PAGEPAGE23第一章土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)第一節(jié)土的形成一、土和土體的概念1．土(soil)地球表面30－80km厚的范圍是地殼。地殼中原來整體堅硬的巖石，經(jīng)風(fēng)化、剝蝕搬運(yùn)、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。土是由固體相、液相、氣體三相物質(zhì)組成；或土是由固體相、液體相、氣體相和有機(jī)質(zhì)（腐殖質(zhì)）相四相物質(zhì)組成。不同的風(fēng)化作用，形成不同性質(zhì)的土。風(fēng)化作用有下列三種：物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化。2．“土體”(soilmass)土體不是一般土層的組合體，而是與工程建筑的穩(wěn)定、變形有關(guān)的土層的組合體。土體是由厚薄不等，性質(zhì)各異的若干土層，以特定的上、下次序組合在一起的。二、土和土體的形成和演變地殼表面廣泛分布著的土體是完整堅硬的巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕等外力作用而瓦解的碎塊或礦物顆粒，再經(jīng)水流、風(fēng)力或重力作用、冰川作用搬運(yùn)在適當(dāng)?shù)臈l件下沉積成各種類型的土體。再搬運(yùn)過程中，由于形成土的母巖成分的差異、顆粒大小、形態(tài)，礦物成分又進(jìn)一步發(fā)生變化，并在搬運(yùn)及沉積過程中由于分選作用形成在成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和性質(zhì)上有規(guī)律的變化。土體沉積后：a.將經(jīng)過生物化學(xué)及物理化學(xué)變化，即成壤作用，形成土壤（1）靠近地表的土體b.未形成土壤的土，繼續(xù)受到風(fēng)化、剝蝕、侵蝕而再破碎、再搬運(yùn)、再沉積等地質(zhì)作用。（2）時代較老的土，在上覆沉積物的自重壓力及地下水的作用下，經(jīng)受成巖作用，逐漸固結(jié)成巖，強(qiáng)度增高，成為“母巖”?？傊?，土體的形成和演化過程，就是土的性質(zhì)和變化過程，由于不同的作用處于不同的作用階段，土體就表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。三、土的基本特征及主要成因類型（一）土的基本特征從工程地質(zhì)觀點(diǎn)分析，土有以下共同的基本特征：1．土是自然歷史的產(chǎn)物土是由許多礦物自然結(jié)合而成的。它在一定的地質(zhì)歷史時期內(nèi)，經(jīng)過各種復(fù)雜的自然因素作用后形成各類土的形成時間、地點(diǎn)、環(huán)境以及方式不同，各種礦物在質(zhì)量、數(shù)量和空間排列上都有一定的差異，其工程地質(zhì)性質(zhì)也就有所不同。2．土是相系組合體土是由三相（固、液、氣）或四相（固、液、氣、有機(jī)質(zhì)）所組成的體系。相系組成之間的變化,將導(dǎo)致土的性質(zhì)的改變。土的相系之間的質(zhì)和量的變化是鑒別其工程地質(zhì)性質(zhì)的一個重要依據(jù)。它們存在著復(fù)雜的物理～化學(xué)作用。3．土是分散體系由二相或更多的相所構(gòu)成的體系，其一相或一些相分散在另一相中，謂之分散體系。