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第一节土的生成与特性一、土的生成1．形成作用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，因此说：“土是岩石风化的产物”。
风化作用包括：1）物理风化是指由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。
土体中的粗颗粒便是物理风化的产物。
2）化学风化是指岩体(或岩块、岩屑)与空气、水和各种水溶液相互作用的过程，这种作用不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石的矿物成分发生变化，形成大量细微颗粒(粘粒)和可溶盐类。
土体中的粘粒便是化学风化的产物。
3）生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长在岩石缝隙中的树，因树根伸展使岩石缝隙扩展开裂；人们开采矿山、石材，修铁路、打隧道，劈山修公路等活动形成的土等。
2．土的主要成因类型及其特征由于形成条件、搬运方式和沉积环境不同，自然界的土也就有不同的成因类型，可分为陆相沉积和海相沉积两类。
1）陆相沉积陆地环境下的沉积，包括：（1）残积土（物）岩石经风化作用后残留在原地的碎屑堆积物称为残积土，如图1-1a所示。
残积土没有分选作用和层理构造，与基岩之间没有明显的界限，矿物成分与基岩大致相同。
由于山区原始地形变化很大且岩层风化程度不一，使残积土的厚度在小范围内就有很大变化。
当残积土被风或降水带走一部分细小颗粒后土中存在较大的孔隙。
因此，该种沉积土均匀性很差，作为建筑物地基时，要特别注意其不均匀沉降。
（2）坡积土（物）高处的风化物经雨水、雪水或本身的重力作用搬运后，沉积在较平缓的山坡上的堆积物称为坡积土，如图1-1b所示。
它—般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积土相接，坡积土的厚度变化很大，有时上部厚度不足1m，而下部可达几十米。
坡积土由上而下具有一定的分选性，土质不均匀，还常易发生沿基岩倾斜面的滑动。
第⼀章⼟的物理性质及分类第⼀章⼟的物理性质及分类1—1 概述⼟的定义：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，经过不同的搬运⽅式，在各种⾃然环境中⽣成的沉积物。
⼟的三相组成：⼟的物质成分包括有作为⼟⾻架的固态矿物颗粒、孔隙中的⽔及其溶解物质以及⽓体。
因此，⼟是由颗粒(固相)、⽔(液相)和⽓(⽓相)所组成的三相体系。
第⼆节⼟的⽣成⼀、地质作⽤的概念地质作⽤--导致地壳成分变化和构造变化的作⽤。
根据地质作⽤的能量来源的不同，可分为内⼒地质作⽤和外⼒地质作⽤内⼒地质作⽤: 由于地球⾃转产⽣的旋转能和放射性元素蜕变产⽣的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发⽣变化的地质作⽤。
如岩浆作⽤、地壳运动(构造运动)和变质作⽤。
外⼒地质作⽤：由于太阳辐射能和地球重⼒位能所引起的地质作⽤。
它包括⽓温变化、⾬雪、⼭洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、⽣物等的作⽤。
风化作⽤--外⼒(包括⼤⽓、⽔、⽣物)对原岩发⽣机械破碎和化学变化的作⽤。
沉积岩和⼟的⽣成--原岩风化产物（碎屑物质），在⾬雪⽔流、⼭洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等外⼒作⽤下，被剥蚀，搬运到⼤陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代⾥，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压⼒和含有碳酸钙、⼆氧化硅、氧化铁等胶结物的作⽤下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱⽔、胶结、硬化⽣成新的岩⽯，称为沉积岩。
未经成岩作⽤所⽣成的所谓沉积物，也就是通常所说的“⼟”。
风化、剥蚀、搬运及沉积--外⼒地质作⽤过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。
⼆、矿物与岩⽯的概念岩⽯--⼀种或多种矿物的集合体。
矿物--地壳中天然⽣成的⾃然元素或化合物，它具有⼀定的物理性质、化学成份和形态．(⼀) 造岩矿物组成岩⽯的矿物称为造岩矿物。
矿物按⽣成条件可分为原⽣矿物和次⽣矿物两⼤类。
区分矿物可以矿物的形状、颜⾊、光泽、硬度、解理、⽐重等特征为依据。
（⼆）岩⽯岩⽯的主要特征包括矿物成分、结构和构造三⽅⾯。
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 某粒径范围内颗粒的含量。
陡—相应粒组质量集中；缓--相应粒组含量少；平台--相应粒组缺乏。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
