工程岩土最全复习资料

一、土的物质组成

1、土的概念：土是由固体相（岩屑或矿物颗粒及有机物质）、液体相（液态水）和气体相三相物质组成的。土的三相基本组成相互联系，相互作用，共同形成土的工程地质性质，是构成土的工程地质性质的基础。固体颗粒是土的主要的物质成分，也是最稳定、变化最小的成分，构成了土的骨架主体，在三相之间相互作用过程中居主导地位。

2、土的组成：土颗粒、水和气体。

3、粒度成分：各种不同粒径的颗粒在土中的相对含量称为力度成分,也称粒度级配。

4、分析方法：筛析法——粗粒土（d>0.075mm）, 静水沉降法——细粒土。目前测定细粒土粒度成分的方法有虹吸比重瓶法、移液管法、密度计法。

5、粒组的划分

粒组：大小相近，性质相似的组别称粒组（粒级）。

划分原则：①在一定的粒度变化范围内，工程地质性质相似；②与目前粒度成分的测定技术相适应。

划分方案：按粒径由粗到细分为：漂粒组，卵粒组，砾粒组，砂粒组、粉粒组和粘粒组。

方案三：巨粒（60mm）粗粒（0.075mm）细粒 .

各粒组的性质

①漂、卵、砾粒组：多为岩石碎块。孔隙粗大，透水性极强，粒间没有连结，既无可塑性，也无胀缩性；压缩性极低，强度较高。②砂粒组：主要为原生矿物颗粒，成份大多是石英、长石、云母等。孔隙大，透水性强，毛细上升高度很小；湿时粒间具有弯液面力，可将细颗粒连结在一起；干时及饱水时，粒间没有连结，既无可塑性，也无胀缩性；压缩性极弱，强度较高。③粉粒组：是原生矿物与次生矿物的混合体。性质介于粘粒与砂粒之间。湿润时略有粘性，失去水分时粘结力降低，有一定压缩性，强度较低。④粘粒组：主要由次生矿物组成。孔隙很小，透水性极弱，有可塑性，胀缩性；失水时连结力增强使土变硬；湿时具有较强压缩性，强度较低。

6、土的粒度成分的表示方法:

（1）列表法：将粒度分析结果用表格形式表达。

优点：可以清楚的用数量说明土的各粒组的含量；缺点：大量土样比较时较困难。（2）累计曲线法：以粒径 d 为横坐标，以该粒径的累计百分含量 Xd 为纵坐标，在直角坐标系中表示两者的关系曲

线。两种类型－自然数坐标系、半对数坐标系

优点：对一个地区的土样比较时较直观醒目。

缺点：土样较多时显得繁乱不易分辨。

不均匀系数（Cu）与曲率系数（Cc）

Cu= Cc=

d10----累计含量为 10%的粒径； d30----累计含量为 30%的粒径； d60----累计含量为 60%的粒径；

不均匀系数（Cu）与曲率系数（Cc）可反映土的粒度均匀性和级配情况。当 Cu ≥5 且 Cc=1～3 时，为良好级配土，即不均粒土。Cu 越大，土质越不均匀。

有效粒径 d10：由一种粒径土组成的理想均粒土，如果与另一非均粒土具有相等的透水性，那么这个均粒土的粒径与这个非均粒土的 d10大致相等。

（3）三角图法

7、粘土矿物的基本类型和特征

粘土矿物是指由原生矿物长石、云母等硅酸盐矿物经化学风化而形成的具有片状或链状结晶格架的颗粒细小、亲水性强、具有胶体特性的铝硅酸盐矿物。（1）高岭石：亲水性弱，低压缩，抗剪强度较大。（2）蒙脱石：亲水性较强，膨胀性显著，高压缩，低抗剪。（3）伊利石：工程地质性质介于高岭石与蒙脱石之间。

8、土中水的类型：强结合水、弱结合水、毛细水、重力水等。

1.矿物中的结合水

(1）结构水：以 OH- 离子或 H+离子的形式存于矿物晶格架中的固定位置上。 (2）结晶水：以水分子的形式存于矿物晶格架中的固定位置上。 (3）沸点水：以水分子形式存于矿物晶胞之间。

