1第一章土的組成-課件

第一章土的組成防災(zāi)工程系王振宇第一章土的組成防災(zāi)工程系土的組成1.1土的概念及基本特征1.2土的生成1.3土的組成土的組成1.1土的概念及基本特征1.2土的生成1.31.1土的概念及基本特征概念：土是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。而土歷經(jīng)壓密固結(jié)、膠結(jié)硬化也可再生成巖石。土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)。

巖石風化（物理、化學）作用巖石破碎化學成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的顆粒集合體（土）

1.1土的概念及基本特征概念：土是連續(xù)、堅固的巖石在風

1.2土的生成

物理風化化學風化生物活動巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎是顆粒大小發(fā)生量的變化礦物成分與母巖相同，稱原生礦物（石英、長石等）產(chǎn)生無粘性土1.2土的生成物理風化巖石和土的粗顆

1.2土的生成母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化礦物成分與母巖不同，稱次生礦物（蒙脫石、伊利石）形成十分細微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類

物理風化化學風化生物活動1.2土的生成母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)

1.2土的生成包括植物、動物和土壤微生物的作用可加劇物理和化學風化構(gòu)成土中有機質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的生物循環(huán)導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變土壤的結(jié)構(gòu)

物理風化化學風化生物活動1.2土的生成包括植物、動物和土壤微生土巖石風化、搬運、沉積地質(zhì)作用1.2土的生成土巖石風化、搬運、沉積地質(zhì)作用1.2土的生成1.2土的生成地質(zhì)作用：導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用，稱為地質(zhì)作用。地質(zhì)作用內(nèi)力地質(zhì)作用外力地質(zhì)作用1.2土的生成地質(zhì)作用：導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用內(nèi)力地質(zhì)作用是由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等，引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用，如巖漿活動、地殼運動。1.2土的生成外力地質(zhì)作用是由于太陽輻射能和地球重力位能所引起的地質(zhì)作用。它包括氣溫的變化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、風、生物等的作用，對地殼不斷地進行侵蝕，使地表形態(tài)發(fā)生變化、形成新的產(chǎn)物。土的形成條件，常見的成因類型如下：內(nèi)力地質(zhì)作用是由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的1殘積土殘留在原地未被搬運的那一部分風化產(chǎn)物。①顆粒不能被磨圓或分選。②殘積物與基巖之間沒有明顯界限，其礦物成分很大程度上與下臥基巖一致。③由于殘積物均質(zhì)性很差，顆粒多為棱角狀的粗顆粒土，孔隙度較大，作為建筑物地基容易引起不均勻沉降。1.2土的生成1殘積土1.2土的生成２．坡積土

雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風化產(chǎn)物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。

①自上而下呈現(xiàn)由粗而細的分選現(xiàn)象。其礦物成分與下臥基巖沒有直接關(guān)系。②由于組成物質(zhì)粗細顆?；祀s，土質(zhì)不均，厚度變化大。新近堆積物，土質(zhì)疏松，壓縮性較大。是不良的地質(zhì)條件。1.2土的生成２．坡積土雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風化產(chǎn)物緩慢地洪積扇群

由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕、搬運能力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質(zhì)堆積于山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積物。

離山越遠，顆粒越細，分布范圍逐漸擴大。其地貌特征是靠山近處窄而陡，離山遠處寬而緩，形如錐體，故稱為洪積錐（扇）。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。3.洪積土1.2土的生成洪積扇群由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石層6.石灰?guī)r層土的層理構(gòu)造

洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用呈現(xiàn)漸變現(xiàn)象,但由于搬運距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，堆積物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則的層理構(gòu)造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀?？拷降鼗螂x山較遠地段的洪積物的承載力高，而過度地帶由于地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質(zhì)軟、承載力低。1.2土的生成2.淤泥夾粘1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥4.沖積土沖積土是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積土。其特點是呈現(xiàn)明顯的層理構(gòu)造，土顆粒上游較粗，下游較細，由于搬運作用顯著，碎屑物質(zhì)由帶棱角顆粒經(jīng)滾磨、碰撞逐漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運距離越長，則沉積土越細。分選性和磨圓度較好。典型的沖積物是形成于河谷內(nèi)的沉積物，可分為平原河谷沖積土和山區(qū)河谷沖積土、三角洲沉積土等。1.2土的生成Back平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥4.沖積1.2土的生成5．湖沉積土在湖泊及沼澤等極為緩慢流水或靜水條件下沉積下來的土，或稱淤積土，含有大量細微顆粒，常伴有生物化學作用形成的有機物，成為具有特殊性質(zhì)的淤泥或淤泥質(zhì)土。土的壓縮性高，強度很低。承載力極低，一般不宜作天然地基。1.2土的生成5．湖沉積土6．海積土按海水深度及海底地形，海洋可分為濱海帶、淺海區(qū)、陸坡區(qū)和深海區(qū)，相應(yīng)的四種海相沉積物性質(zhì)也各不相同。

濱海沉積物主要由卵石、圓礫和砂等組成，具有基本水平或緩傾的層理構(gòu)造，其承載力較高，但透水性較大。

淺海沉積物主要由細粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學沉積物（硅質(zhì)和石灰質(zhì)）組成，有層理構(gòu)造，較濱海沉積物疏松、含水量高、壓縮性大而強度低。

陸坡和深海沉積物主要是有機質(zhì)軟泥，成分均一。1.2土的生成6．海積土1.2土的生成7.風積土是指在干旱的氣候條件下，巖石的風化碎屑物被鳳吹揚，搬運一段距離后，在有利的條件下堆積起來的一類土。其顆粒磨圓度好，分選性好，土質(zhì)均勻，孔隙大，結(jié)構(gòu)松散，具有濕陷性。西北黃土就是典型的風積土。8．冰積土是由冰川或冰川融化的冰下水進行搬運堆積而成。顆粒粗細變化大，一般分選性極差，無層理，土質(zhì)不均。9．污染土1.2土的生成7.風積土1.2土的生成土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相構(gòu)成土體的骨架

起決定作用

土中水液相重要影響1.3土的組成氣相固相液相++土體土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相1.3土的組成1.3.1土的固體顆粒固體顆粒1.土粒的礦物成分原生礦物:母巖經(jīng)物理風化而成,如石英、云母、長石；次生礦物：母巖經(jīng)化學風化而成，如粘土礦物、鋁鐵氧化物、氫氧化物等。常見的粘土礦物有蒙脫石、伊里石、高嶺石；由于粘土礦物顆粒很細，比表面積很大，所以顆粒表面具有很強的與水作用的能力，因此，土中含粘土礦物愈多，則土的粘性、塑性和脹縮性也愈大。1.3土的組成1.3.1土的固體顆粒固1.土粒的礦粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙脫石三種類型。

硅片

鋁片SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡圖1.3土的組成粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙脫石三種類型。OH1-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片簡圖AlAl

硅片

鋁片1.3土的組成粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，粘土礦物典型電鏡照片:蒙脫石比表面積親水性158080001.3土的組成粘土礦物典型電鏡照片:蒙脫石比表面積親水性1580800粘土礦物的帶電性質(zhì)：實驗表明，片狀粘土顆粒表面常帶有負電荷。為什么片狀粘土顆粒帶有不平衡負電荷：①離解作用②吸附作用③同晶置換④邊緣斷裂----------------------++++粘土顆粒水分子陽離子粘土顆粒的帶電性玻璃筒玻璃皿水位升高粘土粒粘土+-粘土的電泳和電滲現(xiàn)象(列依斯,1809)1.3土的組成粘土礦物的帶電性質(zhì)：-------離土粒越近，電分子力越大，從而形成緊密吸附于土粒表面的固定層（強結(jié)合水）和在固定層外圍的擴散層(弱結(jié)合水)，固定層和擴散層中所含的陽離子與土顆粒表面的負電荷的電位相反，故稱為反離子，固定層和擴散層合稱為反離子層。反離子層與土粒表面的負電荷一起構(gòu)成雙電層。雙電層的概念：1.3土的組成離土粒越近，電分子力越大，從而形成緊密吸附于土粒表面的固定層1.3土的組成雙電層的概念：★擴散層水膜的厚度對粘性土的工程性質(zhì)影響很大，擴散層厚度大，土的塑性就大，膨脹與收縮性也大?！镫p電層厚度與礦物本身和外界條件有關(guān)：①如蒙脫石顆粒厚度小，形成的擴散層相對厚度大于高嶺石②水溶液中的陽離子的原子價位越高，它與土粒之間的的靜電引力愈強，平衡土粒表面負電荷所需陽離子數(shù)量愈少，擴散層愈薄③外部溫度升高，雙電層厚度就增大★工程實踐中用三價及二價離子（Mg2+、Ca2+