根據(jù)固相土粒的大小程度(分散程度)，土可分為=1\*GB3①粗分散體系（大于2μ），=2\*GB3②細(xì)分散體系，（2～0.1μ），=3\*GB3③膠體體系（0.1～0.01μ），=4\*GB3④分子體系（小于0.01μ）。分散體系的性質(zhì)隨著分散程度的變化而改變。粗分散與細(xì)分散和膠體體系的差別很大。細(xì)分散體系與膠體具有許多共性，可將它們合在一起看成是土的細(xì)分散部分。土的細(xì)分散部分具有特殊的礦物成分，具有很高的分散性和比表面積，因而具有較大的表面能。任何土類均儲備有一定的能量，在砂土和粘土類土中其總能量系由內(nèi)部儲量與表面能量之和構(gòu)成，即：E總＝E內(nèi)＋E表4．土是多礦物組合體在一般情況下，土將含有5～10種或更多的礦物，其中除原生礦物外，次生粘土礦物是主要成分。粘土礦物的粒徑很小（小于0.002mm），遇水呈現(xiàn)出膠體化學(xué)特性。（二）土體的主要成因類型按形成土體的地質(zhì)營力和沉積條件（沉積環(huán)境），可將土體劃分為若干成因類型：如殘積、坡積、洪積……現(xiàn)就介紹幾種主要的成因類型、土體的性質(zhì)成分及其工程地質(zhì)特征。1．殘積土體的工程地質(zhì)特征殘積土體是由基巖風(fēng)化而成，未經(jīng)搬運(yùn)留于原地的土體。它處于巖石風(fēng)化殼的上部，是風(fēng)化殼中劇風(fēng)化帶。殘積土一般形成剝蝕平原影響殘積土工程地質(zhì)特征因素主要是氣候條件和母巖的巖性：1）氣候因素氣候影響著風(fēng)化作用類型從而使得不同氣候條件不同地區(qū)的殘積土具有特定的粒度成分、礦物成分、化學(xué)成分。=1\*GB3①干旱地區(qū)：以物理風(fēng)化為主，只能使巖石破碎成粗碎屑物和砂礫，缺乏粘土礦物，具有礫石類土和工程地質(zhì)特征。=2\*GB3②半干旱地區(qū)：在物理風(fēng)化的基礎(chǔ)上發(fā)生化學(xué)變化，使原生的硅酸鹽礦物變成粘土礦物；但由于雨量稀少，蒸汽量大，故土中常含有較多的可溶鹽類；如碳酸鈣、硫酸鈣等。=3\*GB3③潮濕地區(qū)：a、在潮濕而溫暖，排水條件良好的地區(qū)，由于有機(jī)質(zhì)迅速腐爛，分解出CO2，有利于高嶺石的形成。b、在潮濕溫暖而排水條件差的地區(qū)，則往往形成蒙脫石。可見：從干旱、半干旱地區(qū)至潮濕地區(qū)，土的顆粒組成由粗變細(xì)；土的類型從礫石類土過渡到砂類土、粘土。2）.母巖因素母巖的巖性影響著殘積土的粒度成分和礦物成分；酸性火成巖含較多的粘土礦物，其巖性為粉質(zhì)粘土或粘土；中性或基性火成巖易風(fēng)化成粉質(zhì)粘土；沉積巖大多是松軟土經(jīng)成巖作用后形成的，風(fēng)化后往往恢復(fù)原有松軟土的特點(diǎn)，如：粘土巖粘土；細(xì)砂巖細(xì)砂土等。殘積物的厚度在垂直方向和水平方向變化較大；這主要與沉積環(huán)境、殘積條件有關(guān)（山丘頂部因侵蝕而厚度較小；山谷低洼處則厚度較大。）殘積物一般透水性強(qiáng)，以致殘積土中一般無地下水。2．坡積土體的工程地質(zhì)特征坡積土體是殘積物經(jīng)雨水或融化了的雪水的片流搬運(yùn)作用，順坡移動堆積而成的，所以其物質(zhì)成分與斜坡上的殘積物一致。坡積土體與殘積土體往往呈過渡狀態(tài)，其工程地質(zhì)特征也很相似。=1\*GB3①巖性成分多種多樣；=2\*GB3②一般見不到層理；=3\*GB3③地下水一般屬于潛水，有時形成上層滯水=4\*GB3④坡積土體的厚度變化大，由幾厘米至一二十米，在斜坡較陡處薄，在坡腳地段厚。