考点17 土的物理性质与地基土分类《建筑结构》吉林省（对口招生）建筑工程类（土木建筑类） 知识点讲解

吉林省建筑工程类（土木建筑类）对口招生复习讲义 《建筑结构》 考点17 土的物理性质与地基土分类 ■考纲要求 1.土的组成、物理性质指标 2.地基土分类及特征 ■知识网络 一、知识树 图1-17-1土的组成相关知识点 图1-16-2地基土分类的相关知识点 二、重点知识梳理 一、土的组成及物理性质指标 （一）土的组成 土是由固相、液相、气相三相物质组成的复杂体系，三者的比例关系决定了土的物理状态和工程性质，是分析地基工程特性的基础。 1.固相（土颗粒）：土的骨架，决定土的基本物理力学特性（如强度、压缩性），主要由岩石风化后形成的矿物颗粒组成。按矿物成分可分为原生矿物（石英、长石等，为粗粒土主要成分，稳定性强、强度高）和次生矿物（黏土矿物，如蒙脱石、高岭石等，为细粒土主要成分，亲水性强）；按颗粒大小可分为巨粒、粗粒（砂粒、砾粒）、细粒（粉粒、黏粒），其搭配比例（颗粒级配）直接影响土的密实度和工程性能。 2.液相（土中水）：填充于土颗粒空隙中，影响土的可塑性、压缩性和强度，按存在形式分为结合水和自由水。结合水受土颗粒电场引力约束，分为强结合水（紧贴颗粒表面，呈固体特性，不参与力学反应）和弱结合水（强结合水外侧，可缓慢移动，是土具有可塑性的关键）；自由水不受引力约束，可自由流动，分为重力水（影响土的渗透性和稳定性）和毛细水（易导致路基冻胀、翻浆）。 3.气相（土中空气）：填充于未被水占据的空隙中，分为自由气体（与大气连通，受力易排出，对土性影响较小）和封闭气体（被水包围，无法流动，会增加土的弹性、阻塞渗流通道）。 （二）土的物理性质指标 分为直接指标（试验直接测定）和间接指标（由直接指标换算得出），核心用于描述土的密实度、湿度状态，是工程设计和施工的重要依据。 1.直接指标（核心必记）： 土的密度（ρ）：单位体积土的质量，单位g/cm³，天然土密度一般为1.6~2.2g/cm³，反映土的密实程度； 土的含水量（w）：土中自由水和弱结合水的质量与固相颗粒质量的百分比，反映土的湿度，干燥土含水量接近0，饱和土含水量可达100%以上； 土粒相对密度（dₛ）：土颗粒质量与同体积4℃纯水质量的比值（无单位），仅与矿物成分有关，砂类土约2.65~2.67，黏土约2.70~2.75，为常数可直接沿用。 2.间接指标（核心换算）： 孔隙比（e）：土中孔隙体积与固相颗粒体积的比值（无单位），描述土密实度的核心指标，e越小土越密实，e>1为疏松土，e<0.6为密实土； 孔隙率（n）：土中孔隙体积与土总体积的百分比，与孔隙比换算关系为n=e/(1+e)×100%； 饱和度（Sᵣ）：土中水的体积与孔隙体积的百分比，反映土的饱和程度，Sᵣ=0为干燥土，0<Sᵣ<100%为非饱和土，Sᵣ=100%为饱和土； 核心换算公式：e=(dₛρ_w(1+w))/ρ - 1；Sᵣ=(w dₛ)/e（ρ_w为水的密度，取1g/cm³）。 二、地基土分类及特征 结合土的颗粒级配、塑性指标等，建筑地基土主要分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土六大类，各类土的工程特征差异显著，是地基选型的关键依据。 1.岩石：作为地基承载力最高的类型，需确定地质名称、风化程度（未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化）、坚硬程度和岩体完整程度。坚硬岩、较硬岩且岩体完整的岩石，承载力高、变形小，是理想地基；强风化、全风化岩石强度低，需处理后使用。 2.碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%，按颗粒大小分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。密实度分为松散、稍密、中密、密实，中密~密实的碎石土承载力高、渗透性强，是良好地基；松散碎石土稳定性差，需压实处理。 3.砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%，分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。