土的物质组成与结构构造

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1、第一节土的形成与物质组成一、土的形成“土”一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言，土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。物理风化——指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化、不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化仅改变颗粒大小与形状，不改变原来矿物成分。生成的土呈松散状态，无粘性土。化学风化——指岩石碎屑与空气、水和各种水溶液相接触，经氧化、碳化和水化作用，改变原来矿物成分，形成新的矿物（次生矿物）。生成的土

2、为细粒土，粘性土。生物风化——由动物、植物和人类对岩体的破坏。第一章土的物质组成与结构构造1岩石物理风化化学风化土原生矿物次生矿物颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组成，它的成分与母岩的相同，颗粒一般较粗，吸附水的能力弱，性质比较稳，无塑性。化学风化仅使岩石产生质的变化物理风化仅使岩石产生量的变化原生矿物经化学风化生成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同。颗粒极细，性质活泼，有较强的吸附水能力，具塑性。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化土粒的大小及其组成粘土颗粒性质23二、土的物质

3、组成4第二节土的粒度成分一土的颗粒级配1.土颗粒的大小直接决定土的性质.2.粒径——颗粒直径大小.3.界限粒径——划分粒组的分界尺寸。4.粒组——将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为一个组别即称为粒组。可划分：2002020.050.005mm漂石卵石砾石砂粒粉粒粘粒565.颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。●级配的测试方法：—筛析法（>0.075mm),比重计法(<0.075mm)7二级配曲线据颗粒分析试验结果，绘制土的粒径级配曲

4、线。用半对数坐标绘制。纵坐标表示小于某粒径的土重占总土重的百分数，横坐标用对数坐标表示土的粒径。8①不均匀系数定义为（Cu）②曲率系数定义为（Cc）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。9●不均匀系数Cｕ反映大小不同粒组的分布情况。Cｕ越大表示土粒大小的分布范围越大、其级配越良好，作为填方工程

5、的土料时，则比较容易获得较大的密实度。●曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。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、有机质等。（

6、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分。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，主要差别表现在颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等几方面。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

7、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（二）次生矿物母岩风化后及在风化搬运过程中，如果原来的矿物因氧化、水化及水解、溶解等化学风化作用而进一步分解，就会形成一种新矿物，这就是次生矿物，其颗粒比原生矿物细小得多。自然界土体中常见次生矿物又分为两种类型:可溶性次生矿物,通常以离子状态存在于土的孔隙溶液中。阳离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等，阴离子有C1-、SO42+、HCO3-、S2-等。不可溶性次生矿物,包括游离氧化物和粘土矿物

8、。13（1）游离氧化物这是由三价的Fe、Al，二价的Si和O、OH、H2O等组成的矿物，如针铁矿（Fe2O3·H2O）、褐铁矿（Fe2O3·3H2O）、三水铝石（Al2O3·2H2O）、二氧化硅（SiO2·nH2O）等。（2）粘土矿物粘土矿物是原生矿物长石、云母等硅酸盐矿物经化学风化形成的，硅酸盐矿物由两部分构成，即硅氧四面体和铝氢氧八面体。14硅氧四面体：由一个硅原子和四个氧原子以相等距离堆成四面体形状，硅居其中央，氧占据四个顶点（图2-2a）。四面体中的三个氧被共用，横向连结成六角形的网格（