尚未固結成巖的松、軟堆積物。主要為第四紀的產物。土與巖石的根本區別是土不具有剛性的聯結,物理狀態多變,力學強度低等。土由各類巖石經風化作用而成。土位於地殼的表層,是人類工程經濟活動的主要地質環境。土與巖石一起是工程巖土學的研究物件。
土的基本特徵 ①土與巖石一樣是自然歷史產物。土的性質由其地質成因、形成時間、地點、環境、方式,以及後生演化和現時產出的條件決定。如乾旱區形成成的黃土,濕熱區形成的紅土,靜水區形成的淤泥,它們在性質上截然有別。②土是由固、液、氣體多相組成的體系。固相是土的主要成分,稱為土的骨架。土顆粒間的孔隙可被液體或氣體充填。完全被水充滿時,形成二相體系的飽水土,性質柔軟;完全被氣體充滿時,則形成二相體系的幹土,其性質有的松散,有的堅硬。土的孔隙中有液、氣體共存時,則形成濕土,其性質介於飽水土和幹土之間,屬三相體系。土中各相系組成的質和量,以及它們之間的相互作用是控制土的工程性質的主要因素。③土是分散體系。根據土顆粒的大小(分散程度),土可分為粗分散體系(粒徑大於2微米),細分散體系(粒徑2~0.1微米),膠體體系(粒徑0.1~0.01微米),分子體系(粒徑小於0.01微米)。土的工程性質隨著分散程度的變化而改變。④土是多礦物組合體。一種土含有5~10種或更多的礦物,其中次生礦物是主要成分。土遇水產生膠體化學特性,土粒間形成受結合水控制的特殊聯結。這是促使粘土產生復雜性質的根本原因。
土的物質成分 一般包括粒度成分、礦物成分和液相成分。
①粒度成分。土粒按粒徑大小及其性質的近似性歸並成粒組,用各粒組占總土重的百分數表示土的粒度成分。粒度分析結果用累積曲線圖和分佈曲線(柱狀)圖(圖1、2)表示。據累積曲線可圖解出d10、d30、d50、d60等特征粒徑值。d10為有效粒徑,累積百分含量為10%的粒徑,是土的有代表性的粒徑,常用於計算潛蝕、透水性和毛細管性的經驗公式中;d50為平均粒徑,指累積含量為50%的粒徑;d30、d60為限制粒徑,指累積含量分別為30%和60%的粒徑。此外,不均勻系數Cu=d60/d10和曲率系數
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②礦物成分。土中的粗碎屑顆粒多由石英、長石、雲母等原生礦物組成。原生礦物經風化,可溶物被溶蝕後形成不溶於水的次生礦物。其顆粒很細小(小於0.001毫米),是構成粘土的主要成分,故稱粘土礦物。主要代表性粘土礦物是高嶺石、蒙脫石和伊利石。它們的比表面積大、陽離子交換吸附能力強,是控制粘性土產生塑性、膨脹性、收縮性等特殊性質的主要因素。
③液相成分。土中的液相成分通常不全是自由水。根據水分子的活動性可分為毛細管水、結合水、結構水等類型。結合水是土粒與水發生復雜物理-化學作用的產物。土粒表面常分佈有具遊離電價的原子或離子,它們能吸引極性水分子形成水化膜。在水化膜中直接與土粒相接觸,並牢固被吸引的水稱吸附結合水(強結合水)。遠離顆粒表面的水構成濃差滲透吸附結合水(弱結合水)。結合水形成的形式如圖3。
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土的結構特征 土的結構是土的存在形式,是土中礦物顆粒的相互關系。土的結構特征除土顆粒的大小、形狀、表面特性及粒度級配特征外,還包括顆粒間的排列與集合關系,孔隙的大小,顆粒間聯結的特點等。
土的結構類型有下列幾種:①散粒結構,為粗粒土所特有。其特點是土粒大、比表面積小、粒間無結構聯結,隻靠重力相互堆砌而成。按排列程度又可分為疏松與致密兩種。經洪水快速搬運堆積的砂土易於形成疏松結構。其特點是孔隙度高,經動荷載作用後易產生壓密變形。海岸帶磨圓度好的砂多具致密結構。其特點是孔隙度低,經動、靜荷載作用均不易產生重大變形。②團聚結構,為粘性土特有。其特點是粘土粒子很少單獨存在,而是彼此結合成團聚體。按粒度和團聚體排列的形式此類結構又可分為蜂窩狀、骨架狀、基質狀、紊流狀、層流狀、疇狀、偽球狀和海綿狀等8種類型(圖4)。
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土的物態特征 由於土的各物質組成之間的比例和排列不同而表現出的土的輕重、幹濕和松密等自然屬性。表征土的物態特征的指標如下:①土粒密度,土中固體顆粒的質量與其體積之比,即土粒的單位體積的質量;②天然密度,天然狀態下,土的總質量與總體積之比;③幹密度,土的孔隙中完全沒有水時,土的單位體積的質量;④含水率,土中所含水分的質量與固體顆粒質量之比,常以百分數表示;⑤孔隙率:土的孔隙體積與土的總體積之比,常以百分率表示;⑥孔隙比,土的孔隙體積與土粒體積之比,常用小數表示;⑦飽和度,土的孔隙中水的充填度,即土中水的體積與孔隙體積的百分比值。
土的分類 地殼上的土,種類繁多,為便於研究與實際應用,可按土的工程性質近似地歸類,粒度組成一直是土的分類的基本依據。世界上幾個國傢的土的粒組界限值見表。
粒組界限值對照表(mm)![](/img1/28705.jpg)
按粒度,土首先分為顆粒直徑大於0.074毫米者占50%以上的粗粒土和顆粒直徑小於0.074毫米者占50%以上的細粒土,粗粒土再細分的標準仍是粒度組成,顆粒直徑大於2毫米者占50%以上的為礫石類土,否則為砂類土。但細粒土的性質與粒度的關系不如其與水的關系密切,故世界各國普遍采用塑性指標作為劃分細粒土的標準。分類方法是將實際測得的塑性指標值點在塑性圖上,據其位置歸類(圖5)。此外,還有以地質成因或礦物成分為劃分標準的分類法。
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