第一章 土的組成

第一章土的組成1.1概述1.2土中固體顆粒1.3土中水和土中氣1.4黏土顆粒與水的相互作用

1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

土的形成土巖石風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積地質(zhì)成巖作用土的組成、結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)過程、條件§1.1概述土的形成與風(fēng)化作用

物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)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(yùn)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，稱原生礦物產(chǎn)生無粘性土§1.1概述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(xué)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，稱次生礦物形成十分細(xì)微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類土的形成與風(fēng)化作用

物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物活動§1.1概述包括植物、動物和土壤微生物的作用可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化構(gòu)成土中有機(jī)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)土的形成與風(fēng)化作用

物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物活動§1.1概述

殘積土

無搬運(yùn)運(yùn)積土

有搬運(yùn)搬運(yùn)與沉積母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物

殘積土強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體

顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無明顯層理§1.1概述搬運(yùn)與沉積

殘積土

無搬運(yùn)運(yùn)積土

有搬運(yùn)風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物坡積土：土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均洪積土：有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭湖泊沼澤沉積土：含有機(jī)物淤泥，土性差海相沉積物：顆粒細(xì)，表層松軟，土性差冰積土：土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻風(fēng)積土：顆粒均勻，層厚而不具層理§1.1概述土的成因類型1、殘積土(residualsoils)2、坡積土(slopedebris)§1.1概述3、洪積土(diluvialsoils)§1.1概述4、沖積土(alluvialsoils)河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物質(zhì)剝蝕后搬運(yùn)、沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物?！?.1概述土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相構(gòu)成土體骨架

起決定作用土中水液相重要影響土體的三相構(gòu)成飽和土：土體孔隙完全被水充滿干土：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在§1.1概述固體顆粒-顆粒大小

粒組按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑d(mm)礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)0.075粗粒細(xì)粒粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。巨粒60§1.2固體顆粒固體顆粒-粒徑級配

顆粒級配：各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分

數(shù)來表示

分析方法：篩分法：適用于粗粒土孔徑大小不同的篩子水分法：適用于細(xì)粒土常采用比重計法表述方法:

粒徑級配累積曲線§1.2固體顆粒固體顆粒-粒徑級配孔徑105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土篩余0101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P100958778665536土的粒徑級配累積曲線沉降分析法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.510篩分法§1.2固體顆粒1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)

土的粒徑級配累積曲線固體顆粒–

級配曲線d60d50d10d30特征粒徑:定性分析：陡-相應(yīng)粒組含量少緩-相應(yīng)粒組含量多

d50:平均粒徑d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30:中值粒徑§1.2固體顆粒土的不均勻程度：用不均勻系數(shù)Cu表示，

Cu=d60/d10

Cu

5，稱為不均勻土，反之稱為均勻土連續(xù)程度:

用曲率系數(shù)度量

Cc=d302/(d60×d10

)

Cc=1~3為連續(xù)級配,>3或<1為不連續(xù)級配固體顆粒–

級配曲線1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)

土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30§1.2固體顆粒

粒組含量用于土的分類定名；不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu

5為不均勻土；Cu

5為均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~3為級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1為級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

Cu

5且Cc=1~3為級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3

或Cc<1為級配不良的土粒徑級配曲線和指標(biāo)的應(yīng)用§1.2固體顆粒固體顆粒-礦物成分固體顆粒原生礦物-石英、長石、云母等次生礦物礦物質(zhì)有機(jī)質(zhì)無定形氧化物膠體可溶鹽粘土礦物具有和原生礦物很不相同的特性對粘土性質(zhì)的影響很大§1.2固體顆粒-礦物成分§1.3土中水和土中氣

土中水

結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場引力作用范圍之外的水

土中冰由自由水凍成，凍脹融沉

水蒸氣存在孔隙空氣中-強(qiáng)結(jié)合水：排列致密，密度>1g/cm3

冰點(diǎn)處于零下幾十度完全不能移動，具有固體的特性溫度略高于100°C時可蒸發(fā)-弱結(jié)合水：受電場引力作用，為粘滯水膜外力作用下可以移動不因重力而流動，有粘滯性粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水土中水–

結(jié)合水結(jié)合水：受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動的水§1.3土中水和土中氣

