第1章 土的組成課件

土力學(xué)

第1章作業(yè)1-10（p29）作業(yè)要求作業(yè)一章一交，必須用作業(yè)本子；計(jì)算分析過程詳細(xì)完整，特別注意計(jì)算量的單位。第1章土的組成1.1

概述1.2土中固體顆粒1.3

土中水和土中氣1.4

粘土顆粒與水的相互作用1.5

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造第1章土的組成1.1

概述1.2土中固體顆粒1.3

土中水和土中氣1.4

粘土顆粒與水的相互作用1.5

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造由于溫度變化、水的凍脹、波浪沖擊、地震等引起的物理力使巖體崩解、碎裂的過程物理風(fēng)化量化學(xué)風(fēng)化巖體與空氣、水和各種水溶液相互作用使巖石成分發(fā)生變化，形成粘粒和可溶鹽的過程量質(zhì)水解、水化、氧化、溶解、碳酸化等搬運(yùn)沉積巖石大小、形狀和成分都不相同的顆粒堆積物土1.1概述洪積土沖積土海積土風(fēng)積土成因類型湖積土冰積土殘積土坡積土指巖石經(jīng)風(fēng)化后未被搬運(yùn)而殘留于原地的碎屑堆積物。顆粒表面粗糙、多棱角、無分選、無層理殘積土受重力和暫時(shí)性流水的作用，搬運(yùn)到山坡或坡腳處沉積起來的土，坡積顆粒隨斜坡自上而下呈現(xiàn)由粗到細(xì)的分選性和局部層理殘積土和坡積土受洪水沖刷、搬運(yùn)，在山溝出口處或山前平原沉積的土。分選性、磨圓度。河流的流水作用搬運(yùn)到河谷坡降平緩的地帶沉積下來的土，這類土經(jīng)過長距離的搬運(yùn)，顆粒有較好的分選性和磨圓度，常有層理在湖泊及沼澤等極為緩慢水流或靜水條件下沉積下來的土，含大量細(xì)微顆粒、有機(jī)物，成為具有特殊性質(zhì)的淤泥或淤泥質(zhì)土由河流流水搬運(yùn)到海洋環(huán)境下沉積下來的土由風(fēng)力搬運(yùn)形成的土，顆粒磨圓度好、分選性好。西北黃土由冰川或冰水挾帶搬運(yùn)形成的沉積物，顆粒粗細(xì)變化大，土質(zhì)不均勻1.1概述殘積層斷面殘積土(物)新鮮基巖風(fēng)化帶坡積層斷面坡積土(物)基巖洪積層斷面洪積土(物)泉水基地下水巖

洪積層顆粒分布與洪積扇洪積扇2023/10/217第1章土的組成1.1概述土的三個(gè)特點(diǎn)及三相體系特點(diǎn)：土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)

三相體系：土碎散性(散體性)多相性自然變異性顆粒之間無粘粒或一定的粘結(jié)，存在大量孔隙，可以透水透氣土是由固體顆粒、水和氣體組成的三相體系，相系之間質(zhì)和量的變化直接影響工程性質(zhì)土是在漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期演化形成的多礦物組合體，性質(zhì)復(fù)雜，不均勻，隨時(shí)變化的材料第1章土的組成1.1

概述1.2土中固體顆粒1.3

土中水和土中氣1.4

粘土顆粒與水的相互作用1.5

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.2土中固體顆粒土粒的礦物成分1.2.2土粒的粒度成分1.2.11.2.1土粒的粒度成分1.土粒粒度與粒組土粒的大小稱為粒度，通常以粒徑表示，以mm為單位。介于一定粒度范圍內(nèi)的土粒，稱為粒組。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。