一般當(dāng)斜坡的坡角越陡時，坡腳坡積物的范圍越大。3．洪積土體的工程地質(zhì)特征洪積土體是暫時性、周期性地面水流——山洪帶來的碎屑物質(zhì)，在山溝的出口地方堆積而成。洪積土體多發(fā)育在干旱半干旱地區(qū)，如我國的華北、西北地區(qū)。其特征為：距山口越近顆粒越粗，多為塊石、碎石、礫石和粗砂，分選差，磨圓度低、強(qiáng)度高，壓縮性?。唬ǖ紫洞?，透水性強(qiáng)）距山口越遠(yuǎn)顆粒越細(xì)，分選好，磨圓度高，強(qiáng)度低，壓縮性高。此外：洪積土體具有比較明顯的層理（交替層理、夾層、透鏡體等）；洪積土體中地下水一般屬于潛水。4．湖積土體的工程地質(zhì)特征湖積土體在內(nèi)陸分布廣泛，一般分為淡水湖積土和咸水湖積土。淡水湖積土：分為湖岸土和湖心土兩種。湖岸多為礫石土、砂土或粉質(zhì)砂土；湖心土主要為靜水沉積物，成分復(fù)雜，以淤泥、粘性土為主，可見水平層理。咸水湖積物以石膏、巖鹽、芒硝及RCO3巖類為主，有時以淤泥為主。=1\*GB3①分布面積有限，且厚度不大總之，湖積土體具有以下工程地質(zhì)特征=2\*GB3②具獨(dú)特的產(chǎn)狀條件=3\*GB3③粘土類湖積物常含有機(jī)質(zhì)、各種鹽類及其它混合物=4\*GB3④具層理性，具各向異性5．沖積土體的工程地質(zhì)特征沖積土體是由于河流的流水作用，將碎屑物質(zhì)搬運(yùn)堆積在它侵蝕成的河谷內(nèi)而形成的。沖積土體主要發(fā)育在河谷內(nèi)以及山區(qū)外的沖積平原中，一般可分為三個相：即河床相，河漫灘相、牛軛湖相。1）河床相：主要分布在河床地帶，沖積土一般為砂土及礫石類土，有時也夾有粘土透鏡體，在垂直剖面上土粒由下到上，由粗到細(xì)，成分較復(fù)雜，但磨圓度較好。山區(qū)河床沖積土厚度不大，一般為10米左右；而平原地區(qū)河床沖積土則厚度很大，一般超過幾十米，其沉積物也較細(xì)。河床相物質(zhì)是良好的天然地基。2）河漫灘相沖積土是由洪水期河水將細(xì)粒懸浮物質(zhì)帶到河漫灘上沉積而成的。一般為細(xì)砂土或粘土，覆蓋于河床相沖積土之上。常為上下兩層結(jié)構(gòu)，下層為粗顆粒土，上層為泛濫的細(xì)顆粒土。3）牛軛湖相沖積土是在廢河道形成的牛軛湖中沉積下來的松軟土。由含有大量有機(jī)質(zhì)的粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土、細(xì)砂土組成，沒有層理。河口沖積土：由河流攜帶的懸浮物質(zhì)，如粉砂、粘粒和膠體物質(zhì)在河口沉積的一套淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土或淤泥，形成河口三角洲。往往作為港口建筑物的地基。另外，還有很多類型：冰川、崩積、風(fēng)積、海洋沉積、火山等等。第二節(jié)土的三相組成土是由固體顆粒，液體水和氣體三部分組成，稱為土的三相組成。土中的固體礦物構(gòu)成骨架，骨架之間貫穿著孔隙，孔隙中充填著水和空氣，三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也不相同。固體+氣體（液體=0）為干土，干粘土較硬，干砂松散；固體＋液體＋氣體為濕土，濕的粘土多為可塑狀態(tài)；固體＋液體（氣體=0）為飽和土，飽和粉細(xì)砂受震動可能產(chǎn)生液化；飽和粘土地基沉降需很長時間才能穩(wěn)定。由此可見，研究土的工程性質(zhì)，首先從最基本的、組成土的三相，即固體相、水和氣體本身開始研究。一、土的固體顆粒研究固體顆粒就要分析粒徑的大小及其在土中所占的百分比，稱為土的粒徑級配（粒度成分）。此外，還要研究固體顆粒的礦物成分以及顆粒的形狀。（一）粒徑級配（粒度成分）隨著顆粒大小不同，土可以具有很不相同的性質(zhì)。顆粒的大小通常以粒徑表示。工程上按粒徑大小分組，稱為粒組，即某一級粒徑的變化范圍。劃分粒組的兩個原則：（1）首先考慮到在一定的粒徑變化范圍內(nèi)，其工程地質(zhì)性質(zhì)是相似的，若超越了這個變化幅度就要引起質(zhì)的變化。（2）要考慮與目前粒度成分的測定技術(shù)相適應(yīng)。此外，要便于記憶。目前，我國廣泛應(yīng)用的粒組劃分方案見教材P11表2-1所示。將粒徑由大至小劃分為六個粒組（1）漂石或塊石組；（2）卵石（碎石）組；（3）礫石；（4）砂粒組；（5）粉粒組；（6）粘粒組實(shí)際上，土常是各種大小不太顆粒的混合體，較籠統(tǒng)的說，以礫石和砂礫為主要組成的土為粗粒土，也稱無粘性土。其特征為：孔隙大、透水性強(qiáng)，毛細(xì)上升，高度很小，既無可塑造性，也無脹縮性，壓縮性極弱，強(qiáng)度較高。以粉粒、粘粒（或膠粒<0.002mm）為主的土稱為細(xì)粒土，也稱為粘性土。其特征為：主要由原生礦物、次生礦物組成，孔隙很小，透水性極弱，毛細(xì)上升高度較高，有可塑性、脹縮性，強(qiáng)度較低。1、粒徑級配分析方法工程上，使用的粒徑級配的分析方法有篩分法和水分法兩種。篩分法適用于顆粒大于0.1mm（或0.074mm，按篩的規(guī)格而言）的土。它是利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱過重量的烘干土樣過篩，稱留在各篩上的重量，然后計算相應(yīng)的百分?jǐn)?shù)。礫石類土與砂類土采用篩分法。水分法（靜水沉降法）：用于分析粒級小于0.1mm的土，根據(jù)斯托克斯（stokes）定理，球狀的細(xì)顆粒在水中的下沉速度與顆粒直徑的平方成正比。V＝Kd2。因此可以利用粗顆粒下沉速度快，細(xì)顆粒下沉速度慢的原理，把顆粒按下沉速度進(jìn)行進(jìn)行粗細(xì)分組。實(shí)驗(yàn)室常用比重計進(jìn)行顆粒分析，稱為比重計法。此外還有移液管等。例1．從干砂樣中取質(zhì)量1000g的試樣，放入0.1～0.2mm的標(biāo)準(zhǔn)篩中，經(jīng)充分振蕩，稱各級篩上留下來的土粒質(zhì)量見表第二行，試求土粒中各粒組的土粒含量。篩分析試驗(yàn)結(jié)果篩孔徑（mm）2.01.00.50.250.150.1底盤各級篩上的土粒粒質(zhì)量（g）10010025030010050100小于各級篩孔徑徑的土粒含含量（％）908055251510各粒組的土粒含含量（％）102510105解：（1）留在孔徑2.0mm篩上的土粒質(zhì)量為100g，則小于2.0mm的土粒質(zhì)量為1000－100＝900g，于是小于該孔徑（2.0.mm）的土粒含量為900/1000＝90％同理可稱得小于其它孔徑的土粒含量，見第三行。（2）因小于2.0mm和小于1.0mm孔徑的土粒含量90％和80％，可得2.0mm到1.0mm粒組的土粒含量0.90－0.80＝10％。同理可算得其它它粒組的土土粒含量見見第四行。2、粒徑級配曲線線將篩分析和比重重計試驗(yàn)的的結(jié)果繪制制在以土的的粒徑為橫橫坐標(biāo)，小小于某粒徑徑之土質(zhì)量量百分?jǐn)?shù)p(％)為縱坐標(biāo)標(biāo)，得到的的曲線稱土土的粒徑級級配累積曲曲線（見教教材P14圖2－1，和P179圖I－12）。