第一章 土的物理性质及分类

第一章土的物理性质及分类

1—1 概述

土的定义：

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。

土的三相组成：

土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。

第二节土的生成

一、地质作用的概念

地质作用--导致地壳成分变化和构造变化的作用。

根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用

内力地质作用: 由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动(构造运动)和变质作用。

外力地质作用：

由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。

风化作用--外力(包括大气、水、生物)对原岩发生机械破碎和化学变化的作用。

沉积岩和土的生成--原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等

外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代里，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的“土”。

风化、剥蚀、搬运及沉积--外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。

二、矿物与岩石的概念

岩石--一种或多种矿物的集合体。

矿物--地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成份和形态．

(一) 造岩矿物

组成岩石的矿物称为造岩矿物。

矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。

区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比重等特征为依据。

（二）岩石

岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。

岩石的结构—岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、及其彼此之间的组合方式。

岩石的构造--岩石中矿物的排列方式及填充方式。

岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类

三地质年代的概念

地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物演化相对应的时代段落。

相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的顺序，所划分的地质年代。

四第四纪沉积物(层)

不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。

(一)残积物、坡积物和洪积物

1．残积物

残积物是残留在原地未被搬运的那

一部分原岩风化剥蚀后的产物，而

另一部分则被风和降水所带走。

2．坡积物

坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。

3．洪积物(Q”) ·

由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。

(二)冲积物(Q)

冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。

1平原河谷冲积物

平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元

冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。

1平原河谷冲积物

平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元

2．山区河谷冲积层

在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地

(三)其它沉积物

除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物(Q”)、湖泊沉积物(Q…)、

冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”…)等

第三节 土的组成

一 、土的固体颗粒

（一）粒组的划分

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。

将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。

（二）土的颗粒级配

颗粒分析试验：筛分法；比重计法

利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，如与的比值称为不均匀系数：

又如曲率系数用下式表示：

不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况，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．曲率系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。

颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。

（三）土粒的矿物成分

土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要 。

六大粒组的矿物成分

漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒；砂粒；粉粒；粘粒

二、土中的水和气

(一)土中水

在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：

1060d d C u =

60102

30

d d d C c =

1．结合水

(1)强结合水

强结合水是指紧靠土粒表面的结合水

(2)弱结合水

弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。

2自由水

(1)重力水

(2)毛细水

(二)土中气I

土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。

三、土的结构和构造

一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。

第四节土的三相比例指标

土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔

隙比、饱和度。

土的性质：（1）土三相组成中各项性质

（2）三相之间量的比例关系

工程中常用土的物理性质指标评价土体工程性质优劣的基本指标

一、土的三相草图

土的颗粒，水，气体混杂在一起，为分析问题方便常理想地将三相分别集中。