-土的物質組成課件

1、復習1、工程地質學專業(yè)有哪幾門主干課？2、工程地質學的研究對象是什么？3、什么是工程地質條件？具體內容有哪些？4、工程巖土學的主要內容有那些？5、工程巖土學的研究對象是什么？復習1、工程地質學專業(yè)有哪幾門主干課？第一篇土和土體的工程地質研究第一篇土和土體的工程地質研究第一篇 土和土體的工程地質研究1土(soil)地殼中原來整體堅硬的巖石，經(jīng)風化、剝蝕搬運、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、氣體三相物質組成2“土體”(soil mass)土體由一定的土體材料組成，具有一定的土體結構，賦存于一定地質環(huán)境中的地質體。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

2、關的土層的組合體。土體是由厚薄不等，性質各異的若干土層，以特定的上、下次序組合在一起的。第一篇 土和土體的工程地質研究1土(soil)2“土體”第一篇 土和土體的工程地質研究土的形成巖石地球風化剝蝕搬運、沉積土地球第一篇 土和土體的工程地質研究土的形成巖石地球風化剝蝕搬運、土的演化土(土體)巖石(三大巖)土的演化土(土體)巖石(三大巖)風化物理風化 原生礦物化學風化次生礦物生物風化動植物活動有 機 質母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物 巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎土的形成風化物理風化 原生礦物化學

3、風化次生礦物生物風化動植物活動沉積與搬運殘積土無搬運母巖表層經(jīng)風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘留在原地的堆積物運積土有搬運風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物土的形成沉積與搬運殘積土母巖表層經(jīng)風化作用破碎運積土風化所形成的土顆土的成因類型土的主要成因類型殘積土(體)坡積土(體)洪積土(體)湖積土(體)沖積土(體)冰積土(體)崩積土(體)風積土(體)海洋沉積土(體)火山沉積土(體) 土的成因類型土的主要成因類型殘積土(體)第一章 土的物質組成土的粒度成分1土的礦物成分土的化學成分土中的水2345土中的氣體第一章 土的物質組成土的粒度成分1土的礦物成分土的

4、化學成分土土的物質組成土粒水氣固相液相氣相構成土骨架，起決定作用重要影響次要作用土的物質組成土粒水氣固相液相氣相構成土骨架，起決定作用重要影固體+氣體 固體液體氣體 固體液體 干土 濕土 飽和土 干粘土較硬干砂松散 粘土多為可塑狀態(tài) 飽和粉細砂受震動可能產(chǎn)生液化 不同狀態(tài)的土固體+氣體 固體液體固體液體 干土 濕土 飽和土 干粘土第一節(jié) 土的粒度成分一、粒組及其劃分粒徑土粒的大小通常以其平均直徑的大小來表示，簡稱粒徑，亦稱粒度。粒組按土粒大小劃分成若干等級，在每一等級中所包括的這些大小比較相近、且工程地質性質基本相同的顆粒稱為粒組。第一節(jié) 土的粒度成分一、粒組及其劃分粒組劃分方案dmm巨粒組礫

5、粒組砂粒組粉粒粘粒6020.0050.075粗粒組細粒組第一節(jié) 土的粒度成分粒組劃分方案dmm巨粒組礫粒組砂粒組粉粒粘粒6020.005粗粒土(無粘性土)特征細粒土(粘性土)特征孔隙大、透水性強，毛細上升，高度很小，既無可塑造性，也無脹縮性，壓縮性極弱，強度較高。 主要由次生礦物組成，孔隙很小，透水性極弱，毛細上升高度較高，有可塑性、脹縮性，強度較低。 粗粒土與細粒土粗粒土(無粘性土)細粒土(粘性土)孔隙大、透水性強，毛細上升二、土的粒度成分的測定方法粒度成分(1)漂粒組 (2)卵粒組 (3)礫粒組 (4)砂粒組 (5)粉粒組 (6)粘粒組 篩分法 水分法 粗顆粒細顆粒第一節(jié) 土的粒度成分二、

6、土的粒度成分的測定方法粒度成分(1)漂粒組 (2)卵粒組篩析法它是利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱過質量的烘干土樣過篩，稱留在各篩上的土的質量，然后計算相應的百分數(shù)。 實驗一 粗粒土的顆粒分析（篩析法）篩析法實驗一 粗粒土的顆粒分析（篩析法）實驗一 粗粒土的顆粒分析（篩析法）一、實驗原理：二、儀器設備：三、實驗方法與步驟：1、制備土樣2、過篩及稱量四、數(shù)據(jù)處理：1、計算各粒組的百分含量，統(tǒng)計小于某粒徑土累積百分含量，誤差不得大于1%；2、繪半對數(shù)累積曲線；3、求Cu、Cc，判斷土的級配情況；4、分類定名。實驗一 粗粒土的顆粒分析（篩析法）一、實驗原理：實驗一 粗粒土的顆粒分析（篩析法）粗粒