2.土粒表面结合水

当土空隙中的水与土粒表面接触时，出于细小土粒表面的静电引力作用和水分子是—种极性分子，水分子被极化，并被吸附于土粒周围，形成一层水膜，这部分水通常称为土粒表面结合水，简称结合水。结合水愈靠近土粒表面，吸引越牢固，水分子排列愈紧密、整齐，活动性愈小。随着距离增大，吸引力减弱，活动性增大。一般又将结合水分为强结合水和弱结合水两种不同类型。总之，结合水性质不同于普通液态水，不受重力影响，主要存在于细粒土中，土粒表面静电引力对水分子起主导作用。因此，它有一系列的特殊性质。强结合水具有固体的特性，我们将它归属于固相部分。弱结合水厚度的变化是影响细粒土物理力学性质的因素之一，其厚度的变化取决于土粒的大小、形状和矿物成分，也取决于水溶液的pH值、溶液中离子成分、浓度等。

二、粘粒与水的相互作用

1、比表面积 (S)

每克或每立方厘米的分散相具有的总表面积（单位：cm2）。假设土粒呈球形，d 为直径：

分散相：固体相的土粒构成分散体系中的分散相。

分散作用：由液体相的空隙溶液构成。

影响比表面积的因素 : ①土粒的大小：一定量的粘粒表面水化膜总体积要大于同体积的粗砂或粉土的水化膜总体积的数十倍至数百倍。②土粒的形状：球形颗粒每单位体积的表面积最小，板状或片状颗粒的表面积最大。

2、电泳:带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反的电极移动，称为电泳.

电动:如果相互接触的固－液或液－液两相中分别带有符号相反的过剩电荷，则由于界面上存在双电层，在外加电场的作用下会发生两相的相对运动。反之，若外力迫使两相作相对运动，则沿液体运动方向会出现液相中的电势（位）差，并引起离子的电迁移。这类现象统

称为电动现象。

双电层：由决定电位离子层和反号离子层构成电性相反的电层称双电层。形成的原因:由于粘粒具有较大的比表面能,可与空隙溶液相互作用,在其表面形成了双电层。

3、影响粘粒扩散层厚度的因素：

1.土粒的矿物成分与分散程度颗粒的分散程度愈高，比表面积愈大，对一定量的上来说，扩散层的总体积也愈大。颗粒的比表面积与颗粒的大小、形状有关，颗粒的形状又与矿物成分有关，所以矿物成分是决定的因素。

2.溶液的化学成分对于由选择性吸附而形成的双电层的矿物而言，介质中可被选择吸附的离子浓度愈大，则热力学电位愈大，扩散层愈厚；反之，扩散层则愈薄。

3. 溶液的浓度当溶液中反号离子的浓度增加时，可对扩散层中的反号离子起排斥作用，结果使扩散层中的离子被迫进入团定层，扩散层变薄。

4.溶液的pH值由次生二氧化硅、游离氧化物、粘土矿物组成的粘粒，其溶液的pH值将决定着双电层的热力学电位，从而影响到扩散层的厚度。

4、土中的离子交换：粘粒与水溶液相互作用后，吸附在其表面的阳离子(或者阴离子)可与溶液中的离子(或者阴离子)进行交换，这种现象称离子交换。

土壤阳离子交换的特点：1/可逆反应并能迅速达到平衡2/ 阳离子交换按当量关系进行3/ 不同阳离子的代换力有大小差异（离子价数、原子序数、离子运动速度、质量作用定律）

5、聚沉作用：相邻粘粒在一定条件下形成集合体的作用称聚沉作用或絮凝作用。聚沉作用基本类型：电介质聚沉、相互聚沉、干燥聚沉、冻结聚沉。特点：扩散层变薄；溶液ph值与等电ph值接近甚至等于零；聚沉值与反离子价数成反比；同价离子的水比离子半径与聚沉能力成反比。

