[工學(xué)]2土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

1、地質(zhì)勘查專業(yè)根底課程地質(zhì)勘查專業(yè)根底課程河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院Institute of Resources & Environment, HPU 第一章第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造第一節(jié)第一節(jié) 土的粒度成分土的粒度成分第二節(jié)第二節(jié) 土的礦物成分土的礦物成分第三節(jié)第三節(jié) 土中的水和氣體土中的水和氣體第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造第一章第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 土是地殼外表最主要的組成物質(zhì)、是巖石土是地殼外表最主要的組成物質(zhì)、是巖石圈表層在漫長的地質(zhì)年代里，經(jīng)受各種復(fù)雜的圈表層在漫長的地質(zhì)年代里，經(jīng)受

2、各種復(fù)雜的地質(zhì)作用所形成的松軟物質(zhì)。分布在我國大局地質(zhì)作用所形成的松軟物質(zhì)。分布在我國大局部地區(qū)的土形成于新近紀(jì)或第四紀(jì)時期，其成部地區(qū)的土形成于新近紀(jì)或第四紀(jì)時期，其成因類型、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不同，因而具因類型、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不同，因而具有不同的地質(zhì)性質(zhì)。有不同的地質(zhì)性質(zhì)。土是由土是由固體相、液體相、固體相、液體相、氣體氣體相組成的三相體系。相組成的三相體系。固體相指土中的固體相指土中的礦物顆粒礦物顆粒，簡稱土粒。它構(gòu)成土的骨簡稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為架，稱為土骨架。土骨架。 氣體相由空氣和其它氣體構(gòu)成，占據(jù)著未被水充填的氣體相由空氣和其它氣體構(gòu)成，占據(jù)著未被水充填的局部孔隙。

3、三者相互聯(lián)系，共同制約著土的工程性質(zhì)。局部孔隙。三者相互聯(lián)系，共同制約著土的工程性質(zhì)。 液體相由水溶液組成，局部或全部地充填于粒間孔隙液體相由水溶液組成，局部或全部地充填于粒間孔隙內(nèi)?？煞譃閺娊Y(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水等。內(nèi)。可分為強結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水等。第一章第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 一、粒徑和粒組劃分一、粒徑和粒組劃分 土的粒度成分指土中各種粒徑大小土粒的相土的粒度成分指土中各種粒徑大小土粒的相對含量。對含量。 土粒的大小通常以其平均直徑的大小來表示，土粒的大小通常以其平均直徑的大小來表示，簡稱為粒徑，又稱粒度，以簡稱為粒徑，又稱粒度，以

4、mmmm為單位。為單位。 將工程地質(zhì)性質(zhì)相似土粒歸并成組，按其粒將工程地質(zhì)性質(zhì)相似土粒歸并成組，按其粒徑大小分為假設(shè)干組別，這種大小相近，性徑大小分為假設(shè)干組別，這種大小相近，性質(zhì)相似的組別稱為粒組?；蛄＜?，粒組就是質(zhì)相似的組別稱為粒組?；蛄＜?，粒組就是一定的粒徑區(qū)段，以一定的粒徑區(qū)段，以mmmm表示。表示。 第一節(jié)第一節(jié) 土的粒度成分土的粒度成分粒組粒組統(tǒng)稱統(tǒng)稱粒組名稱粒組名稱粒徑粒徑d范圍（范圍（mm） 分析分析方法方法 主主 要要 特特 征征巨巨 粒粒漂石（塊石）粒漂石（塊石）粒 d200 直接直接測定測定 主要為巖石碎塊，透水性很主要為巖石碎塊，透水性很大，壓縮性極低，無可塑性大，壓縮

5、性極低，無可塑性和脹縮性，強度較高，顆粒和脹縮性，強度較高，顆粒間無粘結(jié)，無毛細(xì)性。間無粘結(jié)，無毛細(xì)性。卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒 20d200 粗粒粗粒礫礫粒粒 粗礫粗礫 10d20 篩篩 分分 法法 主要為原生礦物顆粒，孔隙主要為原生礦物顆粒，孔隙較大，透水性大，壓縮性小，較大，透水性大，壓縮性小，強度較高，無可塑性和脹縮強度較高，無可塑性和脹縮性，無粘性，有一定毛細(xì)性。性，無粘性，有一定毛細(xì)性。中礫中礫5d10細(xì)礫細(xì)礫2d5砂砂粒粒 粗砂粗砂0.5d2 中砂中砂 0.25d0.5 細(xì)砂細(xì)砂0.25d0.1 細(xì)粒細(xì)粒粉粒粉粒 0.005222-2-0.50.50.5-0.5-0.250.

