1土的基本性质 高等土力学课件
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粘 性 塑 性 粘聚力 蠕变性 变 形
52
粘性
颗粒电作用下的粘结性质，表现为剪切强度的粘聚力。 粘聚力的来源：结合水、胶结作用、毛细水
53
塑性
颗粒之间靠结合水膜联接
液限
水头
3-10cm
cu（kPa） 2-3
塑限 7-10m 130-180
54
粘性土具有拉伸强度；粘性土自立性。
粘聚力
原始粘聚力:重塑土法向应力为0时的剪切强度，是由分子间
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。
2
3
4
5
1995年阪神地震大阪的街道路面液化
6
1999年台湾大地震中台中县由于液化引 起的楼房倒塌
7
赵洲桥
隋朝石工李春所建，他把石台砌筑于密 实的粗砂 层上，一千三百多年来估计沉 降仅几厘米。
8
提纲
土的构成 土的物理化学性质 土的基本力学性质 土的分类
Bazant ZP, Oh BH. Microplane model for creep of anisotropic clay. J Eng Mech, ASCE, 1983.
60
蠕变微观机理
9次2×21点在二十面上的非正交对称分布
61
蠕变微观机理
9次2×21点在球面上的正交对称分布
62
蠕变微观机理
11次2×33点在多面上的正交对称分布
63
变形
本构模型 固结理论
64
土的分类
65
塑性指数分类指标界限值及土类名称
0 13
7
国家建委TJ7-74规范 砂土
轻亚粘土
水利部土工实验6规范 砂土 砂壤土
10
17
亚粘土 粘土
壤土
粘土
交通部79规范 冶金部冶基规103-77
地质矿产部84规范
砂土 砂土 砂土
粘 石英砂35， 土 高岭石12， 矿 伊利石10.2， 物 蒙脱石4～10
渗透系数
20
粘土矿物
热差分析：晶格破坏–吸热，新晶格形成–放热； 高：吸550-600ºC，放1000ºC； 伊：吸150ºC、550ºC、 800-900ºC 蒙：吸150-200ºC、700ºC、850-900ºC，放1000ºC；
第1讲 土的基本性质
1590: 伽利 略在此塔做 落体实验
意大利比萨斜塔
目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5° 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工
双电层理论
（土粒表面的负电荷与反离子层的统称）
35
双电层理论
假设：表面是平面；van’t 有效。
Hoff’s关系ps=RTn0(n/n0+n0/n-2)有效；e=γcSd
x-距表面距离
d2
dx2
4
D
D-介电常数
ε-单位电子电荷
ρ-电荷密度，ρ= ε∑niυi υi-离子价数 ni-离子浓度， ni= ni0exp(εψυi/kT)
超灵敏粘土的孔隙水中钠离子占优势，非超灵敏粘土中主要是钙 离子和镁离子。Soderblom（1974a）发现硬水（含Ca+2和Mg+2离子） 淋滤的粘土从未发现有超灵敏粘土。
46
瑞典Gota河谷粘土导电率和灵敏度的关系
47
淋滤对挪威粘土和曼谷粘土灵敏度的影响
48
土的结构
49
50
51
土的基本力学性 质
作用力引起的，影响距离为5Å ，键能为0.5-5千卡/克分子
固化粘聚力: 由随时间增长的胶结作用引起的。原状土和重
塑土在法向应力为0时的剪切强度之差，土体形成后，密度
基本不变条件下的强度增加部分。
固化粘聚力很大。
时间t
时间t的剪切强度/制样时的强度
0
1.0
1h
2.4
3.5h
2.6
22h
3.1
5d
5.4
45
（1）沉积荷载缓慢增加。多孔的絮凝结构，结合力抵抗压缩。 （2）土颗粒的比表面积小。大量岩粉中含有少量的粘土矿物，在 不带电的非粘土颗粒之间产生“短距离”的粒间结合力，在带电的 粘土颗粒之间存在“长距离”的结合力。短距离结合力：颗粒非常 小、重量与力级相当。结合力遭到破坏，强度便下降到一个很低的 值。
T
1 k2
sh -1
&T
k1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ti
1 k2
eish
-1
&T
k1
ei
&Ti &T
ij tij ij p
57
蠕变微观机理
.
w&
4
3
ijij
2
s
Tr
Tr
f
v (n)ds
虚功原理
2
s
1
.
k2 T
(nm kr
.
nr nk nm ) km
sh1
.
