第一章 土的物质组成与结构构造
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第1土壤的物质组成-1无机矿物
石英
分布广、性质稳定，极难分解， SiO2
云母
分布较广，可风化为水云母和高岭石，土壤K重要来源 黑云母：富含盐基、易风化 白云母 ：抗风化能力强
角闪石和辉石 易风化成次生矿物，释放盐基物质，黑色
方解石 分布广，CaCO3，石灰岩和大理岩的主要成分，易 风化，土壤碳酸盐的主要来源
铁矿 • 赤铁矿：Fe2O3，分布广，暗红色，较稳定 • 磁铁矿： Fe3O4，较稳定 • 褐铁矿：2Fe2O3.3H2O，是含铁矿物在地表经氧化
被土壤颗粒→稳定很强的土壤结构
针铁矿(goethite)：FeOOH 赤铁矿(hematite)：Fe2O3 三水铝石(gibbsite)：Al(OH)3
主要以胶膜或粘粒形式存在。包被土壤颗粒→稳
定很强的土壤结构。
三水铝石、赤铁矿：含水的铝(Al)铁(Fe)氧化物， 在热带亚热带土壤中含量高，交换量低，对磷酸 根有固结作用。 针铁矿：在湿热或渍水土壤中较多，交换量较 多。 水铝英石：无定形含水硅、铝三氧化物，火山 灰发育的土壤中多，吸附阳、阴离子能力均强。
铝氧八面体层
硅氧四面体层
2:1型：
膨胀型—蒙脱石(montmorillonite)、 蛭石 (vermiculite)
非膨胀型—水云母(hydromica) 混合型—绿泥石(chlorite)
1.4 nm过渡矿物（1.4 nm intergrade mineral)
chlorite
表2-2 三种主要粘土矿物的特性比较
3)、我国土壤粘粒矿物的分布规律
风化和成土作用与粘土矿物组成关系 （1）气候因素影响： （2）母质因素影响： （3）地形因素影响：
粘土矿物在特定生物气候条件下形成
• 比较稳定 • 明显的地带性 • 受母质的强烈影响 • 对土壤具有特殊的重要性
分布广、性质稳定，极难分解， SiO2
云母
分布较广，可风化为水云母和高岭石，土壤K重要来源 黑云母：富含盐基、易风化 白云母 ：抗风化能力强
角闪石和辉石 易风化成次生矿物，释放盐基物质，黑色
方解石 分布广，CaCO3，石灰岩和大理岩的主要成分，易 风化，土壤碳酸盐的主要来源
铁矿 • 赤铁矿：Fe2O3，分布广，暗红色，较稳定 • 磁铁矿： Fe3O4，较稳定 • 褐铁矿：2Fe2O3.3H2O，是含铁矿物在地表经氧化
被土壤颗粒→稳定很强的土壤结构
针铁矿(goethite)：FeOOH 赤铁矿(hematite)：Fe2O3 三水铝石(gibbsite)：Al(OH)3
主要以胶膜或粘粒形式存在。包被土壤颗粒→稳
定很强的土壤结构。
三水铝石、赤铁矿：含水的铝(Al)铁(Fe)氧化物， 在热带亚热带土壤中含量高，交换量低，对磷酸 根有固结作用。 针铁矿：在湿热或渍水土壤中较多，交换量较 多。 水铝英石：无定形含水硅、铝三氧化物，火山 灰发育的土壤中多，吸附阳、阴离子能力均强。
铝氧八面体层
硅氧四面体层
2:1型：
膨胀型—蒙脱石(montmorillonite)、 蛭石 (vermiculite)
非膨胀型—水云母(hydromica) 混合型—绿泥石(chlorite)
1.4 nm过渡矿物（1.4 nm intergrade mineral)
chlorite
表2-2 三种主要粘土矿物的特性比较
3)、我国土壤粘粒矿物的分布规律
风化和成土作用与粘土矿物组成关系 （1）气候因素影响： （2）母质因素影响： （3）地形因素影响：
粘土矿物在特定生物气候条件下形成
• 比较稳定 • 明显的地带性 • 受母质的强烈影响 • 对土壤具有特殊的重要性
1 土的物质组成
因此称为“永久负电荷。”
19
(2) 粘粒双电层的特征
粘粒双电层形成的原因: 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。 双电层的结构： 决定电位离子层 双电层 构成固定层的部分——受粘粒表面的吸着力形成。 反号离子层 构成扩散层——受离子本身热运动引起的扩散作用力。
1.2.2 土中的气体
土中的气体主要为空气和水气，对土体的工程地质性质影响较小，它
能影响土体的强度和变形。 1.土的气体成分：土的气体成分以氧气、二氧化碳和氮气为主。 2.土中气体的状态：土孔隙中的气体有以下几种存在形式，①封闭气体； ②游离状态的气体；③吸附状态的气体。 这三种状态气体可以互相转变，具有密切的联系。
2.土的物质组成
1
土的概念
土：土是一种物质材料，由固体颗粒、液体水和气体组成。 固体颗粒是土的主要的物质成分,是土的骨架主体。固相颗粒是构成土的 主体，是最稳定，变化最小的成分，在三相之间相互作用过程中居主导 地位。 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。 土的三相物质间的关系:由于它们组成的自身特性，土中的相对比例不同， 因此是决定土的工程地质性质的最本质的因素。 研究土的工程地质性质通过以下三个方面:土的粒度成分、土的矿 物成分、土的化学成分。
原生矿物
次生矿物
有机质
9
2.土的矿物成分与粒组的关系 表1-3
土的矿物成分与粒组的关系
性质
无连结，无可塑性，无膨胀性，低 压缩，高强度。 空隙较大，透水性强，压缩性弱， 强度较高。 透水性弱，一定的压缩性，强度较 低。 透水性弱，有可塑性，胀缩性。
粒组名称
土的组成与构造
土的组成与构造
