土的物质组成与结构构造
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土的工程性质与分类
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H
Wp
WL
W
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Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性
塑性指数Ip 的大小和土中结合水的 可能含量有关，和土的颗粒组成、土 粒的矿物成份，以及土中水的离子成 份以及浓度等因素有关。土粒越细， 其比表面积越大，可能的结合水含量 越大，其时塑性指数Ip也越大。
第一讲 土的工程性质与分类
土的工程性质与分类
1.3土的结构和构造 土的结构和构造 地质历史与环境的产物
定义： 定义：是指物质成 分间的联结特点和 空间分布、变化规 律，反映了物质的 存在形式
土的结构和构造
工程性质
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1.3.1土的结构 土的结构
土的成分 定义： 定义：土的结构是指土粒
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土的工程性质与分类 检测题目
1. 砂土的结构通常是：__________ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构 2. 饱和土的组成为：__________ a.固相 b.固相＋液相 c.固相＋液相＋气相 d.液相 3. 下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：__________ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数 4. 筛分法适用的土粒直径为：__________ a.d>0.075 b.d<0.075 c.d>0.005 d.d<0.005 5.某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为：__________ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土 6.粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：______ a.越多 b.越少 c.可多可少
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）。
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）。
3-第三章土的结构和土体结构
所以，对于具有单粒结构的土体 ， 一般情况 ( 静荷载 所以 ， 对于具有单粒结构的土体，一般情况( 作用)下可以不必担心它的强度和变形问题。 作用)下可以不必担心它的强度和变形问题。
第三节 土的结构类型及研究方法
Hale Waihona Puke 二、细粒土的微观结构类型细粒土是集粒结构， 细粒土是集粒结构，即数个矿物晶体较牢固地聚合 在一起，在受到外力作用时， 在一起，在受到外力作用时，像一个颗粒那样起着 独立的作用。 独立的作用。 集粒有团聚体、絮凝体、团粒体、叠片体、 集粒有团聚体、絮凝体、团粒体、叠片体、凝块体 等形状。 等形状。
第三章 土的结构和土体结构
颗粒的大小、形状及表面特征 结构类型 结构类型： 颗粒的大小、形状及表面特征→结构类型：
粗大颗粒－－孔隙大而数量少； 粗大颗粒－－孔隙大而数量少； －－孔隙大而数量少 细小颗粒－－孔隙率大，但单个孔隙小 细小颗粒－－孔隙率大， －－孔隙率大 有棱角、片状、表面粗糙的颗粒－－结构松散、 －－结构松散 有棱角、片状、表面粗糙的颗粒－－结构松散、 透水性强； 透水性强； 细小颗粒、浑圆状的颗粒则相反， 细小颗粒、浑圆状的颗粒则相反，形成较紧密 的结构
第一节 土的结构连结
二、按连结力的性质分类
1、化学连结 、 2、静电连结 、 3、离子－静电连结 、离子－ 4、毛细力连结 、 5、分子连结 、 6、磁性连结 、
第二节 土的排列方式与孔隙类型
排列－－指土颗粒间排列组合关系， 排列－－指土颗粒间排列组合关系，即土颗 －－指土颗粒间排列组合关系 粒排列的松紧程度。 粒排列的松紧程度。 一、粗粒土的排列方式与孔隙类型
具有集合体结构的土体的特征
孔隙度很大(可达50％ 98％ 孔隙度很大 (可达 50％ -98％ ) ， 而各单独孔隙的直径 很小。特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但孔隙度更大。 很小。特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但孔隙度更大。 因此，土的压缩性更大； 因此，土的压缩性更大； 含水量很大，往往超过50％ 而且因以结合水为主， 含水量很大，往往超过50％，而且因以结合水为主， 排水困难，压缩过程缓慢； 排水困难，压缩过程缓慢； 具有大的易变性-不稳定性：外界条件变化(如加压、 具有大的易变性 -不稳定性 ： 外界条件变化 (如加压 、 震动、干燥、浸湿以及水溶液成分和性质变化等) 震动 、干燥 、 浸湿以及水溶液成分和性质变化等 )对它 的影响很敏感，且往往使之产生质的变化。 的影响很敏感，且往往使之产生质的变化。故集合体结 构又称为易变结构。例如， 构又称为易变结构。例如，软粘性土的触变性就是由于 这类结构的不稳定性而形成的一种持殊性质。 这类结构的不稳定性而形成的一种持殊性质。
4.1 土的组成
为60％时，该粒径称为限定粒径d60。
➢不均匀系数Cu：d60与d10之比值反映颗粒级配的不
