土的組成及性質(zhì)

關(guān)于土的組成及性質(zhì)第1頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一詞在不同的學(xué)科領(lǐng)域有其不同的涵義。就土木工程領(lǐng)域而言，土是指覆蓋在地表的沒(méi)有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物。土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒間膠結(jié)的強(qiáng)弱。土第2頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地質(zhì)作用：導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用地質(zhì)作用內(nèi)力地質(zhì)作用外力地質(zhì)作用巖漿活動(dòng)地殼運(yùn)動(dòng)變質(zhì)作用氣溫變化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、風(fēng)、生物等土的生成第3頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地質(zhì)作用第4頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

造巖礦物：

石英方解石正長(zhǎng)石斜長(zhǎng)石角閃石輝石等第5頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月礦物的硬度等級(jí)第6頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖石三大類(lèi)巖石的代表：巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖巖漿巖第7頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沉積巖第8頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變質(zhì)巖第9頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地質(zhì)年代:是指地殼發(fā)展歷史與地殼運(yùn)動(dòng)、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時(shí)代段落。地質(zhì)年代相對(duì)地質(zhì)年代（太古代、元古代、中生代和新生代）絕對(duì)地質(zhì)年代第10頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

殘積物：是殘留在原地未被搬運(yùn)曲那一部分原巖風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物，而另一部分則被風(fēng)和降水所帶走。第11頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

坡積物：是雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地洗刷剝蝕、順著斜坡向下逐慚移動(dòng)、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。第12頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

沖積物：是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物質(zhì)剝蝕后搬運(yùn)、沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。平原河谷沖積物山區(qū)河谷沖積物第13頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土是由固相，液相，氣相組成的三相分散系。

氣相——主要是空氣，水蒸氣，有時(shí)還有沼氣等。

固相——包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿(mǎn)，這些空隙是相互連通的形成多孔介質(zhì)。

液相——主要是水(溶解有少量的可溶鹽類(lèi))。第16頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成成分與母巖的相同，常見(jiàn)的有石英，長(zhǎng)石和云母。顆粒一般較粗，多呈渾圓形，塊狀或板狀。吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無(wú)塑性。由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分成分與母巖的完全不同。次礦物主要是粘土礦物，即高嶺石，伊利石和蒙脫石。顆粒極細(xì)，且多呈片狀。性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力（尤其是由蒙脫石組成的顆粒），具塑性。土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。因此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。成土礦物可分為兩大類(lèi)。原生礦物次生礦物一：土的固相第17頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可溶性次生礦物。最常見(jiàn)的有巖鹽，鉀鹽，石膏，方解石，硫酸鹽類(lèi)還對(duì)金屬和混凝土有一定的腐蝕作用動(dòng)植物分解后的殘骸，分解徹底的稱(chēng)為腐殖質(zhì)/腐殖質(zhì)的顆粒極細(xì)，粒徑小于0.1μm，呈凝膠狀，帶有電荷，具有極強(qiáng)的吸附性。水溶鹽有機(jī)質(zhì)第18頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土的顆粒級(jí)配土是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。界限粒徑——?jiǎng)澐至＝M的分界尺寸。土的顆粒級(jí)配——土中各粒組的相對(duì)百分含量，通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量（干土質(zhì)量）的百分?jǐn)?shù)表示，也稱(chēng)為土的粒度成分。粗粒土指以礫石和砂粒為主的土，又稱(chēng)為無(wú)粘性土。細(xì)粒土指以粉粒、粘粒和膠粒為主的土，又稱(chēng)為粘性土。第19頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月《巖土工程勘察規(guī)范》中的分類(lèi)法：粒徑＞2mm的質(zhì)量超過(guò)50%的稱(chēng)為碎石土粒徑＞2mm的質(zhì)量小于50％而＞0.075mm的質(zhì)量超過(guò)50%的稱(chēng)為砂土粒徑＞0.075mm的質(zhì)量小于50%的定為粉土或粘性土碎石土、砂土和粉土又稱(chēng)為無(wú)粘性土第20頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土粒粒組的劃分第21頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顆粒級(jí)配累積曲線(xiàn)——土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱(chēng)為有效粒徑d10。小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為30%時(shí)的粒徑用d30表示。當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，該粒徑稱(chēng)為限定粒徑d60。第22頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

利用顆粒級(jí)配累積曲線(xiàn)可以確定土粒的級(jí)配指標(biāo)，如d60與d10的比值Cu稱(chēng)

不均勻系數(shù):

