土的物质组成与结构
土的物质组成和结构
⼟的物质组成和结构第⼀章⼟的物质组成和结构第⼀节⼟的形成⼀、⼟和⼟体的概念1．⼟(soil)地球表⾯30－80km厚的范围是地壳。
地壳中原来整体坚硬的岩⽯，经风化、剥蚀搬运、沉积，形成固体矿物、⽔和⽓体的集合体称为⼟。
⼟是由固体相、液相、⽓体三相物质组成；或⼟是由固体相、液体相、⽓体相和有机质（腐殖质）相四相物质组成。
不同的风化作⽤，形成不同性质的⼟。
风化作⽤有下列三种：物理风化、化学风化、⽣物风化。
2．“⼟体”(soil mass)⼟体不是⼀般⼟层的组合体，⽽是与⼯程建筑的稳定、变形有关的⼟层的组合体。
⼟体是由厚薄不等，性质各异的若⼲⼟层，以特定的上、下次序组合在⼀起的。
⼆、⼟和⼟体的形成和演变地壳表⾯⼴泛分布着的⼟体是完整坚硬的岩⽯经过风化、剥蚀等外⼒作⽤⽽⽡解的碎块或矿物颗粒，再经⽔流、风⼒或重⼒作⽤、冰川作⽤搬运在适当的条件下沉积成各种类型的⼟体。
再搬运过程中，由于形成⼟的母岩成分的差异、颗粒⼤⼩、形态，矿物成分⼜进⼀步发⽣变化，并在搬运及沉积过程中由于分选作⽤形成在成分、结构、构造和性质上有规律的变化。
⼟体沉积后：a.将经过⽣物化学及物理化学变化，即成壤作⽤，形成⼟壤（1）靠近地表的⼟体b. 未形成⼟壤的⼟，继续受到风化、剥蚀、侵蚀⽽再破碎、再搬运、再沉积等地质作⽤。
（2）时代较⽼的⼟，在上覆沉积物的⾃重压⼒及地下⽔的作⽤下，经受成岩作⽤，逐渐固结成岩，强度增⾼，成为“母岩”。
总之，⼟体的形成和演化过程，就是⼟的性质和变化过程，由于不同的作⽤处于不同的作⽤阶段，⼟体就表现出不同的特点。
三、⼟的基本特征及主要成因类型（⼀）⼟的基本特征从⼯程地质观点分析，⼟有以下共同的基本特征：1．⼟是⾃然历史的产物⼟是由许多矿物⾃然结合⽽成的。
它在⼀定的地质历史时期内，经过各种复杂的⾃然因素作⽤后形成各类⼟的形成时间、地点、环境以及⽅式不同，各种矿物在质量、数量和空间排列上都有⼀定的差异，其⼯程地质性质也就有所不同。
土的物质组成与结构(精)
2. 确定相应于某一累积百分含量的粒径
有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数 为10％时，相应的粒径称为有效粒径（d10）。
平均粒径d50）：系指土中大于此粒径和小于此粒径的 土的含量均占50％
限制粒径（d60）或称限定粒径（d60）：当小于某粒径 的土粒质量累计百分数为60％时，该粒径称为控制粒径。
d30：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。
3. 不均匀系数的确定
定义土的不均匀系数为： Cu d60
d10
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，颗粒大小越不均匀，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。
三、有机质
有机质是土中动植物残骸在微生物作用下 分解形成的产物。
它可分为两类：
—类是分解不完全的植物及各种生物有机体的残骸； 泥炭、淤泥
另一类是分解完全的腐殖质。
特点：
有机质亲水性强，当土中有机质含量增多时，土的 可塑性和压缩性增大，强度降低，对工程建筑不利。 是有害成分！
次粘 生土 矿矿 物物
高岭土 伊利石 蒙脱石
倍半氧化物 （Al2O3 - Fe2O3）
难溶盐 （CaCO3，MgCO3）
腐殖质
第三节 土中的水
一、土中水的基本类型与特征
水是土的基本组成部分之一，它在土中以不同 形式和不同状态存在，不同的水对土的工程地 质性质影响是不同的。
土中水的分类
（一）矿物矿物中的结合水
定义土的粒径级配累积曲线的曲率系数为：
Cc
d
2 30
d60 d10
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）。
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
〔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。
12