均匀程度，称为不均匀系数Cu： Cu愈大，表示土粒愈不均匀；
Cu
=
d 60 d10
工程上把Cu＜5的土看作是级配不良的土；
Cu＞10的土则视为级配良好的土。
二、固体颗粒
6. 表征土粒特征的概念
➢ 曲率系数（Cc）：用于来说明累积曲线的弯曲情况，
从而分析评述土粒度成分的组合特征：
Cc
=
d320 d10 d 60
式中d10，d60的意义同上，d30为相应累积含量为30％ 的粒径值。
Cc值在1～3之间的土级配较好。Cc＜1或Cc＞3的土，
累积曲线都明显弯曲（凹面朝下或朝上）而呈阶梯状，粒
度成分不连续，主要由大颗粒和小颗粒组成，缺少中间颗源自粒。变形。二、固体颗粒
4. 粒度成分对土工程性质影响的实质
➢ 1）组成土的颗粒大小不同，土的比表面不同，则土 粒与水（或气）作用的表面能大小不同。因此，不同 大小颗粒与水（或气）相互作用的程度，以至含水的 种类、性质和数量不同。 ➢ 土的比表面一般用单位体积所有土粒的总表面积表 示。由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变 化，必然导致土的性质的突变。 ➢ 2）天然土中不同大小颗粒的组成矿物类型不同，直 接影响土的工程特性。
➢比表面：单位体积所具有的土粒的总表面积。
二、固体颗粒
2. 土的粒组划分标准
➢ 工程上粒组的划分要保证： 同一粒组中土粒的工程性质：相近； 相近且与相邻粒组土粒的性质：有明显差别。
➢ 划分方法不完全一致，一般采用的粒组划分及各粒 组土粒的性质特征见下表。表中根据界限粒径200、 20、2、0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组：
土的物质组成与结构构造
等。
〔一〕原生矿物
土中的原生矿物是岩石风化过程中的产物， 保持了母岩的矿物成分和晶体结构，常见的如 石英、长石、角闪石、云母等。这些矿物是组 成土中卵石、砾石、砂粒和某些粉粒的主要成11
原生矿物的主要特点是： 颗粒粗大，物理、化学性质比较稳定，抗水性和
抗风化能力较强，亲水性弱或较弱。它们对土的工程 性质的影响比其它几种矿物要小得多，主要差异表现 在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。
8
①不均匀系数定义为〔Cu〕 ②曲率系数定义为〔Cc〕
Cu
d 60 d 10
C
d2 30
c dd
10 60
式中：
d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，相应的粒径称为d60 。 d10—有效粒径。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d10。 d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 30%时的粒径用d30表示。
状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质
差。
b2
33
对于级配良好〔 Cｕ>5，且Cc=1-3)的土，较 粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的 密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较 好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它 土建工程的填方土料。
10
第三节 土的矿物成分和化学成分
一 土的矿物成分
土中的固体颗粒是由矿物构成的。按其成 因和成分可分为原生矿物、次生矿物、有机质
例如，分别由石英和云母类矿物组成的土，尽管 土的粒度成分和密实度相同。但由于石英的坚硬程度、 抗风化能力远大于云母，故主要由石英颗粒组成的土， 其强度将远大于由云母颗粒组成〔或含云母较多〕的 土，其变形相应也小得多。
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〔一〕原生矿物
土中的原生矿物是岩石风化过程中的产物， 保持了母岩的矿物成分和晶体结构，常见的如 石英、长石、角闪石、云母等。这些矿物是组 成土中卵石、砾石、砂粒和某些粉粒的主要成11
原生矿物的主要特点是： 颗粒粗大，物理、化学性质比较稳定，抗水性和
抗风化能力较强，亲水性弱或较弱。它们对土的工程 性质的影响比其它几种矿物要小得多，主要差异表现 在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。
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①不均匀系数定义为〔Cu〕 ②曲率系数定义为〔Cc〕
Cu
d 60 d 10
C
d2 30
c dd
10 60
式中：
d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，相应的粒径称为d60 。 d10—有效粒径。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d10。 d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 30%时的粒径用d30表示。
状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质
差。
b2
33
对于级配良好〔 Cｕ>5，且Cc=1-3)的土，较 粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的 密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较 好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它 土建工程的填方土料。
