!第1章_土的组成
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第1章土的组成
密度计法 d<0.075mm
三、 粒度成分的表示方法
表示方法：表格法、粒径级配曲线
小于某粒径的土重含量 （%）
100 80
60
40
20
0
100
10
1
0.1 0.01 0.001
粒径（mm) (对数坐标）
工程应用 （1）计算土中各粒组的百分含量，用于粗粒 土的分类和大致评估土的工程性质； （2）评价土的均匀性及土级配的好坏，用于 建筑材料的选择。
1.1 概述 第1章 土的组成
1.1.1、土的形成
岩石(体)
风化
物理、化 学、生物
破碎 或分解
剥蚀 搬运 沉积
重力、 风力、 水流、 冰川等
松散堆积物
土体
一、风化作用
风化作用指岩石在地表或接近地表的地方由于温度 变化、水及水溶液的作用、大气及生物等的作用下发生 的机械崩解及化学变化过程。风化作用一般分三类：物 理风化、化学风化和生物风化作用。
弱结合水(薄膜水)
强结合水(吸着水)
毛细水(过渡型水)
液态水
重力水(自由水)
气态水(水蒸气)
固态水(冰)
1. 结合水：大多数粘土颗粒表面带有净的负电荷阳
粒子:
强结合水 弱结合水
(1) 强结合水(吸着水) 性质特点：水分子完全失去自由活动能力，排列紧密、 整齐；厚度大致相当几个水分子层；密度大，可达 1.5~1.8g/cm3；力学性质类似固体，具有极大的粘滞 性、弹性、抗剪强度；不能传递静水压力、不能导电， 没有溶解能力；冰点为-78°C。 粘性土只含强结合水时呈固态，碾碎后呈粉状。 (2) 弱结合水(薄膜水) 性质特点：水分子不完全失去自由活动能力，定向排
第1章 土的组成
适用于粒径小于0.075mm的土 比重计法是利用不同大小的土 粒在水中的沉降速度不同来确定小 于某粒径的土粒含量。 将一定质量土浸入水中搅拌成 悬液，搅拌停止后，土粒便开始下 沉，悬液的浓度随之发生变化。利 用特制的比重计，在不同时刻测悬 液浓度的变化。即可换算出相应的 粒径及小于该粒径的土粒质量，绘 出级配曲线。
反映大小不同粒组分布的均匀程度， 越大， （4）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。 越不均匀。 d 60 100 Cu = 90 d10
Cu <5，匀粒土，级配不良 Cu >10，级配良好 80 70 60 50 40 30 20 10 0
粒径(mm) 粒径
(d 30 ) 2 Cc = d 60 • d10
由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积 物。其颗粒粗细变化大、土质不均匀。分 选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定 成层性、分选性。
土具有三个重要特点： （1）散体性（碎散性）：颗粒之间无粘结或弱粘结，存在大 量孔隙，可以透水、透气; （2）多相性：土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体 系，三相之间质和量的变化直接影响它的工程性质； （3）自然变异性：土是在自然界漫长的地质历史时期演化形 成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，各相异性且随时 间还在不断变化。
小于某粒径的土粒质 量累计百分数为30%时 相应的粒径。 相应的粒径。
小于某粒径的土粒质 量累计百分数为60%时 相应的粒径。 相应的粒径。
粒径(mm) 粒径
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
（3）限定粒径d60： 60：
d60
d30
d10
小于某粒径之土质量百分数（％） 小于某粒径之土质量百分数（％）
反映大小不同粒组分布的均匀程度， 越大， （4）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。 越不均匀。 d 60 100 Cu = 90 d10
Cu <5，匀粒土，级配不良 Cu >10，级配良好 80 70 60 50 40 30 20 10 0
粒径(mm) 粒径
(d 30 ) 2 Cc = d 60 • d10
由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积 物。其颗粒粗细变化大、土质不均匀。分 选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定 成层性、分选性。
土具有三个重要特点： （1）散体性（碎散性）：颗粒之间无粘结或弱粘结，存在大 量孔隙，可以透水、透气; （2）多相性：土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体 系，三相之间质和量的变化直接影响它的工程性质； （3）自然变异性：土是在自然界漫长的地质历史时期演化形 成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，各相异性且随时 间还在不断变化。
小于某粒径的土粒质 量累计百分数为30%时 相应的粒径。 相应的粒径。
小于某粒径的土粒质 量累计百分数为60%时 相应的粒径。 相应的粒径。
粒径(mm) 粒径
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
（3）限定粒径d60： 60：
