1土的组成
1 土的物质组成
因此称为“永久负电荷。”
19
(2) 粘粒双电层的特征
粘粒双电层形成的原因: 由于粘粒具有较大的比表面能,可与空隙溶 液相互作用在其表面形成了双电层。 双电层的结构： 决定电位离子层 双电层 构成固定层的部分——受粘粒表面的吸着力形成。 反号离子层 构成扩散层——受离子本身热运动引起的扩散作用力。
1.2.2 土中的气体
土中的气体主要为空气和水气，对土体的工程地质性质影响较小，它
能影响土体的强度和变形。 1.土的气体成分：土的气体成分以氧气、二氧化碳和氮气为主。 2.土中气体的状态：土孔隙中的气体有以下几种存在形式，①封闭气体； ②游离状态的气体；③吸附状态的气体。 这三种状态气体可以互相转变，具有密切的联系。
2.土的物质组成
1
土的概念
土：土是一种物质材料，由固体颗粒、液体水和气体组成。 固体颗粒是土的主要的物质成分,是土的骨架主体。固相颗粒是构成土的 主体，是最稳定，变化最小的成分，在三相之间相互作用过程中居主导 地位。 土的三相基本组成相互联系，相互作用，共同形成土的工程地质性质， 是构成土的工程地质性质的基础。 土的三相物质间的关系:由于它们组成的自身特性，土中的相对比例不同， 因此是决定土的工程地质性质的最本质的因素。 研究土的工程地质性质通过以下三个方面:土的粒度成分、土的矿 物成分、土的化学成分。
原生矿物
次生矿物
有机质
9
2.土的矿物成分与粒组的关系 表1-3
土的矿物成分与粒组的关系
性质
无连结，无可塑性，无膨胀性，低 压缩，高强度。 空隙较大，透水性强，压缩性弱， 强度较高。 透水性弱，一定的压缩性，强度较 低。 透水性弱，有可塑性，胀缩性。
粒组名称
一二三四类土怎么区分依据标准
一二三四类土怎么区分依据标准一二三四类土的区分依据主要基于土壤的坚固系数。
具体如下：
一类土，指的是松软土，其坚固系数最低。
二类土，指的是普通土，其坚固系数居中。
三类土，指的是坚土，其坚固系数非常高。
四类土，指的是砂砾坚土，其坚固系数最高。
此外，一二三四类土在组成成分、开发方法及工具、松软坚硬程度等方面也存在差异。
具体如下：
1. 组成成分：一类土略带有粘性的砂土、粉土、腐殖土、泥炭以及疏松的种植土；二类土是潮湿性的粘性土和黄土，软的盐土以及碱土，含有建筑材料碎屑、碎石、卵石的堆积土以及种植土；三类土是中等密实的粘性土或黄土，含有碎石、卵石，或者有建筑材料碎屑潮湿的粘性土、黄土；四类土坚实密实的粘性土或者黄土，含有碎石、砾石（体积在10-30%重量在25kg以下的石块）的中等密实粘性土或者黄土，硬化的重盐土，软泥灰岩。
2. 开发方法及工具：一类土一般可以用铁揪挖掘，少量的一类土可以用脚蹬挖掘；二类土通常可以用铁揪挖掘，在挖掘二类土的时候需要用脚蹬，少许的二类土需要用镐挖掘；三类土非常坚固，需要用铁揪、条锄挖掘；四类土坚硬密实，需要用铁揪挖掘。
总之，一二三四类土的区分主要是基于土壤的坚固系数及其他相关因素。
在实际应用中，这些信息有助于指导人们更好地进行土壤改良和利用。
土力学第一章
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土；
2021/8/2
同时满足Cu≥5和Cc=1～3时， 定名为良好级配土
6
颗粒粒径级配曲线
纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐 标表示土粒的粒径(对数坐标）
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7
2.土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
m s
m s
测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒
精燃烧法
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m ms mw Vs Vw Va
VV
三、换算指标
质量m 气 水
土粒
体积V 1.孔隙比e和孔隙率n 孔隙比e ：土中孔隙体积与 土粒体积之比
e Vv Vs
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百 分数表示
n Vv 100% V
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§1.2 土的物理性质指标
一、土的三相图
质量m
体积V
气
Vw Va Vv
mw
水
二、直接测定指标 1.土的密度ρ：单位体积土的质
量 m ms mw
V Vs VwVa
m
Vs V
ms
土粒
特殊情况下土的密度ρd, ρsat,
ρ’
实验方法：环刀法
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工程中常用重度来表示单位体积土的重力
质量极轻，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
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五、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关 系。
1.层理构造：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,而沿竖向呈现出成层 特征
《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001(2009版)学习-土的物理性质指标