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第三节 土的矿物成分和化学成分
一 土的矿物成分
土中的固体颗粒是由矿物构成的。按其成 因和成分可分为原生矿物、次生矿物、有机质
例如，分别由石英和云母类矿物组成的土，尽管 土的粒度成分和密实度相同。但由于石英的坚硬程度、 抗风化能力远大于云母，故主要由石英颗粒组成的土， 其强度将远大于由云母颗粒组成〔或含云母较多〕的 土，其变形相应也小得多。
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4.2 土的结构与构造
一、土的结构
2. 土的结构分类 ➢（2）集合体结构特点
1）孔隙度很大（可达50％～98 ％），而各单独孔 隙的直径很小，特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但 孔隙度更大，因此，土的压缩性更大。 2）含水量很大，往往超过50％，而且因以结合水 为主，排水困难，故压缩过程缓慢。 3）具有大的易变性——不稳定性。
一、土的结构
2. 土的结构分类
➢（2）集合体结构(single grained structure)：也称团聚结构。 这类结构为黏性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、 连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种 类型。
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
二、土的构造
1. 土的构造定义 土的构造：指整个土层（土体）构成上的不均匀
性特征的总和。 整个土体构成上的不均匀性包括：层理、夹层、
透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙发育程 度与特征等。 这种构成上的不均匀性是由于土的矿物成分及结 构变化所造成的。
二、土的构造
2. 土的构造研究意义 （1 ）土体构造特征反映土体在力学性质和其他工程性
密实状态
疏松状态
一、土的结构
2. 土的结构分类
➢（2）集合体结构(single grained structure)：也称团聚结构。 这类结构为黏性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、 连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种 类型。
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
岩土工程地质性质
粘 土
粘 土
碎 石
碎石
细 砂 粗 砂
卵石
1.2.4 土的定名：
除按颗粒级配，塑性指数定名外土的综合定名 应符合下列规定
a. 对特殊或因年代的土应结合其成因和年代特征 定名
b. 对特殊性土，应结合颗粒级配或塑性指数定名 c 对混合土，应以主要含有的土类定名 D 对同一土层中相间呈韵律沉积定为①互层②夹层 E 土层厚度﹥0.5m时定单独分层
孔隙
e 1+e
土粒
1
三相示意图（a）
（二）干密度与湿密度和含水率的关系
设土体的体积V为1，则ρd = ms /V，土体内土粒的质量ms为ρd，由 w= mw / ms水的质量mw为w ρd。
或
m d w d d (1 w) V 1
、含水率为实测指标，其余指标由这三个指标换算取得，称计算指标。
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。 （一）孔隙比与孔隙率的关系 设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/V可知，孔隙的体积Vv为e，土体的 体积V为（1＋e），于是有：
或
Vv e n V 1 e n e 1 n
mi X 100 m
式中：
mi- 小于某粒径的土粒质量
m－试样总质量
颗分筛
土样筛
b.静水沉降方法
≦0.075
静水沉降方法有：密度计法、移液管法、双洗法、虹吸比重瓶法 原理：将土样侵泡在纯水中制成悬液，根据不同粒径在静水沉降速 度不同，测定各粒组百分含量。
密度计
②成果整理 列表法，土的累计曲线
毛细孔隙中的地下水。， 结合水与重力水的过渡类 型。 有极微弱的抗剪强度， 能传递静水压力。 主要存 在于砂土和粉土中。
土的结构种类
土是由颗粒、水和空气组成的复合物质。
它具有许多不同的结构，主要可以分为以下几种：
1.颗粒结构：颗粒结构是指土中颗粒之间的排列方式。
土中的颗粒可以是细颗粒、中
等颗粒或粗颗粒，这取决于颗粒的大小和形状。
土中的颗粒可以是单独的，也可以
是粘在一起的。
2.水的结构：水的结构是指土中水的分布方式。
土中的水可以是干燥的，也可以是潮
湿的。
干燥的土中含有较少的水，而潮湿的土中含有较多的水。
3.空气的结构：空气的结构是指土中空气的分布方式。
土中的空气可以是稠密的，也
可以是稀薄的。
稠密的土中含有较多的空气，而稀薄的土中含有较少的空气。
4.密实度的结构：密实度的结构是指土中颗粒、水和空气之间的相对比例。
密实的土
中含有较多的颗粒和较少的水和空气，而松散的土中含有较少的颗粒和较多的水和
空气。
5.土质的结构：土质的结构是指土中颗粒的化学性质。
土中的颗粒可以是碱性的，也
可以是酸性的。
碱性的土中含有较多的碱性颗粒，而酸性的土中含有较多的酸性颗
粒。
6.温度的结构：温度的结构是指土中的温度分布情况。
土中的温度可以是较高的，也
可以是较低的。
高温的土中含有较高的温度，而低温的土中含有较低的温度。
总的来说，土的结构是由许多不同的因素共同作用的结果，包括土中的颗粒、水和空气的分布情况，以及土中的化学性质和温度等。
