第二節(jié) 土的物理性質(zhì)及分類
一、概述
土作為建筑物地基的主體，顯然是土力學(xué)研究的主要對(duì)象。土是巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物，是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化、剝蝕作用等而形成的碎散顆粒的集合體。
土既然是散碎顆粒的集合體，顆粒間必然存在著孔隙，而孔隙也必然包含著水或空氣。因此，土是由土顆粒（固相）、水（液相）和空氣（氣相）組成的三相體。
二、土的成因與組成
1 ．形成作用與成因類型
嚴(yán)格地說(shuō)，土是由地質(zhì)作用而生成的。地質(zhì)作用—— 導(dǎo)致地殼（ 30~80km ）成分變化和構(gòu)造變化的作用。是土的生成的根本原因和動(dòng)力。
內(nèi)力與外力地質(zhì)作用彼此獨(dú)立又相互依存，前者對(duì)地殼的發(fā)展占主導(dǎo)地位。地質(zhì)作用形成了各種成因的地形，造就了巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖，也生成了土。對(duì)土的生成貢獻(xiàn)的地質(zhì)作用是風(fēng)化作用。
按風(fēng)化成因，土可分為：
地質(zhì)年代 ― 地殼發(fā)展歷史與地殼運(yùn)動(dòng)、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的世代段落。分為絕對(duì)的和相對(duì)的，后者應(yīng)用最廣。
相對(duì)地質(zhì)年代 ― 根據(jù)古生物的演化和巖層形成的順序，將地殼歷史劃分成的一些自然時(shí)段，共劃分為五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。
代又分為紀(jì)，紀(jì)又分為若干世和期，即代-紀(jì)-世-期。
每一地質(zhì)年代中都劃分有相應(yīng)的地層，依次為界-系-統(tǒng)-階（層）。
在新生代中最新近的一個(gè)紀(jì)段稱為第四紀(jì)，我們現(xiàn)在所見(jiàn)的土就是在這一地質(zhì)年代生成且尚未膠結(jié)成巖的，距今約 100 萬(wàn)年。
因此，我們現(xiàn)在所指的土可稱為第四紀(jì)沉積物（層），需要指出：
巖石經(jīng)風(fēng)化而成土，土也可經(jīng)壓實(shí)固結(jié)、脫水、膠結(jié)硬化而成為巖石（沉積巖），即
2 ．土的組成
（1）土中的固體顆粒。
土中的固體顆粒（簡(jiǎn)稱土粒）是土的主要組成部分，是土的骨架。土顆粒的大小、形狀、和礦物成分及組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的主要因素。
土是由大小不同的土粒組成的。隨著顆粒的變化，土的性質(zhì)將發(fā)生變化。例如：隨著粒徑的變細(xì)，土的性質(zhì)由無(wú)豁性變?yōu)椴浴Ｒ虼?，為了區(qū)分土顆粒的特征，常將其劃分為不同的粒組，粒組是指粒徑界于一定范圍內(nèi)的土粒的集合。
顆粒級(jí)配 ― 土中所含各種粒組的重量所占土粒（干土）總重的百分?jǐn)?shù)。它反映了土中各粒組的比例關(guān)系，由土的顆粒分析試驗(yàn)確定。
礦物 ― 地殼中天然生成的自然元素或化合物，也是構(gòu)成巖石的基本元素或化合物。
土的礦物成分 ― 組成土中固體顆粒的礦物類型、結(jié)構(gòu)等。了解土粒的礦物成分，對(duì)認(rèn)識(shí)土性十分重要。
（ 2 ）土中水。
（ 3 ）土中氣體。土中氣占據(jù)了土中未被水占領(lǐng)的孔隙。
自由氣體 ― 與大氣連通、不影響土質(zhì)，常存在于粗粒土中。
封閉氣體 ― 與大氣隔絕，增加土的彈性，減少土的透水性。
可燃?xì)怏w ― 由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有機(jī)土中。
三、土的物理性質(zhì)指標(biāo)
土的物理性質(zhì)指標(biāo) ― 表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量（圖 9-2 ） ，可分為如下兩類：
