在非饱和的土体孔隙中,除水之外,还存在着气体。土中的 气体可分为与大气相通的自由气体和与大气隔绝的封闭气泡 两种,前者的成分与大气完全相同,在外荷载作用于土体时 很快从土孔隙中逸出,一般对工程的影响不大;后者的成分 可能是 水汽或天然气或其它气体等,在压力作用下可 被压缩或溶于水中,压力减小时又能复原,对土体的性质有 定的影响,它的存在可使土体的渗透性减小、弹性增大, 延缓土体的变形随时间的发展过程 四、土的冻胀机理 在大气低温的影响下,地层的温度也会随着降低,当地 层温度降至0oC以下,土体便会因土中水结冰而变为冻土。 某些细粒土会在土中水冻结时发生明显的体积膨胀,亦称为 土的冻胀现象;地层温度回升时,冻胀土又会因为土中水的 消融而产生明显的体积收缩,导致地面产生融陷 土体发生冻胀的机理除土中水结冰后体积增大是其直接 原因以外,更主要的还在于土层冻结过程中非冻结区的水分 向冻结区的不断迁移和聚积
在非饱和的土体孔隙中，除水之外，还存在着气体。土中的 气体可分为与大气相通的自由气体和与大气隔绝的封闭气泡 两种，前者的成分与大气完全相同，在外荷载作用于土体时 很快从土孔隙中逸出，一般对工程的影响不大；后者的成分 可能是空气、水汽或天然气或其它气体等，在压力作用下可 被压缩或溶于水中，压力减小时又能复原，对土体的性质有 一定的影响，它的存在可使土体的渗透性减小、弹性增大， 延缓土体的变形随时间的发展过程。 四、土的冻胀机理 在大气低温的影响下，地层的温度也会随着降低，当地 层温度降至0 oC以下，土体便会因土中水结冰而变为冻土。 某些细粒土会在土中水冻结时发生明显的体积膨胀，亦称为 土的冻胀现象；地层温度回升时，冻胀土又会因为土中水的 消融而产生明显的体积收缩，导致地面产生融陷。 土体发生冻胀的机理除土中水结冰后体积增大是其直接 原因以外，更主要的还在于土层冻结过程中非冻结区的水分 向冻结区的不断迁移和聚积
土中的弱结合水外层在约-0.50C便开始冻结,越靠近土粒表 面,水的冰点越低。当大气负温传入土中后,土中的自由水 首先开始结冰,成为冰晶体;温度的进一步下降致使部分弱 参与冻结,从而使颗粒的电场力增大;颗粒电场力的 增强促使非冻结区的水分通过毛细作用向冻结区迁移,以满 足颗粒周围的电场平衡;部分弱结合水再次参与冻结使颗粒 的电场平衡再次被打破,并导致非冻结区的水分继续向冻结 区迁移;如此不断循环,致使冻结区的冰晶体不断扩大 冻结区的水分大量向冻结区聚积,造成冻结区土体产生明显 的冻胀现象。 当土层解冻时,冰晶体融化,多余的水分通过毛细孔隙 向非冻结区扩散,或在重力作用下向下部土体渗流,冻土又 出现了溶陷现象。 影响土冻胀性大小的因素共有三个方面,其一是土的种 类。冻胀常发生在细粒土中,特别是粉土、粉质砂土和粉质 粘土 冻结时水分的迁移聚积最为强烈,冻胀现象严重 这是因为这类土的颗粒表面能大,电场强,能吸附较多的结 而在冻结时发生水分向冻结区的大量迁移和积聚 此外这类土的毛细孔隙通畅,毛细作用显著,毛细水上升高
土中的弱结合水外层在约-0.5 oC便开始冻结，越靠近土粒表 面，水的冰点越低。当大气负温传入土中后，土中的自由水 首先开始结冰，成为冰晶体；温度的进一步下降致使部分弱 结合水参与冻结，从而使颗粒的电场力增大；颗粒电场力的 增强促使非冻结区的水分通过毛细作用向冻结区迁移，以满 足颗粒周围的电场平衡；部分弱结合水再次参与冻结使颗粒 的电场平衡再次被打破，并导致非冻结区的水分继续向冻结 区迁移；如此不断循环，致使冻结区的冰晶体不断扩大，非 冻结区的水分大量向冻结区聚积，造成冻结区土体产生明显 的冻胀现象。 当土层解冻时，冰晶体融化，多余的水分通过毛细孔隙 向非冻结区扩散，或在重力作用下向下部土体渗流，冻土又 出现了溶陷现象。 影响土冻胀性大小的因素共有三个方面，其一是土的种 类。冻胀常发生在细粒土中，特别是粉土、粉质砂土和粉质 粘土等，冻结时水分的迁移聚积最为强烈，冻胀现象严重。 这是因为这类土的颗粒表面能大，电场强，能吸附较多的结 合水，从而在冻结时发生水分向冻结区的大量迁移和积聚； 此外这类土的毛细孔隙通畅，毛细作用显著，毛细水上升高