《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001（2009版）学习-土的物理性质指标1 土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相）（1）固相：土颗粒--构成土的骨架。
决定土的性质--大小、形状、成分、组成、排列（2）液相：水和溶解于水中物质（3）气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）土的三相示意图2 土的颗粒级配2.1 基本概念自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。
工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配，土的粒径级配是通过土的颗粒大小分析试验确定。
土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。
土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。
要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。
这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。
土的粒径级配指的是土中各粒组的相对含量，用占总质量的百分数来表示。
这是无黏性土的重要指标，是粗粒土的分类定名的标准。
2.2 粒径级配累积曲线工程中常用粒径级配累积曲线（颗粒大小分布曲线）直接了解土的级配情况。
曲线的横坐标为土颗粒粒径的对数，单位为mm ；纵坐标为小于某粒径土颗粒的累积含量，用百分比（％）表示。
将筛分析和比重计试验的结果绘制在以土的粒径为横坐标，小于某粒径之土质量百分数为纵坐标，得到的曲线称土的粒径级配累积曲线。
级配曲线的特点：半对数坐标{量（％）小于某粒径的土质量含纵坐标）土粒粒径（对数坐标横坐标---mm几种土的粒径分布曲线从颗粒级配曲线中可直接求得各粒组的颗粒含量及粒径分布的均匀程度，进而估测土的工程性质。
土的物理性质及地基土的工程分类
第二章 土的物理性质及地基土的工程分类1. 土力学的研究对象：土土——土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。
§2-1 土的组成一、土的组成⎪⎩⎪⎨⎧孔隙中的水液气体气冰土颗粒固:::土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。
这就是土的物理性质。
二、土的固体颗粒（一）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3．粒组——为了研究方便，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。
粒组的划分：漂石 粘粒 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。
颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析：①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10分析⎩⎨⎧级配良好不均匀粒径大小接近曲线陡级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓②不均匀系数（C u ）1060u d /d C = ⎩⎨⎧<>级配不良级配良好5C 0C u u式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d 60。
d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d 10。
③曲率系数（C c ）6010230c d d d C ⋅=式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30表示。
C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。
（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。
如石英等。
粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。
粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪⎨⎧高岭石伊利石蒙脱石粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。
岩土工程概论(1土的工程性质学生用)
sat d '
sat d '
课程
物理性质指标间的换算
常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过 换算可以求出其余的六个。
e 1+e 1
Air Water Soil
Vv V Vs
Vv e Vs
体积
课程
物理性质指标间的换算 （一）孔隙比与孔隙率的关系
以上三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好。
课程
三、土的构造
土 的 不 均 匀 性