T
k1
(n
j
ir
nr nin j )
16
粘土矿物
蒙脱石 Al2[Si4O10](OH)2•nH2O
碱性、排水不良环境玄武岩、火山灰转变而来 三层结构，两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体，
晶胞厚14Å 两层间为氧原子与氧原子的分子键（范德华力） 水稳性差 密度2.2～2.7g/cm3
17
粘土矿物
伊利石 KAl2[AlSi3O10](OH)2•nH2O
10d
7.9
55
蠕变
土不是弹性体、也不是塑性体，而是粘弹塑性； 蠕变反映土颗粒间接触点性质的变化； 宏观性质； 微观机理。
56
Stroud(1971): Approximate Calculation of Multiple Integrals
蠕变微观机理
&T =k1sh(k2 T ) 速率过程理论
离解吸附：矿物颗粒从水溶液中吸附离子带电
SiO2+H2O→H2SiO3 →SiO32-+2H+
SiO2吸附SiO32-，带负电。 离子发生基H2SiO3在水中离解为SiO32-和H+，溶液酸度增加，斯为酸式离解； 发生基离解成阳离子和OH-，矿物颗粒吸附阳离子带正电，溶液碱度增加，斯为碱式离解。
34
离子交换能力： Li+<Na+<H+<K+<NK4+≤Mg2+<Ca2+<Al3+
41
离子交换（Gapon平衡方程）
以伊利石为例，k=0.4(1/mol)1/2，0.02molCaCl2和 0.02molNaCl中
Na
e
Ca
2 e
0.4
0.02 0.02
0.057
以伊利石为例，离子交换容量为40mg当量/100g， 2mg当量为Na，38mg当量为Ca，二价比一价高 19倍。
23
土中水
24
水的状态与土的稠度密切相关 塑限对应于强结合水的上限； 液限对应于弱结合水和部分自由水；
25
水的势能
重力势 压力势 基质势 溶质势 荷载势
26
土的物理化学性质
颗粒大小 表面带电特性 土的结构
27
颗粒大小
28
表面带电特性
比表面积：有机极性分子吸附法。 乙二醇3225.8m2/g；甘油17.65m2/g
42
短程作用-触变性分析
43
St
H0 H1
超灵敏粘土（quick clay）最早由Reusch（1901）引用，
指经重塑后稠度从固态变成粘滞液体状态的粘土。
超灵敏粘土在更新世期间被冰川覆盖的地区发现，主
要在苏联北部、芬兰、瑞典、加拿大和阿拉斯加。冰川
的冲刷产生了大量的细粒物质，接着便在海水、微咸水
K 3.3107 c(1/ cm2 )
双电层厚度d为 d=1/K。
38
Bolt（1956）
n0 (x0 d ) 2
/2
n0 / n 0
d 1 (n0 / n)2 sin2
β=高10岭15c石m；/m=m4o/lυ，蒙x脱0=石4/(υβΓ)= 1/υ伊利石 = 2/υ Γ是离子交换表面密度。 膨胀力为：
亚砂土
亚砂土
轻亚粘土 亚粘土
亚粘土
亚粘土
粘土 粘土 粘土
66
软土：天然含水量>=wL，e>1.0，压缩系数>0.5MPa-1，不排水
粘土矿物 蒙脱石 伊利石 高岭石 水铝英石
比表面积（m2/g） 810
67-100 7-30
200-300
29
30
电动现象（电泳和电渗）
列伊斯（1809）
水中的阳离子带水 一起向阴极移动， 阴极水位上升； 带负电的粘土向阳 极移动，阳极附近 变混浊。
31
交流 直流 电源 稳压器
排水主管
排水支管
ij
f
.
(n)ds
.
ij ij
3
2
bijkm
s
1
.
k2 T
sh1
.
T
k1
f
(n)ds
. km
.
ij
58
蠕变微观机理
.
D ij
ijkm
D km
（宏观流变）
.
.
ijkm
3
2
bijkm
s
1
.
k2 T
(sh1
T
k1
)
f
(n)ds
59
蠕变微观机理
.