这些因素的结合决定了土的性质和用途。
土力学
第一章土的组成1土的定义：土是岩石风化的产物。
常见的化学风化作用：水解作用，水化作用，氧化作用。
2土是由固体颗粒，水，和气体组成的三相体系。
3固体颗粒:岩石风化后的碎屑物质简称土粒，土粒集合构成土的骨架4土具有三个重要特点：散体性；多相性；自然变异性5粒组：介于一定粒度范围内的土粒。
土粒的大小叫做粒度。
6采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配；不均匀系数Cu：反映大小不同粒组分布的均匀程度，Cu越大，越不均匀。
曲率系数Cc:反映了d10、d60之间各粒组含量的分布连续情况。
Cc过大或过小，均表明缺少中间粒组。
7土粒大小：也称为粒度，以粒径表示；8土体：9粘土矿物10液相11强结合水是指紧靠土粒表面的结合水膜，亦称吸着水弱结合水紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜，也称薄膜水。
12自由水指土粒表面引力作用范围之外的水.自由水分为：重力水，毛细水。
重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的自由水。
毛细水存在于地下水位以上，受水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
13土的构造：指同一土层中的物质成分和颗粒大小都相近的各部分之间的相互关系的特征。
有层理构造，裂隙构造，分散构造14土的结构：指土粒大小、形状、相互排列及其联结关系、土中水性质及孔隙特征等因素的综合特征。
有单粒结构，蜂窝结构，絮状结构15承压水16潜水：17排水距离18双面排水19电泳：在电场作用下向阳极移动；电渗：水分子在电场作用下向负极移动，因水中含有一定量的阳离子（K+，Na+等），水的移动实际上是水分子随这些水化了的阳离子一起移动。
20双电层：反离子层与土粒表面负电荷层组成双电层。
第二章土的物理性质及分类1重度：单位体积土的重量，用γ表示密度：单位体积土的质量，用ρ表示2干密度ρd干容重γd：单位体积内土粒的质量或重量饱和密度ρsat与饱和容重γsat ：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量浮密度与浮容重：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差3土粒相对密度:土的质量与同体积4℃时纯水的质量之比4土的含水率w :土中水的质量与土粒质量之比.测定方法：烘干法。
土壤的组成和性质
土壤的组成和性质一、土壤的组成土壤是环境中特有的组成部分，是位于陆地表面呈连续分布，具有肥力并能生长植物的疏松层，它是一个复杂的体系。
它的组成包括固相（矿物质、有机质）、液相（土壤水分或溶液）和气相（土壤空气）等三相物质四种成分有机地组合在一起构成的一种特殊物质。
按容积计，在较理想的土壤中，矿物质约占38—45%,有机质约占5—12%, 土壤孔隙约占50%, 土壤水分和空气存在于土壤孔隙内，三相之间亦经常变动而相互消长。
按重量计，矿物质可占固相部分的90—95%以上，有机质约占1 —10%左右。
（一）土壤矿物质土壤矿物质来源于地壳岩石（母岩）和母质，它对土壤的性质、结构和功能影响很大。
土壤中的矿物质由岩石风化和成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒（或土粒）组成的。
自然界的土壤都是由很多大小不同的土粒，按不同的比例组合而成，各粒级在土壤中所占的相对比例或重量百分数称为土壤的机械组成，也叫土壤质地。
（二）土壤有机质进入土壤中的有机物质包括植物、动物及微生物等死亡残体，经分解转化逐渐形成有机质，即腐殖质，土壤腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的50—65%。
腐殖质不是单一分子的有机质，而是在组成、结构和性质上具有共同特征，又有差异的一系列高分子有机化合物，腐殖质在土壤中可以呈腐殖酸或腐殖酸盐类存在，亦可以铁、铝的凝胶状态存在，也可与粘粒紧密结合，以有机-无机复合体等形态存在。
这些存在形态对土壤一系列的物理化学性质有很大影响，对土壤肥力有重大作用。
土壤有机质的化学组成包括：糖类（碳水化合物）、木质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、木栓质、角质、有机磷及灰分等。
土壤中的有机质组成二、土壤的物理化学性质一）土壤的物理性质土壤结构：一般把土壤颗粒（包括单独颗粒、复粒和团聚体）的空间排列方式及其稳定程度，孔隙的分布和结合的状况称为土壤的结构。
土壤中的ca\卩6!3+等多价阳离子及有机质，腐殖质都有胶结剂的作用，参与土壤颗粒的团聚。
第一章：土的物质组成与结构、构造
• (2).细粒土的结构类型： • 细粒土具有胶体的性质，在水中往往以复杂的结 合体沉淀，形成团聚结构。蜂窝状结构 、架状结 构 、非均粒团聚结构 。 • 团聚结构不稳定，往往在外力或化学环境的影响 下使土的结构发生变化，引起土的性质发生变化。 • 二、土的构造 • 在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形 态和组合特征,称为土的构造。它包括土层单元体 的大小，形态，排列和相互关系等方面。
第一章 土的物质组成 与结构、构造
• 土是岩石圈表层在漫长的地质时期，经过复杂的 地质作用所形成的松散物质。 • 土：是由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体 组成的一多相、分散多孔的系统。一般把土看成 是三相体系（固、液、气），其三相组成和性质 对土的工程地质性质有决定性的影响。 • 土层：一般的，土是地表外动力地质作用形成的， 一般具有成层特征, 同一层内土的物质组成和结构， 构造基本一致，工程地质性质亦大体相同。 • 土体：是由性质各异，厚薄不同的若干地层,以特 定的次序组合在一起的土层组合体。
