1、第1章 土的组成,第1章 土的组成,土广泛存在于地表，工程性质差别大：土的成分与结构导致，取决于土的成因； 土是岩石风化的产物，主要是物理风化和化学分化； 根据成因分为七类土； 土具有散体性、多相性、自然变异性。 土中固体颗粒的及颗粒级配分析、土中水、土中气、粘土颗粒与水的相互作用、土的结构与构造。,第1章 土的组成,掌握：土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、三种亲水性粘土矿物、土中水类型； 熟悉：矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水的相互作用，土的三种微观结构、土的层理构造、裂隙及大孔隙等宏观结构； 了解：土中气在细粒土中的作用。,土的来源,1.1 概述,土的形成：地质历史的产物，是地球表面的整
2、体岩石在大气中经受自然力和自然环境的长期风化作用形成。 反向过程：土经过很长的地质年代，发生复杂的物理化学变化，逐渐压密、岩化，最终又可形成岩石。循环演变：岩石土岩石土。重复进行。地质概念：第四纪地质：（1）更新世：从2588000年前到12000年前 （2）全新世：12000年前至现在新近代沉积土：第四纪全新世中近期（文化期以来）沉积的土层。一般呈欠固结状态，具有较高的压缩性和较低的强度，结构不稳定（GB50021-2001规范）。,1.1.1 土的生成和演变,（1）物理风化 地质构造力；温度变化；冰冻作用；碰撞作用 颗粒大小发生改变，化学成分保持不变。 （2）化学风化 水解作用；水化作用；
3、氧化作用；溶解作用 矿物化学成分变化，形成次生矿物。正长石 高岭石(水解 ) （3）生物风化植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用 动植物或人类活动的影响。,1.1.2 风化作用,小结：（1）物理风化（2）化学风化（3）生物风化,需要注意：a、上述风化作用常常是同时存在的。b、不同地区，自然条件不同，风化作用有主次。c、风化作用由地表向下逐渐减弱,1.1.3 不同生成条件下土的特点1. 残积土 概念：母岩经风化作用破碎成为岩屑或细小颗粒，残留原地。 特点：颗粒表面粗糙、多棱角、粗细不均、无层理。2. 搬运土 概念：风化所形成的土颗粒，受自然力作用，搬运到远近不同的地点沉积。 特点：颗粒经滚动和
4、摩擦作用而变圆滑。受水流等自然力的分选作用而形成不同的层次，粗颗粒下沉快，细颗粒下沉慢。,搬运土分类：坡积土 风积土 冲积土 洪积土 湖泊沼泽沉积土 海相沉积土 冰积土,1.1.4 土的沉积与成岩作用成岩作用：土经过搬运和沉积，经过一系列变化，最后固结成坚硬的岩石(沉积岩)。几种作用：压固脱水、胶结、重结晶沉积岩。(见图1-1),图1-1 土与岩石的相互转化,1.1.5 土的物质组成：散体，多相，变异,1.2 土中固体颗粒（土的固相）1. 粒组的划分和颗粒级配曲线 （1）几个基本概念 粒度:土粒的大小称为粒度。 粒度成分：不同粒径颗粒的相对含量。 粒组：大小相近的土粒合并为组。 a、粒组间的分
5、界线是人为划定的; b、划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应; c、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。 d、表2-1给出国内常用的粒组划分方法。,表2-1 粒组的划分,（2）颗粒级配和颗粒分析试验,a. 筛分法：适用于粒径大于0.075mm的粗颗粒土。,图6 摆筛图,筛分法： 适用于粒径大于0.075mm的土,适用于粒径小于0.075mm的细颗粒土。斯托克斯(stokes)定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比。 c. 综合分析筛分法和密度计法结合,密度计法：,比重计法： 适用于粒径小于0.075mm的土,（3）颗粒级配曲线,用半对数纸表示颗粒级配曲线 横坐标(按对数比例尺)：表示某
6、一粒径（d）； 纵坐标：表示小于某一粒径的土粒百分含量（%）。,由颗粒级配曲线可知道某一粒径范围的百分含量！ 问题：如何判断级配的好坏？,两个指标表示大小、均匀程度及其级配情况 不均匀系数：,d60（限定粒径）小于该粒径的含量占总量的60%d10（有效粒径）小于该粒径的含量占总量的10%,该指标考虑了大颗粒和小颗粒含量的差异； Cu愈大，颗粒愈不均匀；,d30（连续粒径）小于该粒径的含量占总量的30%,曲率系数：,该指标考虑了中间粒径的影响； Cc大于3，曲率变化快，土均匀； Cc小于1，曲率变化平缓，中间颗粒少；,a、级配良好土：曲线光滑连续，不存在平台段，坡度平缓满足Cu5及Cc=1-3两
7、个条件（图2-2的B土曲线）,（4）土级配优劣的标准,图1-2 土的颗粒级配曲线,b、级配不良土：级配曲线坡度陡峭，粗细颗粒均匀；级配曲线存在平台段，即存在不连续粒径。不能同时满足Cu5及Cc=1-3两个条件（图2-2的C土和A土曲线）,图1-2 土的颗粒级配曲线,颗粒分析试验曲线,例1-1：取天然土样500g，试用筛分法测定其粒组含量。例题2.1 粗粒部分筛分试验结果,图1-3 细颗粒土试验结果,土的矿物成分与粒组关系（图1-4）,图1-6 土的矿物成分与粒组的关系,铁、铝是磷矿中常见的三价金属杂质,通常称为倍半氧化物,水云母族(也称伊利石族)矿物的总称,1.3.1土中的水,土中水的含量明显
8、地影响土的性质(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水,1.结合水,强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体,弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱,2.自由水,存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传递水压力，冰点为0，有溶解能力,以两种形式存在：毛细水、重力水,结合水示意图,电泳和电渗,毛细管水上升高度的影响因素,孔隙大小和形状粒径尺寸水的表面张力,1.3.2 土中气体,土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非
9、封闭气体和与大气不连通的封闭气体,1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大,2.封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时,1.4 粘土颗粒与水的相互作用,蒙脱石：吸水膨胀特性最明显 高岭石: 其次 伊利石：最小,1.5.1 土的结构,在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关,1.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
10、松状态和密实状态,2.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,3.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,1.5土的结构性,土的结构性： 指土的物质组成(主要指土粒，也包括孔隙)的空间相互排列，以及土粒间的联结特征的综合。 土结构的影响： 对土的物理力学性质有重要的影响。 土结构的变化和意义： 土的结构在形成过程中及形成之后，当外界条件变化时都会使土的结构发生变化。,1.5.2、土的构造,土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性,1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层特征,2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物,