土的成层性-层理特征-层理构造 土的裂隙性-裂隙构造
分散构造-厚度大的粗粒土-性质相近、分布均匀
课程
四、土的物理性质
可分为两类： 一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比 重，称为直接指标或土的基本物理指标； 另一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱 和度等，称为间接指标。
sat
'
ms w Vv V ms Vs w V
sat sat g
S r 1.0 S r 1.0 S r 0.0
' 'g
d d g
干密度
ms d V
V 1 e
V Gs w (1 w)
Vv e
W m g g V V
式中：W——土的重量，单位为kN；
g——重力加速度。
课程
（二）土粒比重Gs 土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的质量 （或重量）之比（无因次），其表达式为：
Gs
或
Vs w 4℃
ms
＝
w 4℃
s
ms
1土的物理性质及分类
土的三相组成
土的三相比例指标
土的结构
粘性土的界限含水量 砂土的密实度 粘性土的物理化学性质 土的工程分类
土的三相组成
总体特征
土是由三相组成的。土体是岩石风化的产物，具有强度低、 压缩性高、渗透性三个特点。
一、土的固体颗粒 土粒的矿物成分
1）原生矿物：母岩经物理风化而成,eg.石英、云母、长石；其成分与母 岩相同，分为单矿物颗粒，多矿物颗粒。 2）次生矿物：母岩经化学风化而成，如eg.高岭石、伊里石、蒙脱石。 其成分与母岩不同，为一种新矿物颗粒。主要是粘土矿物。D<0.005mm 漂石、卵石、圆砾等粗大土粒都是母岩的碎屑，其矿物成分与母岩相 同； 砂粒大部分是母岩中的单矿物颗粒，如如石英、云母、长石。
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
系列1 多项式 (系列1)
含水量
土的三相比例指标
土的三相比例指标
三、换算指标
孔隙比e和孔隙率n
度的重要物理性质指标，e或n越大， 土越疏松，反之土越密实。一般e<0.6 的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土 VV n 100 % 是疏松的高压缩性土。
由试验成果定义如下指标：
d 60 不均匀系数： C u d10
曲率系数：
Cs
d
2 30
d 60 d10
土的工程分类
不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况 ，小于5的 土为均匀土，级配不良，大于10，级配良好，但过大表 明缺少中间粒径，属不连续级配。 曲率系数反映曲线的整体形状，过大或过小都表明缺乏 中间粒径。 对于砂类土，不均匀系数大于5而曲率系数介于1到3之间 时，级配良好。
1土的组成
弱结合水在强结合水外侧，呈薄膜状，
也是由粘土表面的电分子力吸引的水分子，水
分子排列也较紧密，密度密度ρ w＝(1.2—
2.4)g／cm3，大于普通液态水。弱结合水也不 传递静水压力，呈粘滞体状态，也具有较高的 粘滞性和抗剪强度，冰点在-20—-30℃。其厚 度变化较大，水分子有从厚膜处向较薄处缓促
黏土颗粒与水的相互作用
土粒表面通常是 带负电荷的，在 土粒周围就产生 一个负电场。水 分子是极性分子, 在负电场内定向 排列,形成结合 水。离土粒表面 较近的水分子称 强结合水，较远 的水分子称为弱 结合水。
强结合水紧靠土粒表面，厚度只有几个
水分子厚，小于0.003μ m(1μ m＝0.001mm)，受 到约1Mpa(1万个大气压)的静电引力，使水分子 紧密而整齐地排列在土粒表面不能自由移动。 强结合水的性质与普通水不同，其性质接近固 体，不传递静水压力，气化点为100-105℃，冰 点为-78℃，密度ρ w＝(1.2—2.4)g／cm3，平 均为2.0 g／cm3，具有很大的粘滞性、弹性和 抗剪强度。当粘土只含强结合水时呈固体坚硬 状态,砂土含强结合水时呈散粒状态。
移功的能力，在其员外围有成为普通液态水的
趋势。此部分水对粘性土的影响最大。
土的结构
1、单粒结构： 紧密的：良好的天然地基 疏松的：未经处理一般不宜作为工程的地基或路基。 2、蜂窝结构：
粒径：0.075-0.005mm粉粒；水中下沉-接触-粒链-网状结构-大孔隙
蜂窝结构。 3、絮状结构 粒径：0.005-0.0001mm黏粒或0.0001-0.000001mm胶粒；水中长期悬 浮-絮凝成集合体下沉-形成孔隙更大的絮凝结构。
粉 粒
粘 粒
＜0.005
颗粒分析实验
土力学--第1章 土的组成
土粒的级配－颗分曲线分析
• 土的粒径范围窄，分布曲线陡 ，d10和d60靠近， 土的不均匀系数小，表示土粒均匀 • Cu小 均匀 无细粒土填空 压密 度小 • 土的粒径范围宽，分布曲线缓， d10和d60相距 远，土的不均匀系数大，表示土粒不匀 • Cu大 不均匀 有细粒土填空 压密 度大
土粒的级配－颗分曲线分析
Cu 5
同时满足，级配良好
Cc 1 ~ 3
1.3 土中水和土中气 一、土中水
引力最大，离土粒最近，它是不 可移动的强结晶水，它的含量决定 了土的塑性
强结合水（吸着水）
结合水
指紧靠土粒表面的结合水膜
土 中 水
自由水
弱结合水（薄膜水） 毛细水
存在于地下水位以上，受到水与 空气交界面处表面引力作用的自由 水。 也称地下水，是存在地下水位以 下的透水层中的地下水，可以自由 运动，直接影响土的固结。
土是自然界的产物
土有哪些特点？
碎散性
三相体系
自然变异性
力学特性复杂
