土物质组成与结构构造
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土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
河北理工大学
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土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
H
Wp
WL
W
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土的工程性质与分类
Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性
塑性指数Ip 的大小和土中结合水的 可能含量有关，和土的颗粒组成、土 粒的矿物成份，以及土中水的离子成 份以及浓度等因素有关。土粒越细， 其比表面积越大，可能的结合水含量 越大，其时塑性指数Ip也越大。
第一讲 土的工程性质与分类
土的工程性质与分类
1.3土的结构和构造 土的结构和构造 地质历史与环境的产物
定义： 定义：是指物质成 分间的联结特点和 空间分布、变化规 律，反映了物质的 存在形式
土的结构和构造
工程性质
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1
土的工程性质与分类
1.3.1土的结构 土的结构
土的成分 定义： 定义：土的结构是指土粒
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土的工程性质与分类 检测题目
1. 砂土的结构通常是：__________ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构 2. 饱和土的组成为：__________ a.固相 b.固相＋液相 c.固相＋液相＋气相 d.液相 3. 下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：__________ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数 4. 筛分法适用的土粒直径为：__________ a.d>0.075 b.d<0.075 c.d>0.005 d.d<0.005 5.某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为：__________ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土 6.粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：______ a.越多 b.越少 c.可多可少
土的组成与构造
土的组成与构造
土随着生成环境、物质成分、形成年代的不 同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体， 如软土、黄土、填土等。因此在建筑物设计前， 必须充分了解、研究建筑场地土(岩)层的工程地 质条件并作出正确的评价。 由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集 合体（松散体介质），必须通过专门的土工试验 技术进行研究。
（1）土颗粒的矿物成分
固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其 组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。 土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作 用、搬运及沉积作用。 土的固体颗粒物质成分有两大类： ①原生矿物。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩 石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。 ②次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿 物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。
基本概念
重力水－存在于地下水位以下、 土颗粒电分子引力范围以外的水， 因为在本身重力作用下运动，故 称为重力水。 毛细水－受到水与空气交界面处 表面张力的作用、存在于地下水 位以上的透水层中自由水（图 2.7所示）。 土的毛细现象是指土中水在 表面张力作用下，沿着细的孔隙 向上及向其他方向移动的现象。
细粒
巨大的漂石
卵石
碎 石
粗 砂
细 砂
粘 土
（3）土的颗粒级配
颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以各粒组重量与土粒 总重量比值的百分数表示。 要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大 小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇 到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。 颗粒级配的表示方法：土的颗粒级配曲线（图2.5）。 颗粒级配好坏的评定方法： ①颗粒级配曲线形态直观判断：曲线平缓表示粒径大小相 差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（如图2.5曲线B）；反之， 则颗粒均匀，级配不良（图2.5曲线A、C）。