土随着生成环境、物质成分、形成年代的不 同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体， 如软土、黄土、填土等。因此在建筑物设计前， 必须充分了解、研究建筑场地土(岩)层的工程地 质条件并作出正确的评价。 由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集 合体（松散体介质），必须通过专门的土工试验 技术进行研究。
（1）土颗粒的矿物成分
固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其 组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。 土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作 用、搬运及沉积作用。 土的固体颗粒物质成分有两大类： ①原生矿物。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩 石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。 ②次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿 物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。
基本概念
重力水－存在于地下水位以下、 土颗粒电分子引力范围以外的水， 因为在本身重力作用下运动，故 称为重力水。 毛细水－受到水与空气交界面处 表面张力的作用、存在于地下水 位以上的透水层中自由水（图 2.7所示）。 土的毛细现象是指土中水在 表面张力作用下，沿着细的孔隙 向上及向其他方向移动的现象。
细粒
巨大的漂石
卵石
碎 石
粗 砂
细 砂
粘 土
（3）土的颗粒级配
颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以各粒组重量与土粒 总重量比值的百分数表示。 要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大 小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇 到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。 颗粒级配的表示方法：土的颗粒级配曲线（图2.5）。 颗粒级配好坏的评定方法： ①颗粒级配曲线形态直观判断：曲线平缓表示粒径大小相 差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（如图2.5曲线B）；反之， 则颗粒均匀，级配不良（图2.5曲线A、C）。
土随着生成环境、物质成分、形成年代的不 同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体， 如软土、黄土、填土等。因此在建筑物设计前， 必须充分了解、研究建筑场地土(岩)层的工程地 质条件并作出正确的评价。 由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集 合体（松散体介质），必须通过专门的土工试验 技术进行研究。
（1）土颗粒的矿物成分
固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其 组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。 土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作 用、搬运及沉积作用。 土的固体颗粒物质成分有两大类： ①原生矿物。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩 石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。 ②次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿 物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。
基本概念
重力水－存在于地下水位以下、 土颗粒电分子引力范围以外的水， 因为在本身重力作用下运动，故 称为重力水。 毛细水－受到水与空气交界面处 表面张力的作用、存在于地下水 位以上的透水层中自由水（图 2.7所示）。 土的毛细现象是指土中水在 表面张力作用下，沿着细的孔隙 向上及向其他方向移动的现象。
细粒
巨大的漂石
卵石
碎 石
粗 砂
细 砂
粘 土
（3）土的颗粒级配
颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以各粒组重量与土粒 总重量比值的百分数表示。 要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大 小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇 到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。 颗粒级配的表示方法：土的颗粒级配曲线（图2.5）。 颗粒级配好坏的评定方法： ①颗粒级配曲线形态直观判断：曲线平缓表示粒径大小相 差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（如图2.5曲线B）；反之， 则颗粒均匀，级配不良（图2.5曲线A、C）。
