第二章 土的三相组成

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• 解： Cu=d60/d10＝2.75
2 d 30 Cc 0.8 d 60 d10
• 工程规定：Cu<5的土视为均粒土，而Cu>5的 土视为非均粒土； Cc=1~3时，为级配连续； Cc <1或Cc>3时，级配不连续。 • 2.75<5； 0.8<1 • 根据分析该土样属于均粒土，但级配不良。
•表述方法 粒径级配累积曲线
筛分法
200g
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
10 16 18 24 22 38 72
P % 95 87 78 66 55 36
筛分法原理图
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比。
土的粒径级配累积曲线
d60 d50 d30
d10
小于某粒径之土质量百分数（％）
斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 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
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
较大颗粒缺少 较小颗粒缺少
Cc 减小
Cc 增大
粒径(mm)
根据土体中水分子受到电场力的作用大小,土体中的 水主要可以分为: 结合水: 吸附在土颗粒表面的水 自由水:
强结合水 弱结合水
电场引力作用范围之外的水
重力水 毛细水
结合水
强结合水
排列致密、定向性强
密度>1.2~2.4g/cm3 冰点-76℃ 具有极大的粘滞性和固体 的特性 温度高于100°C时可蒸发
•坡积土 •洪积土 • 冲积土
土 质 较 好
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
•湖泊沼泽沉积土 •海相沉积物 • 冰积土 风积土
二、土的三相组成 土体
土的三相比例不同，其性质不同
气体为零，为饱和 液相为零，为干 湿土。是一种非饱 状态。此时粉细砂 土。此时粘土呈 和土。若为粘土多 或粉土在震动下容 坚硬状态，砂土 为可塑性土。 易产生液化。 呈松散状态。
(mm)
0.075
粗粒
砾石 砂粒
细 粗
细粒
粉粒 粘粒 0.005 胶粒 0.002
中 细
d
粗 中
20
5
60
2
0.5 0.25
0.075
粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。 细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘 性土。
固体颗粒 - 颗粒大小
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1. 表 格 法 表 示 的 粒 组 划 分
C c = 1 ~ 3, 级配连续性好 曲线 d60 d10 d30 Cu Cc
L M R 0.081 0.063 0.33 0.005 0.030 66
0.01 0.005
3.98 2.41 0.545
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
生 物 活 动
• 可加剧物理和化学风化
• 构成土中有机质和营养物质的生物循环
• 导致腐殖质的形成，改变土壤的结构
土的形成与风化作用
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二. 搬运与沉积
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
残积土
无搬运
残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体
颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理
弱结合水 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 密度>1.0~1.7g/cm3 冰点-20~30℃ 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性
图 1.6 矿物颗粒对水分子的静电引力作用 受颗粒表面电场作用力吸引而
包围在颗粒四周，不传递静水压 力，不能任意流动的水。 28
§1.2 土的三相组成 – 土中水
第二章 土的三相组成
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§2.1 土的形成与颗粒特征
一、土的形成
土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石 地球
形成过程 形成条件
风化 搬运、沉积
影响 物理力学性质
土
地球
风化作用分类
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素 母岩表面和碎散的颗粒受环境 的影响产生胀缩而发生裂缝 ,或在运 因素的作用而改变其矿物的化 动过程中因碰撞和摩擦而破碎。 学成分，形成新的矿物。 特点：只改变颗粒的大小和形状， 经化学风化生成的土为细粒土， 不改变矿物颗粒的成分。 具有粘结力。 原生矿物
次生矿物
无粘性土 粘性土
物理风化 化学风化
生物风化
矿物成 分未变 矿物成 分改变
有 机 质
动植物活动引起的岩石和土体 粗颗粒的粒度或成分的变化
§1.1土的形成
• 岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素 的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程
物 理 风 化
中因碰撞和摩擦而破碎 • 是颗粒大小发生量的变化 • 矿物成分与母岩相同，称原生矿物 • 产生无粘性土
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透水性大，压缩性小，无 粘性，有一定毛细性。
砂 粒
粗砂
中砂 细砂 粉粒 粘粒
0.5<d≤2
0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
细粒
粒径级配
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示
•确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (>0.1 mm) 沉降分析法：适用于细粒土 (<0.1mm)， 常采用比重计法
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
土体三相组成示意图
1、固体矿物颗粒(固相)
② 粒径级配
① 矿物成分
③ 颗粒形状
物理状态 力学特性
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
原生矿物 - 石英、长石、云母等
矿物质
固 体 成 分
无定形氧化物胶体
次生矿物
有机质
可溶盐
粘土矿物
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
2.累计曲线表示法
粒径(mm)
沉降分析结果
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.01 0.005
0.005 10
0.001
0.10 0.05
典 型 颗 分 级 配 曲 线
小于某粒径之土质量百分数P（％）
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
d60
d30
d10
粒径级配累积曲线及指标的用途：
粒组含量用于土的分类定名； 不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：
Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土 不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：
Al Al
铝-氢氧八面体
铝片的结构
铝片简图
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§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒 依硅片和铝片组叠 形式的不同，可分 成如下三种类型：
1:1的两 2:1 的三 层结构 层结构
Si Si Al Al Al Al Si Si Si Si
高岭 钾离子 数层 石微粒 水分子
Al Al Si Si Si Si Al Al Al Al Si Si Si Si
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1、固体矿物颗粒(固相)
③ 颗粒形状 •原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
2、土体中水(液相)
土中的水即为土 体中的液相,其含 量及性质明显地 影响土的性质.
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 由自由水冻成，冻胀融陷
有效粒径d10 是在土颗粒分析累计曲线上累计百分率为10％的粒径。
小于某粒径之土质量百分数（％）
特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 限制粒径 d10 : 有效粒径 d30 :特征粒径 粗细程度： 用d50 表示 不均匀程度： Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
土的形成与风化作用
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§1.1土的形成
化 学 风 化
• 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
• 颗粒成分发生质的变化 • 矿物成分与母岩不同，称次生矿物 • 形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗 粒及可溶盐类
土的形成与风化作用
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§1.1土的形成
• 包括植物、动物和土壤微生物的作用
连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
粒径(mm)
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0