土
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覆盖于地球最表面,由岩石经各种地质作用衍生而成的松散物质。土与岩石的根本区别是土的颗粒间是不胶结或弱胶结的,因此,物理状态易变,刚度小,力学强度低,孔隙率高,并很容易在自然力作用下进行搬运。
土的性质是由其母岩成分,以及成因、地质历史、成土环境、作用荷载等因素决定的。土按其成因可分为:残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、冰碛土、风积土和沼泽土等。
土是由固、液、气体多相组成的体系。固相即土颗粒,是土的主要成分。土颗粒间的孔隙可被液体或/和气体充填。当孔隙被气体充满时,为二相的干土;当孔隙被液体充满时,形成二相的
土的颗粒组成
对土的性质影响很大。依粒径(d)的大小,将土颗粒分成若干粒组:漂粒(d>200 mm),卵粒(200 mm≥d>60 mm),砾粒(60 mm≥d>2 mm),砂粒(2 mm≥d>0.075 mm),粉粒(0.075 mm≥d>0.005 mm)和黏粒 (d≤0.005 mm)。土按颗粒组成可分为粗粒土和细粒土。大于0.075 mm的粒径占50%以上者,称为粗粒土,它又可分为砾类土和砂类土。小于0.075 mm占50%以上者为细粒土。细粒土应根据塑性图分类。根据塑性指数(Ip)的大小,细粒土又可分为粉土和黏土。粗粒土的强度较高,易于压实,透水性好,不具有黏性和塑性。细粒土则相反,遇水后结构不稳定,抗冲能力弱,在振动条件下易液化,黏性土还具有很高的塑性和黏性。
土的颗粒矿物成分
对土的性质影响显著。土的粗颗粒大都由石英、长石、云母等原生矿物组成。原生矿物经风化,可溶物质被溶滤后形成不溶于水的次生矿物,其粒径细小(粒径小于0.001 mm),统称黏土矿物,主要有蒙脱石、伊利石(水云母类)和高岭石3大类。黏土矿物的活动性很大,尤以蒙脱石最甚,伊利石次之,高岭石较弱。它们是控制黏土力学性质以及其他许多特殊性质的主要因素。当黏土中活动性强的黏土矿物含量高时,土就会随含水量的变化表现出较强的膨胀和收缩特性,这种土就是膨胀土,在工程中属于一种典型的特殊土。除膨胀土外,黄土、红土、冻土、分散性土、盐渍土、钙质土和某些残积土也属于特殊土,工程中对于这些土应作专门论证。
土的结构
指土中颗粒的排列和联结的关系,它是土的存在形式。土的结构类型有:①散粒结构。它为粗粒土所特有,按排列的情况还可分为疏松的和密实的2种。②团聚结构。它为黏性土所特有,其特点是黏土颗粒常彼此结合形成团聚体,按粒度和团聚体排列的形式,又可分为蜂窝状等几种类型。不同的结构类型对土的力学性质也有重要影响。
土中液相的成分
这是影响土的工程性质的又一重要因素,尤其对细粒土。液相并不全是普通常见的自由水。由于液相与土粒间相互作用,水分子的活动性表现出巨大的差别,可分为毛细管水、结合水、结构水等类型。毛细管水是指在地下水水位以上的非饱和土中,由于土中毛细管引力作用而存在于土中细孔隙中的水。结合水是土粒与水发生复杂的物理—化学作用的产物。土粒表面能吸引极性水分子形成水化膜。结合水的发育是决定黏土性质的重要因素。结构水是存在于固相分子内部的水,它对土的性质的直接影响较小。此外,土中还存在一定数量的可溶盐,故土中的水往往是水溶液。可溶盐的种类和数量对土的性质也有一定的影响。