第5章 土壤结构和力学性质
土壤侵蚀原理第5章重力侵蚀
第5章重力侵蚀主要教学目标：分析重力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述重力侵蚀形式及影响重力侵蚀的自然因素。
使掌握防治重力侵蚀的基本原理。
教学方法：以教师课堂讲授为主，学生自学、参阅课外书及野外实习为辅。
主要内容：第一节重力侵蚀作用分析第二节崩塌第三节滑坡第四节错落第五节蠕动第六节陷穴与泻溜第一节重力侵蚀作用分析一、坡面重力侵蚀应力1.概念：重力侵蚀是以单个落石、碎屑流或整块土体、岩体沿坡向下运动的一系列现象。
由于坡地重力所移动的物质多系块体形式，故也称为块体运动。
斜坡(包括山坡、岸坡、人工边坡)上松散堆积物或风化基岩，由于本身重量而沿着斜坡向下运动或发生垂直下落，在块体运动中地表水、地下水以及地震等因素往往起促进和触发作用。
块体运动是一种固体或半固体物质的运动，可以是快速运动，也可以是缓慢不易觉察的移动或蠕动。
它既是地质作用的动力，又是地质作用的对象，因为当它沿斜坡向下运动时，一方面破坏沿途可能遇到的基岩，同时运动的物质本身也遭受破坏。
2.应力：重力是促使斜坡上的物质向下运动的动力。
当重力克服了物体的惯性力和摩擦阻力时，物体就要向下移动。
在这一过程中，水也是一种重要的影响因素，它能促进块体运动的发生。
这不仅因为水可以增大物质的重量，更重要的是水还起着润滑作用，从而减少松散物质颗粒之间的粘结力以及整个物体和基底之间的摩擦阻力。
此外，地下水在流动中具有渗透力，这种力作用在它所流经的沉积物或岩石颗粒上，其方向与水流方向一致，能促进沉积物或岩石的破坏。
每当洪水退后河岸易发生坍塌，就是因为这时两岸的地下水均向河流排泄，其流向与渗透力的方向指向岸坡下方，从而破坏河岸的稳定性。
另外，块体运动在地震或人工爆炸时也易于发生，这是因为震动产生的冲击力减小摩擦阻力，而触发了块体运动。
促进块体运动的其它因素还有斜坡的负荷超过斜坡所能担负的重量、流水或波浪的掏蚀使斜坡过陡、水的冻结和融化交替发生、滥肆开采斜坡下部的岩石等。
第五章 土壤的力学性质和耕性
第一节 土壤力学性质
三、土壤塑性
3、影响因素：影响粘结性因素都会影响土壤塑性 1）水分：过干过湿无塑性 A）下塑限：随含水量增加，土壤出现塑性的土壤含水量为下塑限。 B）上塑限：随含水量增加，土壤失去塑性的土壤含水量为上塑限。 C）塑性范围 D）塑性值：上塑限和下塑限的差称为塑性值。塑性值越大塑性越强。 强塑性（粘土）大于17 塑性土（壤土）大于-17 弱塑性（砂壤土）小于7 无塑性（砂土）0 2）质地：粘粒增加，下塑限，上塑限，塑性值均增大。 3）代换性阳离子种类。 4）有机质数量：不改变塑性值，但能提高上、下塑限。 5）结构。
越小，但砂土无此关系。 B）团粒结构坚实度小； 碱土分散死板，含Na+多，干燥时坚实度很大。 C）通常孔度高，坚实度小些，但在含水量极少，土壤干燥情况下，坚
实度仍可能很大。
第一节 土壤力学性质
五、土壤耕作阻力：
（二）土壤的位移阻力 用抗剪强度表示
1、抗塑强度：一定压力下，土壤剪应力的大小。
2、测定 如图
3、垂直载荷与土壤剪应力关系
计算公式：S=PtgΦ+C
S——土壤剪应力 P——垂直载荷
tgΦ——内摩擦系数 Φ——内摩擦角
C——土壤粘结力
砂22O C较大
4、在塑性范围内耕作，在压力和剪力作用下，土壤出现粘闭现象，孔隙度 减小，孔径变小，无效孔隙增大。
第二节 土壤耕性
3、粘结性影响因素
1）质地 粘土比表面积大，粘结性强 2）代换性阳离子种类 K+ Na+离子多，土壤高度分散，粘结性增强，相反
Ca2+ Mg2+为主，土壤发生团聚化，粘结性弱。 3）团粒结构粘结性降低。 4）腐殖质数量； 粘结力大于砂土，小于粘土。 5）土壤含水量；由干—湿 粘结力 无——有——最大—小—流体
第五章土壤肥料学
3. 孔隙比：用以反映土壤孔隙的总数量。 孔隙比：用以反映土壤孔隙的总数量。 孔隙比=孔度 （1-孔度）= 孔度） 孔隙比 孔度/（ 孔度 孔度 孔隙容积/土粒容积 孔隙容积 土粒容积
二、孔隙的分级: 孔隙的分级 1. 当量孔径：采用与一定水吸力相 当量孔径： 当的孔径。 当的孔径。 d=3/h h为土壤的水吸力，单位 为土壤的水吸力， 为土壤的水吸力 单位mm 当 （kPa、Pa或mbar）d 单位 h=10kPa d=3/10=0.3mm 2. 分级：按当量孔径（水吸力）大小 分级：按当量孔径（水吸力） 及其作用分为三类： 及其作用分为三类：
当干旱少雨时， 当干旱少雨时，毛管孔可以通过毛 管作用力使地下水上升满足植物的需要。 管作用力使地下水上升满足植物的需要。 同时团粒因干燥收缩与其他结构脱 使毛管中断，减少水分的损失。 离，使毛管中断，减少水分的损失。 而非团粒结构则水气难以并存