d60
d30
d10
小于某粒径之土质量百分数（％） 小于某粒径之土质量百分数（％）
1土的组成.ppt
与大气相通 压缩性高； 与大气隔绝 降低透水性
§ 1.4 粘土颗粒与水的相互作用
1、粘土矿物的结晶结构和基本特性（自学）
2、粘土颗粒与水的相互作用 （1）粘土颗粒的带电性 电泳—带一定量负电荷的粘土颗粒，在直流电场的作用下向
阳极移动的现象。 电渗—极性水分子和水中的阳离子，在直流电场的作用下向
负极移动的现象。 电动现象—电泳、电渗同时发生的现象。 （2）双电层的概念（自学）
第一章.概述
土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之 各异，例如： 固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬 状态， 砂土呈松散状态；
固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态； 固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或
粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭 受破坏；粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降 需几十年才能稳定。
原生矿物
土粒的大小 及其组成
土粒的粒径由粗到细逐渐变
土
化时，土的性质相应地发生
变化
次生矿物
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。颗 粒极细，性质活泼，有较强的吸附水 能力，具塑性。
第一章.土中固体颗粒
粒组的划分
• 土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。 • 粒组间的分界粒径称为界限粒径。 • 以土中各个粒组的相对含量来表示土体中土粒的
硅片的结构
铝片的结构
粘土矿物的
晶格构造
比表面积 ：单位质量
有机质
动植物分解后的残骸，称为腐殖质 。其颗粒极细，粒径小于0.1m，呈 凝胶状，带有电荷，具极强的吸附 性。
第一章.土中固体颗粒
§ 1.4 粘土颗粒与水的相互作用
1、粘土矿物的结晶结构和基本特性（自学）
2、粘土颗粒与水的相互作用 （1）粘土颗粒的带电性 电泳—带一定量负电荷的粘土颗粒，在直流电场的作用下向
阳极移动的现象。 电渗—极性水分子和水中的阳离子，在直流电场的作用下向
负极移动的现象。 电动现象—电泳、电渗同时发生的现象。 （2）双电层的概念（自学）
第一章.概述
土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之 各异，例如： 固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬 状态， 砂土呈松散状态；
固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态； 固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或
粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭 受破坏；粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降 需几十年才能稳定。
原生矿物
土粒的大小 及其组成
土粒的粒径由粗到细逐渐变
土
化时，土的性质相应地发生
变化
次生矿物
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。颗 粒极细，性质活泼，有较强的吸附水 能力，具塑性。
第一章.土中固体颗粒
粒组的划分
• 土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。 • 粒组间的分界粒径称为界限粒径。 • 以土中各个粒组的相对含量来表示土体中土粒的
硅片的结构
铝片的结构
粘土矿物的
晶格构造
比表面积 ：单位质量
有机质
动植物分解后的残骸，称为腐殖质 。其颗粒极细，粒径小于0.1m，呈 凝胶状，带有电荷，具极强的吸附 性。
第一章.土中固体颗粒
第1章土组成
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d30
d10
Cu≥5
粒径(mm) 级配良好
Cc=1~3
第1章土组成
1.2.2 土粒的矿物成分
原生矿物
石英、长石、云母等
矿
物
粘土矿物：蒙脱石、
质
伊利石、高岭石等
固
次生矿物
可溶盐：NaCl、
体
CaCO3等
颗
粒
无定型氧化物胶体
有机质
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d10
第1章土组成
粒径(mm)
不均匀系数Cu：
Cu
d 60 d 10
Cu <5，匀粒土，级配不良 Cu >10，级配良好
曲率系数Cc：
Cc
d30 2 d10d 60
砾类土 砂类土
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土粒的大小称为粒度,通常以粒径
粒度(granularity)： （mm）表示。
介于一定粒度范围内工程性质相似的 土粒，称为粒组。
粒组(fraction, grain group)：
粒组的划分
见P12表1-1.
