。

(二)確定三相比例關(guān)系的其它常用指標(biāo)

1反映土的松密程度的指標(biāo)

(1)土的孔隙比e

①物理意義土的孔隙比為土中孔隙體積與固體顆粒的體積之比值。

土的孔隙比可直接反映土的密實(shí)程度，孔隙比愈大，土愈疏松；孔隙比愈小，

土愈密實(shí)。它是確定地基承載力的指標(biāo)。

②表達(dá)式

_孔隙體積一匕

e—固體顆粒體積一兀(1—17)

③常見值

砂土e=0.5~1.0o當(dāng)砂土e<0.6時(shí)，呈密實(shí)狀態(tài)，為良好地基。

粘性土e=0.5~1.2o當(dāng)粘性土e>1.0時(shí)，為軟弱地基。

④確定方法根據(jù)p、Gs和s實(shí)測(cè)值計(jì)算而得，公路工程應(yīng)用很廣。

(2)土的孔隙度(孔隙率)n

①物理意義土的孔隙度表示土中孔隙大小的程度，為土中孔隙體積占總

體積的百分比。

②表達(dá)式

.孔隙體積苴

(1—18)

土體總體積V

③常見值n=(30-50)%

④確定方法根據(jù)p、Gs和3實(shí)測(cè)值計(jì)算而得?？紫抖萵與孔隙比e相比,

工程應(yīng)用很少。

2反映土中含水程度的指標(biāo)

(1)土的含水量0)(略)

(2)土的飽和度Sr

①物理意義土的飽和度指土中水的體積與土的全部孔隙體積的比值。表

示孔隙被水充滿的程度。

②表達(dá)式

S_水的體積_Vw

(1—19)

L孔隙體積一4

③常見值Sr=0~l

④確定方法根據(jù)p、Gs和3實(shí)測(cè)值計(jì)算而得。

⑤工程應(yīng)用飽和度對(duì)砂土和粉土有一定的實(shí)際意義，它們以飽和度作為

濕度劃分的標(biāo)準(zhǔn)，分為稍濕的、很濕的和飽和的三種濕度狀態(tài)。

顆粒較粗的砂土和粉土，對(duì)含水量的變化不敏感，當(dāng)3發(fā)生某種改變時(shí)，它

的物理力學(xué)性質(zhì)變化不大，所以對(duì)砂土和粉土的物理狀態(tài)可用Sr來(lái)表示。但對(duì)

粘性土而言，它對(duì)(0的變化十分敏感，隨著含水量增加，體積膨脹，結(jié)構(gòu)也發(fā)

生改變。當(dāng)處于飽和狀態(tài)時(shí)，其力學(xué)性質(zhì)可能降低為0；同時(shí)，還因粘粒間多時(shí)

結(jié)合水，而不是普通液態(tài)水，這種水的密度大于1,則Sr值也偏大，故對(duì)粘性土

一般不用Sr這一指標(biāo)。

3特定條件下土的密度(容重)

(1)土的干密度pd和土的干容重在

①物理意義士的干密度指干燥狀態(tài)下單位體積土的質(zhì)量。土的干容重指

3

干燥狀態(tài)下單位體積土的重量(重力)，即yd=pdg=10pd(KN/m)0土的干密度

值的大小，主要取決于土的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗谶@一狀態(tài)下與含水量無(wú)關(guān)，加之土粒

部分的礦物成分又是固定的，因此，土的結(jié)構(gòu)，即孔隙度的大小，影響著干密度

值。一般規(guī)律是：土的孔隙度愈小，土愈密實(shí)，其干密度值愈大。

②表達(dá)式

p產(chǎn)=±(g/cn?)(-20)

了火土的總鬻體積vy

③常見值pa=(1.3-2.0)g/cm3;yd=(13-20)KN/m3

④確定方法根據(jù)p和co實(shí)測(cè)值計(jì)算而得。

⑤工程應(yīng)用土的干密度通常用作人工填土壓實(shí)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。土的干

