土力學第一章土的組成

土是由固相、液相、氣相組成的三相分散系。固相——包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的，形成多孔介質；液相——主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)；氣相——主要是空氣、水蒸氣，有時還有沼氣等。1目前一頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質也隨之各異，例如：固體+氣體（液體=0）為干土，此時粘土呈堅硬狀態(tài)，砂土呈松散狀態(tài)；固體+液體+氣體為濕土，此時粘土多為可塑狀態(tài)；固體+液體（氣體=0）為飽和土，此時粉細砂或粉土遇強烈地震，可能產生液化，而使工程遭受破壞；粘土地基受建筑物荷載作用發(fā)生沉降需幾十年才能穩(wěn)定。2目前二頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點§2土中固體顆粒土粒1土粒的粒度成分氧化物膠體(Al2O3、Fe2O3）和鹽類（CaCO3、CaSO4、NaCl等）3目前三頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點原生礦物由巖石經物理風化生成的，顆粒成分與母巖的相同，常見的有石英、長石和云母顆粒較粗，多呈渾圓形狀，吸附水的能力弱，無塑性。次生礦物由原生礦物經化學風化生成的新礦物它的成分成分與母巖的完全不同，有高嶺石、伊利石和蒙脫石粘土礦物顆粒極細，且多呈片狀，性質活潑，吸附水能力強，具塑性

水溶鹽可溶性次生礦物。常見的有巖鹽、鉀鹽、石膏、方解石，硫酸鹽類還對金屬和混凝土有一定的腐蝕作用有機質動植物分解后的殘骸，稱為腐殖質。其顆粒極細，粒徑小于0.1m，呈凝膠狀，帶有電荷，具極強的吸附性。4目前四頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點§1.1土的組成一、土的固相

土粒的大小、相關礦物成分以及大小搭配情況對土的物理力學性質有明顯影響粒組的劃分土粒的大小通常以粒徑表示，以mm為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組間的分界粒徑稱為界限粒徑。以土中各個粒組的相對含量來表示土體中土粒的大小及組成稱為土的顆粒級配或粒度成分粒組的劃分的原則每個粒組的成分與性質相同或相似；不同大小的土粒可采用不同的方法進行分析；粒組界限值力求服從簡單的數(shù)學規(guī)律。5目前五頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑范圍（mm）主要特征分析方法巨粒漂石（塊石）粒>200透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結，無毛細性。直接測定卵石（碎石）粒200～60粗粒圓（角）礫粗60～20透水性大，壓縮性小，無粘性，毛細性上升高度不超過粒徑篩

分

法中20～5細5～2砂粒粗2～0.5易透水,壓縮性增加,無粘性,遇水不膨脹,干時松散,毛細性上升高度不大中0.5～0.25細0.25～0.075細粒粉粒粗0.075～0.01透水性小，壓縮性中等，毛細上升高度較大，微粘性,易凍脹沉降分析法細0.01～0.005粘粒＜0.005透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性,遇水膨脹大

土粒粒組的劃分表1-1

6目前六頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點總結粒組界于一定粒度范圍內的土粒粒度土粒的大小以粒徑表示界限粒徑劃分粒組的分界尺寸粘粒粉粒砂粒園粒角粒卵石碎石漂石塊石0.0050.075260200dmm7目前七頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點規(guī)律dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗中細粗中細極細0.075粗粒土細粒土1土的透水性與土的粒徑成反比。2土的粘性與土的粒徑成正比。8目前八頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點3.土的顆粒級配工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為若干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土?？偭康陌俜謹?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配試驗方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.075mm9目前九頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質量，然后計算其占總土粒質量的百分數(shù)10目前十頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點比重計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量11目前十一頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點顆粒粒徑級配曲線縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標）12目前十二頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫13目前十三頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點14目前十四頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點同時滿足為級配良好Cu≥5

Cu＞10在工程中

Cc=1～3礫類土或砂類土同時滿足為良好級配砂（礫）

Cc=1～3

Cu<5勻粒土為級配不良15目前十五頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點2.土粒的礦物成分礦物成分取決于母巖的礦物成分和風化作用原生礦物：由巖石經過物理風化形成，其礦物成分與母巖相同次生礦物：巖石經化學風化后所形成的新的礦物，其成分與母巖不相同

