第1章土的组成.ppt

1、1.1 概述,1.1.1、土的形成,岩石(体),破碎 或分解,松散堆积物,风化,物理、化学、生物,剥蚀 搬运 沉积,重力、风力、水流、冰川等,第1章 土的组成,土体,3,风化作用指岩石在地表或接近地表的地方由于温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物等的作用下发生的机械崩解及化学变化过程。风化作用一般分三类：物理风化、化学风化和生物风化作用。,(i) 物理风化 温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等,一、风化作用,6,(ii) 化学风化 空气、水和各种水溶液,风化作用,残积土 特点：留在原地,二、 各种成因类型的土,9,(ii) 运积土岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉

2、积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。 坡积土,各种成因类型的土,10,(ii) 运积土 洪积土,各种成因类型的土,11,(ii) 运积土 冲积土,各种成因类型的土,12,(ii) 运积土 风积土，如：黄土,各种成因类型的土,13,(ii) 运积土 冰积土,各种成因类型的土,14,(ii) 运积土 湖积土：如沼泽,14,海积土,各种成因类型的土,母岩（Parent rock）,风化,岩石破碎 化学成分改变,搬运 沉积,大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体（Soil）,土,固相,液相,气相,1. 散体性 2. 多相性 3. 自然变异性,+：干土 +：饱和土 +：非饱和土(湿

3、土),1.2 土中固体颗粒,1.2.1 土粒的粒度成分(粒径级配) 一、土粒粒度与粒组 粒度(granularity)： 粒组(fraction, grain group)： 粒组的划分,天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度,通常以粒径（mm）表示。,介于一定粒度范围内工程性质相似的土粒，称为粒组。,见P12表1-1.,块石/漂石,粒组的 划分原则 总原则：工程性质由量变到质变的某一范围粒径的土粒分为一组。 具体： 在一定粒度范围内，工程地质性质相近； 与目前的颗粒分析的测定技术相适应； 服从一定的数学规律，便于记忆。,土的分类标准(GB/T50145-2007),巨粒,粗粒,细

4、粒,19, 筛分法：d0.075mm,粗粒土,二、粒度成分的测定方法,筛分法（d0.075mm的土）, 沉降分析法,密度计法,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的方法。,d0.075mm,密度计法d0.075mm,小于某粒径的土重含量（%）,0.001,0.01,0.1,1,10,0,20,40,60,80,100,100,粒径（mm) (对数坐标）,三、 粒度成分的表示方法,表示方法：表格法、粒径级配曲线,工程应用 （1）计算土中各粒组的百分含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质； （2）评价土的均匀性及土级配的好坏，用于建筑材料的选择。 选择题：若土的颗

5、粒级配累计曲线很陡，则表示( ) A. 土粒较均匀 B. 不均匀系数较大 C. 级配良好 D. 填土易于夯实,小于某粒径之土质量百分数（）,粒径(mm),土的粒径级配累积曲线,d60,d10,有效粒径d10：,限定粒径d60：,小于某粒径的土粒质 量累计百分数为10%时 相应的粒径。,小于某粒径的土粒质 量累计百分数为60%时 相应的粒径。,小于某粒径之土质量百分数（）,粒径(mm),土的粒径级配累积曲线,d60,d10,d30,不均匀系数Cu：,曲率系数Cc：,Cu 10，级配良好,砾类土 砂类土,Cc=13,级配良好,Cu 5，匀粒土，级配不良,Cu5,固体颗粒,次生矿物,原生矿物,矿物质

6、,有机质,石英、长石、云母等,粘土矿物：蒙脱石、伊利石、高岭石等,可溶盐：NaCl、CaCO3等,无定型氧化物胶体,固体颗粒矿物成分,1.2.2 土粒的矿物成分,原生矿物：原岩经物理风化生成的土粒，成分与母岩完全相同，如石英、长石、云母等 ；颗粒较粗，一般为无粘性土；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑性；,角闪石,石英,长石,云母,石英 晶体,云母 晶体,次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，如高岭石、伊利石、蒙脱石，形成粘性土。片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。,蒙 脱 石,1.3 土中水和土中气,1.3.1 土中的水,土孔隙中的水 （）,非结合水