2〉协调土壤中养分积累与释放的矛盾 〉 团粒表面与空气接触， 团粒表面与空气接触，好气性微生物 活动剧烈，有机质分解，提供养分， 活动剧烈，有机质分解，提供养分，团 粒内部多为嫌气状况， 粒内部多为嫌气状况，有利于养分的积 累和保存。 累和保存。 小肥料库” “小肥料库”
3.团粒结构的形成过程 团粒结构的形成过程 1〉粘结团聚过程 粘结团聚过程：多级团聚说 粘结团聚过程 是粘结过程和团聚过程的综合， 是团粒形成所特有的。 a. 凝聚作用 凝聚作用： 无机胶体遇到Ca2+ Mg2+ Fe3+等 多价阳离子出现凝聚，形成凝聚体. 其稳定性不高，凝胶容易转化为 溶胶
b.无机胶体的粘结作用： 无机胶体的粘结作用： 无机胶体的粘结作用 CaCO3、CaSO4·H２O、H2SiO3、 Fe2O3·nH2O和Al2O3·nH2O 以及粘粒润湿时 将土粒和微凝聚体粘结在一起，干燥时脱水 形成土块。 心土和底土层的柱状，块状，棱柱状结 构都由此形成。 其稳定性差，除Fe2O3和Al2O3粘粒不可 逆外，其余遇水易分散。
土力学第四版课后习题答案
土力学第四版课后习题答案土力学是土木工程专业的一门重要课程，它主要研究土壤的物理力学性质以及土体在外力作用下的变形和破坏规律。
而土力学第四版作为该领域的经典教材，对于学习者来说是一本不可或缺的参考书。
然而，课后习题一直以来都是学生们的难点，因此，本文将为大家提供一些土力学第四版课后习题的答案，希望能够帮助大家更好地掌握土力学的知识。
第一章：土的物理性质1. 什么是土的含水量？土的含水量是指单位质量土壤中所含水分的质量与干土质量之比。
2. 什么是土的相对密度？土的相对密度是指土的实际密度与最大干密度之比。
3. 土的颗粒密度和土的容重有何区别？土的颗粒密度是指土壤颗粒的质量与颗粒体积之比，而土的容重是指土壤的质量与土体体积之比。
第二章：应力与应变1. 什么是应力？应力是指单位面积上的力的作用，常用符号为σ。
2. 什么是应变？应变是指物体由于受到外力作用而发生的形变，常用符号为ε。
3. 土体的应力状态有哪些？土体的应力状态包括三种：一维应力状态、二维应力状态和三维应力状态。
第三章：土的压缩性与固结1. 什么是土的压缩性？土的压缩性是指土体在外力作用下发生体积变化的性质。
2. 什么是固结？固结是指土体在外力作用下体积逐渐减小的过程。
3. 什么是固结指数？固结指数是指土体固结过程中体积变化与初固结压力之比的对数。
第四章：土的剪切强度1. 什么是土的剪切强度？土的剪切强度是指土体在剪切破坏时所能抵抗的最大剪切应力。
2. 什么是塑性土的剪切强度？塑性土的剪切强度是指土体在塑性破坏时所能抵抗的最大剪切应力。
3. 什么是黏聚土的剪切强度？黏聚土的剪切强度是指土体在黏聚破坏时所能抵抗的最大剪切应力。
第五章：土的抗剪强度1. 什么是土的抗剪强度？土的抗剪强度是指土体在受到剪切力作用时所能抵抗的最大剪切应力。
2. 什么是无侧限抗剪强度？无侧限抗剪强度是指在三维应力状态下，土体所能抵抗的最大剪切应力。
3. 什么是有效抗剪强度？有效抗剪强度是指土体在考虑水分影响后所能抵抗的最大剪切应力。
农业概论第五章 土壤物理机械性质2016.4.5
三、土壤可塑性
1.土壤塑性的概念
土壤在外力作用下，能塑造成任意形状而不
破裂（没有裂缝），并在去掉外力以后仍能保持
新形状的性质，称为土壤塑性或可塑性。
沙土湿时可塑成型，但干燥后塑性破碎，因 此沙土无塑性。
2、土壤塑性的实质
由片状粘粒和水膜造成的。水分增加至土粒间出现水膜， 在水膜张力的作用下，相邻土粒粘结在一起；当外力大于这 些水膜张力时，土粒就互相滑动，使土体变形。
力增加，最适压实含水量降低，因为较大压力下，土壤孔
隙度降低，土粒表面形成水膜需要的水分减少。 4. 在压力和剪应力同时起作用情况下，压力是土壤压实的主 要原因，在含水量高时，剪应力的压实作用增加。
二、耕作栽培中的土壤压实
（一）土壤压实的概念 • 在农机具作用下，土壤压缩、容重加大，孔隙 减少至影响作物生长时，称为土壤压实，或称 压板。
4、土壤粘结性与土壤耕性
1） 粘结力大，土壤不易碎散，耕作时将形成许
多大的土块，为了使土块碎散，需要采取耙压等作业，
结果形成大量小于0.25mm的团聚体，破坏土壤结构。
2）粘结力是土壤抗剪强度的主要组成部分，对
土壤阻力、农机具的附着力等起重要作用。
二、土壤粘着性
1.土壤粘着性
土壤依附于其他物体的性质，称为土壤粘着性。粘着 性的大小，以粘着强度（ N/cm2）表示。 土壤在一定含水量条件下，土粒粘附在外物（如农具）
数较大。
二、土壤的内摩擦性质
土壤的内摩擦系数与含水量的关系
•土壤水分多时，水膜起润滑作减少，直至接近于 零。因为粘重土壤渗水慢，在饱和条件下，水分对压力产生 支承作用。
•质地较轻的土壤，摩擦系数也随水分增加而减少，但当水
分超过塑性上限后，因为质地较轻的土壤渗水快，所以能维 持一定的摩擦系数值。
土的物理力学性质及其指标
土的物理力学性质及其指标1. 体积重是指土壤单位体积的质量，通常用单位是千克/立方米（kg/m^3）或兆帕（MPa）表示。