7、土粒度成分試驗（篩析法）記錄表工程名稱： 試驗日期：篩孔直徑（mm）篩上土重(g)篩上總土重(g)篩上土累積百分含量（%）小于某粒徑土累積百分含量（%） 2 1 0.5 0.250.1/0.075托盤實驗一 粗粒土的顆粒分析（篩析法）粗粒土粒度成分試驗（篩析比重計法:利用不同大小的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實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）比重計法:利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同實驗二 細粒實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）一、基本原理密度計法根據(jù)不同粒徑的土粒在靜水中沉降速度不同和懸液的密度隨著懸液中土粒含量減少而減小的原理，利用密度計測定

8、不同時間的懸液密度，然后根據(jù)懸液密度算出土粒直徑及小于某粒徑土的累積百分含量。用來分離粘性土或松散土中粒徑0.1mm（或0.5mm的顆粒時，需求出占試樣總重的百分數(shù)。如數(shù)量多時要用標準篩進行0.5mm的顆粒分析。2.稱取土樣：30g。3.分散煮沸。4.過篩入筒：取1000mL量筒一只，在量筒口放一大玻璃漏斗，并取0.1mm（或0.075mm）篩子一只，將燒瓶內懸液倒入篩中，使過篩懸液進入量筒，反復用蒸餾水沖洗，直至 0.1mm（或0.075mm）的顆粒全部進入量筒。實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）三、操作步驟實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）三、操作步驟5.將留在0.1m

9、m（或0.075mm）篩上的砂粒洗入蒸發(fā)皿內，倒去上部清水，烘干稱重，然后進行篩分析，求出0.50.25mm，0.250.1mm（0.075mm）粒組土重。6.注水入筒：注蒸餾水入量筒，加入分散劑（4%濃度的六偏磷酸鈉10ml），加水使筒內懸液達1000ml。7.另取量筒一只，盛蒸餾水（或清水）1000ml，將密度計放在其中，讀數(shù)前1分鐘讀出并記錄密度計在蒸餾水（清水）中的讀數(shù)。每次用畢，洗凈放回蒸餾水（清水）中。實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）三、操作步驟實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）三、操作步驟8.準備好秒表、記錄紙。用攪拌器在量筒內沿整個懸液深度上下攪拌一分鐘，

10、使懸液均勻分布。取出攪拌器后立即將密度計小心放入懸液中，同時開動秒表，測定經(jīng)0.5、1、2、5、15、30、60、120、1440min的密度計讀數(shù)。每次讀數(shù)后不再攪拌懸液，但須測定懸液溫度。9.密度計讀數(shù)以彎液面上緣為準，估讀至0.0001。每次讀數(shù)均應在預定時間前1020s將密度計放入懸液中，并注意密度計浮泡應保持在量筒中心線附近，不得貼近筒壁。實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）三、操作步驟實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）四、記錄格式細粒土粒度成分實驗（密度計法）記錄表溫度T（）沉降時間 t（分）密度計讀數(shù)土粒落距H(cm)粒徑 d（mm）小于d土累積百分含量0.51

11、25101530601201440實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）四、記錄格式細實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）五、成果整理1、計算小于d之土粒的累積百分含量：實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）五、成果整理實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）五、成果整理1、計算小于d之土粒的累積百分含量：溫度校正：P160；彎液面校正值=0；分散劑校正：分散劑使懸液密度增大。20蒸餾水密度和20蒸餾水加分散劑水溶液的密度，其差值為分散劑校正值。土粒密度取2.70 g/cm3實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）五、成果整理溫實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重

12、計法）五、成果整理2、由斯托克斯公式列線圖查顆粒直徑d（mm）G（現(xiàn)用s（2.70）、TA;H、tV；A、V d3、以logd（mm）為橫坐標，以相應的小于該粒徑的土粒累積百分含量Xd（）為縱坐標，繪制半對數(shù)累積曲線。4、分類定名實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）五、成果整理實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）六、注意事項1、拿密度計時應垂直，不要斜舉。每次測畢應輕輕放在盛水的量筒中，不允許放在桌子上。2、懸液必須攪拌均勻，攪動必須慎重，避免懸液濺出和造成渦流。3、密度計放入懸液時，估計可能的密度值，以避免密度計上下跳動不定或碰撞筒壁。4、讀數(shù)要迅速準確，不宜在懸液中放置時間

