土的物质组成与结构.ppt

第一章,土的物质组成与结构,第一节 土的粒度成分,一、粒度成分 1. 粒径（d）土颗粒的直径（mm） 2. 粒组土颗粒按大小相近、性质相似合成的组叫粒组（粒级）。,表1-1 土的粒组划分方案,土的粒度成分（颗粒级配）是指土中各粒组的相对含量，通常用各粒组占土粒总质量 （干土质量）的百分数表示。,二、粒度分析 测定土中各颗粒直径大小及百分含量的过程 主要测试方法： 筛析法主要用于粗粒土的粒度分析 静水沉淀主要用于细粒土的粒度分析,土的粒度成分表 粒 组 的 百 分 含 量 2mm 20.5mm 0.50.25 mm0.20.075 mm0.0750.005mm 0.005mm 21 8 6 22 33 10 10.6 64.5 16.4 8.5 0.8 4.7 68 26.5,1. 累积曲线 常用的粒度成分的表示方法是累积曲线法，它是一种图示的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量，如下图所示。,图1-1 土的累积曲线,2. 确定相应于某一累积百分含量的粒径 有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10时，相应的粒径称为有效粒径（d10）。 平均粒径d50）：系指土中大于此粒径和小于此粒径的土的含量均占50 限制粒径（d60）或称限定粒径（d60）：当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60时，该粒径称为控制粒径。 d30：小于某粒径的土粒质量累计百分数为30时的粒径用d30表示。,3. 不均匀系数的确定,定义土的不均匀系数为： 不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况。越大表示土粒大小的分布范围越大，颗粒大小越不均匀，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度。 定义土的粒径级配累积曲线的曲率系数为： 曲线系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状；或称反映累积曲线的斜率是否连续。,在一般情况下： 1).工程上把Cu 5的土看作是均粒土，属级配不良； Cu 5时，称为不均粒土； Cu 10的土属级配良好。 2).经验证明，当级配连续时，Cu的范围约为13；因此当Cc 3时，均表示级配线不连续。 从工程上看： Cu 5且Cc13的土，称为级配良好的土； 不能同时满足上述两个要求的土，称为级配不良的土。,粒度分类土按粒度成分的分类 巨粒土和含巨粒的土： 巨粒组质量多于总质量15% 砾类土 砾粒组质量多于总质量50% 砂类土 砾粒组质量少于或等于总质量50% 细粒土 细粒组质量多于或等于总质量的50%的土,三、土按粒度成分的分类,第二节 土的矿物成分,土中矿物类型 土的固体相部分是由各种矿物颗粒或矿物集合体组成的，不同矿物成分的性质是有差别的，因此由不同矿物组成的土的性质也是不同的。土中矿物成分类型可分为： 原生矿物 次生矿物 有机质,一、原生矿物,原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等。 特点： 颗粒粗大、亲水性弱、化学性质稳定、抗水、抗风化能力强主要存在它们主要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中，。是组成粗粒土的主要矿物成分。,二、次生矿物,次生矿物是原生矿物经过化学风化作用，使其进一步分解，形成一些颗粒更细小的新矿物。 次生矿物又可分为两种类型： 一种是原生矿物中部分可溶物质被水溶滤并携带到其他地方沉淀下来所形成的“可溶性次生矿物”； 另一种是原生矿物中的可溶部分被溶滤后的残余物，它改变了原来矿物的成分和结构，形成了“不可溶的次生矿物”。,三、有机质,有机质是土中动植物残骸在微生物作用下分解形成的产物。 它可分为两类： 类是分解不完全的植物及各种生物有机体的残骸；泥炭、淤泥 另一类是分解完全的腐殖质。 特点： 有机质亲水性强，当土中有机质含量增多时，土的可塑性和压缩性增大，强度降低，对工程建筑不利。 是有害成分！,矿物成分与粒度成分的关系,第三节 土中的水,一、土中水的基本类型与特征 水是土的基本组成部分之一，它在土中以不同形式和不同状态存在，不同的水对土的工程地质性质影响是不同的。,土中水的分类,（一）矿物矿物中的结合水,结构水： 以H、 OH离子存在，数量、位置固定 结晶水： 以H2O存在，数量、位置固定 沸石水： 以H2O存在，数量不定、晶胞之间,（二）孔隙中的液态水,结合水： 在土粒静电引力范围内，被吸附在土粒周围的水就叫结合水。它不受重力影响，密度大，不能传递静水压力，冰点低，有粘滞性和一定的抗剪强度。 非结合水 毛细水是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下水。 重力水又叫自由水，是不受颗粒吸附和毛细力作用控制，在重力作用下能自由运动的地下水。它是普通的液态水 固态水冰,1. 结合水,特点： 不受重力作用 密度大 不能传递静水压力 冰点低 具有一定抗剪强度（有抵抗外力的能力）,2. 毛细水,分布在结合水外围，水分子虽然不能被土粒表面直接吸引住，但仍受土粒表面的静电影响，特别是在固、液、气三相交界的弯液面附近，这种影响尤其；同时，它又受重力作用的控制。所以毛细水是存在于土中细小的孔隙中、因与土颗粒的分子引力和水与空气界面的表面张力共同作用构成的毛细作用而与土颗粒结合，存在于一种过渡类型水。毛细水的性质一方面与结合水相似，另一方面与重力水相仿，所以说是结合水与重力水之间的过渡类型。 毛细水受土粒表面静电引力的影响紧密一些，因此它的冰点比重力水低(在摄氏零度以下)，并有极微弱的抗剪强度，也能传递静水压力。在外力较小的情况下，它不同于结合水，而和重力水一样，立即发生显著的流动，并作层流运动。,毛细水类型： （1）上升毛细水 （2）悬挂毛细水 （3）孔角毛细水 毛细水的存在范围 主要存在于砂土的毛细孔隙(孔径为0.5一0.002mm)中。孔隙更细小者，土粒周围的结合水膜有可能充满孔隙而不能再有毛细水。粗大的孔隙，毛细力极弱，难以形成毛细水。,在非饱和土中局部存在毛细水时，产生毛细内聚力或假内聚力，使土粒间的有效应力增高而增加土的强度。但当土体浸水饱和或失水干燥时，这种内聚力消失。在工程上为安全考虑，不考虑毛细水在某些情况下引起的有利因素，反而考虑毛细水上升使土层含水量增大，从而降低土的强度和增大土的压缩性等不利影响。 当毛细水上升接近建筑物基础底面时，毛细压力作为基底附加压力的增值，可能加大建筑物沉降量。 当毛细水上升至近地表时，不仅能引起沼泽化、盐渍化，而且也使地基、路基土浸湿，降低土的力学强度； 在寒冷地区，还将加剧冻胀作用。 浸润基础或管道时，水中盐分对混凝土和金属材料常具有腐蚀作用。,毛细水对土工程性质及建筑工程的影响,3. 重力水,分布在毛细水层以外，存在于较粗大的孔隙中。水分子不受土粒表面静电引力的影响，具有自由活动的能力，只受重力的控制，能传递静水压力。 机械潜蚀作用：水在流动时产生动水压力，冲刷带走土中的细小颗粒的作用。 化学潜蚀作用：溶解矿物颗粒的能力。 潜蚀作用的结果使土体中的孔隙增大，压缩性提高，抗剪强度降低。,第四节 土的结构,土的结构是指组成土的土粒大小、形状、表面特征、土粒间的连