、Fe3+AI3+

）處理粘土，使擴散層中高價陽離子度增加，擴散層變薄，從而增加了土的強度與穩(wěn)定性，減少了膨脹性1.3土的組成雙電層的概念：★擴散層水膜的厚度對粘性土1.3土的組成

2.土粒粒度與粒組

在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒組成的，土的粒徑由粗到細逐漸變化時,土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。土粒的大小稱為粒度，用粒徑表示。將大小相近，性質(zhì)相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。常用200、60、2、0.075、0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫（角礫）顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。見下表。1.3土的組成粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒組粒徑d的范圍(mm)

漂石（塊石）粒d>200卵石（碎石）粒200d

>20

圓礫（角礫）粒20d

>2砂粒2d

>0.075

粉粒0.075d

>0.005粘粒d0.005表1.1土粒粒組劃分1.3土的組成細粒巨粒粗粒粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒組粒徑d的范圍(mm)漂石（塊石）3.土的粒度成分（顆粒級配）土粒大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各粒組占土?？偭康陌俜謹?shù)）來表示，稱為土的粒度成分（顆粒級配）。顆分試驗：（1）篩分法：粒徑>0.075mm。（2）沉降分析法：（比重計或移液管法）粒徑<0.075mm。顆分曲線：根據(jù)顆分試驗成果，可以繪制顆粒級配曲線。1.3土的組成3.土的粒度成分（顆粒級配）1.3土的組成1.3土的組成土壤分析篩粗篩：60、40、20、10、5、2mm細篩：2、1、0.5、0.25、0.075mm1.3土的組成土壤分析篩粗篩：60、40、20、10、105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536篩分法1.3土的組成

篩子（mm）10200g10P篩分法1.3土的組成篩子比重計法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計，在不同時刻測懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級配曲線。比重計法：適用于粒徑小于0.075mm的土

1.3土的組成比重計法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土1.3土的組成比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土1.31009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線1.3土的組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30:

中值粒徑不均勻系數(shù)：Cu=d60/d10

Cu>10級配良好Cu<5

級配不良—不均勻程度1.3土的組成顆粒級配量化指標1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545曲線愈陡，表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻，級配不良；曲線愈緩，表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級配良好。連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大1.3土的組成5≤Cu≤10Cc=1~3級配良好1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)1.3土的組成顆粒級配的描述:工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，視為良好級配砂或良好級配礫1.3土的組成顆粒級配的描述:工程上常用不均勻系數(shù)C結(jié)合水土中水液態(tài)水固態(tài)水：礦物晶體內(nèi)的結(jié)合水（結(jié)晶水），礦物的一部分，呈固態(tài)。自由水強結(jié)合水：緊靠土顆粒表面弱結(jié)合水：緊靠強結(jié)合水外圍重力水：能形成水壓力并能在土中流動的水，位于地下水位以下毛細水：受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水，存在于地下水位以上的透水層中。氣態(tài)水：土中氣的一部分由于電分子引力作用而緊密吸附于土粒表面的水1.3.2土中的水1.3土的組成結(jié)合水土中水液態(tài)水固態(tài)水：礦物晶體內(nèi)的結(jié)合水（結(jié)晶水），礦物1.固態(tài)水（結(jié)晶水）存在于礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（>105C）下，才能從礦物中吸出，故可把它視作礦物本身的一部分。2.結(jié)合水（強結(jié)合水、弱結(jié)合水）受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。01.3土的組成1.固態(tài)水（結(jié)晶水）01.3土的組成（1）強結(jié)合水：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，牢固地吸附于土粒表面，其性質(zhì)接近于固體具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度。（2）弱結(jié)合水：厚度較強結(jié)合水大，具有較高的粘滯度、抗剪強度，仍不能傳遞靜水壓力。當含量較多時，使土具有一定的可塑性。1.3土的組成粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水（1）強結(jié)合水：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，牢固地（3）自由水①重力水：地下水位以下，在土中流動的水，受重力作用，對土粒有浮力作用。②毛細水：地下水位以上由于水和空氣分界處彎液面上產(chǎn)生的表面張力作用，土中自由水從地下水位通過土的細小通道逐漸上升，形成毛細水。它不僅受重力作用而且還受到表面張力的支配。1.3土的組成hc毛細水重力水土中水–