1 ．土粒比重（土粒相對(duì)密度） ds
土粒質(zhì)量與同體積的 4 ℃ 時(shí)純水的質(zhì)量之比，即：
土粒相對(duì)密度取決于礦物成分。一般土： 2 . 6 ~2 . 8 ；有機(jī)質(zhì)土： 2 . 4 ~2 . 5 ；泥炭土： 1 . 5 ~1 . 8 。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用“比重瓶法”測(cè)定。
2 ．土的含水量 ω土中所含水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即：
3 ．土的密度ρ（又稱天然密度）
天然狀態(tài)下土單位體積的質(zhì)量， g ／cm3或 t ／m3
黏性土：ρ=1 . 8 ~2 . 09 / cm3；砂土 1 . 6 ~2 . 09 g ／cm3；腐殖土 1 . 5 ~1 . 7g / cm3 。一般用“環(huán)刀法”測(cè)定。
4 ．土的干密度ρd 、飽和密度ρsat、有效密度ρ’
干密度是指土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量（工程上用作評(píng)定土體密實(shí)度，控制填土工程的施工質(zhì)量）。
飽和密度是指土孔隙中充滿水時(shí)土體的單位體積質(zhì)量：
有效密度是指單位土體中土粒的有效質(zhì)量（在地下水位以下，扣除浮力后單位土體積中土粒的質(zhì)量） :
5 ．土的孔隙比。和孔隙率 n 孔隙比是指土中孔隙體積與土粒體積之比（無(wú)量綱）。用于評(píng)價(jià)土的密實(shí)度和壓縮性：
e ＜0.6 密實(shí)、低壓縮性；e＞1.0疏松、高壓縮性。
孔隙率是指土中孔隙所占體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示
6 ．土的飽和度 Sr
土中被水充滿的孔隙體積與總孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示：
干土Sr=0；飽和土Sr =100 ％。
一、概述
土作為建筑物地基的主體，顯然是土力學(xué)研究的主要對(duì)象。土是巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物，是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化、剝蝕作用等而形成的碎散顆粒的集合體。
土既然是散碎顆粒的集合體，顆粒間必然存在著孔隙，而孔隙也必然包含著水或空氣。因此，土是由土顆粒（固相）、水（液相）和空氣（氣相）組成的三相體。
二、土的成因與組成
1 ．形成作用與成因類型
嚴(yán)格地說(shuō)，土是由地質(zhì)作用而生成的。地質(zhì)作用—— 導(dǎo)致地殼（ 30~80km ）成分變化和構(gòu)造變化的作用。是土的生成的根本原因和動(dòng)力。
內(nèi)力與外力地質(zhì)作用彼此獨(dú)立又相互依存，前者對(duì)地殼的發(fā)展占主導(dǎo)地位。地質(zhì)作用形成了各種成因的地形，造就了巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖，也生成了土。對(duì)土的生成貢獻(xiàn)的地質(zhì)作用是風(fēng)化作用。
按風(fēng)化成因，土可分為：
地質(zhì)年代 ― 地殼發(fā)展歷史與地殼運(yùn)動(dòng)、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的世代段落。分為絕對(duì)的和相對(duì)的，后者應(yīng)用最廣。
相對(duì)地質(zhì)年代 ― 根據(jù)古生物的演化和巖層形成的順序，將地殼歷史劃分成的一些自然時(shí)段，共劃分為五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。
代又分為紀(jì)，紀(jì)又分為若干世和期，即代-紀(jì)-世-期。
每一地質(zhì)年代中都劃分有相應(yīng)的地層，依次為界-系-統(tǒng)-階（層）。