土的物质组成与结构构造
等。
〔一〕原生矿物
土中的原生矿物是岩石风化过程中的产物， 保持了母岩的矿物成分和晶体结构，常见的如 石英、长石、角闪石、云母等。这些矿物是组 成土中卵石、砾石、砂粒和某些粉粒的主要成11
原生矿物的主要特点是： 颗粒粗大，物理、化学性质比较稳定，抗水性和
抗风化能力较强，亲水性弱或较弱。它们对土的工程 性质的影响比其它几种矿物要小得多，主要差异表现 在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。
8
①不均匀系数定义为〔Cu〕 ②曲率系数定义为〔Cc〕
Cu
d 60 d 10
C
d2 30
c dd
10 60
式中：
d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，相应的粒径称为d60 。 d10—有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为10%时，相应的粒径称为d10。 d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 30%时的粒径用d30表示。
状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质
差。
b2
33
对于级配良好〔 Cｕ>5，且Cc=1-3)的土，较 粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的 密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较 好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它 土建工程的填方土料。
10
第三节 土的矿物成分和化学成分
一 土的矿物成分
土中的固体颗粒是由矿物构成的。按其成 因和成分可分为原生矿物、次生矿物、有机质
例如，分别由石英和云母类矿物组成的土，尽管 土的粒度成分和密实度相同。但由于石英的坚硬程度、 抗风化能力远大于云母，故主要由石英颗粒组成的土， 其强度将远大于由云母颗粒组成〔或含云母较多〕的 土，其变形相应也小得多。
12
〔一〕原生矿物
土中的原生矿物是岩石风化过程中的产物， 保持了母岩的矿物成分和晶体结构，常见的如 石英、长石、角闪石、云母等。这些矿物是组 成土中卵石、砾石、砂粒和某些粉粒的主要成11
原生矿物的主要特点是： 颗粒粗大，物理、化学性质比较稳定，抗水性和
抗风化能力较强，亲水性弱或较弱。它们对土的工程 性质的影响比其它几种矿物要小得多，主要差异表现 在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。
8
①不均匀系数定义为〔Cu〕 ②曲率系数定义为〔Cc〕
Cu
d 60 d 10
C
d2 30
c dd
10 60
式中：
d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为 60%时，相应的粒径称为d60 。 d10—有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计 百分数为10%时，相应的粒径称为d10。 d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数为 30%时的粒径用d30表示。
状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质
差。
b2
33
对于级配良好〔 Cｕ>5，且Cc=1-3)的土，较 粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的 密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较 好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它 土建工程的填方土料。
10
第三节 土的矿物成分和化学成分
一 土的矿物成分
土中的固体颗粒是由矿物构成的。按其成 因和成分可分为原生矿物、次生矿物、有机质
例如，分别由石英和云母类矿物组成的土，尽管 土的粒度成分和密实度相同。但由于石英的坚硬程度、 抗风化能力远大于云母，故主要由石英颗粒组成的土， 其强度将远大于由云母颗粒组成〔或含云母较多〕的 土，其变形相应也小得多。
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土的物质组成和结构
第一章土的物质组成和结构本章学习要点1.土的生成学习要点简要了解什么是土，它是怎样生成的，从土的形式来看它有什么特点。
2.土的三相组成学习土的固体颗粒、矿物成分、土粒形状、土中水、土中气等内容，掌握土的额粒级配的含义及颗粒级配累积曲线的做法、用途，区分开三大类矿物成分(高岭石、伊里石、蒙脱石)不同性质，土中水的主要形态类型。
3.土的结构与构造学习颗粒间的作用力、颗粒间的排列型式(结构类型)、土的构造、粘性土的灵敏度，掌握单粒结构、蜂窝结构、絮状结构的特点与不同，了解土的层状构造、分散构造、结构状构造、裂隙状构造，理解灵敏度的含义与划分。
