《经典土质学与土力学》

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1、土质学与土力学绪论土质学、土力学都是研究土的学科，目的是解决工程建筑中有关土的工程技术问题。土的形成经历了漫长的地质历史过程，它是地质作用的产物，是一种矿物集合体，为由多种组成的多相分散系统。其主要特征是分散性、复杂性和易变性，极易受到外界环境（温度、湿度等）的变化而发生变化。由于土的形成过程不同，加上自然环境的不同，使土的性质有着极大的差异，而人类工程活动又促使土的性质发生变异。因此在进行工程建设时，必须密切结合土的实际性质进行设计和施工，在预测到因土性质的变异带来的危害，并加以改良，否则会影响工程的经济合理性和安全使用。土质学是一门属

2、于地质学范畴的科学，是从工程地质观点（即从工程建筑物与自然地质体相互作用、相互制约角度出发的观点）去研究土的，它是地质学观点和力学观点的有机结合，其理论性和实践性很强。土质学研究的内容主要包括以下几个方面：1．土的工程地质性质，包括物理性质、水理性质和力学性质，如干密度、干湿状况、孔隙特征、与水相互作用表现出的性质及在外力作用下表现出的变形和强度特征。2．土的工程地质性质的形成和分布规律；土的物质组成、结构构造对土的工程地质性质的影响。3．土的工程地质性质指标的测试方法和测试技术。4．土的工程地质分类。5．土的工程地质性质在自然或人为因素

3、作用下的变化趋势和变化规律，预测这种变化对各种建筑物的危害。6．特殊土的工程地质特征。土力学是属于工程力学范畴的科学，是运用力学原理，同时考虑到土作为分散系特征来求得量的关系，其力学计算模型必须建立在现场勘察和实测土的计算参数（即工程地质性质指标）的基础上，因此土力学也是一门理论性和实践性很强的学科。它研究的内容主要包括以下几个方面：1．土的应力与应变的关系。2．土的强度及土的变形和时间的关系。3．土在外荷作用下的稳定性计算。－154－土质学与土力学虽各属不同学科范畴，但彼此间关系十分密切。随着科学的不断发展，这两门学科的相互结合已成为必

4、然的发展趋势。土质学需吸取土力学中运用数学、力学等最新理论去研究土的工程地质性质的本质；土力学将吸取土质学从成因及微观结构等认识土的性质本质的研究成果去研究与工程建筑有关的土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题。本课程把土质学与土力学结合在一起就是顺应了科学发展的这种趋势，显示了完整性和系统性，它定能更好地解决实际工程中有关土的问题。－154－第一章土的物质组成和结构第一节土的形成一、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

5、。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”(soilmass)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

6、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”。总之，土体的形成和演化过程，就是土的性质和变化过程，由于不同的作用处于不同的作用阶段，土体就表现出不同

7、的特点。三、土的基本特征及主要成因类型（一）土的基本特征从工程地质观点分析，土有以下共同的基本特征：1．土是自然历史的产物土是由许多矿物自然结合而成的。它在一定的地质历史时期内，经过各种复杂的自然因素作用后形成各类土的形成时间、地点、环境以及方式不同，各种矿物在质量、数量和空间排列上都有一定的差异，其工程地质性质也就有所不同。2．土是相系组合体－154－土是由三相（固、液、气）或四相（固、液、气、有机质）所组成的体系。相系组成之间的变化,将导致土的性质的改变。土的相系之间的质和量的变化是鉴别其工程地质性质的一个重要依据。它们存在着复杂的物

8、理～化学作用。3．土是分散体系由二相或更多的相所构成的体系，其一相或一些相分散在另一相中，谓之分散体系。根据固相土粒的大小程度(分散程度)，土可分为①粗分散体系（大于2μ），②细分散体系，（2