第二章 土的三相組成ppt課件

1、第二章 土的三相組成 土是由固體相、液體相、氣體相組成的三相體系。 固體相指土中的礦物顆粒，簡(jiǎn)稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。 液體相由水溶液組成，可分為強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水等。 氣體相由空氣和其它氣體構(gòu)成。第一節(jié) 土的顆粒級(jí)配 一、粒組的劃分一、粒組的劃分土粒的大小通常以粒徑表示，以土粒的大小通常以粒徑表示，以mm為單位。為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組就是一定的粒徑區(qū)段，以毫米表示。就是一定的粒徑區(qū)段，以毫米表示。 粒組的劃分的原則粒組的劃分的原則符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個(gè)粒符合粒徑變化所引起的質(zhì)的

2、變化規(guī)律，即每個(gè)粒組的成分與性質(zhì)無(wú)質(zhì)的變化，具相同或相似組的成分與性質(zhì)無(wú)質(zhì)的變化，具相同或相似的成分與性質(zhì)；的成分與性質(zhì)；與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土粒可采用不同的適用方法進(jìn)行分析；?？刹捎貌煌倪m用方法進(jìn)行分析；粒組界限值力求服從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律。粒組界限值力求服從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律。表1-1 土的粒組劃分方案 粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mm） 分析方法 主 要 特 征巨 粒漂石（塊石）粒 d200 直接測(cè)定 透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。卵石（碎石）粒 60d200 粗粒礫粒 粗礫 20d60 篩分法 透水性大，壓縮性小

3、，無(wú)粘性，有一定毛細(xì)性。細(xì)礫2d20砂粒 粗砂0.5d2 中砂 0.25d0.5 細(xì)砂0.075d0.25 細(xì)粒粉粒 0.0050.075mm） 靜水沉降分析法適用于粉土和粘性土，d22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.0050.005128101520101721040251510351020152030顆粒級(jí)配累積曲線圖解法）顆粒級(jí)配累積曲線圖解法）橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示土顆粒直徑，單位橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示土顆粒直徑，單位mm；縱坐標(biāo)為小于某粒徑土的累積含量，用；縱坐標(biāo)為小于某粒徑土的累積含量，用百分比表示。百分比表示。土的粗細(xì)常用平均粒徑土的粗細(xì)常用平均粒

4、徑mmd50表示，表示，d50指指土中大于或小于此粒徑的土粒含量均占土中大于或小于此粒徑的土粒含量均占50。特征粒徑特征粒徑d10有效粒徑有效粒徑de）；）；d50平均粒徑；平均粒徑；d30 、d60限制粒徑。限制粒徑。顆粒級(jí)配累積曲線顆粒級(jí)配累積曲線土的不均勻系數(shù)土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu5的土的土稱為級(jí)配良好的非均粒土。稱為級(jí)配良好的非均粒土。土的曲率系數(shù)土的曲率系數(shù)CcCc=13時(shí)，為級(jí)配連續(xù)；時(shí)，為級(jí)配連續(xù)； Cc 3時(shí)，級(jí)時(shí)，級(jí)配不連續(xù)。配不連續(xù)。1060230dddCc四、土按顆粒級(jí)配的分類四、土按顆粒級(jí)配的分類 粗粒土：土中粒徑粗粒土：土中粒徑0.075mm的質(zhì)量

5、超過(guò)全部的質(zhì)量超過(guò)全部質(zhì)量的質(zhì)量的50%。 細(xì)粒土：土中粒徑細(xì)粒土：土中粒徑0.075mm的質(zhì)量小于全部的質(zhì)量小于全部質(zhì)量的質(zhì)量的50%。 巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范中的分類法：中的分類法： 將粒徑將粒徑2mm的質(zhì)量超過(guò)的質(zhì)量超過(guò)50%的稱為碎石土；的稱為碎石土； 將粒徑將粒徑2mm的質(zhì)量小于的質(zhì)量小于50而大于而大于0.075mm的質(zhì)量超過(guò)的質(zhì)量超過(guò)50%的稱為砂土；的稱為砂土； 將大于將大于0.075mm的質(zhì)量小于的質(zhì)量小于50%的定為粉土或的定為粉土或粘性土。粘性土。 碎石土、砂土和粉土又稱為無(wú)粘性土。碎石土、砂土和粉土又稱為無(wú)粘性土。 粘土礦物無(wú)定形氧化物膠體可溶鹽土的礦物成分原