土随着生成环境、物质成分、形成年代的不 同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体， 如软土、黄土、填土等。因此在建筑物设计前， 必须充分了解、研究建筑场地土(岩)层的工程地 质条件并作出正确的评价。 由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集 合体（松散体介质），必须通过专门的土工试验 技术进行研究。
（1）土颗粒的矿物成分
固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其 组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。 土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作 用、搬运及沉积作用。 土的固体颗粒物质成分有两大类： ①原生矿物。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩 石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。 ②次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿 物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。
基本概念
重力水－存在于地下水位以下、 土颗粒电分子引力范围以外的水， 因为在本身重力作用下运动，故 称为重力水。 毛细水－受到水与空气交界面处 表面张力的作用、存在于地下水 位以上的透水层中自由水（图 2.7所示）。 土的毛细现象是指土中水在 表面张力作用下，沿着细的孔隙 向上及向其他方向移动的现象。
细粒
巨大的漂石
卵石
碎 石
粗 砂
细 砂
粘 土
（3）土的颗粒级配
颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以各粒组重量与土粒 总重量比值的百分数表示。 要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大 小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇 到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。 颗粒级配的表示方法：土的颗粒级配曲线（图2.5）。 颗粒级配好坏的评定方法： ①颗粒级配曲线形态直观判断：曲线平缓表示粒径大小相 差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（如图2.5曲线B）；反之， 则颗粒均匀，级配不良（图2.5曲线A、C）。
3-第三章土的结构和土体结构
所以，对于具有单粒结构的土体 ， 一般情况 ( 静荷载 所以 ， 对于具有单粒结构的土体，一般情况( 作用)下可以不必担心它的强度和变形问题。 作用)下可以不必担心它的强度和变形问题。
第三节 土的结构类型及研究方法
Hale Waihona Puke 二、细粒土的微观结构类型细粒土是集粒结构， 细粒土是集粒结构，即数个矿物晶体较牢固地聚合 在一起，在受到外力作用时， 在一起，在受到外力作用时，像一个颗粒那样起着 独立的作用。 独立的作用。 集粒有团聚体、絮凝体、团粒体、叠片体、 集粒有团聚体、絮凝体、团粒体、叠片体、凝块体 等形状。 等形状。
第三章 土的结构和土体结构
颗粒的大小、形状及表面特征 结构类型 结构类型： 颗粒的大小、形状及表面特征→结构类型：
粗大颗粒－－孔隙大而数量少； 粗大颗粒－－孔隙大而数量少； －－孔隙大而数量少 细小颗粒－－孔隙率大，但单个孔隙小 细小颗粒－－孔隙率大， －－孔隙率大 有棱角、片状、表面粗糙的颗粒－－结构松散、 －－结构松散 有棱角、片状、表面粗糙的颗粒－－结构松散、 透水性强； 透水性强； 细小颗粒、浑圆状的颗粒则相反， 细小颗粒、浑圆状的颗粒则相反，形成较紧密 的结构
第一节 土的结构连结
二、按连结力的性质分类
1、化学连结 、 2、静电连结 、 3、离子－静电连结 、离子－ 4、毛细力连结 、 5、分子连结 、 6、磁性连结 、
第二节 土的排列方式与孔隙类型
排列－－指土颗粒间排列组合关系， 排列－－指土颗粒间排列组合关系，即土颗 －－指土颗粒间排列组合关系 粒排列的松紧程度。 粒排列的松紧程度。 一、粗粒土的排列方式与孔隙类型
具有集合体结构的土体的特征
孔隙度很大(可达50％ 98％ 孔隙度很大 (可达 50％ -98％ ) ， 而各单独孔隙的直径 很小。特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但孔隙度更大。 很小。特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但孔隙度更大。 因此，土的压缩性更大； 因此，土的压缩性更大； 含水量很大，往往超过50％ 而且因以结合水为主， 含水量很大，往往超过50％，而且因以结合水为主， 排水困难，压缩过程缓慢； 排水困难，压缩过程缓慢； 具有大的易变性-不稳定性：外界条件变化(如加压、 具有大的易变性 -不稳定性 ： 外界条件变化 (如加压 、 震动、干燥、浸湿以及水溶液成分和性质变化等) 震动 、干燥 、 浸湿以及水溶液成分和性质变化等 )对它 的影响很敏感，且往往使之产生质的变化。 的影响很敏感，且往往使之产生质的变化。故集合体结 构又称为易变结构。例如， 构又称为易变结构。例如，软粘性土的触变性就是由于 这类结构的不稳定性而形成的一种持殊性质。 这类结构的不稳定性而形成的一种持殊性质。
4.1 土的组成
为60％时，该粒径称为限定粒径d60。
➢不均匀系数Cu：d60与d10之比值反映颗粒级配的不
均匀程度，称为不均匀系数Cu： Cu愈大，表示土粒愈不均匀；
Cu
=
d 60 d10
工程上把Cu＜5的土看作是级配不良的土；
Cu＞10的土则视为级配良好的土。
二、固体颗粒
6. 表征土粒特征的概念
➢ 曲率系数（Cc）：用于来说明累积曲线的弯曲情况，
从而分析评述土粒度成分的组合特征：
Cc
=
d320 d10 d 60