0.005、0.075、2、60、200

(mm)共六大粒組粘粒粉粒砂粒礫粒碎石塊石0.0050.075260200巨粒粗粒細(xì)粒logd1.土粒粒度與粒組查閱p12，表1-1土粒粒組的劃分1.2.1土粒的粒度成分2.粒度成分分析試驗(yàn)土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量（是指土樣各粒組的質(zhì)量占土?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)）表示，稱為土的粒度成分或顆粒級(jí)配試驗(yàn)方法篩分法適用于0.075mm≤d≤60mm沉降分析法適用于d＜0.075mm（虹吸比重瓶法、移液管法、比重計(jì)法）1.2.1土粒的粒度成分2.粒度成分分析試驗(yàn)篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置（如20、2、0.5、0.25、0.1、0.075mm）。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，即可求得各個(gè)粒組的相對(duì)含量。通過計(jì)算可得到小于某一篩孔直徑土粒的累積重量及累計(jì)百分含量。1.2.1土粒的粒度成分2.粒度成分分析試驗(yàn)靜水沉降分析原理：斯托克斯（Stokes）定律（1-1）式中：v—土粒的沉降速度，cm/s；d—土粒直徑，mm；（等效直徑）

ρs—土粒密度，g/cm3；

ρw—水的密度，g/cm3

；

η—水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，10-3Pa?s；g—重力加速度，981cm/s2“等效直徑”是指土粒沉降速度與某一粒徑的球形顆粒的沉降速度相等，那么這球形顆粒的直徑即為該土粒的直徑。1.2.1土粒的粒度成分2.粒度成分分析試驗(yàn)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密度計(jì)法(比重計(jì)法)1.2.1土粒的粒度成分3.粒度成分分布曲線顆粒級(jí)配曲線(粒徑累計(jì)曲線)縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對(duì)數(shù)坐標(biāo)）1.2.1土粒的粒度成分分析a、b、c三條曲線顆粒成分

d10d60d30abc土的粒徑lgd（mm）小于某粒徑的土重百分比（%）603010曲率系數(shù)Cca曲線：缺小粒徑顆粒，d30最大。Cc最大b曲線：顆粒級(jí)配連續(xù)，d30居住。Cc居中c曲線：缺大粒徑顆粒，d30最小。Cc最小2023/10/2118第1章土的組成顆粒級(jí)配的描述

工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級(jí)配不良的土；Cu＞10的土視為級(jí)配良好的土

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

對(duì)于礫類土或砂類土，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1.2.1土粒的粒度成分3.粒度成分分布曲線土樣編號(hào)粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.0051281213201017土樣編號(hào)小于某粒徑（mm）累積百分含量<d(>2)<d(=2)<d(=0.5)<d(=0.25)<d(=0.075)<d(=0.005)11007260472717粒度分析成果表0.0010.010.11010203040506001020304050601.2.1土粒的粒度成分1.2土中固體顆粒土粒的礦物成分1.2.2土粒的粒度成分1.2.11.土粒礦物組成1.2.2土粒的礦物成分礦物成分取決于母巖的礦物成分和風(fēng)化作用固體顆粒礦物質(zhì)有機(jī)質(zhì)原生礦物次生礦物粘土礦物可溶鹽無定形氧化物膠體1.土粒礦物組成原生礦物1.2.2土粒的礦物成分巖石物理風(fēng)化巖石破碎化學(xué)成分不改變?cè)V物原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒有發(fā)生變化的礦物碎屑，成分與母巖完全相同。它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中。例：石英、云母、長石等。特征：礦物成分的性質(zhì)較穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點(diǎn)1.土粒礦物組成次生礦物1.2.2土粒的礦物成分化學(xué)風(fēng)化原生礦物次生礦物次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用，使其進(jìn)一步分解而形成一些顆粒更細(xì)小的新礦物。成分與母巖完全不同。黏土礦物（高嶺石、蒙脫石、伊利石）可溶鹽類（CaCO3、CaSO3、NaCl等）；無定形的氧化物膠體（Al2O3、Fe2O3）；有機(jī)質(zhì)（包括：未分解的動(dòng)植物殘?bào)w、半分解的動(dòng)植物殘?bào)w、完全分解的腐殖質(zhì)（以此為主要成分）2.土粒礦物成分與粒組的關(guān)系1.2.2土粒的礦物成分土粒礦物成分與粒組的關(guān)系,如圖1-6所示，p16。粗顆粒（粒徑>0.075mm)，多數(shù)是原巖碎屑，是物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的原生礦物。細(xì)顆粒（粒徑<0.075mm)，次生礦物、有機(jī)質(zhì)構(gòu)成。第1章土的組成1.1