• 变形特性
• 强度特性 • 渗透特性
§1.1 土的形成
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化 • 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物
中砂
细砂 粉砂
粉土：粒径大于0.075mm的颗粒 含量小于总质量50% 而塑性指数Ip10的土
粘性土：塑性指数Ip>10的土
粉质粘土：10<Ip17的土 粘 土 ： Ip>17的土
《土的工程分类标准》
土粒粒组的划分
粒组统 称 粒组名称 漂石（块石）粒 巨 粒 卵石（碎石）粒 砾 粒 粗粒 砂 粒 60<d≤200 粒径d范围（mm） d>200 分析 方法 主 要 特 征
第1章土的组成
1.2 土中固体颗粒
1.2.1 土粒的粒度成分(粒径级配)
一、土粒粒度与粒组 天然土是由大小不同的颗粒组成的，
土粒的大小称为粒度,通常以粒径
粒度(granularity)： （mm）表示。
介于一定粒度范围内工程性质相似 的土粒，称为粒组。
粒组(fraction, grain group)：
粒组的划分
3、土的构造 *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。
构造分类 分 层状 散构构造造交 水砂 错 平,错 原砾层理 石 , 卵石
裂隙构造 结核状构造
粘性土
如: 黄土
*主要特征：成层性、裂隙性
类型：层理构造、 裂隙构造
裂隙构造
对于第四纪的沉积层最主要的构造特征是成层
+
土的构造
影响
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
力学特性
2、土的结构
*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。
分类： (1)单粒结构 砂层，砾石层
(2)蜂窝结构 粉粒(粒径0.075~0.005mm）
(3)絮状结构 粘粒（粒径<0.005mm）
判断题
1. 只要不均匀系数cu≥5，则可判断该土为级 配良好土。
2.填方工程中，通常选取级配良好的土作为填 方材料，以利于压实或夯实。
3. 土孔隙中的水可分为结合水和重力水。
4. 结合水是液态水的一种，故能传递静水压 力。
5. 粘性土具有一定的可塑性是因为土中含有 较多的强结合水。
1.4 粘土颗粒与水的相互作用
（2） 毛细水
毛 细 管
!第1章 土的组成
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§1 土的组成
2. 矿物成分
原生矿物： 石英、长石、云母等
固 体
矿物质
黏土矿物： 高岭石、伊里石、蒙脱石
次生矿物 可溶盐：NaCl ，CaCO3等
颗
无定形氧化物胶体
粒 有机质
✓土中矿物成分与粒组的关系 P16 图1-6
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§1 土的组成
颗粒形状
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
毛细水上升的速度：粗粒土毛细水上升速度较快， 细粒土上升速度慢，饱和土无毛细水
毛细升高与孔径成反比？
黏X土
粉土 砂土 砾石
在不同粒径的土中毛细水上升速度与上升高度关系曲线
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毛细毛细水上升对工程的影响：
（1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一； （2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿； （3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化； （4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构 筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。
黏性土
用
生物风化
有机质
动植物活动
母岩表面和碎散的颗粒受环境因
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素的作用而改变其矿物的化学成
分，形成新的矿物
5
§1 土的组成
搬运与沉积
残积土
无搬运
运积土
有搬运
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残积母岩土表层经风颗化粒作表用面破粗碎糙成岩屑或 强风细小化颗粒后，多未棱经角搬运残留在原地 弱风的堆化积物 粗细不均 微风化 无层理
§1.2 土中固体颗 粒
土的粒径级配累积曲线
100
P
1 土的组成
土的组成
1
1.1 概述
1. 土的生成和演变 2. 不同生成条件下土的特点
1. 土的生成和演变
2
土的形成：地质历史的产物，是地球表面的整体岩石在大气 中经受自然力和自然环境的长期风化作用形成。 反向过程：土经过很长的地质年代，发生复杂的物理化学变 化，逐渐压密、岩化，最终又可形成岩石。 循环演变：岩石土岩石土……。重复进行。 地质概念：
斯托克斯(stokes)定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比。
c. 综合分析 筛分法和密度计法结合
13
（3）颗粒级配曲线
用半对数纸表示颗粒级配曲线