度大、速度快,为水分向冻结区的快速、大量迁移创造了条 件。而粘性土虽然颗粒表面能更大,电场更强,但由于其毛 细孔隙小、封闭气体含量多,对水分迁移的阻力大,水分迁 移的通道不通畅,结冰面向下推移速度快,因而其冻胀性较 上述粉质土为小。影响土冻胀性的第二个因素是土中水的条 地下水位高,毛细水为上升毛细水时,土的冻胀性就 严重;而如果没有地下水的不断补给,悬挂毛细水含量有限 时,土的冻胀性必然弱一些。最后是温度的 果气温 骤然降低且冷却强度很大时,土体中的冻结面就会迅速向 推移,毛细通道被冰晶体所堵塞,冻结区积聚的水分量 土的冻胀性就会明显减弱。反之,若气温下降缓慢,负温持 续时间 冻结区积聚的水分量大、冰夹层厚,则土的冻胀 性又会增强。工程中可针对上述影响因素,采取相应的防治 冻胀措施。 五、土的结构和构造 土粒的结构是指由土粒的大小、形状、相互排列及其联结关 系等形成的综合特征。它是在成士过程中逐渐形成的,与士 的矿物成分、颗粒形状和沉积条件等有关,对土的工程性质 有重要影响。士的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状 结构三种基本类型(见图5-5
度大、速度快，为水分向冻结区的快速、大量迁移创造了条 件。而粘性土虽然颗粒表面能更大，电场更强，但由于其毛 细孔隙小、封闭气体含量多，对水分迁移的阻力大，水分迁 移的通道不通畅，结冰面向下推移速度快，因而其冻胀性较 上述粉质土为小。影响土冻胀性的第二个因素是土中水的条 件。当地下水位高，毛细水为上升毛细水时，土的冻胀性就 严重；而如果没有地下水的不断补给，悬挂毛细水含量有限 时，土的冻胀性必然弱一些。最后是温度的影响。如果气温 骤然降低且冷却强度很大时，土体中的冻结面就会迅速向下 推移，毛细通道被冰晶体所堵塞，冻结区积聚的水分量少， 土的冻胀性就会明显减弱。反之，若气温下降缓慢，负温持 续时间长，冻结区积聚的水分量大、冰夹层厚，则土的冻胀 性又会增强。工程中可针对上述影响因素，采取相应的防治 冻胀措施。 五、土的结构和构造 土粒的结构是指由土粒的大小、形状、相互排列及其联结关 系等形成的综合特征。它是在成土过程中逐渐形成的，与土 的矿物成分、颗粒形状和沉积条件等有关，对土的工程性质 有重要影响。土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状 结构三种基本类型（见图5-5）
(a)单粒结构 (b)蜂窝结构 (c)絮状结构 图55土的结构示意图 1单粒结构 土在沉积过程中,较粗的岩屑和矿物颗粒在自重作 用下沉落,每个土粒都为已经下沉稳定的颗粒所支承, 各土粒相互依靠重叠,构成单粒结构。其特点是士粒 间为点接触,或较密实,或疏松。疏松状态的单粒结 构土在外荷载作用下,特别是在振动荷载作用下会使 土粒移向更稳定的位置而变得比较密实。密实状态的 单粒结构土压缩性小、强度大,是良好的地基地层
（a）单粒结构 （b）蜂窝结构 （c）絮状结构 图5-5 土的结构示意图 1.单粒结构 土在沉积过程中，较粗的岩屑和矿物颗粒在自重作 用下沉落，每个土粒都为已经下沉稳定的颗粒所支承， 各土粒相互依靠重叠，构成单粒结构。其特点是土粒 间为点接触，或较密实，或疏松。疏松状态的单粒结 构土在外荷载作用下，特别是在振动荷载作用下会使 土粒移向更稳定的位置而变得比较密实。密实状态的 单粒结构土压缩性小、强度大，是良好的地基地层
2.蜂窝结构 蜂窝结构是主要由粉粒(0.05~0.005mm)所组成的土 的典型结构形式。较细的土粒在自重作用下沉落时,碰到 别的正在下沉或已经下沉的土粒,由于土粒细而轻,粒间 接触点处的引力阻止了土粒的继续下沉,土粒被吸引着不 再改变其相对位置,逐渐形成了链环状单元;很多这样的 单元联结起来,就形成了孔隙较大的蜂窝状结构。蜂窝结 构的土中,单个孔隙的体积一般远大于土粒本身的尺 孔隙的总体积也较大,沉积后如果未曾受到较大的上覆土 压力作用,作地基时可能产生较大的沉降 3.絮状结构 微小的粘粒主要由针状或片状的粘土矿物颗粒所组成, 土粒的尺寸极小,重量也极轻,靠自身重量在水中下沉时, 沉降速度极为缓慢,且有些更细小的颗粒已具备了胶粒特 性,悬浮于水中作分子热运 悬浮液发生电解时(例 河流入海时,水离子浓度的增大),土粒表面的
2. 蜂窝结构 蜂窝结构是主要由粉粒（0.05～0.005mm）所组成的土 的典型结构形式。较细的土粒在自重作用下沉落时，碰到 别的正在下沉或已经下沉的土粒，由于土粒细而轻，粒间 接触点处的引力阻止了土粒的继续下沉，土粒被吸引着不 再改变其相对位置，逐渐形成了链环状单元；很多这样的 单元联结起来，就形成了孔隙较大的蜂窝状结构。蜂窝结 构的土中，单个孔隙的体积一般远大于土粒本身的尺寸， 孔隙的总体积也较大，沉积后如果未曾受到较大的上覆土 压力作用，作地基时可能产生较大的沉降。 3. 絮状结构 微小的粘粒主要由针状或片状的粘土矿物颗粒所组成， 土粒的尺寸极小，重量也极轻，靠自身重量在水中下沉时， 沉降速度极为缓慢，且有些更细小的颗粒已具备了胶粒特 性，悬浮于水中作分子热运动；当悬浮液发生电解时（例 如河流入海时，水离子浓度的增大），土粒表面的