• （二）、孔隙中的水 • 1. 液态水 • (1).结合水：分为吸着水（强结合水）和薄膜水（弱结合 水）。对细粒土的性质影响极大。当只有强结合水时，土 强度很大，处于坚硬、半坚硬状态，当存在较多弱结合水 时，颗粒之间有较厚的水膜，土可呈塑态。 • (2).毛细水：由于毛细作用保存在毛细孔隙（孔径为0.50.002mm)中的水。也受土粒表面静电力的影响，是重力水 和结合水的过渡类型。能传递静水压力。毛细水冰点低于 0℃。毛细水主要存在于砂类土和粉土中。 • (3).自由水 （重力水）。只受重力作用影响，是普通的 液态水。有溶解能力。
• 目的：进行土粒度成分分类，大致判断土的工程 地质性质 。 • 测定方法：筛分析法和静水沉降方法 。 • 对粒度实验获得的结果用某种方法表示出来，称 为粒度成分表示方法 ： • 1．表格法:列表方法 方便简单，但大量样土对 比有困难 • 2．图解法：比较直观。 • 1)累积曲线法 2)分布曲线法 3)三角图法 • 最常用累积曲线法。
第三章+土的结构和土体结构
Nanjing University of Technology
3.1 土的结构连结分类
土的结构连结:指组成土的颗粒之间的连结，组合关系，简称连结。
是土的重要结构特征，也是决定土的性质的重要因素。
3.1.1 按连结物质性质的分类
① 结合水连结:通过粒间的结合水膜而使邻近土颗粒连结起来的连结形 式。细粒土特有的连结形式；连结力的强弱取决于结合水膜的厚薄；
3.1.2 按连结力的性质分类
化学连结包括：共价键连结、离子键连结、金属键连结，具有化学连
(1) 化学连结：是由原子的外围电子，即价电子来实现的连结。
结的土，强度高，压缩性低；
(2) 静电连结：电性不同的两种粘粒直接吸引。 (3) 离子—静电连结:带负电荷的粘粒被介于其间的阳离子静电吸引而成。
(4) 毛细力连结：存在于土的三相交界面上，在毛细管内的水形成弯液
土的结构：微观结构（光学显微镜）和宏观结构（肉眼或放大镜） Байду номын сангаас的粒度成分是土的重要结构指标，反映土粒的大小和含量；
土的结构:指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排
列形式以及它们之间的连接特征(微观结构)。
土体结构:指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征,亦称 宏观结构。
土的结构对土的工程性质影响很大，特别是粘性土，如某些灵敏性 粘土在原状结构时具有一定的强度，当结构扰动或重塑时，强度就降 低很多，甚至不能再成型。
面力使土粒靠近而连结。 (5) 分子连结：是由分子力或范德华力来实现的。
(6) 磁性连结：粘粒表面存在着厚度约为0.05—0.5ūm的磁铁质薄膜引 起的。磁性连结一般很弱。
按物质性质分类仅反映连结形式，按连结力的特性分类才揭示了实质。
土壤学第四章土壤质地和结构
③ 根据砂粒(sand)含量，凡砂粒含量大于55%的，
在质地名称前冠“砂质(sandy)” 。
土壤 学
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（2）美国制(Soil Taxonomy)（连接） 等边三角形的三个边分别表示砂粒、 粉粒、
粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量 ，在图中查出相对应的区域，即得该土壤的质地。 （3）卡庆斯基制 (Kachinsky classification system of soil texture)
土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。
2020/3/30
5
3. 土壤比重 (soil specific gravity) 土壤密度与4℃时纯水密度之比，一般取2.65。
（二）土壤容重(bulk density of soil) 1. 概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒 间孔隙）的重量（干重）。（g/cm3）
土壤固、液、气三相容积比，反映土壤水、气关系。 atmosphere water
organic matter
mineral
一、土壤的密度和容重
（一）土壤密度(soil density) 1. 概念 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质
量。(g/cm3)
2. 影响土壤密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤质地。
2. 土壤质地概念 按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土
壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为 土壤质地。
划分土壤质地的目的在于认识土壤的特性并合理利 用土壤和改良土壤。
3. 土壤质地分类(soil texture classification)制
（1）国际制(international system)
（三）各级土粒的物理性质
第2章土的物质组成及土水相互作用
土质学与土力学
40—13
吉林大学建设工程学院
次生矿物
۞ 原岩经化学风化生成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同。次生矿
物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。 ۞ 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。
