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第2章土的物质组成及土水相互作用2.1 概述土是自然界中性质最为复杂多变的物质。
土的物质成分起源于岩石的风化（物理风化和化学风化）。
地壳表层的坚硬岩石，在长期的风化、剥蚀等外力作用下，破碎成大小不等的颗粒，这些颗粒在各种形式的外力作用下，被搬运到适当的环境里沉积下来，就形成了土。
初期形成的土是松散的，颗粒之间没有任何联系。
随着沉积物逐渐增厚，产生上覆土层压力，使得较早沉积的颗粒排列渐趋稳定，颗粒之间由于长期的接触产生了一些胶结，加之沉积区气候干湿循环、冷热交替的持续影响，最终形成了具有某种结构连结的地质体（工程地质学中称为土体），并通常以成层的形式（土层）广泛覆盖于前第四纪坚硬的岩层（岩体）之上。
天然形成的土通常由固体颗粒、液体水和气体三个部分（俗称三相）组成。
固体颗粒是土的最主要物质成分，由许多大小不等、形态各异的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架，亦称土粒。
天然土体中土粒的粒径分布范围极广，不同土粒的矿物成分和化学成分也不一样，其差别主要由形成土的母岩成分及搬运过程中所遭受的地质引力所控制。
土是松散沉积物，土粒间存在孔隙，通常由液体的水溶液和气体充填。
天然土体孔隙中的水并非纯水，其中溶解有多种类型和数量不等的离子或化合物（电解质）。
若将土中水作为纯净的水看待，根据土粒对极性水分子吸引力的大小，则吸附在土粒表面的水有结合水和非结合水之分。
对于非饱和土而言，孔隙中的气体通常为空气。
土的上述三个基本组成部分不是彼此孤立地、机械地混合在一起，而是相互联系、相互作用，共同形成土的基本特性。
特别是细小的土粒具有较大的表面能量，它们与土中水相互作用，由此产生一系列表面物理化学现象，直接影响着土性质的形成和变化。
土的结构这一术语主要用于从微观的尺度描述土粒的排列组合和粒间连结，而土的构造则从宏观上反映了不同土层（包括夹层）的空间组合特征。
土的成分和结构共同决定了土的工程性质。
本章关于土的物质组成、土水相互作用和土的结构构造的阐述，构成了土质学的主要研究内容。
⼟的物质组成和结构第⼀章⼟的物质组成和结构第⼀节⼟的形成⼀、⼟和⼟体的概念1．⼟(soil)地球表⾯30－80km厚的范围是地壳。
地壳中原来整体坚硬的岩⽯，经风化、剥蚀搬运、沉积，形成固体矿物、⽔和⽓体的集合体称为⼟。
⼟是由固体相、液相、⽓体三相物质组成；或⼟是由固体相、液体相、⽓体相和有机质（腐殖质）相四相物质组成。
不同的风化作⽤，形成不同性质的⼟。
风化作⽤有下列三种：物理风化、化学风化、⽣物风化。
2．“⼟体”(soil mass)⼟体不是⼀般⼟层的组合体，⽽是与⼯程建筑的稳定、变形有关的⼟层的组合体。
⼟体是由厚薄不等，性质各异的若⼲⼟层，以特定的上、下次序组合在⼀起的。
⼆、⼟和⼟体的形成和演变地壳表⾯⼴泛分布着的⼟体是完整坚硬的岩⽯经过风化、剥蚀等外⼒作⽤⽽⽡解的碎块或矿物颗粒，再经⽔流、风⼒或重⼒作⽤、冰川作⽤搬运在适当的条件下沉积成各种类型的⼟体。
再搬运过程中，由于形成⼟的母岩成分的差异、颗粒⼤⼩、形态，矿物成分⼜进⼀步发⽣变化，并在搬运及沉积过程中由于分选作⽤形成在成分、结构、构造和性质上有规律的变化。
⼟体沉积后：a.将经过⽣物化学及物理化学变化，即成壤作⽤，形成⼟壤（1）靠近地表的⼟体b. 未形成⼟壤的⼟，继续受到风化、剥蚀、侵蚀⽽再破碎、再搬运、再沉积等地质作⽤。
（2）时代较⽼的⼟，在上覆沉积物的⾃重压⼒及地下⽔的作⽤下，经受成岩作⽤，逐渐固结成岩，强度增⾼，成为“母岩”。
总之，⼟体的形成和演化过程，就是⼟的性质和变化过程，由于不同的作⽤处于不同的作⽤阶段，⼟体就表现出不同的特点。