概述1.2土中固體顆粒1.3

土中水和土中氣1.4

粘土顆粒與水的相互作用1.5

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.3.1土中水1.3土中水和土中氣土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結(jié)晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內(nèi)部外，還存在結(jié)合水和自由水結(jié)合水當(dāng)土粒與水相互作用時(shí)，土粒會(huì)吸附一部分水，在土粒表面面形成一定厚度的水膜。自由水存在于土粒表面電場影響范圍以外的水。

固體顆粒和水分子間靜電引力的相互作用內(nèi)電層外電層結(jié)合水自由水負(fù)電荷r吸力p強(qiáng)結(jié)合水結(jié)合水外電層自由水內(nèi)電層弱結(jié)合水結(jié)合水膜結(jié)合水：土粒表面受土粒電荷引力吸附的水2023/10/2128第1章土的組成強(qiáng)結(jié)合水性質(zhì)：接近于固體，不能流動(dòng)，不傳遞靜水壓力，具有很大的粘滯性、抗剪強(qiáng)度。只含結(jié)合水時(shí)，粘土呈固體狀態(tài)，砂土呈散粒狀態(tài)。弱結(jié)合水性質(zhì)：具有較高的粘滯性和抗剪強(qiáng)度。由于弱結(jié)合水的存在，在強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜，使土具有可塑性。土顆粒比表面：土粒表面積/體積或表面積/質(zhì)量。單位：長度-1，長度2/質(zhì)量

比表面大，結(jié)合水膜厚，可塑性范圍大；含水量的變化范圍相反，比表面小，結(jié)合水膜薄，幾乎不具可塑性。土粒大小?土的可塑范圍大。1.結(jié)合水

2023/10/2129第1章土的組成2.自由水

重力水：位于地下水位以下，受重力作用由高處向低處流動(dòng)，具有浮力作用。毛細(xì)水：受毛細(xì)作用而上升，位于地下水位以上。土中孔隙越小，毛細(xì)水上升高。工程注意：毛細(xì)水引起凍脹、潮濕。土中毛細(xì)水升高自由水面hchc2023/10/2130第1章土的組成1.3土中水和土中氣土中的水礦物成分水結(jié)合水重力水毛細(xì)水礦物顆粒的一部分孔隙水自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水1.3.2土中氣1.3土中水和土中氣土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時(shí)被擠出土體外，對(duì)土的性質(zhì)影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時(shí)能有所復(fù)原，對(duì)土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時(shí)

第1章土的組成1.1

概述1.2土中固體顆粒1.3

土中水和土中氣1.4

粘土顆粒與水的相互作用1.5

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.4.1粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和親水性1.4粘土顆粒與水的相互作用粘土礦物是主要的次生礦物，是組成粘粒的主要礦物成分。粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)由硅氧四面體和鋁氧八面體兩個(gè)基本單位組成。圖1-10粘土礦物晶片示意圖(a)氧硅氧四面體硅硅氧晶片(b)氫氧鋁氫氧八面體鋁鋁氫氧晶片(a)蒙脫石:氧-氧結(jié)合弱(b)伊利石:結(jié)構(gòu)與蒙脫石類似，Si4+被AL3+

或Fe3+所取代，晶片周圍有K+，K+的存在增強(qiáng)了氧-氧結(jié)合。

(c)高嶺石:氧-氫氧基結(jié)合較強(qiáng)(a)(b)

