第一章土的物质组成与结构构造PPT讲稿.ppt

第一章第一章 土的物质组成与结构构土的物质组成与结构构造造第1页，共26页，编辑于2022年，星期一本章主要内容：本章主要内容：n n第一节第一节第一节第一节 土中的固体颗粒；土中的固体颗粒；土中的固体颗粒；土中的固体颗粒；n n第二节第二节第二节第二节 土的矿物成分；土的矿物成分；土的矿物成分；土的矿物成分；n n第三节第三节 土中的水；土中的水；n n第四节第四节第四节第四节 土中的气体；土中的气体；土中的气体；土中的气体；n n第五节第五节第五节第五节 土的结构和构造。土的结构和构造。土的结构和构造。土的结构和构造。第2页，共26页，编辑于2022年，星期一n土土是由地球外壳坚硬的岩石在风化作用下（物理是由地球外壳坚硬的岩石在风化作用下（物理风化、化学风化、生物风化）形成的在原地残留风化、化学风化、生物风化）形成的在原地残留或经过各种不同类型的动力搬运后，在各种自然或经过各种不同类型的动力搬运后，在各种自然环境中重新堆积而成的堆积物。年代不长环境中重新堆积而成的堆积物。年代不长,未压密未压密硬结成岩之前，呈松散状态，一般也称为硬结成岩之前，呈松散状态，一般也称为第四纪第四纪沉积层沉积层。n土是由土是由固、液、气相固、液、气相组成的组成的三相体系三相体系。第3页，共26页，编辑于2022年，星期一 第一节第一节 土中的固体颗粒土中的固体颗粒n n 土中的固体颗粒（土粒）的大小、形状、矿物成土中的固体颗粒（土粒）的大小、形状、矿物成份及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。份及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。一、土的粒组一、土的粒组1 1、粒径：、粒径：土的固体颗粒（土粒）的大小通常以其直径尺土的固体颗粒（土粒）的大小通常以其直径尺寸表示，简称粒径。寸表示，简称粒径。2 2 2 2、粒组与界限粒径：、粒组与界限粒径：、粒组与界限粒径：、粒组与界限粒径：按尺寸对颗粒进行分组，划分的粒径在按尺寸对颗粒进行分组，划分的粒径在按尺寸对颗粒进行分组，划分的粒径在按尺寸对颗粒进行分组，划分的粒径在一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称为粒组；分界尺一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称为粒组；分界尺一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称为粒组；分界尺一定区段内，成分及性质相似的土粒组别，称为粒组；分界尺寸的界限粒径。寸的界限粒径。寸的界限粒径。寸的界限粒径。第4页，共26页，编辑于2022年，星期一3 3、六大粒组的划分方案：、六大粒组的划分方案：n n漂石（块石）组：漂石（块石）组：d200mmd200mmn n卵石（碎石）组：卵石（碎石）组：卵石（碎石）组：卵石（碎石）组：20mmd200mm20mmd200mm20mmd200mm20mmd200mmn n圆砾（角砾）组：圆砾（角砾）组：2mmd20mm(2mmd20mm(2mmd20mm(2mmd20mm(粗、中、细：粗、中、细：粗、中、细：粗、中、细：20202020101010105 5 5 52)2)2)2)n n砂粒组：砂粒组：砂粒组：砂粒组：0.075mmd2mm0.075mmd2mm0.075mmd2mm0.075mmd2mm（粗、中、细、极细：（粗、中、细、极细：（粗、中、细、极细：（粗、中、细、极细：2 2 2 20.50.50.50.50.250.250.250.250.10.10.10.10.0750.0750.0750.075）n n粉粒组：粉粒组：粉粒组：粉粒组：0.005mmd0.075mm(0.005mmd0.075mm(粗、细：粗、细：0.0750.0750.010.010.005)0.005)n n粘粒组：粘粒组：粘粒组：粘粒组：d0.005mm(d0.005mm(d0.005mm(d0.005mm(粗、细：粗、细：粗、细：粗、细：0.0050.0050.0050.0050.0020.0020.0020.0020)0)0)0)第5页，共26页，编辑于2022年，星期一二、土的粒度成分（土的颗粒级配）二、土的粒度成分（土的颗粒级配）1 1、定义：、定义：各粒组在土中相对百分含量。各粒组在土中相对百分含量。2 2、研究土颗粒级配的意义：、研究土颗粒级配的意义：粒径变化，性质变化。粒径变化，性质变化。