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。
土壤的结构组成
土壤的结构组成
土壤的结构组成包括：
1. 矿质颗粒：主要由砂、粉砂、粘土和漂砾等颗粒组成。
矿质颗粒的大小和比例决定了土壤的质地，影响其透水性和透气性。
2. 有机物质：主要由植物残体和动物残体分解而来，包括有机质和腐殖质。
有机物质能增加土壤保水能力、改善土壤结构、提供养分等。
3. 水分：土壤中的水分主要存在于微孔隙和粘结水中。
合适的水分含量对于植物生长非常重要。
4. 空气：空气存在于土壤微孔隙内。
土壤中的空气对于植物根系通气和微生物活动至关重要。
5. 微生物：土壤中存在大量的微生物，如细菌、真菌和原生动物等。
微生物的存在对于土壤的生物化学循环、有机物分解和养分转化起重要作用。
6. 土壤生物：包括土壤动物和植物根系。
土壤动物包括蚯蚓、昆虫、螨类等，它们的活动能改善土壤结构和模糊土壤中的养分。
植物根系能固定土壤、增加土壤的稳定性，以及吸收水分和养分。
这些组成部分相互作用形成了土壤的复杂结构，影响着土壤的物理性质、化学性质和生物性质。
简述土壤的组成
简述土壤的组成土壤是地球表面的一层薄薄的覆盖物，由无机物、有机物、水、空气和微生物等组成。
它是植物生长的基础，也是生态系统的重要组成部分。
下面将从土壤的组成、结构和功能三个方面进行简述。
一、土壤的组成1. 矿物质矿物质是土壤中最主要的组成部分，占据了土壤总质量的大部分。
它们是从母岩中分解出来的，包括石英、长石、云母、方解石等。
矿物质的种类和含量决定了土壤的物理性质和化学性质。
2. 有机质有机质是土壤中的另一个重要组成部分，包括植物残体、动物尸体、粪便等有机物质。
有机质的分解产物可以提供植物生长所需的养分，同时也可以改善土壤的结构和水分保持能力。
3. 水分土壤中的水分是植物生长所必需的，也是土壤中微生物生存的重要条件。
土壤中的水分含量对植物生长和土壤生态系统的稳定性都有着重要的影响。
4. 空气土壤中的空气含量对土壤中微生物的生存和植物的生长都有着重要的影响。
空气可以提供植物所需的氧气，同时也可以促进土壤中微生物的代谢活动。
5. 微生物土壤中的微生物是土壤生态系统中的重要组成部分，包括细菌、真菌、放线菌等。
它们可以分解有机物质，释放养分，同时也可以抑制土壤中的病原微生物。
二、土壤的结构土壤的结构是指土壤中各种组分之间的空隙和连接方式。
土壤的结构对土壤的水分保持能力、通气性、养分供应等都有着重要的影响。
1. 粒径组成土壤中的颗粒大小不同，可以分为粗砂、细砂、粉砂、粘土等不同的粒径组成。
不同粒径的颗粒之间的空隙大小和形状不同，影响土壤的通气性和水分保持能力。
2. 土壤结构类型土壤的结构类型包括砂性土、壤土、粘土等不同类型。
不同类型的土壤结构对土壤的水分保持能力、通气性、养分供应等都有着不同的影响。
三、土壤的功能土壤的功能是指土壤在生态系统中所扮演的角色，包括植物生长、养分循环、水文循环、碳循环等。
1. 植物生长土壤是植物生长的基础，提供植物所需的养分和水分。
土壤中的微生物也可以促进植物生长，例如通过固氮作用提供植物所需的氮元素。
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。
土的组成成分
土的组成成分土是地球表面的一种物质，由多种不同的成分组成。
这些成分包括有机物、无机物、水分和空气。
下面将详细介绍土的组成成分。
一、有机物有机物是土壤中的重要组成部分，主要由已经死亡的植物和动物的遗体以及它们的分解产物组成。
有机物的分解产物包括腐殖质、腐植酸等。
这些有机物能够提供植物生长所需的养分，促进土壤的肥力。
二、无机物无机物是土壤中的另一个重要组成部分。
主要包括矿物质、土壤颗粒和土壤结构。
矿物质是由各种不同的化学元素组成的晶体，如石英、长石、云母等。
这些矿物质在土壤中起到了提供养分和储存水分的作用。
土壤颗粒是土壤的基本单位，包括沙粒、粉粒和粘粒。
沙粒是直径大于0.05毫米的颗粒，粉粒是直径在0.05毫米到0.002毫米之间的颗粒，粘粒是直径小于0.002毫米的颗粒。
这些土壤颗粒的不同比例和结合形式决定了土壤的质地和透气性。
土壤结构是指土壤颗粒的排列和组合形式。
