粘性土的物理化学性质.pptx

中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享第一节第一节 键力的基本概念键力的基本概念 一、化学键一、化学键 1、离子键：一种元素失去电子成为阳离子，、离子键：一种元素失去电子成为阳离子，另一种元素的原子得到电子而成为阴离子。另一种元素的原子得到电子而成为阴离子。 2、共价键：两个原子以共用电子对构成联结。、共价键：两个原子以共用电子对构成联结。 3、金属键：金属原子与自由电子及离子组成、金属键：金属原子与自由电子及离子组成的晶格相联结构成。的晶格相联结构成。 化 学 键 是 主 键 ， 键 力 较 大 ， 影 响 范 围 为化 学 键 是 主 键 ， 键 力 较 大 ， 影 响 范 围 为0.10.2m，其能量相当于，其能量相当于8.484J/kmol。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享 二、分子间键二、分子间键 分子间键也称范德华（分子间键也称范德华（Van der Waals）键，属于次键，）键，属于次键，这与定向作用、诱导作用和分散作用有关。这与定向作用、诱导作用和分散作用有关。 三、氢键三、氢键 氢键是介于主键和次键之间的一种键力。产生的原因是：氢键是介于主键和次键之间的一种键力。产生的原因是：氢原子在失去一个电子后成为裸露原子核，当遇其他带负电氢原子在失去一个电子后成为裸露原子核，当遇其他带负电荷的原子时相互吸引形成氢键。由于氢离子尺寸很小，只能荷的原子时相互吸引形成氢键。由于氢离子尺寸很小，只能与两个相邻的原子结合。氢键的影响范围约为与两个相邻的原子结合。氢键的影响范围约为0.20.3m，键能达键能达2142J/kmol。 化学键组成了矿物本身的晶格，而土粒间的分子引力及化学键组成了矿物本身的晶格，而土粒间的分子引力及氢键组成了土体的强度（氢键组成了土体的强度（几种主要键力的作用范围几种主要键力的作用范围）。）。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享第二节第二节 粘土矿物颗粒的结晶结构粘土矿物颗粒的结晶结构 粘土矿物大多是硅酸盐矿物，经近代粘土矿物大多是硅酸盐矿物，经近代X衍射法等测定，衍射法等测定，粘土矿物的结晶结构主要由两个基本结构单元组成。粘土矿物的结晶结构主要由两个基本结构单元组成。 1、硅氧四面体（二氧化硅四面体）、硅氧四面体（二氧化硅四面体） 中心是中心是Si4+，四个顶点是，四个顶点是O2-，四面均为等边三角形。在，四面均为等边三角形。在矿物中组成六角形网格状或链状，称硅氧层（矿物中组成六角形网格状或链状，称硅氧层（图图2-2）。）。 2、氢氧化铝八面体、氢氧化铝八面体 中心为中心为Al3+，六个顶点为，六个顶点为OH-，六个，六个OH-等距离排列，等距离排列，八面体亦排列成网格状，称八面体层（片）（八面体亦排列成网格状，称八面体层（片）（图图2-2）。）。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享 3、主要粘土矿物、主要粘土矿物 （1）高岭石（二层型）：一层四面体和一层八面体叠成）高岭石（二层型）：一层四面体和一层八面体叠成晶片，晶片，1:1型结构，也称二层型。晶片间是型结构，也称二层型。晶片间是O与与OH相联结，还相联结，还有氢键存在。晶片的长有氢键存在。晶片的长:宽宽:厚厚=10:10:1，比表面积，比表面积15m2/g，物，物理化学性质不活泼，浸水后膨胀性较小（理化学性质不活泼，浸水后膨胀性较小（图图2-3）。）。 （2）蒙脱石（三层型）：两层四面体和一层八面体堆成）蒙脱石（三层型）：两层四面体和一层八面体堆成晶片，晶片长晶片，晶片长:宽宽:厚厚=100:100:1，层片间为，层片间为O与与O相联，键力相联，键力较弱，易为水分子分开，比表面积较弱，易为水分子分开，比表面积800m2/g，化学性质活泼，化学性质活泼，遇水膨胀直至崩解，是膨胀收缩土的主要成分（遇水膨胀直至崩解，是膨胀收缩土的主要成分（图图2-4）。）。 （3）伊利石（三层型）：晶片结构与蒙脱石一致，局部）伊利石（三层型）：晶片结构与蒙脱石一致，局部硅被铝代替形成同晶置换，使晶体带负电吸附溶液中的硅被铝代替形成同晶置换，使晶体带负电吸附溶液中的K+，联，联结力增大，其性质介于高岭石与蒙脱石之间。