3 3、颗粒级配的试验分析方法：、颗粒级配的试验分析方法：筛分法（筛分法（d d0.075mm0.075mm ）:风干、分散，过一套不同孔风干、分散，过一套不同孔径（径（2020，1010，5 5，2 2，1 1，0.50.5，0.250.25，0.075mm0.075mm）的标准筛；）的标准筛；沉降分析法沉降分析法（d d0.075mm0.075mm ）：a a比重计法；比重计法；b b移液管法；移液管法；第6页，共26页，编辑于2022年，星期一4 4、颗粒级配表示方法、颗粒级配表示方法（1 1）表格法：）表格法：常用于土工试验报告书，数据准确。常用于土工试验报告书，数据准确。（2 2）颗粒级配累积曲线：）颗粒级配累积曲线：横坐标横坐标表示粒径，由于土粒大小差异非常大，所以常以对表示粒径，由于土粒大小差异非常大，所以常以对数坐标表示；数坐标表示；纵坐标纵坐标表示小于某粒径的土的质量占土的总质量的百分比，表示小于某粒径的土的质量占土的总质量的百分比，即累积百分含量。即累积百分含量。第7页，共26页，编辑于2022年，星期一 曲线曲线越陡越陡，表示粒径相差不多，土粒，表示粒径相差不多，土粒较均匀较均匀，颗粒，颗粒级配较级配较差差；曲线；曲线越平缓越平缓，表示粒径，表示粒径相差悬殊相差悬殊，土粒，土粒不均不均匀匀，颗粒级配，颗粒级配良好良好。工程上常用不均匀系数（工程上常用不均匀系数（CuCu）与曲率系数）与曲率系数CcCc （或（或CqCq ）来衡量土的不均匀程度及其级配好坏：）来衡量土的不均匀程度及其级配好坏：其中：其中：d d6060限制粒径，相应于累积百分含量为限制粒径，相应于累积百分含量为60%60%的粒径，的粒径，mm;mm;d d1010有效粒径，相应于累积百分含量为有效粒径，相应于累积百分含量为10%10%的粒径，的粒径，mm;mm;d d3030相应于累积百分含量为相应于累积百分含量为30%30%的粒径，的粒径，mm;mm;Cu Cu值越大，表示土颗粒越不均匀，颗粒级配良好，值越大，表示土颗粒越不均匀，颗粒级配良好，CcCc反映该分反映该分析曲线的整体形状。析曲线的整体形状。Cu5 Cu5时及时及1Cc31Cc3时的土为级配良好的土。时的土为级配良好的土。第8页，共26页，编辑于2022年，星期一三、土按粒度成分（颗粒级配）的分类三、土按粒度成分（颗粒级配）的分类 第9页，共26页，编辑于2022年，星期一 第二节第二节 土的矿物成份土的矿物成份 n n包括：包括：原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质原生矿物、次生矿物、可溶盐、有机质。1 1 1 1、原生矿物：、原生矿物：、原生矿物：、原生矿物：母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有：石英、母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有：石英、母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有：石英、母岩风化后仍然保留的矿物。常见的有：石英、长石、角闪石、云母等。长石、角闪石、云母等。长石、角闪石、云母等。长石、角闪石、云母等。n n2 2 2 2、次生矿物：、次生矿物：、次生矿物：、次生矿物：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三种：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三种：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三种：母岩风化后形成的新矿物。一般分为三种：（1 1）粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母；）粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母；（2 2 2 2）次生）次生）次生）次生SiOSiOSiOSiO2 2 2 2（3 3 3 3）倍半氧化物（）倍半氧化物（）倍半氧化物（）倍半氧化物（AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3、FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3）第10页，共26页，编辑于2022年，星期一n n3 3 3 3、可溶盐、可溶盐、可溶盐、可溶盐n n（1 1）易溶盐：）易溶盐：NaClNaCl、CaClCaCl2 2 2 2、NaNaNaNa2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4.10H.10H.10H.10H2 2 2 