土力学的重要知识

第1章土的组成§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.5土的结构和构造本章学习要求：（P4～5）了解土的形成、三相组成及常见的成因类型、土的三个特点掌握粒组划分、粒度成分（颗粒级配）定义和分析方法、级配曲线的应用、三种亲水性的粘土矿物掌握土中水的类型、定义和特征了解土的三种结构定义、土的构造的主要特征土的形成

土是由岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积作用所形成的各类松散沉积物（即土是岩石风化的产物）§1.1

概述根据土的形成条件，土常见的成因类型有：（P11）残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土、冰积土了解上述土是如何形成的？各有何工程特征？基岩覆盖土地壳表层（P10）1残积土(residualsoil)岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。它的基本特征是颗粒表面粗糙、多棱角、无分选、无层理。其粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。残积土的工程性质孔隙度↑、强度↓、压缩性↑，均质性差，但具有一定的结构强度。原位测试强度>>室内测试值。

土的主要成因类型及其基本特征

残积土2坡积土(slopesoil、slopedebrits)

残积土受重力和暂时性流水（雨水、雪水）的作用，搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土，坡积土粒度有一定的分选性和局部层理。坡积土的工程性质：结构疏松，一般具较高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较大。

土的主要成因类型及其基本特征

坡积土

残积土和坡积土受洪水冲刷、搬运，在山沟出口处或山前平原沉积下来的士，随离山远近有一定的分选性，颗粒有一定的磨圆。工程性质：

分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。3洪积土(diluvialsoils)

土的主要成因类型及其基本特征

洪积土

土的主要成因类型及其基本特征

洪积扇

间歇性的洪流把冲刷下来的物质带到沟口堆积，形成半圆锥状或者扇形堆积体，称为冲出锥或洪积扇。冲出锥的规模不大，面积一般只有几百平方米，顶部与沟口相连的地段，坡度较大，向外坡度变缓。洪积扇一般坡度较缓，面积较大。

土的主要成因类型及其基本特征

4冲积土(alluvialsoil)

河流的流水作用搬运到河谷坡降平缓的地带沉积起来的土，这类土经过长距离的搬运，颗粒具有较好的分选性和磨圆度，常具有层理。。冲积土

土的主要成因类型及其基本特征

5湖积土(marshdeposits)

在湖泊及沼泽等极为缓慢水流或静水条件下沉积起来的土，这类土除了含大量细微颗粒外，常拌有生物化学作用所形成的有机物，成为具有特殊性质的淤泥或淤泥质土。

土的主要成因类型及其基本特征

6海积土(marinesediment)

由河流流水搬运到海洋环境下沉积下来的土。滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、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。

土的主要成因类型及其基本特征

7风积土(aeoliandeposits)：在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物经风力搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，其颗粒磨圆度好，分选性好。最常见的是风成砂和风成黄土，我国西北黄土就是典型的风积土。

土的主要成因类型及其基本特征

8冰积土(glacialdeposits)

由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物。其颗粒粗细变化大、土质不均匀。分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。

土的主要成因类型及其基本特征

与一般建筑材料相比，土具有三个重要特点：P11①散体性：颗粒之间存在大量孔隙，可透水透气②多相性：土一般是三相体（土粒、水和气体）③自然变异性：土的性质复杂，不均匀，各向异性，且随时间和荷载条件的变化而不断变化

都是反映土的孔隙性规律基本内容（P1）土的渗透性土的压缩性抗剪强度特性土的压实性土体具有与一般连续固体材料不同的孔隙特性固体颗粒（固相）→构成土骨架水（液相）气体（气相）填充在孔隙中在一定条件下，土为二相体干土完全饱和土如各相本身的性质及相对含量的大小直接影响土的物理力学性质一般土是由土粒、水和气所组成的三相体（即湿土）土的组成（P1）土粒的大小、形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素§1.2

土中固体颗粒

一、土粒的粒度成分1、土粒粒度与粒组（P12）粒度指土粒的大小，通常以粒径表示粒组指介于一定粒径范围内的土粒注意：土粒粒组土的颗粒级配土粒的矿物成分常用的粒组划分方法：根据5个界限粒径：200、20、2、0.075、0.005㎜

将土粒分成六大粒组（注意：粒组名称和特征）P12常用土的粒度成分（土的颗粒级配）来表示土粒的大小及其组成情况土的粒度成分（土的颗粒级配）（P13）

指土中各个粒组的相对含量（用土样各粒组的质量占土粒总质量的百分数来表示）土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的2、土的颗粒分析试验（P13）筛分法：用于粒径＞0.075㎜的巨粒组和粗粒组沉降分析法：用于粒径＜0.075㎜的细粒组如密度计法（比重计法）或移液管法常用的测定方法当土内兼含大于和小于0.075㎜的土粒时，两种方法联合使用例如P29习题1-10

甲、乙两土样的颗粒分析试验结果20mm2mm0.5mm0.25mm0.1mm0.075mm振筛机筛分法密度计法（比重计法）（P13～14）根据土粒大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用斯托克斯定律计算出土粒的水力当量直径di，由ti时的密度计读数，计算出小于粒径di的土粒百分含量（详见《土工试验》）比重计比重计法实验颗粒分析试验结果常采用粒径累计曲线表示3、粒径累计曲线（颗粒级配曲线）（P14图1-3）土的颗粒级配曲线采用单对数坐标绘制横坐标为土粒粒径d（mm），用对数坐标表示纵坐标为小于（或大于）某粒径的土重（累计百分）含量，用普通坐标表示为什么？例如P28习题1-10甲土：粒径小于2mm的颗粒含量为100%粒径小于0.5mm的颗粒含量为粒径小于0.25mm的颗粒含量为