土壤结构可以分为团聚结构、疏松结构和块状结构等。
团聚结构是指土壤颗粒通过有机物和粘土矿物质黏合在一起，形成块状或颗粒状的结构。
疏松结构是指土壤颗粒之间存在较多的孔隙，有利于水分和气体的运动。
块状结构是指土壤颗粒通过胶结物质黏合在一起，形成块状的结构。
土壤结构的不同会影响土壤的透气性、保水性和保肥性。
三、水分水分是土壤中不可或缺的成分之一。
土壤中的水分主要来自降水和灌溉。
水分在土壤中以毛细管力和重力作用下分布。
毛细管力使水分能够在土壤颗粒之间上升，提供植物所需的水分；重力则使多余的水分向下排出，避免土壤过湿。
四、空气空气是土壤中的另一个重要成分。
土壤中的空气主要来自土壤孔隙中的空间。
空气在土壤中起到通气和氧气供应的作用，有利于植物根系的呼吸和生长。
土壤中的空气含氧量直接影响植物的生长和发育。
以上是土的组成成分的详细介绍。
土的组成成分包括有机物、无机物、水分和空气。
这些成分相互作用，共同决定了土壤的肥力、质地、透气性和保水性。
了解土的组成成分对于农业生产和土壤管理具有重要意义。
了解土壤的组成：科学知识点
了解土壤的组成：科学知识点土壤是我们日常生活中非常重要的一部分，它是植物生长的基础，对于维持生态平衡和农业的发展有着重要意义。
了解土壤的组成对于我们更好地利用土壤资源、保护土壤环境具有重要的意义。
本文将围绕土壤的组成展开介绍，以帮助读者更好地了解土壤的科学知识。
一、土壤的物理组成土壤的物理组成主要包括颗粒物质和孔隙结构。
颗粒物质是土壤物理性质的基础，主要由砂、粉砂、黏土等不同粒径的颗粒组成。
其中，砂粒最大，黏土粒最小。
这些颗粒的大小和比例决定了土壤的质地，质地的不同对土壤的肥力和水分保持能力有着重要的影响。
土壤中的孔隙是由颗粒之间的间隙形成的，主要包括毛管水和非毛管水两部分。
毛管水是在细微的孔隙中由毛细现象引起的水分，对植物的供水起着重要作用。
非毛管水则是填充在较大孔隙中的地下水，对于土壤的排水和贮水有着重要的作用。
二、土壤的化学组成土壤的化学组成包括有机物质和无机物质两部分。
有机物质来源于植物和动物的残体、分泌物以及微生物的代谢产物等，它们经过分解和转化形成了土壤中的腐殖质。
腐殖质对土壤的保水、保肥、保护土壤中有机肥养分的释放有着重要作用。
无机物质是指土壤中的矿物质和有机无机复合物，主要由矿物颗粒、离子交换体和土壤胶体组成。
矿物颗粒主要来自于岩石的风化和破碎，它们对土壤的肥力和结构有着重要的影响。
离子交换体是土壤中吸附离子的重要媒介，它对植物的养分吸收和土壤肥力的维持起着重要作用。
土壤胶体则是一种由颗粒细小的矿物组成的胶态物质，它能吸附水分和养分，并对土壤结构稳定性起到重要作用。
三、土壤的生物组成土壤的生物组成包括微生物、植物和动物。
微生物是土壤中最丰富的生物类群，包括细菌、真菌、放线菌等。
它们参与了土壤的有机质分解、养分循环和抗土壤病原微生物的作用。
植物通过根系和土壤发生相互作用，植株的生长和发育依赖于土壤提供的水分和养分。
动物则通过活动和排泄物的分泌改变土壤的物理性质和化学性质。
四、土壤的水分组成土壤的水分主要包括毛管水、非毛管水和附着水。
环境化学第四章土壤
价交换和受质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强
弱，主要依赖于以下因素： 电荷数，离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；
离子半径及水化程度，同价离子中，离于半径越大，水
化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。
第二节 土壤的性质
土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Ru+＞
第二节 土壤的性质
b.潜性酸：
其来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离