2O O O O（芒硝）、（芒硝）、（芒硝）、（芒硝）、NaNaNaNa2 2 2 2COCOCOCO3 3 3 3.10H.10H.10H.10H2 2 2 2O O O O（苏打）（苏打）（苏打）（苏打）n n（2 2）中溶盐：）中溶盐：CaSOCaSO4 4 4 4.2H.2H.2H.2H2 2 2 2O O（石膏）、（石膏）、MgSO4MgSO4n n（3 3 3 3）难溶盐：）难溶盐：）难溶盐：）难溶盐：CaCOCaCOCaCOCaCO3 3 3 3、MgCO MgCO MgCO MgCO3 3 3 3n n4 4 4 4、有机质：、有机质：、有机质：、有机质：土中植物残骸在微生物作用下分解而形成的产物。土中植物残骸在微生物作用下分解而形成的产物。土中植物残骸在微生物作用下分解而形成的产物。土中植物残骸在微生物作用下分解而形成的产物。第11页，共26页，编辑于2022年，星期一 第三节第三节 土中的水土中的水 1 1 1 1为什么要研究土中的水：为什么要研究土中的水：为什么要研究土中的水：为什么要研究土中的水：n n（1 1）自然条件下土中总含水；）自然条件下土中总含水；n n（2 2 2 2）土中细颗粒多时，水对土性影响很大。）土中细颗粒多时，水对土性影响很大。）土中细颗粒多时，水对土性影响很大。）土中细颗粒多时，水对土性影响很大。2 2 2 2土中水的存在形态与分类：土中水的存在形态与分类：土中水的存在形态与分类：土中水的存在形态与分类：n n（1 1 1 1）相态分为：固、液、气；）相态分为：固、液、气；）相态分为：固、液、气；）相态分为：固、液、气；n n（2 2 2 2）分类：矿物成分水、结合水、自由水。）分类：矿物成分水、结合水、自由水。）分类：矿物成分水、结合水、自由水。）分类：矿物成分水、结合水、自由水。第12页，共26页，编辑于2022年，星期一3 3 3 3、矿物成分水：、矿物成分水：、矿物成分水：、矿物成分水：存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物晶格存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物晶格存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物晶格存在于土粒矿物结晶格架内或参与矿物晶格构成的水，一般分为三种：构成的水，一般分为三种：构成的水，一般分为三种：构成的水，一般分为三种：结构水结构水结构水结构水：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的：以离子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的固定位置上的水；固定位置上的水；固定位置上的水；固定位置上的水；结晶水结晶水结晶水结晶水：以固定数量的分子形式存在于土粒矿物结：以固定数量的分子形式存在于土粒矿物结晶格架内部的固定位置上的水；晶格架内部的固定位置上的水；沸石水沸石水沸石水沸石水：以不定数量的分子形式存在于土粒矿物相邻：以不定数量的分子形式存在于土粒矿物相邻晶胞之间的水。晶胞之间的水。第13页，共26页，编辑于2022年，星期一4 4、结合水（吸附水）、结合水（吸附水）a.a.a.a.定义：定义：定义：定义：受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表面受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表面受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表面受分子引力、静电引力的作用，吸附于土粒表面的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压，使水的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压，使水的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压，使水的土中的水。这种引力高达几千到几万个大气压，使水分子和和土粒表面牢固结合在一起。分子和和土粒表面牢固结合在一起。分子和和土粒表面牢固结合在一起。分子和和土粒表面牢固结合在一起。b.b.形成机理：形成机理：负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。第14页，共26页，编辑于2022年，星期一c.c.c.c.