土的组成课件

第一章土的组成3/24/20231§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒与水的相互作用§1.5土的结构和构造§1土的组成3/24/20232土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积形成过程形成条件物理力学性质风化岩石地球土地球影响§1.1概述§1土的组成3/24/20233物理风化原生矿物化学风化次生矿物生物风化动植物活动有机质母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎风化作用量变质变无黏性土黏性土§1土的组成3/24/20235搬运与沉积残积土无搬运运积土有搬运土质较好残积土强风化弱风化微风化母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物§1土的组成3/24/20236运积土有搬运风：风积土重力:坡积土流水:洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物冰川:冰积土土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理§1土的组成3/24/20237因寒冷风化破裂的岩石3/24/20239森林火灾造成的岩石破裂3/24/202310植物根劈作用（北京房山）

叶俊林摄3/24/202311风化形成的倒石堆（吉林长白山天池）3/24/2023133/24/202314戈壁（新疆吐鲁番火焰山）3/24/202315风蚀蘑菇

（河北承德）3/24/202317大连金石滩3/24/202318连岛沙堤（辽宁锦县大笔架山）3/24/202319砾滩（海南岛峨蔓）3/24/202321珠穆朗玛峰（冰川作用形成的角峰）3/24/202322U型谷3/24/202323冰川漂砾（四川甘孜海子山）3/24/2023253/24/202326沙滩（河北北戴河）3/24/202329黄河河漫滩及江心洲3/24/202330泥石流造成的砾石堆积（西藏）3/24/202331崩塌形成的倒石堆3/24/202332气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体次要作用§1土的组成3/24/202333物理状态力学特性粒径级配矿物成分颗粒形状§1.2土中固体颗粒§1土的组成3/24/2023341.土粒的粒度成分颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的粒度成分影响土性的主因§1.2土中固体颗粒§1土的组成3/24/202335颗粒大小粒组

按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径§1.2土中固体颗粒dmm卵石砾石砂粒粉粒黏粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗中细粗中细极细0.075粗粒土细粒土0.160巨粒0.01粗细§1土的组成3/24/202336粒度成分（颗粒级配）确定方法

筛分法：适用于粗粒组、巨粒组(>0.075mm)

沉降分析法：适用于细粒组(<0.075mm)——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法

粒径级配累积曲线§1.2土中固体颗粒用土中各个粒组的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分（颗粒级配）以干土质量的百分比表示式中x——某粒组的质量百分数,%

wa——干土中某粒组的质量,g

wb——干土总质量,g§1土的组成3/24/202337筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将事先称过质量的干试样放入筛中，经过充分震摇后，把留在各级筛上的土粒分别称量，算出小于某粒径的土粒含量，用以确定土中各粒组的土粒含量§1土的组成3/24/202338§1土的组成3/24/202339沉降分析法沉降分析法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。§1土的组成3/24/202340§1土的组成3/24/202341§1土的组成3/24/202342105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积曲线沉降分析法粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510§1.2土中固体颗粒§1土的组成3/24/2023431009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:

d50

:平均粒径d60:控制粒径d10

:有效粒径d30

：中值粒径不均匀程度：Cu=d60/d10连续程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系数—不均匀系数Cu

≥5,级配不均匀粗细程度：用d50

表示

§1.2土中固体颗粒§1土的组成3/24/2023441009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒径范围内颗粒的含量

陡—相应粒组质量集中

缓--相应粒组含量少

平台--相应粒组缺乏连续程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系数较大颗粒缺少Cc减小较小颗粒缺少Cc增大Cc=1~3,级配连续性好§1土的组成3/24/202345粒度成分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；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~

3,级配连续土；Cc>3或Cc<1,级配不连续土4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土§1土的组成3/24/2023462.矿物成分原生矿物：

次生矿物§1土的组成固体颗粒矿物质有机质黏土矿物：高岭石、伊里石、蒙脱石可溶盐：NaCl，CaCO3等无定形氧化物胶体石英、长石、云母等土中矿物成分与粒组的关系P16图1-63/24/202347颗粒形状原生矿物

