第一章土的物理性質及工程分類
土是岩石經過物理風化、化學風化、生物風化作用後的產物，是由各種大小不同的土粒按各種比例組成的集合體。
土粒之間的孔隙中包含著水和氣體，是一種三相體系。
第一節土的三相組成
無機礦物顆粒原生礦物：岩漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、雲母等
固體顆粒次生礦物：原生礦物風化作用的新礦物、、次生、
（固相粘土礦物以及碳酸鹽等
有機質：由於微生物作用，土中產生的複雜的腐殖質礦物，還有動植物殘體等有機物，如泥炭等。
土結合水強結合水
水弱結合水
（液相） 自由水毛細水
重力水 氣體與大氣聯通： 與空氣相似，受到外力作用時排出，對土的工程性質沒多大影響。
（氣相） 與大氣不連通：密閉氣體，壓力大被壓縮或溶解於水中，壓力小時氣泡恢復原狀或重遊
離，對土的工程性質有很大影響。
（含氣體的土成為非飽和土，非飽和土的工程性質研究已成為土力學的乙個新分支）
第二節土的顆粒特徵
1．描述土粒大小及各種顆粒的相對含量的常用方法：對粒徑》0.075mm的土粒，篩分法；粒徑<0.075mm的土粒，沉降分析法。
。2．土粒大小劃分：塊-碎-礫-砂-粉-粘
（粉：砂粉，粘粉；粘：粉粘，粘土）
粘土粒徑<0.002mm，為很細小的扁平顆粒，表面具有極強的和水相互作用的能力。
第三節土的三相比例指標
土的三相五隻在體積和質量上的比例關係稱為三相比例指標。三相比例指標反映了土的乾燥與潮濕、疏鬆與緊密，是評價土的工程性質的最基本的物理性質指標，也是工程地質勘查報告中不可缺少的基本內容。
土樣體積
土樣質量：
三相比例指標分為兩種：試驗指標，換算指標
一、試驗指標
包括土的密度、土粒密度、含水量
1．土的密度：單位體積土的質量，（）。
土的密度常用環刀法測定，單位是，一般土的密度為1.60～2.20。
（重度：由土的質量產生的單位體積的重力，等於密度乘以重力加速度，
2．土粒密度：乾土粒的質量與其體積之比， 。
一般在2.65～2.76。由砂到粘越來越重。
3．土的含水量：水的質量與固體（土粒）質量之比，
含水量常用烘乾法測定，是描述土的乾濕程度的重要指標，常以百分數表示。
二、換算指標
包括土的幹密度（幹重度）、飽和密度（飽和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率、飽和度
1．幹密度：土的固相質量與土的總體積之比， 。
土的幹密度越大，土越密實，強度就越高，水穩定性也好。常用作填土密實度的施工控制指標。
2．飽和密度：當土的孔隙中全部為水充滿時的密度， 。
3．有效重度：當塗浸沒在水中時，土的固相收到水的浮力的作用，土體的重力也應扣除浮力。計算地下水位以下土層的自重應力時應當用有效重度，有效重度是扣除浮力以後的固相重力與土的總體積之比（又稱浮重度），
水的重度，純水在4℃是的重度等於9.81，在工程上化整為10。
（）4．土的孔隙比：孔隙的體積與土的固相體積之比，
5．土的孔隙率：孔隙的體積與土的總體積之比，
6．土的飽和度：孔隙中水的體積與孔隙體積之比，
第四節粘性土的界限含水量
一、粘性土的狀態與界限含水量
（從一種狀態到另一種狀態的含水量分界點成為界限含水量）
液限測定，用碟式液限儀和錐式液限儀。
塑限測定，撮條法。（把塑性狀態的土在毛玻璃上用手搓條，搓到土條直徑為3mm左右時斷裂）
二、塑性指數
可塑性是粘土區別於砂土的重要特徵。從液限到塑限含水量的變化範圍越大，土的可塑性越好。
塑性指數習慣上用不帶%的數值表示。
三、液性指數
液性指數：0<<1時，液性指數越大，表示土越軟； >1時，土處於流動狀態； <0時，處於半固體或固體狀態。
第五節砂土的密實度
砂土的密實度對其工程性質具有重要的影響。
密實的砂土具有較高的強度和較低的壓縮性，是良好的建築物地基；
一、相對密實度
土的孔隙比一般可以用來描述土的密實程度，但砂土還取決於土的級配情況。
為了同時考慮孔隙比和級配的影響，引入砂土相對密實度的概念。
最小孔隙比：砂土處於最密實狀態時的孔隙比；
最大孔隙比：砂土處於最疏鬆狀態時的孔隙比。
相對密實度：
越接近1，越密實；越接近0，越鬆散。
二、標準貫入試驗
從理論上講，用相對密實度劃分砂土的密實度比較合理。但實際不好操作。
在工程實踐中，通常用標準貫入擊數來劃分砂土的密實度。