第1章土组成
粒组的 划分原则
总原则：工程性质由量变到质变的某一范围粒径的土粒 分为一组。 具体： ① 在一定粒度范围内，工程地质性质相近；
土力学 第一章
土 风：风积土
颗粒均匀，层厚而不具层理
地质成因与土类
风积土（黄土高原风成学说）
雅丹地貌（风蚀作用形成）
残积土
坡积土 洪积土 基岩
冲积土
土具有特殊的物理力学性质，三个特点 （1） 散体性 （2）多相性：固体颗粒、水和气体。
（1）自然变异性
第二节 土中固体颗粒
（一）粒组的划分和颗粒级配曲线
Cu>10级配良好。
级配不连续的土，还需要考虑曲率系数: 曲率系数：
d30（中值粒径）—小于该粒径的含量占总量的30%
该指标考虑了中间粒径的
影响； Cc 过大或过小，均表明缺 少中间粒径，级配变差； 1<Cc<3曲率变化平缓；
（4）土级配优劣的标准
a、级配良好土：曲线光滑连续，不存在平台段，坡度平缓 满足Cu>5及Cc=1-3两个条件
土的气相
粗颗粒：对土性质影响不大， 细颗粒：影响较大， 成分：二氧化碳和氮气较多，氧气较少。
第四节 黏土颗粒与水的相互作用
分类：根据黏土矿物的晶体结构，黏土矿 物主要分为蒙脱石、伊利石和高岭石。 比表面：单位体积的颗粒的总表面积。 特点:扁平颗粒，与水作用能力强。 黏土矿物比表面积越大，亲水性、膨胀性 和收缩性越强，
而与土粒分离。可以把结晶水当作矿物颗粒的一部分。
（2）结合水
结合水是由土颗粒表面电分子吸附在土粒表面的 一层水，分为强结合水和弱结合水两种。
强结合水
强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和 水化离子排列的非常紧密，其密度大于1，并有过冷现
象（-78°C）。这种水牢固的结合在土粒表面，其性 质接近于固体，所以具有极大的粘滞性、弹性及抗剪 强度。
表1 土的矿物成分与粒组的关系
土力学--第1章 土的组成
土粒的级配－颗分曲线分析
• 土的粒径范围窄，分布曲线陡 ，d10和d60靠近， 土的不均匀系数小，表示土粒均匀 • Cu小 均匀 无细粒土填空 压密 度小 • 土的粒径范围宽，分布曲线缓， d10和d60相距 远，土的不均匀系数大，表示土粒不匀 • Cu大 不均匀 有细粒土填空 压密 度大
土粒的级配－颗分曲线分析
Cu 5
同时满足，级配良好
Cc 1 ~ 3
1.3 土中水和土中气 一、土中水
引力最大，离土粒最近，它是不 可移动的强结晶水，它的含量决定 了土的塑性
强结合水（吸着水）
结合水
指紧靠土粒表面的结合水膜
土 中 水
自由水
弱结合水（薄膜水） 毛细水
存在于地下水位以上，受到水与 空气交界面处表面引力作用的自由 水。 也称地下水，是存在地下水位以 下的透水层中的地下水，可以自由 运动，直接影响土的固结。
土是自然界的产物
土有哪些特点？
碎散性
三相体系
自然变异性
力学特性复杂
• 变形特性
• 强度特性 • 渗透特性
§1.1 土的形成
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化 • 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物
中砂
细砂 粉砂
粉土：粒径大于0.075mm的颗粒 含量小于总质量50% 而塑性指数Ip10的土
粘性土：塑性指数Ip>10的土
粉质粘土：10<Ip17的土 粘 土 ： Ip>17的土
《土的工程分类标准》
土粒粒组的划分
粒组统 称 粒组名称 漂石（块石）粒 巨 粒 卵石（碎石）粒 砾 粒 粗粒 砂 粒 60<d≤200 粒径d范围（mm） d>200 分析 方法 主 要 特 征
第1章土的组成
1.2 土中固体颗粒
1.2.1 土粒的粒度成分(粒径级配)
一、土粒粒度与粒组 天然土是由大小不同的颗粒组成的，
土粒的大小称为粒度,通常以粒径
粒度(granularity)： （mm）表示。
介于一定粒度范围内工程性质相似 的土粒，称为粒组。
粒组(fraction, grain group)：
粒组的划分
3、土的构造 *定义：指同一土层中成分和大
小都相近的颗粒或颗粒集合体相
互关系的特征。
构造分类 分 层状 散构构造造交 水砂 错 平,错 原砾层理 石 , 卵石
裂隙构造 结核状构造
粘性土
如: 黄土
*主要特征：成层性、裂隙性
类型：层理构造、 裂隙构造
裂隙构造
对于第四纪的沉积层最主要的构造特征是成层
+
土的构造
影响
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
力学特性
2、土的结构
*指土颗粒的大小、形状、表
面特征，相互排列及其联结 关系的综合特征。
分类： (1)单粒结构 砂层，砾石层
(2)蜂窝结构 粉粒(粒径0.075~0.005mm）
(3)絮状结构 粘粒（粒径<0.005mm）
判断题
1. 只要不均匀系数cu≥5，则可判断该土为级 配良好土。
2.填方工程中，通常选取级配良好的土作为填 方材料，以利于压实或夯实。
3. 土孔隙中的水可分为结合水和重力水。
4. 结合水是液态水的一种，故能传递静水压 力。
5. 粘性土具有一定的可塑性是因为土中含有 较多的强结合水。
1.4 粘土颗粒与水的相互作用
（2） 毛细水
毛 细 管
!第1章 土的组成
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§1 土的组成
2. 矿物成分
原生矿物： 石英、长石、云母等
固 体
矿物质
黏土矿物： 高岭石、伊里石、蒙脱石
次生矿物 可溶盐：NaCl ，CaCO3等
颗
无定形氧化物胶体
粒 有机质
✓土中矿物成分与粒组的关系 P16 图1-6
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§1 土的组成
颗粒形状
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
毛细水上升的速度：粗粒土毛细水上升速度较快， 细粒土上升速度慢，饱和土无毛细水
毛细升高与孔径成反比？
黏X土
粉土 砂土 砾石
在不同粒径的土中毛细水上升速度与上升高度关系曲线
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毛细毛细水上升对工程的影响：