……由此绘出甲土的颗粒级配曲线颗粒级配好坏的判断正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变的不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段颗粒级配好坏的判断级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，土粒大小不均匀级配不良：粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布范围窄，土粒均匀

为了判别土粒级配是否良好，常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标描述粒径曲线的坡度和形状土的不均匀系数CuCu=d60/d10Cu<5的土视为级配不良的均粒土，而Cu>10的土称为级配良好的非均粒土。d10有效粒径D60限制粒径d30中值粒径（级配连续采用单一指标）土的曲率系数Cc（级配不连续采用双指标）Cu≥5,Cc=1~3时，为级配良好；Cu

相同的条件下，Cc

<1或Cc>3时，级配不连续。d10有效粒径D60限制粒径d30中值粒径工程上：

（P15）①对于级配连续的土:（仅用Cu即可判定土的级配）一般：Cu＞10的土，级配良好

Cu＜5的土，是均粒土，级配不良

②对于级配不连续的土（级配曲线出现台阶状）：单用Cu难以有效判定土的级配优劣，与Cc共同判定更合理对砂、砾类土：当同时满足

Cu≥5，Cc=1～3时，

级配良好；若不同时满足时，则级配不良（P15）颗粒级配是决定粗粒土工程性质的重要因素级配良好的土适宜作填方土料为什么？（P15）级配良好的土，易获得较大的密实度，此时地基土的强度和稳定性较好，透水性和压缩性较小（P15～16）台阶状曲线c出现台阶状，表明土缺乏中间粒径（d60与d10

之间某粒径区段的土粒），即为级配不连续的土二、土粒的矿物成分1、土粒的矿物成分（P16）固体颗粒有机质：如腐殖质、泥炭等（P17）矿物质原生矿物：石英、长石、云母等次生矿物粘土矿物可溶盐无定形氧化物胶体次生矿物和有机质对土的工程性质影响很大粘土矿物的种类、含量对粘性土的工程性质影响很大，如对膨胀土往往起决定作用三种常见的粘土矿物：（P21～22）

蒙脱石→亲水性最强，具极大胀缩性与可塑性伊利石→亲水性、胀缩性与可塑性居中高岭石→亲水性最弱，胀缩性与可塑性小比表面单位体积（或质量）颗粒的总表面积(P22)亲水性指矿物颗粒表面与水相互作用的能力土粒越小，比表面越大，亲水性越强有机质比粘土矿物有更强的胶体特性和更高的亲水性，例如在天然状态下有机质含量超过5%的粘性土，其含水量显著增大，呈现高压缩性和低强度等土中粘土矿物越多，土的粘性、塑性和胀缩性越大（补充）颗粒大小、形状2、土粒矿物成分与粒组的关系（P16）（P16图1-6）粗粒主要是物理化学性质较稳定的原生矿物细粒主要是次生矿物和有机质§1.3

土中水和土中气

P24图1-14P17表1-2一、土中水（P17）强结合水弱结合水土中水与土粒有着复杂的相互作用，土中细粒越多，土中水对土性影响越大（P17）水溶液当粘性土含较多弱结合水时，水膜受力后可变形、转移，使土具有可塑性，或加剧土的冻胀1、结合水（P17）指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的水性质：如不能传递静水压力，冰点低于00C等（P17）按电分子引力强弱又分为：

⑴强结合水（吸着水）特征：（P18）

⑵弱结合水（薄膜水）特征：（P18）

弱结合水对粘性土的粘性和塑性特征及工程性质影响很大（P18、P24）自学：P23～24粘土颗粒与水的相互作用注意：①何谓双电层？②工程中如何使扩散层变薄，改良土质？⑴重力水（P19）指受重力作用而移动的自由水存在于地下水位以下的透水土层中在重力或水头压力下流动时，对土粒产生渗流力对土粒和结构物（如基础）有浮力作用重力水对土中应力状态和开挖基坑排水及修筑地下构筑物防水等均有重要影响注意其对地基基础工程的不利影响2、自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水（P18）性质：如能传递静水压力等（P18～19）按其移动所受作用力的不同，又分为：工程中，须注意毛细水的上升高度和速度毛细水上升能引起地下室过分潮湿，地基土浸湿、加剧冻胀等；在干旱地区形成盐渍土⑵毛细水（P19）指受表面张力及重力作用的自由水存在于地下水位以上透水土层中毛细压力使湿砂具有“似粘聚力”现象毛细水饱和带在粉土中，毛细水上升较高较快毛细水分为：（P19）毛细悬挂水（与地下水无直接联系）毛细上升水（与地下水相连）靠近地下水位的部分为毛细水饱和带重力水二、土中气（P19）与大气连通的流通气体→常见于粗粒土中，对土的性质影响不大与大气隔绝的封闭气泡→常见于细粒土中，对土的工程性质影响较大，使土的弹性增加，透水性减小

是指土粒或土粒集合体的大小、形状、相互排列与联结关系等综合特征一般分三种基本类型单粒结构蜂窝结构絮状结构§1.4土的结构和构造土的结构和构造对土的透水性、压缩性、强度等性质也有很大影响一、土的结构（P26）疏松状态紧密状态1、单粒结构（P26～27）是由粗大土粒组成为碎