第1章 土的组成
主要内容 主要内容
• 1.1 概述 • 1.2 土中固体颗粒 • 1.3 土中水和土中气 • 1.4 土的结构和构造 • 本章要求：
大纲要求
掌握土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、 三种亲水性的黏土矿物、土中水类型； 熟悉土粒的矿物成分与粒组的关系，土的三 种微观结构，土的层理构造、裂隙及大孔隙 等宏观结构； 了解土中气在细粒土中的作用。
2
1.1 概述
（1）土的形成，什么是土？
风化 岩石
形成过程 形成条件
影响
物理力 学性质
土的形成
颗粒堆积物
搬运、沉积
成岩
影 响
固相（固体颗粒) 液相（土中水） 气相（土中气）
地球
地球
土是指：地球表面的整体岩石在大气中经受长 期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散 的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 是地壳完整岩石经受强烈风化、剥蚀、 搬运、沉积形成的第四纪松散堆积物。
3
土的三相组成 土的物理状态 决定 土的结构 土的工程分类 土的压实性
用 和应 研究 便于 土 好的 得较 获 如何
变形特性 强度特性 渗透特性
4
（2）地表地质作用 地表地质作用
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 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 量变 质变
2) 搬运与沉积
强风化 弱风化 微风化
1)风化作用
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
物理风化 化学风化 生物风化
原生矿物 次生矿物 有 机 质
无粘性土 粘性土
残积土 无搬运
颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理
动植物的活动
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
6
坡积土 重力: 滑坡堆积土 崩积土
(3)土的常见成因类型
（1）残积土： （2）坡积土： （3）洪积土 （4）冲积土 （5）湖积土 （6）海积土 （7）风积土 （8）冻积土 风化物未经搬运而残留于 风化物受重力和暂时性流 原地。基本特征是颗粒表 水作用，搬运到山坡或坡 面粗糙、多棱角、无分选、 受洪水冲刷、搬运，在沟 脚处沉积下来。颗粒随斜 无层理 口或山前平原沉积，颗粒 由河流流水搬运到河谷坡 在湖泊等缓慢水流或静水条 坡自上而下呈现出由粗而 有一定分选、磨园 降平缓的地带沉积，颗粒 件下沉积，成为具有特殊性 细的分选性和局部层理。 有较好的分选性和磨园 质的淤泥或淤泥质土。 度，常具有层理。 由风力搬运而成的土，颗 在海洋环境下沉积的土 粒磨园度好，分选性好， 如黄土。 由冰川或冰水挟带搬运沉 积，颗粒粗细变化大，土 质不均匀。
运积土 有搬运
洪积土 冲积土 流水: 湖泊沼泽沉积土 海相沉积土 泥石流堆积土 冰川: 冰积土 风：风积土
7
8
成因符 号 Qml Qal Qpl Qdl Qel Qeol Ql Qsef Qh
说明 人工堆积 冲积 洪积 坡积 残积 风积 湖积 泥石流堆 积 沼泽沉积
备注
Qm Qmc Qgl Qfgl Qb Qdel Qcol Qo Qch Qpr
海相沉积 海陆交互 沉积 冰积 冰水沉积 火山沉积 滑坡堆积 崩积 生物沉积 化学沉积 成因不明 沉积
（4） 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
9
1.2 土中的固体颗粒（固相）
（1）. 矿物成分
颗粒级配
原生矿物 物理风化作用下，土粒保持与母
岩相同的矿物成分。
如：长石、石英、云母颗粒
矿物成分
颗粒形状
次生矿物 在化学风化作用下，由于改变了
母岩原来的矿物成分，形成了新 矿物。主要是粘土矿物。
如：蒙脱石、伊利石、高岭石
物理状态
粘土矿物(clay minerals)：是由原生硅酸盐类经水 解作用而形成的次生硅酸盐矿物，具层状或链状晶 体结构，外形多呈片状，且含有不同数量的水。
11
由硅片和铝片构成的晶胞所组合而成
12
硅片的结构
13
铝片的结构
14
常见的三种 粘土矿物的 晶格构造
粘土矿物的带电性质
研究表明：
粘土颗粒的表面电荷，通常为负电荷
比表面积 ：单位质量 9克蒙脱土的总 土颗粒所拥有的总表 表面积大约与 面积 高岭石 伊利石 一个足球场一 粒 径 样大 大 中 2 2
蒙脱石
比表面积 10-20m /g 80-100m /g 小 中 胀 缩 性 大 中 渗 透 性 强 度 大 中
小 800m2/g 大 小 小
15 16
（2）土粒粒组和颗粒级配
•粒度 •粒组
土粒的大小 介于一定粒度范围内的土粒 划分粒组的分界尺寸
粘 土
粘 土 碎石
•界限粒径
土粒粒组的划分（土的分类标准GBJ145-90) 巨粒土 块石 卵石 d 200 粗粒土 砾石
粗 中
20 5
碎 石 细 砂 粗 砂
17
细粒土 粉粒 粘粒 mm