密实度分为松散、稍密、中密、密实，密实砂土承载力较高、渗透性好；松散砂土（尤其细砂、粉砂）易发生液化，需采取抗液化措施，粉砂还易产生毛细水危害。 4.粉土：介于砂土与黏性土之间，塑性指数I_P≤10，且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%。强度中等、渗透性介于砂土与黏性土之间，含水量过高时易软化，需注意防水和沉降问题，部分粉土可能具有湿陷性。 5.黏性土：塑性指数I_P>10，分为粉质黏土（10<I_P≤17）和黏土（I_P>17）。具有可塑性、黏结性，含水量影响其状态（坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑），软塑~流塑黏性土承载力低、压缩性大，易产生不均匀沉降；硬塑~坚硬黏性土工程性质较好，是常用地基，但需注意膨胀性和湿陷性问题。 人工填土：由人类活动堆积形成，分为素填土（由碎石土、砂土等组成）、压实填土（经压实处理的素填土）、杂填土（含建筑垃圾、生活垃圾等）、冲填土（水力冲填形成）。素填土、压实填土工程性质较好，可作为地基；杂填土成分复杂、不均匀，承载力低，需换填处理；冲填土易发生固结沉降，需进行沉降验算。 ■练习题 一、单选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分，共20分） 1.下列不属于土的三相组成的是（ ） A. 固相 B. 液相 C. 气相 D. 半固相 2.土的天然密度是指（ ）的质量与体积之比。 A. 土颗粒 B. 土中孔隙 C. 天然状态下土 D. 饱和状态下土 3.某土样的天然含水量为20%，土粒比重为2.7，天然密度为1.8g/cm³，其孔隙比为（ ） A. 0.65 B. 0.72 C. 0.83 D. 0.91 4.下列指标中，不属于土的物理性质指标的是（ ） A. 含水量 B. 孔隙率 C. 压缩系数 D. 土粒比重 5.砂土按颗粒级配分类，当粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%时，称为（ ） A. 砾砂 B. 粗砂 C. 中砂 D. 细砂 6.黏性土的可塑性主要取决于（ ） A. 土粒比重 B. 含水量 C. 孔隙比 D. 颗粒级配 7.下列哪种土属于粉土（ ） A. 粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50% B. 粒径大于0.075mm的颗粒含量小于等于50%，且塑性指数Ip≤10 C. 塑性指数Ip>10 D. 粒径大于2mm的颗粒含量小于50% 8.土的饱和度是指（ ） A. 土中孔隙体积与土总体积之比 B. 土中孔隙水体积与孔隙总体积之比 C. 土中固相体积与土总体积之比 D. 土中液相体积与土总体积之比 9.下列地基土中，承载力最高的是（ ） A. 淤泥质土 B. 粉质黏土 C. 砾砂 D. 粉土 10.土的孔隙率是指（ ） A. 孔隙体积与土粒体积之比 B. 孔隙体积与土总体积之比 C. 土粒体积与土总体积之比 D. 孔隙水体积与孔隙体积之比 二、多选题（每题3分，共10道，共计30分） 1.土的三相组成包括（ ） A. 土颗粒（固相） B. 孔隙水（液相） C. 孔隙气（气相） D. 有机质 2.下列属于土的基本物理性质指标的有（ ） A. 天然密度 B. 含水量 C. 土粒比重 D. 孔隙比 3.影响土的物理性质的因素有（ ） A. 颗粒级配 B. 含水量 C. 矿物成分 D. 孔隙特征 4.砂土按颗粒级配可分为（ ） A. 砾砂 B. 粗砂 C. 中砂 D. 细砂、粉砂 5.黏性土的物理状态指标包括（ ） A. 液限 B. 塑限 C. 塑性指数 D. 液性指数 6.下列属于特殊土的有（ ） A. 软土 B. 黄土 C. 膨胀土 D. 粉土 7.土的含水量对土的性质影响表现在（ ） A. 影响土的可塑性 B. 影响土的强度 C. 影响土的压缩性 D. 影响土的密度 8.地基土分类的依据主要有（ ） A. 颗粒级配 B. 塑性指数 C. 含水量 D. 土的成因 9.下列关于孔隙比的说法正确的有（ ） A. 孔隙比是孔隙体积与土粒体积之比 B. 孔隙比越大，土的密实度越低 C. 孔隙比越小，土的承载力越高 D. 孔隙比是无量纲指标 10.粉土与黏性土的区别主要在于（ ） A. 颗粒级配 B. 塑性指数 C. 