6、生礦物石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物有機(jī)質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 土的礦物成分土的礦物成分一、土中礦物類型及特性一、土中礦物類型及特性 原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒(méi)有發(fā)原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒(méi)有發(fā)生變化的礦物碎屑。原生礦物顆粒一般都較粗生變化的礦物碎屑。原生礦物顆粒一般都較粗大，它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中。大，它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中。 次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經(jīng)化學(xué)次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用，使其進(jìn)一步分解而形成一些顆粒更風(fēng)化作用，使其進(jìn)一步分解而形成一些顆粒更細(xì)小的新礦物。細(xì)小的新礦物。 粘土礦物是主要的次生礦物，是組成粘粒的主粘

7、土礦物是主要的次生礦物，是組成粘粒的主要礦物成分。要礦物成分。 粘土礦物中分布較廣且對(duì)土性質(zhì)影響較大的是粘土礦物中分布較廣且對(duì)土性質(zhì)影響較大的是蒙脫石、高嶺石和伊利石蒙脫石、高嶺石和伊利石(或水云母或水云母)三種。三種。粘土礦物的類型粘土礦物的類型 高嶺石晶層之間連結(jié)牢固，水不能自由滲入，故其親高嶺石晶層之間連結(jié)牢固，水不能自由滲入，故其親水性差，可塑性低，脹縮性弱；水性差，可塑性低，脹縮性弱； 蒙脫石則反之，晶胞之間連結(jié)微弱，活動(dòng)自由，親水蒙脫石則反之，晶胞之間連結(jié)微弱，活動(dòng)自由，親水性強(qiáng)，脹縮性亦強(qiáng)；性強(qiáng)，脹縮性亦強(qiáng)； 伊利石水云母的性質(zhì)介于二者之間。伊利石水云母的性質(zhì)介于二者之間。 二、

8、礦物成分與粒組之間的關(guān)系二、礦物成分與粒組之間的關(guān)系 粒徑大于粒徑大于0.075mm的各粒組，均由原生礦物所的各粒組，均由原生礦物所構(gòu)成，其中漂石粒、卵石粒、礫粒，其粒徑往構(gòu)成，其中漂石粒、卵石粒、礫粒，其粒徑往往大于礦物顆粒，多數(shù)是由母巖碎屑構(gòu)成，一往大于礦物顆粒，多數(shù)是由母巖碎屑構(gòu)成，一般具有的多礦物結(jié)構(gòu)，般具有的多礦物結(jié)構(gòu)， 砂粒與原生礦物顆粒大小近似，往往是由單礦砂粒與原生礦物顆粒大小近似，往往是由單礦物組成，以石英最為常見。物組成，以石英最為常見。 粉粒組由原生礦物與次生礦物混合組成，其中粉粒組由原生礦物與次生礦物混合組成，其中以石英為主，其次為高嶺石及難溶鹽。以石英為主，其次為高嶺

9、石及難溶鹽。 粘粒組主要由不可溶性次生礦物與腐植質(zhì)組成，粘粒組主要由不可溶性次生礦物與腐植質(zhì)組成，有時(shí)也含難溶鹽，其中粘土礦物是最常見的礦有時(shí)也含難溶鹽，其中粘土礦物是最常見的礦物。物。 第三節(jié) 土中的水一、土中水的類型與特性一、土中水的類型與特性土中的水礦物成分水結(jié)合水重力水毛細(xì)水結(jié)晶水孔隙水自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水二、土粒與水的相互作用二、土粒與水的相互作用1、土粒的比表面積定義單位質(zhì)量或單位體積土顆粒所擁有的表面積稱為比表面積。即土粒直徑土的質(zhì)量和全部土顆粒的表面積之式中d m A 661 32dddmAS2、粘粒的帶電性質(zhì)、粘粒的帶電性質(zhì) 土中的粘土顆粒在電場(chǎng)中向陽(yáng)極泳動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。

10、而土中的液體滲向陰極，稱為電滲。這兩種現(xiàn)象是同時(shí)發(fā)生的，稱為電動(dòng)現(xiàn)象。 粘粒表面產(chǎn)生電荷的原因：1、選擇性吸附；2、表面分子的離解；3、同晶替換3、粘粒雙電層、粘粒雙電層 顆粒表面的負(fù)電荷構(gòu)成電場(chǎng)的內(nèi)層決定電位層）。水中被吸引在顆粒表面的陽(yáng)離子和定向排列的水分子構(gòu)成電場(chǎng)的外層反離子層）。合稱雙電層。擴(kuò)散層固定層外層反離子層內(nèi)層決定電位離子層雙電層)()( 受顆粒表面電場(chǎng)作用力吸引而包圍在顆粒周圍，不傳遞靜水壓力不能任意流動(dòng)的水，稱為結(jié)合水。 從水分子的角度講，雙電層的外層就是結(jié)合水層。結(jié)合水弱結(jié)合水：是一種粘滯水膜，是粘性土在一定含水量范圍內(nèi)具可塑性的原因強(qiáng)結(jié)合水：性質(zhì)接近與固體，具蠕變性，略