子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交 换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的 H+ 浓度， 使土壤 pH 值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其 大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。据测定土壤潜性酸
②水解性酸度： 用弱酸强碱盐 (如醋酸钠)淋洗土壤，溶液中金属离子可
以将土壤胶体吸附的 H+ 、 A13+ 代换出来，同时生成某弱酸
(醋酸)。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
第二节 土壤的性质
③活性酸与潜性酸的关系：
土壤的活性酸与潜性酸是同一个平衡体系的两种强度，
二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土 壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体
第二节 土壤的性质
一般土壤缓冲能力的大小顺序是： 腐殖质土＞枯土＞砂土。 土壤的可变电荷越多，缓冲能力越强。土壤缓冲能力 越大，对酸碱污染物的容量就越大。但是，土壤的缓冲能 力的大小是有一定限度的，超出这个限度，土壤的酸碱度 会发生强烈的变化。
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黄土的物质成分和结构
黄土的物质成分和结构黄土是一种特殊的土壤类型，广泛分布在世界各地的黄土高原地区。
黄土的物质成分和结构决定了它的特殊性和重要性。
本文将从黄土的物质成分和结构的角度来详细介绍黄土的特点。
一、黄土的物质成分黄土主要由矿物质、有机质和水分组成。
其中，矿物质是黄土的主要成分，占据了黄土总质量的大部分。
黄土中的矿物质主要包括石英、长石、云母、膨润土等。
这些矿物质具有不同的化学成分和物理性质，决定了黄土的颜色、质地和可塑性。
二、黄土的结构黄土的结构主要由颗粒间的排列和空隙组成。
黄土颗粒的大小和形状各异，其中主要有粘粒、细粒和粗粒。
这些颗粒通过胶结物质和空隙相互连接。
黄土中的胶结物质主要是黏土矿物质和有机物质。
黏土矿物质具有较强的吸附能力和胶结性，可以使颗粒之间形成胶结结构，增强黄土的稳定性和抗压强度。
三、黄土的特点1. 耐侵蚀性：黄土中的矿物质和胶结物质具有较高的稳定性，能够抵抗风蚀和水蚀的侵蚀，保持土壤的完整性和肥力。
2. 保水性：黄土中的颗粒和胶结结构可以形成多孔结构，具有较强的保水能力，能够在干旱条件下储存水分，为作物的生长提供水源。
3. 透水性：黄土中的颗粒和胶结结构具有较好的透水性，可以快速排水，避免土壤过湿引发的病虫害。
4. 肥力：黄土中富含的有机质和矿物质为作物的生长提供了丰富的养分，具有较高的肥力。
5. 呼吸性：黄土中的孔隙和胶结结构可以与大气进行气体交换，保持土壤的呼吸性，有利于微生物和植物的生长。
黄土作为一种特殊的土壤类型，具有独特的物质成分和结构。
它的特点使其在农业、建筑、环境保护等领域具有重要意义。
黄土的保水性和肥力为农作物的生长提供了有利条件；黄土的耐侵蚀性和透水性可以减少自然灾害的发生；黄土的呼吸性和适宜的质地为建筑和工程提供了优质的基础材料。
黄土的物质成分和结构决定了其特殊性和重要性。
对黄土的深入研究和合理利用，不仅可以推动农业发展和环境保护，还可以为建筑和工程提供可靠的基础。
黄土的独特之处在于其丰富的矿物质成分和复杂的胶结结构，这使其成为一种宝贵的自然资源。
土壤的结构组成
土壤的结构组成
土壤的结构组成可以分为以下几个层次：
1.碎屑：土壤中的碎屑包括砂、粉砂、粉、黏土等颗粒状物质。
这些碎屑的大小和比例决定了土壤的质地，影响土壤的透气性、保水性和肥力。
2.有机质：土壤中的有机质包括植物残体、动物残体和微生物
的尸体等有机物质。
有机质是土壤的重要组成部分，能够改善土壤的结构、保持水分、增加肥力，并提供植物所需的养分。
3.土壤孔隙：土壤中存在着各种尺寸的孔隙，包括微孔隙、介
孔隙和大孔隙。
这些孔隙可以储存和运输水分、气体和根系，对土壤的透气性、保水性和根系通气起重要作用。
4.土壤胶体：土壤胶体是指直径小于2微米的颗粒状物质，包
括黏土矿物和有机胶体。