.D
.D
.D
T [ni jk nk ( jk njnm km )]1/2
（3）高z电位。颗粒间排斥力增加形成分散结构，降低了强度
（4）分散剂和有机物质。使双电层扩张。 （5）低盐度。灵敏度并不只是取决子盐度，孔隙水内盐度很低的 非灵敏粘土也同样存在。盐度低是形成超灵敏粘土的必要条件，而 不是充分条件。当含盐量降到大约5g/l以下时，液限才开始减少，而 当含盐量降到2g/l以下时，液限发生陡降 。
32
35.0
32.5
含水量（%）
30.0
淤泥含水量随通电时间变化
27.5
25.0 0
50
100
150
200
250
300
通电时间（h）
33
表面电荷来源
同像置换（Si4+→Al3+； Al3++ →Mg2+ ） 晶格缺陷和破键 选择性吸附
CaCO3在Na3CO3吸附CO32-带负电；在CaCl2中的表现吸 附Ca2+带负电。
X射线衍射： 化学成分分析：
21
土中水
土中水
结合水 自由水
强结合水
弱结合水 毛细水
地下水位以下，土颗粒分子引力范围
重力水 以外，仅在本身重力作用下运动的水
22
王平全（2005）用等温吸附法确定粘土表面吸附结合水界限
吸附于土颗粒表面，在寻常条件下不能移动的水。内层称强结合水 （吸着水），外层称弱结合水（薄膜水）。 相对水气平衡压分别为0.9和0.98是粘土—水体系的两个特征湿度
9
土的构成
土粒：矿物成分 水：结合水、毛细水、重力水 气 水气收缩膜：非饱和土
10
11
12
矿物成分
原生矿物：母岩物理风化产物（抗水性、抗 风化强），石英长石云母；
次生矿物：粘土矿物 3600
水溶盐：
2700
有机质：
有机质含量0.446% 有机质含量4.116%
1800
无侧限抗压强度(kPa)
36
简化：假设只有一种阳离子和阴离子， 即i=2，|υ+|= |υ-|=υ，n0+= n0-= n0
d2
dx2
8 n0
D
sh
kT
对于单片粘土矿物
边界条件：x=0，ψ=ψ0 x=∞，ψ=0，dψ/dx=0
0eKx K 2 8 n0 2 2 (1/ cm2 )
DkT
37
n是离子数/cm3简，常用的离子浓度是c（mol/l） c=1000n/R，R是阿佛加德罗常数，6.022×1023l/mol
云母类粘土矿物统称 三层结构，晶胞厚10Å 钾键连结晶胞 水稳性间于高岭石和蒙脱石之间 密度2.6～3.0g/cm3
18
活性指数：A=Ip/<0.002mm颗粒含量，
表示亲水能力： <0.75，非活性 0.75-1.25，正常粘土 >1.25，活性粘土
粘 土 矿 物
19
残余摩擦角：
log
ps RTn
log
64
0.343
2
n0
x0
e
cS
39
Sridharan和Choudhury（2002）
ke
p
2nkT
cosh
2.81
3.375 lg
G
wS
1
徐永福等（2003）
40
离子交换（Gapon平衡方程）
M
m e
Nen
k
m
M
m 0
N n n 0
M和N表示m和n价阳离子； e表示可交换阳离子； 0表示自由溶液中的阳离子浓度；
900
0 3.5
7.0
10.5
水泥掺入比Aw(%)
14.0
13
矿物成分
14
粘土矿物晶胞由硅氧四面体和铝氢氧八面体组成
15
粘土矿物
高岭石 Al4[Si4O10](OH)8
酸性环境花岗岩中长石水解生成 两层结构，晶胞厚7.2Å 氢氧根中的氢与相邻氧形成氢键 水稳性好 密度2.58～2.61g/cm3
或淡水环境中沉积。冰川成因的粘土的典型特征是粘粒
（＜2μm）中含有大量非粘土矿物或原生矿物。粘土矿
物主要是伊利石和绿泥，也有蛭石，蒙脱石在所有超灵
敏粘土中含量都很低，甚至可以完全不存在；在非粘土
矿物中，石英最多，长石次之，角闪石也在大部分土样
中存在。
44
超灵敏粘土的塑性指数都很小（约10～15），比按 它们的粒径分布所估计的值小得多。低塑性可用无 活性的非粘土颗粒解释，超灵敏枯土的活性一般低 于0.5，如果将伊利石的活性考虑为0.9，则石英的 活性为零。由于某些超灵敏粘土的矿构成分和低塑 性，不应归入“粘土”类。 超灵敏粘土具有多孔的絮凝结构，灵敏粘土集合体 内部的孔隙似乎比非灵敏枯土的大，含水量都很高， 一般可达80％。超灵敏粘土还具有液性指数较高的 特征，其值可以达到3.5左右。
52
粘性
颗粒电作用下的粘结性质，表现为剪切强度的粘聚力。 粘聚力的来源：结合水、胶结作用、毛细水
53
塑性
颗粒之间靠结合水膜联接
液限
水头
3-10cm
cu（kPa） 2-3
塑限 7-10m 130-180
54
粘性土具有拉伸强度；粘性土自立性。
粘聚力
原始粘聚力:重塑土法向应力为0时的剪切强度，是由分子间
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。
2
3
4
5
1995年阪神地震大阪的街道路面液化
6
1999年台湾大地震中台中县由于液化引 起的楼房倒塌
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赵洲桥
隋朝石工李春所建，他把石台砌筑于密 实的粗砂 层上，一千三百多年来估计沉 降仅几厘米。
8
提纲
土的构成 土的物理化学性质 土的基本力学性质 土的分类
Bazant ZP, Oh BH. Microplane model for creep of anisotropic clay. J Eng Mech, ASCE, 1983.
60
蠕变微观机理
9次2×21点在二十面上的非正交对称分布
61
蠕变微观机理
9次2×21点在球面上的正交对称分布
62
蠕变微观机理
11次2×33点在多面上的正交对称分布
63
变形
本构模型 固结理论
64
土的分类
65
塑性指数分类指标界限值及土类名称
0 13
7
国家建委TJ7-74规范 砂土
轻亚粘土
水利部土工实验6规范 砂土 砂壤土
10
17
亚粘土 粘土
壤土
粘土
交通部79规范 冶金部冶基规103-77
地质矿产部84规范
砂土 砂土 砂土
粘 石英砂35， 土 高岭石12， 矿 伊利石10.2， 物 蒙脱石4～10
渗透系数
20
粘土矿物
热差分析：晶格破坏–吸热，新晶格形成–放热； 高：吸550-600ºC，放1000ºC； 伊：吸150ºC、550ºC、 800-900ºC 蒙：吸150-200ºC、700ºC、850-900ºC，放1000ºC；
第1讲 土的基本性质
1590: 伽利 略在此塔做 落体实验
意大利比萨斜塔
目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5° 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工
双电层理论
（土粒表面的负电荷与反离子层的统称）
35
双电层理论
假设：表面是平面；van’t 有效。
Hoff’s关系ps=RTn0(n/n0+n0/n-2)有效；e=γcSd
x-距表面距离
d2
dx2
4
D
D-介电常数
ε-单位电子电荷
ρ-电荷密度，ρ= ε∑niυi υi-离子价数 ni-离子浓度， ni= ni0exp(εψυi/kT)
超灵敏粘土的孔隙水中钠离子占优势，非超灵敏粘土中主要是钙 离子和镁离子。Soderblom（1974a）发现硬水（含Ca+2和Mg+2离子） 淋滤的粘土从未发现有超灵敏粘土。
46
瑞典Gota河谷粘土导电率和灵敏度的关系
47
淋滤对挪威粘土和曼谷粘土灵敏度的影响
48
土的结构
49
50
51
土的基本力学性 质
作用力引起的，影响距离为5Å ，键能为0.5-5千卡/克分子
固化粘聚力: 由随时间增长的胶结作用引起的。原状土和重
塑土在法向应力为0时的剪切强度之差，土体形成后，密度
基本不变条件下的强度增加部分。
固化粘聚力很大。
时间t
时间t的剪切强度/制样时的强度
0
1.0
1h
2.4
3.5h
2.6
22h
3.1
5d
5.4
45
（1）沉积荷载缓慢增加。多孔的絮凝结构，结合力抵抗压缩。 （2）土颗粒的比表面积小。大量岩粉中含有少量的粘土矿物，在 不带电的非粘土颗粒之间产生“短距离”的粒间结合力，在带电的 粘土颗粒之间存在“长距离”的结合力。短距离结合力：颗粒非常 小、重量与力级相当。结合力遭到破坏，强度便下降到一个很低的 值。
T
1 k2
sh -1
&T
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ti
1 k2
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&Ti &T
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蠕变微观机理
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ijij
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Tr
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虚功原理
2
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k2 T
(nm kr
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nr nk nm ) km
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k1
