第一章土的組成

1、第一章：土的組成,1.1 概述 本章的主要內(nèi)容：土顆粒的組成及化學(xué)成分；土中水和氣的存在形式及其影響；水土相互作用；土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造等。,,1.2 土中固體顆粒土的生成:土是巖石經(jīng)風(fēng)化,搬運(yùn),沉積等物理化學(xué)作用形成的產(chǎn)物,母巖性質(zhì)、形成過程等因素的不同也決定了生成土的成分和性質(zhì)的不同。土的三相構(gòu)成: 土顆粒---構(gòu)成土的骨架,土顆粒間存在空隙。 水,空氣---充填于土顆粒間的空隙內(nèi)。反映土固體顆粒基本特征的3個(gè)

2、方面: 土顆粒的大小；級(jí)配；礦物成分。,,風(fēng)化： 物理風(fēng)化—機(jī)械破壞，無質(zhì)變（稱為原生礦物）； 化學(xué)風(fēng)化—水與大氣作用，產(chǎn)生次生礦物； 生物風(fēng)化—?jiǎng)又参?、微生物生長使巖石破壞變化。,地質(zhì)作用： 內(nèi)力地質(zhì)作用—內(nèi)部壓力、溫度變化引起；外力地質(zhì)作用—天體間引力、太陽輻射等引起。,,,基巖,殘積土,坡積土,洪積土,沖積土,風(fēng)積土（黃土高原風(fēng)成學(xué)說）,地質(zhì)成因與土類,雅丹地貌（風(fēng)蝕作用形成）,物理風(fēng)化,,物理風(fēng)化,風(fēng)的作用,水的作

3、用,,化學(xué)風(fēng)化,,,化學(xué)風(fēng)化,化學(xué)風(fēng)化,,固體礦物顆粒 （固相）,,土中氣體（氣相）,,土中水（液相）,土的組成,,土的固體顆粒是土的三相組成中的主體，是決定土的工程性質(zhì)的主要成分。,一．土粒的粒度成分,,粒組的概念：工程上將大小，性質(zhì)相近的土粒合并為一組，稱粒組，其分界尺寸稱界限粒徑。,1、土粒粒度與粒組,砂粒與粘粒,,2．粒度成分分析試驗(yàn)顆粒級(jí)配---土中所含各個(gè)粒組在土中的相對(duì)含量，以土粒總重的百分比表示，稱為土的顆粒級(jí)

4、配。 篩分法---適用于粒徑>0.075mm的顆粒分析沉降法---適應(yīng)于粒徑<0.075mm的顆粒分析,,,篩分法 [適用于粒徑大于0.075mm的土],利用一套孔徑由大到小的篩子，將事先稱過質(zhì)量的干試樣放入篩中，經(jīng)過充分震搖后，把留在各級(jí)篩上的土粒分別稱量，算出小于某粒徑的土粒含量，用以確定土中各粒組的土粒含量,,篩分法（d>0.075mm的土）,,沉降法（d<0.075mm的土）,比重計(jì)法是利用不同大小的

5、土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計(jì)，在不同時(shí)刻測(cè)懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級(jí)配曲線。,,沉降法（d<0.075mm的土）,,3．粒度成分分布曲線 顆粒級(jí)配曲線：,試驗(yàn)結(jié)果繪制在半對(duì)數(shù)紙上； 縱坐標(biāo)：小于（大于）某粒徑的土粒含量； 橫坐標(biāo)：對(duì)數(shù)尺度表示土的粒徑，可把粒徑

6、相差上千倍的粗粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對(duì)土的性質(zhì)可能有重要影響的顆粒部分清楚地表達(dá)出來。 粒組的范圍和各粒組的含量；土顆粒的分布情況。,,顆粒分析試驗(yàn)曲線,,,顆粒級(jí)配的評(píng)定 正常級(jí)配：土的顆粒大小分布是連續(xù)的，曲線坡度是漸變的； 不連續(xù)級(jí)配：土中缺乏某些粒徑的土粒，曲線出現(xiàn)水平段； 級(jí)配良好：粒徑分布曲線形狀平緩，土粒大小分布范圍廣，土粒大小不均勻； 級(jí)配不良：粒徑分布曲線形狀較陡，土粒大小分布范圍窄，土粒

7、均勻。,,不均勻系數(shù),d60—限定粒徑 d10—有效粒徑 d30—中值粒徑,,曲率系數(shù),,級(jí)配評(píng)定,顆粒級(jí)配評(píng)定指標(biāo),,評(píng)定指標(biāo)的利用,※土的粒徑范圍窄，分布曲線陡 ，d10和d60靠近，不均勻系數(shù)小，表示土粒分布均勻；※土的粒徑范圍寬，分布曲線緩， d10和d60相距遠(yuǎn)，不均勻系數(shù)大，表示土粒不均勻；※Cu大 不均勻 有細(xì)粒土填空 壓密度大；※Cu小 均勻