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”。
土力学
第一章土的组成1土的定义：土是岩石风化的产物。
常见的化学风化作用：水解作用，水化作用，氧化作用。
2土是由固体颗粒，水，和气体组成的三相体系。
3固体颗粒:岩石风化后的碎屑物质简称土粒，土粒集合构成土的骨架4土具有三个重要特点：散体性；多相性；自然变异性5粒组：介于一定粒度范围内的土粒。
土粒的大小叫做粒度。
6采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配；不均匀系数Cu：反映大小不同粒组分布的均匀程度，Cu越大，越不均匀。
曲率系数Cc:反映了d10、d60之间各粒组含量的分布连续情况。
Cc过大或过小，均表明缺少中间粒组。
7土粒大小：也称为粒度，以粒径表示；8土体：9粘土矿物10液相11强结合水是指紧靠土粒表面的结合水膜，亦称吸着水弱结合水紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜，也称薄膜水。
12自由水指土粒表面引力作用范围之外的水.自由水分为：重力水，毛细水。
重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的自由水。
毛细水存在于地下水位以上，受水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
13土的构造：指同一土层中的物质成分和颗粒大小都相近的各部分之间的相互关系的特征。
有层理构造，裂隙构造，分散构造14土的结构：指土粒大小、形状、相互排列及其联结关系、土中水性质及孔隙特征等因素的综合特征。
有单粒结构，蜂窝结构，絮状结构15承压水16潜水：17排水距离18双面排水19电泳：在电场作用下向阳极移动；电渗：水分子在电场作用下向负极移动，因水中含有一定量的阳离子（K+，Na+等），水的移动实际上是水分子随这些水化了的阳离子一起移动。
20双电层：反离子层与土粒表面负电荷层组成双电层。
第二章土的物理性质及分类1重度：单位体积土的重量，用γ表示密度：单位体积土的质量，用ρ表示2干密度ρd干容重γd：单位体积内土粒的质量或重量饱和密度ρsat与饱和容重γsat ：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量浮密度与浮容重：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差3土粒相对密度:土的质量与同体积4℃时纯水的质量之比4土的含水率w :土中水的质量与土粒质量之比.测定方法：烘干法。
第一章：土的物质组成与结构、构造
• (2).细粒土的结构类型： • 细粒土具有胶体的性质，在水中往往以复杂的结 合体沉淀，形成团聚结构。蜂窝状结构 、架状结 构 、非均粒团聚结构 。 • 团聚结构不稳定，往往在外力或化学环境的影响 下使土的结构发生变化，引起土的性质发生变化。 • 二、土的构造 • 在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形 态和组合特征,称为土的构造。它包括土层单元体 的大小，形态，排列和相互关系等方面。
第一章 土的物质组成 与结构、构造
• 土是岩石圈表层在漫长的地质时期，经过复杂的 地质作用所形成的松散物质。 • 土：是由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体 组成的一多相、分散多孔的系统。一般把土看成 是三相体系（固、液、气），其三相组成和性质 对土的工程地质性质有决定性的影响。 • 土层：一般的，土是地表外动力地质作用形成的， 一般具有成层特征, 同一层内土的物质组成和结构， 构造基本一致，工程地质性质亦大体相同。 • 土体：是由性质各异，厚薄不同的若干地层,以特 定的次序组合在一起的土层组合体。
• （二）、孔隙中的水 • 1. 液态水 • (1).结合水：分为吸着水（强结合水）和薄膜水（弱结合 水）。对细粒土的性质影响极大。当只有强结合水时，土 强度很大，处于坚硬、半坚硬状态，当存在较多弱结合水 时，颗粒之间有较厚的水膜，土可呈塑态。 • (2).毛细水：由于毛细作用保存在毛细孔隙（孔径为0.50.002mm)中的水。也受土粒表面静电力的影响，是重力水 和结合水的过渡类型。能传递静水压力。毛细水冰点低于 0℃。毛细水主要存在于砂类土和粉土中。 • (3).自由水 （重力水）。只受重力作用影响，是普通的 液态水。有溶解能力。
• 目的：进行土粒度成分分类，大致判断土的工程 地质性质 。 • 测定方法：筛分析法和静水沉降方法 。 • 对粒度实验获得的结果用某种方法表示出来，称 为粒度成分表示方法 ： • 1．表格法:列表方法 方便简单，但大量样土对 比有困难 • 2．图解法：比较直观。 • 1)累积曲线法 2)分布曲线法 3)三角图法 • 最常用累积曲线法。
第一章土壤的物质组成
❖ C6H12O6+9(O) 3C2H2O4(草酸)+3H2O
❖ C2H2O4+O2
4CO2+2H2O
❖ C6H12O6 ❖ H2+CO2
3C4H8O2(丁酸)+2H2 CH4+2H2O
