关于土介绍

[拼音]：tu

[外文]：soil

尚未固结成岩的松、软堆积物。主要为第四纪的产物。土与岩石的根本区别是土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等。土由各类岩石经风化作用而成。土位于地壳的表层，是人类工程经济活动的主要地质环境。土与岩石一起是工程岩土学的研究对象。

土的基本特征

（1）土与岩石一样是自然历史产物。土的性质由其地质成因、形成时间、地点、环境、方式，以及后生演化和现时产出的条件决定。如干旱区形成的黄土，湿热区形成的红土，静水区形成的淤泥，它们在性质上截然有别。

（2）土是由固、液、气体多相组成的体系。固相是土的主要成分，称为土的骨架。土颗粒间的孔隙可被液体或气体充填。完全被水充满时，形成二相体系的饱水土，性质柔软；完全被气体充满时，则形成二相体系的干土，其性质有的松散，有的坚硬。土的孔隙中有液、气体共存时，则形成湿土，其性质介于饱水土和干土之间，属三相体系。土中各相系组成的质和量，以及它们之间的相互作用是控制土的工程性质的主要因素。

（3）土是分散体系。根据土颗粒的大小（分散程度），土可分为粗分散体系(粒径大于2微米),细分散体系（粒径2～0.1微米），胶体体系（粒径0.1～0.01微米）,分子体系（粒径小于0.01微米）。土的工程性质随着分散程度的变化而改变。

（4）土是多矿物组合体。一种土含有5～10种或更多的矿物,其中次生矿物是主要成分。土遇水产生胶体化学特性，土粒间形成受结合水控制的特殊联结。这是促使粘土产生复杂性质的根本原因。

土的物质成分

一般包括粒度成分、矿物成分和液相成分。

（1）粒度成分。土粒按粒径大小及其性质的近似性归并成粒组，用各粒组占总土重的百分数表示土的粒度成分。粒度分析结果用累积曲线图和分布曲线（柱状）图（图1、2）表示。据累积曲线可图解出d10、 d30、d50、d60等特征粒径值。d10为有效粒径，累积百分含量为10％的粒径，是土的有代表性的粒径，常用于计算潜蚀、透水性和毛细管性的经验公式中；d50为平均粒径，指累积含量为50％的粒径；d30、d60为限制粒径，指累积含量分别为30％和60％的粒径。此外，不均匀系数Cu=d60/d10和曲率系数 也是表示粒度成分的定量指标。分布曲线图中具有一个较窄的峰者，称单分散土；具有两个峰者，称双分散土；峰多而平缓者，称多分散土。

（2）矿物成分。土中的粗碎屑颗粒多由石英、长石、云母等原生矿物组成。原生矿物经风化，可溶物被溶蚀后形成不溶于水的次生矿物。其颗粒很细小(小于0.001毫米),是构成粘土的主要成分，故称粘土矿物。主要代表性粘土矿物是高岭石、蒙脱石和伊利石。它们的比表面积大、阳离子交换吸附能力强，是控制粘性土产生塑性、膨胀性、收缩性等特殊性质的主要因素。

（3）液相成分。土中的液相成分通常不全是自由水。根据水分子的活动性可分为毛细管水、结合水、结构水等类型。结合水是土粒与水发生复杂物理－化学作用的产物。土粒表面常分布有具游离电价的原子或离子，它们能吸引极性水分子形成水化膜。在水化膜中直接与土粒相接触，并牢固被吸引的水称吸附结合水(强结合水)。远离颗粒表面的水构成浓差渗透吸附结合水(弱结合水)。结合水形成的形式如图 3。