(n
j
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nr nin j )
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粘土矿物
蒙脱石 Al2[Si4O10](OH)2•nH2O
碱性、排水不良环境玄武岩、火山灰转变而来 三层结构，两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体，
晶胞厚14Å 两层间为氧原子与氧原子的分子键（范德华力） 水稳性差 密度2.2～2.7g/cm3
17
粘土矿物
伊利石 KAl2[AlSi3O10](OH)2•nH2O
10d
7.9
55
蠕变
土不是弹性体、也不是塑性体，而是粘弹塑性； 蠕变反映土颗粒间接触点性质的变化； 宏观性质； 微观机理。
56
Stroud(1971): Approximate Calculation of Multiple Integrals
蠕变微观机理
&T =k1sh(k2 T ) 速率过程理论
离解吸附：矿物颗粒从水溶液中吸附离子带电
SiO2+H2O→H2SiO3 →SiO32-+2H+
SiO2吸附SiO32-，带负电。 离子发生基H2SiO3在水中离解为SiO32-和H+，溶液酸度增加，斯为酸式离解； 发生基离解成阳离子和OH-，矿物颗粒吸附阳离子带正电，溶液碱度增加，斯为碱式离解。
34
离子交换能力： Li+<Na+<H+<K+<NK4+≤Mg2+<Ca2+<Al3+
41
离子交换（Gapon平衡方程）
以伊利石为例，k=0.4(1/mol)1/2，0.02molCaCl2和 0.02molNaCl中
Na
e
Ca
2 e
0.4
0.02 0.02
0.057
以伊利石为例，离子交换容量为40mg当量/100g， 2mg当量为Na，38mg当量为Ca，二价比一价高 19倍。
23
土中水
24
水的状态与土的稠度密切相关 塑限对应于强结合水的上限； 液限对应于弱结合水和部分自由水；
25
水的势能
重力势 压力势 基质势 溶质势 荷载势
26
土的物理化学性质
颗粒大小 表面带电特性 土的结构
27
颗粒大小
28
表面带电特性
比表面积：有机极性分子吸附法。 乙二醇3225.8m2/g；甘油17.65m2/g
42
短程作用-触变性分析
43
St
H0 H1
超灵敏粘土（quick clay）最早由Reusch（1901）引用，
指经重塑后稠度从固态变成粘滞液体状态的粘土。
超灵敏粘土在更新世期间被冰川覆盖的地区发现，主
要在苏联北部、芬兰、瑞典、加拿大和阿拉斯加。冰川
的冲刷产生了大量的细粒物质，接着便在海水、微咸水
K 3.3107 c(1/ cm2 )
双电层厚度d为 d=1/K。
38
Bolt（1956）
n0 (x0 d ) 2
/2
n0 / n 0
d 1 (n0 / n)2 sin2
β=高10岭15c石m；/m=m4o/lυ，蒙x脱0=石4/(υβΓ)= 1/υ伊利石 = 2/υ Γ是离子交换表面密度。 膨胀力为：
亚砂土
亚砂土
轻亚粘土 亚粘土
亚粘土
亚粘土
粘土 粘土 粘土
66
软土：天然含水量>=wL，e>1.0，压缩系数>0.5MPa-1，不排水
粘土矿物 蒙脱石 伊利石 高岭石 水铝英石
比表面积（m2/g） 810
67-100 7-30
200-300
29
30
电动现象（电泳和电渗）
列伊斯（1809）
水中的阳离子带水 一起向阴极移动， 阴极水位上升； 带负电的粘土向阳 极移动，阳极附近 变混浊。
31
交流 直流 电源 稳压器
排水主管
排水支管
ij
f
.
(n)ds
.
ij ij
3
2
bijkm
s
1
.
k2 T
sh1
.
T
k1
f
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. km
.
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蠕变微观机理
.
D ij
ijkm
D km
（宏观流变）
.
.