主要是蛋白质的分解，是土壤氮素循环的主要过程。 包括4个过程： （1）水解过程：蛋白质在水解酶作用下分解成简单的氨 基酸； （2）氨化作用：在氨化细菌作用下，有机态氮变成无机 态氮即氨或铵的过程。 （3）硝化作用：氨在微生物作用下，经过亚硝酸的中间 阶段，进一步氧化为硝酸。需在有氧条件下进行。 （4）反硝化作用：在厌气条件如水淹、有机质含量过高 情况下。硝态氮在反硝化细菌作用下，转化为还原态氮 如氨、NO、N2O、N2、HNO2等
(磷灰石)
(磷酸二氢钙)
4、氧化作用
2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4
(黄铁矿)
(硫酸亚铁)
（三）生物风化作用
指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿 物的风化作用。 1、根系的挤压；
植物根的机械破坏作用
2、地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化； 3、呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。
Ø 腐殖物质：有机质经过微生物 分解和再合成的一种褐色或暗 褐色的大分子胶体物质，与矿 物质土粒紧密结合，是有机质 的主要成分。
可机械分离 占10-15%， 基本组成部分 作物养分重要来源， 形成腐殖质的原料
不可机械分离 占85-90%， 主要成分 作物营养主要物质 改良土壤性质 肥力水平主要标志
微 生 物
➢变质岩和沉积岩进入地 下深处后，在高温高压条 件下发生熔融形成岩浆， 经结晶作用而变成岩浆岩。
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本章主要内容：
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
土中的固体颗粒； 土的矿物成分； 土中的水； 土中的气体； 土的结构和构造。
土是由地球外壳坚硬的岩石在风化作用下（ 物理风化、化学风化、生物风化）形成的在 原地残留或经过各种不同类型的动力搬运后 ，在各种自然环境中重新堆积而成的堆积物 。年代不长,未压密硬结成岩之前，呈松散状 态，一般也称为第四纪沉积层。 土是由固、液、气相组成的三相体系。
3、可溶盐 （1）易溶盐：NaCl、CaCl2、Na2SO4.10H2O（芒 硝）、Na2CO3.10H2O（苏打） （2）中溶盐：CaSO4.2H2O（石膏）、MgSO4 （3）难溶盐：CaCO3、 MgCO3 4、有机质：土中植物残骸在微生物作用下分解而形成 的产物。
第三节 土中的水
其中：d60——限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径， mm; d10——有效粒径，相应于累积百分含量为10%的粒径， mm; d30——相应于累积百分含量为30%的粒径，mm; Cu值越大，表示土颗粒越不均匀，颗粒级配良好，Cc反映 该分析曲线的整体形状。
三、土按粒度成分（颗粒级配）的分类
1．为什么要研究土中的水： （1）．自然条件下土中总含水； （2）．土中细颗粒多时，水对土性影响很大。 2．土中水的存在形态与分类： （1）相态分为：固、液、气； （2）分类：矿物成分水、结合水、自由水。
3、矿物成分水：存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物 晶格构成的水，一般分为三种： 结构水：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部 的固定位置上的水； 结晶水：以固定数量的分子形式存在于土粒矿物结 晶格架内部的固定位置上的水； 沸石水：以不定数量的分子形式存在于土粒矿物相 邻晶胞之间的水。
第二节 土的矿物成份
包括：原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质。
1、原生矿物：母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有 ：石英、长石、角闪石、云母等。 2、次生矿物：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三 种： （1）粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母； （2）次生SiO2 （3）倍半氧化物（Al2O3、Fe2O3）
第一节 土中的固体颗粒
土中的固体颗粒（土粒）的大小、形状、矿物 成份及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要 因素。
一、土的粒组
1、粒径：土的固体颗粒（土粒）的大小通常以其直径 尺寸表示，简称粒径。 2、粒组与界限粒径：按尺寸对颗粒进行分组，划分的 粒径在一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称 为粒组；分界尺寸的界限粒径。
4、颗粒级配表示方法
（1）表格法：常用于土工试验报告书，数据准确。 （2）颗粒级配累积曲线：
横坐标——表示粒径，由于土粒大小差异非常大，所以常以 对数坐标表示； 纵坐标——表示小于某粒径的土的质量占土的总质量的百分 比，即累积百分含量。
曲线越陡，表示粒径相差不多，土粒较均匀，颗 粒级配较差；曲线越平缓，表示粒径相差悬殊，土 粒不均匀，颗粒级配良好。 工程上常用不均匀系数（Cu）与曲率系数Cc （或 Cq ）来衡量土的不均匀程度及其级配好坏：
二、土的粒度成分（土的颗粒级配）
