2013土力学-冯老师-第二章-土的三相组成

土力学,冯晓腊教授、总经理崔德山副教授,第二章土的三相组成,第三节土中水和气体,固体矿物颗粒（固相）,土中气体（气相）,土中水（液相）,1.固态水（结晶水）存在于矿物结晶中的水，只有在高温（105）下，才能从矿物中吸出，故可把它视作矿物本身的一部分。,2.结合水（强结合水、弱结合水）受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。（1）强结合水：没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，牢固地吸附于土粒表面，其性质接近于固体具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。密度1.22.4g/cm3冰点-76,（2）弱结合水：厚度较强结合水大，具有较高的粘滞度、抗剪强度，仍不能传递静水压力。当含量较多时，使土具有一定的可塑性。密度1.01.7g/cm3冰点-2030,（3）自由水重力水：地下水位以下，在土中流动的水，受重力作用，对土粒有浮力作用。毛细水：地下水位以上由于水和空气分界处弯液面上产生的表面张力作用，土中自由水从地下水位通过土的细小通道逐渐上升，形成毛细水。它不仅受重力作用而且还受到表面张力的支配。,hc,毛细水,重力水,土中水自由水,r,弯液面,由于毛细张力的作用，形成上升毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水。这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因。在工程中，毛细水的上升高度和速度对建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸湿、冻胀有重要影响。存在于直径0.002-0.5mm,自由气体：与大气连通的气体对土的性质影响不大封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。在外力作用下，封闭气体易溶解于水，外力卸除后又会重新释放出来，使得土的弹性增加；阻塞渗流通道，降低渗透性可燃气体：由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有机土中。,1.3.3土中气体,土中含有更多的CO2，较少的O2，较多的N2，地下工程施工时应注意O2的补给。,第四节土粒与水的相互作用,土中水多会发生泥石流,过量抽取地下水会引起地面沉降,武汉中心，2011.11.11,土粒与水的相互作用,粘土矿物的带电性质：实验表明，片状粘土颗粒表面常带有负电荷。为什么片状粘土颗粒带有不平衡负电荷：离解作用吸附作用同晶置换边缘断裂,-,-,+,+,+,+,粘土颗粒,水分子,阳离子,粘土颗粒的带电性,玻璃筒,玻璃皿,水位升高,粘土粒,粘土,+,-,粘土的电泳和电渗现象(列依斯,1809),双电层的概念,土颗粒表面：负电荷；水分子：极性分子H+、OH-;水溶液中带阳离子：Na，Ca等。土颗粒表面负电荷围绕土粒形成电场，在电场作用范围内的水分子和水溶液中的阳离子吸附于土粒表面，呈不同程度的定向排列。,-,-,+,+,+,+,粘土颗粒,水分子,阳离子,离土粒越近，电分子力越大，从而形成紧密吸附于土粒表面的固定层（强结合水）和在固定层外围的扩散层(弱结合水)，固定层和扩散层中所含的阳离子与土颗粒表面的负电荷的电位相反，故称为反离子，固定层和扩散层合称为反离子层。反离子层与土粒表面的负电荷一起构成双电层。,扩散层水膜的厚度对粘性土的工程性质影响很大，扩散层厚度大，土的塑性就大，膨胀与收缩性也大。双电层厚度与矿物本身和外界条件有关：蒙脱石颗粒厚度小，形成的扩散层相对厚度大于高岭石水溶液中的阳离子的原子价位越高，它与土粒之间的的静电引力愈强，平衡土粒表面负电荷所需阳离子数量愈少，扩散层愈薄外部温度升高，双电层厚度就增大工程实践中用三价及二价离子（Mg2+Ca2+Fe3+Al3+）处理粘土，使扩散层中高价阳离子度增加，扩散层变薄，从而增加了土的强度与稳定性，减少了膨胀性。,思考：如果增加膨胀用什么离子？,第五节土的结构,土的结构指的是组成土粒的大小、形状、表面特征、土粒的排列情况和土粒间的连结关系。土的结构决定土的许多重要的物理力学性质，尤其是对土粒间的连结与土粒的排列方式更为重要。,几种连结类型,1）结合水连结：粘性土为主2）毛细水连结：粉土和砂土3）胶结连结：水溶盐类，盐渍土、黄土4）冰连结：冻土,土的结构和构造,集合体特征：土粒单元大小、矿物成分、形状、相互排列及其关联关系,土的结构,微观结构（结构）,宏观结构（构造）：表征土的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。,水的性质,孔隙特征,1.土的结构基本类型：,单粒结构；蜂窝结构（粒径0.0750.005mm）；絮状结构（粒径0.005mm）。,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,单粒结构,蜂窝结构,土的构造分为层理构造、分散构造、结核构造和裂隙构造。,土有三个组成部分：固相、液相和气相,小结,1.固体颗粒,2.土中水,3.土中气体,粒径级配矿物成分颗粒形状,结合水