土壤胶体对土壤的负载性、保水性、栽培性和养分的吸附和释放起着重要作用。
5.水分和气体：土壤中的水分和气体也是土壤结构的重要组成
部分。
水分可以填充土壤孔隙，供植物需要，参与土壤中的化学反应；气体可以提供氧气，维持土壤中的微生物生态系统。
土质土力学02土的物质组成和结构
d10——mm
Cu、Cc是国际通用的指标，根据不均 匀系数、曲率系数进行土的级配分类：
当Cu5且1Cc3时，为级配良好的土， 即为非均粒土，表明土中各粒组的含 量相差不大，大小颗粒混杂，累计曲 线平缓；
若不能同时满足上述两个条件，则为 级配不良的土，即均粒土，颗粒大小 较均匀，累计曲线的中段显得陡直。
土类名称 漂石(块石)土 卵石(碎石)土
优点：可以清楚地说明各粒组的含量 缺点：大量土样进行对比时较困难
粒组（mm）
10-5 5-2 2-1 1-0.5 0.5-0.25 0.25-0.10 0.10-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 0.005-0.002 0.002
土样1 -
3.1 60. 14.4 405 26.0 9.0
累积含量百分比是指小于（或大于）某粒径的 所有土颗粒占全部土颗粒的质量百分比。
优点：便于多个土样的粒度成分对比； 缺点：当土样数量很多时，较烦乱，不易分辨。
累积百分含量xd（%）
d50
120 100
80 60 40 20
0
0.001
d10
粒度成分曲线 d50
d60 d60
系列1 系列2 系列3
-
粒度成分(以质量%计) 土样2 25.0 20.0 12.3 8.0 8.2 4.9 4.6 8.1 4.2 5.2 1.5
土样3 -
8.0 14.4 37.6 11.1 18.9 10.0
(2) 累计曲线法（粒径分布曲线图） 以粒径为横坐标，以小于某一粒径的累计百分 含量为纵坐标，建立直角坐标系，将试验结果 数据投到该坐标系中，得到两者之间的关系曲 线（累计曲线）。一般横坐标（粒径）采用对 数的形式，因此累计曲线为半对数曲线。
土质学与土力学绪论 第一章土的物质组成和结构构造
土质学与土力学的发展简史
土质学与土力学是一门既 古老、又新兴的学科，人 类很早就懂得广泛利用土 进行工程建设（我国的长 城、南北大运河）直到十 八世纪中叶，人类对土在 工程建设方面的特性，尚 停留在感性认识阶段。
土质学与土力学的发展简史
十八世纪产业革命后，提出了大量与土力学 有关的问题和不少成功的经验，特别是一些 工程事故的教训，迫切促使人们去寻求理论 的解释，并要求永通过实践检验的理论来直 到以后的工程实践。 筑城学（欧洲） 墙后土压力问题 铁路、公路、水利工程 土坡稳定问题 半经验分析阶段
土质学与土力学密切结合专业和实践的一门 课程，学习中不但要着重于基本概念的理解， 掌握计算方法而且要学会初步解决实际问题 的能力。
土质学与土力学与其他课程的关系
土质学与土力学属于技术基础课，它在一般基础课 和专业课之间起到承上启下的作用。 先行课程：材料力学、结构力学、弹性理论初步、 工程地质学与水文地质学、水力学 后续课程：水工结构、地基及基础 土质学与土力学是一门边缘学科，它所设计的自然 科学范围很广，除了和力学领域内各邻近学科有密 切关系外，它还涉及到普通地质学、物理、化学等 方面的知识领域。
土质学与土力学学习的基本要求
了解土的基本物理力学性质、掌握若干主 要土工实验的基本原理和一般方法 了解土体在承受荷载后或改变其周围环境 后的性能、变化规律 掌握一般水工建筑物设计中有关土力学内 容的计算方法。
土质学与土力学的学习方法
学习土质学与土力学，必须特别注意认识土 的特点
多样性 易变性
成土矿物 砂粒 一般由石英构成，其次是长石、云母。 粘粒 包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含 量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩 性增高。
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Cc d320 d60 d10