砂粒
细粗 中 细
60
2
0.5 0.25
0.075 0.005 （0.002）
卵石
颗分试验
颗粒级配
——土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重量百分数来表示
•确定方法 颗粒分析试验 • •表述方法 颗粒级配曲线：根据颗粒分析结果求出各粒组的含量占全
部土粒重量的百分比，然后按小颗粒至大颗粒计算累积百分含 量，用半对数坐标绘制成颗粒级配累积曲线。 筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm) 沉降法：适用于细粒土 (
筛 分 法
19
20
颗分试验
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 沉降法
21
10g 16g 18g 24g 22g 38g 72g 水分法
P % 95 87 78 66 55 36
小于某粒径之土粒重百分数P（％）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的颗粒级配累积曲线
0.01 0.005
1.0 0.5
粒径(mm)
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.005 10
22
不均匀程度： 不均匀系数
Cu = d60 / d10
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度: 曲率系数
小于某粒径之土重百分数（％）
较大颗粒缺少
Cc 减小 Cc 增大
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径: d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
0.01 0.005
1.0 0.5
0.01 0.005
0.001
1.0 0.5
0.10 0.05
10 5.0
粒径(mm)
粒径(mm)
Cc = d30 / (d60 ×d10 )—
2
C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
d60 d10 d30 Cu Cc 0.33 0.005 0.063 66 2.41
23
Cu ≥5,级配不均匀 C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
曲 d d d C C 60 10 30 u c 线
L M R 0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
24
0.001
0.10 0.05
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的颗粒级配累积曲线
土的颗粒级配累积曲线: 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
d60 d50 d30
d10
较小颗粒缺少
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的颗粒级配累积曲线
d60 d50 d30
d10
0.001
0.10 0.05
10 5.0
颗粒级配
颗粒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 3 或 Cc 3 或 Cc
【例题1】 如例图1-2.1所示A、B、C为三种用不同粒径 曲线所代表的土。试求每种土中的砾石、砂粒、粉粒、 粘粒粒组的含量各占多少?不均匀系数Cu及曲率系数Cc各 为多少?并对各曲线所反映的土的级配特性进行分析。
25
例图1-2.1 颗粒级配累积曲线
26
【解】
(1)按曲线A知 砂粒(2～0.075毫米)占100-5=95% 粉粒(0.075～0.005毫米)占5%
(2)按曲线B得知 砂粒(2～0.075毫米)占100-43=57% 粉粒(0.075～0.005毫米)占43-1=42% 粘粒(＜0.005毫米)占1%
Cu =
Cc =
Cu =
Cc =
d 60 0.165 = = 1.65
级配均匀 在1～3之间
(d 30 )
2
d 60 × d 10
=
(0.15)
d 60 0.115 = = 6.4 > 5 d10 0.018
土粒大小不均匀
2
0.165 × 0.10
= 1.36
(d 30 )2
d 60 × d10
=
(0.05)2
0.115×0.018
= 1 .2
在1～3之间。
虽然Cc在1～3之 间，但从曲线看 其坡度陡，Cu＜ 5，故为级配不良 的土。
从曲线看其坡度较 缓，Cu及Cc都满足 条件，故属级配良 好的土。
27
28
(3)按曲线C得知 砾石(20～2毫米)占100-56=44% 砂粒(2～0.075毫米)占56%
1.3 土中水和气（液相和气相）
（1）.土中水的存在形态
天然土体中常含有一定数量呈液态、固态或气态的水。一 般土需研究液态水，冻土还需研究固态水的含量。土中气态水， 对土的性质影响不大，通常不作重点研究。
Cu =