含水量 D. 土粒比重 三、判断题（10道，共20分） 1.土的天然含水量是指土中孔隙水的质量与土粒质量之比。（ ） 2.土粒比重是指土粒质量与同体积4℃纯水质量之比，是一个无量纲指标。（ ） 3.砂土的颗粒级配越好，其密实度越高，承载力越大。（ ） 4.黏性土的塑性指数越大，说明其可塑性越强。（ ） 5.孔隙率和孔隙比都是反映土的孔隙特征的指标，二者可以相互换算。（ ） 6.粉土的塑性指数Ip>10，属于黏性土的一种。（ ） 7.土的饱和度为100%时，土处于饱和状态，此时土中没有孔隙气。（ ） 8.软土具有含水量高、孔隙比大、承载力低的特点。（ ） 9.土的天然密度越大，其承载力一定越高。（ ） 10.地基土分类中，按颗粒级配可将土分为碎石土、砂土、粉土和黏性土四大类。（ ） 四、简答题（2道，共20分） 1.简述土的三相组成及其对土的物理性质的影响。 2.简述地基土的分类依据及各类地基土的主要特征。 ■真题练习 五、真题练习（1-4每题1分，，5题6分，总共10分） 1.（2024年高考真题判断）土的孔隙比越大，说明土的孔隙越多，土的密实度越低。（ ） 2.（2022年高考真题判断）黏性土的液限是指土由可塑状态转变为流动状态时的含水量。（ ） 3.（2019年高考真题判断）砾砂的粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%，其承载力通常高于细砂。（ ） 4.（2017年高考真题判断）土的天然含水量越大，土的强度越高，压缩性越低。（ ） 5.（2017年高考真题简答）简述土的物理性质指标中，天然密度、含水量、孔隙比三者之间的相互关系，并说明如何通过实验测定天然密度和含水量。 ■参考答案 一、单选题答案 1.D 2.C 3.C 4.C 5.A 6.B 7.B 8.B 9.C 10.B 二、多选题 1.ABC 2.ABC 3.ABCD 4.ABCD 5.ABCD 6.ABC 7.ABCD 8.ABD 9.ABCD 10.AB 三、判断题 1.√ 2.√ 3.√ 4.√ 5.√ 6.× 7.√ 8.√ 9.× 10.√ 四、简答题 1.土的三相组成是指固相（土颗粒）、液相（孔隙水）和气相（孔隙气）。 影响：① 固相：土颗粒的大小、形状、矿物成分和颗粒级配，决定土的基本性质，如强度、密实度等；② 液相：孔隙水的含量（含水量）影响土的可塑性、强度和压缩性，含水量过高会降低土的强度，增加压缩性；③ 气相：孔隙气的存在会使土具有弹性，减少土的密实度，当孔隙气被水排出后，土的体积会发生压缩，承载力会提高。 2.地基土的分类依据主要有：颗粒级配、塑性指数、土的成因和工程性质。 各类地基土的主要特征： ① 碎石土：颗粒粗大，粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%，密实度高，承载力大，压缩性低； ② 砂土：颗粒较粗，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50%，无塑性，透水性强，承载力中等，压缩性低； ③ 粉土：粒径介于砂土和黏性土之间，粒径大于0.075mm的颗粒含量小于等于50%，塑性指数Ip≤10，透水性中等，承载力低于砂土，高于软土； ④ 黏性土：颗粒细小，塑性指数Ip>10，具有可塑性、黏结性，透水性弱，承载力随含水量变化较大，压缩性中等； ⑤ 特殊土（如软土、黄土、膨胀土等）：具有独特的工程性质，如软土含水量高、孔隙比大、承载力低，膨胀土遇水膨胀、失水收缩。 五、高考真题类 1.√ 2.√ 3.√ 4.× 5.相互关系：天然密度是土的总质量与总体积之比，含水量是孔隙水质量与土粒质量之比，孔隙比是孔隙体积与土粒体积之比；三者通过土粒比重可相互换算，公式为：ρ = (Gs(1+w)ρw)/(1+e)（其中ρ为天然密度，Gs为土粒比重，w为含水量，ρw为水的密度，e为孔隙比）。 实验测定方法： ① 天然密度：采用环刀法，取天然状态下的土样，用天平测定土样质量，用环刀体积确定土样体积，二者比值即为天然密度； ② 含水量：采用烘干法，取一定质量的湿土样，放入烘箱中烘干至恒重，计算烘干前后土样的质量差（即孔隙水质量），与烘干后土样质量（土粒质量）的比值即为含水量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $