《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系
第一章 土的物质组成和结构 第一节 土的形成 第二节 土的三相组成 第三节 土的结构和构造
第一节 土的形成 土的形成 风化剥蚀 土 地球 岩石 地球 搬运、沉积
第一节 土的形成 土的演化 土(土体) 岩石(三大岩)
第一节 土的形成 一、风化 物理风化 原生矿物 化学风化 次生矿物 生物风化 有 机 质 动植物活动 岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎 一、风化 物理风化 原生矿物 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 化学风化 次生矿物 生物风化 有 机 质 动植物活动
第一节 土的形成 沉积与搬运 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 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 运积土 有搬运
第一节 土的形成 土的基本特征及主要成因类型 ☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体 土的基本特征
第一节 土的形成 残积土(体) 坡积土(体) 洪积土(体) 湖积土(体) 冲积土(体) 冰积土(体) 崩积土(体) 风积土(体) 海洋沉积土(体) 火山沉积土(体) 土的主要成因类型
第二节 土的三相组成 气 气相 次要作用 水 液相 土粒 重要影响 固相 构成土骨架，起决定作用
第二节 土的三相组成 干土 固体+气体 固体＋液体 湿土 ＋气体 固体＋液体 饱和土 干粘土较硬 干砂松散 粘土多为可塑状态 饱和粉细砂受震 动可能产生液化
第二节 土的三相组成 一、 土的固体颗粒 颗粒形状 矿物成分 粒径级配 物理状态 力学特性
第二节 土的三相组成 粒径级配 筛分法 水分法 细颗粒 粗颗粒 (1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石） 组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组 粒径级配 粗颗粒 筛分法 细颗粒 水分法
颗粒大小 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径 d mm 卵石 砾石 砂粒 粉粒 粘粒 胶粒 60 2 0.05 0.005 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径 d mm 卵石 砾石 砂粒 粉粒 粘粒 胶粒 60 2 0.05 0.005 0.002 0.25 0.5 5 20 粗 中 细 极细 0.1 粗粒土 细粒土
粗粒土与细粒土 粗粒土(无粘性土) 特征 细粒土(粘性土) 特征 孔隙大、透水性强，毛细上升， 高度很小，既无可塑造性，也 无胀缩性，压缩性极弱，强度 较高。 粗粒土(无粘性土) 特征 主要由原生矿物、次生矿物组成， 孔隙很小，透水性极弱，毛细上 升高度较高，有可塑性、胀缩性， 强度较低。 细粒土(粘性土) 特征
筛分法 它是利用一套孔径大小 不同的筛子，将事先称 过重量的烘干土样过筛， 称留在各筛上的重量， 然后计算相应的百分数。
比重计法:利用不同大小的土粒 在水中的沉降速度不同来确定小于 某粒径的土粒含量
颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含 量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）
颗粒级配的描述 d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、 30%和60%时所对应的粒径 曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况 工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、 30%和60%时所对应的粒径 Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu＜5的土视为级配不良的土； Cu＞10的土视为级配良好的土 对于砾类土或砂类土，同时满足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好级配砂或良好级配砾
粒径级配 粒径级配累积曲线及指标的用途： 1）粒组含量用于土的分类定名； 2）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 3）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; 4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级 配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土 粒径级配
第二节 土的三相组成 原生 矿物 矿 不可溶的 次生 物 矿物 可溶的 腐植质 有机质 泥炭 粘土矿物 倍半氧化物 次生氧化物 难溶盐 中溶盐 易溶盐 可溶的 有机质 腐植质 泥炭
原生矿物 石英、长石、云母等 次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型 粘土矿物: 高岭石、伊里石、蒙脱石 矿 物 原生矿物 石英、长石、云母等 次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型 高岭石、伊里石、蒙脱石 矿 物 粘土矿物: 由硅片和铝片构成的晶包所组合而成
粘土矿物 蒙 脱 石 蒙脱石 高岭石 伊利石
硅片的结构
铝片的结构
粘粒的带电性质 研究表明： 粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷
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
第二节 土的三相组成 土 中 水 结晶水 强结合水 结合水 沸石水 弱结合水 液态水 毛细水 非结合水 固态水 重力水 气态水 矿物成 分水 孔隙中的 水 非结合水 固态水 重力水 气态水
结合水 强结合水 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的的特性 温度高于100°C时可蒸发 弱结合水 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性
毛细水 πr2hcγw=2πrTcosα 粘土 粉土 砂土 砾石 分析对象: 水柱 上升高度: 毛细升高与孔径成反比 土中毛细现象 分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管 毛细水 分析对象: 水柱 πr2hcγw=2πrTcosα 上升高度: 毛细升高与孔径成反比 粘土 粉土 砂土 砾石 土中毛细现象
毛细压力 2πrTcosα+ucπr2 = 0 假定α= 0, 毛细压力 非饱和土中毛细张力影响 分析对象: 水膜 对砂土强度的影响:毛细边角水, 假凝聚力
第二节 土的三相组成 土 气体来源 中 气 体 气体分类 (1)空气 (2)生物化学作用 (3)化学反应 (1)吸附气体 (2)溶解气体 (3)密闭气体 (4)自由气体 气体分类
第三节 土的结构和构造 单粒结构 土 的 结 构 蜂窝结构 絮状结构 土颗粒之间的相互排列和连 续形式，称为土的结构。 粗颗粒土，如卵石、砂等. 密实的单粒结构土的工程性质最好 土 的 结 构 蜂窝结构 蜂窝状土工程性质较好 絮状结构 絮状结构土工程性质最差
第三节 土的结构和构造 粗粒土：单粒结构 粉 土：蜂窝结构 粉 土：蜂窝结构 蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态
第三节 土的结构和构造 絮状结构：海水 絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构
第三节 土的结构和构造 层状构造 土 的 分散构造 构 造 结核状构造 裂隙状构造 同一土层中，土颗粒之间相互 关系的特征称为土的构造。 土层由不同颜色，不同粒径的土 组成层理，平原地区的层理通常为 水平层理。层状构造是细粒土的 一个重要特征。 层状构造 土 的 构 造 土层中土粒分布均匀，性质相近， 如砂，卵石层为分散构造。 分散构造 在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核， 如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰 碛土等。 结核状构造 土体中有很多不连续的小裂隙，有的 硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。 裂隙状构造