第一章土的物理性质和工程分类解析

土土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物风化作用土是岩石风化的产物，风化包括物理风化和化学风化物理风化：是指由于温度的变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂成岩块、岩屑的过程，岩石发生了量的变化。

化学风化：是指岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶液相接触,经氧化、碳化和水化作用分解为极细颗粒的过程，岩石发生质的变化。

名称土的三相体系土的气相土中的气体土的液相土中的水土的固相土的固相部分主要是土粒，有时还有粒间胶结物和有机质，他们构成了土的骨架、成土矿物原生矿物、次生矿物原生矿物物理风化的产物，颗粒较粗，矿物成分同风化前的母岩，如石英、长石和云母等。

吸附水的能力弱，性质较稳定，无塑性次生矿物是经化学风化后生成的新矿物，它的成分与母岩完全不同，次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。

次生矿物颗粒极细，吸附水的能力比较强，有可塑性。

土粒大小在一定程度上反映了土性质的差异，土粒大小通常用粒径表示。

粒组通常把工程性质相近的土粒合并为一组土的级配土中某粒组的土粒含量定义为该粒组中土粒质量与干土质量之比，常以百分数表示土中各粒组的分配。

土的级配的好坏将直接影响到土的性质。

级配良好的土，压实时能达到较高的密实度，因而透水性小，强度高，压缩性低。

反之，级配不良的土，往往压实密度低，或者渗透稳定性差。

粘土矿物的性质与晶片及其组合方式，即晶体结构有关，晶片分为硅片和铝片两种硅片的基本单元铝片的基本单元高岭石和伊利石晶体结构蒙脱石的晶体结构颗粒分析试验筛析法比重计法粒径分布曲线粒组频率曲线不均Array匀系数系数数含义两个有用的指标不均匀系数：曲率系数：式中 d10、d30 和d60代表粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%、30%和60%时所对应的粒径，通常把d10称为有效粒径；d60称为限制粒径。

我国《土的分类标准》（GBJ 145-90）规定：对于纯净的砾、砂，当Cu大于或等于5，且Cc等于1～3时，它的级配是良好的；不能同时满足上述条件时，它的级配是不良的。

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。

第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。

岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。

它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。

土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。

由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。

以下就岩土的特性分别简述之。

1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。

它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。

土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。

土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。

空气和其它气体构成土的气体部分。

土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。

土的三相组成决定了土的物理力学性质。

1）土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。

分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。

（1）固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。

颗粒的大小通常用粒径表示。

实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。

粒组不同其性质也不同。

常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。

以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。

以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。

土的工程分类见本章第三节。

各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。

土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。

土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。

土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。

要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。

这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。

筛分法适用粒径大于0.075mm的土。

利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。

土的物理性质及及工程分类土是由固体颗粒（又称固相）、水和气体所组成，故称为三相系，土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同性质。

第一节土的生成与特性一、土的生成土是地球表层岩石经过风化（主要有三种：1、物理风化岩石经风霜雨雪的侵蚀，温度和湿度的变化，不均匀膨胀和收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。

这种风化作用，只改变颗粒的大小和形状，不改变矿物成分。

2、化学风化岩石碎屑与水、氧气、二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生一种新的成分----次生矿物，土的颗粒变得很细，具有黏结性。

3、生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏。

其矿物成分没有变化。

）、剥蚀、搬运、沉积，形成的固体矿物颗粒、水和气体的集合体。

不同的风化作用，形成不同性质的土。

二、土的结构和构造土的结构和构造,即物质成分间的联结特点、空间分布和变化规律反映了土物质的存在形式。

土的结构指的是微观结构，而土的构造是指整个土层空间构成上特征的总和。

（1）土的结构土的结构是指土颗粒的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系的综合特征。

一般有三种基本类型：单粒结构、蜂窝结构和絮状结构。

1、单粒结构单粒结构是无黏性土的基本组成形式，由较粗的砾石、砂粒在重力作用下沉积形成。

2、蜂窝结构当土粒较细在水中单独下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子引力大于颗粒自重，则下沉土粒被吸引不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窝结构。

3、絮状结构细粒土（小于0.005mm）在水中长期处于悬浮状态，掺入某些电解质，凝聚成类似（2）土的构造1、层状2、分散、3、裂隙4、结核状三、土的常用指标土的物理性指标：含水率、比重、湿密度、干密度、饱和密度、浮密度、孔隙比、饱和度这九个指标。

其中前三个为试验指标，后六个为计算指标。

土的物理状态指标：液限、塑限、缩限、塑性指数、液性指数和砂的相对密度等。

前五个指标描述的对象是细粒土，其中前四个指标是土样经过扰动后试验获得的。

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。

1.土粒颗粒级配（粒度） a.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。