例：石英、云母、長石等特征：礦物成分的性質較穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等特征：性質較不穩(wěn)定，具有較強的親水性，遇水易膨脹的特點16目前十六頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點二、土中的水

土中水的含量明顯地影響土的性質(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內部外，還存在結合水和自由水1.結合水強結合水：緊靠于顆粒表面、所受電場的作用力很大、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體

弱結合水：緊靠強結合水的外圍形成的結合水膜，所受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱2.自由水存在于土粒電場影響范圍以外，性質和普通水無異，能傳遞水壓力，冰點為0℃，有溶解能力

以兩種形式存在：毛細水、重力水17目前十七頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點二、土中水和土中氣

土中水含量變化明顯影響土的性質(尤其是粘性土)結合水強結合水(吸著水)

弱結合水(薄膜水)自由水毛細水重力水土中水液態(tài)水氣態(tài)水固態(tài)水（凍結）1、土中水

18目前十八頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點薄膜水吸著水

吸離土粒距離電分子引力土粒

正電荷H+負電荷OH-

顆粒表面的負電荷

極化水分子

結合水

自由水

水化陽離子

19目前十九頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點（1）強結合水強結合水：緊靠于顆粒表面、受電場強大作用力、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體

吸引力高達幾千至幾萬個大氣壓1個大氣壓=1kg/cm2=100kpa=100kN/m2相當于10m的水柱高20目前二十頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點特征不傳遞靜水壓力不受重力的影響沒有溶解鹽類的能力水分子定向排列冰點-78度(過冷現(xiàn)象)g/cm3具有極大粘滯性、彈性、抗剪強度陽離子濃度最大溫度>105度吸熱變蒸汽21目前二十一頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點（2）弱結合水弱結合水：緊靠強結合水的外圍形成的結合水膜，所受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱不傳遞靜水壓力g/cm3

具有較大粘滯性、彈性、抗剪強度特征較厚的水膜向較薄的水膜遷移22目前二十二頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點自由水存在于土粒電場影響范圍以外，性質和普通水無異能傳遞水壓力特征冰點為0℃有溶解能力

重力作用重力水毛細水毛細水上升高度飽和帶重力水毛細水23目前二十三頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點薄膜水吸著水

吸離土粒距離電分子引力土粒

正電荷H+負電荷OH-

顆粒表面的負電荷

極化水分子

結合水

自由水

水化陽離子

24目前二十四頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點（3）毛細水是存在于地下水位以上的透水層中孔隙的自由水毛細水受到水與空氣界面的表面張力作用

重力作用砂土、粉土、粉質粘土中毛細水含量較大

mm孔隙中25目前二十五頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點土的毛細現(xiàn)象對工程的影響◆建筑物地基凍害地基凍結地基凍融◆建筑物地下結構側壁過分潮濕凍脹力融陷◆建筑物地下鋼筋混凝土結構侵蝕◆引起沼澤化◆引起鹽漬化耐久性降低26目前二十六頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點（4）重力水是存在于地下水位以下透水層孔隙中自由流動的水能傳遞水壓力對土體產生浮力作用在壓力差作用下產生滲流

流土重力水動水壓力滲透破壞溶解土中鹽類管涌孔隙率增大壓縮性增大抗剪強度降低27目前二十七頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點三、土中氣體

土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時能有所復原，對土的性質有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達到穩(wěn)定的歷時28目前二十八頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點四、粘土顆粒與水的相互作用強度與原子分子間的鍵力有關

受土顆粒間的各種相互作用力所制約與礦物顆粒本身的結晶格架特征有關與組成礦物的原子和分子的排列有關粘性塑性壓縮性脹縮性土的29目前二十九頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點四、土的結構

在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯(lián)結形式，與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關

1.單粒結構：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結構，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實狀態(tài)密實狀態(tài)疏松狀態(tài)30目前三十頁\總數(shù)三十二頁\編于十九點2.蜂窩結構：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結構3.絮狀結構：細微粘粒大都呈針狀或片狀，質量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當懸液介質發(fā)生變化時，土粒表面的弱結合水厚