式中d10，d60的意义同上，d30为相应累积含量为30％ 的粒径值。
Cc值在1～3之间的土级配较好。Cc＜1或Cc＞3的土，
累积曲线都明显弯曲（凹面朝下或朝上）而呈阶梯状，粒
度成分不连续，主要由大颗粒和小颗粒组成，缺少中间颗源自粒。变形。二、固体颗粒
4. 粒度成分对土工程性质影响的实质
➢ 1）组成土的颗粒大小不同，土的比表面不同，则土 粒与水（或气）作用的表面能大小不同。因此，不同 大小颗粒与水（或气）相互作用的程度，以至含水的 种类、性质和数量不同。 ➢ 土的比表面一般用单位体积所有土粒的总表面积表 示。由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变 化，必然导致土的性质的突变。 ➢ 2）天然土中不同大小颗粒的组成矿物类型不同，直 接影响土的工程特性。
➢比表面：单位体积所具有的土粒的总表面积。
二、固体颗粒
2. 土的粒组划分标准
➢ 工程上粒组的划分要保证： 同一粒组中土粒的工程性质：相近； 相近且与相邻粒组土粒的性质：有明显差别。
➢ 划分方法不完全一致，一般采用的粒组划分及各粒 组土粒的性质特征见下表。表中根据界限粒径200、 20、2、0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组：
土壤基本物质组成土壤矿物质
(2) 次生矿物 原生矿物经物理、化学风化作用，组成 和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。
土壤基本物质组成土壤矿物质
石 英 SiO2
不易分化，使土壤中砂粒的主要来源
返回
土壤基本物质组成土壤矿物质
正长石 KAlSi3O8
斜长石
Na（AlSi3O8）·CaAl2Si2O8）
较易风化，风化后产生高岭土、二氧化硅和盐基物质， 正长石含钾较多， 是土壤中钾素和粘粒的主要来源
土壤基本物质组成土壤矿物质
土壤基本物质组成土壤矿物质
共性：没有碎屑的块状构造；没有规则的层次排列；不含化石。 例如: 玄武岩、石英、花岗岩、正长岩
花岗岩 喷出性岩浆岩
玄武岩
侵入性岩浆岩土壤基本物质组成土壤矿物质
（2)沉积岩
又称次生岩，是裸露于地表的各种类型的岩石经风 化作用而破坏，经各种地质动力作用搬运后沉积，再 经压力胶结作用重新固结成岩，也有由生物遗体、残 骸堆积沉积而成。
变质岩
土壤基本物质组成土壤矿物质
土壤基本物质组成土壤矿物质
3.岩石的风化
岩石的风化作用：岩石在地表受到种种外力作用，逐 渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用。所产 生的疏松物质就是土壤母质。
土壤基本物质组成土壤矿物质
风化作用的类型
A. 物理风化作用
指使岩石产生物理变化而成为碎屑状态的过程，特点是成 分未变。 1、主要是温度引起岩石的热力学变化--昼夜温差、冻结。 2、盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀
返回
土壤基本物质组成土壤矿物质
橄揽石（Mg，Fe）2SiO4
易风化，风化后形成蛇纹石
返回
土壤基本物质组成土壤矿物质
方解石 CaCO3
土壤基本物质组成土壤矿物质
石 英 SiO2
不易分化，使土壤中砂粒的主要来源
返回
土壤基本物质组成土壤矿物质
正长石 KAlSi3O8
斜长石
Na（AlSi3O8）·CaAl2Si2O8）
较易风化，风化后产生高岭土、二氧化硅和盐基物质， 正长石含钾较多， 是土壤中钾素和粘粒的主要来源
土壤基本物质组成土壤矿物质
土壤基本物质组成土壤矿物质
共性：没有碎屑的块状构造；没有规则的层次排列；不含化石。 例如: 玄武岩、石英、花岗岩、正长岩
花岗岩 喷出性岩浆岩
玄武岩
侵入性岩浆岩土壤基本物质组成土壤矿物质
（2)沉积岩
又称次生岩，是裸露于地表的各种类型的岩石经风 化作用而破坏，经各种地质动力作用搬运后沉积，再 经压力胶结作用重新固结成岩，也有由生物遗体、残 骸堆积沉积而成。
变质岩
土壤基本物质组成土壤矿物质
土壤基本物质组成土壤矿物质
3.岩石的风化
岩石的风化作用：岩石在地表受到种种外力作用，逐 渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用。所产 生的疏松物质就是土壤母质。
土壤基本物质组成土壤矿物质
风化作用的类型
A. 物理风化作用
指使岩石产生物理变化而成为碎屑状态的过程，特点是成 分未变。 1、主要是温度引起岩石的热力学变化--昼夜温差、冻结。 2、盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀
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土壤基本物质组成土壤矿物质
橄揽石（Mg，Fe）2SiO4
易风化，风化后形成蛇纹石
返回
土壤基本物质组成土壤矿物质
方解石 CaCO3
土的物质组成与结构构造
等。
〔一〕原生矿物
土中的原生矿物是岩石风化过程中的产物， 保持了母岩的矿物成分和晶体结构，常见的如 石英、长石、角闪石、云母等。这些矿物是组 成土中卵石、砾石、砂粒和某些粉粒的主要成11
原生矿物的主要特点是： 颗粒粗大，物理、化学性质比较稳定，抗水性和
抗风化能力较强，亲水性弱或较弱。它们对土的工程 性质的影响比其它几种矿物要小得多，主要差异表现 在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。
8
①不均匀系数定义为〔Cu〕 ②曲率系数定义为〔Cc〕
Cu
d 60 d 10
C
d2 30
c dd
10 60
式中：
d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，相应的粒径称为d60 。 d10—有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为10%时，相应的粒径称为d10。 d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 30%时的粒径用d30表示。