不均勻系數(shù)Cu反映大小不同粒組的分布情況。Cu越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級(jí)配越良好。曲率系數(shù)Cc描寫(xiě)累積曲線(xiàn)的分布范圍，反映曲線(xiàn)的整體形狀。曲率系數(shù)Cc:第23頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月篩分法（適用于礫石類(lèi)和砂類(lèi)土，d>0.075mm）水分法（適用于粉土和粘性土，d<0.075mm）（虹吸比重瓶法、移液管法、比重計(jì)法）21.00.50.250.150.075200g10161824223872P%958778665536水分法第24頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

曲線(xiàn)平緩，粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻。對(duì)于級(jí)配良好的土，土的密實(shí)度較好，地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好，透水性和壓縮性較小。級(jí)配良好第25頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、土的液相土中水處于不同位置和溫度條件下，可具有不同的物理狀態(tài)—固態(tài)，液態(tài)、氣態(tài)。液態(tài)水是土中孔隙水的主要存在狀態(tài)，可分為結(jié)合水，毛細(xì)水，重力水。第26頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn):

1.土顆粒表面帶有一定的電荷，由于靜電作用力，形成雙電層，雙電層的厚薄也反映了結(jié)合水的厚薄。

2.密度較大，粘滯度高，流動(dòng)性差，冰點(diǎn)低，比熱較大，介電常數(shù)較低。這種差異隨距離增加而減弱。(一)結(jié)合水第27頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水:排列致密、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)弱結(jié)合水:位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性第28頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）非結(jié)合水

定義:

在雙電層影響以外的水為自由液態(tài)水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，這部分水稱(chēng)為非結(jié)合水，它包括毛細(xì)水和重力水。(1)毛細(xì)水特點(diǎn):

1.毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。

2.毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水(與地下水無(wú)直接聯(lián)系)和毛細(xì)水上升水與地下水相連兩種。第29頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.毛細(xì)水是受毛細(xì)管作用控制的水，毛管直徑愈細(xì)上升高度愈高。在常溫下毛細(xì)上升高度hc與毛管半徑r有以下關(guān)系：

hc=15/r當(dāng)r=0.1μm時(shí)，hc=150mm，這與砂土(粒徑為0.5~lmm)中的情況大致相當(dāng)。粘土的孔隙直徑約為0.1μm，按上式計(jì)算毛細(xì)上升高度將達(dá)150m。4.

毛細(xì)區(qū)域內(nèi)的水壓力與一般靜水壓力的概念相同，它與水頭高度非常hc成正比。負(fù)號(hào)表示拉力。自由水位以下為壓力，自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)為拉力。顆粒骨架承受水的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，減小顆粒間的壓力。自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)，顆粒間受壓力，毛細(xì)壓力呈倒三角形分布。彎液面處最大，自由水面處為零。第30頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）重力水特點(diǎn):重力水是存在于地下水位以下的適水土層中的地下水。它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水，對(duì)土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影響。毛細(xì)壓力增加了土粒間的聯(lián)結(jié)，所以散粒狀的砂土，當(dāng)含有少量水分時(shí)具有假粘聚力，但是當(dāng)土飽和時(shí)，這種聯(lián)結(jié)作用即告消失。因此，由于毛細(xì)力而呈現(xiàn)的粘性是暫時(shí)性的。第31頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）固態(tài)水特點(diǎn):

1.水結(jié)冰后體積膨脹，同時(shí)由于水分遷移和補(bǔ)給，在土層中會(huì)形成冰層或透鏡體。

2.固態(tài)水在土中起著暫時(shí)的膠結(jié)作用，提高土的力學(xué)強(qiáng)度，降低透水性。

3.溫度升高后，冰層解凍為液態(tài)水，使土的強(qiáng)度急劇降低，壓縮性增大，土的性質(zhì)顯著惡化，如處于地下水以上的某些公路路面在開(kāi)春后的翻漿現(xiàn)象就是一例。第32頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）土的氣相分類(lèi):

1.吸附于土顆粒表面的氣體

2.溶解于水中的氣體

3.四周為顆粒和水所封閉的氣體以及自由氣體特點(diǎn):