8、 無細(xì)粒土填空 壓密度小。,,,,,,,,Cu＜5， 級(jí)配不良； Cu＞10， 級(jí)配良好。,曲率系數(shù)Cc描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況，級(jí)配的好壞根據(jù)土粒的均勻程度和粒徑分布曲線的形狀去定。,礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu≥5和Cc=1～3時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫,,二、土的礦物成分 原生礦物：物理風(fēng)化后產(chǎn)生的產(chǎn)物，基本保持了原有的礦物成分，構(gòu)成土中的粗粒成分。例

9、：石英、云母、長石等特征：礦物成分性質(zhì)穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低等特點(diǎn)。,,次生礦物：經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用后產(chǎn)生的與原礦物不同的新物質(zhì)，是構(gòu)成粘性土的主要成分。例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等特征：性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的親水性，遇水易膨脹的特點(diǎn)。上列三種粘土礦物中，親水性和膨脹性依次增強(qiáng)。,,次生礦物,蒙脫石,伊利石,高嶺石,蒙 脫 石,,液態(tài)水,結(jié)合水,自由水,強(qiáng)結(jié)合水,弱結(jié)合水,,不能傳遞靜水壓力,

10、重力水,毛細(xì)水,能傳遞靜水壓力,,,,1.3 土中水和土中氣土中水的存在形態(tài)---液態(tài)水,故態(tài)水,氣態(tài)水土中液態(tài)水的類型,,,結(jié)合水：指由電分子引力吸附于土粒表面成薄膜狀的水。根據(jù)受電場(chǎng)作用力的大小及離顆粒表面遠(yuǎn)近，又可以分成強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水兩類?！鶑?qiáng)結(jié)合水：緊靠于顆粒表面、所受電場(chǎng)的作用力很大、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體，冰點(diǎn)遠(yuǎn)低于0℃，密度比自由水的大，在案105℃以上時(shí)才可被蒸發(fā)；※弱結(jié)合水：緊靠強(qiáng)

11、結(jié)合水的外圍形成的結(jié)合水膜，所受的電場(chǎng)作用力隨著與顆粒距離增大而減弱。是一種粘滯水膜，可因電場(chǎng)引力從一個(gè)土粒周圍轉(zhuǎn)移到另一個(gè)土粒周圍。即弱結(jié)合水膜能發(fā)生變形，但不因重力作用而流動(dòng)。弱結(jié)合水的存在是粘性土在某一含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)出可塑性的原因。,,,結(jié)合水示意圖,自由水：指土粒表面引力作用范圍之外的水，與普通水一樣，受重力支配，能傳遞靜水壓力并具有融解作用。以兩種形式存在：毛細(xì)水、重力水?！亓λ菏窃谥亓退徊钭饔孟履茉谕林辛鲃?dòng)的自

12、由水，它是土中其它類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，并對(duì)土粒起浮力作用 。※毛細(xì)水：土體內(nèi)部土粒間相互貫通的孔隙，可以看成是許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管。由于水和空氣分界面處彎液面上產(chǎn)生的表面張力作用，土中自由水從地下水位通過毛細(xì)管逐漸上升，形成毛細(xì)水。,,,土中毛細(xì)水作用,土中毛細(xì)水作用,,毛細(xì)管水－假凝聚力,毛細(xì)管壓力,,負(fù)孔隙水壓力,可使土粒相互擠緊，可使無粘性土也象有粘聚力似的。由毛細(xì)管壓力

13、所造成無粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力 。,,沙坑倒塌,,,毛細(xì)管水上升高度的影響因素,※孔隙大小和形狀※粒徑尺寸※水的表面張力,,土中氣,※非封閉氣體（與大氣相通）,,無影響，易擠出,※封閉氣體（與大氣不相通）,壓力作用下可壓縮或融解,封閉氣體對(duì)土的性質(zhì)有較大影響，導(dǎo)致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展過程 。,,,,1.4 粘土顆粒與水的相互作用 土中的的固體顆粒與周圍介質(zhì)（主要是水）的相互作用并

14、對(duì)土的工程性質(zhì)產(chǎn)生的影響。土粒的表面積與比表面積比表面積---單位體積(或單位質(zhì)量)的土顆粒所具有的表面面積(m2/cm3或m2/g) 土的比表面積大→表面能量大→與周圍介質(zhì)(液體,氣體)的作用也增強(qiáng),,粘粒表面的擴(kuò)散雙電層,負(fù)電荷,顆粒表面,擴(kuò)散層,固定層,,1.5 土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)---在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯(lián)結(jié)形式，與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關(guān)。,單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或

15、空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài),,蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu),絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏鄢尚鯛钗锵鲁?，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu),,※土的構(gòu)造---

16、指土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系。主要特征是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。,層狀構(gòu)造---土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征；裂隙構(gòu)造---土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物；分散構(gòu)造---碎石土中常見塊狀與斑狀構(gòu)造，粗粒間由細(xì)小粒土填充，甚至有大塊的孤石存在。,,土層分布示意,,,本章重點(diǎn)內(nèi)容,土的三相組成及其特征