此外，粒徑的級級配的表示示方法還有有列表法，三三角圖法等等。3、粒徑級配累積積曲線的應(yīng)應(yīng)用土的粒徑級配累累積曲線是是土工上最最常用的曲曲線，從這這曲線上可可以直接了了解土的粗粗細(xì)、粒徑徑分布的均均勻程度和和級配的優(yōu)優(yōu)劣。土的平均粒徑（d50）：系指指土中大于于此粒徑和和小于此粒粒徑的土的的含量均占占50％土的有效粒徑（d10）：小于于某粒徑的的土粒質(zhì)量量累計百分分?jǐn)?shù)為10％時，相相應(yīng)的粒徑徑稱為有效效粒徑（d10）。d30：小于某某粒徑的土土粒質(zhì)量累累計百分?jǐn)?shù)數(shù)為30％時的粒粒徑用d30表示。土的控制粒徑（d60）或稱限限定粒徑（d60）：當(dāng)小小于某粒徑徑的土粒質(zhì)質(zhì)量累計百百分?jǐn)?shù)為60％時，該該粒徑稱為為控制粒徑徑。定義土的不均勻勻系數(shù)為：：定義土的粒徑級級配累積曲曲線的曲率率系數(shù)為：：不均勻系數(shù)反映映大小不同同粒組的分分布情況。越大表示土粒大小的分布范圍越大，顆粒大小越不均勻，其級配越良好，作為填方工程的土料時，則比較容易獲得較大的密實(shí)度。曲線系數(shù)描寫的的是累積曲曲線的分布布范圍，反反映曲線的的整體形狀狀；或稱反反映累積曲曲線的斜率率是否連續(xù)續(xù)。在一般情況下：：1).工程上把把≤5的土看作作是均粒土土，屬級配配不良；>>5時，稱為為不均粒土土；>10的土屬級級配良好。2).經(jīng)驗(yàn)證明明，當(dāng)級配配連續(xù)時，的范圍約為1～3；因此當(dāng)<1或>3時，均表示級配線不連續(xù)。從工程上看：≥≥5且＝1～3的土，稱稱為級配良良好的土；；不能同時時滿足上述述兩個要求求的土，稱稱為級配不不良的土。（二）土粒成分分土中固體部分的的成分，絕絕大部分是是礦物質(zhì)，另另外或多或或少有一些些有機(jī)質(zhì)，而而土粒的礦礦物成分主主要決定于于母巖的成成分及其所所經(jīng)受的風(fēng)風(fēng)化作用。不不同的礦物物成分對土土的性質(zhì)有有著不同的的影響，其其中以細(xì)粒粒組的礦物物成分尤為為重要。土中的礦物成分分由下圖所所示：原生礦物粘土礦物物不可溶的倍半氧化化物次生礦物次生氧化化物難溶鹽可溶的中溶鹽腐植質(zhì)易溶鹽有機(jī)質(zhì)泥炭1、原生礦物由巖石經(jīng)物理風(fēng)風(fēng)化而成，其其成分與母母巖相同。包包括：（1）單礦物顆粒：：如常見的的石英、長長石、云母母、角閃石石與輝石等等，砂土為為單礦物顆顆粒。（2）多礦物顆粒：：母巖碎屑屑，如漂石石、卵石與與礫石等顆顆粒為多礦礦物顆粒。但總的來說，土土中原生礦礦物主要有有：（1）硅酸鹽鹽類礦物；；（2）氧化物物類礦物；；（3）硫化物物礦物；（4）磷酸鹽鹽類礦物2、次生礦物巖屑經(jīng)化學(xué)風(fēng)化化而成，其其成分與母母巖不同，為為一種新礦礦物，顆粒粒細(xì)。包括括1).可溶性的的次生礦物物；2).不可溶的的次生礦物物。（1）可溶性的次生生礦物主要要指各種礦礦物中化學(xué)學(xué)性質(zhì)活潑潑的K、Na、Ca、Mg及Cl、S等元素，這這些元素呈呈陽離子及及酸根離子子，溶于水水后，在遷遷移過程中中，因蒸發(fā)發(fā)濃縮作用用形成可溶溶的鹵化物物，硫酸鹽鹽和碳酸鹽鹽。（2）不可溶性的次次生礦物有有次生二氧氧化硅，倍倍半氧化物物，粘土礦礦物。1）.次生二氧化硅硅酸鹽，由由二氧化硅硅組成，例例如：燧石石、瑪瑙、蛋蛋白石等都都屬這類礦礦物。