土力学第二章粘性土的物理化学性质内容丰富

第二章粘性土的物理化学性质内容提要本章主要讨论决定粘性土的宏观物理化学性质的微观结构特征。主要包括：

键力的基本概念粘土矿物颗粒的结晶结构粘土颗粒的胶体化学性质粘性土工程性质的利用和改良粘性土特有的性质及成因

粘性土随着含水量的不同会呈现不同的物理状态。这种性质主要取决于粘粒粒组的含量与粘粒的矿物成分。比表面积

所谓比表面积就是单位体积内颗粒表面积的总和。颗粒越细，比表面积越大，表面能越大。粘土矿物的粒径小于0.005mm，具有很大的比表面积。粘性土物理化学特性的本质粘土矿物可分为蒙脱石、伊利石和高岭石三种类型。它们各自具有不同的结晶结构特征。结晶结构特征：即组成矿物的原子和分子的排列以及它们之间的联结力。粘性土的各种工程性质（可塑性、压缩性、强度等）主要受组成粘性土的粘土矿物的结晶结构特征以及矿物颗粒与周围介质的相互作用所制约。键力第一节键力的基本概念所谓键力是指组成粘土矿物的原子与原子之间或分子与分子之间的一种联结力。键力的类型：化学键分子键氢键化学渔键原子齐与原肺子之恢间的涛联结村称为化学需键，也剥称为主键或高能德键。根据主联结梨的形土式又戒可分斑为离子秃键、共价洞键和金属乞键三种凝。离子犹键离子疫键是冲一种唇化学秀联结倾。不同母元素储的原刮子通虏过化京学反评应，狱一种傲元素鸟的原雪子失让去其哗最外聋电子穷层中筋的一时个或捏多个明电子炕成为桐阳离弟子，戒而另驶一种孝元素眉的原逗子获难得一圆个或污多个老电子胞成为戴阴离炮子。阳离岩子与罢阴离蚕子之范间的隶静电障引力震所形携成的迟键力楚即为注离子霉键。离子哲键是坏无方可向性坚的。共价究键共价融键是菠同一介种元桥素的许两个证原子途以共真有的掠外层雹电子席联结核而成侦同种盐元素闷的分格子。共价钥键是少有方吗向性流的，恒方向罚角称鹊为键角。金属馋键金属渔元素疤中的中自由喷电子枪将金侨属原袍子或鉴离子猎联结存而成甘金属季晶格默，这踢种联母结力尺即为金属拨键。总理结不同报元素闲的原娃子通粥过化怨学反冬应构氧成一贝种新旱的物啦质分渗子，季异性匪原子夹之间峡的联柳结力榆称为离子量键。两个收同性律原子宜形成既同一僚元素锁分子橡的联杨结力帜称为共价形键。通过赢自由任电子苏将原这子或悔离子谜联结挎成金阻属晶稠格的尾联结雹力为金属忧键。离子文键、想共价号键和户金属晌键都期属于主键。主键青的影递响范补围最昼小，席约为0.锄1~漂0.厉2μ拒m，而尘其联规结能萄最大袋，相断当于8.仔4～84扒J/妖km腾ol。总笔结分子芽键分子挠键又杏称范德华（Va肠nDe栋rWa纤al赞s）键或次键、低能单键。所谓此分子企键就夸是指附分子目与分设子之步间的康联结虹力。分子瞒间键满力的鸦影响投范围初比离叶子键厘力大深得多幻玉，约则为0.膀3～10μm，但其芬键能姜则比贩离子碍键能跑小得绝多，念约为2.科1～21锐J/清km疗ol。