体积重是土壤力学性质的重要参数，它直接影响土体的承载能力和稳定性。
体积重的大小与土壤颗粒密度、含水量和孔隙度有关。
2.孔隙比是指土壤中孔隙体积与总体积的比值，即孔隙度。
孔隙比能够反映土壤孔隙结构和孔隙连通性，对土壤的透水性、保水性和通气性等性质有重要影响。
孔隙比的大小与土壤颗粒颗粒的形态、大小和堆积密度等因素有关。
3.毛细吸力是指土壤孔隙中水分上升或下降所受到的作用力。
毛细吸力与土壤含水量、孔隙度、土壤颗粒大小和水表面张力等因素有关。
毛细吸力对土壤水分运移和供水能力有着重要影响，也是评价土壤保水能力和透水性的重要指标。
4.剪切强度是指土壤在剪切应力作用下的抗剪能力。
剪切强度是土体抗剪破坏的重要参数，直接影响土壤的稳定性和承载力。
土壤的剪切强度与土壤颗粒间的内聚力、黏聚力和有效应力等有关。
此外，还有一些与土壤物理力学性质相关的指标，如孔隙水压力、压缩系数、孔隙率等。
5.孔隙水压力是指土壤孔隙中水分所受到的压力。
它与土壤含水量、孔隙度和毛细吸力等因素有关。
孔隙水压力对土壤水分状态和土壤力学性质具有重要影响。
6.压缩系数是指土壤在外力作用下体积变化与应力之间的关系。
压缩系数反映土壤的压缩性质，与土壤的固结和液化等问题密切相关。
7.孔隙率是指土壤孔隙体积与总体积的比值，即孔隙系数。
孔隙率能够反映土壤孔隙结构和蓄水性能，也是评价土壤质地和透水性的一项重要指标。
这些物理力学性质和指标是描述土体力学性质和水分运移特性的重要参数，对土壤科学研究、土壤工程设计和农田管理等具有重要的理论和实际意义。
土壤物理知识点总结图解
土壤物理知识点总结图解一、土壤颗粒性质1. 土壤颗粒组成土壤由砂、粉砂、壤土和粘土组成，颗粒大小依次减小。
2. 颗粒形态土壤颗粒的形态多种多样，有圆形、角形、片状等。
3. 颗粒结构土壤颗粒的结构有单粒结构、胶结结构、复合结构等。
二、土壤孔隙结构1. 孔隙分类土壤孔隙包括毛管孔隙、颗粒间隙和大孔隙。
2. 孔隙特征毛细管作用使土壤中的水分能上升，在土壤中形成一种特殊的溶液吸附现象，使土壤能保持一定量的水分。
3. 孔隙组成毛细管作用和颗粒结构使得土壤中有多样化的孔隙组成。
三、土壤水分运动1. 土壤中的水分形态土壤中的水分主要包括毛细吸附水、毛管水和重力水。
2. 水分运动过程水分在土壤中的运动主要有渗流、毛细吸附运动和重力排水等。
四、土壤气体运动1. 土壤中的气体土壤中的气体主要包括氧气、二氧化碳、氮气等，它们对土壤有着重要的影响。
2. 气体运动规律土壤中的气体运动与水分运动联系紧密，同时还受温度、湿度等因素的影响。
五、土壤热量传导1. 热量传导的方式土壤中的热量主要通过传导、对流和辐射传导等方式进行。
2. 土壤热力学性质土壤的热导率、热容量等热力学性质对热量传导具有重要的影响。
六、土壤质地与结构1. 土壤质地土壤质地主要指土壤中砂、粉砂和粘土的含量比例，它对土壤的肥力和透水性等具有重要影响。
2. 土壤结构土壤结构可分为状结构、团粒结构、板状结构等，不同的土壤结构对土壤的通透性、保水性等有重要影响。
七、土壤物理性质与植物生长1. 土壤物理性质对植物生长的影响土壤的通透性、保水性、含氧量等物理性质对植物生长有着直接的影响。
2. 土壤改良通过改良土壤的物理性质，可以提高土壤的肥力、改善土壤的透气性和透水性，促进植物生长。
通过以上内容的学习，对土壤物理知识有了更全面的认识。
在实际的土壤改良和农业生产过程中，对这些知识的理解和掌握将发挥重要作用。
同时，也希望通过图解和详细解释，能更好地帮助读者理解和应用这些知识。
chap05-土壤有机质
等中间产物。
在极嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其
中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。
嫌氧分解： 细菌 4C2H5COOH + 2H2O 细菌 CH3COOH 细菌 CO2 + CH4 4CH3COOH + CO2 + CH4
CO2 + 4H2
三、影响土壤有机质含量的因素
决定土壤有机质含量的因素：
输入
输出 碳平衡
输入 生态系统 CO2 大气层
碳平衡
输出
>0 碳源 碳平衡 <0 碳汇
有机质 =0
土壤层 1m
(输出-输入)
第二节 土壤有机质的分解和转化
一、简单有机化合物的分解和转化
1、有机质的矿化作用 (矿化过程)
有机化合物进入土壤后，一方面在微生物、 酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放 出CO2 、H2O和能量，所含N、P、S等营养元素在 一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质 养料。 酶 R （C, 4H） + 2O2 CO2 + 2H2O + 能量 含碳和氢的化合物 氧化
