西南科技大學(xué)本科工程地質(zhì)學(xué)課件1

1、工程地質(zhì)學(xué)ENGINEERING GEOLOGY主講人：劉歲海主講人：劉歲海lecturerlecturer：Liu SuihaiLiu Suihai 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容( (Main Topics)1 1、幾個(gè)概念、幾個(gè)概念( (several conceptseveral concept) ) 2 2、土的粒度成分、土的粒度成分( (Granularity component of soilGranularity component of soil) ) 3 3、土的礦物成分、土的礦物成分(Mineral component of soil(Mineral component of

2、soil ) ) 4 4、土體中的水和氣體、土體中的水和氣體(Water and gas in the soil(Water and gas in the soil ) ) 5 5、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造(Structure and texture of soil )(Structure and texture of soil ) 第一章第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造Chapter 1 Material composing and structure, ,texture of soil巖石風(fēng)化（物理、化學(xué)、生物）作用巖石破碎 化學(xué)成分改變搬運(yùn)沉積大小、形狀和成

3、分都不相同的松散顆粒集合體（土） 土的生成土的生成土土(soil)(soil)：是由固體顆粒以及顆粒間孔隙中的水和氣體組成的一多相、分散多孔的系統(tǒng)。土層土層(soil layer)(soil layer)：土具有成層特征, 同一層內(nèi)土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造基本一致，工程地質(zhì)性質(zhì)亦大體相同。土體土體(soil body) (soil body) ：由性質(zhì)各異，厚薄不同的若干土層，以特定的上、下次序組合在一起的土層組合體。土的三相組成是指土由土的三相組成是指土由固體顆粒固體顆粒、液體水液體水和和氣體氣體三部三部分組成。土中的固體礦物構(gòu)成土的骨架，骨架之間貫穿著分組成。土中的固體礦物構(gòu)成土的骨架，骨

4、架之間貫穿著大量的孔隙，孔隙中充滿著液體水和氣體。大量的孔隙，孔隙中充滿著液體水和氣體。土體土體三相比例不同三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：固固體體+ +氣體（液體氣體（液體=0=0）為）為干土干土，此時(shí)粘土呈堅(jiān)硬狀，此時(shí)粘土呈堅(jiān)硬狀態(tài)態(tài) ，砂，砂土呈土呈松散狀態(tài)；松散狀態(tài)；固固體體+ +液體液體+ +氣體為氣體為濕土濕土，此時(shí)粘土多為可塑狀態(tài)；，此時(shí)粘土多為可塑狀態(tài)；固固體體+ +液體（氣體液體（氣體=0=0）為）為飽和土飽和土，此時(shí)粉細(xì)砂或粉土遇強(qiáng)烈地，此時(shí)粉細(xì)砂或粉土遇強(qiáng)烈地震，可震，可能產(chǎn)能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞生液化，而使工

5、程遭受破壞；粘；粘土地基受建筑物荷載作土地基受建筑物荷載作用發(fā)生沉用發(fā)生沉降需降需幾十年才能穩(wěn)定。幾十年才能穩(wěn)定。一、粒徑和粒組的劃分粒徑和粒組的劃分 粒徑（粒徑（granularity) granularity) ：指土顆粒的大小，以其直徑表示，mm等效直徑（equivalent granularitygranularity ）粒組粒組（粒級(jí)）（fractionfraction） ：指粒徑在一定區(qū)段內(nèi)其成分及性質(zhì)成分及性質(zhì)相似的土粒組別土的粒組劃分方案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，

6、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，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 0.00522-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.00515%粗粒土：粗粒土：粗粒（0.075-60mm）組質(zhì)量50%細(xì)粒土：細(xì)粒土：細(xì)粒（0.005-0.075mm）組質(zhì)量50%粘土礦物粘土礦物無(wú)定形氧化物膠體無(wú)定形氧化物膠體可溶鹽可溶鹽土的礦物成分土的礦物成分原生礦物原生礦物次生礦物次生礦物有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)一、土中礦物類型及特性一、土中礦物類型及特