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3
2
bijkm
s
1
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T
k1
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f
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蠕变微观机理
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T [ni jk nk ( jk njnm km )]1/2
（3）高z电位。颗粒间排斥力增加形成分散结构，降低了强度
（4）分散剂和有机物质。使双电层扩张。 （5）低盐度。灵敏度并不只是取决子盐度，孔隙水内盐度很低的 非灵敏粘土也同样存在。盐度低是形成超灵敏粘土的必要条件，而 不是充分条件。当含盐量降到大约5g/l以下时，液限才开始减少，而 当含盐量降到2g/l以下时，液限发生陡降 。
32
35.0
32.5
含水量（%）
30.0
淤泥含水量随通电时间变化
27.5
25.0 0
50
100
150
200
250
300
通电时间（h）
33
表面电荷来源
同像置换（Si4+→Al3+； Al3++ →Mg2+ ） 晶格缺陷和破键 选择性吸附
CaCO3在Na3CO3吸附CO32-带负电；在CaCl2中的表现吸 附Ca2+带负电。
X射线衍射： 化学成分分析：
21
土中水
土中水
结合水 自由水
强结合水
弱结合水 毛细水
地下水位以下，土颗粒分子引力范围
重力水 以外，仅在本身重力作用下运动的水
22
王平全（2005）用等温吸附法确定粘土表面吸附结合水界限
吸附于土颗粒表面，在寻常条件下不能移动的水。内层称强结合水 （吸着水），外层称弱结合水（薄膜水）。 相对水气平衡压分别为0.9和0.98是粘土—水体系的两个特征湿度
9
土的构成
土粒：矿物成分 水：结合水、毛细水、重力水 气 水气收缩膜：非饱和土
10
11
12
矿物成分
原生矿物：母岩物理风化产物（抗水性、抗 风化强），石英长石云母；
次生矿物：粘土矿物 3600
水溶盐：
2700
有机质：
有机质含量0.446% 有机质含量4.116%
1800
无侧限抗压强度(kPa)
36
简化：假设只有一种阳离子和阴离子， 即i=2，|υ+|= |υ-|=υ，n0+= n0-= n0
d2
dx2
8 n0
D
sh
kT
对于单片粘土矿物
边界条件：x=0，ψ=ψ0 x=∞，ψ=0，dψ/dx=0
0eKx K 2 8 n0 2 2 (1/ cm2 )
DkT
37
n是离子数/cm3简，常用的离子浓度是c（mol/l） c=1000n/R，R是阿佛加德罗常数，6.022×1023l/mol
云母类粘土矿物统称 三层结构，晶胞厚10Å 钾键连结晶胞 水稳性间于高岭石和蒙脱石之间 密度2.6～3.0g/cm3
18
活性指数：A=Ip/<0.002mm颗粒含量，
表示亲水能力： <0.75，非活性 0.75-1.25，正常粘土 >1.25，活性粘土
粘 土 矿 物
19
残余摩擦角：
log
ps RTn
log
64
0.343
2
n0
x0
e
cS
39
Sridharan和Choudhury（2002）
ke
p
2nkT
cosh
2.81
3.375 lg
G
wS
1
徐永福等（2003）
40
离子交换（Gapon平衡方程）
M
m e
Nen
k
m
M
m 0
N n n 0
M和N表示m和n价阳离子； e表示可交换阳离子； 0表示自由溶液中的阳离子浓度；
900
0 3.5
7.0
10.5
水泥掺入比Aw(%)
14.0
13
矿物成分
14
粘土矿物晶胞由硅氧四面体和铝氢氧八面体组成
15
粘土矿物
高岭石 Al4[Si4O10](OH)8
酸性环境花岗岩中长石水解生成 两层结构，晶胞厚7.2Å 氢氧根中的氢与相邻氧形成氢键 水稳性好 密度2.58～2.61g/cm3
或淡水环境中沉积。冰川成因的粘土的典型特征是粘粒
（＜2μm）中含有大量非粘土矿物或原生矿物。粘土矿
物主要是伊利石和绿泥，也有蛭石，蒙脱石在所有超灵
敏粘土中含量都很低，甚至可以完全不存在；在非粘土
矿物中，石英最多，长石次之，角闪石也在大部分土样
中存在。
44
超灵敏粘土的塑性指数都很小（约10～15），比按 它们的粒径分布所估计的值小得多。低塑性可用无 活性的非粘土颗粒解释，超灵敏枯土的活性一般低 于0.5，如果将伊利石的活性考虑为0.9，则石英的 活性为零。由于某些超灵敏粘土的矿构成分和低塑 性，不应归入“粘土”类。 超灵敏粘土具有多孔的絮凝结构，灵敏粘土集合体 内部的孔隙似乎比非灵敏枯土的大，含水量都很高， 一般可达80％。超灵敏粘土还具有液性指数较高的 特征，其值可以达到3.5左右。