热带雨林下仅凋落物干物质量即达16700千克/公顷年 荒漠植物群落的凋落物干物质量仅为530千克/公顷年
森林植被下的枯枝落叶
荒漠景观
耕作土壤
（1）作物的根茬、还田的秸杆和翻压绿肥； （2）人畜粪尿； （3）城市生活垃圾、污水； （4）土壤微生物、动物的遗体及分泌物(如蚯蚓、昆虫等) （5）施用的各种有机肥料（厩肥、堆沤肥、腐殖酸 肥料、污泥以及土杂肥等）
2H2O + CH4
矿化分解意义？
提供植物、微生物生命活动所需的碳源 和能源
土与结构相互作用
土与结构相互作用土壤是地球表面上的一种自然资源，它不仅承载着植物的生长，还为人类提供了重要的农田和建筑基础。
土壤与建筑结构之间的相互作用是一个复杂而重要的问题，它关系着人类的生活和发展。
本文将从不同角度探讨土壤与结构的相互作用。
一、土壤的力学性质对结构的影响土壤的力学性质是指土壤在受力时的变形和承载能力。
不同类型的土壤具有不同的力学性质，这将直接影响到建筑结构的稳定性和安全性。
土壤的压缩性对结构的影响非常明显。
当建筑物施加在土壤上的荷载超过土壤的承载能力时，土壤会发生压缩变形。
这种变形会导致建筑物沉降或倾斜，甚至造成结构的破坏。
因此，在设计建筑结构时，必须充分考虑土壤的压缩性质，采取相应的措施来减小土壤的压缩变形。
土壤的剪切性对结构的稳定性也有重要影响。
土壤在受到剪切力时，会发生剪切变形。
当土壤的剪切强度不足以抵抗剪切力时，土壤会发生剪切破坏，导致结构的倒塌。
因此，在设计建筑结构时，需要充分考虑土壤的剪切性质，采取相应的措施来增加土壤的剪切强度。
土壤的水分对结构的稳定性也有一定影响。
当土壤的含水量过高时，土壤会变得松软，失去承载能力，容易发生液化现象。
而当土壤的含水量过低时，土壤会变得干燥，容易发生收缩裂缝。
因此，在设计建筑结构时，需要充分考虑土壤的水分状况，采取相应的措施来控制土壤的含水量。
二、结构的影响对土壤的变化建筑结构的施工和使用也会对土壤产生一定的影响。
首先，建筑物的施工过程中会对土壤的物理性质和化学性质产生影响。
例如，挖掘基坑、压实土壤等施工活动都会改变土壤的结构和组成，使土壤变得更加坚硬或松软。
建筑物的使用过程中也会对土壤产生一定的影响。
例如，高层建筑物的重力荷载会对土壤产生压力，使土壤发生压缩变形。
地下管道和地基工程的施工和使用也会对土壤的水分状况产生影响，造成土壤的湿润或干燥。
建筑物的排水系统和雨水收集系统也会对土壤的水分状况产生影响。
合理的排水系统可以有效地排除土壤中的过剩水分，保持土壤的稳定性。
《土壤学》课程笔记
《土壤学》课程笔记第一章：什么是土壤？1.1 土壤的重要性与功能土壤不仅是地球表面的一个物理层，它还是一个动态的生态系统，具有多种重要性和功能：- 生命支持系统：土壤是植物生长的基础，为植物提供必需的养分、水分和栖息地，从而支撑着地球上绝大多数生物的生命活动。
- 水循环的关键参与者：土壤是大气降水的主要接收者，通过渗透、蒸发和径流等过程参与水循环，维持水文平衡。
- 养分循环的枢纽：土壤是生物地球化学循环的核心，包括碳、氮、磷、硫等元素的循环，这些元素是所有生命体必需的。
- 环境净化器：土壤具有过滤、吸附、降解和转化污染物质的能力，有助于保护地下水和地表水质量。
- 土壤保持文化遗产：土壤记录了地球历史和人类活动的信息，是自然和文化遗产的一部分。
1.2 一方水土养一方人土壤的特性直接影响着一个地区的生态环境、经济发展和人类生活方式：- 地域性：不同地区的土壤类型和特性不同，这决定了当地的植被类型、农作物种植模式和农业生产效率。
- 文化影响：土壤条件影响人类居住模式、饮食习惯和传统技艺，如稻田文化、葡萄种植文化等。
- 经济发展：土壤资源丰富与否直接影响地区经济的发展，如农业、矿业和旅游业等。
1.3 土壤的概念与土壤学内容土壤是由矿物质、有机质、水分、空气和生物组成的复杂混合体，具有以下特点：- 物理性质：土壤的物理性质包括质地、结构、孔隙度、水分和温度等。
- 化学性质：土壤的化学性质涉及pH值、养分含量、阳离子交换量、有机质含量等。
- 生物性质：土壤是地球上生物多样性最丰富的栖息地之一，包括微生物、昆虫、植物根系等。
土壤学内容主要包括：- 土壤的形成与演变：研究土壤如何从母质经过生物、气候和时间的作用形成，以及土壤剖面的发育过程。
- 土壤分类：根据土壤的形态、性质和发生特性，将土壤划分为不同的类型。
- 土壤的物理、化学和生物性质：研究土壤的物理结构、化学成分和生物活动对土壤功能的影响。
- 土壤肥力和植物营养：探讨土壤如何提供植物生长所需的养分，以及如何通过施肥等手段提高土壤肥力。
土壤物理性质
A
5
土壤物理性质
（一）土壤质地 （二）土壤孔性和结构性 （三）土壤水分特性 （四）土壤通气性 （Байду номын сангаас）土壤力学性质与耕性
A
6
（四）土壤通气性