11、高于100可蒸發(fā)反離子層第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu) 土的結(jié)構(gòu)是指組成土的土粒大小、外形、表面特征，土的結(jié)構(gòu)是指組成土的土粒大小、外形、表面特征，土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排列情況，其中包括顆粒土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排列情況，其中包括顆?；蚣象w間的距離、孔隙大小及其分布特點(diǎn)?；蚣象w間的距離、孔隙大小及其分布特點(diǎn)。 一、土粒間的連結(jié)關(guān)系一、土粒間的連結(jié)關(guān)系 1接觸連結(jié)，是指顆粒之間的直接接觸，接觸點(diǎn)上的接觸連結(jié)，是指顆粒之間的直接接觸，接觸點(diǎn)上的連結(jié)強(qiáng)度主要來(lái)源于外加壓力所帶來(lái)的有效接觸壓力。連結(jié)強(qiáng)度主要來(lái)源于外加壓力所帶來(lái)的有效接觸壓力。這種連結(jié)方式在砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存這種連結(jié)方式在砂土

12、、粉土中或近代沉積土中普遍存在。在。 2膠結(jié)連結(jié)，是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將膠結(jié)連結(jié)，是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒膠結(jié)連結(jié)在一起。顆粒膠結(jié)連結(jié)在一起。 3結(jié)合水連結(jié)，是指通過(guò)結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)結(jié)合水連結(jié)，是指通過(guò)結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來(lái)的連結(jié)形式，又叫水膠連結(jié)，這種連結(jié)在一般粘起來(lái)的連結(jié)形式，又叫水膠連結(jié)，這種連結(jié)在一般粘性土中普遍存在。性土中普遍存在。 4冰連結(jié)冰連結(jié)二、土的結(jié)構(gòu)類型（一巨粒土與粗粒土的結(jié)構(gòu)類型粗粒土的結(jié)構(gòu)主要為單粒結(jié)構(gòu)。根據(jù)顆粒間的排列接觸關(guān)系可分為松散結(jié)構(gòu)和密實(shí)結(jié)構(gòu)。由于粗、細(xì)顆粒含量的不同，有粗石狀結(jié)構(gòu)和假斑狀結(jié)構(gòu)兩種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)。粗石狀結(jié)

13、構(gòu)的土具有較高的強(qiáng)度，而其透水性則取決于粒間孔隙的充填程度及充填物的性質(zhì)。假斑狀結(jié)構(gòu)土的性質(zhì)主要取決于組成土的細(xì)粒物質(zhì)的特點(diǎn)。 （二細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)類型（二細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)類型 細(xì)粒土顆粒細(xì)小，細(xì)粒土一般為團(tuán)聚結(jié)構(gòu)海綿狀結(jié)構(gòu)或蜂窩狀結(jié)構(gòu)）。 細(xì)粒土的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)按土粒均勻與否可分為均粒和非均粒兩種類型。 均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)又分為蜂窩狀和絮狀結(jié)構(gòu)。 非均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)是由粉粒和砂粒之間充滿粘粒團(tuán)聚體所形成的結(jié)構(gòu)。 KPa) ) :強(qiáng)度（重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓度（原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)式中：度對(duì)于飽和粘性土的靈敏uuuurrqKPaqqqSS三、粘性土的靈敏度和觸變性三、粘性土的靈敏度和觸變性 土的靈敏度：以同一種土的原狀土強(qiáng)度與經(jīng)過(guò)土的靈敏度：以同一種土的原狀土強(qiáng)度與經(jīng)過(guò)重塑含水量不變、土的結(jié)構(gòu)徹底破壞后的重塑含水量不變、土的結(jié)構(gòu)徹底破壞后的強(qiáng)度之比。強(qiáng)度之比。 土的觸變性：當(dāng)擾動(dòng)停止后，飽和粘性土的抗土的觸變性：當(dāng)擾動(dòng)停止后，飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間而逐漸增大的性質(zhì)。剪強(qiáng)度隨時(shí)間而逐漸增大的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)安排實(shí)驗(yàn) A組 B組