曲线系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的 整体形状；或称反映累积曲线的斜率是否连续。
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8
在一般情况下：
1).工程上把Cu ≤5的土看作是均粒土，属级配不良； Cu >5时，称为不均粒土； Cu >10的土属级配良好。 2).经验证明，当级配连续时，Cu的范围约为1～3；因
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土中水的分类
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（一）矿物矿物中的结合水
结构水：
以H＋、 OH－离子存在，数量、位置固定
结晶水：
以H2O存在，数量、位置固定
沸石水：
以H2O存在，数量不定、晶胞之间
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（二）孔隙中的液态水
结合水：
在土粒静电引力范围内，被吸附在土粒周围的水就叫 结合水。它不受重力影响，密度大，不能传递静水压 力，冰点低，有粘滞性和一定的抗剪强度。
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二、次生矿物
次生矿物是原生矿物经过化学风化作用， 使其进一步分解，形成一些颗粒更细小的 新矿物。
次生矿物又可分为两种类型：
一种是原生矿物中部分可溶物质被水溶滤并携带到 其他地方沉淀下来所形成的“可溶性次生矿物”；
另一种是原生矿物中的可溶部分被溶滤后的残余物， 它改变了原来矿物的成分和结构，形成了“不可溶 的次生矿物”。
砂类土
砾粒组质量少于或等于总质量50%
细粒土
细粒组质量多于或等于总质量的50%的土
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第二节 土的矿物成分
土中矿物类型
土的固体相部分是由各种矿物颗粒或矿物集合 体组成的，不同矿物成分的性质是有差别的， 因此由不同矿物组成的土的性质也是不同的。 土中矿物成分类型可分为：
原生矿物 次生矿物 有机质
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矿物成分与粒度成分的关系
粒组
名称
漂石粒、卵石粒
最常见的矿物 范围值（mm）
砾粒组
>2
砂粒组 2-0.075
粉粒组
0.075 -0.005
粗 0.005
-0.001
粘粒组
中
细
0.001 -0.0001
>0.0001
母岩碎屑
原 生
（多矿物结构）
单 石英 矿
矿物 物颗
长石
粒 云母
次生二氧化硅 （SiO2）
3
二、粒度分析
测定土中各颗粒直径大小及百分含量的过程 主要测试方法：
筛析法－主要用于粗粒土的粒度分析 静水沉淀－主要用于细粒土的粒度分析
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土的粒度成分表
粒组的百分含量
＞2mm 2～0.5mm 0.5～0.25 mm0.2～0.075 mm0.075～0.005mm ＜0.005mm
d30：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。
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3. 不均匀系数的确定
定义土的不均匀系数为： Cu d 60
d 10
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，颗粒大小越不均匀，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。
此当Cc <1或Cc >3时，均表示级配线不连续。
从工程上看：
Cu ≥5且Cc＝1～3的土，称为级配良好的土； 不能同时满足上述两个要求的土，称为级配不良的土。
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三、土按粒度成分的分类