粒径级配累积曲线及指标的用途：1.粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu 用于判定土的不均匀程度：Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土；3）曲率系数Cc 用于判定土的连续程度：C c = 1 ~ 3，级配连续土；Cc > 3或Cc < 1,级配不连续土。
4）不均匀系数Cu 和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣：如果 Cu ≥ 5且C c = 1 ~ 3，级配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 级配不良的土。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
第一章 土的物理性质及工程分类§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 §1.7 土的形成 土的三相组成 土的结构和构造 土的三相比例指标 土的物理状态指标 土的工程分类 土的击实特性§1.1 土的形成土的形成示意图 岩石 地球风化搬运、 搬运、沉积土 地球31 风化物理风化 化学风化 生物风化地表或接近地表条件下，岩石、 在地表或接近地表条件下，岩石、矿 物发生机械破碎的过程。
物发生机械破碎的过程。
主要因素是 岩石的失重和温度变化， 岩石的失重和温度变化，岩石裂隙中 水的结冰等。
水的结冰等。
原生矿物 次生矿物在地表或接近地表条件下， 在地表或接近地表条件下， 岩石、 岩石、矿物发生化学变化并 生成新矿物的过程。
生成新矿物的过程。
主因是 水和氧，前者引起溶解、 水和氧，前者引起溶解、水 化，后者引起氧化等化学反 应。
动植物及微生物 引起的岩石风化。
动植物活动有 机 质物理风化5石灰岩里面 含有二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中， 里面， 二氧化碳的水 在石灰岩里面，含有二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中， 会溶解其中的碳酸钙。
这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 会溶解其中的碳酸钙。
这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体(称为固化 称为固化)。
由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体 称为固化 。
由上而下逐渐增长而成的，称为“钟乳石 钟乳石”。
由上而下逐渐增长而成的，称为 钟乳石 。
化学风化62 搬运 由风力、水流、重力等完成 搬运—由风力 水流、 由风力、 沉积—残积 坡积、 残积、 3 沉积 残积、坡积、冲积等根据形成过程，可将土分为两大类： 根据形成过程，可将土分为两大类：残积土 无搬运母岩表层经风化作用破碎 成岩屑或细小颗粒后， 成岩屑或细小颗粒后， 未经搬运残留在原地的 堆积物运积土 有搬运风化所形成的土颗粒， 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 的堆积物坡积土洪积物（层）断面 洪积物河流形成冲击土河床、河漫滩、 河床、河漫滩、阶地（平原河谷）冲击物 平原河谷）风积土风积土： 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来 的堆积物。
兰州交通大学博文学院教案课题: 第一章土的物理性质及工程分类一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律；2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换；3.熟悉土的抗渗性与工程分类。
二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。
三、教学难点：指标间的相互转换及应用。
四、教学时数： 6 学时。
五、习题：第一章土的物理性质及工程分类一、土的生成与特性1.土的生成工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。
土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。
不同风化形成不同性质的土，有下列三种：（1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。
由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。
（2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。
由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。
（3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。
矿物成分没有变化。
2.土的结构和构造（1）土的结构定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。
1)种类：●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。