状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质
差。
b2
33
对于级配良好〔 Cｕ>5，且Cc=1-3)的土，较 粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的 密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较 好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它 土建工程的填方土料。
10
第三节 土的矿物成分和化学成分
一 土的矿物成分
土中的固体颗粒是由矿物构成的。按其成 因和成分可分为原生矿物、次生矿物、有机质
例如，分别由石英和云母类矿物组成的土，尽管 土的粒度成分和密实度相同。但由于石英的坚硬程度、 抗风化能力远大于云母，故主要由石英颗粒组成的土， 其强度将远大于由云母颗粒组成〔或含云母较多〕的 土，其变形相应也小得多。
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〔一〕原生矿物
土中的原生矿物是岩石风化过程中的产物， 保持了母岩的矿物成分和晶体结构，常见的如 石英、长石、角闪石、云母等。这些矿物是组 成土中卵石、砾石、砂粒和某些粉粒的主要成11
原生矿物的主要特点是： 颗粒粗大，物理、化学性质比较稳定，抗水性和
抗风化能力较强，亲水性弱或较弱。它们对土的工程 性质的影响比其它几种矿物要小得多，主要差异表现 在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。
8
①不均匀系数定义为〔Cu〕 ②曲率系数定义为〔Cc〕
Cu
d 60 d 10
C
d2 30
c dd
10 60
式中：
d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，相应的粒径称为d60 。 d10—有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为10%时，相应的粒径称为d10。 d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 30%时的粒径用d30表示。
状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质
差。
b2
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对于级配良好〔 Cｕ>5，且Cc=1-3)的土，较 粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的 密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较 好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它 土建工程的填方土料。
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第三节 土的矿物成分和化学成分
一 土的矿物成分
土中的固体颗粒是由矿物构成的。按其成 因和成分可分为原生矿物、次生矿物、有机质
例如，分别由石英和云母类矿物组成的土，尽管 土的粒度成分和密实度相同。但由于石英的坚硬程度、 抗风化能力远大于云母，故主要由石英颗粒组成的土， 其强度将远大于由云母颗粒组成〔或含云母较多〕的 土，其变形相应也小得多。
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4.2 土的结构与构造
一、土的结构
2. 土的结构分类 ➢（2）集合体结构特点
1）孔隙度很大（可达50％～98 ％），而各单独孔 隙的直径很小，特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但 孔隙度更大，因此，土的压缩性更大。 2）含水量很大，往往超过50％，而且因以结合水 为主，排水困难，故压缩过程缓慢。 3）具有大的易变性——不稳定性。
一、土的结构
2. 土的结构分类
➢（2）集合体结构(single grained structure)：也称团聚结构。 这类结构为黏性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、 连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种 类型。
絮状结构：细微粘粒大都呈针状 或片状，质量极轻，在水中处于悬 浮状态。当悬液介质发生变化时， 土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘 粒互相接近，凝聚成絮状物下沉， 形成孔隙较大的絮状结构
二、土的构造
1. 土的构造定义 土的构造：指整个土层（土体）构成上的不均匀
性特征的总和。 整个土体构成上的不均匀性包括：层理、夹层、
透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙发育程 度与特征等。 这种构成上的不均匀性是由于土的矿物成分及结 构变化所造成的。
二、土的构造
2. 土的构造研究意义 （1 ）土体构造特征反映土体在力学性质和其他工程性
密实状态
疏松状态
一、土的结构
2. 土的结构分类
➢（2）集合体结构(single grained structure)：也称团聚结构。 这类结构为黏性土所特有。对集合体结构，根据其颗粒组成、 连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种 类型。
蜂窝结构：颗粒间点与点 接触，由于彼此之间引力大于 重力，接触后，不再继续下沉 ，形成链环单位,很多链环联结 起来，形成孔隙较大的蜂窝状 结构
第一章：土的物质组成与结构、构造