粒度分类－土按粒度成分的分类
巨粒土和含巨粒的土：
巨粒组质量多于总质量15%
砾类土
砾粒组质量多于总质量50%
21
8
6
22
33
10
10.6
64.5
16.4
8.5
0.8
4.7
68
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26.5
5
1. 累积曲线
常用的粒度成分的表示方法是累积曲线法，它是一种图示的 方法，通常用半对数纸绘制，横坐标（按对数比例尺）表示 某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量，如 下图所示。
图1-1 土的累编辑积ppt曲线
编是岩石经物理风化破碎但成分没 有发生变化的矿物碎屑。常见的原生矿物 有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄 榄石、石榴石等。
特点：
颗粒粗大、亲水性弱、化学性质稳定、抗水、 抗风化能力强主要存在它们主要存在于卵、砾、 砂、粉各粒组中，。是组成粗粒土的主要矿物 成分。
粒径d范围（mm）
d>200
60<d≤200 20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5
0.075<d≤0.25
细粒
粉粒 粘粒
0.005<d≤0.075 d≤0.005
土的粒度成分（颗粒级配）是指土中各粒组的相对含量，通常用各粒组占土粒总质量
（干土质量）的百分数表示。
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三、有机质
有机质是土中动植物残骸在微生物作用下 分解形成的产物。
它可分为两类：
—类是分解不完全的植物及各种生物有机体的残骸； 泥炭、淤泥
另一类是分解完全的腐殖质。
特点：
有机质亲水性强，当土中有机质含量增多时，土的 可塑性和压缩性增大，强度降低，对工程建筑不利。 是有害成分！
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2. 确定相应于某一累积百分含量的粒径
有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数 为10％时，相应的粒径称为有效粒径（d10）。
平均粒径d50）：系指土中大于此粒径和小于此粒径的 土的含量均占50％
限制粒径（d60）或称限定粒径（d60）：当小于某粒径 的土粒质量累计百分数为60％时，该粒径称为控制粒径。
非结合水
毛细水是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下 水。
重力水又叫自由水，是不受颗粒吸附和毛细力作用控 制，在重力作用下能自由运动的地下水。它是普通的 液态水
固态水＝冰
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第一章
土的物质组成与结构
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1
第一节 土的粒度成分
一、粒度成分
1. 粒径（d）－土颗粒的直径（mm） 2. 粒组－土颗粒按大小相近、性质相似合成的
组叫粒组（粒级）。
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2
表1-1 土的粒组划分方案
粒组统称 巨粒
粗粒
粒组名称
漂石（块石）粒
卵石（碎石）粒
砾粒
粗砾 细砾
粗砂
砂粒
中砂
细砂
次粘 生土 矿矿 物物
高岭土 伊利石 蒙脱石
倍半氧化物 （Al2O3 - Fe2O3）
难溶盐 （CaCO3，MgCO3）
腐殖质
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15
第三节 土中的水
一、土中水的基本类型与特征
水是土的基本组成部分之一，它在土中以不同 形式和不同状态存在，不同的水对土的工程地 质性质影响是不同的。
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