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1、第一章 土的物理性质及工程分类1.1 土的组成与结构构造主讲:朱永主讲:朱永1.1 土的组成与结构构造能力目标能力目标掌握土的成因、组成掌握土的成因、组成根据土的级配判断土的根据土的级配判断土的好坏好坏了解土的结构、构造了解土的结构、构造1.1 土的组成与结构构造1土的成因土的成因2土的组成土的组成3土的结构土的结构岩石岩石地球土土地球 风风化化搬运、沉积搬运、沉积土中贯穿着孔隙,孔隙当中存在水和空气土中贯穿着孔隙,孔隙当中存在水和空气物理风化物理风化化学风化化学风化生物风化生物风化无粘性土无粘性土粘性土粘性土有有 机机 质质土的成因土的组成土是土是固体颗粒固体颗粒、水水和和空空气气的混合物,
2、常称为三的混合物,常称为三相系。相系。固相固相:土的颗粒,构成土土的颗粒,构成土的骨架;的骨架;液相液相:土体孔隙中的水及土体孔隙中的水及其溶解物;其溶解物;气相气相:孔隙中的空气孔隙中的空气土土粒粒气气体体孔孔隙隙水水物理状态物理状态力学特性力学特性土粒的土粒的大小大小土粒的土粒的形状形状矿物矿物成分成分组成组成情况情况1.1.1 土中固体颗粒1.1.1.1 土的颗粒级配颗粒大小颗粒大小粒组粒组:按粗细进行分组,即按粒径大小和性按粗细进行分组,即按粒径大小和性质相近的原则划分。质相近的原则划分。界限粒径界限粒径:划分粒组的分界尺寸。划分粒组的分界尺寸。圆砾圆砾卵石卵石 漂石漂石d(mmd(m
3、m)0.005602000.0752砂粒砂粒粉粒粉粒黏粒黏粒粘性土粘性土无粘性土无粘性土1.1.1.1 土的颗粒级配颗粒颗粒大小大小土的性质土的性质颗粒颗粒级配级配1.1.1.1 土的颗粒级配定义定义工程上将各种不同的土粒按其粒径范围,划工程上将各种不同的土粒按其粒径范围,划分为若干粒组,为了从量上说明土颗粒的组分为若干粒组,为了从量上说明土颗粒的组成情况,通常用土中成情况,通常用土中各粒组质量各粒组质量占占土粒总质土粒总质量量的的百分数百分数来表示来表示,称为,称为土的颗粒级配。土的颗粒级配。筛分法比重计法直接测定粗粒土(0.075mmd60mm)确定方法4块石、卵石块石、卵石 (d60mm
4、)表述方法:表述方法:土的颗粒级配土的颗粒级配曲线曲线筛分法筛分法筛分法筛分法筛分法筛分法筛分法细粒土(d 0.075mm)表述方法:表述方法:列表法列表法1.1.1.1 土的颗粒级配筛分法用一套孔径不同的用一套孔径不同的筛子,按从筛子,按从上至下上至下筛孔逐渐减小筛孔逐渐减小放置。放置。将事先称过质量的将事先称过质量的烘干土样过筛,称烘干土样过筛,称出留在各筛上的土出留在各筛上的土质量,然后计算其质量,然后计算其占总土粒质量的百占总土粒质量的百分数。分数。比重计法单击此处添加段落文字内容单击此处添加段落文字内容单击此处添加段落文字内容1比重计法比重计法利用不同大小利用不同大小的土粒在水中的土
5、粒在水中的的沉降速度沉降速度与与粒径粒径的理论关的理论关系测得颗粒级系测得颗粒级配。配。1.1.1.1 土的颗粒级配1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数()小于某粒径之土质量百分数()105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)d60d10d30土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线文字内容文字内容特征粒径:特征粒径:有效粒径有效粒径文字内容连续粒径连续粒径限定粒径限定粒径1.1.1.1 土的颗粒级配小于某粒径的土的质小于某粒径的土的质量占总土质量的量占总土质量的60%小于某粒径的土的质小于某粒径的土的质量占总土质量的量占
6、总土质量的10%小于某粒径的土的质小于某粒径的土的质量占总土质量的量占总土质量的30%级配指标级配指标-评价土的级配优劣评价土的级配优劣 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述描述粒径分布的粒径分布的均匀程度均匀程度。曲率系数曲率系数CcCc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态,配曲线整体形态,表明表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况 。1.1.1.1 土的颗粒级配曲线较陡,级配不良曲线平缓,级配良好定量不均匀系数Cu曲率系数Cc定性评价方法1.1.1.1 土的颗粒级配粒径级配累积曲线及指标的用途:粒径级配累积曲线及指标的用途:1 1)可直接求得各粒组的颗粒含量及粒径分布的均匀程度
7、;)可直接求得各粒组的颗粒含量及粒径分布的均匀程度;2 2)不均匀系数)不均匀系数C Cu u用于判定土的用于判定土的不均匀不均匀程度:程度:C Cu u 5,5,不均匀土;不均匀土;C Cu u 5,3 或或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4 4)不均匀系数不均匀系数C Cu u和曲率系数和曲率系数C Cc c用于判定土的级配优劣:用于判定土的级配优劣:如果如果 Cu 5且且 C c =1 3,级配良好的土;级配良好的土;如果如果 Cu 3 或或 Cc 1,级配不良的土。级配不良的土。1.1.1.2 土粒的矿物成分物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质