1、土壤通气性的定义及其重要性 土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以 及土体内部允许气体扩散和通气的能力。 土壤通气性的好坏，主要决定于土壤的总孔度， 特别是空气孔度的大小。
700-750 400-750
0-5 0 0
400 130-400
15-150 1-50
90-150 5-40 10-45 25-30
130-400
700-850 400-800 90-150
5-40 10-45
430 260-800
总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。
A
21
＊表面能：产生于两相介质上分子所受各方面的分
子引力不均衡，因而表面分子具有一定数量的自 由能。
物质的比面愈大，表面能也愈大。由于土壤胶体 有巨大的比表面，所以会产生巨大的表面能。
A
20
表 土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2·g-1） 胶体成分 内表面积 外表面积 总表面积
蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石
土壤物理性质
（一）土壤质地 （二）土壤孔性和结构性 （三）土壤水分特性 （四）土壤通气性 （五）土壤力学性质与耕性
A
1
（三）土壤水分特征
1、土壤水分特征曲线
Sa又称进气吸力 或进气值 一般来说，粗质 地砂性土壤Sa较小， 而细质地粘性土壤 Sa较大
A
2
2、影响因素
土壤结构
第二节土壤结构一、土壤结构的类型及其特性掌握五类土壤结构，即：1.块状结构特点近立方体型，纵轴与横轴大致相等，边面与棱角不明显。
块状结构按其大小分：大块状结构（轴长大于 5cm ）、块状结构（轴长 3-5cm ）和碎块状结构（轴长 0.5-3cm ）块状结构在土壤粘重，缺乏有机质的表土中常见之，特别是土壤过湿或过干，最易形成。
表层多见大块状结构，心土和底土多见块状和碎块状结构。
2.核状结构近立方体，边面和棱角较为明显，轴长 0.5-1.5 cm ，一般多分布于缺乏有机质的心、底土层中。
3.柱状结构特点：这类结构纵轴远大于横轴，在土体中程直立状态。
按棱角明显程度分为（ 1 ）柱状结构：棱角不明显（ 2 ）棱柱状结构：棱角明显。
这类结构往往存在于心、底土层中，是在干湿交替的作用下形成的。
有柱状结构的土壤，土体紧实，结构体内孔隙小，但结构体之间有明显的裂隙。
如水稻田心土层中有柱状结构，就会引起漏水、漏肥。
4.片状结构横轴远大于纵轴呈薄片状，老耕地的犁底层中常见到，此外，在雨后或灌水后所形成的地表结壳和板结层，属于片状结构。
特点：片状结构不利于通气、透水。
会影响种子发芽和幼苗出土，还加大土壤水分蒸发，因此生产上要进行雨后中耕松土，以消除地表结壳。
5. 团粒结构是指近似球形，疏松多孔的小团聚体，其直径约为 0.25-10mm 。
粒径 <0.25mm 以下的 , 称微团粒。
生产中最理想的团粒结构粒径为 2-3mm, 是一种较好的土壤结构类型 .团粒结构分 (1) 水稳性团粒结构 : 经水浸泡较长时间不散的叫水稳型团粒结构 (2) 非水稳性团粒结构 : 经水浸泡立即松散的叫非水稳性团粒结构 ( 粒状结构 ) 。
我国东北地区黑土含大量的水稳性团粒结构 , 粒径 >0.25mm 的水稳性团粒结构可高达80% 以上，而我国绝大多数旱地土壤耕作层则多为非水稳性团粒结构。
（ 1 ）协调土壤水、气矛盾团粒结构的土壤 , 大小孔隙比例适当 , 在团粒内部为小孔隙 , 而在团粒之间是大孔隙 , 能同时供给植物以水分和空气 , 水、肥、气、热协调，能同时满足作物的需要。
土壤物理性质.ppt
130-400
700-850 400-800 90-150
5-40 10-45
430 260-800
总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。
3、土壤胶体的电性和电位
（1）土壤电荷的起因和种类
①永久电荷(permanent charge)*** 永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。
荷也越多。
② 含水氧化铁、铝胶体
包括晶质的褐铁矿、针铁矿、水铝石和三水铝石。 它们均属两性胶体，所带电荷随pH值变化有很大
不同，在溶液偏酸时，解离出OH-，成为 Al(OH)2+带正电。 在溶液偏碱时，解离出H+，成为Al(OH)2O-带负电。
③ 层状铝硅酸盐粘土矿物
高岭石（kaolinite）
目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。这是因为 胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。没有截 然划分的界限。
2、土壤胶体的比表面和表面能
＊比表面：单位重量或单位体积物体的总表面积.