2）.倍半氧化物是由由三價的Fe、Al和O、OH、H2O等組成的的礦物，可可用R2O3表示例如：針鐵礦FFe2O3?H2O呈紅色褐褐鐵礦Fe2O3?3H2O呈黃色三三水鋁石All2O3?H2O呈白色3）.粘土礦物粘土礦物的微觀觀結(jié)構(gòu)由兩兩種原子層層（晶面）構(gòu)構(gòu)成：一種種是由Si-O四面體構(gòu)構(gòu)成的硅氧氧晶片；另另一種是由由Al~OOH八面體構(gòu)構(gòu)成的鋁氫氫氧晶片，因因這兩種晶晶片結(jié)合的的情況不同同，形成三三種粘土礦礦物，蒙脫脫石，伊利利石（水云云母）、高高嶺石。X衍射分析析，晶格距距離電子顯微微鏡法（幾幾萬～幾十十萬倍）外貌特征征（攝像機(jī)機(jī)）粘土礦物的鑒定定方法差熱分析析：加熱后后的物理～～化學(xué)變化化過程薄片鑒定定3、有機(jī)質(zhì)：泥炭炭、腐植質(zhì)質(zhì)動植物殘殘骸二、土中水組成土的第二種種主要成分分是土中水水。在自然然條件下，土土中總是含含水的。土土中水可以以處于液態(tài)態(tài)、固態(tài)或或氣態(tài)。土土中細(xì)粒越越多，即土土的分散度度越大，水水對土的性性質(zhì)的影響響也越大。研究土中水，必必須考慮到到水的存在在狀態(tài)及其其與土粒的的相互作用用。存在于土粒礦物物的晶體格格架內(nèi)部或或是參與礦礦物構(gòu)造中中的水稱為為礦物內(nèi)部部結(jié)合水，它它只有在比比較高的溫溫度（80～680℃，隨土粒粒的礦物成成分不同而而異）下才才能化為氣氣態(tài)水而與與土粒分離離，從土的的工程性質(zhì)質(zhì)上分析，可可以把礦物物內(nèi)部結(jié)合合水當(dāng)作礦礦物顆粒的的一部分。存在于土中的液液態(tài)水可分分為結(jié)合水水和自由水水兩大類。（一）結(jié)合水：：系指受電分子吸吸引力吸附附于土粒表表面的土中中水，這種種電分子吸吸引力高達(dá)達(dá)幾千到幾幾萬個大氣氣壓，使水水分子和土土粒表面牢牢固的粘結(jié)結(jié)在一起。結(jié)合水因離顆粒粒表面遠(yuǎn)近近不同，受受電場作用用力的大小小也不同，所所以分為強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合水和和弱結(jié)合水水。1、強(qiáng)結(jié)合水（吸吸著水）系指緊靠土粒表表面的結(jié)合合水，它的的特征是：：1）.沒有溶解解鹽類的能能力，2）.不能傳遞遞靜水壓力力，3）.只有吸熱熱變成蒸汽汽時才能移移動。這種水極其牢固固的結(jié)合在在土粒表面面上，其性性質(zhì)接近于于固體，密密度約為1.2～2.4g/ccm3，冰點(diǎn)為為－78℃，具有極極大的粘滯滯度、彈性性和抗剪強(qiáng)強(qiáng)度。如果將干燥的土土移在天然然濕度的空空氣中，則則土的質(zhì)量量將增加，直直到土中吸吸著的強(qiáng)結(jié)結(jié)合水達(dá)到到最大吸著著度為止。土粒越細(xì)，土的的比表面積積越大，則則最大吸著著度就越大大。砂土為為1％，粘土土為17％2、弱結(jié)合水（薄薄膜水）弱結(jié)合水緊靠于于強(qiáng)結(jié)合水水的外圍形形成一層結(jié)結(jié)合水膜。它它仍然不能能傳遞靜水水壓力，但但水膜較厚厚的弱結(jié)合合水能向臨臨近的較薄薄的水膜緩緩慢移動。當(dāng)土中含有較多多的弱結(jié)合合水時，土土則具有一一定的可塑塑性。砂土土比表面積積較小，幾幾乎不具可可塑性，而而粘土的比比表面積較較大，其可可塑性范圍圍較大。