第1章土的组成.ppt

1.1 1.1 概述概述1.1.1、土的形成土的形成 岩石岩石(体体)破碎破碎或分解或分解松散堆积物松散堆积物风化风化物物理理、化化学、生物学、生物剥蚀剥蚀搬运搬运沉积沉积重重力力、风风力力、水水流流、冰川等冰川等第第1章章 土的组成土的组成土体土体3 风化作用风化作用指岩石在地表或接近地表的地方由于温度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。理风化、化学风化和生物风化作用。(i)物理物理风化风化 温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等一、一、风风化作用化作用6(ii)化学化学风化风化空气、水和各种水溶液空气、水和各种水溶液风风化作用化作用(i)残积土残积土特点：留在原地特点：留在原地二、二、各种成因类型的土各种成因类型的土9(ii)运积土运积土岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。积土、冰碛土和沼泽土等。n坡坡积土积土各种成因类型的土各种成因类型的土10(ii)运积土运积土 n洪洪积土积土各种成因类型的土各种成因类型的土11(ii)运积土运积土 n冲积土冲积土各种成因类型的土各种成因类型的土12(ii)运积土运积土n风积土，如：黄土风积土，如：黄土各种成因类型的土各种成因类型的土13(ii)运积土运积土 n冰积土冰积土各种成因类型的土各种成因类型的土14(ii)运积土运积土 n湖积土：如湖积土：如沼沼泽14 海积土海积土各种成因类型的土各种成因类型的土母岩母岩（Parent Parent rockrock）风化风化岩石破碎岩石破碎 化学成分改变化学成分改变搬运搬运沉积沉积大小、形状和大小、形状和成分都不相同成分都不相同的松散颗粒集的松散颗粒集合体合体（SoilSoil）土土固相固相液相液相气相气相1.散体性散体性2.多相性多相性3.自然变异性自然变异性固相固相液相液相气相气相构成土的骨架，即固体矿物、构成土的骨架，即固体矿物、土粒，是三相中最主要的物土粒，是三相中最主要的物质成分质成分水溶液水溶液二氧化碳、氮气、二氧化碳、氮气、氧气等氧气等土的三相土的三相+：干土：干土+：饱和土：饱和土+：非饱和土：非饱和土(湿土湿土)1.2 土中固体土中固体颗粒粒1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分(粒径级配粒径级配)一、土粒粒度与粒组一、土粒粒度与粒组 粒度粒度(granularity)：粒组粒组(fraction,grain group)：粒组的划分粒组的划分天天然然土土是是由由大大小小不不同同的的颗颗粒粒组组成成的的，土土粒粒的的大大小小称称为为粒粒度度,通通常常以以粒粒径径（mm）表示。）表示。介介于于一一定定粒粒度度范范围围内内工工程程性性质质相相似似的的土粒，称为粒组。土粒，称为粒组。见见P12表表1-1.块石块石/漂石漂石粒组的粒组的 划分原则划分原则总原则：总原则：工程性质由量变到质变的某一范围粒径的土粒工程性质由量变到质变的某一范围粒径的土粒分为一组。分为一组。具体：具体：在一定粒度范围内，工程地质性质相近；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；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。服从一定的数学规律，便于记忆。粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒角砾角砾/圆砾圆砾卵石卵石/碎石碎石0.005mm0.075mm2mm60mm200mm土的分类标准土的分类标准(GB/T50145-2007)巨粒巨粒粗粒粗粒细粒细粒19 筛分法分法：d0.075mm粗粒土粗粒土二、粒度成分的测定方法二、粒度成分的测定方法筛分法（筛分法（d0.075mm的土）的土）沉降分析法沉降分析法密度计法密度计法利用不同大小的利用不同大小的土粒在水中的沉土粒在水中的沉降速度不同来确降速度不同来确定小于某粒径的定小于某粒径的土粒含量的方法。土粒含量的方法。