毛細(xì)水：由于土體孔隙的毛細(xì)作用升至自由水面以上的水。毛細(xì)水承受表面張力和重力的作用重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流動土中水–

自由水自由水：不受顆粒電場引力作用的孔隙水hc毛細(xì)水重力水§1.3土中水和土中氣

土顆?？p隙處的彎液面r空氣水固體顆粒彎液面在非飽和土中，孔隙中含有水和氣，此時水多集中于顆粒間的縫隙處，稱毛細(xì)角邊水。由于毛細(xì)張力的作用，會形成如圖所示的彎液面，使毛細(xì)角邊水產(chǎn)生負(fù)壓力，顆粒則受正壓力。這是稍濕的砂土顆粒間存在假凝聚力的原因§1.3土中水和土中氣

氣相-土中氣自由氣體：與大氣連通連通的氣體

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)。會增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性溶解在水中的氣體吸附于土顆粒表面的氣體§1.3土中水和土中氣

§1.4黏土顆粒與水的相互作用

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、伊利石和蒙特石三種類型。

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、伊利石和蒙特石三種類型。OH1-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡圖AlAl

硅片

鋁片§1.4黏土顆粒與水的相互作用

晶層間通過氫鍵聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)力強(qiáng)，晶格不能自由活動，水難以進(jìn)入晶格間能組疊很多晶層，多達(dá)百個以上，成為一個顆粒。顆粒長寬約0.3-3，厚約0.03-1。主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨脹和失水收縮，或者說親水能力差。粘土礦物依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分成如下三種類型：

高嶺石蒙脫石伊利石SiSiAlAlSiSiAlAlSiSiAlAl高嶺石微粒1:1的兩層結(jié)構(gòu)§1.4黏土顆粒與水的相互作用

晶層間是O2-對O2-的連結(jié)，聯(lián)結(jié)力很弱，水很容易進(jìn)入晶層之間。每一顆粒能組疊的晶層數(shù)較少。顆粒大小約為0.1-1

，厚約0.001-0.01。主要特征：顆粒細(xì)微，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水能力強(qiáng)。2:1的三層結(jié)構(gòu)SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi數(shù)層水分子粘土礦物依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分成如下三種類型：

高嶺石蒙特石伊利石§1.4黏土顆粒與水的相互作用

粘土礦物是云母在堿性介質(zhì)中風(fēng)化的產(chǎn)物。與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結(jié)構(gòu)，但晶層之間有鉀離子連結(jié)。主要特征：連結(jié)強(qiáng)度弱于高嶺石而高于蒙特石，其特征也介于兩者之間。2:1的三層結(jié)構(gòu)SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi鉀離子依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分成如下三種類型：

高嶺石蒙特石伊利石§1.4黏土顆粒與水的相互作用

顆粒形狀和比表面積原生礦物：一般顆粒較粗，呈粒狀。有圓狀、渾圓狀、棱角狀等。次生礦物：顆粒較細(xì)，多呈針狀、片狀、扁平狀。比表面積：單位質(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積。對于粘性土，其大小直接反映土顆粒與四周介質(zhì),特別是水,相互作用的強(qiáng)烈程度,是代表粘性土特征的一個很重要的指標(biāo)。

高嶺石的比表面積為：10-20m2/g,伊利石：80-l00m2/g,蒙特石：800m2/g粗顆粒的形狀粘土顆粒的形狀§1.4黏土顆粒與水的相互作用

粘土礦物的帶電性質(zhì)研究表明，片狀粘土顆粒表面常帶有電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷----------------------++++粘土顆粒水分子陽離子粘土礦物的帶電特性玻璃筒玻璃皿水位升高粘土粒粘土膏+-粘土的電泳和電滲現(xiàn)象(列依斯,1809)§1.4黏土顆粒與水的相互作用

粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水§1.2土的三相組成–

小結(jié)

土體有三個組成部分：固相、液相和氣相

小結(jié)固體顆粒土中水土中氣體粒徑級配礦物成分顆粒形狀結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水自由水：重力水、毛細(xì)水自由氣體封閉氣體土的結(jié)構(gòu)（微觀結(jié)構(gòu)）：指土粒的原位集合體特征，是由土粒單元的大小、礦物成分、形狀、相互排列及其連接關(guān)系，土中水性質(zhì)及孔隙特征等因素土的構(gòu)造（宏觀結(jié)構(gòu)）：同