（1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一； （2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿； （3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化； （4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构 筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。
黏性土
用
生物风化
有机质
动植物活动
母岩表面和碎散的颗粒受环境因
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素的作用而改变其矿物的化学成
分，形成新的矿物
5
§1 土的组成
搬运与沉积
残积土
无搬运
运积土
有搬运
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残积母岩土表层经风颗化粒作表用面破粗碎糙成岩屑或 强风细小化颗粒后，多未棱经角搬运残留在原地 弱风的堆化积物 粗细不均 微风化 无层理
§1.2 土中固体颗 粒
土的粒径级配累积曲线
100
P
1.土力学基础-土的组成
d、表2-1给出国内常用的粒组划分方法。
表1 粒组的划分
1.1.2土中水(water in soil)
土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的 水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对 土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液 态水对其性质影响最大。 液态水主要有结合水和自由水二种形式 1.结合水:解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水： 强结合水(strong bound water) (吸着水：absorbed water): 紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度＜ 0.003μ m (1μ m=10-3mm)大约几个水分子层厚， 特性：显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不 传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，1000C不蒸发，不能 溶解盐类； 粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含 量极少,仅含强结合水的砂土呈散粒状态；
2.天然含水量w (natural moisture content式： 常见值：砂土：0～40%；粘性土：(20～60)% 土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。 测定方法： 烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样15～20g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控 制105℃-110℃，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。 （湿土＋盒重）－（干土＋盒重）＝水重（mw） （干土＋盒重）－ 盒重 ＝干土重（ms） .酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此 法） 试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针 将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求 解mw , ms 及w .铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样3～5kg，称重 后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及 w，原理直观。
表1 粒组的划分
1.1.2土中水(water in soil)
土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的 水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对 土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液 态水对其性质影响最大。 液态水主要有结合水和自由水二种形式 1.结合水:解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水： 强结合水(strong bound water) (吸着水：absorbed water): 紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度＜ 0.003μ m (1μ m=10-3mm)大约几个水分子层厚， 特性：显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不 传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，1000C不蒸发，不能 溶解盐类； 粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含 量极少,仅含强结合水的砂土呈散粒状态；