很显然颗粒越小，比表面越大。
＊表面能：产生于两相介质上分子所受各方面的分
子引力不均衡，因而表面分子具有一定数量的自 由能。
（4）土壤的酸碱性
在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可 变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
4、土壤盐基饱和度
定义：土壤胶体上的交换性盐基离子占交换性阳离子总 量的百分比。
土壤交换性阳离子可分为二类： 致酸离子（H+、Al3+） 盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)。
研究盐基饱和度的意义：真正反映土壤有效速效 养分含量的大小。若阳离子总量大，而盐基饱和 度偏小，土壤中养分状况？
第5章 土壤结构和力学性质
粉状土烘干重
沉降体积
g cm-3
3、影响容重的因素
有机质的含量 结构 耕作 土壤层次 土壤质地
三、土壤孔隙
（一）三相组成和孔隙度 1、三相组成指标
固相容积 固相率％＝ 土体容积 液相容积 液相率％＝ 土体容积 ×100
×100
空气容积 气相率％＝ 土体容积
×100
实容积率％＝
Clay
55 Sandy Clay Clay Loam
40
Silty Clay
Silty Clay Loam
60
壤土 Loamy/Silty Soils (medium textured)
60 35 20 Sandy Clay Loam Loam Silty Clay Loam
75 Silt Loam
（三）各级土粒的矿物组成和化学组成
1、土粒的矿物组成 2、土粒的化学成分和化学性质 3、土粒的物理性质
16
矿物组成
100 其它粘土矿物 硅酸盐原生矿物 层状硅酸盐 粘土矿物
50
石英
0
粘粒
粉粒
砂粒
化学成份
粗 细
高
SiO2
SiO2/R2O3
低
低
Al2O3 、Fe2O3 及盐基
高
化学组成（P、K、Ca）
第二节 土壤质地
Soil texture
三、土壤机械组成和质地
（一）土壤机械组成 土壤中各粒级的相对百分含量称为 土壤机械组成
(二）土壤质地
1、质地的定义 根据土壤的机械组成划分的土 壤类别。
国际制土壤质地分类：
前苏联制质地分类：
中国制质地分类：
Textural Triangle
土壤力学基础知识
土壤力学基础知识土壤力学是研究土壤的力学性质和力学行为的一门学科。
它是土木工程、岩土工程和地质工程中重要的基础学科之一。
了解土壤力学的基础知识对于土木工程师和岩土工程师来说是至关重要的。
本文将介绍土壤力学的基本概念、土壤的组成与结构、土壤的颗粒分布和孔隙度、土壤的重度和单位重力、土体的物理性质、土壤的液体性质等内容。
1. 土壤力学的基本概念土壤力学是研究土壤的物理性质和力学性质的学科，它主要研究土壤的变形、强度和稳定性等力学行为。
土壤力学的基本概念包括土壤的应力、应变、变形和强度等。
2. 土壤的组成与结构土壤是由固体颗粒、液体和气体组成的多相体系，其中固体颗粒是土壤的主要组成部分。
土壤的结构可以分为颗粒之间的接触和排列方式以及颗粒之间的间隙。
3. 土壤的颗粒分布和孔隙度土壤中的颗粒分布是指不同颗粒之间的大小和比例关系。
孔隙度是指土壤中孔隙体积与总体积之比，它反映了土壤的孔隙空间大小和分布。
4. 土壤的重度和单位重力土壤的重度是指单位体积土壤的重量，它取决于土壤中固体颗粒和水分的含量。
单位重力是指单位体积土壤所受的重力作用，它与土壤的重度有关。
5. 土体的物理性质土壤的物理性质包括土壤的颗粒大小分布、颗粒间的接触状态和土壤的含水量等。
这些物理性质对土壤的力学行为有着重要影响。
6. 土壤的液体性质土壤的液体性质主要包括土壤的孔隙水压和渗透性等。
孔隙水压是指土壤中孔隙水所受的压力，它对土壤的变形和稳定性具有重要影响。
渗透性是指土壤中水分通过孔隙的能力，它与土壤的孔隙结构和含水量有关。
总结：土壤力学基础知识包括土壤的组成与结构、颗粒分布和孔隙度、重度和单位重力、物理性质以及液体性质等内容。
了解土壤力学的基本概念和知识对于土木工程师和岩土工程师来说是非常重要的，它们可以帮助工程师们更好地理解和预测土壤的力学性质和力学行为，从而指导工程设计和施工。