水溶盐:可溶性次生矿物。最常见的有岩盐、钾盐、石膏、方解石，硫
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硅氧四面体和铝氢氧八面体这两种基本单元以不同的比例组合，
形成不同类型的粘土矿物。
土中常见的粘土矿物有高岭石、伊利石和蒙脱石三大类。
土质学与土力学
40—18
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高岭石：一层硅氧四面体晶片和一层铝氧八面体晶片结合，形成一个单位晶
胞。高岭石晶胞间具有较强的氢键联结，水较难渗入其间，其颗粒
一般较粗，亲水性弱。因而主要由这类矿物组成的土，膨胀性和压 缩性都较低。
土质学与土力学
40—19
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蒙脱石：蒙脱石单位晶胞的上下面均
为硅氧四面体晶片，中间夹
一个铝氧八面体晶片。相邻 晶胞间由相同的氧原子相接， 这种联结既弱也不稳固，水 分子很容易楔入其间，并将 其分散为极细小的鳞片状颗 粒，并使晶格沿垂直方向膨
40—7
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筛析法 对于粒径大于0.075mm的粗粒土，可用筛析法测定粒度成分。
试验时将风干、分散的代表性土样通过一套孔径不等的标准筛 （ 20 、2 、0.5 、 0.25 、0.1 、 0.075mm），称出留在各个筛子上 的土的质量，即可求出各个粗粒组在土样中的相对含量。
土质学与土力学
40—4
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2.2 土的粒度成分 基本概念：
第四章土的工程性质与分类
一般堆积土：第四纪全新世（文化期以前 Q4）堆积的土层；
新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层 Q4，一般呈欠压密状态，结构强度较低。
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第四章土的工程性质与分类
（2）土根据地质成因分
可分为残积土、坡积土、洪积土、冲 积土、湖积土、海积土、风积土和冰川 沉积土，各成因类型沉积土的特征见书 中有关章节。
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第四章土的工程性质与分类
(三) 土中气体
土中的气体，主要为空气和水气。但有 时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢， 这些气体大多因生物化学作用生成。
气体的存在形式：一种是封闭气体，另一
种是游离气体。
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第四章土的工程性质与分类
三、土的结构、构造
土的工程性质及其变化，除取决于其物质成分外，
第四章土的工程性质与 分类
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2020/11/28
第四章土的工程性质与分类
一、概述
土的定义：
是连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的 搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质组成：
包括作为上骨架的固体矿物颗粒、孔隙 中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由 颗料（固相）、水溶液（液相）和气（气相） 所组成的三相体系。
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第四章土的工程性质与分类
6.表征土粒特征的概念
有效粒径d10：
小于某粒径的土粒重量累计百分数为10％ 时，相应的粒径称为有效粒径d10。
限定粒径d６0：
当小于某粒径的土粒重量累计百分数为60 ％时，该粒径称为限定粒径d６0。
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第四章土的工程性质与分类
不均匀系数Cu：
新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层 Q4，一般呈欠压密状态，结构强度较低。
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第四章土的工程性质与分类
（2）土根据地质成因分
可分为残积土、坡积土、洪积土、冲 积土、湖积土、海积土、风积土和冰川 沉积土，各成因类型沉积土的特征见书 中有关章节。
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第四章土的工程性质与分类
(三) 土中气体
土中的气体，主要为空气和水气。但有 时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢， 这些气体大多因生物化学作用生成。
气体的存在形式：一种是封闭气体，另一
种是游离气体。
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第四章土的工程性质与分类
三、土的结构、构造
土的工程性质及其变化，除取决于其物质成分外，
第四章土的工程性质与 分类
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第四章土的工程性质与分类
一、概述
土的定义：
