土的物质组成与结构构造

1、第一篇第一篇 岩土工程地质性质研究岩土工程地质性质研究第一章 土的物质组成与结构、构造第二章 土的物理性质第三章 土的力学性质第四章 各类土的工程地质特征第五章 土体的工程地质研究第六章 岩石的工程地质性质第一章 土的物质组成与结构、构造第一节 土的粒度成分 第二节 土的矿物成分第三节 土中的水和气体 第四节 土的结构和构造第一节第一节 土的粒度成分土的粒度成分土的形成岩石岩石地球风化剥蚀搬运、沉积搬运、沉积土土地球第一节第一节 土的粒度成分土的粒度成分土的演化土土( (土体土体) )岩石岩石(三大岩三大岩)土的形成土的形成风化物理风化物理风化原生矿物原生矿物化学风化化学风化次生矿物次生矿物生

2、物风化生物风化动植物活动有有 机机 质质母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎土的形成土的形成沉积与搬运残积土无搬运母岩表层经风化作用破碎母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的未经搬运残留在原地的堆积物堆积物运积土有搬运风化所形成的土颗粒，风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬

3、运到受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物土的形成土的形成土的基本特征及主要成因类型 土的基本特征 土是自然历史的产物土是相系组合体 土是分散体系 土是多矿物组合体 土的形成土的形成土的主要成因类型土的主要成因类型残积土(体)坡积土(体)洪积土(体)湖积土(体)冲积土(体)冰积土(体)崩积土(体)风积土(体)海洋沉积土(体)火山沉积土(体) 一、粒径和粒组划分 1、粒径粒径：土颗粒的大小以其直径表示，单位一般采用毫米。 2、粒组粒组（粒级）：粒径在一定区段内，成分及性质相似的土粒组别。 颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒

4、径接近的归成一类界限粒径dmm卵石卵石砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒60602 20.050.05 0.0050.005 0.0020.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细0.10.1粗粒土粗粒土细粒土细粒土3、粒组划分方案：2007年颁布的国家标准土的工程分类标准中的粒组划分表 。粒组粒组颗粒名称颗粒名称粒径粒径d d范围（范围（mmmm）分析方分析方法法主主 要要 特特 征征巨粒巨粒漂石（块石）漂石（块石）d200d200直接测直接测定定 透水性很大，压缩性极透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛小，颗粒间无粘结，无毛细性。细性。卵石（碎石）卵石（碎石）

5、60d20060d200筛筛分分法法粗粒粗粒砾粒砾粒粗砾粗砾20d6020d60中砾中砾5d205d20细砾细砾2d52d5砂粒砂粒粗砂粗砂0.5d20.5d2 透水性大，压缩性小，透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。无粘性，有一定毛细性。中砂中砂0.25d0.50.25d0.5细砂细砂0.075d0.250.075d0.25细粒细粒粉粒粉粒0.005d0.0750.00522-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005220.50.250.0750.0051287262472717 图解法：累积曲线法、分布曲线法和三角图法 累积曲线图累积曲线图：以土粒直径为横坐标

6、，以粒组的累积百分含量(小于某粒径的所有土粒的百分含量)为纵坐标，在直角坐标中所设点子的连线(光滑的曲线)。 累积曲线图的用途累积曲线图的用途：根据累积曲线图的形态，可以看出各粒组的分布规律，可以大致判断土的均匀程度与分选性。土的累积曲线图土的累积曲线图颗粒级配的描述颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数工程上常用不均匀系数Cu描述描述颗粒级配的不均匀程度颗粒级配的不均匀程度 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情体形态，表明某粒组是否缺失情况况 1060ddCu6010230dddCcd10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为

7、10%、 30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把程上把Cu5的土视为级配不良的土视为级配不良的土；的土； Cu5的土视为级配良好的土视为级配良好的土的土 对于砾类土或砂类土，同时满足对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和和Cc= =13时，定名为良好级时，定名为良好级配砂或良好级配砾配砂或良好级配砾 粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； C

8、u 3 或 Cc 1, 级配不连续土级配不连续土;4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级用于判定土的级 配优劣：配优劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 75%漂石粒50%漂 石漂石粒50%卵 石混合巨粒土巨粒含量50%，75%漂石粒50%混合土漂石漂石粒50%混合土卵石巨粒混合土巨粒含量 15% 50%漂石卵石漂石混合土漂石卵石卵石混合土表1-4 巨粒土和含巨粒土的分类2、粗粒土：粗粒组质量多于总质量的50%的土称为 粗粒土 根据砾粒组的含量粗粒土又可分为砾类土和砂类土。砾类土：砾粒组质