13、過久。5、試驗過程要避免懸液的振動，保持懸液溫度穩(wěn)定。實驗二 細粒土的顆粒分析密度計法（比重計法）六、注意事項列表法：將粒度分析的成果，用表格的形式表達。可清楚地用數(shù)量說明土樣各粒組的含量；但對于大量土樣進行對比時，比較困難，不能獲得直觀的概念。累積曲線法：以粒徑為橫坐標，以該粒徑的累積百分含量為縱坐標，在此直角坐標系中表示二者的關系曲線。有自然數(shù)坐標系和半對數(shù)坐標系兩種類型?？蓪σ粋€地區(qū)的土樣進行對比，比較直觀醒目。但土樣多時顯得繁亂，不易分辨。三角圖法：在一等邊三角形中，以一個點表示一個土樣的粒度成分，這就有可能將大量土樣的粒度成分表示在一張圖上，克服了曲線法的不足。三、土的粒度成分的表示

14、方法列表法：將粒度分析的成果，用表格的形式表達?？汕宄赜脭?shù)量說半對數(shù)坐標累積曲線:縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標）三、土的粒度成分的表示方法累積曲線半對數(shù)坐標累積曲線:縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比,三工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度 曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況 d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、 30%和60%時所對應的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu5的土視為級配不良的土； Cu10的土視為級配良好的土 對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu5和Cc=13時，定名為良好級

15、配砂或良好級配礫 顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度 曲率系數(shù)C1）從累積曲線的形態(tài)可判斷粒度成分的特征：曲線越平緩，說明土粒越不 均勻，級配越好；2）可求得任一粒徑區(qū)間的含量，用于土的分類定名，也可求得相當于任一 百分含量的最大粒徑；3）可求得土的不均勻系數(shù)Cu，用于判定土的不均勻程度： Cu 5, 不均粒土； Cu 3 或 Cc 1, 級配不連續(xù)土;5）聯(lián)合使用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，用于判定土的級配優(yōu)劣： Cu 5且 C c = 1-3 ， 級配良好的土； Cu 3 或 Cc 60mm）15%巨粒土和含巨粒的土 巨粒組（60mm）6060-2020-22

16、-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.0050.005土樣1101548107640土樣20030728458粒度成分習題土樣1、2各粒組含量如下，按表1-2分類定名：粒第二節(jié) 土的礦物成分原生礦物次生礦物有機質不可溶的 可溶的 腐植質 泥炭 粘土礦物 游離氧化物 難溶鹽中溶鹽 易溶鹽 土的礦物成分第二節(jié) 土的礦物成分原生次生有機質不可溶的 可溶的 腐植質 一、土的礦物成分的類型1、原生礦物母巖風化后殘留的化學成分沒有發(fā)生變化的礦物。主要有石英、長石、角閃石、云母；有時有方解石、白云石。2、次生礦物原生礦物分解形成的新礦物。次生礦物分兩種： 1）可溶性的次生礦物可溶鹽 2

17、）不可溶性次生礦物：游離氧化物（含水鐵鋁倍半氧化物、次生二氧化硅）、粘土礦物3、有機質：泥炭（分解不完全）、腐殖質（完全分解）一、土的礦物成分的類型原生礦物 石英、長石、云母等次生礦物 主要是粘土礦物，包括三種類型 高嶺石、伊利石、蒙脫石粘土礦物:由硅片和鋁片構成的晶胞所組合而成主要礦物原生礦物 石英、長石、云母等粘土礦物:主顆粒形狀原生礦物 圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物 針狀、片狀、扁平狀顆粒形狀原生礦物 圓狀、渾圓狀、棱角狀二、土的礦物成分與粒組的關系粒度成分與礦物成分之間有明顯的對應關系：粗大的土粒（卵礫組與砂粒組）多為原生礦物；粉粒組以石英、長石為主；粘粒組則主要為次生礦物。二、土的礦

18、物成分與粒組的關系三、粘土礦物的基本類型及其基本特征粘土礦物是指由原生礦物長石、云母等硅酸鹽礦物經(jīng)化學風化而形成的具有片狀或鏈狀結晶格架的顆粒細小、親水性強、具有膠體特性的鋁硅酸鹽礦物。粘土礦物由兩部分組成：1）硅氧四面體硅片2）鋁氧八面體鋁片三、粘土礦物的基本類型及其基本特征硅片的結構每個硅片具有一個負電荷硅片的結構每個硅片具有一個負電荷鋁片的結構每個鋁片具有一個正電荷鋁片的結構每個鋁片具有一個正電荷蒙 脫 石粘土礦物高嶺石伊利石蒙脫石蒙 脫 石粘土礦物高嶺石伊利石蒙脫石1、高嶺石1：1雙層群，單位晶胞為一層硅氧四面體與一層鋁氧八面體以離子鍵連結。相鄰晶胞間為氫鍵所聯(lián)（氧離子O2-與氫氧離子

