土力学第一章 土的组成

透水性很大，压缩性极 小，颗粒间无粘结，无 毛细性。
直接测定
粗
圆（角） 砾
中
细
粗粒 粗
砂粒
中
细
60～20
透水性大，压缩性小，
20～5
无粘性，毛细性上升高
5～2
度不超过粒径
筛
分
2～0.5
易透水,压缩性增加,无
法
0.5～0.25
粘性,遇水不膨胀,干时
松散,毛细性上升高度
0.25～0.075 不大
细粒
粗 粉粒
工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为 若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通 常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒 总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配
试验方法 筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 比重计法:适用于d＜0.075mm
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筛分法
用一套孔径不同的筛子，按 从上至下筛孔逐渐减小放置。 将事先称过质量的烘干土样 过筛，称出留在各筛上的土 质量，然后计算其占总土粒 质量的百分数
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§2 土中固体颗粒
1 土粒的粒度成分
土粒
无机矿物颗粒次原生生矿矿物物（（原造生岩矿矿物物风，化如后石的英产、长物石，主、要云母有粘等土）矿物）
蒙脱石
粘土矿物伊利石
氧化物胶体(Al2O3、Fe2O3）和盐类 （CaCO3、CaSO4、NaCl等）
高岭石
有机矿物颗粒（由微生物参与的风化。淤泥、淤泥质土，腐质土）
土力学
华南农业大学水利与土木学院 黄金林
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1 概述
• 土是由颗粒(固相) 、水(液相) 和气(气相) 组成的三相体系。
• 固相指土的颗粒，简称土粒。它构成土 的骨架，称为土骨架。
• 土粒大小是影响土的性质最主要的因素。 土粒大小含量的相对数量关系是土的分 类依据。
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土是由固相、液相、气相组成的 三相分散系。 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， 有时还有沼气等。
大小及组成称为土的颗粒级配或粒度成分
粒组的划分的原则
1. 每个粒组的成分与性质相同或相似； 2. 不同大小的土粒可采用不同的方法进行分析； 3. 粒组界限值力求服从简单的数学规律。
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土粒粒组的划分
表1-1
粒组 统称
粒组名称
粒径范围（mm）
主要特征
Hale Waihona Puke Baidu
分析方法
巨 漂石（块石）粒 粒 卵石（碎石）粒
>200 200～60
易膨胀的特点
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• 二、土中的水
土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。 土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗 粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水
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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。
水溶盐
可溶性次生矿物。常见的有岩盐 、钾盐、石膏、方解石，硫酸盐 类还对金属和混凝土有一定的腐
蚀作用
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
细
粘粒
0.075～0.01 0.01～0.005
＜0.005
透水性小，压缩性中等，
毛细上升高度较大，微
粘性,易冻胀
沉降分析
透水性极弱，压缩性变 法
化大，具粘性和可塑性,
遇水膨胀大
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总结
粒度 土粒的大小以粒径表示 粒组 界于一定粒度范围内的土粒
粘粒 粉粒 砂粒 园粒角粒 卵石碎石 漂石块石
0.00 0.07
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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。
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。
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§1.1
• 一、土的固相
土的组成
土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土 的物理力学性质有明显影响
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
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5
5
60
200
d
mm
界限粒径 划分粒组的分界尺寸 9
规律
0.075
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 粘粒 胶粒
d
粗 中 细 粗 中 细 极细
mm
60 20 5 2 0.5 0.25 0.05 0.005 0.002
1 土的透水性与土的粒径成反比。 2 土的粘性与土的粒径成正比。
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3.土的颗粒级配
Cu
d 60 d10
Cc
d 320 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
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＞10 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
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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
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颗粒粒径级配曲线
纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐 标表示土粒的粒径(对数坐标）
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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
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
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100
小于某粒径的土粒质量/%
80
60
40
20
0 10
1
0.1
0.01
1E-3
粒径/mm
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在工程中 Cu＞10 Cc=1～3
Cu< 5
砾类土或砂类土 Cu≥5 Cc=1～3
同时满足为级配良好 匀粒土 为级配不良
同时满足为良好级配砂（砾）
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2.土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与
母岩相同
例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具
有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点
次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其
成分与母岩不相同
例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等
特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水