自由水（3）自由水1.3土的組成hc毛細水重力水土中水–1.3土的組成r彎液面●由于毛細張力的作用，會形成如圖所示的彎液面，使毛細角邊水產(chǎn)生負壓力（水內(nèi)壓力小于大氣壓力），顆粒則受正壓力。使土粒之間由于這種毛細壓力而擠緊，土呈現(xiàn)出粘聚現(xiàn)象，這種力稱為毛細粘聚力。這是稍濕的砂土顆粒間存在假凝聚力的原因。在工程中，毛細水的上升高度和速度對建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸濕、凍脹有重要影響。1.3土的組成r彎液面●由于毛細張力的作用，會形成如圖自由氣體：與大氣連通的氣體對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體其體積與壓力

有關(guān)。在外力作用下，封閉氣體易溶解于水，外力卸除后又會重新釋放出來，使得土的彈性增加；阻塞滲流通道，降低滲透性可燃氣體：由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有機土中。1.3土的組成1.3.3土中氣體★土中含有更多的CO2，較多的N2，較少的O2，地下工程施工時應(yīng)注意氧氣的補給。自由氣體：與大氣連通的氣體對土的性質(zhì)影響不大1.3土的1.3土的組成1.3.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造集合體特征：土粒單元大小、礦物成分、形狀、相互排列及其關(guān)聯(lián)關(guān)系土的結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)）宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）：表征土的層理、裂隙及大孔隙等宏觀特征。水的性質(zhì)孔隙特征1.3土的組成1.3.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造集合體特征：土粒土的結(jié)構(gòu)基本類型1.土的結(jié)構(gòu)基本類型：單粒結(jié)構(gòu)；蜂窩結(jié)構(gòu)（粒徑0.075~0.005mm）；絮狀結(jié)構(gòu)（粒徑<0.005mm）。1.3土的組成單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)基本類型1.土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)；1.3土的組成單1.3土的組成土的構(gòu)造分為層理構(gòu)造、分散構(gòu)造和裂隙構(gòu)造。土的構(gòu)造1.3土的組成土的構(gòu)造分為層理構(gòu)造、分散構(gòu)造和裂隙構(gòu)造分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造1.3土的組成分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造1.3土的組成1.3土的組成研究土結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的工程意義：1.結(jié)構(gòu)和構(gòu)造直接影響土的物理力學性質(zhì)2.結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，地基承載力不同如：①無粘性土的單粒結(jié)構(gòu)：緊密單粒結(jié)構(gòu)可作為良好地基；疏松單粒結(jié)構(gòu)未經(jīng)處理不宜作建筑物地基②進行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，要充分利用土粒間的連接強度（結(jié)構(gòu)強度）③構(gòu)造同樣重要，如土的裂隙性對工程不利1.3土的組成研究土結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的工程意義：

土有三個組成部分：固相、液相和氣相

小結(jié)1.

