理论与方法：土的结构与物理性质

第一节土的结构和构造

　　地壳表层的岩石长期受自然界的空气、水、温度及各种生物的共同作用，使大块岩体不断地破碎与分解成为松散碎屑物质——块石(漂石)、碎石(卵石)、角砾(圆砾)、砂、粉土和黏性土，在工程地质勘察中一般统称为土。其在原地残留的碎屑物称为残积土。多数是风化后，再经水流、风力和重力作用多次搬运而沉积起来的，它们呈层状广泛覆盖在地表上，则称为土层。

　　在土的固体颗粒之间存在着许多孔隙，隙中常有水及气体。土与一般建筑材料(如钢材、混凝土)不同，除强度较低及质地不均匀外，其主要工程特征是：

　　1.土是由固体土颗粒、水及气体所组成，三者的成分及比例均对土的性质产生影响。

　　2.土具有孔隙，而且部分孔隙连通，所以一般土具有透水性。

　　3.土颗粒间联结很弱或无联结，在荷载作用下土颗粒会发生相对位移，土中水从孔隙排出而使孔隙减小，所以土的变形较大。

　　4.由于土中水从孔隙中排出并非加荷瞬间即可完成，所以土的变形需经一定时间方可完成。

　　5.土的变形除弹性变形外还会产生部分不可恢复的残余变形等等。

　　由于土的形成年代、生成环境及成分的不同，所以地基的性质是复杂而多样的。因此，设计前必须对场地进行工程地质勘察，并对土进行物理、力学性质试验，以作出工程地质评价。然后根据上部结构荷载、建筑物使用及构造上的要求，对地基进行变形、强度及稳定性分析。

　　一、土的结构

　　土的结构是指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。一般可分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。

　　1.单粒结构：单粒结构是无黏性土的基本组成形式。由较粗的砾石、砂粒在重力作用下沉积而成。因其颗粒较大，土粒的结合水很少，粒间没有联结力，有时仅有微弱的毛细水联结。土粒排列的紧密程度随其沉积的条件不同而异。如果土粒沉积缓慢或受波浪反复冲击推动作用，则形成紧密的单粒结构。由于土粒排列紧密，强度大，压缩性小，是良好的天然地基。当土粒沉积速度快，如洪水冲积形成的砂层和砾石层，往往形成疏松的单粒结构。由于土孔隙大，土粒骨架不稳定，当受到动力荷载或其他外力作用时，土粒容易移动而趋于紧密，同时产生很大变形。因此，未经处理的这种土层，一般不宜作建筑物的地基。如果饱和疏松的土是由细砂粒或粉砂粒所组成，在强烈的振动作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所谓“砂土液化”现象，在地震区将会引起震害。

　　2.蜂窝结构：当较细的土粒在水中下沉碰到已经沉积的土粒时，由于它们之间的吸引力大于其自重，因而土粒将停留在接触面上不再下沉，形成了具有很大孔隙的蜂窝结构。

　　3.絮状结构：细粒土在水中处于悬浮状态，不会因单个颗粒的自重而下沉。当悬浮液中掺人某些电解质，黏粒间的排斥力因电荷中和而破坏，凝聚成类似海绵絮状的集合体。并在聚合到一定质量时相继下沉，和已沉积的絮状集合体接触，形成孔隙很大的絮状结构 (a)单粒结构;(b)蜂窝结构;(c)絮状结构(c)。

　　具有蜂窝结构和絮状结构的土，颗粒间存在大量微细孔隙，其压缩性大、强度低，透水性弱。又囚土粒之间的联结较弱且不甚稳定，在受扰力作用下(如施工扰动影响)，土粒接触点可能脱离，部分结构遭受破坏，土的强度会迅速降低。

　　具有蜂窝结构和絮状结构的土，其土粒之间的联结力(结构强度)往往由于长期的压密作用和胶结作用而得到加强。

　　二、土的构造

　　土的构造是表示天然土在沉积过程中的成层特性，结构单元的分布，颗粒成分的变化，土层是各向同性还是各向异性等。

　　地层连续沉积而形成，其间并未受到冲刷，则土层构造是水平的。河流几经改道，使得附近的地层发生交替的冲刷与沉积，即形成斜交层理，(b)。山坡上的风化碎屑受重力作用堆积在山脚下，后来又经过河流沉积，即形成山坡土层。西北黄土地区，经大陆性季风的沉积与剥蚀，形成交错层理。

　　三、土的组成

　　土是由固体土颗粒(又称固相)，水(液相)和气体(气相)所组成，故称为三相.

理论与方法：土的结构与物理性质

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