8、变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物仅大小、形状发生了变化,仅大小、形状发生了变化,成分与母成分与母岩相同岩相同,化学成分并没有变化,性质,化学成分并没有变化,性质比较稳定。比较稳定。化学风化不仅使大小、形状发生了变化学风化不仅使大小、形状发生了变化,同时形成了化,同时形成了新新的矿物,的矿物,成分与母成分与母岩完全不同。岩完全不同。1.1.1.2 土粒的矿物成分原生矿物:原生矿物:石英石英、长石、云母、长石、云母次生矿物:次生矿物:高岭石、伊利石、蒙脱石高岭石、伊利石、蒙脱石特征:特征:无粘性、无粘性、透水性较透水性较大、压缩大、压缩性较低。性较低。特征:特征:性质较不稳性质较不稳定,具有较定
9、,具有较强的亲水性,强的亲水性,遇水易膨胀。遇水易膨胀。云母云母高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石1.1.2 土中水土中水的含量明显地影响土的性质土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性尤其是粘性土土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外固体颗粒的晶格内部外,存在于土中的液态水分存在于土中的液态水分为为结合水结合水和和自由水自由水。1.1.2 土中水 强结合水强结合水 弱结合水弱结合水结合水结合水紧靠于颗粒表面紧靠于颗粒表面、所、所受电场的作用力很大、受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接丧失液
10、体的特性而接近于固体近于固体 紧靠强结合水的外围紧靠强结合水的外围形成的结合水膜,所形成的结合水膜,所受的电场作用力随着受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减与颗粒距离增大而减弱。弱。结合水1.1.2 土中水重力水重力水毛细水毛细水在重力作用下可在土中自在重力作用下可在土中自由流动,存在于地下水位由流动,存在于地下水位以下的透水层中,对土粒以下的透水层中,对土粒有浮力作用。有浮力作用。存在于地下水位以上的透存在于地下水位以上的透水层中,在重力与表面张水层中,在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙力作用下可在土粒间空隙中自由移动。中自由移动。自自由由水水自由水1.1.3 土中气体土中气体存在于土孔隙
11、中未被水占据的部土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分,分为分,分为与大气连通的非封闭气体与大气连通的非封闭气体和和与大与大气不连通的封闭气体气不连通的封闭气体。1.1.3 土中气体非封闭气体非封闭气体封闭气体封闭气体受外荷作用时被受外荷作用时被挤出土体外,挤出土体外,对对土的性质影响不土的性质影响不大大。受外荷作用,不能逸出,受外荷作用,不能逸出,被压缩或溶解于水中,被压缩或溶解于水中,压力减小时能有所复原,压力减小时能有所复原,对土的性质有较大的影对土的性质有较大的影响响,使土的渗透性减小,使土的渗透性减小,弹性增大和延长土体受弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历力后变形达到稳定的历时
12、。时。1.1.4 土的结构土的结构:土的结构:是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关系的综是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关系的综合特征,具体来说是指:合特征,具体来说是指:(1 1)土颗粒本身的特点:土颗粒大小、形状和摩圆度及)土颗粒本身的特点:土颗粒大小、形状和摩圆度及表面性质(粗糙度)等。表面性质(粗糙度)等。(2 2)土颗粒之间的相互关系特点:粒间排列及其连结性)土颗粒之间的相互关系特点:粒间排列及其连结性质。质。1.1.4 土的结构单粒结构单粒结构粗大土粒在水或空气中在自重作用下粗大土粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构,沉落形成的单粒结构,全部由砂粒及全部由砂粒及更粗土粒组成更
13、粗土粒组成。根据形成条件不同,。根据形成条件不同,可分为可分为疏松状态疏松状态和和紧密状态紧密状态 。蜂窝结构蜂窝结构主要由主要由粉粒(粉粒(0.0750.0750.005mm)0.005mm)组成的组成的土土的结构。颗粒间点与点接触,由于的结构。颗粒间点与点接触,由于彼此之间彼此之间引力大于重力引力大于重力,接触后,不,接触后,不再继续下沉,形成土粒链再继续下沉,形成土粒链,很多链环联很多链环联结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构。结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构。单粒结构密实状态密实状态疏松状态疏松状态蜂窝结构蜂窝结构蜂窝结构1.1.4 土的结构絮状结构絮状结构由由黏粒集合体黏粒集合体组成的结构形式。黏粒组成的结构形式。黏粒能够在水中长期悬浮,不因自重而下能够在水中长期悬浮,不因自重而下沉。当这些悬浮在水中的黏粒被带到沉。当这些悬浮在水中的黏粒被带到电解质浓度较大的环境中,黏粒凝聚电解质浓度较大的环境中,黏粒凝聚成絮状的集粒而下沉,并相继和已沉成絮状的集粒而下沉,并相继和已沉积的絮状集粒接触,而形成积的絮状集粒接触,而形成类似蜂窝类似蜂窝而孔隙很大而孔隙很大的絮状结构。的絮状结构。絮状结构絮状结构絮状结构谢谢大家!
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