土的三相组成

粒度成分表示法——级配曲线(教材p6图1-1)
颗粒分析试验结果，绘制图的粒径级配曲线。用半对数坐标绘制。纵 坐标表示小于某粒径的土重占总土重的百分数，横坐标用对数坐标表示土 的粒径。 d 60 ①不均匀系数定义为（Cu） Cu
d10
10
②曲率系数定义为（Cc）
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d C d d
2 30 c
60
式中，d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 60%时，相 应的粒径称为 d 60 ； d 10 — 有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数 为10%时，相应的粒径称为d10；d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数 30%时的粒径用d30表示。
土的三相组成…13
土中水
土中水处于不同位置和温度条件下，可具有不同的物理状态 ——固态 、液态、气态。液态水是土中孔隙水的主要存在状态，因其受土粒表面双 电层影响程度的不同可分为结合水、毛细水、重力水。后两者也称为非结 合水（自由水）。
水的类型 结合水 毛细水 重力水
主要作用力 物理化学力 表面张力和重力 重力
土的三相组成…12
土粒的形状
土粒形状对于土的密实度和土的强度有显著的影响，棱角状的颗粒能 形成比较稳定的结构，强度较高；磨圆度好的颗粒之间容易滑动，土体的 稳定性比较差。描述土粒的形状一般用肉眼观察鉴别的方法。
体积系数
Vc 6V 3 dm
形状系数
F
AC B2
式中 V——土粒体积，mm3； dm——土粒的最大粒径，mm。 A、B、C——分别为土粒的最大、中间和最小粒径。
非结合水
土的三相组成…14
结合水
土颗粒表面带有一定的电荷，当土粒与水相接触时，由于静电作用力， 将吸引水化离子和水分子，形成双电层，在双电层影响下的水膜称为表面 结合水。双电层的厚薄也反映了结合水的厚薄，结合水具有与一般自由水 不同的性质，其密度较大、粘滞度高、流动性差、冰点低、比热较大、介 电常数较低。这种差异随距离增加而减弱。
自由水(非结合水)
在双电层影响以外的水为自由液态水，它主要受重力作用的控制，土 粒表面吸引力居次要地位，这部分水称为非结合水，它包括毛细水和重力 水。 ◇毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛细现象是 毛细管壁对水的吸力和水的表面张力共同作用的结果。
土的三相组成…15
◇重力水 重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下水。它是在重力或 压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。重力水只受重力控制， 不受土粒表面吸引力的影响。
土的三相组成…5
土的三相组成…6
土的固体颗粒
土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物 组成及其后的风化作用。成土矿物可分为两大类： 原生矿物 次生矿物 ◇由岩石经物理风化生成的 ◇由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ◇颗粒成分与母岩的相同 ◇它的成分成分与母岩的完全不同 ◇常见的有石英、长石和云母 ◇有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ◇颗粒较粗，多呈浑圆形状 ◇颗粒极细，且多呈片状 ◇吸附水的能力弱，无塑性 ◇性质活泼，吸附水能力强，具塑性 水溶盐 可溶性次生矿物。常见的有岩盐、钾盐、石膏、方解石，硫酸盐类还 对金属和混凝土有一定的腐蚀作用。 有机质 动植物分解后的残骸，称为腐殖质。其颗粒极细，粒径小于0.1m，呈 凝胶状，带有电荷，具极强的吸附性。
原生矿物经化学风 化生成的新矿物， 它的成分与母岩的 完全不同。颗粒极 细，性质活泼，有 较强的吸附水能力 ，具塑性。
土的结构与构造…1
土的结构
1.定义：指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系 的综合特征。 2.分类： 单粒结构 砂层，砾石层 蜂窝结构 粉粒 絮状结构 粘粒
土的构造(不考)
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。不少坚硬和硬塑 状态的粘性土具有此种构造。黄 土具有特殊的柱状裂隙。裂隙破 坏土的整体性，增大透水性，对 工程不利。
土的三相组成…4
土的形成
自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成的。 “土”一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言， 土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅 在于颗粒间胶结的强弱。 物理风化——指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度湿度的变化、 不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化仅改变颗粒 大小与形状，不改变原来矿物成分。生成的土呈松散状态，无粘性土。 化学风化——指岩石碎屑与空气、水和各种水溶液相接触，经氧化、 碳化和水化作用，改变原来矿物成分，形成新的矿物(次生矿物)。生成 的土为细粒土，粘性土。 生物风化——由动物、植物和人类对岩体的破坏称生物风化。
砂粒
0.075～2
粉粒
透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小， 0.005～0.075 干时稍有收缩，毛细水上升高度较大较快， 极易出现冻胀现象。
<0.005 透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水 膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度 大，但速度较慢。
