浙江大学 高等土力学讲义1

第一章 土的结构与分类

谢新宇 韩同春

1.1 土的形成

1．土由岩石经风化作用而成. 土的工程性质与土的形成环境, 过程, 成分, 结构, 构造密切相关.

风化作用⎪⎩

⎪⎨⎧坏作用植被，树木根系等的破生物作用－－微生物，还原作用，碳化作用等，离子交换作用，氧化化学风化－－水解作用等等破坏作用，热胀冷缩，加载卸载物理风化－－风吹雨打

土⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪

⎨⎧腐殖土泥炭土冰成沉积土

水成沉积土风成沉积土沉积土残积土

（1）残积土――岩石经风化残留在原处的土。

残积土

特点：未经搬运，未被摩圆和分选，没层理，大孔隙，非均质。

（2）（风成）沉积土――经风力搬运堆积而成的土。例如 ①黄土⎩

⎨

⎧蚀搬运重新沉积的黄土次生黄土－－经水流侵不层理的黄土原生黄土－－未经扰动

黄土按年代分有老黄土、新黄土，按湿陷性分有湿陷性黄土、非湿陷性黄土

②砂丘――在风力作用下可以在地面上移动，由于风的分选作用极不均匀。

(3)水成沉积土――经水流搬运后沉积的土。

水成沉积土⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧海相沉积土

三角洲沉积土湖相沉积土冲积土洪积土坡积土 ①坡积土――岩石风化物经雨水雪水冲刷、侵蚀、携带、沉积在平缓的山坡上形成的沉（堆）积物。

坡积土

特点：搬运距离短、土质不均匀、厚度变化大、压缩性高。

②洪积土――山洪急流冲刷地表土层，形成泥石流，在山谷冲沟出口或山前倾斜平原上形成的堆积物。

洪积土

特点：有不规则交错的层理构造（如夹层、透镜体等），土质不均匀。

③冲积土――河流水力作用将坡积土和洪积土侵蚀、搬运、沉积在河流坡降变小的平缓地带形成的沉积物。

冲积土

特点：沿河流可形成上游冲积土、下游冲积土，范围越来越大，颗粒越来越小、越来越圆。

④湖相沉积土――在湖泊沉积的土

特点：在岸边沉积较粗大碎屑的物质，湖底的中部多沉积细小颗粒的物质。

⑤三角洲沉积土――河流流入海洋时，流速急剧减少，悬浮物质在河口形成的沉积土。

三角洲沉积土

特点：结构复杂，层理明显或透镜体，颗粒细，分布一定规律。

土的层理结构

⑥海相沉积土――由海岸岩石破坏后的碎屑物质组成。

海相沉积土100200km 200400km 400km ⎧⎪

⎪⎪⎨

⎪⎪⎪⎩滨海沉积物（主要有卵石，圆砾，砂等粗颗粒）浅海沉积物（离滨海～，主要有细颗粒砂土，粘性土，淤泥和生物化学沉积物）陆坡沉积物（离滨海～，主要有粘土，含钙（硅）的软泥）深海沉积物（离滨海以外，主要有粘土，含钙（硅）的软泥）

海相沉积土

特点：离海岸越远沉积物越细。

（4）冰川沉积土――冰川活动 搬运 溶化 沉积

冰川沉积土⎪⎩

⎪⎨⎧冰川－湖泊沉积物冰川－河流沉积物冰川沉积物

2．沉积物沉积后的物理化学过程

（1）风化作用――块体→大颗粒→小颗粒 （2）固化作用――P →e →τ

（3）成岩作用――温度、压力、时间效应、物质转化

（4）溶解作用――离子交换和可溶盐的淋溶（如土洞、溶洞）

地质循环

1.2 土的组成

土的组成⎪⎩

⎪⎨⎧土的气相土的液相土的固相

1. 土的固相

1）土的矿物成分――取决于母岩的成分及其所经受的风化作用。

土的矿物成分⎪⎪⎩⎪⎪

⎨

⎧盐类（沉淀析出）

遗体分解有机质－－源于动植物

物风化形成

次生矿物－－由原生矿粒形成岩石结构的矿物颗原生矿物－－岩石碎屑

①粗大颗粒（d>2mm ）――岩石碎屑，其矿物成分与母岩相同。

②砂粒（d=0.075～2mm ）――母岩中的单矿物颗粒，如石英，长石和云母等。 ③粉粒（d=0.005～0.0075mm ）――主要是石英，MgCO 3,CaCO 3等难溶盐的颗粒。

④粘粒（d<0.005mm ）――主要有粘土矿物，氧化物，氢氧化物和各种难溶盐类，如碳酸钙。

粘土矿物⎪

⎪⎩⎪⎪⎨

⎧-++++成八面体晶体交替迭合而绿泥石－－硅氧晶片与

组成的晶胞氧晶片和一层硅氧晶片高岭石－－由一层铝氢因而晶胞间出现一价取代，

可以被四面体中的似于蒙脱石，但伊利石－－结构单元类片片之间夹一层铝氢氧晶蒙脱石－－两层硅氧晶

K Fe Al Si O Si 334,

硅氧四面体示意图 铝氧八面体或镁氧八面体示意图

高岭石结构示意图

蒙脱石结构示意图 伊利石结构示意图

绿泥石结构示意图

2) 土的颗粒级配――土的颗粒大小、形状、级配对土的物理力学性质有重要的影响。

筛分法――用一套孔径递减的筛子将风干的土过筛分离，记录每个筛子上留下来得土体质量，可得到土的颗粒级配。

比重计法和移液管法的基础是Stokes 定律 。 Stockes 定律假定：① 颗粒是球形的。

② 颗粒周围的水流是线流。 ③ 颗粒大小比分子大得多。 在静止液体中一个球形颗粒下沉速度为：

)(922η

γγl s r v -=

式中r ―颗粒半径； s γ―颗粒重度； l γ―液体重度； η―液体粘滞系数。 于是

2

1

)(18⎥

⎦

⎤⎢⎣⎡-=t h D l s γγη

式中D ―颗粒直径；

h ―颗粒t 时间时下沉距离。

土的颗粒级配曲线――根据颗粒粒径分析结果绘制。