●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。
●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。
小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。
图1.1 土的结构3）工程性质：密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。
（2）土的构造1）定义：同一土层中，土颗粒之间的相互关系。
2）种类：●层状结构：由不同颜色或不同粒径的土组成层理，一层一层互相平行。
●分散构造：土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。
●结核状构造:在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，属结核状构造。
●裂隙状构造：土体中有很多不连续的小裂隙。
3）工程性质：分散结构的工程性质最好，结核状取决于细粒土，裂隙状渗透性大，工程性质差。
3.土的工程特性(1)压缩性高当应力数值相同，材料厚度一样时，卵石的压缩性为刚才压缩性的数千倍；饱和细沙的压缩性为C20混凝土的数千倍，足以证明土的压缩性极高。
软塑或流塑状态的粘性土比饱和细沙的压缩性还要高。
(2)强度低土的强度特指抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。
无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度出摩擦力外，还有粘聚力，均远小于建筑材料本身的强度。
(3)透水性大土体颗粒间具有许多透水空隙，因此透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石或砂土，其透水性更大。
4.土的生成与工程特性的关系(1)搬运、沉积条件：冲积层优于风积层。
(2)沉积年代：沉积年代越长，工程性质越好。
(3)自然环境：特殊土地基。
二、土的三相组成土的三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。
1.土的固体颗粒土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。
（1）土粒的矿物成分1）原生矿物由岩石经物理风化生成，它的成分与母岩的相同，常见的有石英，包括单矿物颗粒—一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与灰石等，砂土即为单矿物颗粒；多矿物颗粒—一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
2）次生矿物母岩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。
次矿物主要是粘土矿物，由两种种原子层构成：一种是Si-O四面体构成的硅氧晶片，另一种是Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。
因为这两种晶片结合的情况不同，粘土矿物可分为下列三种：图1.2 粘土矿物两种原子层蒙脱石—两结构单元之间没有氢键，相互的联结弱，水分子可以进入量晶胞之间。
因此，蒙脱石的亲水性最大，具有强烈的吸水膨胀、失水收缩的特性。
伊利石—又称水云母，部分Si-O四面体中的Si为Al、Fe所取代，损失的原子价由阳离子钾补偿。
因此，晶格层组之间具有结合力，亲水性低于蒙脱石。
高岭石—晶胞之间有氢键，相互结合力较强，晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入。
因此，高岭石的亲水性最小。
腐殖质：土中腐殖质含量多，使土的压缩性增大。
有机质超过3%~5%的不宜作为建筑材料。
（2）土颗粒的大小和形状通过界限粒径（划分粒组的分界尺寸）将土颗粒划分为6个粒组：粘粒（小于0.005㎜）、粉粒（0.005,0.075）、砂粒（0.075，2）、圆砾(角砾)（2，60）、卵石(碎石)/（60，200）、漂石(块石）（大于200mm）。
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。
表面粗糙抗剪强度越高。
（3）土的颗粒级配粒径级配：土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数。
1）筛分法：适用于砾石类和砂类土，d >0.075mm ，主要设备为一套标准分析筛，孔径分别为20，10，5，2.0，1.0，0.5，0.25，0.075mm 。
取样数量：d ＜20mm ，可取1000~2000g; d ＜10mm ，可取300~1000g; d ＜2mm ，可取100~300g;震筛10~15min 后称取各级筛底盘试样的质量。
2）密度计法：适用于粉土和粘性土，d ＜0.075mm ，测定悬浊液读数。
粒径级配曲线上：纵坐标10%所对应的粒径d 10称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径60d 称为限定粒径；60d 与10d 的比值称为不均匀系数u C ，即6010u d C d = (1.1) 不均匀系数u C 为表示土颗粒组成的重要特征。
