第1章 土的组成

土的搬运和沉积
第四纪土，由于其搬运和堆积方式的不同，又可分 为残积土和运积土两大类； 残积土是指母岩表层经风化作用破碎成为岩屑或细 小颗粒后，未经搬运，残留在原地的堆积物。特征： 颗粒表面粗糙，粗细不均，无节理； 运积土指风化所形成的土颗粒，受自然力作用，搬 运到远近不同的地点所沉积的堆积物。其特征：颗 粒经滚动和摩擦，具有一定的浑圆度，即颗粒因摩 擦作用而变圆滑。在沉积过程中因受水流等自然力 的分选作用而形成颗粒粒细不同的层次，粗颗粒下 沉快，细颗粒下沉慢而形成不同粗细的土层。
固体颗粒
充于孔隙或附于颗粒表 面的液态水
充于颗粒之间的孔 隙空气
§1.2 土中固体颗粒
§1.2.1 土粒的粒度成分
1. 土粒粒度与粒组 土粒的个体特征主要包括：土粒的大小和形状。 土粒形状：粗大土粒呈块状或粒状，细小土粒主要呈片状。 土粒大小：也称为粒度，以粒径表示，。 粒 组：介于一定粒度范围内的土粒。 天然土由无数大小不同的土粒组成，逐个研究它们的大小是不 可能的，作法是将工程性质相近的土粒合并成一组，称为粒组。 界限粒径：划分粒组的分界尺寸。《土的工程分类标准》（GBJ 145-90）采用的界限粒径为：200、60、2、0.075、0.005mm， 分成六大粒组。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002） 和《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)采用的界限粒径则将 60mm改为20mm，其余不变。 土的粒度分析（颗粒级配）：用土中各粒组的相对含量来表示。
化学风化（ Chemical Process of weathering）
o 水解作用——指矿物成分被分解，并与水进行化 学成分的交换，形成新的矿物，如正长石经水解 作用后，形成高岭石。 o 水化作用——指水和某种矿物发生化学反应，形 成新的矿物，如土中的CaSO4（硬石膏）水化后 成为CaSO4· 2H2O（含水石膏）。 o 氧化作用——指某种矿物与氧结合形成新的矿物， 如黄铁矿氧化后变成FeSO4（铁钒）。 o 其他还有溶解作用、碳酸化作用等。
2mm 850μm 425μm 250μm 106μm 75μm 盘底 m6 m5 m4 m3 m2 m1
干土质量
m7
筛分试验示意图
沉降分析法（常用比重计法）： 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。
河流的流水作用搬运到河谷坡降平缓的地 带沉积起来的土，这类土经过长距离的搬运， 颗粒具有较好的分选性和磨圆度，常具有层 理。。
冲积土
河流沉积物特点
河床相冲积土
在河流上游多是粗大的石块、砾石和 粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨 圆度好，厚度很大。 古河床相土的压缩性低，强度高。 现代河床堆积物的密实度差，透水性强， 若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。 饱水砂土还可能由于振动而引起液化
粒径（mm) (对数坐标）
• 正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度 是渐变的。 • 级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布 范围广，土粒大小不均匀。 • 级配不良：粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布 范围窄，土粒均匀 • 不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现 水平段 。
图1-4 粒径累计曲线对比图
6 海积土(marine sediment)
由河流流水搬运到海洋环境下沉积下来的土。
滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承 载力较高。 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(aeolian deposits)：
d60
d30
d10
• 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。 • 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 • Cu小 均匀 无细粒土填空 压密度小 • 对于级配不连续的情况，有时Cu虽然大，但渗透稳定性一 样不好，故Cu虽大，但并不表明土粒级配良好，还要用Cc 来衡量， Cu和Cc描述了级配曲线整体特征，可描述土级 配的好坏。 Cc过大 Cc过小 台阶分布在 台阶分布在
《土的工程分类标准》（GBJ 145-90）的粒组划分
2. 粒度成分分析试验
土的粒度成分是通过土的颗粒分析试验测定的。
最常用的颗分试验方法有筛分法和沉降分析法两
种。
筛分法：适用于粒径大于0.075mm的土。
沉降分析法：适用于粒径小于0.075mm的土。
筛分法： 适用于粒径大于0.075mm的土
河口（海口）三角洲相冲积土 通常是淤泥质土或典型淤泥。面积 宽广而厚度极大。不宜作为建筑物的天 然地基。但表层硬壳层，有时可用作低 层建筑物的地基。
5 湖积土(marsh deposits)
在湖泊及沼泽等极为缓慢水流或静水条件 下沉积起来的土，这类土除了含大量细微颗粒 外，常拌有生物化学作用所形成的有机物，成 为具有特殊性质的淤泥或淤泥质土。
颗粒分析的先进方法－激光颗分
3. 粒度成分分布曲线
采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配； 绘制粒径级配曲线时，以小于某粒径的试 样质量占试样总质量的百分数为纵坐标； 以粒径（mm）为横坐标，由于粒径的值域 很宽，采用对数坐标表示。
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
河漫滩相冲积土
是在洪水期河水漫溢河床两侧，携 带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以 是粉土、粉质粘土或粘土，并夹有淤泥 或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积 土之上，形成上细下粗的“二元结构”。
Ⅰ堆积阶地
Ⅱ基座阶地
Ⅲ侵蚀阶地
新疆乌鲁木齐河阶地照片（1）
阶地II 阶地I
新疆乌鲁木齐河阶地照片（2）
岩石的风化
