土的物質(zhì)組成與結構構造

第一篇巖土工程地質(zhì)性質(zhì)研究第一章土的物質(zhì)組成與結構、構造第二章土的物理性質(zhì)第三章土的力學性質(zhì)第四章各類土的工程地質(zhì)特征第五章土體的工程地質(zhì)研究第六章巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)第一章土的物質(zhì)組成與結構、構造第一節(jié)土的粒度成分第二節(jié)土的礦物成分第三節(jié)土中的水和氣體第四節(jié)土的結構和構造第一節(jié)土的粒度成分土的形成巖石地球風化剝蝕搬運、沉積土地球第一節(jié)土的粒度成分土的演化土(土體)巖石(三大巖)土的形成風化物理風化原生礦物化學風化次生礦物生物風化動植物活動有機質(zhì)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，形成新的礦物巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(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土的形成沉積與搬運殘積土無搬運母巖表層經(jīng)風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘留在原地的堆積物運積土有搬運風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物土的形成土的基本特征及主要成因類型

土的基本特征

☆土是自然歷史的產(chǎn)物☆土是相系組合體☆土是分散體系☆土是多礦物組合體

土的形成土的主要成因類型殘積土(體)坡積土(體)洪積土(體)湖積土(體)沖積土(體)冰積土(體)崩積土(體)風積土(體)海洋沉積土(體)火山沉積土(體)一、粒徑和粒組劃分

1、粒徑：土顆粒的大小以其直徑表示，單位一般采用毫米。2、粒組（粒級）：粒徑在一定區(qū)段內(nèi)，成分及性質(zhì)相似的土粒組別。顆粒大小粒組

按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗中細粗中細極細0.1粗粒土細粒土3、粒組劃分方案：2007年頒布的國家標準《土的工程分類標準》中的粒組劃分表。粒組顆粒名稱粒徑d范圍（mm）分析方法主要特征巨粒漂石（塊石）d>200直接測定透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結，無毛細性。卵石（碎石）60<d≤200篩

分

法粗粒礫粒粗礫20<d≤60中礫5<d≤20細礫2<d≤5砂粒粗砂0.5<d≤2透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細性。中砂0.25<d≤0.5細砂0.075<d≤0.25細粒粉粒0.005<d≤0.075靜水沉降原理

透水性小，壓縮性中等，毛細上升高度大，微粘性。黏粒d≤0.005

透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。表1-1土的粒組劃分方案二、粒度成分的測定和表示方法1、土的粒度成分：指土中各個粒組的相對百分含量，通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量的百分數(shù)表示。在土的分類和評價土的工程性質(zhì)時，常需測定土的粒度成分，它是通過土的顆粒分析試驗測定的，2、顆粒分析方法：（1）篩分析方法：適用于砂粒以上較粗的顆粒（2）靜水沉降方法：適用于粉粒以下較細的顆粒。主要有密度計法和移液管法，其次還有雙洗法和比重瓶法。3、顆粒分析成果：采用表格法和圖解法粒徑級配(1)漂石或塊石組(2)卵石（碎石）組(3)礫石(4)砂粒組(5)粉粒組(6)粘粒組

篩分法

靜水沉降法

粗顆粒細顆粒粗粒土(無粘性土)特征細粒土(粘性土)特征孔隙大、透水性強，毛細上升，高度很小，既無可塑造性，也無脹縮性，壓縮性極弱，強度較高。

主要由原生礦物、次生礦物組成，孔隙很小，透水性極弱，毛細上升高度較高，有可塑性、脹縮性，強度較低。

粗粒土與細粒土篩分法它是利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱過重量的烘干土樣過篩，稱留在各篩上的重量，然后計算相應的百分數(shù)。

比重計法: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表格法：利用列表的方法表示顆粒分析成果，該方法可以清楚地用數(shù)量說明各粒組的相對含量。土樣編號粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510

351020152030表1-2顆粒分析成果表

各粒組的百分含量也可換算成≤某粒組界限的累積百分含量填在表中，如表1-2中的1號土樣的累積百分含量如表1-3所示。表1-3顆粒分析成果表土樣編號小于某粒徑(mm)累積百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.0051287262472717

圖解法：累積曲線法、分布曲線法和三角圖法

累積曲線圖：以土粒直徑為橫坐標，以粒組的累積百分含量(小于某粒徑的所有土粒的百分含量)為縱坐標，在直角坐標中所設點子的連線(光滑的曲線)。

累積曲線圖的用途：根據(jù)累積曲線圖的形態(tài)，可以看出各粒組的分布規(guī)律，可以大致判斷土的均勻程度與分選性。土的累積曲線圖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