Cc =
d 60 2.8 = = 17 > 5 d10 0.165
土粒大小不均匀 不在1～3之间。
(d 30 )2
d 60 × d 10
=
(0.25)2
2.8 × 0.165
= 0.14
从曲线上看，曲线呈 台阶状，级配不连 续，缺乏中间粒径， 虽 然 Cu ＞ 5 ， 但 C c 不 在1～3之间，因此不 能同时满足两个条 件，属级配不良的土。
结晶水： 矿物内部的水 结合水 ： 吸附在土颗粒表面的水 自由水 : 电场引力作用范围之外的水 土中冰:
29
由自由水冻成，冻胀融陷
30
(2).土中水的分类 强结合水:(强束缚水或吸着水) 结合水 紧附于矿物颗粒表面。 弱结合水 :是在强结合水外围形成 的一层结合水膜。 重力水:重力水可以在土孔隙中 自由流动 自由水 毛细水:受到水和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
31
结合水
强结合水 • • • • • 发 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的的特性 温度高于100°C时可蒸 弱结合水 • • • • 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性
32
重力水
在重力作用下可在土中自由流动
自由水
• 毛细水 • 存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动
34
仁者乐山 智者乐水
毛细水
分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多 形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管
水蜘 蛛
内压 > 外压
收缩 膜
• 上升高度:
毛细水上升的高度和速度取 决于土的孔隙、有效粒径、 土孔隙中吸附的空气和水的 性质等
仰泳 的 水蜘 蛛
界面张力σ
液体 1 σ
毛细升高与 孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
35
生活在水面收缩膜 顶面和地面的昆虫
液体2
界面张力
(3). 土中气 自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大
在粗粒土中常可见与大气相连通的空气，在受力时，气体能很 快从孔隙中逸出，一般不影响土的性质。
小结 土有三个组成部分：固相、液相和气相 1. 固体颗粒
矿物成分 颗粒级配
结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水)
封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
在细粒土中，常存在与大气不相连通的封闭气泡，在土体受 压时，气体体积缩小，卸荷后体积又恢复，这使土的弹性变 形增大而透水性减小。
2. 土中水
3. 土中气体
自由气体 封闭气体
38
37
仁者乐山 智者乐水
1.4 土的结构和构造 （1）.土的结构 1）概念
补充土粒间 的相互作用
• 原状土和重 塑土的强度 • 沉积或碾压 土的各向异 性 …
土颗粒或粒团的空间 排列和相互联结
土的结构是指土粒单元相互排列的特征和粒间 的联结能力。它与土的矿物成分、颗粒形态和沉积 条件有关。
土的结 构
土体 的性质
2）分类
一般土的结构可归纳为三种基本类型。
• 土粒间的作用力 • 粗粒土的结构 • 细粒土的结构 • 粘性土的结构性指 标
土 的 结 构
39
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重
粒间作用力：重力 起决定性的作用。 在非饱和土中，还 受到毛细力的作用 排列形式：点与点 点与面
单粒结构示意 图
要的作用，其他粒间力起主导作用： 范德华力：接触点处的分子引力，作用范围 为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的 主因 库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距 离衰减的速度比范德华力慢 胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用 力是化合键，具有较高的强度 毛细力：土中毛细作用形成的力
粗粒土的结构
细土颗粒间的作用力
仁者乐山 智者乐水
示意图
分散结构
• 形成环境 淡水中沉积
凝聚结 构
海水中沉积
（a）单粒结构
（b）蜂窝结构
（c）絮状结构
表面力、胶结力 表面力、胶结力 • 粒间作用力 （粒间斥力占优势) （斥力减小引力增加) • 排列形式 面与面 边、角与面 边、角与边
a)单粒结构 单粒结构是砂、砾等粗粒土常呈现的结构特征。 b)蜂窝结构 蜂窝结构是粉土常呈现的结构特征。 c)絮状结构 絮状结构是细小的粘粒（粒径小于0.005mm） 或胶粒常呈现的结构特征。
44
天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型 的综合结构。往往先形成团粒