• (2).细粒土的结构类型： • 细粒土具有胶体的性质，在水中往往以复杂的结 合体沉淀，形成团聚结构。蜂窝状结构 、架状结 构 、非均粒团聚结构 。 • 团聚结构不稳定，往往在外力或化学环境的影响 下使土的结构发生变化，引起土的性质发生变化。 • 二、土的构造 • 在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形 态和组合特征,称为土的构造。它包括土层单元体 的大小，形态，排列和相互关系等方面。
第一章 土的物质组成 与结构、构造
• 土是岩石圈表层在漫长的地质时期，经过复杂的 地质作用所形成的松散物质。 • 土：是由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体 组成的一多相、分散多孔的系统。一般把土看成 是三相体系（固、液、气），其三相组成和性质 对土的工程地质性质有决定性的影响。 • 土层：一般的，土是地表外动力地质作用形成的， 一般具有成层特征, 同一层内土的物质组成和结构， 构造基本一致，工程地质性质亦大体相同。 • 土体：是由性质各异，厚薄不同的若干地层,以特 定的次序组合在一起的土层组合体。
• （二）、孔隙中的水 • 1. 液态水 • (1).结合水：分为吸着水（强结合水）和薄膜水（弱结合 水）。对细粒土的性质影响极大。当只有强结合水时，土 强度很大，处于坚硬、半坚硬状态，当存在较多弱结合水 时，颗粒之间有较厚的水膜，土可呈塑态。 • (2).毛细水：由于毛细作用保存在毛细孔隙（孔径为0.50.002mm)中的水。也受土粒表面静电力的影响，是重力水 和结合水的过渡类型。能传递静水压力。毛细水冰点低于 0℃。毛细水主要存在于砂类土和粉土中。 • (3).自由水 （重力水）。只受重力作用影响，是普通的 液态水。有溶解能力。
• 目的：进行土粒度成分分类，大致判断土的工程 地质性质 。 • 测定方法：筛分析法和静水沉降方法 。 • 对粒度实验获得的结果用某种方法表示出来，称 为粒度成分表示方法 ： • 1．表格法:列表方法 方便简单，但大量样土对 比有困难 • 2．图解法：比较直观。 • 1)累积曲线法 2)分布曲线法 3)三角图法 • 最常用累积曲线法。
第三章+土的结构和土体结构
Nanjing University of Technology
3.1 土的结构连结分类
土的结构连结:指组成土的颗粒之间的连结，组合关系，简称连结。
是土的重要结构特征，也是决定土的性质的重要因素。
3.1.1 按连结物质性质的分类
① 结合水连结:通过粒间的结合水膜而使邻近土颗粒连结起来的连结形 式。细粒土特有的连结形式；连结力的强弱取决于结合水膜的厚薄；
3.1.2 按连结力的性质分类
化学连结包括：共价键连结、离子键连结、金属键连结，具有化学连
(1) 化学连结：是由原子的外围电子，即价电子来实现的连结。
结的土，强度高，压缩性低；
(2) 静电连结：电性不同的两种粘粒直接吸引。 (3) 离子—静电连结:带负电荷的粘粒被介于其间的阳离子静电吸引而成。
(4) 毛细力连结：存在于土的三相交界面上，在毛细管内的水形成弯液
土的结构：微观结构（光学显微镜）和宏观结构（肉眼或放大镜） Байду номын сангаас的粒度成分是土的重要结构指标，反映土粒的大小和含量；
土的结构:指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排
列形式以及它们之间的连接特征(微观结构)。
土体结构:指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征,亦称 宏观结构。
土的结构对土的工程性质影响很大，特别是粘性土，如某些灵敏性 粘土在原状结构时具有一定的强度，当结构扰动或重塑时，强度就降 低很多，甚至不能再成型。
面力使土粒靠近而连结。 (5) 分子连结：是由分子力或范德华力来实现的。
(6) 磁性连结：粘粒表面存在着厚度约为0.05—0.5ūm的磁铁质薄膜引 起的。磁性连结一般很弱。
按物质性质分类仅反映连结形式，按连结力的特性分类才揭示了实质。
岩土的工程地质性质
土体的物质成分和结构构造可反映它的地质形成 历史。 1）土的结构 定义 土的结构是指土的土粒大小，形状，表面 特征，土粒间的连接关系和土粒的排列情况。土的粒 度成分反映了土粒大小及其组合特征 。 影响因素： 1.土粒大小影响 2.形状，级配影响 3.表面特征，吸附水和可溶盐的影响 4 土粒间连接关系
mi X 100 m
式中：
mi- 小于某粒径的土粒质量
m－试样总质量
颗分筛
土样筛
b.静水沉降方法
≦0.075
静水沉降方法有：密度计法、移液管法、 双洗法、虹吸比重瓶法 原理：将土样侵泡在纯水中制成悬液， 根据不同粒径在静水沉降速度不同，测定各 粒组百分含量。
密度计
②成果整理 列表法，土的累计曲线
vv n 100 % v
2.1.4 土的孔隙性
2 孔隙比
vv e vs
2.1.4 土的孔隙性
3 孔隙率与孔隙比
e n 100 % 1 e n e 1 n
2.1.4 土的孔隙性
4 砂土的相对密度
是砂土的结构（密实程度）状态指 标，反映了颗粒级配对密实程度的影响。
emax e Dr emax emin
植物学家研究的是土壤
有关概念
土层：同一层内土的物质组成及结构，构造基本一
致，工程地质亦大小相同，称之为土层。
在柱状图和剖面图上常用。 土体：是由岩石经过物理与化学风化、搬运、沉积 作用后的产物，是由各种大小不同的土粒按各种 比例组成的集合体。
是指与工程建筑的安全，经济和正常使用有
关的土层组合体。
1.2 土的粒度成分
。
当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力（ 亦称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。
mi X 100 m
式中：
mi- 小于某粒径的土粒质量
m－试样总质量
颗分筛
土样筛
b.静水沉降方法
≦0.075
静水沉降方法有：密度计法、移液管法、 双洗法、虹吸比重瓶法 原理：将土样侵泡在纯水中制成悬液， 根据不同粒径在静水沉降速度不同，测定各 粒组百分含量。