通过不断深入学习和研究土壤力学基础知识，我们可以更好地应对土壤工程挑战，保证工程的安全可靠性。
第05章+土壤物理性质(质地和结构)
生物作用
胶结作用
团粒结构形成机制
冻融交 替
水膜的粘 结作用
胶体的凝聚作用
（1）生物作用
根系的穿插作用: 根系的挤压作用: 使大土团破碎成小土团 使小土团组合为大土团
频繁反复的穿插和挤压，易形成团粒结构。
（2）土壤干湿交替作用
湿润土块在干燥过程中由于胶体失水而收缩 干燥土块因吸水而膨胀 使土体出现裂缝而碎，促进各种结构体的形成。
卡庆斯制：二级
国际制：
根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002毫米)和粘粒 (<0.002毫米)三粒级含量的比例，划定12个质地名称，可 从三角图上查质地名称。
查三角图的要点 以粘粒含量为主要标准， <15%者为砂土质地组和壤土质地组; 15％－25％者为粘壤组; >25%者为粘土组。 土壤含粉粒>45 --“粉 质” ； 砂粒含量在55%-85%-“砂质”
常见的土壤粒级制 卡钦斯基制 (1957) 石 砾 粗砂粒 物 理 性 砂 粒 物 理 性 粘 粒 粘 粒 粗粘粒 细粘粒 胶质粘粒 粘 粒 粘 粒 粗粉粒 粉 中粉粒 细粉粒 粒 粉 粒 细砂粒 极细砂粒 细砂粒 中砂粒 美国农部制 (1951) 石 砾 极粗砂粒 粗砂粒 中砂粒 细砂粒 粗砂粒 国际制 (1930) 石 砾
3、壤质土主要特性：
•
水、气：大小孔隙数量适中，通气透水性良好
• 热：含水量适宜，土温比较稳定 • 肥：养分含量多，保肥性能好 • 耕性：耕性良好，宜耕期长
砂粘适中，消除了砂土类和粘土类的缺点， 是农业生产上质地比较理想的土壤
将砂质土、壤质土、粘质土基本肥力性状比较如下：
（一）砂质土 农民称白土、白塘土，广泛分布于我国北方，它通
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土壤质地剖面示意图
一般的模式有：通体均一型 上粗下细型（蒙金型） 上细下粗型 中间夹砂型和中间夹粘型
夹层型
砂夹粘
粘夹砂
夹砂层
夹粘层
上砂下粘：胶泥底、上浸地，托水又托肥； 上粘下砂：砂砾底、菜蓝地，漏水又漏肥。 上部为轻壤质，下层为中壤 ~重壤，这种土 壤既有利于种子出苗，又利于苗期根系下扎 吸水吸肥，对土壤水、肥、气、热状况具有 较强的调节能力。有利于植物生长。这种土 称为“蒙金土”。
在一般计算中，土壤 颗粒密度取值为： 2.6 或2.65
在要求精确计算时，土壤 颗粒密度可按下式计算：
D p Fr矿物 D p
矿物
Fr有机质 Dp有机质
Fr矿物：矿物体积占土粒总体积的比
Fr有机质：有机质体积占土粒总体积的比
例题：假设有一土壤烘干重量为100g，其 中有机质重20g，矿物重80g，有机质的 Dp=1.4 g cm-3，矿物的Dp=2.65 cm-3 ，求 该土壤的Dp。 有机质的体积=20 / 1.4 = 14.29 cm3 矿物的体积 = 80 / 2.65 = 30.19 cm3 有机质的体积比=14.29 / 44.48=0.32
4、 不同质地土壤的利用和改良： 1）土壤质地与作物生长： 土宜：适宜作物种植的土壤条件。
各种作物的生物学特性及耕作栽培要求不 同，所需的最适宜的土壤条件也不同，土 壤质地是重要的土宜条件之一。
评价土壤质地好坏应注意的问题：
1、表层以下心土层和底土层的质地状况，有
无障碍层次以及它们出现的深度和厚度
本章内容
第一节 土壤颗粒
第二节 土壤质地
第三节 土壤结构
第四节 土壤力学性质
第五节 土壤耕性和耕作
第一节 土壤颗粒
土壤的物质组成
土壤三相组成：固相、液相和气相
矿物质 固相 有机质 土壤液体
95% 5%
液相
气相
土壤气体
土壤的物质组成
土壤质地
土壤的颗粒组成 土壤颗粒组成：又称土壤机械组成：土壤 中不同粒径矿质颗粒的组合比例，一般 以各粒级所占百分比表示。
第4章 提问
1、土壤水分特征曲线？作用有哪些？ 2、田间持水量？有何意义？ 3、土壤热容量？与土壤温度变化的关系？ 4、调节土壤热状况的关键是什么?为什么?