细粒土的结构
粘性土的微观结构
浙江软土的微观结构特征
上海软土结构的微观特征
图4—5
天津软土的微观结构特征 上海软土风干样微观结构特征
45
不同土水比条件下各土样扫描电镜照片
46
水泥为10%, 15%, 20%的 SEM照片 添加水泥后出现的结晶体
添加石灰后出现的结晶体
47
48
※细粒土的结构 ※粗粒土的结构
• 示意图 • 示意图 单粒结构 片堆结构 (絮状结构) • 形成环境 • 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分 淡水中沉积 片架结构 (蜂窝结构) 海水中沉积
• 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分
重力，毛细力 点与点、点与面 原生矿物
表面力、胶结力 表面力、胶结力 （粒间斥力占优势） （斥力减小引力增加） 面与面 次生矿物 边、角与面 次生矿物
天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。
49 50
§1.4 土的结构
仁者乐山 智者乐水
土的结构
土颗粒或粒团的 空间排列和相互联 结 细粒土的结构
1.4 土的结构和构造
（2）.土的构造 1）概念
土的构造是指土层在空间的赋存状态,表征土的层 理、裂隙及大孔隙等宏观特征。
粗粒土的结构 单粒结构
分散结构 凝聚结 构 粒间力起 主导作用 粘性土的 结构性指 标
2）土的构造主要特征
a)成层性：即层理构造。 b)裂隙性: 裂隙破坏土的整体性。沿裂隙面的抗剪强度很低，渗 透性很高，浸水以后裂隙张开，严重破坏土的结构，使 土的强度降低，这对工程建设是不利的。
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重力起主导作用
小
结
第1章 土的组成
主要内容 主要内容
• 1.1 概述 • 1.2 土中固体颗粒 • 1.3 土中水和土中气 • 1.4 土的结构和构造 • 本章要求：
大纲要求
掌握土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、 三种亲水性的黏土矿物、土中水类型； 熟悉土粒的矿物成分与粒组的关系，土的三 种微观结构，土的层理构造、裂隙及大孔隙 等宏观结构； 了解土中气在细粒土中的作用。
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1.1 概述
（1）土的形成，什么是土？
风化 岩石
形成过程 形成条件
影响
物理力 学性质
土的形成
颗粒堆积物
搬运、沉积
成岩
影 响
固相（固体颗粒) 液相（土中水） 气相（土中气）
地球
地球
土是指：地球表面的整体岩石在大气中经受长 期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散 的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 是地壳完整岩石经受强烈风化、剥蚀、 搬运、沉积形成的第四纪松散堆积物。
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土的三相组成 土的物理状态 决定 土的结构 土的工程分类 土的压实性
用 和应 研究 便于 土 好的 得较 获 如何
变形特性 强度特性 渗透特性
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（2）地表地质作用 地表地质作用
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 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 量变 质变
2) 搬运与沉积
强风化 弱风化 微风化
1)风化作用
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
物理风化 化学风化 生物风化
原生矿物 次生矿物 有 机 质
无粘性土 粘性土
残积土 无搬运
颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理
动植物的活动
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
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坡积土 重力: 滑坡堆积土 崩积土
(3)土的常见成因类型
（1）残积土： （2）坡积土： （3）洪积土 （4）冲积土 （5）湖积土 （6）海积土 （7）风积土 （8）冻积土 风化物未经搬运而残留于 风化物受重力和暂时性流 原地。基本特征是颗粒表 水作用，搬运到山坡或坡 面粗糙、多棱角、无分选、 受洪水冲刷、搬运，在沟 脚处沉积下来。颗粒随斜 无层理 口或山前平原沉积，颗粒 由河流流水搬运到河谷坡 在湖泊等缓慢水流或静水条 坡自上而下呈现出由粗而 有一定分选、磨园 降平缓的地带沉积，颗粒 件下沉积，成为具有特殊性 细的分选性和局部层理。 有较好的分选性和磨园 质的淤泥或淤泥质土。 度，常具有层理。 由风力搬运而成的土，颗 在海洋环境下沉积的土 粒磨园度好，分选性好， 如黄土。 由冰川或冰水挟带搬运沉 积，颗粒粗细变化大，土 质不均匀。