分子夕键的佣形成氏与影神响因怀素由于利分子扮的正展电荷风与负踢电荷济的分歼布不矛对称译形成极性梨分子，在鸦极性装分子督间相循反电棉荷的伐偶极卧端相拒互接仔近时及相互凤吸引旗就产唉生分煮子键陈。分子仰键的奸产生杰是与啊分子假的定向脚作用、诱导蓄作用和分散解作用有关猜。分子付键的吊能量伶大小愉与温给度有伏关，方当温旗度升床高时找，其守能量葡就减域小。氢指键氢键存是介葡于主某键和幸次键皮之间容的一凭种键适力。氢原桃子失周去一恳个电霞子成苍为一堆个裸氏露的农原子慎核，摔当它改与带雅负电美荷的刻原子晃相互燥吸引嫁时，椒即构伯成特凳殊的台氢键莫。由于评氢离突子尺上寸小贼，只首允许别与两睁个相妖邻原废子靠冒拢，舒故氢戚键只托能连桂接两摇个原输子。氢键条的影忆响范献围很深小，源约为0.骑2～0.祥3μm，键能败达21～42酷J/扛km串ol。键力句与强终度土粒谨本身息的强想度是辣由主键形成缺的；土粒民与土婚粒之贡间、怖土粒塑与水欧分子分之间喜的吸伙引力喊由次键和氢键形成储；土粒祝之间莫的联同结力厦远小乌于土贵粒本误身的货强度遮，土惹体的碧强度转主要父取决赚于土粒洪之间拨的联旋结。第二陈节吃粘土栏矿物座颗粒汉的结押晶结礼构粘土搁矿物仍结晶存结构歉组成粘土陆矿物啊结晶治结构搁的基菌本结跟构单舰元：硅氧篇四面额体氢氧销化铝我八面史体（血三水胞铝石漠八面表体）硅氧参四面企体晶渗体单泳元四个等氧离他子构海成一哪个等槐边的说四面关体，适四面跑体四没个面礼均为固等边茧三角天形，即在四揭面体锐的中简心位尿置有拜一个敞硅离算子。(硅-氧四轨面体)六个藏硅-氧四驳面体立组成海一个硅片，每环个四鸟面体匀底面乒上有军一个少氧离思子与潮相邻后四面衡体共览用。氢氧蒜化铝沿八面汪体结多晶单躺元由6个氧为或氢氧伤离子器以相昏等的汉距离豪排列霉，铝笋原子党居中刺。（铝—氢氧娘八面树体）4个铝—氢氧勉八面虏体组辉成一抹个铝片，每帽个氢蚀氧离号子都翼被相斥邻两释个铝起离子居所共小有。粘土命矿物重的结胞晶结雀构粘土记矿物渠根据卖四面汉体片哈（硅满片）栋与八滩面体蓄片（榆铝片拣）的走不同哀组合乔堆叠铜形式原，形袭成了讲三种箩主要促的粘身土矿登物：高岭骆石蒙脱顾石伊利耍石高岭彼石由一皂个四朵面体榴片与乎一个挥八面胆体片航重复豆堆叠翅而成役。称为1:竹1型结慢构单曾位层巷，也止称为搏二层貌结构符型。蒙脱石由两隔个四勤面体朋晶片予中间亲夹一蜘个八顽面体轨晶片侨堆叠虚而成睛。称为2:渐1型结亮构单呢位层乌，亦叮称为软三层湖结构乞型。蒙脱石伊利长石伊利动石的枪晶格衡构造离与蒙貌脱石奸相似劫，同砌属2:刘1型结济构单暮位层棉，但屯在四润面体塔片之写间六具角形忆网格任眼中敏央嵌杰有一描个钾核离子创。三种街粘土设矿物辆物理株性质炎的比算较粒诉径比表坐面积胀豪缩毯性强历度压扫缩食性大10轰-2与0m2/g小大小中80哥-1匆00验m2/g中中中小80民0m2/g大小大高岭律石伊利幅石蒙脱镜石9克蒙萍脱土碍的总借表面邀积大筋约与聚一个徒足球逝场一侄样大分附析四面膀体片书和八眠面体贴片之仅间都趴是共班用一融个原柏子，烟所以客四面竞体片花与八脏面体慨片间叛的键果力为砍主键驶联结漆，但怒结构歉单位胀层间拍的联效结则倘比较另薄弱枯。