是连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的 搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质组成：
包括作为上骨架的固体矿物颗粒、孔隙 中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由 颗料（固相）、水溶液（液相）和气（气相） 所组成的三相体系。
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第四章土的工程性质与分类
6.表征土粒特征的概念
有效粒径d10：
小于某粒径的土粒重量累计百分数为10％ 时，相应的粒径称为有效粒径d10。
限定粒径d６0：
当小于某粒径的土粒重量累计百分数为60 ％时，该粒径称为限定粒径d６0。
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第四章土的工程性质与分类
不均匀系数Cu：
工程地质第四章 土的工程地质性质
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
2.砂土
粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒 径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
颗粒粒径级配曲线
（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含 量，用常数坐标表示）。
Cu
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土的粒径级配累积曲线
200g P 100
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 试验方法
密度计法:适用于d＜0.075mm 《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999
《土的工程分类标准》（GB/T50145—2007）依粒径的大小将土粒划分六大粒组。
表4.1 粒组划分
粒组统称 粒组名称 粒径（d）的范围（mm）
主要特征
巨粒
漂石（块石） 卵石（碎石）
72
%
90 80
95 70 60
87 50
78 40 30
66 20
55
10 0
36
粒径(mm)
水分法
粒径(mm)
0.05 0.01 0.005
百分数P(%)
26
13.5
10
工程地质学-第四章土
土中的固体颗粒 构成土的骨架, 骨架之间贯穿着 大量的孔隙,孔 隙中充满着液体 和气体。土由固 体颗粒、液体和 气体三部分组成， 即土的三相组成
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构 造，较疏松，含水量高，压缩性大而强 度低。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构 造，较疏松，含水量高，压缩性大而强 度低。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
土的结构
Vw M w / w wGs Sr 100% Vv e e
土的各物理性质指标之间的换算公式见P21表1.4.3
不同情况下土的密度与容重
3.不同情况下土的密度与容重 (1)干密度与干容重：当土中无水时，土的密度(容重)称 为干密度(容重)，用ρ d（γ d）表示。
Ms d V
Ws d V
(2)饱和密度与饱和容重：土中孔隙完全被水充满时的 密度(容重)称为饱和密度(容重)，用ρsat(γsat) 表示。
5）叠片状结构
是粘土矿物以面-面的方式，有时 呈面-边的方式排列的。孔隙常沿 粘土片的长轴方向呈延长状，有的 呈裂隙状或楔状。由于集粒的高度 定向，导致土的工程地质性质具有 各向异性。
土的构造
土的构造：也称土的宏观结构，土体结构。指土体形
成时期伴随形成的“相”的特征，以及后期改造过程中 产生的节理、裂隙等不连续面在土块内的排列、组合特 征。如层理、节理、裂隙等。
M w Ww w 100% M s Ws
（3）测定方法：烘干法
M Ms Mw 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。
孔隙体积 Vv e 土粒体积 Vs
（2）孔隙率：土中孔隙体积占土的总体积的百分数， 称孔隙率，用n表示。
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 Ms Mw Ma (g/cm3 ) V V
（2）容重定义及表达式
W W s W w Wa 3 (kN/m ) V V
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生物风化
有机质
动植物活动
土的形成
沉积与搬运
残积土 无搬运
运积土 有搬运
母岩表层经风化作用破碎 成岩屑或细小颗粒后， 未经搬运残留在原地的 堆积物
风化所形成的土颗粒， 受自然力的作用搬运到 远近不同的地点所沉积 的堆积物
土的形成
土的基本特征及主要成因类型
土的基本特征
☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体
第一篇 岩土工程地质性质研究
第一章 土的物质组成与结构、构造 第二章 土的物理性质 第三章 土的力学性质 第四章 各类土的工程地质特征 第五章 土体的工程地质研究 第六章 岩石的工程地质性质
第一章 土的物质组成与结构、构造
第一节 土的粒度成分 第二节 土的矿物成分 第三节 土中的水和气体 第四节 土的结构和构造
筛分法
它是利用一套孔径大小 不同的筛子，将事先称 过重量的烘干土样过筛， 称留在各筛上的重量， 然后计算相应的百分数。