比表面积结力增大，其性质介于高岭石与蒙脱石之间。比表面积80m2/g（图图2-5）。）。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享第三节第三节 粘土颗粒的胶体化学性质粘土颗粒的胶体化学性质 一一、粘土颗粒表面带电的原因、粘土颗粒表面带电的原因 1、断键：理想晶体内部电荷是平衡的，但在边缘破裂、断键：理想晶体内部电荷是平衡的，但在边缘破裂处，由于破键而产生电荷不平衡，一般粘土颗粒带负电，个处，由于破键而产生电荷不平衡，一般粘土颗粒带负电，个别也带正电的断键。别也带正电的断键。 2、同晶置换作用：硅氧四面体中的硅被低价的铝置换，、同晶置换作用：硅氧四面体中的硅被低价的铝置换，八面体中的铝被铁、镁等置换，产生电荷不平衡，负电荷多八面体中的铝被铁、镁等置换，产生电荷不平衡，负电荷多而带负电。而带负电。 3、水化解离作用：次生、水化解离作用：次生SiO2表面与水作用形成偏硅酸表面与水作用形成偏硅酸层，在水中解离为层，在水中解离为H+和和SiO32-， H+离子向水中扩散，而负离离子向水中扩散，而负离子连着晶格使土粒带负电。子连着晶格使土粒带负电。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享 4、倍半氧化物的二重性：常用、倍半氧化物的二重性：常用R2O3表示，其表示，其带电具有二重性，由溶液的带电具有二重性，由溶液的PH值决定，值决定，PH大带负大带负电。当不带电时水溶液的电。当不带电时水溶液的PH值为两性体的等电值为两性体的等电PH值。值。 5、选择性吸附作用：土粒只吸附与其本身晶格、选择性吸附作用：土粒只吸附与其本身晶格中离子成分相同或相近的离子。中离子成分相同或相近的离子。 粘土颗粒表面带电的因素很多，要综合分析，粘土颗粒表面带电的因素很多，要综合分析，但总的来说是带负电的多。但总的来说是带负电的多。HOSOSHOHOSiii2233222中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享 二二、双电层的概念、双电层的概念 粘粒表面带负电在土粒周围形成一个电场。水溶液中阳粘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，另一方面又离子（水化阳离子）在电场作用下被土粒吸引，另一方面又受布朗运动的扩散力作用。这两种相反作用的结果使土粒周受布朗运动的扩散力作用。这两种相反作用的结果使土粒周围产生阳离子不均匀分布。围产生阳离子不均匀分布。 1、强结合水：紧靠土粒表面的水，受到极强的静电引、强结合水：紧靠土粒表面的水，受到极强的静电引力，在土粒表面形成的吸附水层。力，在土粒表面形成的吸附水层。 2、弱结合水：紧靠强结合水外围的一层水膜，孔隙水、弱结合水：紧靠强结合水外围的一层水膜，孔隙水中水化阳离子溶液逐渐减少，至阳离子浓度正常为止称为扩中水化阳离子溶液逐渐减少，至阳离子浓度正常为止称为扩散（又叫薄膜水）。散（又叫薄膜水）。 土粒表面的负电荷、吸附层和扩散层构成双电层，土粒土粒表面的负电荷、吸附层和扩散层构成双电层，土粒表面负电荷为内层，扩散层为外层（表面负电荷为内层，扩散层为外层（图图2-7）。）。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享 三三、影响扩散层厚度的因素、影响扩散层厚度的因素 土粒表面带电产生电场引起扩散层的存在，扩散层的厚土粒表面带电产生电场引起扩散层的存在，扩散层的厚度与电荷的多少，即电位的大小有关。土粒表面带电荷量的度与电荷的多少，即电位的大小有关。土粒表面带电荷量的多少，可用土粒表面的电位势表示。假设在扩散层以外正常多少，可用土粒表面的电位势表示。假设在扩散层以外正常浓度处的电位为零，土粒与水溶液分界面上的电位称热力电浓度处的电位为零，土粒与水溶液分界面上的电位称热力电位。表面负电荷大，则电位也大。电位取决于土粒的矿物成位。表面负电荷大，则电位也大。电位取决于土粒的矿物成分、粒度成分和水溶液的分、粒度成分和水溶液的PH值。值。 1、扩散层的厚度、扩散层的厚度 在扩散层中电位的变化规律可近似地表示为：在扩散层中电位的变化规律可近似地表示为： 2、影响扩散层厚度的因素、影响扩散层厚度的因素exp()0Kx中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享第四节第四节 粘性土工程性质的利用和改良粘性土工程性质的利用和改良 一、粘土颗粒表面的带电现象一、粘土颗粒表面的带电现象 列依斯（列依斯（Reuss）试验证明粘土粒带电，而且）试验证明粘土粒带电，而且是负电荷，实验装置见是负电荷，实验装置见图图2-6。 