巖土力學與地基基礎土的三相組成

巖土力學與地基基礎土的三相組成第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六一、土的固相

（一）、成土礦物（二）、土粒的粒組（三）、土粒的分析方法（四）、土粒的級配第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六成土礦物

土是巖石風化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決于成土母巖的礦物成分風化后的風化作用，一般可分為兩類：原生礦物：石英、長石、云母；巖石物理風化生成的土粒，土粒較粗，多呈渾圓狀、塊狀或板狀，吸附水的能力較弱，性質(zhì)穩(wěn)定，無塑性次生礦物：化學風化的產(chǎn)物，性質(zhì)與母巖完全不同，一般為粘土礦物

第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六成土礦物砂粒一般由石英構(gòu)成，其次是長石、云母，當砂土中含有大量呈片狀的云母時將

粘粒包含由次生礦物構(gòu)成的極細土粒，粘粒含量增加，土的透水性減小，可塑性和壓縮性增高。

第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的粒組

天然土由無數(shù)大小不同的土粒組成，逐個研究它們的大小是不可能的，統(tǒng)稱是將工程性質(zhì)相近的土粒合并成一組稱為粒組

漂石粒卵石粒

礫

粒砂

粒粉

粒粘

粒膠

粒巨粒組

d>60mm粗粒組60mm～0.075mm細粒組

d<0.075mm第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的粒組第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的分析方法

土的性質(zhì)取決于各不同粒組的相對含量。為了確定各粒組的相對含量，必須用試驗方法（顆分試驗）將各粒組區(qū)分開來，最常用的顆分試驗方法有篩分法和比重計法兩種。

第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六篩分法：

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

第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六篩分法：

適用于粒徑大于0.075mm的土第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土

比重計法是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。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，在不同時刻測懸液濃度的變化。即可換算出相應的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級配曲線。

第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六顆粒分析試驗曲線

試驗結(jié)果可繪制在半對數(shù)紙上縱坐標：小于某粒徑的土粒含量橫坐標：使用對數(shù)尺度表示土的粒徑，可以把粒徑相差上千倍的粗粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對土的性質(zhì)可能有總要影響的顆粒部分清楚地表達出來

第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六顆粒分析試驗曲線第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六顆粒分析試驗曲線第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六顆粒分析的先進方法－激光顆分第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的級配－級配的概念

土的級配指土中各粒組的相對含量，用土?？傊氐陌俜謹?shù)表示

正常級配：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)級配：土中缺乏某些粒徑的土粒，曲線出現(xiàn)水平段

級配良好：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

級配不良：粒徑分布曲線形狀較陡，土粒大小分布范圍窄，土粒均勻

第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的級配－級配的概念

為了判別土粒級配是否良好，常用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc兩個指標來描述粒徑曲線的坡度和形狀。分別為粒徑曲線縱坐標上小于某粒徑含量10％、30％、60％時所對應的粒徑有效粒徑控制粒徑第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的級配－顆分曲線分析

土的粒徑范圍窄，分布曲線陡，d10和d60靠近，土的不均勻系數(shù)小，表示土粒均勻

土的粒徑范圍寬，分布曲線緩，d10和d60相距遠，土的不均勻系數(shù)大，表示土粒不勻Cu大

不均勻

有細粒土填空

壓密度大

Cu小

均勻

無細粒土填空

壓密度小

第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的級配－顆分曲線分析對于級配不連續(xù)的情況，有時Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但并不表明土粒級配良好，還要用Cc來衡量，Cu和Cc描述了級配曲線整體特征，可描述土級配的好壞。Cc大Cc小臺階分布在臺階分布在第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六土粒的級配－顆分曲線分析級配的好壞由土粒的均勻程度和粒徑分布曲線的形狀去定。

規(guī)范規(guī)定：

同時滿足，級配良好

第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六二、土的液相

土的液相是水及各離子的溶液，其含量及性質(zhì)明顯地影響土，尤其是粘性土的性質(zhì)，如增加水量，可使土地狀態(tài)由堅硬變?yōu)榭伤?，甚至成為流動狀態(tài)的土漿。

土中水可分為結(jié)合水、自由水第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)合水：土粒礦物內(nèi)部的水

存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大于105℃）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。

特點：包圍在土顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六自由水（毛細管水、重力水）

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。第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六自由水－毛細管水土中孔隙細水通道自由水上升毛細管水表面張力重力第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六毛細管水上升高度的影響因素孔隙大小和形狀

粒徑尺寸

水的表面張力第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六毛細管水－假凝聚力毛細管壓力負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。由毛細管壓力所造成無粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力。沙坑倒塌第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六重力水

重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動的自由水。它是土中其它類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動水壓力，并對土粒起浮力作用。應當指出，水是土的一個重要組成部分。根據(jù)實用觀點，一般認為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時，說的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計

第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六三、土的氣相

與大氣相通無影響，易擠出與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）

壓力作用下可壓縮或融解

封閉氣體對土的性質(zhì)有較大影響，導致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時間的發(fā)展過程。第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六巖石是由礦物的組成的，按成因巖石可劃分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。成因類型不一樣，差別也很大，因此，工程性質(zhì)極為多樣。1）巖漿巖的性質(zhì)巖漿巖具有較高的力學強度，可作為各種建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各類巖石的工程性質(zhì)差異很大。1.1.2巖(石)體的特性第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六碎屑巖的工程地質(zhì)性質(zhì)一般較好，但其膠結(jié)物的成分和膠結(jié)類型影響顯著；

粘土巖和頁巖的性質(zhì)相近，抗壓強度和抗剪強度低，受力后變形量大，浸水后易軟化和泥化；化學巖和生物化學巖抗水性弱，常具不同程度的可溶性。常常導致地基和邊坡的失穩(wěn)。

沉積巖的性質(zhì)

第30頁，共31頁，2023年，2月20日，星期六變質(zhì)巖的工程性質(zhì)與原巖密切相關