第一章-土的物质组成和结构

《土质学与土力学》第一章土的成因、物质组成

和结构构造第一节土的成因类型与工程特性第二节土的三相组成第三节土的结构和构造

第一节土的成因类型与工程特性

一、土的生成

二、土的成因类型

三、土的工程特性

第一节土的成因类型与工程特性土的生成岩石地球风化剥蚀搬运、沉积土地球第一节土的成因类型与工程特性土的演化土(土体)岩石(三大岩)第一节土的成因类型与工程特性土的风化物理风化原生矿物化学风化次生矿物生物风化动植物活动有机质母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎第一节土的成因类型与工程特性沉积与搬运残积土无搬运母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物运积土有搬运风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物第一节土的成因类型与工程特性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

第一节土的成因类型与工程特性土的主要成因类型残积土(体)坡积土(体)洪积土(体)冲积土(体)第一节土的成因类型与工程特性土的工程特性

1土的压缩性高

2土的强度低

3土的透水性大第一节土的三相组成

一、土的固体颗粒

二、土中水

三、土中气体第二节土的三相组成土粒水气固相液相气相土是由三相（固、液、气）所组成的体系构成土骨架，起决定作用重要影响次要作用第二节土的三相组成固体+气体

固体＋液体＋气体

固体＋液体

干土

湿土

饱和土

干黏土较硬干砂松散

黏土多为可塑状态

饱和粉细砂受震动可能产生液化

第二节土的三相组成

矿物成分颗粒形状粒径级配物理状态力学特性土的固体颗粒

第二节土的三相组成粒径级配(1)漂石或块石组(2)卵石（碎石）组(3)砾石(4)砂粒组(5)粉粒组(6)粘粒组

筛分法

密度计法

粗颗粒细颗粒颗粒大小粒组

按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径巨粒粗粒细粒第二节土的三相组成巨大的砾石—漂石圆砾、砂粒、粉粒黏粒扫描电镜粗粒土(无粘性土)特征细粒土(粘性土)特征孔隙大、透水性强，毛细上升，高度很小，既无可塑造性，也无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。

主要由原生矿物、次生矿物组成，孔隙很小，透水性极弱，毛细上升高度较高，有可塑性、胀缩性，强度较低。

粗粒土与细粒土

筛分法它是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的重量，然后计算相应的百分数。

比重计法:利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度

曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况

d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、30%和60%时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu＜5的土视为级配不良的土；Cu＞10的土视为级配良好的土

对于砾类土或砂类土，同时满足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好级配砂或良好级配砾

粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：

Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：

Cc=1~

3,

级配连续土；Cc>3或Cc<1,

级配不连续土;4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土第二节土的三相组成原生矿物次生矿物有机质不可溶的

可溶的

腐植质

泥炭

粘土矿物

倍半氧化物

次生氧化物

难溶盐中溶盐易溶盐

矿物原生矿物

石英、长石、云母等次生矿物

主要是粘土矿物，包括三种类型

高岭石、伊里石、蒙脱石黏土矿物:由硅片和铝片构成的晶包所组合而成矿物第二节土的三相组成蒙脱石粘土矿物高岭石伊利石蒙脱石硅片的结构第二节土的三相组成铝片的结构第二节土的三相组成黏粒的带电性质研究表明：黏土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷

第二节土的三相组成颗粒形状原生矿物

圆状、浑圆状、棱角状次生矿物

针状、片状、扁平状第二节土的三相组成土中水第二节土的三相组成矿物成分水

孔隙中的水

结晶水

沸石水

液态水

固态水

气态水

结合水

非结合水

强结合水

弱结合水

毛细水

重力水

强结合水

排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发弱结合水

位于强结合水之外，电场引力作用范围之内外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性结合水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管毛细水土中毛细现象分析对象:水柱πr2hcγw=2πrTcosα

上升高度:毛细升高与孔径成反比黏土粉土砂土砾石毛细压力分析对象:水膜2πrTcosα+ucπr2=0

假定α=0,毛细压力

非饱和土中毛细张力影响对砂土强度的影响:毛细边角水,假凝聚力第二节土的三相组成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

第三节土的结构和构造

一、土的结构

二、土的构造第三节土的结构和构造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

第三节土的结构和构造粗粒土：单粒结构粉土：蜂窝结构单粒结构：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，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态

蜂窝结构：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，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构第三节土的结构和构造絮状结构：海水絮状结构：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，形成孔隙较大的絮状结构

第三节土的结构和构造土的构造同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。

层