6、250.25-0.25-0.0750.0750.075-0.075-0.0050.0050.005 Cu 5 時稱為級配良好的不均粒土，時稱為級配良好的不均粒土，Cu 5 Cu N2O2H2，因而導(dǎo)致，因而導(dǎo)致CO2在土中相在土中相對含量可高達(dá)對含量可高達(dá)10%，而，而CO2在大氣中僅占在大氣中僅占0.03%。 土中氣體按存在狀態(tài)分為吸附氣、游土中氣體按存在狀態(tài)分為吸附氣、游離氣和密閉氣體。離氣和密閉氣體。第三節(jié)第三節(jié) 土中的水和氣體土中的水和氣體n 一、土的結(jié)構(gòu)一、土的結(jié)構(gòu)n 1 1、定義：是指組成土的土粒大小、形狀、外、定義：是指組成土的土粒大小、形狀、外表特征，土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排

7、列情況，表特征，土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排列情況，其中包括顆?；蚣象w間的距離、孔隙大小及其其中包括顆?；蚣象w間的距離、孔隙大小及其分布特點。分布特點。n 2 2、種類、種類土的結(jié)構(gòu)分為兩類：土的結(jié)構(gòu)分為兩類：n 1 1巨粒土及粗粒土的結(jié)構(gòu)類型巨粒土及粗粒土的結(jié)構(gòu)類型n 單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)凡粗顆粒土凡粗顆粒土( (如卵石和砂土如卵石和砂土) )，在，在沉積過程中，每一個顆粒在自重作用下單獨下沉沉積過程中，每一個顆粒在自重作用下單獨下沉并到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。并到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。u2 2細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)類型細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)類型u 蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)當(dāng)土顆粒較細(xì)當(dāng)土顆粒較細(xì)( (粒粒徑在徑在) )時，在水中單個下沉，碰

8、到已沉?xí)r，在水中單個下沉，碰到已沉積的土粒，因土粒之間的分子引力大于積的土粒，因土粒之間的分子引力大于土粒自重，那么下沉的土粒被吸引不再土粒自重，那么下沉的土粒被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 絮狀結(jié)構(gòu)二級蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)二級蜂窩結(jié)構(gòu)那些粒徑極細(xì)的粘土顆粒那些粒徑極細(xì)的粘土顆粒(粒徑小于粒徑小于)在在水中長期懸浮，這種土粒在水中運動，相互碰撞而吸引逐漸形成小鏈環(huán)狀的土水中長期懸浮，這種土粒在水中運動，相互碰撞而吸引逐漸形成小鏈環(huán)狀的土集粒，質(zhì)量增大而下沉，當(dāng)一個小鏈

9、環(huán)碰到另一小鏈環(huán)時相互吸引，不斷擴大集粒，質(zhì)量增大而下沉，當(dāng)一個小鏈環(huán)碰到另一小鏈環(huán)時相互吸引，不斷擴大形成大鏈環(huán)，稱為絮狀結(jié)構(gòu)。因小鏈環(huán)中已有孔隙，大鏈環(huán)中又有更大的孔隙形成大鏈環(huán)，稱為絮狀結(jié)構(gòu)。因小鏈環(huán)中已有孔隙，大鏈環(huán)中又有更大的孔隙，形象地稱為二級蜂窩結(jié)構(gòu)。，形象地稱為二級蜂窩結(jié)構(gòu)。蜂窩狀結(jié)構(gòu)蜂窩狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)非均粒團聚結(jié)構(gòu) 4巨粒土與粗粒土的結(jié)構(gòu)類型巨粒土與粗粒土的結(jié)構(gòu)類型 粗粒土的結(jié)構(gòu)主要為單粒結(jié)構(gòu)。根據(jù)顆粒間的排列接觸關(guān)系粗粒土的結(jié)構(gòu)主要為單粒結(jié)構(gòu)。根據(jù)顆粒間的排列接觸關(guān)系可分為松散結(jié)構(gòu)和密實結(jié)構(gòu)。可分為松散結(jié)構(gòu)和密實結(jié)構(gòu)。 由于粗、細(xì)顆粒含量的不同，有粗石狀結(jié)構(gòu)和假斑狀結(jié)構(gòu)兩由

10、于粗、細(xì)顆粒含量的不同，有粗石狀結(jié)構(gòu)和假斑狀結(jié)構(gòu)兩種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)。種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)。 粗石狀結(jié)構(gòu)的土具有較高的強度，而其透水性那么取決于粒粗石狀結(jié)構(gòu)的土具有較高的強度，而其透水性那么取決于粒間孔隙的充填程度及充填物的性質(zhì)。間孔隙的充填程度及充填物的性質(zhì)。 假斑狀結(jié)構(gòu)土的性質(zhì)主要取決于組成土的細(xì)粒物質(zhì)的特點。假斑狀結(jié)構(gòu)土的性質(zhì)主要取決于組成土的細(xì)粒物質(zhì)的特點。 第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 3土粒間的連結(jié)關(guān)系土粒間的連結(jié)關(guān)系 1接觸連結(jié)，是指顆粒之間的直接接觸，接觸點上的連結(jié)接觸連結(jié)，是指顆粒之間的直接接觸，接觸點上的連結(jié)強度主要來源于外加壓力所帶來的有效接觸壓力。這種連強度主要