7、性物理風(fēng)化產(chǎn)物，石英、長(zhǎng)石、云母等。顆粒粗，為砂、礫組主要成分。原生礦物化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，顆粒細(xì)，為粘粒組的主要成分。次生礦物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水穩(wěn)性強(qiáng)?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水穩(wěn)性強(qiáng)。顆粒細(xì)，比表面積大，活性大，親水性強(qiáng)。a. 粘土礦物復(fù)合的鋁硅酸鹽晶體，片狀。高嶺石：2322Al O2SiO2H O伊利石：22322K O 3Al O6SiO2H O蒙脫石：2322Al O4SiOnH O親水性：蒙脫石伊利石高嶺石b. 倍半氧化物及次生二氧化硅c. 可溶性次生礦物（水溶鹽）有機(jī)質(zhì)蒙 脫 石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（氫鍵），水不能自由滲入，故其親水性差，可塑性低，脹縮性弱；蒙脫石則

8、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)；伊利石（水云母）的性質(zhì)介于二者之間。二、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，均由的各粒組，均由原生礦物原生礦物所構(gòu)成，其中漂石所構(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，一般具有的多礦物結(jié)構(gòu)。屑構(gòu)成，一般具有的多礦物結(jié)構(gòu)。砂粒砂粒與原生礦物顆粒大小近似，往往是由與原生礦物顆粒大小近似，往往是由單礦物單礦物組成，以石英最組成，以石英最為常見。為常見。粉粒粉粒組由原生礦物與次生礦物混合組成，其中以

9、石英為主，其次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。為高嶺石及難溶鹽。粘粒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，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物。其中粘土礦物是最常見的礦物。第三節(jié)第三節(jié) 土中的水和氣體土中的水和氣體 （Section 3 Water and gas in the soilSection 3 Water and gas in the soil） 土中的水土中的水礦物成分水礦物成分水結(jié)合水重力水重力水毛細(xì)水毛細(xì)水結(jié)晶水結(jié)晶水孔隙水孔隙水自由水自由水弱結(jié)合水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水沸

10、石水沸石水結(jié)構(gòu)水結(jié)構(gòu)水受土顆粒表面電場(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)合水結(jié)合水。結(jié)合水結(jié)合水弱結(jié)合水：是一種粘滯水膜，是粘性土弱結(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)接近于固體，具蠕變性，強(qiáng)結(jié)合水：性質(zhì)接近于固體，具蠕變性，略高于略高于100可蒸發(fā)可蒸發(fā)二、土中的氣體二、土中的氣體主要為：O2、CO2 、N2土粒對(duì)氣體的吸附強(qiáng)度： CO2 N2O2 H2土中的氣體按存在的狀態(tài)分為1、吸附氣體 2、游離氣體 3、密閉氣體第四節(jié)第四節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 （Section 4 St

11、ructure and texture of soil Section 4 Structure and texture of soil ） 土的結(jié)構(gòu)：土的結(jié)構(gòu)：組成土的土粒大小、形狀、表面特征，土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排列情況一、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)接觸連結(jié)：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。這種連結(jié)方式在砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存在。2、膠結(jié)連結(jié)膠結(jié)連結(jié)：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。3、結(jié)合水連結(jié)結(jié)合水連結(jié)：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)在一般粘性土中普遍存

12、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（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)單粒結(jié)構(gòu)根據(jù)顆粒間的排列接觸關(guān)系顆粒間的排列接觸關(guān)系可分為松散結(jié)構(gòu)松散結(jié)構(gòu)和密實(shí)結(jié)構(gòu)密實(shí)結(jié)構(gòu)由于粗、細(xì)顆粒含量的不同粗、細(xì)顆粒含量的不同，有粗石狀結(jié)構(gòu)粗石狀結(jié)構(gòu)和假斑狀結(jié)假斑狀結(jié)構(gòu)構(gòu)兩種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)粗石狀結(jié)構(gòu)粗石狀結(jié)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)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)團(tuán)聚結(jié)構(gòu)（海綿狀結(jié)構(gòu)或蜂窩狀海綿狀結(jié)構(gòu)或蜂窩狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)）細(xì)粒土的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)按土粒均勻與否土粒均勻與否可分為均粒和非均粒均粒和非均粒兩種類型均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)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)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)三、土的構(gòu)造三、土的構(gòu)造 土的構(gòu)造：土的構(gòu)造：土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系主要特征：土的成層性和裂隙性，即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都造成了土的不均勻性 層理構(gòu)造層理構(gòu)造：土粒在沉積過(guò)程中,由于不同階