当具但有不深同晶观体结赌构的穷粘土删矿物者与周系围介尝质接鲁触时让，就哀会显胜示出结不同转的工白程性证质。高岭盏石的暴物理虾性质高岭薪石类诞粘土层矿物存中，狡结构滥单位艇层之粉间为咳氧与塌氢氧尺或氢喝氧与绸氢氧忍离子菊相联紧结，逼单位毕层与匠单位竭层之巾间除范德雅华键外，杨还有氢键，能鬼提供预较强宏的联暗结力事。高岭脆石在世水中翼，结搏构单育位层宁之间扯不会粱分散蔽，晶狮格活添动性快小，孤浸水洪后结鲁构单阳位层腾间的鬼距离秩变化数很小触，所灵以高岭晴石的额膨胀衣性和做压缩香性都培很小。蒙脱昂石的世物理角性质蒙脱悔石类准粘土剑矿物梁中，繁结构使单位四层之浇间为蜻氧与侨氧联惭结，俊其键贴力很蛇弱，记易为滤具有载氢键照的强得极化苦水分身子楔慨入所级分开宅。组成拔蒙脱锹石类读粘土纯矿物初的八甲面体凑结构针单元杏中会侨产生豪水化环阳离办子，松水化距阳离元子进拦入结孔构单彩位层秒之间嫌使层锋间距上离增叔大。蒙脱抹石的劳晶格为活动餐性极宪大，形膨胀压性与扭压缩察性都庸比高括岭石付大得煮多。伊利献石的嗽的物炭理性轧质伊利宽石矿粥物在忠单位乞层面储之间陈嵌有路带正旅电荷抄的钾巩离子穗，单棚位层骨之间虎的联到结强敢度介黎于高版岭石件和蒙棉脱石喝之间友，其旅膨胀雨性及抚压缩冒性也辅介于多高岭往石和裁蒙脱刚石之盲间。第三恨节决粘土使颗粒泄的胶渗体化记学性意质粘土似颗粒羊的粒蜻径非竞常微动小（维小于0.溜00拘5m晒m），款在介树质中友具有皱明显施的胶疗体化戒学特声性（腔如具轻有吸附该能力），花这起悄源于粘土大颗粒胸表面括带电扬性。粘土坛颗粒萍表面从带电水的成蚕因边缘稍破键堵造成筛电荷钞不平绑衡同晶锈置换选作用水化巴解离附作用选择荡性吸乏附边缘舟破键犹造成梯电荷而不平意衡理想怪晶体鸟的内碗部正呈负电挎荷是垫平衡率的，意粘土蓬颗粒悄粒径惩非常倒微小犬，是艘一个废高分仇散体攻系，惹在颗抵粒外怕部边芬缘处俩结晶郑格架壤的连脉续性膀受到棵破坏份，从籍而造秆成电盗荷的键不平律衡。合这些嫌被破满坏的君键常屯使粘何土颗职粒带伍有净曲负电逗荷。颗粒耻越细困，破册键越族多，救所以赌比表钻面越脖大，压表面弹能就迅越大钉。同晶罢置换绣作用硅氧旷四面摘体中传的硅眼原子季常为浊铝或属其它较低价敬的阳秤离子孤置换胡；氢家氧化渣铝八城面体纯中的咳铝原辉子又渣常为祖铁、好镁离霉子所隔置换固，置宅换后朋引起阅电荷宾的不睁平衡串，在脑颗粒伍表面童产生禾了过六剩的沫未饱猫和负巧电荷丽，使吃粘土赢颗粒扮表面声带负文电。水化菌解离丙作用粘土扶矿物毯颗粒艇表面陪与水狠作用么，会俗形成逝一层坐偏硅乡丰酸（H2Si荐O3），喇偏硅卵酸在眨水中尘离解疮为H＋和Si送O32－离子瘦，H＋向水疾溶液府中扩周散，再而硅议酸根Si撑O32－与晶循格不装分离骂，从裳而使裕颗粒园表面讽带有怕负电绢荷。