2.天然含水量w (natural moisture content式： 常见值：砂土：0～40%；粘性土：(20～60)% 土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。 测定方法： 烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样15～20g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控 制105℃-110℃，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。 （湿土＋盒重）－（干土＋盒重）＝水重（mw） （干土＋盒重）－ 盒重 ＝干土重（ms） .酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此 法） 试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针 将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求 解mw , ms 及w .铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样3～5kg，称重 后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及 w，原理直观。
1.土的组成
第1章 土 的 组 成
目
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5
录
概述---土的形成 土中固体颗粒 土中水和土中气 黏土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
§1.1
概述——土的形成
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
土的形成影响
从而决定土的渗透特性、变形特性及强度特性
便于研究和应用土的工程分类
§1.3.2 土中气
自由气体：
与大气连通，对土的性质影响不大
封闭气体：
增加土的弹性；阻塞渗流通道
§1.5 土的结构和构造
重塑土的强度 < 原状土的强度
土粒的原位集合体特 征，包括土粒单元的 大小、相互排列及联 接关系等
土的结构 + 土的构造
影响
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
力学特性
土的结构
（1）单粒结构
单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。 特征：土粒间没有联结存在或联结非常微弱，可以忽略 不计。土粒之间以点与点的接触为主。
（2）蜂窝结构
蜂窝结构是以粉粒为主的结构特征。
特征：土粒之间的相互引力大于其重力，因此土粒就停 留在最初的接触点上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂 窝状结构。土粒之间以面与面的接触为主。
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径:
不均匀程度： — Cu = d60 / d10 不均匀系数 连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数粒径(mm)源自Cu ≥5,级配不均匀0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
目
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5
录
概述---土的形成 土中固体颗粒 土中水和土中气 黏土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
§1.1
概述——土的形成
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
土的形成影响
从而决定土的渗透特性、变形特性及强度特性
便于研究和应用土的工程分类
§1.3.2 土中气
自由气体：
与大气连通，对土的性质影响不大
封闭气体：
增加土的弹性；阻塞渗流通道
§1.5 土的结构和构造
重塑土的强度 < 原状土的强度
土粒的原位集合体特 征，包括土粒单元的 大小、相互排列及联 接关系等
土的结构 + 土的构造
影响
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
力学特性
土的结构
（1）单粒结构
单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。 特征：土粒间没有联结存在或联结非常微弱，可以忽略 不计。土粒之间以点与点的接触为主。
（2）蜂窝结构
蜂窝结构是以粉粒为主的结构特征。
特征：土粒之间的相互引力大于其重力，因此土粒就停 留在最初的接触点上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂 窝状结构。土粒之间以面与面的接触为主。
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径:
不均匀程度： — Cu = d60 / d10 不均匀系数 连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数粒径(mm)源自Cu ≥5,级配不均匀0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
!第1章 土的组成-79页精选文档
沉降分析法
沉降分析法是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。
将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停 止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发 生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测 悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及 小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。
23.11.2019
40
§1 土的组成
23.11.2019
41
§1 土的组成
23.11.2019
42
§1 土的组成
200g 10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.075 38
72
沉降分析法
23.11.2019
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
颗粒大小