三、⼟的基本特征及主要成因类型（⼀）⼟的基本特征从⼯程地质观点分析，⼟有以下共同的基本特征：1．⼟是⾃然历史的产物⼟是由许多矿物⾃然结合⽽成的。
它在⼀定的地质历史时期内，经过各种复杂的⾃然因素作⽤后形成各类⼟的形成时间、地点、环境以及⽅式不同，各种矿物在质量、数量和空间排列上都有⼀定的差异，其⼯程地质性质也就有所不同。
土壤的元素组成及成分
土壤是地球表面上的一种自然资源，它是由多种元素组成的复杂体系。
这些元素包括有机物质、无机物质和微生物等。
有机物质是土壤中的重要组成部分，它是由植物、动物和微生物的遗体、分泌物和代谢产物等有机化合物形成的。
有机物质含有丰富的碳、氢、氧等元素，这些元素是构成有机化合物的基本元素。
有机物质在土壤中起着多种重要的作用，它可以改善土壤结构，提高土壤的保水能力和肥力，促进土壤的微生物活动，维持土壤的生态平衡。
无机物质是土壤中的另一个重要组成部分，它包括矿物质和水分等。
矿物质主要由各种矿物颗粒和岩石颗粒组成，它们含有丰富的金属元素和非金属元素，如铁、铝、镁、钾、钠等。
这些元素在土壤中起着重要的作用，它们可以提供植物所需的养分，调节土壤的酸碱度，影响土壤的结构和质地。
微生物是土壤中的另一类重要成分，它们是土壤生态系统的关键组成部分。
微生物包括细菌、真菌、放线菌和原生动物等，它们在土壤中起着多种重要的作用。
微生物可以分解有机物质，释放出养分，促进植物的生长；它们还可以与植物根系形成共生关系，提供植物所需的营养物质；此外，微生物还可以抑制土壤中的病原菌，维持土壤的生态平衡。
土壤的元素组成及成分是非常复杂和多样的。
有机物质、无机物质和微生物等是构成土壤的重要组成部分，它们相互作用，共同维持着土壤的生态功能。
因此，保护土壤资源、合理利用土壤资源是非常重要的，这样才能确保土壤的健康和可持续利用。
土的组成成分土是地球表面的一种物质，由多种不同的成分组成。
这些成分包括有机物、无机物、水分和空气。
下面将详细介绍土的组成成分。
一、有机物有机物是土壤中的重要组成部分，主要由已经死亡的植物和动物的遗体以及它们的分解产物组成。
有机物的分解产物包括腐殖质、腐植酸等。
这些有机物能够提供植物生长所需的养分，促进土壤的肥力。
二、无机物无机物是土壤中的另一个重要组成部分。
主要包括矿物质、土壤颗粒和土壤结构。
矿物质是由各种不同的化学元素组成的晶体，如石英、长石、云母等。
这些矿物质在土壤中起到了提供养分和储存水分的作用。
土壤颗粒是土壤的基本单位，包括沙粒、粉粒和粘粒。
沙粒是直径大于0.05毫米的颗粒，粉粒是直径在0.05毫米到0.002毫米之间的颗粒，粘粒是直径小于0.002毫米的颗粒。
这些土壤颗粒的不同比例和结合形式决定了土壤的质地和透气性。
土壤结构是指土壤颗粒的排列和组合形式。
土壤结构可以分为团聚结构、疏松结构和块状结构等。
团聚结构是指土壤颗粒通过有机物和粘土矿物质黏合在一起，形成块状或颗粒状的结构。
疏松结构是指土壤颗粒之间存在较多的孔隙，有利于水分和气体的运动。
块状结构是指土壤颗粒通过胶结物质黏合在一起，形成块状的结构。
土壤结构的不同会影响土壤的透气性、保水性和保肥性。
三、水分水分是土壤中不可或缺的成分之一。
土壤中的水分主要来自降水和灌溉。
水分在土壤中以毛细管力和重力作用下分布。
毛细管力使水分能够在土壤颗粒之间上升，提供植物所需的水分；重力则使多余的水分向下排出，避免土壤过湿。
四、空气空气是土壤中的另一个重要成分。
土壤中的空气主要来自土壤孔隙中的空间。
空气在土壤中起到通气和氧气供应的作用，有利于植物根系的呼吸和生长。
土壤中的空气含氧量直接影响植物的生长和发育。
以上是土的组成成分的详细介绍。