固體顆粒2.土中水3.土中氣體

粒徑級配礦物成分顆粒形狀結(jié)合水(強結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細水)自由氣體封閉氣體1.3土的組成土有三個組成部分：固相、液相和氣相小結(jié)1.固體顆4.土的結(jié)構(gòu)：5.土的構(gòu)造：1.3土的組成單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)（粒徑0.075~0.005mm）絮狀結(jié)構(gòu)（粒徑<0.005）層理構(gòu)造分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造Back4.土的結(jié)構(gòu)：1.3土的組成單粒結(jié)構(gòu)層理構(gòu)造Back第一章土的組成防災(zāi)工程系王振宇第一章土的組成防災(zāi)工程系土的組成1.1土的概念及基本特征1.2土的生成1.3土的組成土的組成1.1土的概念及基本特征1.2土的生成1.31.1土的概念及基本特征概念：土是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。而土歷經(jīng)壓密固結(jié)、膠結(jié)硬化也可再生成巖石。土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)。

巖石風化（物理、化學）作用巖石破碎化學成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的顆粒集合體（土）

1.1土的概念及基本特征概念：土是連續(xù)、堅固的巖石在風

1.2土的生成

物理風化化學風化生物活動巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎是顆粒大小發(fā)生量的變化礦物成分與母巖相同，稱原生礦物（石英、長石等）產(chǎn)生無粘性土1.2土的生成物理風化巖石和土的粗顆

1.2土的生成母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化礦物成分與母巖不同，稱次生礦物（蒙脫石、伊利石）形成十分細微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類

物理風化化學風化生物活動1.2土的生成母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)

1.2土的生成包括植物、動物和土壤微生物的作用可加劇物理和化學風化構(gòu)成土中有機質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的生物循環(huán)導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變土壤的結(jié)構(gòu)

物理風化化學風化生物活動1.2土的生成包括植物、動物和土壤微生土巖石風化、搬運、沉積地質(zhì)作用1.2土的生成土巖石風化、搬運、沉積地質(zhì)作用1.2土的生成1.2土的生成地質(zhì)作用：導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用，稱為地質(zhì)作用。地質(zhì)作用內(nèi)力地質(zhì)作用外力地質(zhì)作用1.2土的生成地質(zhì)作用：導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用內(nèi)力地質(zhì)作用是由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等，引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用，如巖漿活動、地殼運動。1.2土的生成外力地質(zhì)作用是由于太陽輻射能和地球重力位能所引起的地質(zhì)作用。它包括氣溫的變化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、風、生物等的作用，對地殼不斷地進行侵蝕，使地表形態(tài)發(fā)生變化、形成新的產(chǎn)物。土的形成條件，常見的成因類型如下：內(nèi)力地質(zhì)作用是由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的1殘積土殘留在原地未被搬運的那一部分風化產(chǎn)物。①顆粒不能被磨圓或分選。②殘積物與基巖之間沒有明顯界限，其礦物成分很大程度上與下臥基巖一致。③由于殘積物均質(zhì)性很差，顆粒多為棱角狀的粗顆粒土，孔隙度較大，作為建筑物地基容易引起不均勻沉降。1.2土的生成1殘積土1.2土的生成２．坡積土

雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風化產(chǎn)物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。

①自上而下呈現(xiàn)由粗而細的分選現(xiàn)象。其礦物成分與下臥基巖沒有直接關(guān)系。②由于組成物質(zhì)粗細顆粒混雜，土質(zhì)不均，厚度變化大。新近堆積物，土質(zhì)疏松，壓縮性較大。是不良的地質(zhì)條件。1.2土的生成２．坡積土雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風化產(chǎn)物緩慢地洪積扇群

由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕、搬運能力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質(zhì)堆積于山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積物。

離山越遠，顆粒越細，分布范圍逐漸擴大。其地貌特征是靠山近處窄而陡，離山遠處寬而緩，形如錐體，故稱為洪積錐（扇）。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。3.洪積土1.2土的生成洪積扇群由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石層6.石灰?guī)r層土的層理構(gòu)造

洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用呈現(xiàn)漸變現(xiàn)象,但由于搬運距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，堆積物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則的層理構(gòu)造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀?？拷降鼗螂x山較遠地段的洪積物的承載力高，而過度地帶由于地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質(zhì)軟、承載力低。1.2土的生成2.淤泥夾粘1.表土層3.粘土尖滅層4.砂土夾粘土層5.礫石平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥4.沖積土沖積土是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積土。其特點是呈現(xiàn)明顯的層理構(gòu)造，土顆粒上游較粗，下游較細，由于搬運作用顯著，碎屑物質(zhì)由帶棱角顆粒經(jīng)滾磨、碰撞逐漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運距離越長，則沉積土越細。分選性和磨圓度較好。典型的沖積物是形成于河谷內(nèi)的沉積物，可分為平原河谷沖積土和山區(qū)河谷沖積土、三角洲沉積土等。1.2土的生成Back平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細砂粉質(zhì)粘土粉土黃土淤泥4.沖積1.2土的生成5．湖沉積土在湖泊及沼澤等極為緩慢流水或靜水條件下沉積下來的土，或稱淤積土，含有大量細微顆粒，常伴有生物化學作用形成的有機物，成為具有特殊性質(zhì)的淤泥或淤泥質(zhì)土。土的壓縮性高，強度很低。承載力極低，一般不宜作天然地基。1.2土的生成5．湖沉積土6．海積土按海水深度及海底地形，海洋可分為濱海帶、淺海區(qū)、陸坡區(qū)和深海區(qū)，相應(yīng)的四種海相沉積物性質(zhì)也各不相同。

濱海沉積物主要由卵石、圓礫和砂等組成，具有基本水平或緩傾的層理構(gòu)造，其承載力較高，但透水性較大。

淺海沉積物主要由細粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學沉積物（硅質(zhì)和石灰質(zhì)）組成，有層理構(gòu)造，較濱海沉積物疏松、含水量高、壓縮性大而強度低。

陸坡和深海沉積物主要是有機質(zhì)軟泥，成分均一。1.2土的生成6．海積土1.2土的生成7.風積土是指在干旱的氣候條件下，巖石的風化碎屑物被鳳吹揚，搬運一段距離后，在有利的條件下堆積起來的一類土。其顆粒磨圓度好，分選性好，土質(zhì)均勻，孔隙大，結(jié)構(gòu)松散，具有濕陷性。西北黃土就是典型的風積土。8．冰積土是由冰川或冰川融化的冰下水進行搬運堆積而成。顆粒粗細變化大，一般分選性極差，無層理，土質(zhì)不均。9．污染土1.2土的生成7.風積土1.2土的生成土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相構(gòu)成土體的骨架

起決定作用

土中水液相重要影響1.3土的組成氣相固相液相++土體土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相1.3土的組成1.3.1土的固體顆粒固體顆粒1.土粒的礦物成分原生礦物:母巖經(jīng)物理風化而成,如石英、云母、長石；次生礦物：母巖經(jīng)化學風化而成，如粘土礦物、鋁鐵氧化物、氫氧化物等。常見的粘土礦物有蒙脫石、伊里石、高嶺石；由于粘土礦物顆粒很細，比表面積很大，所以顆粒表面具有很強的與水作用的能力，因此，土中含粘土礦物愈多，則土的粘性、塑性和脹縮性也愈大。1.3土的組成1.3.1土的固體顆粒固1.土粒的礦粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙脫石三種類型。

硅片

鋁片SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡圖1.3土的組成粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙脫石三種類型。OH1-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片簡圖AlAl

硅片

鋁片1.3土的組成粘土礦物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，粘土礦物典型電鏡照片:蒙脫石比表面積親水性158080001.3土的組成粘土礦物典型電鏡照片:蒙脫石比表面積親水性1580800粘土礦物的帶電性質(zhì)：實驗表明，片狀粘土顆粒表面常帶有負電荷。為什么片狀粘土顆粒帶有不平衡負電荷：①離解作用②吸附作用③同晶置換④邊緣斷裂----------------------++++粘土顆粒水分子陽離子粘土顆粒的帶電性玻璃筒玻璃皿水位升高粘土粒粘土+-粘土的電泳和電滲現(xiàn)象(列依斯,1809)1.3土的組成粘土礦物的帶電性質(zhì)：-------離土粒越近，電分子力越大，從而形成緊密吸附于土粒表面的固定層（強結(jié)合水）和在固定層外圍的擴散層(弱結(jié)合水)，固定層和擴散層中所含的陽離子與土顆粒表面的負電荷的電位相反，故稱為反離子，固定層和擴散層合稱為反離子層。反離子層與土粒表面的負電荷一起構(gòu)成雙電層。雙電層的概念：1.3土的組成離土粒越近，電分子力越大，從而形成緊密吸附于土粒表面的固定層1.3土的組成雙電層的概念：★擴散層水膜的厚度對粘性土的工程性質(zhì)影響很大，擴散層厚度大，土的塑性就大，膨脹與收縮性也大?！镫p電層厚度與礦物本身和外界條件有關(guān)：①如蒙脫石顆粒厚度小，形成的擴散層相對厚度大于高嶺石②水溶液中的陽離子的原子價位越高，它與土粒之間的的靜電引力愈強，平衡土粒表面負電荷所需陽離子數(shù)量愈少，擴散層愈?、弁獠繙囟壬?，雙電層厚度就增大★工程實踐中用三價及二價離子（Mg2+、Ca2+

