土体工程 土的结构

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1、土的结构土的物质成分包括土的固相成分以及存在于土孔隙中的水和气 体，土的结构泛指土的物质成分各基本结构单元之间的排列组织形 式。狭义的土结构是指土的固体颗粒的相互排列和联结方式。广义的土结构，也称为土的组构，是指土的固体颗粒及其孔隙的 空间排列特征，即包括土的固相、液相和气相全部物质成分在内的空 间排列特征。用肉眼或一般放大镜可以观察到的结构，称为土的宏观结构；需借助于光学显微镜或电子显微镜才能观察到的结构，称为土的 微观结构。土的构造一般是指土的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征（也有将 其称为土体结构，或归为宏观结构）。同一种砂，当处于结构松散或结构紧密不同状态，其工程性质差 别非常大。有些原状

2、结构的黏性土受扰动后，尽管土的物质成分总体上并未 发生什么变化，但其强度却产生显著下降。这些都说明土的结构是影响土的工程性质的重要因素。1土的颗粒排列土的颗粒排列是指土中固相物质的基本结构单元在空间的相对 位置和分布规律。土的基本结构单元是指具有一定的轮廓界限、受外力时起独立作 用的结构单元。基本结构单元可以是单个砾粒或砂粒等，称为单粒；也可是由若 干黏土矿物以面面接触等形式聚合而成的集合体，称为聚粒（或集 粒）。土的颗粒排列方式直接影响土中的孔隙含量、孔隙大小和孔隙类 型，因而影响到土的物理力学性质。单粒之间的排列特征与颗粒级配、颗粒形状、颗粒的定向性等因 素有关。单粒的排列形式可分为松散排

3、列和紧密排列。聚粒的排列形式较为复杂，与土的矿物成分、初始沉积环境、沉 积方式以及后期的环境变化等因素有关。2土的粒间联结土的粒间联结是指土颗粒之间的相互作用，也称为结构联结。它 是土的主要结构特征之一，是决定细粒土的工程性质的重要因素。土的粒间联结可分为下列几种类型。1）结合水联结（水胶联结） 通过结合水膜使相互邻近的土颗粒联结起来，是细粒土特有的联 结类型，联结力的强弱取决于结合水膜的厚薄。当饱和土因受压或蒸发作用含水量降低时，土粒周围的结合水膜 变薄，土粒间距缩小，通过公共结合水膜的水胶联结将逐渐增强，联 结力也相应增大。土的含水量越低，则联结力越大。黏性土的原始黏聚力主要由结合水联结构

4、成，当它因土结构扰动 而破坏后，一般能在较短时间内得到恢复。2）胶结联结通过胶结物使土颗粒联结起来。胶结物通常是一些可溶盐（如卤盐、硫酸盐、碳酸盐）的结晶或氧 化物，也可是有机质。处于长期压力作用下土颗粒直接接触处的矿物 重结晶作用，也能使土颗粒胶结在一起。胶结物为结晶物质的胶结联结，也称为结晶联结。胶结联结可分为接触式胶结、接触基底式胶结、基底式胶结等胶结形式。易溶盐胶结物遇水后会导致土结构迅速破坏。黏性土的固化黏聚力主要由胶结联结构成，由于是在漫长的地质 年代中逐渐形成的，当它因土结构扰动而破坏后不能在短时间内得到 恢复。3）毛细水联结（水联结）一部分细小砂粒或粉粒间由于毛细力作用而相互联

5、结。它是一种暂时性联结，当土处于饱和或干燥状态时，联结即消失。4）冰联结存在于冻土中的一种暂时性联结。当温度升高导致冰融化后，联 结即消失。5）接触联结（无联结）存在于粗颗粒间的一种联结关系。卵石、砾石及粗砂等，由于颗粒粗大，土颗粒的自重远大于毛细 力和其它各种粒间键力，土粒间仅保持接触关系，粒间联结力几乎可 忽略不计，故也称无联结。3土的主要结构类型土的结构类型与土的粒度成分、矿物成分及土的成因类型密切相 关。1）粗颗粒土的结构单粒结构 是纯粗粒土（如卵石、砾石、粗砂等）的基本结构类 型，见图 2-1-7。由于颗粒较粗大，比表面积小，颗粒之间几乎没有联结力，粒间 相互作用的影响较之重力作用的

6、影响可忽略不计，是重力作用下堆积 而成的散粒状结构。因颗粒排列方式的不同，结构疏密程度也不同，可分为松散结构 和紧密结构。1）（2）图 2-1-7 单粒结构1-松散结构； 2-紧密结构含细粒的粗粒土，结构将显得复杂。当粗粒土中含有黏粒时，黏粒常吸附在砂粒或粉粒的表面形成具 有黏粒外膜的颗粒，使粗粒之间不能直接接触，其粒间联结的性质将 发生变化。当粗粒土中含有一定量的细粒时，则形成以粗粒为骨架、以细粒 为充填物的各种复杂结构。2）细粒土的结构 细粒土，尤其是黏性土的结构属微观结构，典型的结构有蜂窝结 构和絮凝结构。蜂窝结构 是部分黏性土或粉土 在土粒沉积过程中形成的一种 结构，见图 2-1-8（

7、1）。黏土矿物之间大多以面边或面面彼此接触，粒间作用力大于 土粒的自重，土粒不再下沉，从而排列成类似蜂窝状的链状体。从土 的断面上看孔隙密集，貌似蜂窝。具有蜂窝结构的土，孔隙率大，含 水量常超过液限，土结构不稳定，灵敏度高。絮凝结构 是部分黏性土在黏粒凝聚过程中形成的一种结构，见 图 2-1-8 （ 2）。黏土矿物之间以面边或边边接触为主，颗粒呈随机排列，定 向性较差。具有絮凝结构的土，性质较均匀，但孔隙率较大，对扰动 较敏感, 多具有触变性。根据孔隙的含量和大小可将絮凝结构分为紧 密的絮凝结构和松散的絮凝结构。1）（2）图 2-1-8 细粒土的典型结构1-蜂窝结构； 2-絮凝结构此外，细粒土

8、还有多种其它类型的微观结构，如叠片结构、海绵状结构、骨架状结构及基质状结构等。实际自然界的土，其结构要复杂得多。一种土并不仅仅是以单一的结构类型存在，而往往是以几种结构类型的过渡形式存在。4土的灵敏性和触变性1）土的灵敏性 土的灵敏性是指土的原状结构受扰动后其工程性质降低的特性 也称为土的结构性。饱和黏性土的灵敏性可用灵敏度S进行定量评价。t土的灵敏度是原状土的无侧限抗压强度与相同含水量条件下重 塑土的无侧限抗压强度的比值。ququ式中 St土的灵敏度；2-1-1)原状土的无侧限抗压强度（kPa）；与原状土含水量相同的重塑土的无侧限抗压强度kPa)。根据灵敏度可进行土的灵敏性分类，但目前国内尚缺乏较为权威 和统一的划分标准。2）土的触变性土的触变性是指黏性土（尤其是软土）一经扰动后，土的原状结 构遭到破坏，强度显著降低甚至呈黏滞流动状态，而当扰动停止后， 土的强度能随时间逐渐得到一定程度恢复的特性。土的触变性的实质是土的各种粒间联结在外力作用下被破坏，导 致土粒间相互分散成流动状态，当外力去除后，其粒间联结随着静置 时间得到一定程度的恢复。