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

d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應的粒徑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＞5的土視為級配良好的土

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫

粒徑級配粒徑級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~

3,

級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,

級配不連續(xù)土;4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土例1.1讀土的累積曲線圖，計算土的不均勻系數(shù)Cu，曲率系數(shù)Cc，并判別土的均勻性及級配情況。

三、土按粒度成分的分類

自然界中的土是大小顆?；祀s在一起的，不同粒度的土粒在土中所起的作用不同。一般情況下，在土中礫類起骨架作用，砂粒、粉粒起充填作用，而粘粒起膠結作用。土的粒度成分不同，它所具有的性質(zhì)也不同。所以，可按粒度成分對土進行分類。土按粒度成分的分類稱為粒度分類在《土的分類標準》中首先按不同粒組的相對含量，把一般土分為巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、細粒土三大類1、巨粒土：巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的15%的土屬巨粒土。并可根據(jù)巨粒組的含量分為漂石、卵石、混合土漂石、混合土卵石、漂石混合土和卵石混合土。

試樣中巨粒組含量不大于15%時，可扣除巨粒，按粗粒類或細粒類土的相應規(guī)定分類；當巨粒對土的總體性狀有影響時，可將巨粒計入礫類組進行分類。土類粒組含量土名稱巨粒土巨粒含量>75%漂石粒>50%漂石漂石?！?0%卵石混合巨粒土巨粒含量>50%，≤75%漂石粒>50%混合土漂石漂石?！?0%混合土卵石巨?；旌贤辆蘖：?15%?50%漂石>卵石漂石混合土漂石≤卵石卵石混合土表1-4巨粒土和含巨粒土的分類2、粗粒土：粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50%的土稱為粗粒土根據(jù)礫粒組的含量粗粒土又可分為礫類土和砂類土。礫類土：礫粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50%的土稱為礫類土，又可細分為礫、含細粒土礫和細粒土質(zhì)礫。砂類土：礫粒組質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量的50%的土稱為砂類土，又可細分為砂、含細粒土砂和細粒土質(zhì)砂。表1-5礫類土的分類

土類礫含細粒土礫細粒土質(zhì)礫細粒組含量<5%≥5%,<15%

≥15%，<50%

表1-6砂類土的分類

土類砂含細粒土砂細粒土質(zhì)砂細粒組含量<5%≥5%,<15%

≥15%，<50%

3、細粒土：細粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量的

50%的土稱細粒土細粒土又可分為細粒土和含粗粒的細粒土兩類。粗粒組質(zhì)量少于總質(zhì)量的25%的土稱細粒土，粗粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的25%—50%的土稱含粗粒的細粒土。根據(jù)土中所含粗粒組的類別，含粗粒的細粒土又分為含礫細粒土和含砂細粒土兩類。礫類占優(yōu)勢的土稱含礫細粒土，砂粒占優(yōu)勢的土稱含砂細粒土。巨粒土[巨粒組（d>60）占總質(zhì)量的15%]巨粒土（巨粒含量>75%）漂石

[漂石粒（d>200）>50%]卵石

[漂石粒（d>200）≤50%]混合巨粒土（巨粒含量>50%，≤75%）混合土漂石

[漂石粒（d>200）>50%]混合土卵石

[漂石粒（d>200）≤50%]巨?；旌贤粒ň蘖：?gt;15%≤50%）漂石混合土

[漂石>卵石]卵石混合土

[漂石≤卵石]粗粒土

[粗粒組（0.075<d≤60）占總質(zhì)量>50%]礫類土[礫粒組（2<d≤60）占總質(zhì)量>50%]礫

[細粒組（d≤0.075）含量<5%]含細粒土礫

[細粒組（d≤0.075）含量≥5%,<15%]細粒土質(zhì)礫

[細粒組（d≤0.075）含量≥15%，<50%]砂類土[礫粒組（2<d≤60）占總質(zhì)量≤50%]砂

[細粒組（d≤0.075）含量<5%]含細粒土砂

[細粒組（d≤0.075）含量≥5%,<15%]細粒土質(zhì)砂

[細粒組（d≤0.075）含量≥15%，<50%]細粒土

[細粒組（d≤0.075）質(zhì)量≥50%]細粒土[粗粒組（0.075<d≤60）占總質(zhì)量≤25%]