横坐标(按对数比例尺)：表示某一粒径（d）； 纵坐标：表示小于某一粒径的土粒百分含量（%）。
由颗粒级配曲线可知道 某一粒径范围的百分含
量！
问题：如何判断级配的 好坏？
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
27
1. 土中水
毛细压力
2πrTcosα+ucπr2 = 0 • 假定α= 0, 毛细压力
u c hc
• 非饱和土中毛细张力影响
分析对象: 水膜
对砂土强度的影响:毛细边 角水, 假凝聚力
28
§1 土的物性与分类
•e 粒组的角-面絮凝结构
g 粒组的角-面絮凝结
构与角-角絮凝结构
35
1.5.2
土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特 征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造， 二者都造成了土的不均匀性
1.层理构造：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,而沿竖向呈现出 成层特征
土的组成
石英 高岭石
埃洛石（微量） 蒙脱石（微量）
黏土颗粒大小与矿物成分
1 土的组成
Ø 土中水
（1） 结合水 黏土颗粒 水中带电性 电场 极性水分子 颗粒四周 定向 排列 结合水
最靠近颗粒表面水分子所受电场作用力很大，可达1000MPa， 随距离作用力衰减
强结合水 + 弱结合水
C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土 4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc 判定土的级配优劣
若 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配良好的土 若 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1，级配不良的土
土粒矿物成分
1 土的组成
矿物质
固体成分
很密实——压缩性低，不排水剪切强度100kPa
1 土的组成
土粒的粒度成分 粒径：颗粒大小 粒径级配：固体颗粒粒径大小及在土中所占的百分比 (粒组相对含量) 为什么要对土颗粒级配进行分析？如何进行粒径分析？ 土颗粒组成——对其力学性质起决定性作用 分析方法：筛分法、水分法
——筛分法： Ø 利用不同孔径的筛子，将事先称重的烘干土过筛，称留在各级筛上 的土的重量，计算其相应百分比 Ø 适用 土颗粒直径大于0.1mm(0.074mm)
1 土的组成
——水分法(比重计法)Stokes法： Ø G.G.Stokes原理：球状颗粒在水中下沉速度与颗粒直径平方成正比
v 2r2( 0)g 9
v—颗粒下沉速度；r—颗粒半径(cm)；—颗粒比重(g/cm3)； 0—分 散介质比重(g/cm3)；—分散介质粘度(Pa ·s)；g—重力加速度(m/s2)
亲水能力：蒙脱石 > 伊利石 > 高岭石
1.土力学基础-土的组成
表1 粒组的划分
1.1.2土中水(water in soil)
土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的 水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对 土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液 态水对其性质影响最大。 液态水主要有结合水和自由水二种形式 1.结合水:解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水： 强结合水(strong bound water) (吸着水：absorbed water): 紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度＜ 0.003μ m (1μ m=10-3mm)大约几个水分子层厚， 特性：显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不 传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，1000C不蒸发，不能 溶解盐类； 粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含 量极少,仅含强结合水的砂土呈散粒状态；
2.天然含水量w (natural moisture content式： 常见值：砂土：0～40%；粘性土：(20～60)% 土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。 测定方法： 烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样15～20g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控 制105℃-110℃，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。 （湿土＋盒重）－（干土＋盒重）＝水重（mw） （干土＋盒重）－ 盒重 ＝干土重（ms） .酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此 法） 试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针 将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求 解mw , ms 及w .铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样3～5kg，称重 后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及 w，原理直观。