通常認(rèn)為自由氣體與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)無(wú)大影響。密閉氣體的體積與壓力有關(guān)，壓力增加，則體積縮小，壓力減小，則體積脹大。因此，密閉氣體的存在增加了土的彈性，同時(shí)還可阻塞土中的滲流通道，減小上的滲透性。第33頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物理風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生量的變化巖石物理分化化學(xué)分化土化學(xué)風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生質(zhì)的變化粘土顆粒性質(zhì)土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分成分與母巖的完全不同。顆粒極細(xì)，性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力，具塑性。顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成分成分與母巖的相同，顆粒一般較粗，吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無(wú)塑性。原生礦物次生礦物土粒的大小及其組成第34頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第35頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土粒比重(比重瓶法)：ρs：土粒密度（g/cm3)ρwl：純水在4攝氏度時(shí)的密度第36頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土的含水量(烘干法)：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比土的天然密度(環(huán)刀法)：土單位體積的質(zhì)量第37頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土的干密度：土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量土的飽和密度：土孔隙中充滿(mǎn)水時(shí)的單位體積質(zhì)量土的有效密度：地下水位以下，單位土體積中土粒的質(zhì)量扣除同體積水的質(zhì)量后，即為單位土體積中土粒的有效質(zhì)量第38頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重各種密度容重之間的大小關(guān)系第39頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土的孔隙比：土中孔隙體積與土粒體積之比土的孔隙率：土中孔隙所占體積與總體積之比土的飽和度：土中被水充滿(mǎn)的孔隙體積與孔隙總體積之比第40頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題1試證明如下各式：（2）（1）（3）（4）證明:(1)(2)(3)(4)第42頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題3一擊實(shí)試驗(yàn)：擊實(shí)筒體積1000cm3，測(cè)得濕土質(zhì)量為1.95kg，取一質(zhì)量為17.48g的濕土，烘干后質(zhì)量為15.03g，計(jì)算含水量和干重度。解：天然重度含水量第43頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題4一體積為50cm3的土樣，濕土質(zhì)量0.09kg，烘干后質(zhì)量為0.068kg，土粒相對(duì)密度，求其孔隙比，若將土樣壓縮，使其干密度達(dá)到1.61t/m3，土樣孔隙比將減少多少？解：孔隙比減小值土樣的天然密度土樣的含水量第44頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

定義：指單位體積中固體顆粒的含量。特點(diǎn)：1.土顆粒含量多，土就密實(shí)；2.土顆粒含量少，土就疏松。第45頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)密度：反映無(wú)粘性土的密實(shí)狀態(tài)密實(shí)度判別標(biāo)準(zhǔn)：疏松

中密密實(shí)第46頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、粘性土的三種狀態(tài)1、固態(tài)或半固態(tài)------土中含水量很低時(shí)，水都被顆粒表面的電荷緊緊吸著于顆粒表面，成為強(qiáng)結(jié)合水。強(qiáng)結(jié)合水的性質(zhì)接近于固態(tài)，土表現(xiàn)為固態(tài)或半固態(tài)。2、可塑狀態(tài)--------含水量增加，被吸附在顆粒周?chē)乃ぜ雍瘢亮Ｖ車(chē)龔?qiáng)結(jié)合水外還有弱結(jié)合水，弱結(jié)合水不能傳遞靜水壓力，不能自由流動(dòng)，但受力時(shí)可以變形，土體受外力作用可以被捏成任意形狀而不破裂，外力取消后仍然保持改變后的形狀。這種狀態(tài)稱(chēng)為可塑狀態(tài)。3、流動(dòng)狀態(tài)-------當(dāng)含水量繼續(xù)增加，土中除結(jié)合水外，已有相當(dāng)數(shù)量的水處于電場(chǎng)引力影響范圍以外，成為自?xún)?nèi)水。這時(shí)土粒之間被自由水所隔開(kāi)，土體不能原受任何剪應(yīng)力，而呈流動(dòng)狀態(tài)?？梢?jiàn)，從物理概念分析，土的稠度實(shí)際上是反應(yīng)土中水的形態(tài)。第47頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月土的界限含水量-----土從某種狀態(tài)進(jìn)入另外一種狀態(tài)的分界含水量。液性界限(WL)簡(jiǎn)稱(chēng)液限-----土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐盒誀顟B(tài)時(shí)的含水量。塑性界限(WP)簡(jiǎn)稱(chēng)塑限------土從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時(shí)的含水量。第48頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月塑性指數(shù)：液限和塑限的差值，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍液性指數(shù)：粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比第49頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月粘性土（細(xì)粒土）的狀態(tài)分類(lèi)液性指數(shù)反映土的軟硬狀態(tài)第50頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

土的靈敏度：原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑后的強(qiáng)度之比

土的觸變性：粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)飽和粘性土的靈敏度：第51頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

土的滲透性：一般是指水流通過(guò)土中孔隙難易程度的性質(zhì)。層流紊流地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度連續(xù)滲透地下水在巖石的裂隙或空洞中流動(dòng)，速度較大地下水運(yùn)動(dòng)的兩種形式：第52頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月達(dá)西定律V---水在土中的滲透速度，cm/s,單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)一單位土截面的水量i---水力梯度，K---土的滲透系數(shù)，cm/s第53頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用于粘土的達(dá)西定律表示曲線(xiàn)b在i軸上的截距第54頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第55頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖石的工程分類(lèi)堅(jiān)硬程度風(fēng)化程度硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石微風(fēng)化中等風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化第56頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第57頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碎石類(lèi)土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50％的土。分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫。第59頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

砂類(lèi)土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50％、粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全重50％的土。按粒組含量分為礫砂、粗砂、