1、定义：各粒组在土中相对百分含量。 2、研究土颗粒级配的意义：粒径变化，性质变化。 3、颗粒级配的试验分析方法： <1> 筛分法（d＞0.075mm ）:风干、分散，过一套不 同孔径（20，10，5，2，1，0.5，0.25， 0.075mm）的标准筛； <2> 沉降分析法（d＜0.075mm ） ：a．比重计法； b．移液管法；
3、六大粒组的划分方案：
漂石（块石）组：d>200mm 卵石（碎石）组：20mm<d<200mm 圆砾（角砾）组：2mm<d<20mm(粗、中、细： 20～10～5～2) 砂粒组：0.075mm<d<2mm（粗、中、细、极细 ：2～0.5～0.25～0.1～0.075） 粉粒组：0.005mm<d<0.075mm(粗、细： 0.075～0.01～0.005) 粘粒组： d<0.005mm(粗、细：0.005～0.002～ 0)
（4）固态水：当温度降到0℃以下时，土中的水（主 要是重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中 可以起到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水 性。 （5）气态水：以水气的形式存在于土粒间的水，可以 从气压高的地方向气压低的地方移动，也可以在土 粒表面凝聚转化为其他各种类型的水。
第四节 土中的气体
1.类型:以O2、N2、CO2为主，还含有少量的CH4、H2S。 2.分类：游离气体与封闭气体。游离气体存在于近地表 的包气带中，与大气相通，对土的性质影响较小。封 闭气体存在于呈封闭状态的土孔隙中，与大气隔绝。 3.封闭气体对工程影响：渗透性减小，弹性增大，延缓 土体变形随时间的发展过程。
4、结合水（吸附水） a.定义：受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表 面的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压， 使水分子和和土粒表面牢固结合在一起。 b.形成机理：负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定 向排列。
c.强结合水（吸着水）及特征：受颗粒电场吸引，紧 紧吸附于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚 度几个分子。 特征：没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于 固体，1.2～1.4g/cm3，难于蒸发，难于结冰（780C），具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强 结合水时，粘土坚硬，砂土散。 d.弱结合水（薄膜水）及特征：弱结合水是强结合水 外围的结合水膜。 特征：不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰 点-0.5～-30，弱结合水大时，粘性土可塑。
5． 自由水
（1） 定义及特点：为土粒孔隙中超出土粒表面静 电场引力作用范围的水，冰点0℃，有溶解能力， 能传递静水压力与普通水一样。分为毛细水与重力 水。 （2） 重力水：地下水位以下含水层中自由水；重 力或压差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。 （3） 毛细水：是由于毛细作用保持在土的毛细孔 隙中的地下水。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
土中的固体颗粒； 土的矿物成分； 土中的水； 土中的气体； 土的结构和构造。
土是由地球外壳坚硬的岩石在风化作用下（ 物理风化、化学风化、生物风化）形成的在 原地残留或经过各种不同类型的动力搬运后 ，在各种自然环境中重新堆积而成的堆积物 。年代不长,未压密硬结成岩之前，呈松散状 态，一般也称为第四纪沉积层。 土是由固、液、气相组成的三相体系。
3、可溶盐 （1）易溶盐：NaCl、CaCl2、Na2SO4.10H2O（芒 硝）、Na2CO3.10H2O（苏打） （2）中溶盐：CaSO4.2H2O（石膏）、MgSO4 （3）难溶盐：CaCO3、 MgCO3 4、有机质：土中植物残骸在微生物作用下分解而形成 的产物。
第三节 土中的水
其中：d60——限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径， mm; d10——有效粒径，相应于累积百分含量为10%的粒径， mm; d30——相应于累积百分含量为30%的粒径，mm; Cu值越大，表示土颗粒越不均匀，颗粒级配良好，Cc反映 该分析曲线的整体形状。
三、土按粒度成分（颗粒级配）的分类
1．为什么要研究土中的水： （1）．自然条件下土中总含水； （2）．土中细颗粒多时，水对土性影响很大。 2．土中水的存在形态与分类： （1）相态分为：固、液、气； （2）分类：矿物成分水、结合水、自由水。
3、矿物成分水：存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物 晶格构成的水，一般分为三种： 结构水：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部 的固定位置上的水； 结晶水：以固定数量的分子形式存在于土粒矿物结 晶格架内部的固定位置上的水； 沸石水：以不定数量的分子形式存在于土粒矿物相 邻晶胞之间的水。