选择怀性吸者附选择较性吸便附所谓过选择技性吸西附，深就是浆颗粒误只吸坛附与焦其本汽身晶呆格中袍离子腊成分伯相同交或相缓近的罩离子沙。例如财，CaCO3在Na2CO3溶液偿中只黑吸附CO32－，如稼把CaCO3置于CaCl2溶液积中，冻则吸皂附Ca2+。三类罩粘土矮矿物规工程欣性质斤的比出较矿物米颗粒蚀的直哭径：绪高岭椒石>伊利秤石>蒙脱凤石。蒙脱拒石的急比表罩面积暴为高党岭石哀的80倍，散为伊幅利石肤的10倍。蒙脱剂石塑锣性指旱数可比达10除0～65童0；压殖缩性伸为高捞岭石则的5～15倍；坏有效械内摩晃擦角串也最吉小。双电党层的耐概念土中放水与劲矿物尤颗粒幸的相帆互作贡用粘土黑矿物肆晶格窝构造浅不同抱，对希工程怪性质厌的影怖响，逝本质全上是撇这些渣矿物腾的颗顶粒与屑土中童水相齿互作懂用的畜反映然。土中什水与毙固体倚颗粒匆之间药并不锈是机钉械地护混合题，而胸是有覆机地到参加驳土的殊结构誓，是林一种稀复杂层的物碍理化钢学作嫁用。土的迁性质匆不仅廊取决炮于水饼的绝逝对含躺量，屠而且漂取决缺于水亩的存李在形窄态、挤结构洞以及惑介质畜的物涝理条私件和侄化学简成分伤。水分拜子的迫极性水具写有许狼多特定点，众如介黎电常胜数高把、表各面张的力小做、压墨缩性汗低等煤。水分热子是柿一个灵极性备分子侨，氢质原子免一端皮显示悟正电内荷，著氧原闲子一耻端显性示负分电荷扛，在崖电场富作用责下具杀有定背向排衡列的舍特性继；同表时它萌极易润与被僵溶解控的物议质，略如水智中的县阳离金子结输合而和形成腥水化枯离子。结合宏水的条形成由于第土颗辞粒表槽面通债常带戚有负盖电荷芒，因村此水抖在带胜电固驳体颗码粒之犬间受西到电沃荷电唯场的肠（吸引）作殖用，汇水分兼子和殖水化长阳离苹子就奇会向市颗粒昏周围替聚集呆。土中步水的打类型根据挽受土紧颗粒惧表面寄静电蠢作用梢的强娃弱，告可以幸将土倘中水萄划分倍为三乔种类猜型：强结龄合水弱结嫌合水自由伶水1—双电秃层；2—吸附掏层（征固定讯层）洋；3—扩散兔层；4—吸附骗结合历层；5—渗透牢吸附塌层；6—自由恢水强结肉合水强结捧合水塔是指碌紧靠欢土颗杠粒表讨面的别水，汤受土姓颗粒扭表面币电荷匠的静旺电引辣力最喇强。强结凶合水醋的特情征和球物理或性质热：没有果溶解盟能力停，不谊能传唐递静泪水压先力；极其距牢固荷地结叨合在责土颗专粒表哥面上闷，不悔能自煌由移贯动，丛只有菜吸热目变成尤蒸汽勺时才副能移肌动。性质索接近止于固化体，即具有战极大依的粘宰滞性些，具胖有一听定的廉抗剪象强度毙；密度或约为1.闪2～2.鸟4g／cm3，冰船点为推－78陕℃。强结字合水如果给将完全赔干燥的土棕移置尊在天逝然湿筐度的沿空气赵中，渣则土姜的重共量将煎增加荐，直碍到土榴中吸趋附强贱结合里水达坟到最皆大容阵量为妙止。扔土颗组粒越既细，脑土的遍比表劳面积琴越大窄，则件最大莲吸湿灶容量跃就越行大。强结牙合水氏层称早为吸附必层或固定辈层。弱结蹲合水弱结亲合水遍就是惜紧靠轮强结野合水鸣外围拒的一虎层水虚膜。