弱結(jié)合水離土粒粒表面積愈愈遠(yuǎn)，其受受到的電分分子吸引力力愈弱小，并并逐漸過渡渡到自由水水。（二）自由水自由水是存在于于土粒表面面電場影響響范圍以外外的水。它它的性質(zhì)和和普通水一一樣，能傳傳遞靜水壓壓力，冰點(diǎn)點(diǎn)為0℃，有溶解解能力。自由水按其移動動所受到作作用力的不不同，可以以分為重力力水和毛細(xì)細(xì)水。1、重力水重力水是存在于于地下水位位一下的透透水土層中中的地下水水，它是在在重力或壓壓力差作用用下運(yùn)動的的自由水，對對土粒有浮浮力作用，重重力水對土土中的應(yīng)力力狀態(tài)和開開挖基槽、基基坑以及修修筑地下構(gòu)構(gòu)筑物時所所應(yīng)采取的的排水、防防水措施有有重要的影影響。2、毛細(xì)水毛細(xì)水是受到水水與空氣交交界面處表表面張力作作用的自由由水。其形形成過程通通常用物理理學(xué)中毛細(xì)細(xì)管現(xiàn)象解解釋。分布布在土粒內(nèi)內(nèi)部相互貫貫通的孔隙隙，可以看看成是許多多形狀不一一，直徑各各異，彼此此連通的毛毛細(xì)管。按物理學(xué)概念：：在毛細(xì)管管周壁，水水膜與空氣氣的分界處處存在著表表面張力T。水膜表表面張力的的作用方向向與毛細(xì)管管壁成夾角角，由于表表面張力的的作用，毛毛細(xì)管內(nèi)的的水被提升升到自由水水面以上高高處。見教材P12頁頁圖所示。分析高度為的水水柱靜力平平衡條件，因因?yàn)槊?xì)管管內(nèi)水面處處即為大氣氣壓；若以以大氣壓力力為基準(zhǔn)，則則該處壓力力Pa=00故：∴……（1）式中，水膜的張張力T（與溫度度有關(guān)），當(dāng)當(dāng)10℃時，T=0.00756gg/cm20℃時，T＝0.0742gg/cm——方向角，其大小小與土顆粒粒和水的性性質(zhì)有關(guān)?！?xì)管半徑——水的容重若令＝0，則可可求得毛細(xì)細(xì)水上升的的最大高度度（）上式表明，毛細(xì)細(xì)升高與毛毛細(xì)管半徑徑成反比；；顯然土顆顆粒的直徑徑越小，孔孔隙的直徑徑（毛細(xì)管管直徑）越越細(xì)，則愈愈大。毛細(xì)水的工程地地質(zhì)意義：：（1）產(chǎn)生毛細(xì)壓力力（）：與一般般靜水壓力力的概念相相同，它與與水頭高度度成正比。但但自由水位位以上，毛毛細(xì)區(qū)域內(nèi)內(nèi)，顆粒間間所受的毛毛細(xì)壓力是是倒三角形形分布，彎彎液面處最最大（?），自由由水面處為為零。?毛細(xì)壓力促使土土的強(qiáng)度增增高－毛細(xì)管中中的負(fù)靜水水壓力自由水面面＋（2）毛細(xì)水對土中中氣體的分分布與流通通起有一定定作用，常常是導(dǎo)致產(chǎn)產(chǎn)生密閉氣氣體的原因因。（3）當(dāng)?shù)叵滤裆钌顪\，由于于毛細(xì)管水水上升，可可助長地基基土的冰凍凍現(xiàn)象；地地下室潮濕濕；危害房房屋基礎(chǔ)及及公路路面面；促使土土的沼澤化化。結(jié)構(gòu)水礦物成分水結(jié)晶水強(qiáng)結(jié)合水水綜上：土中的水水佛石水結(jié)合水液態(tài)水弱結(jié)合水水孔隙中的水固態(tài)水非結(jié)合水毛細(xì)水氣態(tài)水重力水三、土中氣體土的孔隙中沒有有被水占據(jù)據(jù)的部分都都是氣體。1、土中氣體的來來源土中氣體的成因因，除來自自空氣外，也也可由生物物化學(xué)作用用和化學(xué)反反應(yīng)所生成成。