各粒径成分在土中占 的比例
影响土性 的主因
狭义的粒度成分
23.11.2019
35
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗 粒
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
60 巨粒
0.075
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 黏粒 胶粒
d
粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细
mm
20 5 0.5 0.25 0.1
0.01
60
2
0.075 0.005 0.002
23.11.2019
36
§1 土的组成
粒度成分（颗粒级配）
§1.2 土中固体颗 粒
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示 •确定方法 筛分法：适用于粗粒组、巨粒组 (>0.075 mm)
沉降分析法：适用于细粒组 (<0.075 mm)
1第一章土的组成
1.2 土的生成
6．海积土
防灾科技学院
按海水深度及海底地形，海洋可分为滨海带、浅海区、陆坡 区和深海区，相应的四种海相沉积物性质也各不相同。 滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平 或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。 浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。 陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
防灾科技学院
土粒大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的 相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。 颗分试验： （1）筛分法：粒径>0.075mm。 （2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。 颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
★工程实践中用三价及二价离子（Mg2+、Ca2+ 、 Fe3+
AI3+ ）处理粘土，使扩散层中高价阳离子度增加，扩散层变
薄，从而增加了土的强度与稳定性，减少了膨胀性
1.3 土的组成
2.土粒粒度与粒组
防灾科技学院
在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒组成的，
土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。土
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
d60
d30
d10
1.3 土的组成
1.2 土的生成
7.风积土
防灾科技学院
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。西北黄土就是典型的风 积土。 8．冰积土
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第一章 土的组成
§1 土的组成
§1.1 概述
§1.2 土中固体颗粒
§1.3 土中水和土中气
§1.4 黏土颗粒与水的相互作用
§1.5 土的结构和构造
2020/9/11
2
§1 土的组成
§1.1 概述
形成过程 形成条件
影响
物理力学性质
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石
地球
2020/9/11
影响土性 的主因
狭义的粒度成分
2020/9/11
35
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗 粒
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
60 巨粒
0.075
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 黏粒 胶粒
d
粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细
mm
20 5 0.5 0.25 0.1
0.01
2020/9/11
37
§1 土的组成
筛分法
利用一套孔径由大到小的 筛子，将事先称过质量的 干试样放入筛中，经过充 分震摇后，把留在各级筛 上的土粒分别称量，算出 小于某粒径的土粒含量， 用以确定土中各粒组的土 粒含量
2020/9/11
38
§1 土的组成
2020/9/11
39
§1 土的组成
沉降分析法
60
2
0.075 0.005 0.002
2020/9/11
36
§1 土的组成
粒度成分（颗粒级配）
§1.2 土中固体颗 粒
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示 •确定方法 筛分法：适用于粗粒组、巨粒组 (>0.075 mm)
沉降分析法：适用于细粒组 (<0.075 mm)
•表述方法 粒径级配累积曲线
2020/9/11
18
连岛沙堤（辽宁锦县大笔架山）
2020/9/11
19
海蚀蘑菇（广西北海）
2020/9/11
20
砾滩（海南岛峨蔓）
2020/9/11
21
珠穆朗玛峰（冰川作用形成的角峰） 2020/9/11
22
U型谷
2020/9/11
23
冰蘑菇
西藏北部大 陆性冰川表 面消融区
2020/9/11
§1 土的组成
2020/9/11
41
§1 土的组成
2020/9/11
42
§1 土的组成
200g 10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.075 38
72
沉降分析法
2020/9/11
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的石蛋地貌
李英章摄
2020/9/11
12
风化 形成 的倒 石堆
（吉林 长白山 天池）
2020/9/11
13
2020/9/11