稳定作用：原来成为集合体的土粒，由于扩散层变厚，或者使带有相反电荷符号的土粒转为带有同号电荷，也能使扩散层增厚，当粒间排斥力大于吸引力时，颗粒重新分离，这种作用称“稳定作用”。触变：当粘粒发生聚结，如果受到振动、搅拌、超声波、电流等外力作用的影响，则往往会“液化”，变成溶胶或悬液，而当这些外力作用停止后，它们又重新聚结，这种一触即变的现象称“触变”。陈化；有的触变性土，经一定时间后就失去液化的能力，失去了原有的触变性。这种变化是不可逆的，叫做“陈化”

三、土的结构和土体结构

1、土的结构：微观结构（土的结构）形态学特征：土颗粒的大小、形状、表面特征，几何学特征：结构单元体在空间的排列状况，能量学特征：结构连结特征，孔隙特征。

宏观结构（土体结构）：原生结构：层理，次生结构：不连续面（节理、裂隙等）及其组合特征。

2、土的结构连结：指组成土的颗粒之间的连结，组合关系，简称连结。

按连结物质性质的分类（1）结合水连结：通过粒间的结合水膜而使邻近土颗粒连结起来的连结形式。（2）胶结连结：土粒由某些物质胶结起来形成的连结。（3）毛细水连结：砂土在潮湿时，砂粒、粉粒间有毛细水弯液面力（或称毛细压力）作用于土粒，将土粒暂时地连结在一起。（4）冰连结：含冰冻土的一种暂时性连结。（5）无连结：粒间呈无连接状态。

按连结力的性质分类（1）化学连结：是由原子的外围电子，即价电子来实现的连结。化学连结包括：共价键连结、离子键连结、金属键连结（2）静电连结：电性不同的两种粘粒直接吸引。（3）离子—静电连结：带负电荷的粘粒被介于其间的阳离子静电吸引而成。 4）毛细力连结：存在于土的三相交界面上，在毛细管内的水形成弯液面力使土粒靠近而连结。（5）分子连结：是由分子力或

范德华力来实现的。（6）磁性连结：粘粒表面存在着厚度约为 0.05—0.5ūm 的磁铁质薄膜引起的。

3、粗粒土的微观结构类型（1）粗粒土的结构主要为单粒结构。（2）根据单粒间的排列接触关系：松散结构、紧密结构。（3）结论：具有单粒排列的卵粒类土和砂类土，孔隙大，透水强，土粒间一般没有内聚力，但土粒相互依靠支撑，内摩擦力较大，受压力时土体积变化较小。

细粒土的微观结构类型

分类：骨架状结构、絮凝状结构、团粒状结构、叠片状结构、凝块状结构、蜂窝状结构、海绵状结构、磁畴状结构、基质状结构等。

研究土结构的方法：粗粒土——粒度分析（筛析法），细粒土——X 射线能谱和波谱分析法、压汞法、电子显微镜等。

四、土的基本物理性质

1、土的基本物理性质包括土的密度、土的含水性和土的孔隙性。它们反映了土的三相物质的比例关系，土的松密和干湿程度。

2、细粒土的可塑性及其指标

当土的含水率在塑限和液限范围内时，土处于塑态稠度，具有可塑性，即土在外力作用下可以揉塑成任意形状而不破坏土粒间连结，并且在外力解除后也不恢复原来的形状，保持已有的变形，细粒土的这种性质称为可塑性。

细粒土的可塑性主要是在含水率界于液限和塑限之间才表现出采购。因此，可塑性的高低可以由w l和w P这两个界限含水率的差值大小来反映，二者差值愈大，意味着细粒土处于塑态的含水率变化范围大，可塑性愈高，反之两者差值愈小，土的可塑性愈低。工程中，将液限含水率和塑限含水率的差值称为塑性指数，应用时通常去掉百分符号，用I 表示： I = w l ? w P，液性指数是用来判断粘性土天然稠度状态的塑性指标，用土的天然含水率和塑限含水率之：