土的组成成分包括有机物、无机物、水分和空气。
这些成分相互作用，共同决定了土壤的肥力、质地、透气性和保水性。
了解土的组成成分对于农业生产和土壤管理具有重要意义。
土的物质组成一、单项选择题1. 土颗粒的大小及其级配，通常是用粒径级配曲线来表示的。
级配曲线越平缓表示。
(A) 土粒大小较均匀，级配良好(B) 土粒大小不均匀，级配不良(C) 土粒大小不均匀，级配良好2. 土的可塑性范围与比表面大小关系叙述正确的是。
(A) 粘土的比表面比砂土大，所以可塑性范围大(B) 粘土的比表面比砂土小，所以可塑性范围大(C) 粘土的比表面与砂土相似，颗粒细，故可塑性范围大3. 对土粒产生浮力的是。
(A) 毛细水(B) 重力水(C) 结合水4. 三种粘土矿物中，的结构单元最稳定。
(A) 蒙脱石(B) 伊利石(C) 高岭石5. 颗粒表面具有很强的吸附水化阳离子和水分子的能力，称为表面能。
颗粒大小和表面能之间的关系为。
(A) 颗粒越大，表面能越大(B) 颗粒越细，表面能越大(C) 颗粒越圆，表面能越大6. 三种粘土矿物的亲水性大小，哪种次序排列是正确的：(A)高岭石＞伊利石＞蒙脱石(B) 伊利石＞蒙脱石＞高岭石(C) 蒙脱石＞伊利石＞高岭石二、问答题1. 什么是粒组？什么是粒度成分？土的粒度成分的测定方法有哪两种，它们各适用于何种土类？2. 什么是颗粒级配曲线，它有什么用途？3. 粘土矿物有哪几种？对土的矿物性质有何影响？4. 土中水有几种存在形态，各有何特性？5. 土的结构有哪几种类型？各对应哪类土？土的物理性质及工程分类一、单项选择题1. 土的三相比例指标包括：土粒比重、含水量、密度、孔隙比、孔隙率和饱和度，其中为实测指标。
(A) 含水量、孔隙比、饱和度(B) 密度、含水量、孔隙比(C) 土粒比重、含水量、密度2. 砂性土的分类依据主要是。
(A) 颗粒粒径及其级配(B) 孔隙比及其液性指数(C) 土的液限及塑限3. 有下列三个土样，试判断哪一个是粘土：(A) 含水量w=35%，塑限w p=22%，液性指数I L=0.9(B) 含水量w=35%，塑限w p=22%，液性指数I L=0.85(C) 含水量w=35%，塑限w p=22%，液性指数I L=0.755. 有一个非饱和土样，在荷载作用下饱和度由80%增加至95%。
试问土的重度γ和含水量w 变化如何？(A) 重度γ增加，w减小(B) 重度γ不变，w不变(C) 重度γ增加，w 不变6. 有三个土样，它们的重度相同，含水量相同。
则下述三种情况哪种是正确的？(A) 三个土样的孔隙比也必相同(B) 三个土样的饱和度也必相同(C) 三个土样的干重度也必相同7. 有一个土样，孔隙率n=50%，土粒比重G s=2.7，含水量w=37%，则该土样处于：(A) 可塑状态(B) 饱和状态(C) 不饱和状态8. 在下述地层中，哪一种地层容易发生流砂现象？(A) 粘土地层(B) 粉细砂地层(C) 卵石地层9. 测定土液限的标准是把具有30︒角、重量为76克的平衡锥自由沉入土体深度时的含水量为液限。
(A) 10 mm (B) 12 mm (C) 15 mm10. 为了防止冻胀的危害，常采用置换毛细带土的方法来解决，应选哪类土换填最好？(A) 粗砂(B) 粘土(C) 粉土二、问答题1. 土的物理性质指标有哪些？其中哪几个可以直接测定？2. 土的密度ρ与土的重度γ的物理意义和单位有何区别？说明天然重度γ、饱和重度γsat、有效重度γ´和干重度γd之间的相互关系，并比较其数值的大小。