14
戈壁（新疆吐鲁番火焰山）
2020/9/11
15
风蚀穴
（宁夏 贺兰山）
2020/9/11
16
风蚀蘑菇
（河北承德）
2020/9/11
17
大连金石滩
土的粒径级配累积曲线
黏性土
用
生物风化
有机质
动植物活动
母岩表面和碎散的颗粒受环境因
2020/9/11
素的作用而改变其矿物的化学成
分，形成新的矿物
5
§1 土的组成
搬运与沉积
残积土
无搬运
运积土
有搬运
2020/9/11
残积母岩土表层经风颗化粒作表用面破粗碎糙成岩屑或 强风细小化颗粒后，多未棱经角搬运残留在原地 弱风的堆化积物 粗细不均 微风化 无层理
24
冰川漂砾（四川甘孜海子山）
2020/9/11
25
2020/9/11
26
2020/9/11
27
2020/9/11
28
沙滩（河北北戴河）
2020/9/11
29
黄河河漫滩 及江心洲
2020/9/11
30
泥石流造成的砾石堆积（西藏）
2020/9/11
31
崩塌形成 的倒石堆
2020/9/11
§1.2 土中固体颗 粒
土的粒径级配累积曲线
100
P
90
%
80 70
95
60
87
50 40
78
30
66
20 10
55
0
36
粒径(mm)
粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10
43
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗 粒
特征粒径:
d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30 ：中值粒径
风 化
搬运、沉积
土 地球
3
§1 土的组成
风化作用
岩石
岩石破碎 化学成分改变
搬运沉积
大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体-土
2020/9/11
4
§1 土的组成
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
风 物理风化 量变 原生矿物
无黏性土
化 作
化学风化 质变 次生矿物
32
§1 土的组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用 重要影响
次要作用
2020/9/11
33
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗粒
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
2020/9/11
34
§1 土的组成
1. 土粒的粒度成分
§1.2 土中固体颗 粒
颗粒大小
各粒径成分在土中占 的比例
粗细程度： 用d50 表示
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
—
曲率系数
2020/9/11
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
沉降分析法是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。
将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停 止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发 生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测 悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及 小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。
2020/9/11
40
冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大，性质不均匀 风： 风积土 颗粒均匀，层厚而不具层理
2020/9/11
7
细砂岩的球形风化（湖北崇阳）
叶俊林摄
2020/9/11
8
因寒冷风化破裂的岩石
2020/9/11
9
森林火灾造成的岩石破裂
2020/9/11
10
植物根劈作用（北京房山）
叶俊林摄
2020/9/11
土 质 较 好
母岩体
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
6
§1 土的组成
运积土
有搬运
重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀 洪积土 有分选性，近粗远细
流水: 冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥，土性差 海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差
§1 土的组成
§1.1 概述
§1.2 土中固体颗粒
§1.3 土中水和土中气
§1.4 黏土颗粒与水的相互作用
§1.5 土的结构和构造
2020/9/11
2
§1 土的组成
§1.1 概述
形成过程 形成条件
影响
物理力学性质
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石
地球
2020/9/11
影响土性 的主因
狭义的粒度成分
2020/9/11
35
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗 粒
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
60 巨粒
0.075
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 黏粒 胶粒
d
粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细
mm
20 5 0.5 0.25 0.1
0.01
2020/9/11
37
§1 土的组成
筛分法
利用一套孔径由大到小的 筛子，将事先称过质量的 干试样放入筛中，经过充 分震摇后，把留在各级筛 上的土粒分别称量，算出 小于某粒径的土粒含量， 用以确定土中各粒组的土 粒含量
2020/9/11
38
§1 土的组成