1、在阳极（、在阳极（+）管中：水自下而上逐渐变浑浊，）管中：水自下而上逐渐变浑浊，水位下降。说明粘土粒带负电荷，向阳极周围运动，水位下降。说明粘土粒带负电荷，向阳极周围运动，这种现象称为电泳。这种现象称为电泳。 2、在阴极（）管中：水仍然清澈，但水位、在阴极（）管中：水仍然清澈，但水位上升，说明有水向阴极渗透，这种现象称为电渗。上升，说明有水向阴极渗透，这种现象称为电渗。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享 二、电渗排水和电化学加固二、电渗排水和电化学加固 1、电渗排水、电渗排水 在渗透系数小于在渗透系数小于10-6cm/s的饱和软粘土地层中的饱和软粘土地层中开挖基坑或其他地下工程中，可用此法排水降低地开挖基坑或其他地下工程中，可用此法排水降低地下水位。下水位。 2、电化学加固、电化学加固 利用电渗进行注（灌）浆加固地基，改良软粘利用电渗进行注（灌）浆加固地基，改良软粘土的工程性质。注浆有单液和双液法。土的工程性质。注浆有单液和双液法。中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享The End中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-1几种主要键力的作用范围几种主要键力的作用范围中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-2四面体片与八面体片四面体片与八面体片中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-3高岭石的结晶结构高岭石的结晶结构中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2- 4蒙脱石的结晶结构蒙脱石的结晶结构中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-5伊利石的结晶结构伊利石的结晶结构中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-6粘土颗粒表面粘土颗粒表面的带电现象的带电现象中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-7双电层示意图双电层示意图中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-8相互作用的双电层相互作用的双电层中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-9排斥势能曲线排斥势能曲线中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-10粒间相互作用的净势能曲线粒间相互作用的净势能曲线中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-11塑性指数与粘粒含量间的关系塑性指数与粘粒含量间的关系中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-12饱和粘性土典型干缩曲线饱和粘性土典型干缩曲线中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-13反复干湿与最大反复干湿与最大湿胀含水量的关系湿胀含水量的关系中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2-14抗剪强度与联结数的关系抗剪强度与联结数的关系中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件 牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享图图2 - 1 5固结压力与固结压力与含水量、抗剪强度、含水量、抗剪强度、联结数之间的关系联结数之间的关系