粘土礦物構(gòu)造單元示意圖氧氧氫氧基氫氧基氧-氧結(jié)合(c)

氧-氫氧基結(jié)合2023/10/2135第1章土的組成蒙脫石：強(qiáng)的親水性，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮特性。高嶺石：親水性小。伊利石：特性介于高嶺石和蒙脫石兩者之間。1.4.2粘土顆粒與水的相互作用1.粘土顆粒的帶電性1.4粘土顆粒與水的相互作用土中的粘土顆粒在電場中向陽極泳動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。而土中的液體滲向陰極，稱為電滲。這兩種現(xiàn)象是同時(shí)發(fā)生的，稱為電動(dòng)現(xiàn)象。粘粒表面產(chǎn)生電荷的原因：

1、表面分子的離解；2、選擇性吸附；3、同晶替換；4、邊緣斷鏈1.4粘土顆粒與水的相互作用1.4.2粘土顆粒與水的相互作用2.雙電層的概念顆粒表面的負(fù)電荷構(gòu)成電場的內(nèi)層（決定電位層）。水中被吸引在顆粒表面的陽離子和定向排列的水分子構(gòu)成電場的外層（反離子層）。合稱雙電層。雙電層決定電位層（內(nèi)層）反離子層（外層）結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水（固定層）弱結(jié)合水（擴(kuò)散層）第1章土的組成1.1

概述1.2土中固體顆粒1.3

土中水和土中氣1.4

粘土顆粒與水的相互作用1.5

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)（土的結(jié)構(gòu)）宏觀結(jié)構(gòu)（土的構(gòu)造）指土粒的原位集合體特征，是由土粒單元的大小、礦物成分、形狀、相互排列及聯(lián)結(jié)關(guān)系，土中水性質(zhì)及孔隙特征等形成的綜合特征。是同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征，表征了土層的層理、裂隙及大孔隙等宏觀特征。1.5.1土的結(jié)構(gòu)1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或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)

密實(shí)狀態(tài)疏松狀態(tài)1.5.1土的結(jié)構(gòu)1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造2.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)3.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?，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)1.5.2土的構(gòu)造1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的構(gòu)造反映土體中各結(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

層理構(gòu)造裂隙構(gòu)造1.5.2土的構(gòu)造1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.層理構(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

層狀構(gòu)造

(a)水平層理(b)交錯(cuò)層理1.5.2土的構(gòu)造1.5土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造2.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

裂隙構(gòu)造本章結(jié)束注冊(cè)巖土師考試題目2007年專業(yè)知識(shí)（上午卷）一、單項(xiàng)選擇題2下列關(guān)于伊利石、蒙脫石、高嶺石三種礦物的親水性由強(qiáng)到弱的四種排列中，（）是正確的。（A）高嶺石>伊利石>蒙脫石（B）伊利石>蒙脫石>高嶺石（C）蒙脫石>伊利石>高嶺石（D）蒙脫石>高嶺石>伊利石正確答案：（C）d60d30d10三種粒徑的大小關(guān)系土粒按粒徑大小排序占總質(zhì)量10%占總質(zhì)量30%占總質(zhì)量60%其中最大粒徑2023/10/2148第1章土的組成1.4.1粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和親水性1.4粘土顆粒與水的相互作用粘土礦物是主要的次生礦物，是組成粘粒的主要礦物成分。粘土礦物的結(jié)晶格架由鋁氧八面體和硅氧四面體兩個(gè)基本單位組成。硅氧四面體是硅片的基本單元，其化學(xué)式為[SiO4]鋁—氧八面體是鋁片的基本單元，其化學(xué)式為[Al2(OH)6]1.4.1粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和親水性1.4粘土顆粒與水的相互作用高嶺石晶層之間連結(jié)牢固，水不能自由滲入，故其親水性差，可塑性低，脹縮性弱；蒙脫石則反之，晶胞之間連