第5章 土壤结构与力学性质
Soil structure and mechanical property
本章要求
要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有： 1、土壤粒级的分级标准。 2、土壤容重的概念和应用。 3、土壤孔隙度的概念和孔隙的类型。 4、土壤质地的概念和分类方法。 5、土壤结构体的类型和特点。 6、良好土壤结构体的形成和培育。 要求一般理解和掌握的内容有：土壤耕性和耕作 难点： 土壤质地与土壤肥力的关系，土壤结构与土壤肥力 的关系。
（1）砂土类： a 粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内 部排水通畅，不易积聚还原性有害物质，有机 质分解快，易释放有效养分； b 矿物成分主要是石英，含养分少，要多施有机 肥料；保肥性差，施肥后因灌水降雨而易淋失 ； c 含水量低，热容量较小，易增温也易降温； d 松散易耕，缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀 、板结、闭气； e 热性土、发小苗而不发老苗。
固相容积＋水容积 土体容积
×100
2、土壤孔隙度
土壤孔度＝ （ 1
Db Dp
) 100
3、孔隙比
孔隙容积 孔隙比＝ 土粒容积
4、土壤三相比
土壤三相比=固相：液相率：气相率
（二）土壤孔性 1、土壤孔度
（1）总孔隙度的测定和计算
Db （ 1 土壤孔度＝ Dp ) 100
（2）“理想土壤”总孔隙度 （3）土壤总孔度的变化范围
土壤粒级基本类别
砾石 砂粒 粉粒 粘粒
常见的土壤粒级制
0.002
ISSS USDA C. CN 0.02
2.0
粘粒 粘粒 物理性粘粒
0.001
粉粒 粉粒
0.01
砂粒
0.05
石砾 石砾
1.0
砂粒 物理性砂粒
0.05
ห้องสมุดไป่ตู้
石砾 石砾
粘粒
粉粒
砂粒
美国农业部（USDA)
＞2 mm 石砾
< 2 mm土粒 砂粒（Sand) 粉粒 (Silt) 粘粒 (Clay) 2 - 0.05 mm 0.05 - 0.002 mm <0.002 mm
矿物的体积比 = 30.19 / 44.48=0.68
Dp = 0.68×2.65 + 0.32×1.40 = 2.25 g cm-3
另一种计算方法： Dp = 100 / 44.48 = 2.25 g cm-3
土壤有机质含量对Dp的影响
（Dp OM=1.4，Dp Minerals=2.65）
土壤干重 (g) 100 100 100 100 100 OM (%) 20 15 10 5 0 矿物质 (g) 80 85 90 95 100 V有 14.29 10.17 7.14 3.57 0.00 V矿 30.19 30.08 33096 35.85 37.74 Dp 2.25 2.34 2.43 2.54 2.65
2、不同作物品种对土壤质地的适应性不同
3、注意土壤所处的环境条件
4、注意水田和旱地的区别
2）土壤质地的改良措施
（1）增施有机肥料； （2）掺砂掺粘、客土调剂； （3）翻淤压砂、翻砂压淤； （4）引洪放淤、引洪漫沙； （5）根据不同质地采用不同的耕作管理 措施。
第三节 土壤结构（Soil structure） 一、土壤结构涵义
单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙的 容积）的质量。 单位 : 1000kg m-3 、 Kg m-3 、g cm-3
Dp＝
土粒的质量 土粒的体积
常见矿物组分的密度
组分 石英 正长石 斜长石 白云母 黑云母 角闪石 辉石 纤铁矿 密度(g m-3) 2.60 – 2.68 2.54 – 2.57 2.62 – 2.76 2.77 – 2.88 2.70 – 3.10 2.85 – 3.57 3.15 – 3.90 3.60 – 4.10 组分 赤铁矿 磁铁矿 三水铝石 高岭石 蒙皂石 伊利石 腐殖质 密度(g m-3) 4.90 – 5.30 5.003 – 5.18 2.30 – 2.40 2.60 – 2.68 2.53 – 2.74 2.60 – 2.90 1.40 – 1.80
Clay
55 Sandy Clay Clay Loam
40
Silty Clay
Silty Clay Loam
60
壤土 Loamy/Silty Soils (medium textured)
60 35 20 Sandy Clay Loam Loam Silty Clay Loam
75 Silt Loam
第二节 土壤质地
Soil texture
三、土壤机械组成和质地
（一）土壤机械组成 土壤中各粒级的相对百分含量称为 土壤机械组成
(二）土壤质地
1、质地的定义 根据土壤的机械组成划分的土 壤类别。
国际制土壤质地分类：
前苏联制质地分类：
中国制质地分类：
Textural Triangle
Clay
(3) 壤土类： 这类土壤由于砂粘适中，兼有砂土类、 粘土类的优点，消除了砂土类和粘土类 的缺点，是农业生产上质地比较理想的 土壤。
不同质地类别土壤性质、肥力及其改良 利用比较
性质 手感 矿物 表面积 储水性 有效水 抗旱性 通透性 砂质土 粗糙 低 低 低 低 高 壤质土 滑溜 中 中 高 高 中 粘质土 粘重 粘土矿物 高 高 中-高 低 低
粉状土烘干重
沉降体积
g cm-3
3、影响容重的因素
有机质的含量 结构 耕作 土壤层次 土壤质地
三、土壤孔隙
（一）三相组成和孔隙度 1、三相组成指标
固相容积 固相率％＝ 土体容积 液相容积 液相率％＝ 土体容积 ×100
×100
空气容积 气相率％＝ 土体容积
×100
实容积率％＝
（三）各级土粒的矿物组成和化学组成
1、土粒的矿物组成 2、土粒的化学成分和化学性质 3、土粒的物理性质
16
矿物组成
100 其它粘土矿物 硅酸盐原生矿物 层状硅酸盐 粘土矿物
50
石英
0
粘粒
粉粒
砂粒
化学成份
粗 细
高
SiO2
SiO2/R2O3
低
低
Al2O3 、Fe2O3 及盐基
高
化学组成（P、K、Ca）
粒级 砂粒 P（%） 0.05 K（%） 1.4 Ca（%） 2.5
粉粒
粘粒
0.10
0.30
2.0
2.5
3.4
3.4
不同粒级的物理性质
表面积
吸附能
粘结性 塑 性
胀缩性 持水性 粘粒 粉粒 砂粒
二、土壤密度和容重
Particle density and bulk density of soil
（一）土壤密度 Particle density of soils
55 Sandy Clay Sandy Clay Loam Sandy Loam Loamy Sand 70 Clay Loam
40 Silty Clay Silty Clay Loam 75
60
35 20 10 Sand
Loam
Silt Loam
90
Silt
50 20
Percent Sand
粘质土 Clayey Soil (fine textured)