密度Pd(或干容重力越大，表明土體壓得越密實(shí)，亦即工程質(zhì)量越好，但花費(fèi)

的壓實(shí)費(fèi)用也越高。一般認(rèn)為pd=1.6g/cm3以上，土就比較密實(shí)了。

(2)土的飽和密度psat和土的飽和容重Ysat

①物理意義土的飽和密度為孔隙中全部充滿水時(shí)，單位體積土的質(zhì)量。

土的飽和容重為孔隙中全部充滿水時(shí)，單位體積土的重量(重力)。即Ysat=psat

g~10pSatKN/m，

②表達(dá)式

飽和土的總質(zhì)量〃7,++匕夕”

psat=(g/cm3)(1—21)

總體積V

33

③常見值psat=(1.8~2.3)g/cm;ySai=(18-23)KN/m0

(3)土的有效密度(浮密度)p.和有效容重(浮容重)y

①物理意義士的有效密度指地下水位以下，土體受水的浮力作用時(shí)，單

位體積土的質(zhì)量。土的有效容重指地下水位以下，土體受水的浮力作用時(shí)，單位

體積土的重量(重力)。即y'=p'g=10p'(KN/rr?)

②表達(dá)式

p=psat-p?)(g/cmD(1—22)

33

③常見值p'=（0.8-1.3）g/cm;y'=（8~13）KN/m0

時(shí)間分配：

復(fù)習(xí)：5分鐘；

講授：70分鐘；

小結(jié)：5分鐘。

思考題、討論題、作業(yè)

思考題：1.土的物理性質(zhì)指標(biāo)有哪些？2.

土的物理性質(zhì)指標(biāo)換算方法如何？

作業(yè)題：

教學(xué)后記

授課題目第四節(jié)粘性土的界限含水量授課類型理論課

首次授課時(shí)間學(xué)時(shí)2

了解粘性土的物理狀態(tài)概念

教學(xué)目標(biāo)

掌握粘性土的塑限、液限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)

重點(diǎn)：粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)

重點(diǎn)與難點(diǎn)

難點(diǎn)：指標(biāo)計(jì)算

教學(xué)手段與方法多媒體講授

教學(xué)過(guò)程：（包括授課思路、過(guò)程設(shè)計(jì)、講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容、時(shí)間分配

等）

授課思路：

教學(xué)方式：共分為4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。復(fù)習(xí)、講授、例題講解和課后練習(xí)。

對(duì)于復(fù)習(xí)，目的是小結(jié)上次課內(nèi)容。

對(duì)于講授，主要利用課件對(duì)本章的內(nèi)容進(jìn)行講解，吃透所有的基本概念和相

關(guān)內(nèi)容，并重點(diǎn)結(jié)合例題講解。

對(duì)于課后練習(xí)，學(xué)生通過(guò)課后作業(yè)練習(xí)，進(jìn)一步理解和掌握課程內(nèi)容。

過(guò)程設(shè)計(jì)：復(fù)習(xí)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，引出本次課程內(nèi)容，結(jié)合例題講解，最后留

出部分時(shí)間布置課后作業(yè)。

講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容：

第四節(jié)粘性土的稠度

粘性土的稠度，反映土粒之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度隨著含水量高低而變化的性質(zhì)。其

中，各不同狀態(tài)之間的界限含水量具有重要的意義。

1液限（0L（%）

(1)定義粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的界限含水量

(2)測(cè)定方法：液塑限聯(lián)合測(cè)定，具體內(nèi)容見(《地質(zhì)與土質(zhì)》實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)

指導(dǎo))

2塑限(OP(%)

(1)定義粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的界限含水量

(2)測(cè)定方法：液塑限聯(lián)合測(cè)定或滾搓法。具體內(nèi)容見(《地質(zhì)與土質(zhì)》

實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo))

3縮限(os(%)

(1)定義粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的界限含水量。這是因?yàn)橥翗雍?/p>