强结合水（吸着水）及特征：强结合水（吸着水）及特征：强结合水（吸着水）及特征：强结合水（吸着水）及特征：受颗粒电场吸引，紧紧吸附受颗粒电场吸引，紧紧吸附受颗粒电场吸引，紧紧吸附受颗粒电场吸引，紧紧吸附于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚度几个分子。于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚度几个分子。于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚度几个分子。于颗粒表面周围的结合水称为强结合水，厚度几个分子。特征：特征：特征：特征：没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于固没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于固体，体，1.21.21.4g/cm1.4g/cm3 3 3 3，难于蒸发，难于结冰（，难于蒸发，难于结冰（，难于蒸发，难于结冰（，难于蒸发，难于结冰（-780C-780C-780C-780C），），），），具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时，粘土具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时，粘土具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时，粘土具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时，粘土坚硬，砂土散。坚硬，砂土散。坚硬，砂土散。坚硬，砂土散。d.d.弱结合水（薄膜水）及特征：弱结合水（薄膜水）及特征：弱结合水是强结合水外弱结合水是强结合水外弱结合水是强结合水外弱结合水是强结合水外围的结合水膜。围的结合水膜。围的结合水膜。围的结合水膜。特征：特征：不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点-0.50.50.50.5-30-30-30-30，弱结合水大时，粘性土可塑。，弱结合水大时，粘性土可塑。，弱结合水大时，粘性土可塑。，弱结合水大时，粘性土可塑。第15页，共26页，编辑于2022年，星期一第16页，共26页，编辑于2022年，星期一n n5 5 自由水自由水（1 1 1 1）定义及特点：定义及特点：定义及特点：定义及特点：为土粒孔隙中超出土粒表面静电场为土粒孔隙中超出土粒表面静电场为土粒孔隙中超出土粒表面静电场为土粒孔隙中超出土粒表面静电场引力作用范围的水，冰点引力作用范围的水，冰点引力作用范围的水，冰点引力作用范围的水，冰点0 0 0 0，有溶解能力，能传递静，有溶解能力，能传递静，有溶解能力，能传递静，有溶解能力，能传递静水压力与普通水一样。分为毛细水与重力水。水压力与普通水一样。分为毛细水与重力水。水压力与普通水一样。分为毛细水与重力水。水压力与普通水一样。分为毛细水与重力水。（2 2 2 2）重力水：重力水：重力水：重力水：地下水位以下含水层中自由水；重力或压地下水位以下含水层中自由水；重力或压地下水位以下含水层中自由水；重力或压地下水位以下含水层中自由水；重力或压差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。差作用下自由移动，渗流对土粒有浮力作用。（3 3 3 3）毛细水：毛细水：毛细水：毛细水：是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下水。的地下水。的地下水。的地下水。第17页，共26页，编辑于2022年，星期一（4 4）固态水：）固态水：）固态水：）固态水：当温度降到当温度降到当温度降到当温度降到0 0 0 0以下时，土中的水（主要是以下时，土中的水（主要是以下时，土中的水（主要是以下时，土中的水（主要是重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中可以起重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中可以起重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中可以起重力水）冻结成固态水（冰），固态水在土中可以起到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。到胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。