3. 何谓孔隙比？何谓饱和度？用三相草图计算时，为什么有时要设总体积V＝1？什么情况下设V s＝1计算更简便？4. 土粒比重G s的物理意义是什么？如何测定G s值？常见值砂土G s大约是多少？粘土G s一般是多少？5. 无粘性土最主要的物理状态指标是什么？6. 塑性指数的定义和物理意义是什么？I p大小与土颗粒粗细有何关系？7. 下列土的物理指标中，哪几项对粘性土有意义，哪几项对无粘性土有意义？①粒径级配；②相对密度；③塑性指数；④液性指数；⑤灵敏度8. 淤泥和淤泥质土的生成条件、物理性质和工程特性是什么？地基中的应力计算一、单项选择题1. 计算自重应力时，对地下水位以下的土层一般采用。
(A) 天然重度(B) 饱和重度(C) 有效重度2. 只有才能引起地基的附加应力和变形。
(A) 基底压力(B) 基底附加压力(C) 有效自重应力3. 某建筑场地的土层分布均匀，地下水位在地面下2m深处，第一层杂填土厚 1.5m，γ=17kN/m3，第二层粉质粘土厚4m，γ=19kN/m3，第三层淤泥质粘土厚8m,γ=18kN/m3，第四层粉土厚8m，γ=19.5kN/m3，第五层砂岩（透水）未钻穿，则第四层底的竖向有效自重应力为______。
(A) 299kPa (B) 310kPa (C) 206.5kPa (D) 406.5kPa4. 在基底总压力不变时，增大基础埋深对基底以下土中应力分布的影响是_______。
(A) 土中应力增大(B) 土中应力减小(C) 土中应力不变(D) 两者没有联系5. 一矩形基础，短边b=3m，长边l=4m ，在长边方向作用一偏心荷载F+G=1200kN 。
试问当p min=0时，最大压应力为。
(A) 120 kN/m2(B) 150 kN/m2(C) 200 kN/m26. 有一基础埋置深度d=1.5m ，建筑物荷载及基础和台阶土重传至基底总应力为100kN/m2，若基底以上土的重度为18 kN/m2，基底以下土的重度为17 kN/m2，地下水位在基底处，则基底竖向附加压力是。
(A) 73 kN/m2(B) 74.5 kN/m2(C) 88.75 kN/m27. 在砂土地基上施加一无穷均布的填土，填土厚2m ，重度为16kN/m3，砂土的重度为18kN/m3，地下水位在地表处，则5m深度处作用在骨架上的竖向应力为。
(A) 40 kN/m2(B) 32 kN/m2(C) 72 kN/m28. 有一个宽度为3m的条形基础，在基底平面上作出用着中心荷载F=240kN/m及力矩M=100kN⋅m/m 。
试问压力较小一侧基础边的底面与地基之间会不会脱开？(A) p min>0 (B) p min=0 (C) 脱开9. 地下水位突然从基础底面处下降3m，试问对土中的应力有何影响？(A) 没有影响(B) 应力减小(C) 应力增加10. 甲乙两个基础的l/b相同，且基底平均附加压力相同，但它们的宽度不同，b甲>b乙，基底下3m深处的应力关系为。
(A) σz（甲）=σz（乙）(B) σz（甲）>σz（乙）(C) σz（甲）<σz（乙）11. 当地基中附加应力曲线为矩形时，则地面荷载的形式为。
(A) 条形均布荷载(B) 矩形均布荷载(C) 无穷均布荷载12. 有一独立基础，在允许荷载作用下，基底各点的沉降都相等，则作用在基底的反力分布应该是。
(A) 各点应力相等的矩形分布(B) 中间小、边缘大的马鞍分布(C) 中间大、边缘小的钟形分布13. 当地下水位从基础底面处上升到地表面，对有效压力有何影响？(A) 有效应力增加(B) 有效应力减小(C) 有效应力不变二、问答题1. 什么是自重应力与附加应力？附加应力大小与何有关？2. 简述土的有效应力原理。
3. 基底压力的计算有何实用意义？列举影响基底压力分布的各因素。
4. 附加应力在地基中的传播、扩散有何规律？目前附加应力计算的依据是什么？附加应力计算有那些假设条件？5. 怎样计算矩形均布荷载作用下地基内任意点的附加应力？6. 地下水位的变化对地表沉降有无影响？为什么？第六章地基变形计算一、单项选择题1. 下述关于土体压缩性描述正确的是。
