【正文】 2 土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu) ? 土是未固結(jié)成巖的松散沉積物，在地表廣泛分布，是工程和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的主要對(duì)象。土的工程性質(zhì)復(fù)雜多變： ? 作為建筑地基，有的可以修建高樓大廈，有的連平房都承受不起；作為建筑材料，有的可以作為混凝土的骨料，有的可以燒制磚瓦，有的很難派上用場(chǎng)。 ? 土的性質(zhì)之所以有這樣大的差別，主要是其成分和結(jié)構(gòu)的不同。因此，在研究土的工程性質(zhì)形成及其變化規(guī)律時(shí)，首先要研究土的組成成分。 2 土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu) 土的基本特性 土的粒度成分 土的礦物成分 土的化學(xué)成分 土中的水和氣 土與水的相互作用 土的基本特征 從地質(zhì)觀點(diǎn)分析，土具有如下共同特點(diǎn)： ? 1）土是地質(zhì)歷史的產(chǎn)物 ? 土是由多種礦物自然集合而成的，它是在一定的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)，經(jīng)過各種復(fù)雜的自然因素的作用后形成的。不同類型的土，其形成時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境及方式不同，各種礦物在質(zhì)量、數(shù)量和空間排列上都有一定的差異，因而工程性質(zhì)也有所不同。因此，成因類型和地質(zhì)歷史的研究是分析鑒定土的工程性質(zhì)的基礎(chǔ)。 ? 形成過程：無機(jī)土來自巖石的 物理風(fēng)化 和化學(xué)風(fēng)化 ,有機(jī)土中的有機(jī)物來自植物、小動(dòng)物的骨骼和外殼。 ? 形成過程中仍殘留原地的稱為 殘積土 。 ? 由風(fēng)、水、波浪、冰川或重力搬運(yùn)而形成的沉積物稱為 運(yùn)積土 。 松散沉積物類型： ? 風(fēng)化殘積 ：殘積物 ? 重力堆積 ：墜積物、崩塌堆積物、滑坡堆積物、土溜堆積物 ? 大陸流水堆積 ：坡積物、洪積物、沖積物、湖積物、沼澤沉積物、三角洲（河－湖、河－海）堆積物 ? 海水堆積 ：濱海堆積物、淺海堆積物、深海堆積物 ? 地下水堆積 ：泉水堆積物、洞穴堆積物 ? 冰川堆積 ：冰積堆積物、冰水堆積物、冰積湖堆積物 ? 風(fēng)力堆積 ：風(fēng)積物 ? 火山堆積 ：火山巖及火山碎屑巖 ? 其它 ：人工堆積 ? 通常，流水搬運(yùn)、沉積形成的土如洪、沖積土的工程性質(zhì)要好 于風(fēng)力搬運(yùn)、沉積形成的土，也好于湖積和海積土； 沉積年代久遠(yuǎn)的土的工程性質(zhì)要優(yōu) 于新近形成的土；不同的自然條件下形成的土的性質(zhì)有較大的差異，各地往往存在一些 特殊性土 ，其性質(zhì)常常較一般土差。 ? 2）土是相系組合體 ? 土是由三相（固、液、氣）或四相（固、液、氣、有機(jī)質(zhì)）所組成的體系： ???????????????—特殊土的一種——有機(jī)土—有機(jī)質(zhì)（特殊相）—兩相凍土—冰—四相凍土—空氣水冰（特殊相）—兩相土——飽和土—水—三相土——濕土—水（液相）空氣—兩相土——干土—空氣（氣相）固相土顆粒 )(? 相系之間往往存在復(fù)雜的物理 — 化學(xué)作用。因此， 土的相系之間質(zhì)和量的變化是鑒定其工程性質(zhì)的一個(gè)重要依據(jù) 。 ? 在研究土?xí)r，必須對(duì)同時(shí)存在的三相的質(zhì)與量以及它們之間的相互作用一并加以研究。 ? 3）土是分散體系 ? 由二相或更多相所構(gòu)成的體系，其一相或某一些相分散在另一相中，稱為 分散體系 。多相組成的土是分散體系。 ? 根據(jù)固相土粒的大小程度，將土劃分為： ?粗分散體系 (2?m) ?細(xì)分散體系 (2~?m) ?膠體體系 (~?m) ?分子體系 (?m)。 ? 分散體系的性質(zhì)隨著分散程度的變化而變化 。 ? 研究表明，粗分散體系與細(xì)分散體系及膠體體系的差別很大。 細(xì)分散體系和膠體體系具有許多的共性 。