在新生代中最新近的一個(gè)紀(jì)段稱為第四紀(jì)，我們現(xiàn)在所見(jiàn)的土就是在這一地質(zhì)年代生成且尚未膠結(jié)成巖的，距今約 100 萬(wàn)年。
因此，我們現(xiàn)在所指的土可稱為第四紀(jì)沉積物（層），需要指出：
巖石經(jīng)風(fēng)化而成土，土也可經(jīng)壓實(shí)固結(jié)、脫水、膠結(jié)硬化而成為巖石（沉積巖），即
2 ．土的組成
（1）土中的固體顆粒。
土中的固體顆粒（簡(jiǎn)稱土粒）是土的主要組成部分，是土的骨架。土顆粒的大小、形狀、和礦物成分及組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的主要因素。
土是由大小不同的土粒組成的。隨著顆粒的變化，土的性質(zhì)將發(fā)生變化。例如：隨著粒徑的變細(xì)，土的性質(zhì)由無(wú)豁性變?yōu)椴浴Ｒ虼?，為了區(qū)分土顆粒的特征，常將其劃分為不同的粒組，粒組是指粒徑界于一定范圍內(nèi)的土粒的集合。
顆粒級(jí)配 ― 土中所含各種粒組的重量所占土粒（干土）總重的百分?jǐn)?shù)。它反映了土中各粒組的比例關(guān)系，由土的顆粒分析試驗(yàn)確定。
礦物 ― 地殼中天然生成的自然元素或化合物，也是構(gòu)成巖石的基本元素或化合物。
土的礦物成分 ― 組成土中固體顆粒的礦物類型、結(jié)構(gòu)等。了解土粒的礦物成分，對(duì)認(rèn)識(shí)土性十分重要。
（ 2 ）土中水。
（ 3 ）土中氣體。土中氣占據(jù)了土中未被水占領(lǐng)的孔隙。
自由氣體 ― 與大氣連通、不影響土質(zhì)，常存在于粗粒土中。
封閉氣體 ― 與大氣隔絕，增加土的彈性，減少土的透水性。
可燃?xì)怏w ― 由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有機(jī)土中。
三、土的物理性質(zhì)指標(biāo)
土的物理性質(zhì)指標(biāo) ― 表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量（圖 9-2 ） ，可分為如下兩類：
1 ．土粒比重（土粒相對(duì)密度） ds
土粒質(zhì)量與同體積的 4 ℃ 時(shí)純水的質(zhì)量之比，即：
土粒相對(duì)密度取決于礦物成分。一般土： 2 . 6 ~2 . 8 ；有機(jī)質(zhì)土： 2 . 4 ~2 . 5 ；泥炭土： 1 . 5 ~1 . 8 。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用“比重瓶法”測(cè)定。
2 ．土的含水量 ω土中所含水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即：
3 ．土的密度ρ（又稱天然密度）
天然狀態(tài)下土單位體積的質(zhì)量， g ／cm3或 t ／m3
黏性土：ρ=1 . 8 ~2 . 09 / cm3；砂土 1 . 6 ~2 . 09 g ／cm3；腐殖土 1 . 5 ~1 . 7g / cm3 。一般用“環(huán)刀法”測(cè)定。
4 ．土的干密度ρd 、飽和密度ρsat、有效密度ρ’
干密度是指土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量（工程上用作評(píng)定土體密實(shí)度，控制填土工程的施工質(zhì)量）。
飽和密度是指土孔隙中充滿水時(shí)土體的單位體積質(zhì)量：
有效密度是指單位土體中土粒的有效質(zhì)量（在地下水位以下，扣除浮力后單位土體積中土粒的質(zhì)量） :
5 ．土的孔隙比。和孔隙率 n 孔隙比是指土中孔隙體積與土粒體積之比（無(wú)量綱）。用于評(píng)價(jià)土的密實(shí)度和壓縮性：
e ＜0.6 密實(shí)、低壓縮性；e＞1.0疏松、高壓縮性。
孔隙率是指土中孔隙所占體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示
6 ．土的飽和度 Sr
土中被水充滿的孔隙體積與總孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示：
干土Sr=0；飽和土Sr =100 ％。