1 土的组成
第1章 土的组成1.1 概述土是由固体颗粒、水、气体三部分组成的三相体系。
土＝土粒（固相）＋水（液相）＋空气（气相）1．固相——包括多种矿物成分组成的土的骨架。
2．液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)。
3．气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等。
各相的性质及相对含量的大小直接影响土体的性质，土粒大小和形状、矿物成分及排列和联结特征是决定土的物理力学性质的重要因素。
土粒矿物成分与土粒大小有关：粗大土粒：往往保留原生矿物，多呈块状或柱状。
细小土粒：主要是次生矿物，多呈片状。
1.2 土中固体颗粒一、固体颗粒（土粒）⎩⎨⎧:有机质组成由原生矿物和次生矿物无机矿物颗粒土粒 原生矿物：由岩石经物理风化生成的颗粒，它的成分与母岩的相同，如：石英、长石、辉石、角闪岩、云母等。
特性：颗粒一般较粗，多呈浑圆形、块状或板状；吸附水的能力弱，性质比较稳，无塑性。
次生矿物：由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。
如：由长石风化成的高岭石、由辉石或角闪石风化成的绿泥石等。
特性：颗粒极细，且多呈片状；性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙脱石组成的颗粒），具塑性。
遇水膨胀。
粗大土粒一般是化学性质较稳定的原生矿物颗粒，有单矿物颗粒和多矿物颗粒两种形态。
细小土粒主要是次生矿物颗粒和生成过程中介入的有机物质。
二、土粒粒度成分土是由大小不同的土粒组成的。
土粒的大小、形状、矿物成分和级配对土的物理性质有明显影响。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。
例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。
（一）几个概念粒度——土粒的大小称为粒度，常以粒径表示。
粒组——界于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。
界限粒径——划分粒组的分界尺寸。
常用粒组的界限粒径：（根据国标《土的分类标准》（GBJ145-90））200mm 60mm 2mm 0.075mm 0.005mm漂石或块石、 卵石或碎石 圆砾或角砾 砂砾 粉粒 粘粒。
一类土的鉴别方法
一二三类土的鉴别方法一、一二三类土如何划分1、一类土一类土主要包括砂（天然含水量平均容重为1500kg/m³）、粘质砂土（1600kg/m³）、种植土（1200kg/m³）、冲积砂土层（1650kg/m³）、泥炭（600kg/m³）等。
2、二类土二类土主要包括砂质粘土和黄土（1600kg/m³），轻盐土和碱土（1600kg/m³）等。
3、三类土三类土主要包括中等密实的砂质粘土和黄土（1800kg/m³），它里面含有碎石、卵石或工程垃圾的松散土（1900kg/m³），压实填筑土（1900kg/m³），粘土（1900kg/m³），轻微胶结的砂（1700kg/m³），天然湿度含砾石、石子（占比在15%以内）等杂质黄土（1800kg/m³）。
二、土壤类别划分依据是什么1、现场鉴别方法（1）一类土和二类土一般可以用铁锹进行挖掘，少量能用脚蹬挖掘，铲运机铲土时间比较短，容易满斗。
（2）三类土需要用铁锹配合镐进行挖掘，铲运机铲土的时间会比较长，可以装满斗。
（3）四类土需要全部用镐进行挖掘，少许需要使用撬棍松，铲运机铲土时间比较长，装不满斗，有时还需要借助铲土机或松土机。
2、坚固系数（1）一类土和二类土的坚固系数是0.5-0.8左右。
（2）三类土的坚固系数在0.8-1左右。
（3）四类土的坚固系数在1-1.5左右。
三、一二三类土的区别1、土壤硬度不同一类土最松软，二类土居中，三类土最坚固。
2、组成成分不同（1）一类土稍微有粘稠的砂土、粉土、腐殖土以及泥炭等。
（2）二类土主要由潮湿的粘稠土与黄土、碱土与软的盐土，以及带有建筑碎屑、碎石和种植土等组成。
（3）三类土里面含有严密的粘稠土或黄土，带有碎石或建筑碎屑的潮湿黏土或黄土。
3、开挖方法以及工具不同（1）一类土主要采用锹，少部分用脚蹬或板锄挖掘。
1土的组成
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洪积物的颗粒虽 因搬运过程中的分选 作用呈现渐变现象,但 由于搬运距离短,颗粒 的磨圆度仍不佳。此 外，山洪是周期性产 生的，每次的大小不 尽相同，堆积物质也 不一样。因此，洪积 物常呈现不规则的层 理构造，如具有夹层、 尖灭或透镜体等产状。
土 的 层 理 构造
1.表土层 2.淤泥夹粘
1.2 土的固体颗粒嘉应学院土木工程学院学院
土的组成
固体矿物颗粒 （固相） 土中气体 （气相）
土中水
（液相）
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土体
固相 + 液相 + 气相
固体颗粒
固相
构成土体骨架 起决定作用
土中水