因此，一般將細(xì)分散體系和膠體體系合并在一起作為土的細(xì)分散部分加以研究。 ? 土的細(xì)分散體系具有特殊的礦物成分，具有很高的分散性和比表面積，因而具有巨大的表面能。當(dāng)細(xì)分散顆粒與水作用時(shí)，在固、液相界面上具有很強(qiáng)的物理 — 化學(xué)活性。土中細(xì)分散顆粒含量的增多是形成黏性土工程性質(zhì)的決定因素。 ? 任何土類具有存在一定的能量 ， 在砂土和黏性土中 ， 其總能量是由內(nèi)部能量和表面能量之和構(gòu)成的 。 內(nèi)部能量與其土粒體積成正比 ， 而 表面能量則與土粒的表面積成正比 。 ? 砂土及其它碎屑土的 比表面積 很小 ， 所以表面能有限 ， 砂土 在物理 — 化學(xué)方面 ， 很大程度上是 惰性的 、 不親水 的 。 ? 黏性土 的比表面積和表面能均很大 ， 因此 ，具有較大的物理 — 化學(xué)活性和親水性 ， 表現(xiàn)為 極強(qiáng)的黏著性和塑性 。 ? 4）土是多礦物組合體 ? 土中含有 5~10種甚至更多的礦物，其中除 原生礦物 外， 次生黏土礦物是主要成分。 黏土礦物 的粒徑很小()，遇水容易 呈現(xiàn)膠體化學(xué)特性 ，在土粒之間形成一種特殊的連接，使黏性土表現(xiàn)出復(fù)雜多變的工程性質(zhì)。 土與其它連續(xù)介質(zhì)的建筑材料（如鋼材等）相比，具有以下三個(gè)方面的工程特性： ? 1） 壓縮性高 —— 在相同外部荷載作用下，土的壓縮量遠(yuǎn)大于常用的建筑材料如混凝土，反映在變形模量 E上，土的壓縮模量較建筑材料要小，而且不同類型的土之間的壓縮性存在較大的差別。 ? 2） 強(qiáng)度低 —— 土的抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)小于建筑材料的抗剪強(qiáng)度。這是因?yàn)?，土粒之間的摩擦力和黏聚力（土粒間的結(jié)合力）通常較小。 ? 3） 透水性大 —— 土屬于多孔介質(zhì)，內(nèi)部存在無數(shù)的相互連通的孔隙。這些孔隙是透水的。土的透水性與土的粒度成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等有關(guān)。 2 土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu) 土的基本特性 土的粒度成分 土的礦物成分 土的化學(xué)成分 土中的水和氣 土與水的相互作用 土的粒度成分 ? 粒徑 ?土粒的大小用其直徑表示，稱為 粒徑 ，又稱 粒度 。 ?一般用土粒能通過的最小篩孔的直徑，或土粒在靜水中具有相同下沉速度的當(dāng)量球體直徑表示 —— 原因是顆粒形狀多樣 ?土的粒度變化范圍極大 。大到數(shù)百至數(shù)千 mm的漂石、塊石，小到不足千分之一的黏土顆粒。 ?隨著粒徑的變化，土的成分和工程性質(zhì)也隨之變化 。不同粒徑的土粒具有不同的成分和性質(zhì)。 巨大的礫石 — 漂石 掃描電鏡 ? 粒組劃分與粒度成分 ? (1) 粒組 ? 按粒徑的大小劃分的組稱為粒組。也就是將土中的顆粒按粒徑分成若干個(gè)粒徑區(qū)段，每一個(gè)區(qū)段中所包括的這些大小的顆粒稱為粒組，即土中顆粒直徑界于某粒徑區(qū)間的所有顆粒。 ? 土的粒度成分實(shí)際上是不同粒組所占的比例關(guān)系。 ? 我國 《 土的工程分類標(biāo)準(zhǔn) 》 （ GB/T 501452022） 中的粒組劃分方案見下圖： ? (2) 粒組劃分 巨粒 粗粒 細(xì)粒 ? (3)粒度成分 ? 土的工程性質(zhì)與構(gòu)成土的各種粒徑的相對(duì)含量有關(guān) ，即與各種粒徑在土中的比例搭配關(guān)系有關(guān)。 ? 土中各種粒徑顆粒之間的比例搭配關(guān)系（相對(duì)含量）稱為 粒度成分 （又稱為 粒度級(jí)配 或 級(jí)配 ），一般用干土質(zhì)量百分比表示： 式中 x—— 某粒組的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) ,%； ma—— 干土中某粒組的質(zhì)量； mb—— 干土總質(zhì)量。 %100??bammx? 粒度分析方法 ? 粒度分析 的定義： ? 