19、OH-），連結力較強，致使晶格不能自由活動，晶胞間不能吸收無定量的水分子，不能分解為單個的晶片，形成較粗大的粘粒甚至粉粒。2、蒙脫石2：1三層群，單位晶胞上下面都為硅氧四面體，中夾鋁氧八面體。相鄰晶胞以氧層與氧層相接，連結力較弱，結晶格架具有很大的活動性，水分子或其它極性分子可無定量地進入晶格之間引起膨脹，可形成極細小的鱗片狀粘粒。能吸附一定量的一價陽離子，使晶胞間的連接力稍有提高。1、高嶺石3、伊利石（水云母）結晶格架的特點與蒙脫石極相似，單位晶胞也是2：1三層群，兩片硅片夾一片鋁片，但硅氧四面體中的Si 4常被Al 3替代，層間由K補充正電荷。所以相鄰晶胞由層間鉀離子連結，連結力較高嶺石層

20、間連結力弱，但比蒙脫石層間連結力強，所形成的片狀顆粒大小也居于二者之間。3、伊利石（水云母）三組粘土礦物的共同特點是：1、晶架中原子呈層狀排列；2、在層狀構造中，有兩個基本構造單元，一個是硅氧四面體層，一個是鋁氧八面體層，四面體層和八面體層以不同形式相組合形成不同的粘土礦物。三種粘土礦物對比：三組粘土礦物的共同特點是：三種粘土礦物對比： 高嶺石：相鄰晶胞間具有較強的氫鍵連結，結合牢固，水分子不能自由滲入，形成較粗的粘粒，比表面積小，親水性弱，壓縮性較低，抗剪強度較大。蒙脫石：相鄰晶胞間距離較大，連結較弱，水分子易滲入，形成較細的粘粒，比表面積較大，親水性較強，膨脹性顯著，壓縮性高，抗剪強度低。

21、三種粘土礦物對比：伊利石：伊利石與蒙脫石具有相同的結晶格架，但相鄰晶胞間有層間鉀離子起連結作用，連結力處于高嶺石與蒙脫石之間，其工程地質性質居于二者之間。 高嶺石：相鄰晶胞間具有較強的氫鍵連結，結合牢固，水分子四、土的礦物成分研究方法簡介1、染色分析方法2、熱分析方法3、X射線衍射分析法4、電子顯微鏡鑒定方法5、化學分析法6、紅外光譜分析法7、透射電子顯微鏡法四、土的礦物成分研究方法簡介礦物成分復習1、土的礦物成分類型2、對比三組主要粘土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）礦物成分復習1、土的礦物成分類型第四節(jié) 土中的水結晶水 沸石水 土中水礦物中結合水 孔隙中的水 液態(tài)水 固態(tài)水 氣態(tài)水 結合水

22、非結合水 強結合水 弱結合水 毛細水 重力水 結構水 第四節(jié) 土中的水結晶水 沸石水 土礦物中孔隙中液態(tài)水 固態(tài)水1、結構水水以OH或H的形式存在于礦物結晶格架的固定位置上，如鋁氧八面體中的OH 。是結晶格架的組成部分，450500析出，析出后結晶格架被破壞，轉變?yōu)樾碌V物。一、礦物中的結合水2、結晶水水以水分子形式存在于礦物結晶格架的固定位置上，具有一定數(shù)量，不到400 析出，析出后原有的結晶格架被破壞，礦物變?yōu)樾碌V物。3、沸石水水以分子形式存在于晶胞之間，80120 析出，析出后并不形成新礦物。1、結構水一、礦物中的結合水2、結晶水3、沸石水 土粒表面結合水當土孔隙中的水與土粒表面接觸時，由于細小土粒表面的靜電引力作用和水分子是一種極性分子，水分子被極化，并被吸附于土粒周圍，形成一層水膜。這部分水通常稱為土粒表面結合水，簡稱結合水。二、土粒表面結合水 土粒表面結合水當土孔隙中的水與土粒表面接觸時，由于強結合水 排列致密、定向性強 密度:1.5-1.8g/cm3 冰點處于零下幾十度 具有固體的特性 溫度高于