运积土 有搬运
洪积土 冲积土 流水: 湖泊沼泽沉积土 海相沉积土 泥石流堆积土 冰川: 冰积土 风：风积土
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成因符 号 Qml Qal Qpl Qdl Qel Qeol Ql Qsef Qh
说明 人工堆积 冲积 洪积 坡积 残积 风积 湖积 泥石流堆 积 沼泽沉积
备注
Qm Qmc Qgl Qfgl Qb Qdel Qcol Qo Qch Qpr
海相沉积 海陆交互 沉积 冰积 冰水沉积 火山沉积 滑坡堆积 崩积 生物沉积 化学沉积 成因不明 沉积
（4） 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
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1.2 土中的固体颗粒（固相）
（1）. 矿物成分
颗粒级配
原生矿物 物理风化作用下，土粒保持与母
岩相同的矿物成分。
如：长石、石英、云母颗粒
矿物成分
颗粒形状
次生矿物 在化学风化作用下，由于改变了
母岩原来的矿物成分，形成了新 矿物。主要是粘土矿物。
如：蒙脱石、伊利石、高岭石
物理状态
粘土矿物(clay minerals)：是由原生硅酸盐类经水 解作用而形成的次生硅酸盐矿物，具层状或链状晶 体结构，外形多呈片状，且含有不同数量的水。
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由硅片和铝片构成的晶胞所组合而成
12
硅片的结构
13
铝片的结构
14
常见的三种 粘土矿物的 晶格构造
粘土矿物的带电性质
研究表明：
粘土颗粒的表面电荷，通常为负电荷
比表面积 ：单位质量 9克蒙脱土的总 土颗粒所拥有的总表 表面积大约与 面积 高岭石 伊利石 一个足球场一 粒 径 样大 大 中 2 2
蒙脱石
比表面积 10-20m /g 80-100m /g 小 中 胀 缩 性 大 中 渗 透 性 强 度 大 中
小 800m2/g 大 小 小
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（2）土粒粒组和颗粒级配
•粒度 •粒组
土粒的大小 介于一定粒度范围内的土粒 划分粒组的分界尺寸
粘 土
粘 土 碎石
•界限粒径
土粒粒组的划分（土的分类标准GBJ145-90) 巨粒土 块石 卵石 d 200 粗粒土 砾石
粗 中
20 5
碎 石 细 砂 粗 砂
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细粒土 粉粒 粘粒 mm
砂粒
细粗 中 细
60
2
0.5 0.25
0.075 0.005 （0.002）
卵石
颗分试验
颗粒级配
——土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重量百分数来表示
•确定方法 颗粒分析试验 • •表述方法 颗粒级配曲线：根据颗粒分析结果求出各粒组的含量占全
部土粒重量的百分比，然后按小颗粒至大颗粒计算累积百分含 量，用半对数坐标绘制成颗粒级配累积曲线。 筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm) 沉降法：适用于细粒土 (
筛 分 法
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颗分试验
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 沉降法
21
10g 16g 18g 24g 22g 38g 72g 水分法
P % 95 87 78 66 55 36
小于某粒径之土粒重百分数P（％）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的颗粒级配累积曲线
0.01 0.005
1.0 0.5
粒径(mm)
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.005 10
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不均匀程度： 不均匀系数
Cu = d60 / d10
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度: 曲率系数
小于某粒径之土重百分数（％）
较大颗粒缺少
Cc 减小 Cc 增大
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径: d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
0.01 0.005
1.0 0.5
0.01 0.005
0.001
1.0 0.5