圆状、浑圆状、棱角状次生矿物

针状、片状、扁平状§1土的组成3/24/202348结晶水矿物内部的结合水

结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水土中冰由自由水冻成，冻胀融陷土中水（液相）§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202349结合水排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水位于强结合水之外，电场引力作用范围之内外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202350自由水重力水毛细水在重力作用下可在土中自由流动存在于固气之间在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202351土中毛细现象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管分析对象:水柱§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202352毛细水上升的速度：粗粒土毛细水上升速度较快，细粒土上升速度慢，饱和土无毛细水在不同粒径的土中毛细水上升速度与上升高度关系曲线毛细升高与孔径成反比？黏土粉土砂土砾石X§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202353毛细毛细水上升对工程的影响：（1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一；（2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；（3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化；（4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。3/24/202354对砂土强度的影响:毛细边角水,假凝聚力

假定α=0,毛细压力2πrTcosα+ucπr2=0毛细压力非饱和土中毛细张力影响分析对象:水膜§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202355土中气体自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道§1土的组成§1.3土中水和土中气3/24/202356

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.土中气体粒度成分矿物成分颗粒形状结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水)自由气体封闭气体§1土的组成3/24/202357§1土的组成§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒与水的相互作用§1.5土的结构和构造3/24/202358§1.4黏土颗粒与水的相互作用黏土矿物大多是硅酸盐矿物，其结晶结构主要由两个基本结构单元组成： 1、硅氧四面体——硅片 2、氢氧化铝八面体——铝片黏土矿物的结晶结构黏土矿物由硅片和铝片构成的晶包所组合而成3/24/202359硅片的结构§1土的组成§1.4黏土颗粒与水的相互作用3/24/202360铝片的结构§1土的组成3/24/202361

（1）高岭石（二层型）：主要粘土矿物高岭石3/24/202362（2）蒙脱石（三层型）：蒙脱石蒙脱石3/24/202363（3）伊利石（三层型）：伊利石3/24/202364粘土矿物的晶格构造高岭石蒙脱石伊利石粒径比表面积胀缩性渗透性强度压缩性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面积：单位质量土颗粒所拥有的总表面积9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大§1土的组成3/24/202365黏土颗粒的带电性研究表明：黏土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷§1土的组成黏土颗粒与水相互作用影响黏土中水的性质3/24/202366双电层的概念吸附层扩散层黏粒表面带负电在土粒周围形成一个电场。水溶液中阳离子（水化阳离子）在电场作用下被土粒吸引——吸附层（固定层）另一方面又受布朗运动的扩散力作用，固定层外围形成扩散层

土粒表面的负电荷、吸附层和扩散层构成双电层，土粒表面负电荷为内层。3/24/202367扩散层厚度对黏性土的工程性质有直接影响水膜厚度大，土塑性高，膨胀性和收缩性大，土的压缩性大，强度相对低改良土质，增加土的稳定性3/24/202368阳离子原子价越高，厚度变薄阳离子浓度越大，厚度变薄阳离子直径越大，厚度变厚阳离子交换能力，高价>低价，直径小>直径大

Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Li+>Na+影响扩散层厚度的因素3/24/202369§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒与水的相互作用§1.5土的结构和构造3/24/202370土颗粒或粒团的空间排列和相互联结土粒间的作用力粘性土的结构性指标力学特性土的结构影响粗粒土的结构细粒土的结构重塑土的强度原状土的强度<§1土的组成§1.5土的结构和构造3/24/202371一.土粒间的作用力

重力毛细力胶结力颗粒表面力

——土颗粒的自重形成的方向向下的力——砂土——土中毛细作用形成的力——细砂、粉土——土粒间的胶体物质产成的作用力——粘土——粘土——库仑力：——范德华力：颗粒表面的静电引力或斥力颗粒接触点处的分子间引力§1土的组成§1.5土的结构和构造3/24/202372二.粗粒土的结构粒间作用力排列形式矿物成分单粒结构示意图重力，毛细力点与点、点与面