土的天然含水率愈大，则液性指数愈大

影响细粒土可塑性的因素

1.矿物成分和粒度成分的影响①不同矿物的晶格构造、颗粒形状和大小及亲

水程度各不相同，因此上的塑性亦不相同。②颗粒的形状也与矿物品格构造有关，A·阿大堡根据试验资料指出：只有层状结构的矿物碎后才具有塑性。

③矿物成分也同时影响着土的分散程度。④有机质的含量对土的可塑性有明

显的影响。⑤粒度成分对土可塑性影响的原因在于，土粒愈细小，比表面积和表面能愈大，电动电位愈高，扩散层愈厚，土的塑性也愈强；

2.土孔隙中溶液的化学成分、浓度和pH值对土可塑性的影响是通过对扩散层厚

度的影响表现出来的。

3、细粒土稠度变化的本质

细粒土的稠度：是指细粒土因含水率的变化而表现出的各种不同物理状态。

细粒土稠度状态的变化，是由于土中含水率增减引起的，其实质是由于土颗粒周围结合水厚度或者扩散层厚度发生了变化，使土粒间连接强度发生变化所致。

当土中含水率较小时， < ,土粒表面只有极薄的固定层水，土呈固态。

随着含水率的增多，当 < ,土粒表面结合水膜增厚，土进入半固体状态。

当土中水分继续增多， < ,土粒表面扩散层弱结合水膜增厚，土进入粘塑状态。当土中含水率继续增大到 > 时，土粒扩散层外围出现自由液态水，土进入液流状态。

固态半固态可塑态流动态

收缩限——塑限含水率—- 液限含水率——

4、土的崩解性及其影响因素

定义：土由于浸水而产生崩散解体的特性，又叫湿化性。

评价粘性土的崩解性一般采用下列三个指标：（1）崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需要的时间；（2）崩解特征：土样在崩解工程中的各种现象；（3）崩解速度：土样在崩解过程中重力的损失与原土样质量之比和时间的关系。

对工程的影响：崩解常造成塌岸现象，影响边坡的稳定性。

意义：对工程建筑的安全与稳定性有重要意义。

影响因素：土的膨胀性，水溶液成分也浓度和土的结构。

5、胀缩性：土由于含水率的增加土体积增大的性能称为膨胀性；由于含水率的减少体积减少的性能称为收缩性。这种湿胀干缩的性质，统称为土的胀缩性。表征土膨胀性的指标主要有膨胀率、自由膨胀率、膨胀力、膨胀含水量。

①膨胀率

②自由膨胀率

③膨胀力原始土样在体积不变时，由于浸水膨胀时产生的最大内应力。膨胀力可用来衡量土的膨胀势和考虑地基的承载能力，某些细粒土的膨胀力可达100kPa以上。

④膨胀含水率

土的收缩过程可分为两个阶段，第一阶段(AB段)表示土体积的缩小与含水串的减少成正比，呈直线关系；当含水量减少到一定程度后(如B点相应的含水量)，土体收缩进入第二阶段(BC段)，土体积的缩小与含水率的减少呈曲线关系，表明土体积的减小量小于失水的体积，土粒间连结明显增强。随着含水率地继续减少，土体积收缩愈来愈慢。延长AB线与纵坐标交E点，则CE为孔隙体积，EO 为固体颗粒的体积；由C点引水平线交AB延长线于D点，以D点的含水率作为缩限含水率.

第五章土的力学性质

土的压缩性:是指土在压力作用下发生压缩变形，体积变小的性能。

压缩曲线：以孔隙比e为纵坐标，以压力p为横坐标，根据压缩试验成果，可以绘制出孔隙比与压力关系曲线，称压缩曲线。

压缩曲线的特点：

压缩曲线较陡，说明压力增加时空隙比减少得多，土的压缩性较高；若曲线平缓，则土的压缩性低。因此，压缩曲线的形状，可以大致说明土压缩性的高低。

压缩指标（压缩系数压缩指数压缩模量）

压缩系数是表示土的压缩性大小的主要指标，在工程实际中，常

压缩指数

从载荷试验结果可看出，一般地基土的变形可分为三个不同阶段。

(3)完全破坏阶段：相当于图中b点以下的曲线，随着压力的不断增加，塑性变形区不断扩大，导致地基稳定性逐渐降低，而且趋向完全破坏。当荷重继续增大到某一极限值时，地基土中塑性变形区己扩大成连续的滑动面，土开始向侧向挤出。此时，地基变形急剧增大，整个地基处于完全破坏状态而丧失稳定性。地基达到完全破坏时的临界荷载，称为地基土的极限荷载(相当于图5—51中点b的压力)。