(A) 压缩系数a越大，压缩模量E s越小，压缩性越高(B) 压缩系数a越大，压缩模量E s越小，压缩性越低(C) 压缩系数a越大，压缩模量E s越大，压缩性越高(D) 压缩系数a越大，压缩模量E s越大，压缩性越低2. 均匀地基上两相同基础，基底压力相同，但埋置深度不同，两基础的计算最终沉降量。
(A) 埋深大的比埋深浅的沉降大(B) 埋深大的比埋深浅的沉降小(C) 两基础计算沉降无差别3. 土体压缩性e~p曲线是在条件下试验得到的。
(A) 三轴(B) 无侧限(C) 有侧限4. 对于某一种特定的粘性土，压缩系数a是不是一个常数？(A) 是常数(B) 不是常数，随竖向压力p增大而减小(C) 不是常数，随竖向压力p增大而增大5. 根据现场荷载试验p~s曲线，按弹性理论公式求得地基土的模量称为。
(A) 压缩模量(B) 变形模量(C) 弹性模量6. 有一个非饱和土样，孔隙比e=1.0。
在荷载p作用下压缩，饱和度S r由80%增加到95%，试问土样的含水量将。
(A) 没有变化(B) 变大(C) 变小7. 土的固结指的是。
(A) 总应力引起超孔隙水应力增长的过程(B) 超孔隙水应力消散，有效应力增长的过程(C) 总应力不断增加的过程8. 一个饱和土样，含水量为w=40%，重度γ=18kN/m3，土粒比重G s=2.7，压缩模量E s=1.27MPa，进行压缩试验（环刀高度为2cm ），荷载从零增至100kPa，土样压缩了。
(A) 1.57 mm (B) 1.36 mm (C) 0.08 mm9. 对于欠固结土，如果其结构强度遭到破坏时，则土的变形是。
(A) 发生蠕变(B) 在上覆荷载下沉降(C) 在上覆荷载下回弹10. 有一H厚的饱和粘土层，双面排水，加荷两年后固结度达到90%；若该土层是单面排水，则达到同样的固结度90%需时间。
(A) 4年(B) 1年(C) 8年11. 超固结土的e~lg p曲线是由一条水平线和两条斜线构成，p0与p c之间这条斜线的斜率称为。
(A) 回弹指数(B) 压缩系数(C) 压缩指数12. 一个饱和土样，含水量为w=40%，重度γ=18kN/m3，土粒比重G s=2.7，在压缩试验中（环刀高度为2cm），荷载从零增至100kPa，土样含水量变为34%，试问土的压缩系数a 为。
(A) 0.86 MPa-1(B) 0.9 MPa-1(C) 1.65 MPa-113. 有一箱形基础，上部结构传至基底的压力p=80kPa。
若地基土的重度γ=18kN/m3，地下水位在地表下10m处，试问埋置深度时，理论上可不考虑地基的沉降。
(A) ≥ 4.4 m (B) ≥ 8.3m (C) ≥ 10m14. 用分层总和法计算地基沉降时，附加应力曲线表示。
(A) 总应力(B) 孔隙水应力(C) 有效应力15. 当土为欠固结状态时，其先期固结压力p c与目前的上覆压力γ′z的关系为。
(A) p c>γ′z(B) p c=γ′z(C) p c<γ′z二、问答题1. 表征土的压缩性参数有那些？简述这些参数的定义及其测定方法？2. 什么是土的压缩性，它是由什么引起的？3. 压缩系数和压缩模量的物理意义是什么？两者有何关系？如何利用压缩系数和压缩模量评价土的压缩性质？4. 变形模量和压缩模量有何关系和区别？5. 什么是正常固结土、超固结土和欠固结土？土的应力历史对土的压缩性有何影响？6. 地基的变形主要是由什么应力引起的？为何采用分层总和法计算基础沉降先要计算土中的自重应力？7. 饱和粘性土地基的总沉降一般包括哪几个部分？按室内压缩试验结果计算的沉降主要包括哪几种？8. 简述饱和粘土地基的固结过程及有效应力的变化。