9、量多于总质量的50%的土称为砾类土，又可细分为砾、含细粒土砾和细粒土质砾。砂类土：砾粒组质量少于或等于总质量的50%的土称为砂类土，又可细分为砂、含细粒土砂和细粒土质砂。表1-5 砾类土的分类 土 类砾含细粒土砾细粒土质砾细粒组含量5%5%,15% 15%，50% 表1-6 砂类土的分类 土 类砂含细粒土砂细粒土质砂细粒组含量5%5%,15% 15%，60）占总质量的15%巨粒土巨粒土（巨粒巨粒含量含量75%）漂石漂石 漂石粒（d200）50%卵石卵石 漂石粒（d200）50%混合巨粒土混合巨粒土（巨粒含量50%，75%）混合土漂石混合土漂石 漂石粒（d200）50%混合土卵石混合土卵石 漂石

10、粒（d200）50%巨粒混合土巨粒混合土（巨粒含量15%50%）漂石混合土漂石混合土 漂石卵石卵石混合土卵石混合土 漂石卵石粗粒土粗粒土 粗 粒 组粗 粒 组 （0.07550%砾类土砾类土砾粒组砾粒组（250%砾砾 细粒组（d0.075）含量5%含细粒土砾含细粒土砾 细粒组（d0.075）含量5%,15%细粒土质砾细粒土质砾 细粒组（d0.075）含量15%，50%砂类土砂类土砾粒组（2d60）占总质量50%砂砂 细粒组（d0.075）含量5%含细粒土砂含细粒土砂 细粒组（d0.075）含量5%,15%细粒土质砂细粒土质砂 细粒组（d0.075）含量15%，50%细粒土细粒土 细 粒 组细

11、粒 组 （d0.075）质量50%细粒土细粒土粗粒组粗粒组（0.075d60）占总质量25% 含粗粒的细粒土含粗粒的细粒土粗粒组（0.07525%,50%含砾细粒土含砾细粒土 砾类（2d60）占优势含砂细粒土含砂细粒土 砂类（0.07522-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.0051g/cm1g/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发弱结合水弱结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力

12、而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性结合水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管毛细水毛细水土中毛细现象土中毛细现象分析对象分析对象: 水柱水柱r2hcw=2rTcos 上升高度上升高度:rThccos2毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石土中的气体土中气体气体来源气体分类(1)空气 (2)生物化学作用 (3)化学反应 (1)吸附气体(2)溶解气体 (3)密闭气体 (4)自由气体 土的结构：指组成土的土粒大小、形状、表面特征、土粒间的连结关系

13、和土粒的排列情况。 土的粒度成分反映了土粒大小及其组合特征，也是说明土结构特征的主要指标，对土的工程地质性质影响显著。例如，巨粒土、粗粒土、细粒土的工程地质性质差别很大。土粒形状及表面特征对巨粒土和粗粒土的工程地质性质影响很大，主要影响土粒排列的紧密程度；对粘粒来说，相同粒径不同形状的土粒比表面积不同，这不仅影响粘粒在土中的活动程度，也影响细粒土中颗粒的排列特征。 第四节 土的结构和构造 土粒间的连结关系 土中颗粒与颗粒的连结，一般是由于孔隙中的水对土粒起着某种连结作用，因此常按水的类型将连结作用分为： 结合水连结、毛细水连结、胶结连结和冰连结。土的结构类型1、巨粒土和粗粒土的结构类型 单粒结

14、构：这种结构是土粒在水中或空气中由于重力作用堆积而形成的。 2、细粒土的结构类型 细粒土颗粒细小，具胶体特性，在水中一般不能以单个颗粒沉积，而凝聚成较复杂的集合体进行沉积，形成细粒土特有的团聚结构（海绵状结构、蜂窝状结构）。细粒土的团聚结构按土粒均匀与否分为均粒和非均粒两种类型。土的结构土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构。 单粒结构 蜂窝结构絮状结构 粗颗粒土，如卵石、砂等.密实的单粒结构土的工程性质最好 蜂窝状土工程性质较好 絮状结构土工程性质最差 粗粒土：单粒结构粉 土：蜂窝结构单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，在自重

15、作用下沉落形成的单粒结构，其特点其特点是土粒间存在点与点的接触。是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态和密实状态 蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位形成链环单位, ,很多链环联结起来，形成孔隙很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构较大的蜂窝状结构 絮状结构：海水絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构的絮状结构 土的构造 土的构造：在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征。 土的构造同样也包括土层单元体的大小、形状、排列和相互关系等方面。单元体的分界面称结构面或层面。单元体的形状多为层状、条带状和透镜状，界面形态有平直的，也有波状起伏的。单元体的大小通常用厚度和延伸长度来表示。 土的构造是土在形成及变化过程中，与各种因素发生复杂作用而形成的，所以每一种成因类型的土，大都有其特