（5 5 5 5）气态水：气态水：气态水：气态水：以水气的形式存在于土粒间的水，可以从气压以水气的形式存在于土粒间的水，可以从气压以水气的形式存在于土粒间的水，可以从气压以水气的形式存在于土粒间的水，可以从气压高的地方向气压低的地方移动，也可以在土粒表面凝聚高的地方向气压低的地方移动，也可以在土粒表面凝聚高的地方向气压低的地方移动，也可以在土粒表面凝聚高的地方向气压低的地方移动，也可以在土粒表面凝聚转化为其他各种类型的水。转化为其他各种类型的水。转化为其他各种类型的水。转化为其他各种类型的水。第18页，共26页，编辑于2022年，星期一 第四节第四节 土中的气体土中的气体 1.1.1.1.类型类型类型类型:以以O O2 2 2 2、N N2 2 2 2、COCOCOCO2 2 2 2为主，还含有少量的为主，还含有少量的为主，还含有少量的为主，还含有少量的CHCHCHCH4 4 4 4、H H H H2 2 2 2S S S S。2.2.2.2.分类：分类：分类：分类：游离气体与封闭气体游离气体与封闭气体游离气体与封闭气体游离气体与封闭气体。游离气体存在于近地表的包。游离气体存在于近地表的包气带中，与大气相通，对土的性质影响较小。封闭气体气带中，与大气相通，对土的性质影响较小。封闭气体存在于呈封闭状态的土孔隙中，与大气隔绝。存在于呈封闭状态的土孔隙中，与大气隔绝。3.3.3.3.封闭气体对工程影响：封闭气体对工程影响：封闭气体对工程影响：封闭气体对工程影响：渗透性减小，弹性增大，延缓土体变渗透性减小，弹性增大，延缓土体变渗透性减小，弹性增大，延缓土体变渗透性减小，弹性增大，延缓土体变形随时间的发展过程。形随时间的发展过程。形随时间的发展过程。形随时间的发展过程。第19页，共26页，编辑于2022年，星期一第20页，共26页，编辑于2022年，星期一 第五节第五节 土的结构和构造土的结构和构造一、土的结构一、土的结构 土土土土的的的的结结结结构构构构是是指指土土的的固固体体颗颗粒粒及及其其孔孔隙隙间间的的几几何何排排列列和连接方式。和连接方式。一一一一般般般般把把把把土土土土结结结结构构构构分分分分为为为为两两两两大大大大类类类类：单单单单粒粒粒粒（散散散散粒粒粒粒）结结结结构构构构和和和和团团团团聚聚聚聚结构结构结构结构。单单单单粒粒粒粒结结结结构构构构也也也也称称称称散散散散体体体体结结结结构构构构，是是是是指指指指土土土土颗颗颗颗粒粒粒粒直直直直接接接接接接接接触触触触和和和和支支支支撑撑撑撑、固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒没没没没有有有有连连连连结结结结或或或或只只只只在在在在潮潮潮潮湿湿湿湿时时时时具具具具有有有有微微微微弱弱弱弱的的的的毛毛毛毛细细细细力力力力连连连连结结结结的的的的结结结结构构构构方方方方式式式式，它它它它是是是是无无无无粘粘粘粘性性性性土土土土的的的的基基基基本本本本结结结结构构构构形形形形式式式式。这这这这些些些些土土土土的的的的颗颗颗颗粒粒粒粒粗粗粗粗大大大大，在在在在沉沉沉沉积积积积过过过过程程程程中中中中，土土土土颗颗颗颗粒粒粒粒可可可可以以以以靠靠靠靠自自自自身身身身的的的的重重重重力力力力作作作作用用用用而而而而沉沉沉沉积积积积下下下下来来来来，形成土颗粒的相互接触、相互支撑的堆积体。形成土颗粒的相互接触、相互支撑的堆积体。形成土颗粒的相互接触、相互支撑的堆积体。形成土颗粒的相互接触、相互支撑的堆积体。第21页，共26页，编辑于2022年，星期一第22页，共26页，编辑于2022年，星期一 团团团团聚聚聚聚结结结结构构构构也也称称集集合合体体结结构构或或絮絮凝凝结结构构，是是指指细细小小的的土土粒粒，沉沉积积过过程程中中粒粒间间引引力力大大于于重重力力，使使之之在在水水中中不不能能以以单单个个颗颗粒粒沉沉积积下下来来，需需要要凝凝聚聚成成集集合合体体（也也称称为为团团聚聚体体）后后才才能能沉沉积积。由由土土颗颗粒粒团团聚聚体体形形成成的的疏疏松松多多孔的结构称为团聚结构。这类结构为孔的结构称为团聚结构。这类结构为粘性土粘性土粘性土粘性土所特有。所特有。所特有。所特有。第23页，共26页，编辑于2022年，星期一第24页，共26页，编辑于2022年，星期一二、土二、土二、土二、土构造构造构造构造的工程地质研究的工程地质研究的工程地质研究的工程地质研究 土的构造土的构造土的构造土的构造是指整个土层是指整个土层是指整个土层是指整个土层(或土体或土体或土体或土体)构成上均匀性特征的总和。构成上均匀性特征的总和。构成上均匀性特征的总和。构成上均匀性特征的总和。第25页，共26页，编辑于2022年，星期一三、土结构三、土结构三、土结构三、土结构构造构造构造构造的工程地质研究意义的工程地质研究意义的工程地质研究意义的工程地质研究意义 第26页，共26页，编辑于2022年，星期一