风化作用（ Weathering）
化学风化（ Chemical 物理风化（ Physical processes of weathering） Process of weathering） 是指岩体（或岩块、岩屑） 是指由于温度变化、水的 与空气、水和各种水溶液 冻胀、波浪冲击、地震等 引起的物理力使岩体崩解、 相作用过程，这种作用不 仅使岩石颗粒变细，更重 碎裂的过程。这种作用使 岩体逐渐变成细小的颗粒。 要的是使岩石化学成分发 生变化，形成大量细微颗 矿物成分与母岩相同，称 粒（粘粒）和可溶盐类。 为原生矿物。 形成新的矿物，称为次生 矿物 。
1.0 0.5
10 5.0
（3）限定粒径d60：
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
d60
d30
d10
小于某粒径之土质量百分数（％）
（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。 d 60 100 Cu 90 d10
第一章 土的组成
1 概述 2 土中固体颗粒 3 土中水和土中气 4 黏土颗粒与水的相互作用 5 土的结构和构造
颗粒堆积物强胶结
基 岩 地 壳 表 面 岩 石 圈
岩浆岩 沉积岩
§1.1 概述
压 实 、 胶 结
变质岩
风 化
残积土 坡积土 洪积土
运搬 土 沉积
冲积土 湖积土 海积土 运积土
wenku.baidu.com颗粒堆积物没有胶结或弱胶结
残积土
2 坡积土(slope soil、 slope debrits)
残积土受重力和暂时性流水（雨水、 雪水）的作用，搬运到山坡或坡脚处沉积 起来的土，坡积土粒度有一定的分选性和 局部层理。 坡积土的工程性质： 结构疏松，一般具较高的压缩性。坡 积形成的黄土湿陷性较大。
坡积土
3 洪积土(diluvial soils)
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)
(d 30 ) 2 Cc d 60 d10
砾类土,砂类土:
Cu≥5
Cc =1~3
级配良好
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
（5）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。
土的主要成因类型及其基本特征
1 残积土(residual soil)
岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组 成的土体，它处于岩石风化壳的上部。它的基本特征 是颗粒表面粗糙、多棱角、无分选、无层理。其粒度 成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情 况还和地形有关。
残积土的工程性质
孔隙度↑、强度↓、压缩性↑，均质性差，但具有一定的 结构强度。原位测试强度>>室内测试值。
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物经 风力搬运一段距离后，在有利的条件下堆积 最常见的是风成砂和风成黄土，我国西北黄
起来的一类土，其颗粒磨圆度好，分选性好。 土就是典型的风积土。
8 冰积土(glacial deposits)
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。
（1）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。
小于某粒径之土质量百分数（％）
（2）中值粒径d30：
小于某粒径的土粒质 量累计百分数为30%时 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。
粒径(mm)
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
阶地II 阶地 I
新疆库尔勒孔雀河阶地（1）
中部远处衬印铁门关；河中漫滩
新疆库尔勒孔雀河阶地（2）
牛轭湖相冲积土
是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗 粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很 高，承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。
牛轭湖
自由河曲的某一段上，两对的弯道沟通，河流“截 弯取直”，弃废的部分河道形成了牛轭湖。
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。
风积土 冰积土
Rock Cycles
Soils
The final products due to weathering are soils
土是岩石风化的产物
在自然界，土的形成过程是十分复杂的， 地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生 物等因素影响下发生风化作用，使岩石 崩解、破碎，经流水、风、冰川等动力 搬运作用，在各种自然环境下沉积，形 成土体，因此通常说土是岩石风化的产 物。 风化过程包括物理风化和化学风化，他 们经常是同时进行而且是互相加剧发展 的进程。
• 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。 • 筛的孔径有： 60,40,20,10,5,2,1.0,0.5,0.25,0.1,0. 075mm
筛分试验
筛孔孔径
残积土和坡积土受洪水冲刷、搬运，在山 沟出口处或山前平原沉积下来的士，随离山远 近有一定的分选性，颗粒有一定的磨圆。 工程性质 分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗， 地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性 低，是工民建的良好地基。离山较远的地带， 洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载 力低，作为建筑物地基时应慎重对待。
山前洪积扇剖面图
4
洪积土
洪积扇
间歇性的洪流把冲刷下来的物质带到沟口堆积，形成半圆锥状或者 扇形堆积体，称为冲出锥或洪积扇。冲出锥的规模不大，面积一般只有 几百平方米，顶部与沟口相连的地段，坡度较大，向外坡度变缓。洪积 扇一般坡度较缓，面积较大。
新疆天山脚下洪积扇
4 冲积土(alluvial soil)