d0.075mm 密度计法密度计法d10，级配良好砾类土砾类土砂类土砂类土Cc=13级配良好级配良好Cu 5，匀粒土，级配不良Cu5固固体体颗颗粒粒次生矿物次生矿物原生矿物原生矿物矿矿物物质质有机质有机质石英、长石、云母等石英、长石、云母等粘土矿物：蒙脱石、粘土矿物：蒙脱石、伊利石、高岭石等伊利石、高岭石等可溶盐：可溶盐：NaCl、CaCO3等等无定型氧化物胶体无定型氧化物胶体固体颗粒矿物成分固体颗粒矿物成分1.2.2 土粒的矿物成分土粒的矿物成分原生矿物：原生矿物：原岩经物理风化生成的土粒，成分与母岩完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、云母等全相同，如石英、长石、云母等；颗粒较粗，一般为；颗粒较粗，一般为无粘性土；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑无粘性土；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑性；性；角闪石角闪石石英石英长石长石云母云母石英石英 晶体晶体云母云母 晶体晶体 次生矿物：次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。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、脱石，形成粘性土。片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。有塑性。蒙 脱 石1.3 土中水和土中气土中水和土中气 1.3.1 1.3.1 土中的水土中的水土孔隙中的水土孔隙中的水（）非结合水非结合水（自由水）（自由水）结合水结合水液态水液态水气态水气态水(水蒸气水蒸气)固态水固态水(冰冰)强结合水强结合水(吸着水吸着水)弱结合水弱结合水(薄膜水薄膜水)毛细水毛细水(过渡型水过渡型水)重力水重力水(自由水自由水)矿物中的结合水矿物中的结合水 (结晶水结晶水)土中的水土中的水1.结合水：结合水：大多数粘土颗粒表面带有净的负电荷阳大多数粘土颗粒表面带有净的负电荷阳粒子粒子:v强结合水强结合水v弱结合水弱结合水 (1)强结合水强结合水(吸着水吸着水)性质特点：水分子完全失去自由活动能力，排列紧密、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；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，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。粘性土只含强结合水时呈固态，碾碎后呈粉状。(2)弱结合水弱结合水(薄膜水薄膜水)性质特点：水分子不完全失去自由活动能力，定向排性质特点：水分子不完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，比普通液态水列，但程度较弱；密度较强结合水小，比普通液态水大，可达大，可达1.31.7g/cm3；具有较高的粘滞性、弹性、；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。弱结合水弱结合水层的厚度的大小是决定细粒土物理力学性层的厚度的大小是决定细粒土物理力学性质的重要因素。质的重要因素。v2.自由水自由水（1）重力水：地下水位以下，在重力或水头压力作重力水：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。用下可以自由运动；对土粒有浮力作用。（2）毛细水毛细水毛毛 细 管管 hc 空空气气 固体固体 水水 l 毛细压力毛细压力土中毛细现象土中毛细现象土中气土中气？1.3.2 1.3.2 土中的气相土中的气相 1.1.成分：以成分：以O O2 2、COCO2 2、N N2 2、H H2 2为主为主 2.2.状态状态 (1)(1)非封闭气体非封闭气体(自由气体自由气体)与大气相通，受外荷与大气相通，受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。(2)(2)封闭气体封闭气体 吸附于土粒表面或溶于水中，与大吸附于土粒表面或溶于水中，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，称为稳定的历时。有封闭气体的土，称为“橡皮土橡皮土”，降降低土的透水性和使土不易压实等，工程中决不允许；低土的透水性和使土不易压实等，工程中决不允许；v选择题：选择题：1.由某土的颗粒级配累计曲线得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，则该土的不均匀系数cu为为()A.416.7 B.4167 C.2.410-3 D.12.532.若甲、乙两种土的不均匀系数相同，则两种若甲、乙两种土的不均匀系数相同，则两种土的土的()A.颗粒级配累计曲线相同颗粒级配累计曲线相同 B.有效粒径相同有效粒径相同 C.限定粒径相同限定粒径相同 D.限定粒径与有效粒径之比值相同限定粒径与有效粒径之比值相同v判断题判断题1.只要不均匀系数只要不均匀系数cu55，则可判断该土为级配，则可判断该土为级配良好土。良好土。2.2.填方工程中，通常选取级配良好的土作为填填方工程中，通常选取级配良好的土作为填方材料，以利于压实或夯实。方材料，以利于压实或夯实。3.3.