第一章土的物質組成與結構構造第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三本章主要內容：第一節土中的固體顆粒；第二節土的礦物成分；第三節土中的水；第四節土中的氣體；第五節土的結構和構造。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三土是由地球外殼堅硬的巖石在風化作用下（物理風化、化學風化、生物風化）形成的在原地殘留或經過各種不同類型的動力搬運后，在各種自然環境中重新堆積而成的堆積物。年代不長,未壓密硬結成巖之前，呈松散狀態，一般也稱為第四紀沉積層。土是由固、液、氣相組成的三相體系。

第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第一節土中的固體顆粒

土中的固體顆粒（土粒）的大小、形狀、礦物成份及其組成情況是決定土的物理力學性質的重要因素。

一、土的粒組

1、粒徑：土的固體顆粒（土粒）的大小通常以其直徑尺寸表示，簡稱粒徑。

2、粒組與界限粒徑：按尺寸對顆粒進行分組，劃分的粒徑在一定區段內，成分及性質相似的土粒組別，稱為粒組；分界尺寸的界限粒徑。第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三3、六大粒組的劃分方案：漂石（塊石）組：d>200mm卵石（碎石）組：20mm<d<200mm圓礫（角礫）組：2mm<d<20mm(粗、中、細：20～10～5～2)砂粒組：0.075mm<d<2mm（粗、中、細、極細：2～0.5～0.25～0.1～0.075）粉粒組：0.005mm<d<0.075mm(粗、細：0.075～0.01～0.005)粘粒組：d<0.005mm(粗、細：0.005～0.002～0)

第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三二、土的粒度成分（土的顆粒級配）

1、定義：各粒組在土中相對百分含量。2、研究土顆粒級配的意義：粒徑變化，性質變化。

3、顆粒級配的試驗分析方法：<1>篩分法（d＞0.075mm

）:風干、分散，過一套不同孔徑（20，10，5，2，1，0.5，0.25，0.075mm）的標準篩；<2>沉降分析法（d＜0.075mm

）

：a．比重計法；b．移液管法；第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三4、顆粒級配表示方法

（1）表格法：常用于土工試驗報告書，數據準確。

（2）顆粒級配累積曲線：

橫坐標——表示粒徑，由于土粒大小差異非常大，所以常以對數坐標表示；

縱坐標——表示小于某粒徑的土的質量占土的總質量的百分比，即累積百分含量。

第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三曲線越陡，表示粒徑相差不多，土粒較均勻，顆粒級配較差；曲線越平緩，表示粒徑相差懸殊，土粒不均勻，顆粒級配良好。工程上常用不均勻系數（Cu）與曲率系數Cc（或Cq）來衡量土的不均勻程度及其級配好壞：其中：d60——限制粒徑，相應于累積百分含量為60%的粒徑，mm;

d10——有效粒徑，相應于累積百分含量為10%的粒徑，mm;

d30——相應于累積百分含量為30%的粒徑，mm;Cu值越大，表示土顆粒越不均勻，顆粒級配良好，Cc反映該分析曲線的整體形狀。Cu≥5時及1<Cc<3時的土為級配良好的土。

第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三三、土按粒度成分（顆粒級配）的分類第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第二節土的礦物成份

包括：原生礦物、次生礦物、可溶鹽、有機質。

1、原生礦物：母巖風化后仍然保留的礦物。常見的有：石英、長石、角閃石、云母等。2、次生礦物：母巖風化后形成的新礦物。一般分為三種：（1）粘土礦物：高嶺石、蒙脫石、伊利石、水云母；（2）次生SiO2（3）倍半氧化物（Al2O3、Fe2O3）

第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三3、可溶鹽（1）易溶鹽：NaCl、CaCl2、Na2SO4.10H2O（芒硝）、Na2CO3.10H2O（蘇打）（2）中溶鹽：CaSO4.2H2O（石膏）、MgSO4（3）難溶鹽：CaCO3、MgCO34、有機質：土中植物殘骸在微生物作用下分解而形成的產物。