密度计
②成果整理 列表法，土的累计曲线
vv n 100 % v
2.1.4 土的孔隙性
2 孔隙比
vv e vs
2.1.4 土的孔隙性
3 孔隙率与孔隙比
e n 100 % 1 e n e 1 n
2.1.4 土的孔隙性
4 砂土的相对密度
是砂土的结构（密实程度）状态指 标，反映了颗粒级配对密实程度的影响。
emax e Dr emax emin
植物学家研究的是土壤
有关概念
土层：同一层内土的物质组成及结构，构造基本一
致，工程地质亦大小相同，称之为土层。
在柱状图和剖面图上常用。 土体：是由岩石经过物理与化学风化、搬运、沉积 作用后的产物，是由各种大小不同的土粒按各种 比例组成的集合体。
是指与工程建筑的安全，经济和正常使用有
关的土层组合体。
1.2 土的粒度成分
。
当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力（ 亦称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。
工程地质第四章 土的工程地质性质
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
2.砂土
粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒 径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
颗粒粒径级配曲线
（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含 量，用常数坐标表示）。
Cu
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土的粒径级配累积曲线
200g P 100
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 试验方法
密度计法:适用于d＜0.075mm 《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999
《土的工程分类标准》（GB/T50145—2007）依粒径的大小将土粒划分六大粒组。
表4.1 粒组划分
粒组统称 粒组名称 粒径（d）的范围（mm）
主要特征
巨粒
漂石（块石） 卵石（碎石）
72
%
90 80
95 70 60
87 50
78 40 30
66 20
55
10 0
36
粒径(mm)
水分法
粒径(mm)
0.05 0.01 0.005
百分数P(%)
26
13.5
10
工程地质学-第四章土
土中的固体颗粒 构成土的骨架, 骨架之间贯穿着 大量的孔隙,孔 隙中充满着液体 和气体。土由固 体颗粒、液体和 气体三部分组成， 即土的三相组成
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
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 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(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
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。
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。
河漫滩相冲积土：
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
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 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(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
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。
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。
河漫滩相冲积土：
自然土壤的土体构型
自然土壤的土体构型
自然土壤的土体构型是指土壤中各种组分的排列和分布方式。
土体构型的特征受多种因素影响，包括土壤成分、土壤成分间的粒径分布、土壤质地、土壤结构等。
一般来说，自然土壤的土体构型可以分为以下几种：
1. 泥土基质：土壤中最主要的组分，由细颗粒物质（如粘土、砂、泥）和有机物质组成。
泥土基质的构型取决于颗粒的粒径分布和粘粒的粘结特性。
2. 孔隙：泥土基质中的空隙，包括宏观孔隙（大于0.05毫米）和微观孔隙（小于0.05毫米）。
宏观孔隙是土壤中的空隙，
可以容纳水分和气体；微观孔隙是微小的孔隙，对土壤中的气体运输和水分保持起重要作用。
3. 土壤结构：土壤中颗粒的排列方式，包括颗粒聚集和团聚。
颗粒聚集是指颗粒之间的结合形成团聚体。
团聚体的形状和大小取决于土壤质地和土壤中的有机物质含量。
4. 根系空间：土壤中植物根系所占据的空间，对土壤质地和水分运输具有重要影响。
根系空间可以增加土壤的透气性、水分保持能力和抗腐蚀性。
总的来说，自然土壤的土体构型是一个复杂的体系，受多种因素的综合影响。
不同的土壤类型和环境条件下的土体构型会有
所不同。
了解土壤的土体构型有助于理解土壤的物理特性、生态功能和土壤管理。
土壤的组成和性质
⼟壤的组成和性质⼟壤的组成和性质⼀、⼟壤的组成⼟壤是环境中特有的组成部分，是位于陆地表⾯呈连续分布，具有肥⼒并能⽣长植物的疏松层，它是⼀个复杂的体系。
它的组成包括固相（矿物质、有机质）、液相（⼟壤⽔分或溶液）和⽓相（⼟壤空⽓）等三相物质四种成分有机地组合在⼀起构成的⼀种特殊物质。