標準貫入試驗：使用規定的錘重（63.5kg）和落距（76cm）把標準貫入器（帶有刃口的對開管，外徑50cm，內徑35cm）打入土中，記錄貫入一定深度（30cm）所需的鎚擊數n值的原位測試方法。
標準貫入試驗的貫入鎚擊數反映了土層的松密和軟硬程度，是一種簡便的測試手段。
第六節土的工程分類
第二章粘性土的物理化學性質
粘性土根據界限含水量分為四個狀態，砂土沒有這種性質。粘性土的這種特質取決於粘粒粒組的含量與粘粒的礦物成分。
粘土的粒徑<0.002mm，因此它具有很大的表面積。顆粒越細，比表面積越大，表面能越大。
粘土可以分為蒙脫石、伊利石、高嶺石三種型別。
粘土的塑性、壓縮性、脹縮性、強度等工程性質受到原子、分子間鍵力的制約，這是粘土物理化學特性的本質。
第一節鍵力的基本概念
鍵力：原子與原子之間或分子與分子之間的一種聯結力。包括化學鍵、分子鍵、氫鍵三種。
一、化學鍵
化學鍵：原子與原子之間的聯結。也稱為主鍵或高能鍵。分為離子鍵、共價鍵、金屬鍵三種。
簡單的說，不同元素的原子通過化學反應構成一種新的物質分子。異性原子之間的聯結力稱為離子鍵；兩個同性原子形成同一元素分子的聯結力稱為共價鍵；通過自由電子將原子或離子聯結成結晶格架的力稱為金屬鍵。
化學鍵影響範圍最小，約為0.1～0.2，但聯結力最大，相當於8.4～84。
二、分子鍵
即范德華鍵，或稱次鍵、低能鍵。分子與分子之間的聯結力。
三、氫鍵
介於主鍵與次鍵之間的一種鍵力。
第二節粘土礦物顆粒的結晶結構
粘土礦物大都屬於矽酸鹽，晶體的原子排列與礦物顆粒的物理性質、化學性質和光學性質有非常密切的關係。
粘土礦物的結晶結構主要是兩個基本結構單元組成：矽氧四面體和氫氧化鋁八面體。
第三節粘土顆粒的膠體化學性質
粘土顆粒粒徑非常微小，<0.002mm，在介質中具有明顯的膠體化學特性，因為粘土顆粒表面帶負電。
第四節粘土工程性質的利用和改良
粘土礦物具有特殊的結晶構造和帶電的特性。
一、電滲排水和電化學加固
二、利用離子交換改良粘土的工程性質
蒙脫石和伊利石，具有很強的親水性，具有吸水膨脹和失水收縮的特性，稱為膨脹土。
在工程中，可以用**陽離子置換低價離子的辦法來改善土的工程性質。因為低價離子使土顆粒周圍的水膜變厚，即液限明顯上公升，可塑性增加。
三、粘土的結構性
在粘土顆粒薄片的面上分布著負電荷，而在邊角處呈現正電荷。
四、粘土的抗剪強度
粘土的抗剪強度由粘聚力分量和摩擦力分量組成。
五、觸變性和觸變泥漿
將純粘土礦物（高嶺土或蒙脫石等）與水製成泥漿時，礦物顆粒吸附大量水化離子和水分子，由於顆粒的水膜很厚，顆粒與顆粒之間的引力很薄弱，可以長時期懸浮在水中。當懸浮液在靜止狀態時，顆粒之間的微弱引力，使其聚集起來，懸液成為一種糊狀、粘滯度較大的流體。一旦受到振動或擾動時，顆粒之間的聯結立即喪失，又恢復成為流動的液體。
這種性質成為觸變性。
第三章土中水的運動規律
第一節土的毛細性
土的毛細性是指能夠產生毛細現象的性質。土的毛細現象是指土中水在表面張力作用下，沿著細的孔隙向上及其他方向移動的現象。這種細微孔隙中的水被稱為毛細水。
一、土層中的毛細水帶
從下到上分為：正常毛細水帶→毛細網狀水帶→毛細懸掛水帶
毛細懸掛水帶：由地表水滲入而成。當地表有大氣降水補給時，在重力作用下向下移動。
三個毛細水帶不一定同時存在，取決於當地的水文地質。如地下水位很高時，可能就只有正常毛細水帶，而沒有毛細網狀水帶和毛細懸掛水帶；反之，當地下水位較低時，則可能三個同時出現。
二、毛細水上公升高度及上公升速度
乙個細管插入水中，可以看到水會沿著毛細管上公升。
濕潤現象。
三、毛細壓力
乾燥的砂土是鬆散的，溼砂可捏成團。因為溼砂的土粒間有一些粘結力，這個粘結力是由於土粒間接觸面上一些水的毛細壓力形成的。
第二節土的滲透性
土的滲透性：土孔隙中的自由水在重力作用下發生運動的現象，稱為土的滲透性。
一、滲流模型
二、土的層流滲透定律
三、土的滲透性
四、影響土的滲透性的因素
1．土的粒度成分及礦物成分
2．結合水膜的厚度
3．土的結構構造
4．水的粘滯度
5．土中氣體
五、動水力及滲流破壞
流砂：若水的滲流方向自下而上，當向上的動水力與土的有效重度相等時，這時土顆粒間的壓力等於零，土顆粒將處於懸浮狀態而失去穩定，這種現象成為流砂現象。
管湧：當水在砂土中滲流時，土中的一些細小顆粒在動水力的作用下，可能通過粗顆粒的孔隙被水流帶走，這種現象稱為管湧。
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