11、來源于外加壓力所帶來的有效接觸壓力。這種連結(jié)方式在砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存在。結(jié)方式在砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存在。 2膠結(jié)連結(jié)，是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒膠結(jié)連結(jié)，是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒膠結(jié)連結(jié)在一起。膠結(jié)連結(jié)在一起。 3結(jié)合水連結(jié)，是指通過結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來結(jié)合水連結(jié)，是指通過結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來的連結(jié)形式，又叫水膠連結(jié)，這種連結(jié)在一般粘性土中普的連結(jié)形式，又叫水膠連結(jié)，這種連結(jié)在一般粘性土中普遍存在。遍存在。 4冰連結(jié)冰連結(jié)第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 5 5工程性質(zhì)工程性質(zhì)單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)由于土粒排列緊密，強度大

12、，壓縮性小，是良好的天然地基由于土粒排列緊密，強度大，壓縮性小，是良好的天然地基當(dāng)土粒沉積速度快，如洪水沖積形成的砂層和礫石層，往往形當(dāng)土粒沉積速度快，如洪水沖積形成的砂層和礫石層，往往形成疏松的單粒結(jié)構(gòu)，由于土孔隙大，土粒骨架不穩(wěn)定，當(dāng)受到動力成疏松的單粒結(jié)構(gòu)，由于土孔隙大，土粒骨架不穩(wěn)定，當(dāng)受到動力荷載或其它外力作用時，土粒容易移動而趨于緊密，同時產(chǎn)生很大荷載或其它外力作用時，土粒容易移動而趨于緊密，同時產(chǎn)生很大的變形。因此，未經(jīng)處理的這種土層，一般不宜作建筑物的地基。的變形。因此，未經(jīng)處理的這種土層，一般不宜作建筑物的地基。如果飽和疏松的土是由細(xì)砂?；蚍凵傲ＫM成，在強烈的振動如果飽和疏

13、松的土是由細(xì)砂?；蚍凵傲ＫM成，在強烈的振動作用下，土的結(jié)構(gòu)會突然破壞變成流動狀態(tài)，引起所謂砂土作用下，土的結(jié)構(gòu)會突然破壞變成流動狀態(tài)，引起所謂砂土“液化液化現(xiàn)象，在地震區(qū)將會引起震害現(xiàn)象，在地震區(qū)將會引起震害第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)由于顆粒間存在大量微細(xì)孔隙，其壓縮性大、強度低、透水性弱。又因土粒之間的聯(lián)結(jié)較弱且不甚穩(wěn)定，在受擾力作用下(如施工擾動影響)，土粒接觸點可能脫離，局部結(jié)構(gòu)遭受破壞，土的強度會迅速降低。不可用作天然地基。以上三種結(jié)構(gòu)中，以密實的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好。第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造2 2、土的構(gòu)造定義、土的構(gòu)造定義同一

14、土層中，土顆粒之間相互關(guān)系的特同一土層中，土顆粒之間相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造。征稱為土的構(gòu)造。種類種類土的構(gòu)造常見的有以下幾種：土的構(gòu)造常見的有以下幾種： 層狀構(gòu)造層狀構(gòu)造土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層一層互相平行。為細(xì)粒土的一個重要特征。理，一層一層互相平行。為細(xì)粒土的一個重要特征。 分散構(gòu)造分散構(gòu)造土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，如砂與卵土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，如砂與卵石層為分散構(gòu)造。石層為分散構(gòu)造。 結(jié)核狀構(gòu)造結(jié)核狀構(gòu)造在細(xì)粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含在細(xì)粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含姜石的粉質(zhì)粘土、含礫石的冰磧粘土等，均

15、屬結(jié)核狀構(gòu)造。姜石的粉質(zhì)粘土、含礫石的冰磧粘土等，均屬結(jié)核狀構(gòu)造。裂隙狀構(gòu)造裂隙狀構(gòu)造土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，某些硬塑或土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，某些硬塑或堅硬狀態(tài)的粘土為此種構(gòu)造。堅硬狀態(tài)的粘土為此種構(gòu)造。第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造工程性質(zhì)工程性質(zhì)分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好；分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好；結(jié)核狀構(gòu)造工程性質(zhì)的好壞取決于細(xì)粒土局結(jié)核狀構(gòu)造工程性質(zhì)的好壞取決于細(xì)粒土局部；部；裂隙狀構(gòu)造中，裂隙破壞了土的整體性，使裂隙狀構(gòu)造中，裂隙破壞了土的整體性，使強度降低，滲透性增大，工程性質(zhì)差。強度降低，滲透性增大，工程性質(zhì)差。第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造小 結(jié)u1、土的粒度成分；u2、土的礦物成分；u3、土中的水和氣體；u4、土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。u5、對工程性質(zhì)的影響。 實話實說實話實說u 教科書中所寫的和老師所講的未必都是真理教科書中所寫的和老師所講的未必都是真理質(zhì)疑比盲從更理性質(zhì)疑比盲從更理性u 教科書中未寫的和老師未講的未必都是不重要教科書中未寫的和老師未講的未必都是不重要的的知識在不斷更新知識在不斷更新u 你將教科書中所寫的和老師所講的都背下來了你將教科書中