按容积计，在较理想的⼟壤中，矿物质约占38—45%，有机质约占5—12%，⼟壤孔隙约占50%，⼟壤⽔分和空⽓存在于⼟壤孔隙内，三相之间亦经常变动⽽相互消长。
按重量计，矿物质可占固相部分的90—95%以上，有机质约占1—10%左右。
（⼀）⼟壤矿物质⼟壤矿物质来源于地壳岩⽯（母岩）和母质，它对⼟壤的性质、结构和功能影响很⼤。
⼟壤中的矿物质由岩⽯风化和成⼟过程中形成的不同⼤⼩的矿物颗粒（或⼟粒）组成的。
⾃然界的⼟壤都是由很多⼤⼩不同的⼟粒，按不同的⽐例组合⽽成，各粒级在⼟壤中所占的相对⽐例或重量百分数称为⼟壤的机械组成，也叫⼟壤质地。
（⼆）⼟壤有机质进⼊⼟壤中的有机物质包括植物、动物及微⽣物等死亡残体，经分解转化逐渐形成有机质，即腐殖质，⼟壤腐殖质是⼟壤有机质的主要部分，约占有机质总量的50—65%。
腐殖质不是单⼀分⼦的有机质，⽽是在组成、结构和性质上具有共同特征，⼜有差异的⼀系列⾼分⼦有机化合物，腐殖质在⼟壤中可以呈腐殖酸或腐殖酸盐类存在，亦可以铁、铝的凝胶状态存在，也可与粘粒紧密结合，以有机-⽆机复合体等形态存在。
这些存在形态对⼟壤⼀系列的物理化学性质有很⼤影响，对⼟壤肥⼒有重⼤作⽤。
⼟壤有机质的化学组成包括：糖类（碳⽔化合物）、⽊质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、⽊栓质、⾓质、有机磷及灰分等。
⼟壤中的有机质组成⼆、⼟壤的物理化学性质⼀）⼟壤的物理性质⼟壤结构：⼀般把⼟壤颗粒（包括单独颗粒、复粒和团聚体）的空间排列⽅式及其稳定程度，孔隙的分布和结合的状况称为⼟壤的结构。
⼟壤中的Ca2+、Fe3+等多价阳离⼦及有机质，腐殖质都有胶结剂的作⽤，参与⼟壤颗粒的团聚。
土的结构
Vw M w / w wGs Sr 100% Vv e e
土的各物理性质指标之间的换算公式见P21表1.4.3
不同情况下土的密度与容重
3.不同情况下土的密度与容重 (1)干密度与干容重：当土中无水时，土的密度(容重)称 为干密度(容重)，用ρ d（γ d）表示。
Ms d V
Ws d V
(2)饱和密度与饱和容重：土中孔隙完全被水充满时的 密度(容重)称为饱和密度(容重)，用ρsat(γsat) 表示。
5）叠片状结构
是粘土矿物以面-面的方式，有时 呈面-边的方式排列的。孔隙常沿 粘土片的长轴方向呈延长状，有的 呈裂隙状或楔状。由于集粒的高度 定向，导致土的工程地质性质具有 各向异性。
土的构造
土的构造：也称土的宏观结构，土体结构。指土体形
成时期伴随形成的“相”的特征，以及后期改造过程中 产生的节理、裂隙等不连续面在土块内的排列、组合特 征。如层理、节理、裂隙等。
M w Ww w 100% M s Ws
（3）测定方法：烘干法
M Ms Mw w 100% Ms Ms
换算指标
二、换算指标
1. 孔隙比与孔隙率 （1）孔隙比：土中孔隙的体积与土粒体积之比称为孔 隙比，用e表示，以小数计。
孔隙体积 Vv e 土粒体积 Vs
（2）孔隙率：土中孔隙体积占土的总体积的百分数， 称孔隙率，用n表示。
土的物理性质指标
土的物理性质指标
一、直接测定指标
1. 土的密度与容重 （1）密度定义及表达式
M Ms Mw Ma (g/cm3 ) V V
（2）容重定义及表达式
W W s W w Wa 3 (kN/m ) V V
第二章土壤基本组成、性质和分类
第一节 土壤生态系统的基本组成
2．土壤有机质的含量及其组成 土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、
N，其次是P和S，C/N比大约在10左右。 土壤有机质中主要的化合物组成是类木质
素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素以 及乙醚和乙醇等可溶性化合物。
第一节 土壤生态系统的基本组成
2．土壤有机质的含量及其组成
第二章 土壤的基本组成、 性质和分类
第一节 土壤生态系统的基本组成
土壤是由固体、液体和气体三相物 质组成的疏松多孔体。
固相物质包括岩石风化后的产物，即土壤 矿物质；土壤中植物和动物残体的分解产 物和再合成的物质；以及生活在土壤中的 微生物。前者构成土壤的无机体，后二者 构成土壤的有机体。
在土壤固相物质之间，为形状和大小不同 的孔隙。
第一节 土壤生态系统的基本组成
(二）土壤腐殖酸 1．土壤腐殖酸的分组
腐殖物质是一类组成和结构都很复杂 的天然高分子聚合物，其主体是各种腐殖 酸及其与金属离子相结合的盐类，它与土 壤矿物质部分密切结合形成有机无机复合 体，因而难溶于水。
溴仿-乙醇混合物
第一节 土壤生态系统的基本组成
2．土壤腐殖酸的性质 (1)土壤腐殖酸的物理性质
在孔隙中，充满水分和空气。
第一节 土壤生态系统的基本组成
一、土壤矿物质 土壤矿物是土壤固相的主体物质，构成了土 壤的“骨骼”，占土壤固相总质量的90％以 上。而土壤矿质胶体是土壤矿物质中最活跃 的组分，其主体是黏粒矿物。土壤黏粒矿物 胶体表面在大多数情况下带负电荷，比表面 大，能与土壤固、液、气相中的离子、质子、 电子和分子相互作用，影响着土壤中的物理、 化学、生物学过程与性质。分析土壤矿物及 其组成对鉴定土壤类型、识别土壤形成过程 具有重大的意义。
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15
20
30
土物质组成与结构构造
表1-3 颗粒分析成果表
各粒组的百分含量也可换算成≤某粒组界限的累积 百分含量填在表中，如表1-2中的1号土样的累积百分含 量如表1-3所示。
土样
编号
>2
1
28
小于某粒径(mm)累积百分含量
<2
<0.5 <0.25 <0.075
72
62
47
27
<0.005
17
土物质组成与结构构造
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＞5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
土物质组成与结构构造
粒径级配
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：
