土的组成与构造

土的组成与构造
土随着生成环境、物质成分、形成年代的不 同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体， 如软土、黄土、填土等。因此在建筑物设计前， 必须充分了解、研究建筑场地土(岩)层的工程地 质条件并作出正确的评价。 由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集 合体（松散体介质），必须通过专门的土工试验 技术进行研究。
（1）土颗粒的矿物成分
固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其 组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。 土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作 用、搬运及沉积作用。 土的固体颗粒物质成分有两大类： ①原生矿物。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩 石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。 ②次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿 物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。
基本概念


重力水－存在于地下水位以下、 土颗粒电分子引力范围以外的水， 因为在本身重力作用下运动，故 称为重力水。 毛细水－受到水与空气交界面处 表面张力的作用、存在于地下水 位以上的透水层中自由水（图 2.7所示）。 土的毛细现象是指土中水在 表面张力作用下，沿着细的孔隙 向上及向其他方向移动的现象。
细粒
巨大的漂石
卵石
碎 石
粗 砂
细 砂
粘 土
（3）土的颗粒级配
颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以各粒组重量与土粒 总重量比值的百分数表示。 要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大 小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇 到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。 颗粒级配的表示方法：土的颗粒级配曲线（图2.5）。 颗粒级配好坏的评定方法： ①颗粒级配曲线形态直观判断：曲线平缓表示粒径大小相 差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（如图2.5曲线B）；反之， 则颗粒均匀，级配不良（图2.5曲线A、C）。
直接 透水性很大，压缩性极小， 测定 颗粒间无粘结，无毛细性。 筛 分 法 静水 透水性小，压缩性中等， 沉降 毛细上升高度大，微粘性。 原理 透水性极弱，压缩性变化 大，具粘性和可塑性。 透水性大，压缩性小，无 粘性，有一定毛细性。
砂 粒
粗砂
中砂 细砂 粉粒 粘粒
0.5<d≤2
0.25<d≤0.5 0.05<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
二、土的构造
层状构造：土粒在沉积过程 中，由于不同的地质作用 和沉积环境条件，大体相 同的物质成分和土粒大小 在水平方向沉积成一定厚 度，呈现成层特征。
裂隙构造：土层中存在的各种裂隙，如 黄土层中存在的柱状裂隙。裂隙面是土 中软弱结构面，浸水后裂隙张开，工程 性质更差。
结核构造：在细粒土中明显掺有大颗粒或 聚集的结合体，贝类等杂物。
（2）土颗粒粒组
土粒的大小称为粒度。 工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一
组，称为粒组。
表 格 法 表 示 的 粒 组 划 分
粒组 统称 巨 粒 粗粒
粒组名称
粒径d范围（mm） 分析 方法 d>200 20<d≤200 10<d≤20 2<d≤10
主
要 特
征
漂石（块石）粒 卵石（碎石）粒 砾 粒 粗砾 细砾
图2.5 土的颗粒级配曲线
（续）
②计算土的不均匀系数Cu和曲率系数Cc，来反映土颗粒级 配的不均匀程度。可以定量说明问题。
d 60 Cu d10
式中:
(d 30 ) 2 Cc d10 d 60
d60—颗粒含量小于60％的粒径； d10—颗粒含量小于10％的粒径； d30—颗粒含量小于30％的粒径；
蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼 此之间引力大于重力，接触后，不再继 续下沉，形成链环单位,很多链环联结 起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 蜂窝结构 絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状， 质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液 介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚 度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下 沉，形成孔隙较大的絮状结构 絮状结构
一、绪 论
1、基本概念
土—矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。 岩石 地球
形成过程 形成条件
风 化 搬运、沉积
影响 物理力学性质
土
地球
2.1 土的固体颗粒（固相－骨架）
水（液态、固态） 土的三相 气体 固体颗粒（骨架） 土骨架间布满相互贯通的孔隙， 这些孔隙有时完全被水充满，称为 饱和土。有时一部分被水占据，另 一部分被气体占据，称为非饱和土 ；有时也可能完全充满气体，称为 图2.1 土的三相组成示意图 干土。
筛分法
200g P % 95 87 78 66 55 36
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
10 16 18 24 22 38 72
筛分ห้องสมุดไป่ตู้原理图
筛分法就是用一套标准 筛子如孔直径(mm)：20、 10、5.0、2.0、l.0、0.5、 0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的有代 表性的试样倒入标准筛 内摇振，然后分别称出 留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对 含量，即得土的颗粒级 配。
2.2 土中水和气
（1）土中水的存在形态
气态水
重力水 自由水
土中水 液态水
结合水
毛细水 强结合水 弱结合水
固态水(内部结晶水、结合水)
图2.6 土颗粒吸附水示意图
基本概念


固态水－又称矿物内部结晶水或内部结合水，是指存在于 土颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水。 结合水－指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。 这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和 土粒表面牢固地粘结在一起。结合水分为强结合水和弱结 合水两种。 自由水－存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。它 的性质与普通水一样，能够传递静水压力，冰点为0℃， 有溶解盐类的能力。 自由水按所受作用力的不同，又可分为重力水和毛细 水两种。
基础：将结构承受的各种作用传递到地基
上的结构组成部分。基础依据埋置深度不 同划分为浅基础、深基础。
地基：为支承基础的土体或岩体。在结构
物基础底面下，承受由基础传来的荷载， 受建筑物影响的那部分地层。地基分为天 然地基、人工地基。
地基与基础示意图（二）
二、土的三相组成及土的结构
2.1 土的固体颗粒（固相） 2.2 土中水和气 2.3 土的结构与构造
图2.7 土中毛细水升高示意图
（2）土中气体
土中的气体存在于孔隙中未被水所占据 的部位。 在粗颗粒的沉积物中常见到与大气相连 通的空气，它对 土的工程性质影响不大。 在细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭气 泡含气体的土称为非饱和土。
2.3 土的结构与构造
一、土的结构
密实状态
疏松状态
单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重 作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒 间存在点与点的接触。根据形成条件不同， 可分为疏松状态和密实状态
（续）
不均匀系数Cu 反映了大小不同粒组的分布情况， 曲率系数Cc 描述了级配曲线分布的整体形态：当 Cu≥ 5且Cc=1～3 时，级配良好；反之，级配不良。
（4）颗粒分析试验
颗粒分析试验：确定土中各个粒组相对含量的方法。 ①筛分法。适用于粒径大于0.1mm的粗粒土。用一套标 准筛（筛子孔径分别为60、40、20、10、7、5、2、1、0.5、 0.25、0.1、0.075mm），将分散了的有代表性的试样倒入标 准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出 各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。 ②密度计法和移液管法。适用于粒径小于0.1mm的细粒土。