第一章 土的物质组成与结构构造

第一章土的物质组成与结构构造第1页，课件共26页，创作于2023年2月本章主要内容：第一节土中的固体颗粒；第二节土的矿物成分；第三节土中的水；第四节土中的气体；第五节土的结构和构造。第2页，课件共26页，创作于2023年2月土是由地球外壳坚硬的岩石在风化作用下（物理风化、化学风化、生物风化）形成的在原地残留或经过各种不同类型的动力搬运后，在各种自然环境中重新堆积而成的堆积物。年代不长,未压密硬结成岩之前，呈松散状态，一般也称为第四纪沉积层。土是由固、液、气相组成的三相体系。

第3页，课件共26页，创作于2023年2月第一节土中的固体颗粒

土中的固体颗粒（土粒）的大小、形状、矿物成份及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。

一、土的粒组

1、粒径：土的固体颗粒（土粒）的大小通常以其直径尺寸表示，简称粒径。

2、粒组与界限粒径：按尺寸对颗粒进行分组，划分的粒径在一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称为粒组；分界尺寸的界限粒径。第4页，课件共26页，创作于2023年2月3、六大粒组的划分方案：漂石（块石）组：d>200mm卵石（碎石）组：20mm<d<200mm圆砾（角砾）组：2mm<d<20mm(粗、中、细：20～10～5～2)砂粒组：0.075mm<d<2mm（粗、中、细、极细：2～0.5～0.25～0.1～0.075）粉粒组：0.005mm<d<0.075mm(粗、细：0.075～0.01～0.005)粘粒组：d<0.005mm(粗、细：0.005～0.002～0)

第5页，课件共26页，创作于2023年2月二、土的粒度成分（土的颗粒级配）

1、定义：各粒组在土中相对百分含量。2、研究土颗粒级配的意义：粒径变化，性质变化。

3、颗粒级配的试验分析方法：<1>筛分法（d＞0.075mm

）:风干、分散，过一套不同孔径（20，10，5，2，1，0.5，0.25，0.075mm）的标准筛；<2>沉降分析法（d＜0.075mm

）

：a．比重计法；b．移液管法；第6页，课件共26页，创作于2023年2月4、颗粒级配表示方法

（1）表格法：常用于土工试验报告书，数据准确。

（2）颗粒级配累积曲线：

横坐标——表示粒径，由于土粒大小差异非常大，所以常以对数坐标表示；

纵坐标——表示小于某粒径的土的质量占土的总质量的百分比，即累积百分含量。

第7页，课件共26页，创作于2023年2月曲线越陡，表示粒径相差不多，土粒较均匀，颗粒级配较差；曲线越平缓，表示粒径相差悬殊，土粒不均匀，颗粒级配良好。工程上常用不均匀系数（Cu）与曲率系数Cc（或Cq）来衡量土的不均匀程度及其级配好坏：其中：d60——限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径，mm;

d10——有效粒径，相应于累积百分含量为10%的粒径，mm;

d30——相应于累积百分含量为30%的粒径，mm;Cu值越大，表示土颗粒越不均匀，颗粒级配良好，Cc反映该分析曲线的整体形状。Cu≥5时及1<Cc<3时的土为级配良好的土。

第8页，课件共26页，创作于2023年2月三、土按粒度成分（颗粒级配）的分类第9页，课件共26页，创作于2023年2月第二节土的矿物成份

包括：原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质。

1、原生矿物：母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有：石英、长石、角闪石、云母等。2、次生矿物：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三种：（1）粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母；（2）次生SiO2（3）倍半氧化物（Al2O3、Fe2O3）

第10页，课件共26页，创作于2023年2月3、可溶盐（1）易溶盐：NaCl、CaCl2、Na2SO4.10H2O（芒硝）、Na2CO3.10H2O（苏打）（2）中溶盐：CaSO4.2H2O（石膏）、MgSO4（3）难溶盐：CaCO3、MgCO34、有机质：土中植物残骸在微生物作用下分解而形成的产物。

第11页，课件共26页，创作于2023年2月第三节土中的水

1．为什么要研究土中的水：（1）．自然条件下土中总含水；（2）．土中细颗粒多时，水对土性影响很大。2．土中水的存在形态与分类：（1）相态分为：固、液、气；（2）分类：矿物成分水、结合水、自由水。第12页，课件共26页，创作于2023年2月3、矿物成分水：存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物晶格构成的水，一般分为三种：结构水：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的固定位置上的水；结晶水：以固定数量的分子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的固定位置上的水；沸石水：以不定数量的分子形式存在于土粒矿物相邻晶胞之间的水。第13页，课件共26页，创作于2023年2月4、结合水（吸附水）a.定义：受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表面的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压，使水分子和和土粒表面牢固结合在一起。b.形成机理：负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。

第14页，课件共26页，创作于2023年2月c.强结合水（吸着水）及特征：受颗粒电场吸引，紧紧吸附于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚度几个分子。

特征：没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于固体，1.2～1.4g/cm3，难于蒸发，难于结冰（-780C），具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时，粘土坚硬，砂土散。d.弱结合水（薄膜水）及特征：弱结合水是强结合水外围的结合水膜。

特征：不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点-0.5～-30，弱结合水大时，粘性土可塑。第15页，课件共26页，创作于2023年2月第16页，课件共26页，创作于2023年2月5．自由水

（1）定义及特点：为土粒孔隙中超出土粒表面静电场引力作用范围的水，冰点0℃，有溶解能力，能传递静水压力与普通水一样。分为毛细水与重力水。

（2）重力水：地下水位以下含水层中自由水；重力或压差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。

（3）毛细水：是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下水。第17页，课件共26页，创作于2023年2月（4）固态水：当温度降到0℃以下时，土中的水（主要是重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中可以起到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。

（5）气态水：以水气的形式存在于土粒间的水，可以从气压高的地方向气压低的地方移动，也可以在土粒表面凝聚转化为其他各种类型的水。第18页，课件共26页，创作于2023年2月第四节土中的气体

1.类型:以O2、N2、CO2为主，还含有少量的CH4、H2S。2.分类：游离气体与封闭气体。游离气体存在于近地表的包气带中，与大气相通，对土的性质影响较小。封闭气体存在于呈封闭状态的土孔隙中，与大气隔绝。3.封闭气体对工程影响：渗透性减小，弹性增大，延缓土体变形随时间的发展过程。

第19页，课件共26页，创作于2023年2月第20页，课件共26页，创作于2023年2月第五节土的结构和构造一、土的结构

土的结构是指土的固体颗粒及其孔隙间的几何排列和连接方式。一般把土结构分为两大类：单粒（散粒）结构和团聚结构。

单粒结构也称散体结构，是指土颗粒直接接触和支撑、固体颗粒没有连结或只在潮湿时具有微弱的毛细力连结的结构方式，它是无粘性土的基本结构形式。这些土的颗粒粗大，在沉积过程中，土颗粒可以靠自身的重力作用而沉积下来，形成土颗粒的相互接触、相互支撑的堆积体。第21页，课件共26页，创作于2023年2月第22页，课件共26页，创作于2023年2月

团聚结构也称集合体结构或絮凝结构，是指细小的土粒，沉积过程中粒间引力大于重力，使之在水中不能以单个颗粒沉积下来，需要凝聚成集合体（也称为团聚体）后才能沉积。由土颗粒团聚体形成的疏松多孔的结构称为团聚结构。这类结