第三章+土的结构和土体结构

土的结构：微观结构（光学显微镜）和宏观结构（肉眼或放大镜）土的粒度成分是土的重要结构指标，反映土粒的大小和含量；土的结构:指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们之间的连接特征(微观结构)。土体结构:指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征,亦称宏观结构。土的结构对土的工程性质影响很大，特别是粘性土，如某些灵敏性粘土在原状结构时具有一定的强度，当结构扰动或重塑时，强度就降低很多，甚至不能再成型。3.1土的结构连结分类

土的结构连结:指组成土的颗粒之间的连结，组合关系，简称连结。是土的重要结构特征，也是决定土的性质的重要因素。

3.1.1按连结物质性质的分类

①结合水连结:通过粒间的结合水膜而使邻近土颗粒连结起来的连结形式。细粒土特有的连结形式；连结力的强弱取决于结合水膜的厚薄；②胶结连结：土粒由某些物质胶结起来形成的连结，在较长的地质年代中形成的，胶结力很强。③毛细水连结：砂土在潮湿时，砂粒，粉粒间有毛细水弯液面力（或称毛细压力）作用于土粒，将土粒暂时地连结在一起。④

冰连结：含冰冻土的一种暂时性连结。⑤

无连结：粒间呈无连接状态。3.1.2按连结力的性质分类

(1)化学连结：是由原子的外围电子，即价电子来实现的连结。化学连结包括：共价键连结、离子键连结、金属键连结，具有化学连结的土，强度高，压缩性低；

(2)静电连结：电性不同的两种粘粒直接吸引。

(3)离子—静电连结:带负电荷的粘粒被介于其间的阳离子静电吸引而成。

(4)毛细力连结：存在于土的三相交界面上，在毛细管内的水形成弯液面力使土粒靠近而连结。

(5)分子连结：是由分子力或范德华力来实现的。

(6)磁性连结：粘粒表面存在着厚度约为0.05—0.5ūm的磁铁质薄膜引起的。磁性连结一般很弱。按物质性质分类仅反映连结形式，按连结力的特性分类才揭示了实质。3.2土的排列方式与孔隙类型

排列方式：指土颗粒排列的松紧程度。

3.2.1粗粒土的排列方式与孔隙类型

(1)粗粒土的排列方式：①松散:颗粒与颗粒相互接触，土处于最松散状态，孔隙比max：0.91②紧密:颗粒处于其它颗粒的凹陷处，处于紧密排列，孔隙比min:0.35(2)结论:①土粒表面越光滑,越不易保持“松散排列”,而易成为“紧密排列”。②单粒排列的易变性，与土的粒度成分、颗粒形状、矿物成分、粒间连结、土中含水情况有关。3.2.2细粒土的排列方式

(1)按孔隙比的大小分：松散排列的土：孔隙比>1.0

中密排列的土：0.7<孔隙比<1.0

紧密排列的土：孔隙比<0.73.2.3细粒土的孔隙特征(1)孔隙特征：主要是指孔隙大小、形状、分布及连通情况。(2)细粒土孔隙类型：粒间孔隙、粒内孔隙、溶蚀孔隙、大孔隙。

3.3土的结构类型及研究方法3.3.1粗粒土的微观结构类型

(1)粗粒土的结构主要为单粒结构组成砂、砾等粗粒土的基本结构类型，颗粒较粗大，比表面积小，颗粒之间是点接触，几乎没有连结，粒间相互作用的影响较之重力作用的影响可忽略不计，是重力场作用下堆积而成的。孔隙大，透水强，土粒间一般没有内聚力，但土粒相互依靠支撑，内摩擦力较大，受压力时土体积变化较小。

粒间作用力：重力起决定性的作用。在非饱和土中，还受到毛细力的作用排列形式：点与点点与面(2)根据单粒间的排列接触关系：松散结构、紧密结构单粒结构土的工程性质，除与密实程度有关外，还与颗粒大小、级配、土粒的表面形状及矿物成分类型有关。3.3.2细粒土的微观结构类型

最早研究的是汰沙基，60年代，把微观结构的研究与土的工程地质性质、土的成因、后生变化联系在一起；土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：根据不同成因、不同物质组成和不同形态特征，分为:

骨架状结构、絮凝状结构、团粒状结构、叠片状结构、凝块状结构、蜂窝状结构、海绵状结构、磁畴状结构、基质状结构等。

片架结构：粘粒在絮凝状态下形成的，亦称絮凝结构。其特点是粘土片以边－面或边－边连结为主，颗粒呈随机排列，性质较均匀，但孔隙较大．对扰动比较敏感。具有触变性的土多后于此类结构。片堆结构：粘粒是在分散状态下沉积而形成的，亦称分散结构。其特点是以面－面连结为主，粘土片呈定向排列，密度较大，具有明显的各向异性的力学性质。天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。往往先形成团粒3.3.3研究土结构的方法

粗粒土——粒度分析（筛析法），双目放大镜或显微镜进行观察；研究形状与表面特征；细粒土——聚乙二醇胶结，观察其微结构及微层理；X射线能谱和波谱分析法，研究颗粒的排列方向特征；压汞法，定量测定土中孔隙的大小和多少；电子显微镜，观察细粒土的微观结构；3.4土体结构（构造）土体结构：土层组合和被节理、裂隙等切割后形成的土块在土体内排列、组合方式；土的构造：在土体之中组合单元体的特点。物质组成存在基础结构构造存在形式(1)土体结构：原生结构：是在土体形成时具有的一定的结构特征。重要标志是层理；流水形成的层理风积形成的均质结构残积、洪积、冰积等形成的无序状结构。次生结构：是在土体形成后经地质作用改造后形成的。块状结构、碎裂状结构、团粒状结、柱状结构、割裂状结构、片状结构等。相同含水量、密度粘性土的灵敏度—St

=原状土结构性相同含水量密度、组成粉碎重塑重塑土强度降低St11-22-44-88-16>16粘性土不灵敏低灵敏中等灵敏灵敏很灵敏流动原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度3.5反映粘性土结构性指标一.土粒间的作用力

—土颗粒的自重形成的方向向下的力—土中毛细作用形成的力—土粒间的胶体物质形成的作用力—粘性土—库仑力：—范德华力：颗粒表面的静电引力或斥力颗粒接触点处的分子间引力三.细粒土的结构粒间作用力形成环境排列形式矿物成分表面力、胶结力（斥力减小引力增加）片架结构(凝聚结构)片堆结构(分散结构)示意图表面