土孔隙中的水可分为结合水和重力水。土孔隙中的水可分为结合水和重力水。4.4.结合水是液态水的一种，故能传递静水压力。结合水是液态水的一种，故能传递静水压力。5.5.粘性土具有一定的可塑性是因为土中含有较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。多的强结合水。44 基本结构单元：硅基本结构单元：硅-氧四面体氧四面体 铝铝-氢氧八面体氢氧八面体45 硅氧晶片硅氧晶片46 铝氢氧晶片铝氢氧晶片47 水分子水分子 弱联结弱联结 遇水膨胀、失水收缩遇水膨胀、失水收缩48 钾离子钾离子 弱联结弱联结49 强的氢键联结强的氢键联结v比表面积比表面积的概念的概念 单位体积（或质量）颗粒的总表面积。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？颗粒越细，比表面积越大或越小？比表面积越大，带的电越多，吸附能力越强比表面积越大，带的电越多，吸附能力越强1.4.2 粘粘粒与水的相互作用粒与水的相互作用1.1.粘土颗粒的带电性粘土颗粒的带电性v电动现象电动现象(1)电泳电泳(2)电渗电渗v带电的原因带电的原因:(1)解离作用解离作用(2)吸附作用吸附作用(3)同晶置换同晶置换(4)边缘断裂边缘断裂2.2.双双电层 的概念的概念强强 结结 合合水水 弱弱 结结 合合水水(1)固定层固定层(2)扩散层扩散层 *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。水分子着眼，则称结合水层。土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结空间排列和相互联结空间排列和相互联结1.5 1.5 土的结构和构造土的结构和构造力学特性力学特性土的结构土的结构重塑土的强度重塑土的强度原状土的强度原状土的强度土的构造土的构造+同一土层中物质成分、同一土层中物质成分、同一土层中物质成分、同一土层中物质成分、颗粒大小相近的各部分颗粒大小相近的各部分颗粒大小相近的各部分颗粒大小相近的各部分之间的相互关系的特征之间的相互关系的特征之间的相互关系的特征之间的相互关系的特征影响影响分类：分类：(1)单粒结构单粒结构 砂层，砾石层砂层，砾石层(2)蜂窝结构蜂窝结构 粉粒粉粒(粒径粒径0.0750.005mm）(3)絮状结构絮状结构 粘粒粘粒（粒径（粒径0.005mm）2 2、土的结构、土的结构*指土颗粒的大小、形状、表指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。关系的综合特征。-粗粒土的结构粗粒土的结构 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分单粒结构单粒结构示意图示意图重力，毛细力重力，毛细力点与点、点与面点与点、点与面原生矿物原生矿物疏疏松松紧紧密密D D0.075mm0.075mm-细砂、粉粒土的结构细砂、粉粒土的结构 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分蜂窝结构蜂窝结构重力，表面力重力，表面力蜂窝状蜂窝状主要是原生矿物主要是原生矿物d=0.0750.005mmd=0.0750.005mm-粘粒土的结构粘粒土的结构 粒间作用力粒间作用力 形成环境形成环境 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加）（斥力减小引力增加）示意图示意图表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势）（粒间斥力占优势）淡水中沉积淡水中沉积海水中沉积海水中沉积次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物面与面面与面边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边絮状结构絮状结构D D0.005mm0.005mm絮状结构絮状结构-d0.005mm絮状结构絮状结构天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。另一种结构。3 3、土的构造、土的构造类型：层理构造、类型：层理构造、裂隙构造裂隙构造*定义：指同一土层中成分和大定义：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。互关系的特征。结核状构造结核状构造*主要特征：成层性、裂隙性主要特征：成层性、裂隙性裂隙构造裂隙构造对于第四纪的沉积层最主要的构造特征是成层对于第四纪的沉积层最主要的构造特征是成层v比较以下概念比较以下概念1.粘土矿物、粘粒、粘性土粘土矿物、粘粒、粘性土2.粒径、粒度、粒组粒径、粒度、粒组