土中气体
液相
气相
重要影响
次要作用
饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
• 是颗粒大小发生量的变化
生物活动
• 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物（石英、长石等）
• 产生无粘性土
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• 母岩表面和碎散的颗粒受环
物理风化
境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物 • 颗粒成分发生质的变化 • 矿物成分与母岩不同，称次 生矿物（蒙脱石、伊利石）
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双电层的概念：
★扩散层水膜的厚度对粘性土的工程性质影响很大，扩散层厚 度大，土的塑性就大，膨胀与收缩性也大。 ★双电层厚度与矿物本身和外界条件有关： ①如蒙脱石颗粒厚度小，形成的扩散层相对厚度就大于高岭石 ②水溶液中的阳离子的原子价位越高，它与土粒之间的的静电 引力愈强，平衡土粒表面负电荷所需阳离子数量愈少，扩散层 愈薄 ③外部温度升高，双电层厚度就增大
小学科学第一课土壤的组成(课件)学年四年级科学下册同步备课(冀人版)
小学科学第一课土壤的组成（课件）学年四年级科学下册同步备课（冀人版）土壤是地球表面的重要自然资源，它是植物生长和人类农业生产的基础。
那么，土壤是由什么组成的呢？本文将从土壤的组成与作用、土壤主要成分及其功能和土壤层次结构三个方面进行介绍。
土壤的组成与作用土壤是由固体颗粒、液体和气体组成的，它们共同构成了土壤的体积。
土壤具有吸水、保水、呼吸、供养植物等重要作用。
首先，土壤中的固体颗粒主要包括矿物质和有机质。
矿物质是土壤中的无机物质，主要是由矿物颗粒组成的。
有机质则是指土壤中残体、粪便、腐殖质等有机物质。
这些固体颗粒为土壤提供了结构和营养。
其次，液体部分主要是土壤中的水分。
水是植物生长所必需的重要元素，它通过土壤中的多孔空隙和毛细管作用，为植物提供水分和养分。
最后，土壤中的气体主要是包括氧气、二氧化碳等。
氧气对于土壤中的微生物和植物根系的呼吸起着重要的作用，二氧化碳则是植物光合作用的产物。
土壤主要成分及其功能土壤主要成分包括矿物质、有机质、水分和空气。
它们分别担任着不同的功能。
首先，矿物质是土壤的主要组成部分，它提供了土壤的结构和质量。
矿物质中的硅酸盐类物质可以使土壤变得肥沃，提高土壤的保水性和透气性。
此外，矿物质中的钙、镁、钾等元素对于植物生长也起着重要的作用。
其次，有机质是土壤中的重要组成部分，它来源于植物和动物的残体，可以提供植物生长所需的营养物质。
有机质还可以改善土壤的结构，增加土壤的保水性和透气性，促进土壤微生物的活动。
水分是土壤中不可或缺的成分，它可以滋润植物的根部，为植物提供水分和养分。
空气在土壤中起着呼吸作用，为土壤中的微生物和植物根系提供氧气。
土壤层次结构土壤层次结构是指土壤具体划分为不同的层次，它们分别具有不同的特点和功能。
土壤的最上层是有机质含量较高的表层。
在这一层中，有机质可以有效地降解，产生腐殖质，不仅为植物提供了养分，也增加了土壤的保水性和透气性。
紧接着是粘土含量较高的次表层。
土的结构
w表示，常以百分数计。
（2）表达式：
w
Mw
Ww
100 %
M s Ws
（3）测定方法：烘干法
w M M s M w 100 %
Ms
Ms
换算指标
二、换算指标
1. 孔隙比与孔隙率
（1）孔隙比：土中孔隙的体积与土粒体积之比称为孔
隙比，用e表示，以小数计。
e
孔隙体积 土粒体积
Vv Vs
sat
Ms
Vv w
V
sat
Ws
Vv w
V
不同情况下土的密度与容重
(3)浮密度与浮容重：土被水淹没时的密度(容重)称为浮 密度(容重)，用ρ′(γ′) 表示。
M s Vs w
V
M s Vs w
V
(4)各种情况下土的密度之间的关系
sat d
土的结构
2）絮凝状结构
3）团聚状结构
• 絮凝状结构类型是以粘粒为主的絮 凝体—集粒为基本结构单元体，有 少量的粗颗粒分布于其中，集粒内 粘土矿物片多呈边-面、边-边和少 量面-面的方式排列，孔隙具有较好 的连通性，粘土矿物的定向性较差， 因而土的工程地质性质较均匀
团聚状的集粒主要靠颗粒间连结力 和起胶结作用的粘土质及游离氧化 物把单粒和集粒聚合在一起，反映 了颗粒主要以粉、粘粒为主，游离 氧化物较少。土的强度不高，分散 性较大。
土的物理性质指标
土的物理性质指标
一、直接测定指标
1. 土的密度与容重
（1）密度定义及表达式
M M s M w M a (g/cm3 )
V
V
（2）容重定义及表达式
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小于该粒径质量（％） 100 95
80 …
小于某粒径土的质量（％）
100 60
10
10
5
2
1.0
0.5
0.25
0.1 0.075
土的粒径lgd (mm)
土的粒径级配曲线
小于某粒径土的质量（％）
土的粒径级配曲线
100
60
该曲线的陡缓说明什么 问题？如何表示陡缓？
10
10
5
2 d60 1.0
0.5
0.25 d10 0.1 0.075
2、自由水 离土粒较远，在土粒表面的电场作用以外 自由散乱排列
(1)重力水：位于地下水位以下，受重力作用可 流动，具有浮力
(2)毛细水：位于地下水位以上，受毛细作用而 上升
3、气态水 水汽，对土的性质影响不大
4、固态水： 自由水结冰