又稱顆粒分析，采用不同的方法將構(gòu)成土的各粒組劃分開來，并計(jì)算出各粒組的百分含量，以確定土的粒度成分，同時(shí)根據(jù)粒度成分分析結(jié)果進(jìn)行土的分類與定名（尤其粗粒土和巨粒土）。 ? 粒度分析 方法 常用的有： ? 粗粒土（粒徑 ）采用 篩析法 （篩分法） ? 細(xì)粒土（粒徑 ）則采用 靜水沉降分析法 ? 兩種方法分析結(jié)果綜合在一起就可獲得完整的土的粒度分析數(shù)據(jù) 。 ? （ 1）篩析法 ?適用條件：適用于粒徑界于 60~之間的土。 ?主要設(shè)備：是一套標(biāo)準(zhǔn)分析篩，篩子的孔徑分別為： ?粗篩： 60、 2mm ?細(xì)篩： 、 、 、 。 ?可根據(jù)土的性質(zhì)和工程要求適當(dāng)增減不同篩徑的分析篩。 ?試驗(yàn)要求： 應(yīng)符合 《 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 》(GB/T501231999)的規(guī)定 。 ?優(yōu) 點(diǎn)：簡單易行。 標(biāo)準(zhǔn)分析篩 振篩機(jī) ? （ 2）沉降分析法 ? 適用條件：粒徑小于 。 ? 原理：根據(jù)土粒在懸液中的沉降速率與粒徑的平方成正比的 Stocks公式來確定各粒組相對(duì)含量的方法。靜水中土粒在有效重力和液體阻力的共同作用下勻速下沉，可用下列公式表示： d— 顆粒直徑 (mm)； ?— 純水的動(dòng)力粘滯系數(shù) (106kPa?s)； ?s— 土顆粒密度 (g/cm3)； ?w— 水的密度 (g/cm3)； g— 重力加速度 (cm/s2)； L— 某一時(shí)間內(nèi)土粒沉降距離 (cm)； t— 沉降時(shí)間 (s)。 ? ? tLg1800d ws ??? ?? ?—— Stocks公式 （ mm） —— Stocks公式 ?試驗(yàn)方法： ?密度計(jì)法 ?移液管法 ?虹吸比重瓶法 ?方法不同，但原理均為 Stocks公式。 ?試驗(yàn)要求：應(yīng)符合 《 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 》 （ GB/T501231999）的規(guī)定。 ? 3．土的粒度成分的表示方法 ? (1) 列表法 ? 優(yōu)點(diǎn)：可以清楚地說明各粒組的含量 ? 缺點(diǎn)：大量土樣進(jìn)行對(duì)比時(shí)較困難 粒組（ mm） 粒度成分 (以質(zhì)量 %計(jì) ) 土樣 1 土樣 2 土樣 3 105 52 21 ? 60. 405 ? (2) 累計(jì)曲線法 （粒徑分布曲線圖） ? 以粒徑為橫坐標(biāo)，以小于某一粒徑的累計(jì)百分含量為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，將試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)投到該坐標(biāo)系中，得到兩者之間的關(guān)系曲線（累計(jì)曲線）。一般橫坐標(biāo)（粒徑）采用對(duì)數(shù)的形式，因此累計(jì)曲線為 半對(duì)數(shù)曲線 。 ? 累積含量百分比是指小于（或大于）某粒徑的所有土顆粒占全部土顆粒的質(zhì)量百分比。 ? 優(yōu)點(diǎn)： 便于多個(gè)土樣的粒度成分對(duì)比； ? 缺點(diǎn)： 當(dāng)土樣數(shù)量很多時(shí)，較煩亂，不易分辨。 粒度成分曲線020406080100120 1 10粒徑 dx （ mm ）累積百分含量xd（%）系列1系列2系列3d10 d10 d60 d50 d50 d60 ?用途： ?累計(jì)曲線形態(tài)能較直觀地表示出土的粒度級(jí)配： ?累計(jì)曲線平緩，說明土中各粒組的含量差別不大，土的分選性較差，級(jí)配良好； ?累計(jì)曲線窄陡，土的分選性好，土粒均勻，級(jí)配不良。 ?累計(jì)曲線給出一些 定量的信息 ： ? 任一粒徑區(qū)段的百分含量； ? 任一百分含量的最大粒徑； ? 有效粒徑 d10—— 粒徑分布曲線上小于該粒徑的土粒質(zhì)量占土總質(zhì)量的 10%的粒徑； ? 中間粒徑 d30—— 粒徑分