土质学与土力学

1、土质学与土力学安徽理工大学资源与环境工程系第一章第一章 土的物质组成和结构土的物质组成和结构第一节 土的形成 第二节 土的三相组成 第三节 土的结构和构造第一节 土的形成土的形成岩石岩石地球风化剥蚀搬运、沉积搬运、沉积土土地球第一节 土的形成土的演化土土( (土体土体) )岩石岩石(三大岩三大岩)第一节 土的形成一、风化物理风化物理风化原生矿物原生矿物化学风化化学风化次生矿物次生矿物生物风化生物风化动植物活动有有 机机 质质母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物岩石和土的粗颗粒受各种气候因

2、素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎第一节 土的形成沉积与搬运残积土无搬运母岩表层经风化作用破碎母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的未经搬运残留在原地的堆积物堆积物运积土有搬运风化所形成的土颗粒，风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物第一节 土的形成土的基本特征及主要成因类型土的基本特征及主要成因类型 土的基本特征 土是自然历史的产物土是相系组合体 土是分散体系

3、土是多矿物组合体 第一节 土的形成土的主要成因类型土的主要成因类型残积土(体)坡积土(体)洪积土(体)湖积土(体)冲积土(体)冰积土(体)崩积土(体)风积土(体)海洋沉积土(体)火山沉积土(体) 第二节第二节 土的三相组成土的三相组成 土粒土粒水水气气固相液相气相构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响次要作用次要作用第二节第二节 土的三相组成土的三相组成固体+气体 固体液体气体 固体液体 干土 湿土 饱和土 干粘土较硬干砂松散 粘土多为可塑状态 饱和粉细砂受震动可能产生液化 第二节第二节 土的三相组成土的三相组成一、 土的固体颗粒 矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 粒径级

4、配粒径级配物理状态力学特性第二节第二节 土的三相组成土的三相组成粒径级配(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石）组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组 筛分法 水分法 粗颗粒细颗粒颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径dmm卵石卵石砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒60602 20.050.05 0.0050.005 0.0020.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细0.10.1粗粒土粗粒土细粒土细粒土粗粒土(无粘性土)特征细粒土(粘性土)特征孔隙大、透水性强，毛细上升，高度很小，既无可塑造性，

5、也无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。 主要由原生矿物、次生矿物组成，孔隙很小，透水性极弱，毛细上升高度较高，有可塑性、胀缩性，强度较低。 粗粒土与细粒土筛分法筛分法它是利用一套孔径大小它是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的重量，称留在各筛上的重量，然后计算相应的百分数。然后计算相应的百分数。 比重计法比重计法: :利用不同大小的土粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量某粒径的土粒含量颗粒粒径级配曲线颗粒粒径级配曲线: :纵坐标表示小于某粒径的土粒含纵坐标表示小

6、于某粒径的土粒含量百分比量百分比, ,横坐标表示土粒的粒径横坐标表示土粒的粒径( (对数坐标）对数坐标）颗粒级配的描述颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数工程上常用不均匀系数Cu描述描述颗粒级配的不均匀程度颗粒级配的不均匀程度 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情体形态，表明某粒组是否缺失情况况 1060ddCu6010230dddCcd10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、 30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把程上把Cu5的土视为级配不良的土视

7、为级配不良的土；的土； Cu10的土视为级配良的土视为级配良好的土好的土 对于砾类土或砂类土，同时满足对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和和Cc= =13时，定名为良好级时，定名为良好级配砂或良好级配砾配砂或良好级配砾 粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3 或 Cc 1, 级配不连续土级配不连续土;4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级用于判定土的级 配优劣：配优劣：

8、 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 11g/cmg/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发弱结合水弱结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性结合水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛

9、细管毛细水毛细水土中毛细现象土中毛细现象分析对象分析对象: 水柱水柱r2hcw=2rTcos 上升高度上升高度:rThccos2毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石毛细压力毛细压力分析对象分析对象:水膜水膜2rTcos+ucr2 = 0 假定假定 = 0, 毛细压力毛细压力cchu 非饱和土中毛细张力影响非饱和土中毛细张力影响对砂土强度的影响对砂土强度的影响:毛细边角毛细边角水水, 假凝聚力假凝聚力第二节第二节 土的三相组成土的三相组成土中气体气体来源气体分类(1)空气 (2)生物化学作用 (3)化学反应 (1)吸附气体(2)溶解气体 (3)密闭气体 (4)

10、自由气体 第三节 土的结构和构造土的结构土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构。 单粒结构 蜂窝结构絮状结构 粗颗粒土，如卵石、砂等.密实的单粒结构土的工程性质最好 蜂窝状土工程性质较好 絮状结构土工程性质最差 第三节 土的结构和构造粗粒土：单粒结构粉 土：蜂窝结构单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点其特点是土粒间存在点与点的接触。是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态和密实状态 蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之颗

11、粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位形成链环单位, ,很多链环联结起来，形成孔隙很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构较大的蜂窝状结构 第三节 土的结构和构造絮状结构：海水絮状结构絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构的絮状结构 第三节 土的结构和构造土的构造同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土