2020/9/11
39
§1 土的组成
沉降分析法
60
2
0.075 0.005 0.002
2020/9/11
36
§1 土的组成
粒度成分（颗粒级配）
§1.2 土中固体颗 粒
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示 •确定方法 筛分法：适用于粗粒组、巨粒组 (>0.075 mm)
沉降分析法：适用于细粒组 (<0.075 mm)
•表述方法 粒径级配累积曲线
2020/9/11
18
连岛沙堤（辽宁锦县大笔架山）
2020/9/11
19
海蚀蘑菇（广西北海）
2020/9/11
20
砾滩（海南岛峨蔓）
2020/9/11
21
珠穆朗玛峰（冰川作用形成的角峰） 2020/9/11
22
U型谷
2020/9/11
23
冰蘑菇
西藏北部大 陆性冰川表 面消融区
2020/9/11
§1 土的组成
2020/9/11
41
§1 土的组成
2020/9/11
42
§1 土的组成
200g 10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.075 38
72
沉降分析法
2020/9/11
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的石蛋地貌
李英章摄
2020/9/11
12
风化 形成 的倒 石堆
（吉林 长白山 天池）
2020/9/11
13
2020/9/11
14
戈壁（新疆吐鲁番火焰山）
2020/9/11
15
风蚀穴
（宁夏 贺兰山）
2020/9/11
16
风蚀蘑菇
（河北承德）
2020/9/11
17
大连金石滩
土的粒径级配累积曲线
黏性土
用
生物风化
有机质
动植物活动
母岩表面和碎散的颗粒受环境因
2020/9/11
素的作用而改变其矿物的化学成
分，形成新的矿物
5
§1 土的组成
搬运与沉积
残积土
无搬运
运积土
有搬运
2020/9/11
残积母岩土表层经风颗化粒作表用面破粗碎糙成岩屑或 强风细小化颗粒后，多未棱经角搬运残留在原地 弱风的堆化积物 粗细不均 微风化 无层理
24
冰川漂砾（四川甘孜海子山）
2020/9/11
25
2020/9/11
26
2020/9/11
27
2020/9/11
28
沙滩（河北北戴河）
2020/9/11
29
黄河河漫滩 及江心洲
2020/9/11
30
泥石流造成的砾石堆积（西藏）
2020/9/11
31
崩塌形成 的倒石堆
2020/9/11
§1.2 土中固体颗 粒
土的粒径级配累积曲线
100
P
90
%
80 70
95
60
87
50 40
78
30
66
20 10
55
0
36
粒径(mm)
粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10
43
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗 粒
特征粒径:
d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30 ：中值粒径
风 化
搬运、沉积
土 地球
3
§1 土的组成
风化作用
岩石
岩石破碎 化学成分改变
搬运沉积
大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体-土
2020/9/11
4
§1 土的组成
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
风 物理风化 量变 原生矿物
无黏性土
化 作
化学风化 质变 次生矿物
32
§1 土的组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用 重要影响
次要作用
2020/9/11
33
§1 土的组成
§1.2 土中固体颗粒
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
2020/9/11
34
§1 土的组成
1. 土粒的粒度成分
§1.2 土中固体颗 粒
颗粒大小
各粒径成分在土中占 的比例
粗细程度： 用d50 表示
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
—
曲率系数
2020/9/11
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
沉降分析法是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。
将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停 止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发 生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测 悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及 小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。
2020/9/11
40
冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大，性质不均匀 风： 风积土 颗粒均匀，层厚而不具层理
2020/9/11
7
细砂岩的球形风化（湖北崇阳）
叶俊林摄
2020/9/11
8
因寒冷风化破裂的岩石
2020/9/11
9
森林火灾造成的岩石破裂
2020/9/11
10
植物根劈作用（北京房山）
叶俊林摄
2020/9/11
土 质 较 好
母岩体
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
6
§1 土的组成
运积土
有搬运
重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀 洪积土 有分选性，近粗远细
流水: 冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥，土性差 海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差