第二节 土的矿物成份
包括：原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质。
1、原生矿物：母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有 ：石英、长石、角闪石、云母等。 2、次生矿物：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三 种： （1）粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母； （2）次生SiO2 （3）倍半氧化物（Al2O3、Fe2O3）
第一节 土中的固体颗粒
土中的固体颗粒（土粒）的大小、形状、矿物 成份及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要 因素。
一、土的粒组
1、粒径：土的固体颗粒（土粒）的大小通常以其直径 尺寸表示，简称粒径。 2、粒组与界限粒径：按尺寸对颗粒进行分组，划分的 粒径在一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称 为粒组；分界尺寸的界限粒径。
4、颗粒级配表示方法
（1）表格法：常用于土工试验报告书，数据准确。 （2）颗粒级配累积曲线：
横坐标——表示粒径，由于土粒大小差异非常大，所以常以 对数坐标表示； 纵坐标——表示小于某粒径的土的质量占土的总质量的百分 比，即累积百分含量。
曲线越陡，表示粒径相差不多，土粒较均匀，颗 粒级配较差；曲线越平缓，表示粒径相差悬殊，土 粒不均匀，颗粒级配良好。 工程上常用不均匀系数（Cu）与曲率系数Cc （或 Cq ）来衡量土的不均匀程度及其级配好坏：
二、土的粒度成分（土的颗粒级配）
1、定义：各粒组在土中相对百分含量。 2、研究土颗粒级配的意义：粒径变化，性质变化。 3、颗粒级配的试验分析方法： <1> 筛分法（d＞0.075mm ）:风干、分散，过一套不 同孔径（20，10，5，2，1，0.5，0.25， 0.075mm）的标准筛； <2> 沉降分析法（d＜0.075mm ） ：a．比重计法； b．移液管法；
3、六大粒组的划分方案：
漂石（块石）组：d>200mm 卵石（碎石）组：20mm<d<200mm 圆砾（角砾）组：2mm<d<20mm(粗、中、细： 20～10～5～2) 砂粒组：0.075mm<d<2mm（粗、中、细、极细 ：2～0.5～0.25～0.1～0.075） 粉粒组：0.005mm<d<0.075mm(粗、细： 0.075～0.01～0.005) 粘粒组： d<0.005mm(粗、细：0.005～0.002～ 0)
（4）固态水：当温度降到0℃以下时，土中的水（主 要是重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中 可以起到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水 性。 （5）气态水：以水气的形式存在于土粒间的水，可以 从气压高的地方向气压低的地方移动，也可以在土 粒表面凝聚转化为其他各种类型的水。
第四节 土中的气体
1.类型:以O2、N2、CO2为主，还含有少量的CH4、H2S。 2.分类：游离气体与封闭气体。游离气体存在于近地表 的包气带中，与大气相通，对土的性质影响较小。封 闭气体存在于呈封闭状态的土孔隙中，与大气隔绝。 3.封闭气体对工程影响：渗透性减小，弹性增大，延缓 土体变形随时间的发展过程。
4、结合水（吸附水） a.定义：受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表 面的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压， 使水分子和和土粒表面牢固结合在一起。 b.形成机理：负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定 向排列。
c.强结合水（吸着水）及特征：受颗粒电场吸引，紧 紧吸附于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚 度几个分子。 特征：没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于 固体，1.2～1.4g/cm3，难于蒸发，难于结冰（780C），具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强 结合水时，粘土坚硬，砂土散。 d.弱结合水（薄膜水）及特征：弱结合水是强结合水 外围的结合水膜。 特征：不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰 点-0.5～-30，弱结合水大时，粘性土可塑。
5． 自由水
（1） 定义及特点：为土粒孔隙中超出土粒表面静 电场引力作用范围的水，冰点0℃，有溶解能力， 能传递静水压力与普通水一样。分为毛细水与重力 水。 （2） 重力水：地下水位以下含水层中自由水；重 力或压差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。 （3） 毛细水：是由于毛细作用保持在土的毛细孔 隙中的地下水。