0.10 0.05
10 5.0
粒径(mm)
粒径(mm)
Cc = d30 / (d60 ×d10 )—
2
C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
d60 d10 d30 Cu Cc 0.33 0.005 0.063 66 2.41
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Cu ≥5,级配不均匀 C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
曲 d d d C C 60 10 30 u c 线
L M R 0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
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0.001
0.10 0.05
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的颗粒级配累积曲线
土的颗粒级配累积曲线: 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
d60 d50 d30
d10
较小颗粒缺少
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的颗粒级配累积曲线
d60 d50 d30
d10
0.001
0.10 0.05
10 5.0
颗粒级配
颗粒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 3 或 Cc 3 或 Cc
【例题1】 如例图1-2.1所示A、B、C为三种用不同粒径 曲线所代表的土。试求每种土中的砾石、砂粒、粉粒、 粘粒粒组的含量各占多少?不均匀系数Cu及曲率系数Cc各 为多少?并对各曲线所反映的土的级配特性进行分析。
25
例图1-2.1 颗粒级配累积曲线
26
【解】
(1)按曲线A知 砂粒(2～0.075毫米)占100-5=95% 粉粒(0.075～0.005毫米)占5%
(2)按曲线B得知 砂粒(2～0.075毫米)占100-43=57% 粉粒(0.075～0.005毫米)占43-1=42% 粘粒(＜0.005毫米)占1%
Cu =
Cc =
Cu =
Cc =
d 60 0.165 = = 1.65
级配均匀 在1～3之间
(d 30 )
2
d 60 × d 10
=
(0.15)
d 60 0.115 = = 6.4 > 5 d10 0.018
土粒大小不均匀
2
0.165 × 0.10
= 1.36
(d 30 )2
d 60 × d10
=
(0.05)2
0.115×0.018
= 1 .2
在1～3之间。
虽然Cc在1～3之 间，但从曲线看 其坡度陡，Cu＜ 5，故为级配不良 的土。
从曲线看其坡度较 缓，Cu及Cc都满足 条件，故属级配良 好的土。
27
28
(3)按曲线C得知 砾石(20～2毫米)占100-56=44% 砂粒(2～0.075毫米)占56%
1.3 土中水和气（液相和气相）
（1）.土中水的存在形态
天然土体中常含有一定数量呈液态、固态或气态的水。一 般土需研究液态水，冻土还需研究固态水的含量。土中气态水， 对土的性质影响不大，通常不作重点研究。
Cu =
Cc =
d 60 2.8 = = 17 > 5 d10 0.165
土粒大小不均匀 不在1～3之间。
(d 30 )2
d 60 × d 10
=
(0.25)2
2.8 × 0.165
= 0.14
从曲线上看，曲线呈 台阶状，级配不连 续，缺乏中间粒径， 虽 然 Cu ＞ 5 ， 但 C c 不 在1～3之间，因此不 能同时满足两个条 件，属级配不良的土。
结晶水： 矿物内部的水 结合水 ： 吸附在土颗粒表面的水 自由水 : 电场引力作用范围之外的水 土中冰:
29
由自由水冻成，冻胀融陷
30
(2).土中水的分类 强结合水:(强束缚水或吸着水) 结合水 紧附于矿物颗粒表面。 弱结合水 :是在强结合水外围形成 的一层结合水膜。 重力水:重力水可以在土孔隙中 自由流动 自由水 毛细水:受到水和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
31
结合水
强结合水 • • • • • 发 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的的特性 温度高于100°C时可蒸 弱结合水 • • • • 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性
32
重力水
在重力作用下可在土中自由流动
自由水
• 毛细水 • 存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动
34
仁者乐山 智者乐水
毛细水
分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多 形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管