量減少至縮限后，土體體積發(fā)生收縮而得名。

(2)測(cè)定方法：用收縮皿法

4塑性指數(shù)IP

(1).定義粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分?jǐn)?shù)，稱塑性指數(shù)，

記為Ip

Ip=(o)L-a)p)xlOO(1-24)

應(yīng)當(dāng)指出：(0L與3P都是界限含水量，以百分?jǐn)?shù)表示。而IP只取其數(shù)值，去

掉百分?jǐn)?shù)。例如，某一土樣，COL=32.6%,COP=15.4%,則IP=17.2,非17.2%。

(2)物理意義細(xì)顆粒土體處于可塑狀態(tài)下，含水量變化的最大區(qū)間。一

種土的8L與COP之間的范圍大，即IP大，表明該土能吸附結(jié)合水多，但仍處于

可塑狀態(tài)，亦即該土粘粒含量高或礦物成分吸水能力強(qiáng)。

(3)工程應(yīng)用用塑性指數(shù)IP對(duì)細(xì)粒土進(jìn)行分類和命名(表1-9)

表1-9土按塑性指數(shù)Ip的分類

土的名稱粉土亞粘土粘土

(低塑性土)(中塑性土)(高塑性

土)

塑性指數(shù)IpIP<1010<IP<17IP>17

5液性指數(shù)IL

(1)定義粘性土的液性指數(shù)為天然含水量與塑限的差值和液限與塑限差值

之比，即

二叼L(1—25)

統(tǒng)一%

(2)物理意義液性指數(shù)又稱相對(duì)稠度，是將土的天然含水量3與3L及3P

相比較，以表明3是靠近(0L還是靠近(0P,反映土的軟硬不同。

(3)工程應(yīng)用用液性指數(shù)II來(lái)劃分粘性土的稠度狀態(tài)，如表1-10

表1-8據(jù)液性指數(shù)II對(duì)粘性土的稠度狀態(tài)劃分

液性指數(shù)值IL<00<IL<0.50.5<IL<1.0IL>1.0

干硬狀硬塑狀態(tài)軟塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)

稠度狀態(tài)態(tài)塑性狀態(tài)

另外，液性指數(shù)在公路工程中是確定粘性土承載力的重要指標(biāo)。應(yīng)當(dāng)指出,

根據(jù)液性指數(shù)所判定的稠度狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)值，是以室內(nèi)擾動(dòng)土樣測(cè)定的，未考慮其

土的結(jié)構(gòu)影響，故只能作參考。

6活動(dòng)度A

(1)定義粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒含量百分?jǐn)?shù)的比值。即

A="(1—26)

m

式中m—土中膠粒(d<0.002mm)含量百分?jǐn)?shù)

(2)物理意義活動(dòng)度反映粘性土中所含礦物的活動(dòng)性。根據(jù)活動(dòng)度的

大小可分為:

A<0.75不活動(dòng)粘土

0.75<A<1.25正常粘土

A>1.25活動(dòng)粘土

A值越大，膠粒對(duì)土塑性的影響越大。

7靈敏度St

(1)定義粘性土的原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土

的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值，其表達(dá)式為:

St=￡(1—27)

式中：St——土的靈敏度;

qu——無(wú)側(cè)限條件下，原狀土抗壓強(qiáng)度；

qu1——無(wú)側(cè)限條件下，擾動(dòng)土抗壓強(qiáng)度；

對(duì)某一粘性土而言，qu為定值，由q；值的變化決定著靈敏度的大小。當(dāng)qu=qu

時(shí)，St=l,

即結(jié)構(gòu)破壞后的強(qiáng)度與天然結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度一樣時(shí)，表明該士為非靈敏或無(wú)觸變性粘

土。只有當(dāng)qu'<qu的條件下才能體現(xiàn)其觸變性。

(2)物理意義靈敏度反映粘性土結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱。根據(jù)靈敏度的數(shù)值大小