、Fe3+AI3+

）處理粘土，使擴散層中高價陽離子度增加，擴散層變薄，從而增加了土的強度與穩(wěn)定性，減少了膨脹性1.3土的組成雙電層的概念：★擴散層水膜的厚度對粘性土1.3土的組成

2.土粒粒度與粒組

在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒組成的，土的粒徑由粗到細逐漸變化時,土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。土粒的大小稱為粒度，用粒徑表示。將大小相近，性質(zhì)相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。常用200、60、2、0.075、0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫（角礫）顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。見下表。1.3土的組成粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒組粒徑d的范圍(mm)

漂石（塊石）粒d>200卵石（碎石）粒200d

>20

圓礫（角礫）粒20d

>2砂粒2d

>0.075

粉粒0.075d

>0.005粘粒d0.005表1.1土粒粒組劃分1.3土的組成細粒巨粒粗粒粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒組粒徑d的范圍(mm)漂石（塊石）3.土的粒度成分（顆粒級配）土粒大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各粒組占土?？偭康陌俜謹?shù)）來表示，稱為土的粒度成分（顆粒級配）。顆分試驗：（1）篩分法：粒徑>0.075mm。（2）沉降分析法：（比重計或移液管法）粒徑<0.075mm。顆分曲線：根據(jù)顆分試驗成果，可以繪制顆粒級配曲線。1.3土的組成3.土的粒度成分（顆粒級配）1.3土的組成1.3土的組成土壤分析篩粗篩：60、40、20、10、5、2mm細篩：2、1、0.5、0.25、0.075mm1.3土的組成土壤分析篩粗篩：60、40、20、10、105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536篩分法1.3土的組成

篩子（mm）10200g10P篩分法1.3土的組成篩子比重計法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計，在不同時刻測懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級配曲線。比重計法：適用于粒徑小于0.075mm的土

1.3土的組成比重計法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土1.3土的組成比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土1.31009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線1.3土的組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30:

中值粒徑不均勻系數(shù)：Cu=d60/d10

Cu>10級配良好Cu<5

級配不良—不均勻程度1.3土的組成顆粒級配量化指標1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545曲線愈陡，表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻，級配不良；曲線愈緩，表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級配良好。連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大1.3土的組成5≤Cu≤10Cc=1~3級配良好1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)1.3土的組成顆粒級配的描述:工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，視為良好級配砂或良好級配礫1.3土的組成顆粒級配的描述:工程上常用不均勻系數(shù)C結(jié)合水土中水液態(tài)水固態(tài)水：礦物晶體內(nèi)的結(jié)合水（結(jié)晶水），礦物的一部分，呈固態(tài)。自由水強結(jié)合水：緊靠土顆粒表面弱結(jié)合水：緊靠強結(jié)合水外圍重力水：能形成水壓力并能在土中流動的水，位于地下水位以下毛細水：受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水，存在于地下水位以上的透水層中。氣態(tài)水：土中氣的一部分由于電分子引力作用而緊密吸附于土粒表面的水1.3.2土中的水1.3土的組成結(jié)合水土中水液態(tài)水固態(tài)水：礦物晶體內(nèi)的結(jié)合水（結(jié)晶水），礦物1.固態(tài)水（結(jié)晶水）存在于礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（>105C）下，才能從礦物中吸出，故可把它視作礦物本身的一部分。2.結(jié)合水（強結(jié)合水、弱結(jié)合水）受電分子吸引力吸附于土粒表面的