粘粒
土的三相组成…10
粒度成分表示法——表格法(教材p5表1-2)
1.定义：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关 系的特征。 2.分类： 层状构造 分散构造 砂，砾石，卵石 裂隙构造 粘性土 通常分散构造的工程性质最好，裂隙状构造中，因裂隙强度低、渗透 性大，工程性质差。
土的结构与构造…2
单粒结构
单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。因其颗粒较大、 土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒间几乎没有联结，至于未充满孔 隙的水分只可能使其具有微弱的毛细水联结。单粒结构可以是疏松的，也 可以是紧密的。 呈紧密状单粒结构的土，由于其土粒排列紧密，在动、静荷载作用下 部不会产生较大的沉降，所以强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然 地基。 具有疏松单粒结构的土，其骨架是不稳定的，当受到展动及其他外力 作用时、土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈减少。引起土的很大变形，因 此，这种土层如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。→ “砂土液化”
土的三相组成…7
土的三相组成…8
土的颗粒级配
1.土颗粒的大小直接决定土的性质； 2.粒径——颗粒直径大小，界限粒径——划分粒组的分界尺寸。 3.粒组 ——将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干 组别即称为粒组。 4.颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对 含量来表示，称为土的颗粒级配。
土的三相组成…11
不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。 Cu越大表示土粒大小的
分布范围越大、其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得 较大的密实度。曲率系数 Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形 状。 曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。颗粒级配可以在一定程 度上反映土的某些性质。对于级配良好（ Cu >10，且Cc =1~3)的土，较粗颗 粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的 强度和稳定性也较好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它土建工 程的填方土料。 Cu <5的土称为匀粒土，级配不良
土的结构与构造…4
絮状结构是由粘粒 (<0.005mm)集合体组成 的结构形式。粘粒能够在水中长期悬浮，不因 自重而下沉。当这些悬浮在水中的粘粒被带到 电解质浓度较大的环境中 ( 如海水 ) 粘粒凝聚成 絮状的集粒 ( 粘粒集合体 ) 而下沉，并相继和已 沉积的絮状集粒接触，而形成类似蜂窝而孔隙 很大的絮状结构(也称二级蜂窝结构)。
土的结构与构造…7
淤泥夹粘土透镜体 粘土尖灭
砂土夹粘土层
水平层理
交错层理
层状构造 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，沿竖向呈层状特征。
土的结构与构造…8
分散构造 土层中各部分的土粒无明显 差别，分布均匀，各部分性质亦 接近。例如，各种经过分选的砂、 砾石、卵石等沉积厚度较大时， 无明显层次，都属于分散构造。 具有分散构造的上可作为各 向同性体看待。
絮状结构
土的结构与构造…5
具有蜂窝结构和絮状结构的土，颗粒间存在大量微细孔隙，其压缩 性大、强度低、透水性弱。又因土粒之间的联结较弱且不甚稳定，在受 扰力作用下(如施工扰动影响 )，土粒接触点可能脱离，部分结构遭受破 坏，土的强度会迅速降低。 具有蜂窝结构和絮状结构的土，其土粒之间的联结力 (结构强度)往 往由于长期的压密作用和胶结作用而得到加强。
土的结构与构造…3
蜂窝结构是主要由粉粒 (0.075 ～ 0.005mm) 组成的土的结构形式。据研究，粒径在0.075～ 0.005mm左右的土粒在水中沉积时，基本上是 以单个土粒下沉，当碰上已沉积的土粒时，由 于它们之间的相互引力大于其重力，因此土粒 就停留在最初的接触点上不再下沉，形成具有 很大孔隙的蜂窝状结构。 蜂窝结构
土中气
土中的气体：◇与大气相通 压缩性高 ◇与大气隔绝 降低透水性 成分：◇一般空气中成分 ◇微生物产生可燃气体（H2S）
物理风化仅使岩 石产生量的变化
岩石
化学风化仅使岩 石产生质的变化
原生矿物
土
次生矿物
土的性质随土 粒的粒径的变 化而发生变化
颗粒通常是由一种或几种原生矿 物所组成，它的成分与母岩的相 同，颗粒一般较粗，吸附水的能 力弱，性质比较稳，无塑性。
级配的测定方法
筛分法(>0.075mm) 比重计法(<0.075mm)
土的三相组成…9
粒组名称
漂石、块石颗粒 碎石、卵石颗粒 圆砾、角砾颗粒
粒径范围
>200 20～200 2～20
一般特征
渗透性很大、无粘性、无毛细水。 渗透性很大、无粘性、毛细水上升高度不 超过粒径大小。 易透水，当混入云母等杂质时透水性减小， 而压缩性增加；无粘性，遇水不膨胀，干 燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径 变小而增大。
土的结构与构造…6
粘性土结构性的演示
粘性土因受扰动而原结构被 破坏后，其工程性质通常会变差 ，强度将明显下降。土中所示土 样在保持天然结构时(原状土)，其 上承受了1.5kg的压力，但当结构 完全破坏而成为重塑土时，变为 可流动的泥浆。 基坑(槽)泡水 开挖基坑未设排水沟或挡水 堤，地面水流入基坑，或在地下 水位以下挖土，未采取降排水措 施，将水位降至基底开挖面以下 等原因。造成地基土被水浸泡， 地基松软，承载力降低，地基下 沉。