第章土的物质组成贵大说课材料

第一章土的物质组成廖义玲1.1概述

土粒水气固相液相气相构成土骨架，起决定作用重要影响次要作用一、土的三相体系土中不同大小颗粒的组合，也就是各种不同粒径的颗粒在土个的相对含量，称为粒度成分。组成土中各种土粒的矿物种类及其相对含量称为土的“矿物成分”。组成土的固体相和液体相部分(有时也包括气体部分)的化学元素、化合物的种类以及它们之间的相对含量，称为土的“化学成分”。1.2土的粒度成分一、颗粒大小（粒组）土的粒度成分是指土中各种大小土粒的相对含量。自然界中，组成土体骨架的土粒，大小悬殊、性质各异。土粒的大小通常以其平均宜径的大小来表示，简称粒径，又称粒度，以“毫米”为单位。为了便于研究土中各种大小土粒的相对含量，及其与土的工程地质性质的关系，有必要将工程地质性质相似的土粒归并成组，按其粒径的大小分为若干组别。这种大小相近、性质相似的组别称粒组，或称粒级。每个粒组都以土粒直径的两个数值作为其上下限，并且给予适当的名称。

目前，我国广泛应用的粒组划分方案如表l-1所示。dmm卵石砾石砂粒粉粒粘粒胶粒6020.050.0050.0020.250.5520粗中细粗中细极细0.1粗粒土细粒土界限粒径二、粒度成分测试方法

土的粒度成分，通常以各粒组的质量百分率来表示，说明各粒级的分配情况，也称颗粒级配。在工程实践中，将士按粒度成分分类，用来大致判别土的工程地质性质，进行工程地质调查，确定土体成因类型；编制地质岩性图、剖面图时也需粒度分析的资料。这就有必要对土进行粒度分析，或称颗粒分析，分离出土中各个粒组，并测定其相对含量。

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

水分法

粗颗粒细颗粒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。

水分法常用比重计法: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。斯托克斯公式目前测定细粒土的粒度成分的方法有虹吸比重瓶法、移液管法、比重计法等。各种访法的仪器设备有其自身的特点，而它们的基本原理均建立在斯托克斯定律的基础上。三、粒度成分表示方法常用的表示方法有列表法、累计曲线法及三角图法。

列表法：将粒度分析的成果，用表格的形式表达。列表法可以清楚地用数量说明土样各粒组的含量；但对于大量土样进行对比时，比较困难，不能获得直观的概念。

累计曲线法：以粒径d为横坐标，以该粒径的累计百分含量Xd为纵坐标，在此直角坐标系中表不两者的关系曲线称累计曲线。累计曲线的坐标系有两种类型：一种是自然数坐标系，另一种是半对数坐标。半对数坐标累计曲线图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

d10也称有效粒径，其物理意义是：由一种粒径土组成的理想均粒土，如与另一个非均粒土具有相等的透水性，那么这个均粒土的粒径应与这个非均粒土的置d10大致相等。因此认为d10是土中最具有代表性的粒径。它常见于机械潜蚀、透水性、毛细性等的经验公式中。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

三角图法：在一等边三角形中，以一个点表示一个土样的粒度成分，这就有可能将大量土样的粒度成分表示在一张图上，克服了曲线法的不足。

用三角图表示土的粒度成分的中心问题是将土粒划分成三大粒组，三角形的三个顶角分别表示三大粒组。最常用的是以0.075mm及0.005mm为两个界限值，将全部土粒划分为砾砂组、粉粒组及粘粒组等三大粒组。该方案适用于细粒土的分类。粗粒土的分类则以2mm及0.075mm为界限值，将全部土粒分成卵砾组、砂粒组及粉粘粒组。这样，三角图就有可能把所有自然界和人工的土类表示出来。四、土按粒度和级配的分类土按粒度成分的分类简称土的粒度分类。粗粒土的工程地质性质主要决定于含量占优势的那些粒组；细超土中粘粒的含量起主导作用。因为粘粒比表面积大，表面活动性强，与孔隙溶液的相互仍用，表现得特别灵敏，这种相互作用决定着细粒土的工程地质性质。所以在细粒土中粘超组合量比砂粒组、粉粒组的含量更为重要。因此，按粒度成分对土进行分类时，首先必须考虑这些对土的性质起主导作用的粒组，确定其使土的性质产生质变的含量变化分界值，什为土的大类划分依据；而后，再考虑其它粒组的含量变化对上的性质的影响情况，进行更详细的分类。总之，按粒度成分具体划分土的类型和种类时，其划分原则和确定各粒组含量的分界值，必须符合土的性质随粒度成分变化的客观规律。这样，同一类型的土才能具有相似的工程地质性质。1.3土的矿物成分

一、土的矿物成分类型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、蒙脱石蒙脱石高岭石伊利石蒙脱石二、土的矿物成分与粒组的关系

卵砾石组一般是由物理风化形成的岩石碎块(呈棱角状的块石、碎石、角砾等)组成。砂粒组的矿物成分主要是原生矿物，在较细粒中也有次生矿物。粉粒组往往是由抗风化能力较强的矿物，如石英组成。粘粒组的矿物成分几乎都是由次生矿物与腐殖质组成的。粘土矿物:由硅片和铝片构成的晶包所组合而成硅片的结构铝片的结构1.4土的化学成分

土的化学成分是指组成土的固相、液相和气相中的化学元素、化合物的种类及其相对含量。但一般不研究气体相的化学成分，只是在特殊情况下，如当土体中有害气体影响坑道的掘进时才加以讨论。土中含有大量的氧、硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钦等元素，此外，还有微量元素硫、磷、锰、铜、锌等。这些元素均以化合物的形式存在于土中。对土的固体相的化学成分，主要是研究不可溶性次生矿物和可溶盐的化学成分。研究固体相的化学成分，主要目的是判断主要粘土矿物成分，或检验其它方法鉴定结果。测定固体相化学成分的方法称为全量化学分析法(粘土矿物全量分析法)。全分析的成果以各元素的氧化物之百分含量来表示。土的液相化学成分主要是易溶盐类、中溶盐类。当土干燥时，易溶盐呈固态，起着胶结土粒的作用。当土中含有较多的水分时，易溶盐则溶解成离子，溶液中的阳离子成分必将影响着土的工程地质性质；由此可见，研究液体相约化学成分具有一定的实际意义。土中液体相化学成分，即可溶盐的化学成分，可用提取液的方法测定。难溶盐的含量可用气量法或重量法测定；中溶盐含量可用硫酸钡重量法测定；有机质含量可用重铬酸钾法测定。1.5土中的水

一、土中水的工程分类重力水

土中水矿物成分水

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

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粘土粉土砂土砾石毛细压力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,假凝聚力重力水分布在毛细水层以外，存在于较粗大的孔隙中。水分子不受土粒表面静电引力的影响，具有自