泡在这装层水盘膜范我围内俭的水伤分子淡和水漫化阳蜻离子乒仍然逗受到尊一定助程度胆的静饮电引韵力，念离土球颗粒夹表面掀距离威越远吧，受缎到的吐静电痛引力昆越小裤。弱结池合水监不能垃传递款静水怠压力侮，但加水膜闹较厚业处的胞弱结染合水刮能向百邻近壁较薄专水膜执处缓级慢转西移。弱结惧合水枪层称勉为扩散侨层。固殊定层忽和扩企散层垄与土倾粒表拜面负祝电荷葛一起脖构成烂所谓双电摇层。热力早电位电动沈电位内挡层固定岁层扩散释层自由乞水扩散影层厚肾度的杜影响球因素扩散察层的古厚度跪首先扯取决早于内层嘴热力诵电位。当内唯层电乡丰位一蛮定时本，扩末散层筐的厚捷度可榜随外旦界条鸽件的壶变化渠而变洗化：水溶伪液中座水化塞阳离贱子的椅价数岸；水化还阳离柴子的克浓度和；水化竭阳离悉子的矛直径膏；阳离赚子交化换的难能力矛。扩散乖层厚涌度坊对粘羡性土腥工程舰性质描的影宵响扩散拨层水波膜厚蛇度对发粘性秃土的拦工程滨性质狼有直裁接的运影响呜。水膜兰厚度壶大，洪土的珠塑性坝高；薄土颗诱粒之肚间的型距离葱相对炊也大妙，因摘此土词体的霸膨胀销性和躁收缩折性大劈燕，土渣的压屿缩性屿也大摸，而盛强度肺相对薯降低房诚。自由兴水自由锻水又汽称重庆力水裤，是盾指不深受土拼粒表录面电用荷电灭场影危响的跪水。自由痛水的哀性质涂和普联通水置一样择，能驼传递喇静水灰压力非，在奏水头卫差作俯用下油发生惊流动积，冰霉点为0℃，具寺有溶腾解能玩力。第四饭节隆粘性庙土工夸程性芒质找的利生用和浓改良电渗鲜排水峡和电帽化学中加固电渗凡试验现象看：在阳股极管仅中，答水自凭下而侵上地嫂浑浊岗起来掀，与郑此同薯时，络水位招逐渐惯下降抱；在阴羡极管技中，楚水仍胖是极刷其清盈澈，啦但水管位逐姻渐上婚升。原因哑：粘土影颗粒家向阳枕极移捎动；水分识子及冠水化狠阳离民子向暖阴极幼移动号。电渗怕排水镇和电烤化学别加固电泳兵与电渗在电场材作用财下，舞带有却负电蚀荷的天粘土零颗粒友向阳助极移孩动，慕这种枣电动扎现象毁称为电泳。水分担子及惰水化敲阳离网子向穗阴极议移动佳，这走种电觉动现贯象称壁为电渗。电渗耐排水骨和电武化学怜加固电渗沈排水在渗宣透系露数小岛于10-6cm伯/s的饱偶和软梁粘土逮地层家中开俗挖基蚕坑或柴进行无其它厘地下亡工程弊活动何，可恶以采申用电拼渗排市水的吩方法竖降低切地下症水位甘。电渗顾排水糕和电治化学谷加固电化承学加涂固利用破电渗皆电泳徒原理辛来改挖良软碍粘土举的工弃程性请质。双液默灌浆坚：在窝阳极概管内肉灌入握氯化郊钙溶触液，隙在阴死极管烂内灌迷入水远玻璃塔溶液寄，通婚直流喊电后渡生成像一种美不可暂溶的屋二氧淡化硅念凝胶阿。二氧麦化硅缸凝胶妙既填和充了突土中大的孔惧隙，溜又可浩提高级颗粒崇之间熔的胶锅结力桑，从捷而使陵土体销的强狠度提哭高。粘性邀土的膜结构舱性粘性热土的俱结构功性粘性尚土结服构性絮的产狐生粘土债颗粒粱在沉绿积过甘程中尿，除茅受重赏力作色用外我，还熟受到侮静电差的吸满力和驾排斥涂作用棋。粘性赤土的吵结构免性粘性盈土的傻结构趁类型