当u C 很小时曲线很陡，表示土均匀；当u C 很大时曲线平缓，表示土的级配良好。
曲率系数c C 为表示土颗粒组成的又一特征，c C 按下式计算：2301060c d C d d =⨯ (1.2) 式中30d 为粒径级配曲线上纵坐标为30%所对应的粒径。
砾石和砂土级配u C ≥5且 c C =1~3为级配良好；级配不同时满足这两个要求则为级配不良。
2. 土中水（1）结合水1）强结合水排列致密、定向性强；密度>1g/cm 3；冰点处于零下几十度具有固体的的特性；接近固体，不传递静水压力；温度高于100°C 时可蒸发，粘土只含结合水时呈坚硬状态。
2）弱结合水：位于强结合水之外，电场引力作用范围之内；密度大；不传递静水压力（不应重力而移动）；有粘滞性。
● 自由水：离土粒较远，位于电场引力范围外，排列散乱。
● 重力水：位于地下水位以下，具有浮力作用，可从总水头较高处向较低处流动。
● 毛细水：位于地下水位以上，受毛细作用上升，粉土中空隙小，毛细水上升高。
（2）气态水：水汽，影响不大。
（3）固态水:0℃以下自由水发生冻胀。
3. 土中气体土颗粒中没有被水填充的部分为气体。
（1） 自由气体：与大气连通，压缩逸出，对工程无影响。
（2）封闭气体：与大气隔绝，加载缩小，卸载膨胀，使土的渗透性降低。
三、 土的物理性质指标1. 土的三项基本物理性质指标（此三项均由实验室测定）（1）土的密度ρ和土的重度γ1）物理意义：ρ为单位体积土的重量，3/g cm 。
γ单位体积土所受的重力，即39,810,/g kN m γρρρ==≈。
2）表达式 =m Vρ=土的总质量土的总体积 (1.3) 3）常见值：331.6~2.2/,16~22/g cm kN cm ργ==。
4）测定方法：环刀法（粘性土和粉土），灌水法（卵石、砾石与原状砂）。
（2）土粒比重()s s G d1）物理意义：土中固体矿物的质量与同体积4℃时的纯水质量的比值。
2）表达式： =4(4)(4)ss s s w w m V G ρρρ==固体颗粒的密度纯水℃时的密度℃℃ (1.4） 3）常见值：砂土s G =2.65~2,69，粉土s G =2.70~2.71,粘性土2.72~2.75，数值大小取决于矿物成分。
4）测定方法：比重瓶法；经验法。
（3）土的含水率ω1）物理意义:土体中水的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。
2）表达式： =100%w sm m ω=⨯水的质量固体颗粒质量 （1.5） 3）常见值：砂土0%~40%ω=，粘性土20%~60%ω=，0ω≈，粘性土呈坚硬状态。
4）测定方法：烘箱法。
2. 反映土的松密程度的指标（1）土的孔隙比e1）物理意义：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。
2）表达式： =V SV e V =孔隙体积固体颗粒体积 (1.6) 3）常见值：砂土0.5~1.0e =，粘性土0.5~1.2e =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
（2）土的孔隙度（孔隙率）n1）物理意义：表示孔隙体积含量，土中空隙占总体积的百分比。
2）表达式： =100%V V n V =⨯孔隙体积土体总体积 (1.7) 3）常见值：30%~50%n =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
3. 反映土中含水程度的指标（1）含水率ω(前已述)（2）土的饱和度r S1）物理意义：水在空隙中的充满程度。
2）表达式： =W r V V S V =水的体积孔隙体积 (1.8) 3）常见值：0~1r S =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
5）工程应用：砂土和粉土以饱和度分为稍湿（＜0.5）、很湿（0.5~0.8）、饱和（＞0.8）三类。
4. 特定条件下土的密度（重度）（1）土的干密度d ρ和土的干重度d γ1）物理意义：干密度为单位体积土的质量，3/g cm 。
2）土的干重度为单位体积干土所受的重力，即39.810/d d d d g kN m γρρρ==≈。
3）表达式 =s d m Vρ=固体颗粒质量土的总体积 (1.9) 4）常见值：331.3~2.0/;13~20/d d g cm kN cm ργ==。
5）工程应用：干密度或干重度越大，表明土体越密实，表明工程质量越好。
6）测定方法：环刀法，放射性同位素测试仪。
（2）土的饱和密度sat γ和土的饱和重度sat ρ1）物理意义：孔隙中全部充满水时单位体积土的质量，3/g cm 。
孔隙中全部充满水时单位体积土所受的重力，即39.810/sat sat sat sat g kN m γρρρ==≈。
2）表达式 +m =s w a w s v w sat m V m V V V ρρρ++==孔隙全部充满水的总质量土的总体积 (1.10) 3）常见值：331.8~2.3/;18~23/sat d g cm kN cm ργ==。
（3）土的有效重度（浮重度）'γ1）物理意义：地下水位以下土体单位体积土所受的重力扣除浮力。
2）表达式 'sat w γγγ=- (1.11)3）常见值：3'8~13/kN m γ=。