土的前期固结压力：是指土层杯过去历史上曾经受到的最大固结压力

土的抗剪强度：是指土具有的抵抗剪切破坏的极限强度，而土的抗剪性是指土具

有抗剪强度的特性。

土的内摩擦角g和内聚力c称为土的抗剪强度指标。

抗剪强度指标的确定目前，用总应力法和有效应力法来考虑不同条件下的抗剪强度指标。

土的工程地质分类的一般原则和形

1、土的一般性分类及一般土的工程地质特性

土的一般性分类有以下基本内容：第一级分类是地质成因类型。按土的成因来划分，主要考虑自然地理，地质环境，地质营力和地质作用等因素。第二类分类是土质类型。按土的形成条件和内部连接。第三级分类是土的工程地质性质。主要考虑与水作用的特点，土的密实情况或压缩性进行划分。

砾类土定义：指粒径<60-2mm 的颗粒含量占 50%的土，又称碎石土。

特点：颗粒粗大，主要由岩石碎屑或石英，长石等原生矿物组成，呈单粒结构，孔隙大，透水性极强，压缩性很低，内摩擦角大，抗剪强度也大。是一般建筑物的良好地基。

砂类土定义：指粗粒（>0.075mm）含量占 50%以上，砾粒含量<50%,粘粒含量极少，以砂粒为主的土。特点：塑性极低或无塑性，粘粒含量很少，呈单粒结构，透水性强，压缩性低，且压缩过程快，内摩擦角也较大承载力也较大。是一般建筑物的良好地基，也是良好的混凝土骨料。

细粒土（粘性土）定义：指粗粒（>0.075mm）含量不到 50%的土。粘粒含量较多，含较多亲水性的粘土矿物，具结合水连接和团聚结构，有时有胶结连接，孔

隙较细而多，随着含水率的不同，土表现出固态，塑态，流态等不同稠度状态。

2、土的工程地质分类的基本类型

土的工程地质分类，按其具体内容和适用范围，可以概括的分为三种基本类型：（1）一般性分类。对包括工程建筑常遇到的各类土，考虑土的主要工程地质特性进行划分。是最常见的土分

类，又称通用分类。

（2）局部性分类。仅根据一个或较少的几个专门指标，或仅对部分土进行分类。是一般性分类的补充和发展。

（3）专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行的分类。是一般性分类在实际运用中的补充和发展。

3、三类分级标准：第一级分类标准：即地质成因分类。

第二类分类标准：即土质分类：粒度成分和塑性特征。

第三级分类标准：即工程建筑分类。

4、国外的土分类方案，有三种不同体系：

（1）按粒度成分（2）按塑性指数

（3）综合考虑粒度成分和塑性指数的影响。

我国主要的土质分类简介

（1）《土的分类标准》（GBJ145-90）中土的分类

《土的分类标准》（GBJ145-90）是我国工程建设所涉及土类的通用分类标准，结束了无全国统一土分类的局面。

（2）《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）中土的分类

《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）中规定的“土的工程分类”是目前工程建设中应用最广泛而有重大影响

的一种专门分类标准。

土按堆积年代：老堆积土、一般堆积土、新近堆积土

根据地质成因分为：残积土，坡积土，洪积土，冲积土，淤积土，冰积土，风积土和海积土。

根据有机质含量分为：无机土，有机质土，泥炭质土和泥炭。

按颗粒级配和塑性指数：碎石土：粒径大于 2mm 的颗粒含量超过总质量的50%。

砂土：粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过总质量的 50%，粒径大于 0.075mm 的颗粒含量

超过总质量的 50%的土。

粉土：粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过总质量的50%，且塑性指数小于或等于 10 的

土。

粘性土：塑性指数大于 10 的土。

（3）两种土质分类的比较

二者的本质原则是相同的，即综合考虑了粒度和塑性的影响，粗粒土考虑粒度为主，细粒土考虑塑性特性为

主，并将特殊土于一般土分开。但通用标准考虑得更仔细些。