水蜘 蛛
内压 > 外压
收缩 膜
• 上升高度:
毛细水上升的高度和速度取 决于土的孔隙、有效粒径、 土孔隙中吸附的空气和水的 性质等
仰泳 的 水蜘 蛛
界面张力σ
液体 1 σ
毛细升高与 孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
35
生活在水面收缩膜 顶面和地面的昆虫
液体2
界面张力
(3). 土中气 自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大
在粗粒土中常可见与大气相连通的空气，在受力时，气体能很 快从孔隙中逸出，一般不影响土的性质。
小结 土有三个组成部分：固相、液相和气相 1. 固体颗粒
矿物成分 颗粒级配
结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水)
封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
在细粒土中，常存在与大气不相连通的封闭气泡，在土体受 压时，气体体积缩小，卸荷后体积又恢复，这使土的弹性变 形增大而透水性减小。
2. 土中水
3. 土中气体
自由气体 封闭气体
38
37
仁者乐山 智者乐水
1.4 土的结构和构造 （1）.土的结构 1）概念
补充土粒间 的相互作用
• 原状土和重 塑土的强度 • 沉积或碾压 土的各向异 性 …
土颗粒或粒团的空间 排列和相互联结
土的结构是指土粒单元相互排列的特征和粒间 的联结能力。它与土的矿物成分、颗粒形态和沉积 条件有关。
土的结 构
土体 的性质
2）分类
一般土的结构可归纳为三种基本类型。
• 土粒间的作用力 • 粗粒土的结构 • 细粒土的结构 • 粘性土的结构性指 标
土 的 结 构
39
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重
粒间作用力：重力 起决定性的作用。 在非饱和土中，还 受到毛细力的作用 排列形式：点与点 点与面
单粒结构示意 图
要的作用，其他粒间力起主导作用： 范德华力：接触点处的分子引力，作用范围 为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的 主因 库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距 离衰减的速度比范德华力慢 胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用 力是化合键，具有较高的强度 毛细力：土中毛细作用形成的力
粗粒土的结构
细土颗粒间的作用力
仁者乐山 智者乐水
示意图
分散结构
• 形成环境 淡水中沉积
凝聚结 构
海水中沉积
（a）单粒结构
（b）蜂窝结构
（c）絮状结构
表面力、胶结力 表面力、胶结力 • 粒间作用力 （粒间斥力占优势) （斥力减小引力增加) • 排列形式 面与面 边、角与面 边、角与边
a)单粒结构 单粒结构是砂、砾等粗粒土常呈现的结构特征。 b)蜂窝结构 蜂窝结构是粉土常呈现的结构特征。 c)絮状结构 絮状结构是细小的粘粒（粒径小于0.005mm） 或胶粒常呈现的结构特征。
44
天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型 的综合结构。往往先形成团粒
细粒土的结构
粘性土的微观结构
浙江软土的微观结构特征
上海软土结构的微观特征
图4—5
天津软土的微观结构特征 上海软土风干样微观结构特征
45
不同土水比条件下各土样扫描电镜照片
46
水泥为10%, 15%, 20%的 SEM照片 添加水泥后出现的结晶体
添加石灰后出现的结晶体
47
48
※细粒土的结构 ※粗粒土的结构
• 示意图 • 示意图 单粒结构 片堆结构 (絮状结构) • 形成环境 • 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分 淡水中沉积 片架结构 (蜂窝结构) 海水中沉积
• 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分
重力，毛细力 点与点、点与面 原生矿物
表面力、胶结力 表面力、胶结力 （粒间斥力占优势） （斥力减小引力增加） 面与面 次生矿物 边、角与面 次生矿物
天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。
49 50
§1.4 土的结构
仁者乐山 智者乐水
土的结构
土颗粒或粒团的 空间排列和相互联 结 细粒土的结构
1.4 土的结构和构造
（2）.土的构造 1）概念
土的构造是指土层在空间的赋存状态,表征土的层 理、裂隙及大孔隙等宏观特征。
粗粒土的结构 单粒结构
分散结构 凝聚结 构 粒间力起 主导作用 粘性土的 结构性指 标
2）土的构造主要特征
a)成层性：即层理构造。 b)裂隙性: 裂隙破坏土的整体性。沿裂隙面的抗剪强度很低，渗 透性很高，浸水以后裂隙张开，严重破坏土的结构，使 土的强度降低，这对工程建设是不利的。
52
重力起主导作用
小
结