强、弱结合水构成土粒表面双电层的反离子层，其中弱结合水大体相当于扩散层。结合水的发育是决定粘性土工程性质的主要因素。土中存在一定数量的可溶盐(NaCl、Na2SO4、CaCl2)。土中的水是水溶液。粘土胶粒从介质水溶液中吸附和交换分子、离子的能力称土的吸附能力。吸附有物理吸附（无极性吸附）和物理－化学吸附（极性吸附）。后者对土的工程性质的形成和演化有重要影响。在自然条件下,土粒表面荷负电,故阳离子吸附最普遍。吸附阳离子可与其他阳离子按化学当量进行离子交换。 100克干土能吸附阳离子的最大量称交换容量,以毫克当量表示。粘土胶体通常呈两性胶体,在等电点以下荷正电，将吸附交换阴离子（Cl-、PO婯等），在富含铝及水铝英石的粘土中常见此种情况。

土的结构特征

土的结构是土的存在形式，是土中矿物颗粒的相互关系。土的结构特征除土颗粒的大小、形状、表面特性及粒度级配特征外，还包括颗粒间的排列与集合关系，孔隙的大小，颗粒间联结的特点等。

土的结构类型有下列几种：

（1）散粒结构，为粗粒土所特有。其特点是土粒大、比表面积小、粒间无结构联结，只靠重力相互堆砌而成。按排列程度又可分为疏松与致密两种。经洪水快速搬运堆积的砂土易于形成疏松结构。其特点是孔隙度高，经动荷载作用后易产生压密变形。海岸带磨圆度好的砂多具致密结构。其特点是孔隙度低，经动、静荷载作用均不易产生重大变形。

（2）团聚结构，为粘性土特有。其特点是粘土粒子很少单独存在，而是彼此结合成团聚体。按粒度和团聚体排列的形式此类结构又可分为蜂窝状、骨架状、基质状、紊流状、层流状、畴状、伪球状和海绵状等8种类型（图4）。

前 5种为沉积粘土的典型结构,后3种则为残积或热液成因粘土的典型结构。蜂窝状结构是静水环境中新近沉积粘土的典型结构。它的特点是孔隙度大(60～90％)，湿度高(55～300％),强度低，压缩性强和各向同性。骨架状结构比蜂窝状结构密实，富含粉粒(40～60％),且多处于粘粒包裹之中,具触变性。基质状结构以粘粒团聚体为基底，粉砂粒镶嵌其中，具弱、中等压密性，是冲积土的典型结构。紊流状结构系蜂窝状结构或基质状结构经成岩压密形成的，具明显各向异性,各向异性剪切系数达2.5。在已固结的海积粘土中常见层流状结构，淡水湖相粘土经后生成岩压密，亦可有这种结构，它比紊流状结构的定向程度更高。畴状结构是残积高岭土的典型结构，与长石风化密切相关，在花岗岩风化土中最常见。伪球状和海绵状结构是热液成因粘土的代表结构。

土的物态特征

由于土的各物质组成之间的比例和排列不同而表现出的土的轻重、干湿和松密等自然属性。表征土的物态特征的指标如下：

（1）土粒密度，土中固体颗粒的质量与其体积之比,即土粒的单位体积的质量；

（2）天然密度，天然状态下，土的总质量与总体积之比；

（3）干密度，土的孔隙中完全没有水时，土的单位体积的质量；

（4）含水率，土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，常以百分数表示；

（5）孔隙率：土的孔隙体积与土的总体积之比，常以百分率表示；

（6）孔隙比，土的孔隙体积与土粒体积之比，常用小数表示；

（7）饱和度，土的孔隙中水的充填度，即土中水的体积与孔隙体积的百分比值。

土的分类

地壳上的土，种类繁多，为便于研究与实际应用，可按土的工程性质近似地归类，粒度组成一直是土的分类的基本依据。世界上几个国家的土的粒组界限值见表。

按粒度，土首先分为颗粒直径大于0.074毫米者占 50％以上的粗粒土和颗粒直径小于0.074毫米者占50％以上的细粒土,粗粒土再细分的标准仍是粒度组成，颗粒直径大于 2毫米者占50％以上的为砾石类土，否则为砂类土。但细粒土的性质与粒度的关系不如其与水的关系密切，故世界各国普遍采用塑性指标作为划分细粒土的标准。分类方法是将实际测得的塑性指标值点在塑性图上,据其位置归类(图5)。此外，还有以地质成因或矿物成分为划分标准的分类法。

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