土物质组成与结构构造
3、粒组划分方案：2007年颁布的国家 标准《土的工程分类标准》中的粒组划 分表 。
土物质组成与结构构造
粒组 巨粒 粗粒
细粒
表1-1 土的粒组划分方案
颗粒名称
漂石（块石）
卵石（碎石）
砾粒
粗砾 中砾
细砾
砂粒
粗砂 中砂
细砂
粉粒
黏粒
粒径d范围（mm）
d>200 60<d≤200 20<d≤60
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：
生物风化
有机质
动植物活动
土物质组成与结构构造
土的形成
沉积与搬运
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， 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， 受自然力的作用搬运到 远近不同的地点所沉积 的堆积物
土物质组成与结构构造
土的形成
土的基本特征及主要成因类型
土的基本特征
5<d≤20 2<d≤5 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075
d≤0.005
分析方 法
直接测 定
主要特征
透水性很大，压缩性极 小，颗粒间无粘结，无毛 细性。 筛
分
法
透水性大，压缩性小， 无粘性，有一定毛细性。
静水沉 降原理
透水性小，压缩性中等，毛 细上升高度大，微粘性。
土物质组成与结构构造
表格法：利用列表的方法表示颗粒分析成果，该方法 可以清楚地用数量说明各粒组的相对含量。
表1-2 颗粒分析成果表
粒组（mm）百分含量
土样
编号
>2
2-0.5
0.50.25
0.25-0.075
0.0750.005
<0.005
1
28
10
15
20
10
17
2
10
40
25
15
10
3
5
10
20
土的累积曲线图
土物质组成与结构构造
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
Cu
d 60 d 10
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
Cc
d
2 30
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
图解法：累积曲线法、分布曲线法和三角图法
累积曲线图：以土粒直径为横坐标，以粒组的累积 百分含量(小于某粒径的所有土粒的百分含量)为纵坐标， 在直角坐标中所设点子的连线(光滑的曲线)。
累积曲线图的用途：根据累积曲线图的形态，可以看 出各粒组的分布规律，可以大致判断土的均匀程度与分 选性。
土物质组成与结构构造
土物质组成与结构构造
第一节 土的粒度成分
土的演化
土(土体)
岩石(三大岩)
土物质组成与结构构造
土的形成
风化
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 过程中因碰撞和摩擦而破碎
物理风化 化学风化
原生矿物 次生矿物
母岩表面和碎散的颗粒受环 境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物
☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体
土物质组成与结构构造
土的形成
土的主要成因类型
残积土(体) 坡积土(体) 洪积土(体) 湖积土(体) 冲积土(体) 冰积土(体) 崩积土(体) 风积土(体) 海洋沉积土(体) 火山沉积土(体)
土物质组成与结构构造
一、粒径和粒组划分
1、粒径：土颗粒的大小以其直径表示，单 位一般采用毫米。 2、粒组（粒级）：粒径在一定区段内，成 分及性质相似的土粒组别。
土物质组成与结构构造
颗粒大小
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径
0.1
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 粘粒 胶粒
d
mm
粗 中 细 粗 中 细 极细
60 20 5 2 0.5 0.25 0.05 0.005 0.002
透水性极弱，压缩性变化大， 具粘性和可塑性。
二、粒度成分的测定和表示方法
1、土的粒度成分：指土中各个粒组的相对百分含量， 通常用各粒组占土粒总质量的百分数表示。
在土的分类和评价土的工程性质时，常需测定土的粒 度成分，它是通过土的颗粒分析试验测定的， 2、颗粒分析方法： （1）筛分析方法：适用于砂粒以上较粗的颗粒 （2）静水沉降方法：适用于粉粒以下较细的颗粒。主 要有密度计法和移液管法，其次还有双洗法和比重瓶法。 3、颗粒分析成果：采用表格法和图解法
第一篇 岩土工程地质性质研究
第一章 土的物质组成与结构、构造 第二章 土的物理性质 第三章 土的力学性质 第四章 各类土的工程地质特征 第五章 土体的工程地质研究 第六章 岩石的工程地质性质
土物质组成与结构构造
第一章 土的物质组成与结构、构造
第一节 土的粒度成分 第二节 土的矿物成分 第三节 土中的水和气体 第四节 土的结构和构造
土物质组成与结构构造
粒径级配
筛分法 静水沉降法
(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石）组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组
粗颗粒
细颗粒
土物质组成与结构构造
粗粒土与细粒土
粗粒土(无粘性土) 特征
孔隙大、透水性强，毛细上升， 高度很小，既无可塑造性，也 无胀缩性，压缩性极弱，强度 较高。
细粒土(粘性土) 特征
主要由原生矿物、次生矿物组成， 孔隙很小，透水性极弱，毛细上 升高度较高，有可塑性、胀缩性， 强度较低。
土物质组成与结构构造
筛分法
它是利用一套孔径大小 不同的筛子，将事先称 过重量的烘干土样过筛， 称留在各筛上的重量， 然后计算相应的百分数。
土物质组成与结构构造
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