2、土中氣體的特特點(diǎn)（1）土中氣體除含含有空氣中中的主要成成分O2外，含量量最多的是是水汽，CO2,N2,CH4,H2S等氣體，并并含有一定定放射性元元素?？諝庵蠴2為：20.9％（2）土中氣體O22含量比空空氣中少土中O2為：10.3％土中氣體CO22含量比空空氣中高很很多；空氣氣含量為0.03％，土中中氣體為10％；土中氣體中放射射性元素的的含量比在在空氣中的的含量大2000倍。3、土中氣體按其其所處狀態(tài)態(tài)和結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)，可分分為以下幾幾大類：吸吸附氣體、溶溶解氣體、密密閉氣體及及自由氣體體。（1）吸附氣體：由于分子引力作作用，土粒粒不但能吸吸附水分子子，而且能能吸附氣體體，土粒吸吸附氣體的的厚度不超超過2～3個分子層層。土中吸附氣體的的含量決定定于礦物成成分、分散散程度、孔孔隙度、濕濕度及氣體體成分等。在自然條件下，在在沙漠地區(qū)區(qū)的表層中中可能遇到到比較大的的氣體吸附附量。（2）溶解氣體在土的液相中主主要溶解有有：CO2、O2水汽（H2O）；其次次為H2、Cl2、CH4；其溶解解數(shù)值取決決于溫度、壓壓力、氣體體的物理化化學(xué)及溶液液的化學(xué)成成分。溶解氣體的作用用主要為：：a.改變水的結(jié)構(gòu)及及溶液的性性質(zhì)，對土土粒施加力力學(xué)作用；；b.當(dāng)T、P增高時，在土中中可形成密密閉氣體。c.可加速化學(xué)潛蝕蝕過程。（3）自由氣體自由氣體與大氣氣連通，對對土的性質(zhì)質(zhì)影響不大大。（4）密閉氣體封閉氣體的體積積與壓力有有關(guān)，壓力力增大，則則體積縮小??；壓力減減少，則體體積增大。因因此密閉氣氣體的存在在增加了土土的彈性。密閉氣體可降低低地基的沉沉降量，但但當(dāng)其突然然排除時，可可導(dǎo)致基礎(chǔ)礎(chǔ)與建筑物物的變形。密閉氣體在不可可排水的條條件下，由由于密閉氣氣體可壓縮縮性會造成成土的壓密密。密閉氣氣體的存在在能降低土土層透水性性，阻塞土土中的滲透透通道，減減少土的滲滲透性。第三節(jié)土的結(jié)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造造一、土的構(gòu)造土顆粒之間的相相互排列和和連續(xù)形式式，稱為土土的結(jié)構(gòu)。常見的土結(jié)構(gòu)有有以下三種種：1、單粒結(jié)構(gòu)(ppartiiclestruucturre)或(siinglee-graaineddstrructuure)粗顆粒土，如卵卵石、砂等等。2、蜂窩結(jié)構(gòu)(bboneyycombbstrructuure)當(dāng)土顆粒較細(xì)（粒粒級在0.022~0.0002mmm范圍），在在水中單個個下沉，碰碰到已沉積積的土粒，由由于土粒之之間的分子子吸力大于于顆粒自重重，則正常常土粒被吸吸引不再下下沉，形成成很大孔隙隙的蜂窩狀狀結(jié)構(gòu)。3、絮狀結(jié)構(gòu)（ffloccculenntsttructture）粒徑小于0.0005mmm的粘土顆顆粒，在水水中長期懸懸浮并在水水中運(yùn)動時時，形成小小鏈環(huán)狀的的土集粒而而下沉。這這種小鏈環(huán)環(huán)碰到另一一小鏈環(huán)被被吸引，形形成大鏈環(huán)環(huán)狀的絮狀狀結(jié)構(gòu)，此此種結(jié)構(gòu)在在海積粘土土中常見。上述三種結(jié)構(gòu)中中，以密實(shí)實(shí)的單粒結(jié)結(jié)構(gòu)