第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第三節土中的水

1．為什么要研究土中的水：（1）．自然條件下土中總含水；（2）．土中細顆粒多時，水對土性影響很大。2．土中水的存在形態與分類：（1）相態分為：固、液、氣；（2）分類：礦物成分水、結合水、自由水。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三3、礦物成分水：存在于土粒礦物結晶格架內或參與礦物晶格構成的水，一般分為三種：結構水：以離子形式存在于土粒礦物結晶格架內部的固定位置上的水；結晶水：以固定數量的分子形式存在于土粒礦物結晶格架內部的固定位置上的水；沸石水：以不定數量的分子形式存在于土粒礦物相鄰晶胞之間的水。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三4、結合水（吸附水）a.定義：受分子引力、靜電引力的作用，吸附于土粒表面的土中的水。這種引力高達幾千到幾萬個大氣壓，使水分子和和土粒表面牢固結合在一起。b.形成機理：負電荷、電場、陽離子、極性水分子、定向排列。

第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三c.強結合水（吸著水）及特征：受顆粒電場吸引，緊緊吸附于顆粒表面周圍的結合水稱為強結合水，厚度幾個分子。

特征：沒有溶解能力，不能傳遞水壓力，性質近于固體，1.2～1.4g/cm3，難于蒸發，難于結冰（-780C），具很大粘滯性、彈性和抗剪強度。僅有強結合水時，粘土堅硬，砂土散。d.弱結合水（薄膜水）及特征：弱結合水是強結合水外圍的結合水膜。

特征：不能傳遞靜水壓力，可向鄰近水膜移動；冰點-0.5～-30，弱結合水大時，粘性土可塑。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三5．自由水

（1）定義及特點：為土粒孔隙中超出土粒表面靜電場引力作用范圍的水，冰點0℃，有溶解能力，能傳遞靜水壓力與普通水一樣。分為毛細水與重力水。

（2）重力水：地下水位以下含水層中自由水；重力或壓差作用下自由移動，滲流對土粒有浮力作用。

（3）毛細水：是由于毛細作用保持在土的毛細孔隙中的地下水。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三（4）固態水：當溫度降到0℃以下時，土中的水（主要是重力水）凍結成固態水（冰），固態水在土中可以起到膠結作用，提高土的力學強度，降低透水性。

（5）氣態水：以水氣的形式存在于土粒間的水，可以從氣壓高的地方向氣壓低的地方移動，也可以在土粒表面凝聚轉化為其他各種類型的水。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第四節土中的氣體

1.類型:以O2、N2、CO2為主，還含有少量的CH4、H2S。2.分類：游離氣體與封閉氣體。游離氣體存在于近地表的包氣帶中，與大氣相通，對土的性質影響較小。封閉氣體存在于呈封閉狀態的土孔隙中，與大氣隔絕。3.封閉氣體對工程影響：滲透性減小，彈性增大，延緩土體變形隨時間的發展過程。

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第五節土的結構和構造一、土的結構

土的結構是指土的固體顆粒及其孔隙間的幾何排列和連接方式。一般把土結構分為兩大類：單粒（散粒）結構和團聚結構。

單粒結構也稱散體結構，是指土顆粒直接接觸和支撐、固體顆粒沒有連結或只在潮濕時具有微弱的毛細力連結的結構方式，它是無粘性土的基本結構形式。這些土的顆粒粗大，在沉積過程中，土顆粒可以靠自身的重力作用而沉積下來，形成土顆粒的相互接觸、相互支撐的堆積體。第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期三

團聚結構也稱集合體結構或絮凝結構，是指細小的土粒，沉積過程中粒間引力大于重力，使之在水中不能以單個顆粒沉積下來，需要凝聚成集合體（也稱為團聚體）后才能沉積。由土顆粒團聚體形成的疏松多孔的結構稱為團聚結構。這類結構為粘性土所