可分為：

St>8特別靈敏性粘土

St=4-8靈敏性粘土

St=2-4一般粘土

(3)工程應(yīng)用

①保護(hù)基槽遇靈敏度高的土，施工時(shí)應(yīng)特別注意保護(hù)基槽，防止人來(lái)

車往踐踏基槽，破壞土的結(jié)構(gòu)，降低地基強(qiáng)度。

②利用觸變性當(dāng)粘性土結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)時(shí)，土的強(qiáng)度降低。但靜置一段時(shí)

間，土的強(qiáng)度又逐漸增強(qiáng)，這種性質(zhì)稱為土的觸變性。例如，在粘性土中打

預(yù)制樁，樁周圍土的結(jié)構(gòu)受破壞，強(qiáng)度降低，使樁容易打入。

時(shí)間分配：

復(fù)習(xí)：10分鐘；

講授：65分鐘；

小結(jié)：5分鐘。

思考題、討論題、作業(yè)

思考題：1.粘性土的物理狀態(tài)如何反映？

2.粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)計(jì)算方法？

教學(xué)后記

第五節(jié)砂土的密實(shí)度

授課題目授課類型理論課

第六節(jié)土的工程分類

首次授課時(shí)間學(xué)時(shí)2

理解相對(duì)密實(shí)度的概念；

教學(xué)目標(biāo)

掌握土的工程分類方法

重點(diǎn)：相對(duì)密實(shí)度；

重點(diǎn)與難點(diǎn)

難點(diǎn)：土的工程分類方法

教學(xué)手段與方法多媒體講授

教學(xué)過(guò)程：（包括授課思路、過(guò)程設(shè)計(jì)、講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容、時(shí)間分配

等）

授課思路：

教學(xué)方式：共分為2個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。講授和討論。

對(duì)于講授，主要利用課件對(duì)每章的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解，吃透所有的基本概念

和相關(guān)內(nèi)容。

對(duì)于討論，針對(duì)課后部分思考題目，結(jié)合講課內(nèi)容，大家一起討論，進(jìn)一步

領(lǐng)會(huì)、掌握重點(diǎn)內(nèi)容。

過(guò)程設(shè)計(jì)：復(fù)習(xí)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，引出本次課程內(nèi)容，結(jié)合課件圖片工程實(shí)例

講解，最后留出部分時(shí)間討論。

講解要點(diǎn)及各部分具體內(nèi)容：

第五節(jié)砂土的密實(shí)度

無(wú)粘性土如砂、卵石均為單粒結(jié)構(gòu)，它們最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)為密實(shí)度。

工程上常用孔隙比e、相對(duì)密度Dr和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N作為劃分其密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)。

1用孔隙比e為標(biāo)準(zhǔn)

按孔隙比e劃分砂土密實(shí)度表

密實(shí)的中密的松散的

礫砂、粗砂、中

e<0.550.55<e<0.65e>0.65

砂

細(xì)砂e<0.600.60<e<0.70e>0.70

粉砂e<0.600.60<e<0.80e>0.80

用e來(lái)劃分砂土的密實(shí)度，無(wú)法反映土的顆粒級(jí)配的因素。例如：兩種級(jí)配不同

的砂，一種顆粒均勻的密砂，其孔隙比為ei,另一種級(jí)配良好的松砂，孔隙比為

e2,結(jié)果ei>e2,即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙比。工程上引用相對(duì)密度Dr

這一指標(biāo)。

2以相對(duì)密度Dr為標(biāo)準(zhǔn)

用天然孔隙比e與同一種砂的最疏松狀態(tài)孔隙比emax和最密實(shí)狀態(tài)孔隙比

en1m進(jìn)行對(duì)比，看e靠近emax還是靠近emin,以此來(lái)判別它的密實(shí)度，即相對(duì)密

度法。

相對(duì)密度D尸J（1—23）

Pmax—Pmin

當(dāng)Dr=O,即e=emax時(shí)，表示砂土處于最疏松狀態(tài)；當(dāng)Dr=l,即e=emin時(shí)，

表示砂土處于最緊密狀態(tài)。《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ024—85）》中規(guī)

