第三章+土的结构和土体结构

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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。
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3.2 土的排列方式与孔隙类型
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3. 4 土体结构（构造）
土体结构：土层组合和被节理、裂隙等切割后形成的土块在土体内排列、组合 方式；
土的构造：在土体之中组合单元体的特点。
物质组成 结构构造 (1)土体结构： 原生结构：是在土体形成时具有的一定的结构特征。重要标志是层理； 流水形成的层理 风积形成的均质结构 存在基础 存在形式
② 胶结连结：土粒由某些物质胶结起来形成的连结，在较长的地质 年代中形成的，胶结力很强。 ③ 毛细水连结：砂土在潮湿时，砂粒，粉粒间有毛细水弯液面力 （或称毛细压力）作用于土粒，将土粒暂时地连结在一起。 ④ 冰连结：含冰冻土的一种暂时性连结。
⑤ 无连结：粒间呈无连接状态。
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残积、洪积、冰积等形成的无序状结构。
次生结构：是在土体形成后经地质作用改造后形成的。 块状结构、碎裂状结构、团粒状结、柱状结构、割裂状结构、片状结构等。
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3. 5 反映粘性土结构性指标
粘性土的灵敏度— St
粉碎 重塑
原状土
结构 性 相同含水量 密度、组成 强度降低
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3.3 土的结构类型及研究方法
3.3.1 粗粒土的微观结构类型 (1) 粗粒土的结构主要为单粒结构 组成砂、砾等粗粒土的基本结构类型，颗粒较粗大，比表面积小， 颗粒之间是点接触，几乎没有连结，粒间相互作用的影响较之重力作用 的影响可忽略不计，是重力场作用下堆积而成的。 孔隙大，透水强，土粒间一般没有内聚力，但土粒相互依靠支撑， 内摩擦力较大，受压力时土体积变化较小。

粒间作用力：重力起决定性的作用。 在非饱和土中，还受到毛细力的作用 排列形式：点与点 点与面
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(2) 根据单粒间的排列接触关系：松散结构、紧密结构 单粒结构土的工程性质，除与密实程度有关外，还与颗粒大小、级配、 土粒的表面形状及矿物成分类型有关。
• 形成环境 • 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分 淡水中沉积 表面力、胶结力 （粒间斥力占优势） 片架结构 (凝聚结构) 海水中沉积 表面力、胶结力 （斥力减小引力增加） 边、角与面 边、角与边 次生矿物
面与面
次生矿物
力 学 特 性 有 何 差 异 ？
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小结
土的结构
土粒间的作用力 粗粒土的结构 细粒土的结构 土颗粒或粒团的 空间排列和相互联结
粘性土的结构性指标
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3.3.2 细粒土的微观结构类型
最早研究的是汰沙基，60年代，把微观结构的研究与土的工程地质 性质、土的成因、后生变化联系在一起；土中细颗粒，比表面积大，重 量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用： • 根据不同成因、不同物质组成和不同形态特征，分为:
骨架状结构、絮凝状结构、团粒状结构、叠片状结构、凝块状结构、 蜂窝状结构、海绵状结构、磁畴状结构、基质状结构等。
排列方式：指土颗粒排列的松紧程度。

3.2.1 粗粒土的排列方式与孔隙类型 (1) 粗粒土的排列方式：
① 松散: 颗粒与颗粒相互接触，土处于最松散状态，孔隙比max：0.91 ② 紧密: 颗粒处于其它颗粒的凹陷处，处于紧密排列，孔隙比min: 0.35 (2) 结论: ① 土粒表面越光滑,越不易保持“松散排列”,而易成为“紧密排 列”。 ② 单粒排列的易变性，与土的粒度成分、颗粒形状、矿物成分、粒 间连结、土中含水情况有关。
重塑土
qu St qu

3 0
原状土的无侧限抗压强度 = 重塑土的无侧限抗压强度

qu qu
相同含水量、密度


St 粘性土 不灵敏 1 1-2 低灵敏 2-4 中等灵敏 4-8 灵敏 8- 很灵敏 16 流动 Nanjing >16 University of Technology
一. 土粒间的作用力
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3.2.2 细粒土的排列方式
(1) 按孔隙比的大小分：
松散排列的土：孔隙比>1.0
中密排列的土： 0.7 <孔隙比<1.0 紧密排列的土：孔隙比<0.7 3.2.3 细粒土的孔隙特征 (1) 孔隙特征：主要是指孔隙大小、形状、分布及连通情况。 (2) 细粒土孔隙类型：粒间孔隙、粒内孔隙、溶蚀孔隙、大 孔隙。
天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。往往先形成 团粒
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3.3.3 研究土结构的方法 粗粒土——粒度分析（筛析法），双目放大镜或显微镜进 行观察； 研究形状与表面特征； 细粒土——聚乙二醇胶结，观察其微结构及微层理；X射线 能谱和波谱分析法，研究颗粒的排列方向特征；压汞法， 定量测定土中孔隙的大小和多少；电子显微镜 ，观察细 粒土的微观结构；
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片架结构：粘粒在絮凝状态下形成的，亦称絮凝结构。其特点是粘土片
以边－面或边－边连结为主，颗粒呈随机排列，性质较均匀，
但孔隙较大．对扰动比较敏感。具有触变性的土多后于此类 结构。 片堆结构：粘粒是在分散状态下沉积而形成的，亦称分散结构。其特点 是以面－面连结为主，粘土片呈定向排列，密度较大，具有 明显的各向异性的力学性质。
—土颗粒的自重形成的方向向下的力
— 土中毛细作用形成的力 — 土粒间的胶体物质形成的作用力 — 粘性土 — 库 仑 力： 颗粒表面的静电引力或斥力 — 范德华力： 颗粒接触点处的分子间引力
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三.细粒土的结构
• 示意图 片堆结构 (分散结构)