含粗粒的細粒土[粗粒組（0.075<d≤60）占總質(zhì)量>25%,≤50%]含礫細粒土

[礫類（2<d≤60）占優(yōu)勢]含砂細粒土

[砂類（0.075<d≤2）占優(yōu)勢]有機質(zhì)土有機質(zhì)含量小于10%且不小于5%例1.2現(xiàn)有3種土樣，分別記為土樣1、土樣2、土樣3，顆粒分析成果如下表，將此三個土樣所代表的土按粒度成分進行分類，各屬于哪類土？

土樣編號粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510

351020152030第二節(jié)土的礦物成分原生礦物次生礦物有機質(zhì)不可溶的

可溶的

腐植質(zhì)

泥炭

粘土礦物

倍半氧化物

次生氧化物

難溶鹽中溶鹽易溶鹽礦物原生礦物

石英、長石、云母等次生礦物

主要是粘土礦物，包括三種類型

高嶺石、伊里石、蒙脫石粘土礦物:由硅片和鋁片構成的晶包所組合而成礦物有機質(zhì)

土中動植物殘骸在微生物作用下分解形成的產(chǎn)物。顆粒形狀原生礦物

圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物

針狀、片狀、扁平狀礦物成分與粒度成分的關系：

從漂石粒到粘粒，隨著顆粒變小，土的礦物成分逐漸有規(guī)律性地發(fā)生變化。土中常見的礦物成分和顆粒大小存在著一定的關系，概略地表示了這種關系。粒組與礦物成分的關系粘土礦物的類型及其基本工程地質(zhì)特征粘土礦物：由原生硅酸鹽類經(jīng)水解作用而形成的次生硅酸鹽礦物，具有層狀或鏈狀晶體結構，外形多呈片狀，且含有不同數(shù)量的水。常見的有蒙脫石、伊利石和高嶺石三大類。蒙脫石粘土礦物高嶺石伊利石蒙脫石硅片的結構鋁片的結構

蒙脫石高嶺石伊利石

abc

粘土礦物結構示意圖

粘粒的帶電性質(zhì)研究表明：粘土顆粒的表面電荷，凈電荷通常為負電荷土中水第三節(jié)土中的水和氣體礦物成分水

孔隙中的水

結晶水

沸石水

液態(tài)水

固態(tài)水

氣態(tài)水

結合水

非結合水

強結合水

弱結合水

毛細水

重力水

強結合水排列致密、定向性強密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)弱結合水位于強結合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性結合水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細管毛細水土中毛細現(xiàn)象分析對象:水柱πr2hcγw=2πrTcosα上升高度:毛細升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石土中的氣體土中氣體氣體來源氣體分類(1)空氣

(2)生物化學作用

(3)化學反應

(1)吸附氣體(2)溶解氣體

(3)密閉氣體

(4)自由氣體

土的結構：指組成土的土粒大小、形狀、表面特征、土粒間的連結關系和土粒的排列情況。土的粒度成分反映了土粒大小及其組合特征，也是說明土結構特征的主要指標，對土的工程地質(zhì)性質(zhì)影響顯著。例如，巨粒土、粗粒土、細粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)差別很大。土粒形狀及表面特征對巨粒土和粗粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)影響很大，主要影響土粒排列的緊密程度；對粘粒來說，相同粒徑不同形狀的土粒比表面積不同，這不僅影響粘粒在土中的活動程度，也影響細粒土中顆粒的排列特征。第四節(jié)土的結構和構造

土粒間的連結關系土中顆粒與顆粒的連結，一般是由于孔隙中的水對土粒起著某種連結作用，因此常按水的類型將連結作用分為：結合水連結、毛細水連結、膠結連結和冰連結。土的結構類型1、巨粒土和粗粒土的結構類型單粒結構：這種結構是土粒在水中或空氣中由于重力作用堆積而形成的。

2、細粒土的結構類型細粒土顆粒細小，具膠體特性，在水中一般不能以單個顆粒沉積，而凝聚成較復雜的集合體進行沉積，形成細粒土特有的團聚結構（海綿狀結構、蜂窩狀結構）。細粒土的團聚結構按土粒均勻與否分為均粒和非均粒兩種類型。土的結構土顆粒之間的相互排列和連續(xù)形式，稱為土的結構。

單粒結構

蜂窩結構絮狀結構

粗顆粒土，如卵石、砂等.密實的單粒結構土的工程性質(zhì)最好

蜂窩狀土工程性質(zhì)較好

絮狀結構土工程性質(zhì)最差