定用Dr來(lái)判定砂土的密實(shí)程度，將砂土分為四級(jí)。

3標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的一種原位測(cè)試，這項(xiàng)試驗(yàn)的方法：用卷?yè)P(yáng)機(jī)將

質(zhì)量為63.5kg的鋼錘，提升76cm高度，讓鋼錘自由下落，打擊貫入器，使貫入

器貫入土中深為30cm所需的錘擊數(shù)，記為N63.5（簡(jiǎn)化為N）來(lái)鑒定該土層的密實(shí)

程度。

第七節(jié)土的工程分類

國(guó)內(nèi)外基本上通用的、表示土類名稱的文字代號(hào)。

①土類名稱可用一個(gè)基本代號(hào)表示。

漂石：B砂：S士的級(jí)配代號(hào)：

塊石：Ba粉土：M級(jí)配良好：W

卵石：Cb粘土：C級(jí)配不良：P

小塊石：細(xì)粒土（C和M合稱）：F土液限高低代號(hào)：

Cba（混合）土（粗、細(xì)粒土合稱）：高液限：H

礫:GSI低液限：L

角礫：Ga有機(jī)質(zhì)土：0特殊土代號(hào)：黃土：Y

紅粘土：R膨脹土：E

鹽漬土：St

②當(dāng)由兩個(gè)基本代號(hào)構(gòu)成時(shí)，第一個(gè)代號(hào)表示土的主成分，第二個(gè)代號(hào)表示

副成分（土的液限或土的級(jí)配）。例如：

GM粉土質(zhì)粒

GP不良級(jí)配礫石

ML低液限粉土

③當(dāng)由三個(gè)基本代號(hào)構(gòu)成時(shí)，第一個(gè)代號(hào)表示土的主成分，第二個(gè)代號(hào)表示

液限的高低(或級(jí)配的好壞)，第三個(gè)代號(hào)表示土中所含次要成分。例如：

GHC高液限含粘土礫

CLM粉質(zhì)低液限粘土

一.《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ024—85)》中的分類

在這個(gè)分類中，把土作為建筑物場(chǎng)地和建筑地基進(jìn)行分類。

首先按顆粒級(jí)配或塑性指數(shù)劃分為碎石土、砂土和粘性土。各類土的劃分標(biāo)

準(zhǔn)如下：

1碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。再根據(jù)顆粒級(jí)配及形

狀按細(xì)分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫。

2砂土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%,且塑性指數(shù)Ip不大于1的

土。再根據(jù)顆粒級(jí)配分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂。

3細(xì)粒土：塑性指數(shù)IP>1的土。

4人工填土：由于人類活動(dòng)而形成的堆積物。

二《公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTJ051—93)》的分類

本“規(guī)程”根據(jù)土分類的一般原則，吸收國(guó)內(nèi)外分類體系的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合本系統(tǒng)

在工程實(shí)踐中所取得的試驗(yàn)研究成果，提出了土質(zhì)統(tǒng)一分類的體系。

三塑性圖分類法

土按塑性圖分類是卡薩格蘭德教授(A.Casagrande)對(duì)北美大量粘土作了試

驗(yàn)，并對(duì)其資料進(jìn)行了分析研究后，于1942年首先提出的土質(zhì)分類法。后來(lái)被

世界各國(guó)工程界普遍采用，并在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多次修改和補(bǔ)充。雖然此種分類法

尚在完善中，但一般認(rèn)為較以往國(guó)內(nèi)外單純只按塑性指數(shù)IP值分類的方法要合

理得多。

塑性圖是在顆粒級(jí)配和塑性的基礎(chǔ)上，以塑性指數(shù)IP值為縱坐標(biāo)，液限COL

值為橫坐標(biāo)的直角坐標(biāo)圖式，如