比重计法:利用不同大小的土粒 在水中的沉降速度不同来确定小于 某粒径的土粒含量
表格法：利用列表的方法表示颗粒分析成果，该方法 可以清楚地用数量说明各粒组的相对含量。
表1-2 颗粒分析成果表
Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土 3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：
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用于判定土的级 配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
土的形成
土的主要成因类型
残积土(体) 坡积土(体) 洪积土(体) 湖积土(体) 冲积土(体) 冰积土(体) 崩积土(体) 风积土(体) 海洋沉积土(体) 火山沉积土(体)
一、粒径和粒组划分
1、粒径：土颗粒的大小以其直径表示，单 位一般采用毫米。 2、粒组（粒级）：粒径在一定区段内，成 分及性质相似的土粒组别。
第一节 土的粒度成分
土的形成
岩石 地球
风化剥蚀
搬运、沉积
土 地球
第一节 土的粒度成分
土的演化
土(土体)
岩石(三大岩)
土的形成
风化 物理风化 化学风化
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 过程中因碰撞和摩擦而破碎
原生矿物 次生矿物
母岩表面和碎散的颗粒受环 境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物
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； Cu＞5的土视为级配良好 的土
对于砾类土或砂类土，同时满足 Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好 级配砂或良好级配砾
粒径级配
粒径级配累积曲线及指标的用途：
1）粒组含量用于土的分类定名； 2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：
累积曲线图的用途：根据累积曲线图的形态，可以看 出各粒组的分布规律，可以大致判断土的均匀程度与分 选性。
土的累积曲线图
颗粒级配的描述
工程上常用不均匀系数Cu描述 颗粒级配的不均匀程度
Cu
d 60 d10
曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整 体形态，表明某粒组是否缺失情
况
Cc
d
2 30
d10 d 60
d10、d30、d60小于某粒径的 土粒含量为10%、 30%和 60%时所对应的粒径
例1.1读土的累积曲线图，计算土的不均匀系数Cu，曲 率系数Cc，并判别土的均匀性及级配情况。
在土的分类和评价土的工程性质时，常需测定土的粒 度成分，它是通过土的颗粒分析试验测定的， 2、颗粒分析方法： （1）筛分析方法：适用于砂粒以上较粗的颗粒 （2）静水沉降方法：适用于粉粒以下较细的颗粒。主 要有密度计法和移液管法，其次还有双洗法和比重瓶法。 3、颗粒分析成果：采用表格法和图解法
粒径级配
土样
编号
>2
1
28
小于某粒径(mm)累积百分含量
<2
<0.5 <0.25 <0.075
72
62
47
27
<0.005
17
图解法：累积曲线法、分布曲线法和三角图法
累积曲线图：以土粒直径为横坐标，以粒组的累积 百分含量(小于某粒径的所有土粒的百分含量)为纵坐标， 在直角坐标中所设点子的连线(光滑的曲线)。
筛分法 碎石）组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组
粗颗粒
细颗粒
粗粒土与细粒土
粗粒土(无粘性土) 特征
孔隙大、透水性强，毛细上升， 高度很小，既无可塑造性，也 无胀缩性，压缩性极弱，强度 较高。
细粒土(粘性土) 特征
主要由原生矿物、次生矿物组成， 孔隙很小，透水性极弱，毛细上 升高度较高，有可塑性、胀缩性， 强度较低。
粒组 巨粒 粗粒
细粒
表1-1 土的粒组划分方案
颗粒名称
漂石（块石）
卵石（碎石）
砾粒
粗砾 中砾
细砾
砂粒
粗砂 中砂
细砂
粉粒
黏粒
粒径d范围（mm）
d>200 60<d≤200 20<d≤60
5<d≤20 2<d≤5 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075
粒组（mm）百分含量
土样
编号
>2
2-0.5
0.50.25
0.25-0.075
0.0750.005
<0.005
1
28
10
15
20
10
17
2
10
40
25
15
10
3
5
10
20
15
20
30
表1-3 颗粒分析成果表
各粒组的百分含量也可换算成≤某粒组界限的累积 百分含量填在表中，如表1-2中的1号土样的累积百分含 量如表1-3所示。
d≤0.005
分析方 法
直接测 定
主要特征
透水性很大，压缩性极 小，颗粒间无粘结，无毛 细性。 筛
分
法
透水性大，压缩性小， 无粘性，有一定毛细性。
静水沉 降原理
透水性小，压缩性中等，毛 细上升高度大，微粘性。
透水性极弱，压缩性变化大， 具粘性和可塑性。
二、粒度成分的测定和表示方法
1、土的粒度成分：指土中各个粒组的相对百分含量， 通常用各粒组占土粒总质量的百分数表示。
颗粒大小
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径
0.1
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 粘粒 胶粒
d
mm
粗 中 细 粗 中 细 极细
60 20 5 2 0.5 0.25 0.05 0.005 0.002
3、粒组划分方案：2007年颁布的国家 标准《土的工程分类标准》中的粒组划 分表 。