7、（自由水）,结合水,液态水,气态水(水蒸气),固态水(冰),强结合水(吸着水),弱结合水(薄膜水),毛细水(过渡型水),重力水(自由水),矿物中的结合水 (结晶水),土中的水,1. 结合水：大多数粘土颗粒表面带有净的负电荷阳粒子:,强结合水 弱结合水,(1) 强结合水(吸着水) 性质特点：水分子完全失去自由活动能力，排列紧密、整齐；厚度大致相当几个水分子层；密度大，可达1.51.8g/cm3；力学性质类似固体，具有极大的粘滞性、弹性、抗剪强度；不能传递静水压力、不能导电，没有溶解能力；冰点为-78C。 粘性土只含强结合水时呈固态，碾碎后呈粉状。 (2) 弱结合水(薄膜水) 性质特点：水分子不完

8、全失去自由活动能力，定向排列，但程度较弱；密度较强结合水小，比普通液态水大，可达1.31.7g/cm3；具有较高的粘滞性、弹性、抗剪强度；不能传递静水压力，不能导电；冰点低于0C。 弱结合水层的厚度的大小是决定细粒土物理力学性质的重要因素。,2 . 自由水 （1） 重力水：地下水位以下，在重力或水头压力作用下可以自由运动；对土粒有浮力作用。 （2） 毛细水,毛细压力,土中毛细现象,土中气？,1.3.2 土中的气相,1. 成分：以O2、CO2、N2、H2为主 2. 状态 (1) 非封闭气体(自由气体) 与大气相通，受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。 (2) 封闭气体 吸附于土粒表面或

9、溶于水中，与大气隔绝，不可排出；对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时。有封闭气体的土，称为“橡皮土”，降低土的透水性和使土不易压实等，工程中决不允许；,选择题： 1. 由某土的颗粒级配累计曲线得d60=12.5mm，d10=0.03mm，则该土的不均匀系数cu为( ) A. 416.7 B. 4167 C. 2.410-3 D. 12.53 2. 若甲、乙两种土的不均匀系数相同，则两种土的 ( ) A. 颗粒级配累计曲线相同 B. 有效粒径相同 C. 限定粒径相同 D. 限定粒径与有效粒径之比值相同,判断题 1. 只要不均匀系数cu5，则可判断该

10、土为级配良好土。 2.填方工程中，通常选取级配良好的土作为填方材料，以利于压实或夯实。 3. 土孔隙中的水可分为结合水和重力水。 4. 结合水是液态水的一种，故能传递静水压力。 5. 粘性土具有一定的可塑性是因为土中含有较多的强结合水。,44,1.4 粘土颗粒与水的相互作用 1.4.1 粘土矿物的结晶结构和亲水性,岩石 + 水/二氧化碳/氧 粘土 如：长石 + 二氧化碳 + 水 高岭石,基本结构单元：硅-氧四面体 铝-氢氧八面体,45,硅-氧四面体,硅氧晶片,46,铝-氧八面体,铝氢氧晶片,47,（1）蒙脱石,水分子 弱联结 遇水膨胀、失水收缩,48,（2） 伊利石,钾离子 弱联结,49,（3

11、） 高岭石,强的氢键联结,比表面积的概念 单位体积（或质量）颗粒的总表面积。 颗粒越细，比表面积越大或越小？ 比表面积越大，带的电越多，吸附能力越强,1.4.2 粘粒与水的相互作用,1.粘土颗粒的带电性 电动现象 (1) 电泳 (2)电渗 带电的原因: (1) 解离作用 (2)吸附作用 (3) 同晶置换 (4)边缘断裂,2.双电层 的概念,(1)固定层 (2) 扩散层,*粘粒周围的水化膜包含着起主导作用的离子和作为主体的水分子。从起主导作用的离子着眼，称这层为反离子层；从作为主体的水分子着眼，则称结合水层。,土颗粒或粒团的 空间排列和相互联结,1.5 土的结构和构造,力学特性,土的结构,重塑土

12、的强度,原状土的强度,土的构造,+,同一土层中物质成分、颗粒大小相近的各部分之间的相互关系的特征,影响,分类： (1)单粒结构 砂层，砾石层 (2)蜂窝结构 粉粒(粒径0.0750.005mm） (3)絮状结构 粘粒（粒径0.005mm）,2、土的结构,*指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。,-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,原生矿物,疏松,紧密,D0.075mm,-细砂、粉粒土的结构,粒间作用力,排列形式,矿物成分,蜂窝结构,重力，表面力,蜂窝状,主要是原生矿物,d=0.0750.005mm,-粘粒土的结构,粒间作用力,形成环境,排列形式,矿物成分,表面力、胶结力 （斥力减小引力增加）,示意图,表面力、胶结力 （粒间斥力占优势）,淡水中沉积,海水中沉积,次生矿物,次生矿物,面与面,边、角与面 边、