土的物理力学性质的形成

土的物理力学性质的形成

土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。由于土的形成年代和自然条件的不同，是各种土的工程物理力学性质有很大差异。

一、土的物理性质的形成

土的物理性质包括土粒密度、土的密度、含水性及孔隙性等，以及由此延伸出的细粒土的稠度和可塑性，一般土的胀缩性、崩解性、毛细性级透水性。

就像一开始提到的，土的物理性质直接受到其矿物成分的影响，包括原生矿物及次生矿物，原生矿物成分中含有石英、长石、角闪石、云母等，因此其物理力学性质较为稳定，但颗粒粗大，为卵石、砂砾、粉粒的主要组成成分，性质坚硬。而次生矿物又分为可溶矿物和不可溶矿物，可溶矿物含有卤化物、硫酸盐、碳酸盐等，经结晶沉淀，填充于土粒空隙中，构成不稳定胶结物；不可溶矿物常见的有游离氧化物和粘土矿物，这些成分组成的土颗粒，大都细小，并且有一定的亲水性，胶结能力十分强。

矿物成分影响土颗粒成分及大小，进而影响土的透水性、胶结性并对土的结构和构造起相当的影响作用。比如土的膨胀性，对于土吸水膨胀、失水收缩的性质，最普遍的看法是粘粒与土中水作用后，由于双电层的形成使扩散层或若结合水的厚度发生变化；或由于某些亲水性较强的粘土矿物层间结合水的吸入或析出有关。而土的毛细性，则同时受内外因的作用而形成，主要受以土的粒度成分、矿物成分、水溶液的化学成分、土的结构为主的内因和以气温、蒸发等因素为主的外因有关。

至于土粒密度、土的密度、含水性及孔隙性等物理性质，主要受矿物成分矿物密度级配土颗粒排列的疏密程度决定。

二、土的力学性质的形成

土的力学性质主要包括：土的压缩性、抗剪性和击实性。

土是三相介质，多孔、松散，土粒间仅有微弱的连结或无连结，因此，土在外力作用下易变形，强度低，但土的力学性质说明了土有一定的抵抗外力变形的能力。

土的压缩性，是在外力作用下，土的体积缩小的性质。因为是三相介质，所以土的压缩，有三种可能：○1土粒本身的压缩变形；○2孔隙中水和气体的压缩变形；○3孔隙中部分水和气体的排出，土颗粒相互靠拢使空隙减小。因此影响土的压缩性的因素中，密实度最为主要。还有土的矿物成分是否坚硬、土体的结构是否松散、土本身受到的外力的大小，土颗粒的连结和摩擦是否紧密等。土的压缩变形，体现了结构、孔隙比和含水率的变化。而且，由于物质组成的关系，不同粒径的土的压缩性也不尽相同。粗粒土颗粒大，矿物亲水性弱，单粒结构，无连

结或仅有微弱的毛细连结，孔隙大但是总孔隙率不大透水性强，因此变形量小，压缩过程快速。细粒土颗粒细小，含亲水性矿物较多，团聚结构，孔隙小而总孔隙率大，有结合水连结或胶结连结，透水性弱，因此变形量大而速度慢。

此外，加荷速率及土是否受扰动也有很大影响。

土的抗剪性，主要有两个指标，内聚力和内摩擦角决定。内聚力是阻止土粒移动的主要阻力是土连结力的反映；土粒移动后，内摩擦黎起阻力作用。由于物质组成和结构的不同，不同土的抗剪性也不同。

细粒土的抗剪强度由这两部分组成，但以内聚力为主。内聚力包含了结合水连结、胶结连结和毛细连结，大部分细粒土的连结以结合水连结为主，随含水率的增加而减弱，而细粒土的内摩擦阻力因为有结合水的关系，并不大。粗粒土则没有连结或连结微弱，抗剪强度主要由内摩擦力组成。取决于土的密实度、粒度成分、粗糙度以及法向力的大小。

另外，土的天然结构被扰动，其抗剪强度将大大降低，至于到底降多少，取决于其灵敏度大大小。

而构造特征中，不连续面的粗糙程度、延续性也对土的抗剪强度有影响。