二、土中气
1、自由气体 与大气连通，土层受压即溢出，对建筑工程无 影响。
2、封闭气泡 与大气隔绝，存在粘土中，受荷封闭气泡缩小
压缩性增高；橡皮土 封闭气泡过多
渗透性降低
土的三相组成
固相—矿物颗粒
矿物成分 粒组划分 颗粒级配
三相组成
液相—水
结合水
自由水 气态水 固态水
强结合水 弱结合水 重力水 毛细水
气相—气体
自由气体 封闭气泡
1. 4 粘土颗粒与水的相互作用
一、粘土颗粒的结晶结构和亲水性 二、粘土颗粒与水的相互作用
弱
结合水 自由水
1. 5 土的结构与构造
一、土的结构
密度计法（d<0.075mm的土）
密度计法（d<0.075mm的土）
3、粒度成分分布曲线 ——累计曲线法（级配曲线）
横坐标 ——土粒直径，因粒径差异大，用对数尺度
纵坐标 ——小于某粒径的土占总质量的百分数
例: 土样总质量1000g
筛孔径
10mm 5mm 2mm …
各筛上土样质量
0 50g 150g …
粘性土——表面摩擦力＋粘聚力
强度低的原因——其来源远小于建材本身强度
3、透水性大
将一杯水倒于：
钢板 厚木板 混凝土地板 室外土地
？
会发生什么不同的现象？
透水性大的原因
——土矿物颗粒之间的透水孔隙造成 ——特别是卵石、砂土
三、土的生成与工程特性的关系
1、 搬运、沉积条件
水搬运沉积优于风搬运沉积？
北京八宝山
第一章 土的组成
Comprise of Soil
黑龙江大学 建筑工程学院
主要内容
1.1 土的生成 1.2 土的固体颗粒 1.3 土中水和土中气 1.4 粘土颗粒与水相互作用 1.5 土的结构与构造
1. 1 土的生成
一、土的生成
➢物理风化－无粘性土 ➢化学风化－粘性土 ➢生物风化－不改变原岩的矿物成分
不同的风化作用形成不同性质的土
二、土的工程特性
1、压缩性高
材料
钢筋 C20混凝土
卵石 饱和细砂
弹模符号
E1 E2
E3 E4
弹性模量/Mpa
21万 2.6万
40～50 8～16
对比关系
E1>＝4200E3 E2>1600E4
2、强度低
土的强度——抗剪强度，而非抗压或抗拉强度 强度来源 无粘性土——表面摩擦力
土的状态决定土的工程性质
一、土粒的粒度成分
1、土粒的粒度与粒组
(1)颗粒大小
工程性质
划分粒组
(2) 粒组划分——依据性质相近的原则
粘粒
0.005
0.075
2
60
200 粒径d（mm）
粉粒
砂粒
圆砾
卵石
漂石
（角砾） （碎石） （块石）
(3) 土的粒度成分或颗粒级配 土样各粒组的质量占土粒总质量的百分数 无粘性土工程性质的主要因素，分类定名标准
结合水
强结合水 弱结合水
阳离子
水分子
(2)弱结合水：位于强结 合水外侧，也是粘土 表面电分子力吸引的 水分子
矿物 电
颗粒 分
子 力
强
弱
结合水 自由水
(1)强结合水 特点
冰点：－78oC 沸点：680oC 密度：1.2～2.4g/cm3 不传递静水压力 具抗剪强度和粘滞阻力
(2)弱结合水 特点
冰点：-0.5～－78oC 沸点：100～680oC 密度：1～1.7g/cm3 不传递静水压力 具一定的抗剪强度和粘滞阻力
一、粘土颗粒的结晶结构和亲水性
粘土矿物呈鳞片状，由晶胞按不同方式排列组成。
晶片
晶胞
粘土矿物
晶片
硅氧晶片 O H
O 铝氢氧晶片
H
可以构成两种晶胞
O O
n H2O
蒙脱石
亲水性大， 胀缩剧烈
KK
＋＋
Si4＋
H
Fe3＋（Al3＋）O
伊利石
高岭石
亲水性介于 前二者间
亲水性极小
H
蒙脱石
亲水性大， 胀缩剧烈
蒙脱石
2、次生矿物：母岩岩屑化学变化，改变成分，颗 粒很细的新矿物
3、腐殖质——其含量增大使土的压缩性增大 ——有机质含量>3~5%土不宜作填筑材料
1. 3 土中水和土中气
一、 土中水
土中水的类型
➢结合水—受电分子引力作用而吸附在土粒表面 ➢自由水—地下水 ➢气态水 ➢固态水
1、结合水
(1)强结合水：粘土颗粒 表面2～3个分子层范 围，被粘土表面的电 分子力牢固地吸引
土的粒径lgd (mm)
不均匀系数 曲率系数
Cu
d 60 d10
Cc
(d 30)2 d10 d60
限定粒径—d60 有效粒径—d10 中值粒径—d30
砾石和砂土级配良好双控标准： Cu 5 , Cc [1,3]
二、土粒的矿物成分
1、原生矿物：经物理风化而成，成分与母岩相同 单矿物颗粒——一个颗粒仅含单一矿物。 多矿物颗粒——一个颗粒中包含多种矿物。
2、粒度成分分析实验
粒径分析方法 (1) 筛分法 （d>0.075mm的土） (2) 密度计法 （d<0.075mm的土）
原理：土粒直径不同在水中沉降的速度也不同
筛分法（d>0.075mm的土）
标准筛孔径：20，10，5，2，1.0，0.5，0.25，0.1，0.075mm
筛分法（d>0.075mm的土）
陕北榆林、靖边
2、沉积年代
沉积年代长短 ？ 土密度、强度、压缩性
3、沉积的自然地理环境 环境——地形高低、气候冷热、雨量多少
1. 2 土中固体颗粒
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
为什么研究三相组成
影响土的状态
固相＋气相——硬粘土、松散砂 固相＋液相＋气相——可塑粘土 固相＋液相—饱和土—砂土液化
伊利石
亲水性介于 二者之间
伊利石
高岭石 亲水性极小
高岭石
二、粘土颗粒与水的相互作用
1、粘土颗粒的带电性 1809年 列依斯 粘土颗粒表面的带电现象
水 砂
粘土
粘 粒
粘土Biblioteka O2-105oH+
H+
2、双电层
(1)反离子层：固定层扩散层
(2)土粒表面负电荷
扩散层 固定层
阳离子
水分子
矿物 电
颗粒 分
子 力
强