土的组成与构造.ppt

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1、土的组成与构造土的组成与构造 土随着生成环境、物质成分、形成年代的不土随着生成环境、物质成分、形成年代的不同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体，同，工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体，如软土、黄土、填土等。如软土、黄土、填土等。因此在建筑物设计前，因此在建筑物设计前，必须充分了解、必须充分了解、研究建筑场地土研究建筑场地土(岩岩)层的层的工程地工程地质条件质条件并作出正确的评价。并作出正确的评价。由于土是以矿物颗粒组成骨架的由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集松散颗粒集合体（松散体介质），合体（松散体介质），必须通过专门的土工试验必须通过专门的土工试验技术进行研究。技术进行研究。u

2、基础基础：将结构承受的各种作用传递到地基：将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。上的结构组成部分。基础依据埋置深度不基础依据埋置深度不同划分为浅基础、深基础。同划分为浅基础、深基础。u地基地基：为支承基础的土体或岩体。在结构：为支承基础的土体或岩体。在结构物基础底面下，承受由基础传来的荷载，物基础底面下，承受由基础传来的荷载，受建筑物影响的那部分地层。地基分为天受建筑物影响的那部分地层。地基分为天然地基、人工地基。然地基、人工地基。地基与基础示意图（二）地基与基础示意图（二）二、土的三相组成及土的结构二、土的三相组成及土的结构2.12.1 土的固体颗粒（固相）土的固体颗粒（固相）2.

3、2 2.2 土中水和气土中水和气2.3 2.3 土的结构与构造土的结构与构造一、绪一、绪 论论1 1、基本概念、基本概念形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学性质物理力学性质影响影响土土矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。搬运、沉积搬运、沉积搬运、沉积搬运、沉积 风风化化岩石岩石地球土土地球2.1 2.1 土的固体颗粒（固相骨架）土的固体颗粒（固相骨架）图图2.1 2.1 土的三相组成示意图土的三相组成示意图土的三相土的三相水（液态、固态）水（液态、固态）气体气体固体颗粒（骨架）固体颗粒（骨架）土骨架间布满相互贯通的孔隙，土骨架间布满相互贯通的孔隙，这些孔隙有时完

4、全被水充满，称为这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土饱和土。有时一部分被水占据，另。有时一部分被水占据，另一部分被气体占据，称为一部分被气体占据，称为非饱和土非饱和土；有时也可能完全充满气体，称为有时也可能完全充满气体，称为干干土土。（1 1）土颗粒的矿物成分）土颗粒的矿物成分固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。u土的矿物成分土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作用、搬运及沉积作用。用、搬运及沉积作用。u土

5、的固体颗粒物质成分有两大类：土的固体颗粒物质成分有两大类：原生矿物原生矿物。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩。指物理风化产生的粗颗粒矿物，具有原来岩石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。石的矿物成分。常见的有长石、石英、云母等。次生矿物次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。物。它们颗粒细小，呈片状，是粘性土固相的主要成分。（2 2）土颗粒粒组）土颗粒粒组u土粒的大小称为土粒的大小称为粒度粒度。u工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为组，称为

6、粒组粒组。表格法表示的粒组划分粒组统称粒组名称粒径d范围（mm）分析方法 主 要 特 征巨 粒漂石（块石）粒 d200 直接测定 透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛细性。卵石（碎石）粒 20d200 粗粒砾粒粗砾 10d20 筛分法 透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。细砾2d10砂粒粗砂0.5d2 中砂 0.25d0.5 细砂0.05d0.25 细粒粉粒 0.005d0.075 静水沉降原理 透水性小，压缩性中等，毛细上升高度大，微粘性。粘粒 d0.005 透水性极弱，压缩性变化大，具粘性和可塑性。巨大的漂石巨大的漂石粘土细细砂砂粗粗砂砂碎碎碎碎石石石石卵石卵石卵石卵石（3 3

7、）土的颗粒级配）土的颗粒级配 颗粒级配：颗粒级配：土中各粒组的相对含量，以各土中各粒组的相对含量，以各粒组重量粒组重量与与土粒土粒总重量总重量比值的百分数表示。比值的百分数表示。要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大要了解天然土颗粒的组成情况，不仅要了解土颗粒的大小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇小，而且要了解各种颗粒所占的比例。因为在自然界很难遇到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。到单一粒组所组成的土，绝大多数都是由几种粒组混合组成。u颗粒级配的表示方法：颗粒级配的表示方法：土的颗粒级配曲线（土的颗粒级配曲线（图图2.52.5）。）。u颗粒级配好

8、坏的评定方法：颗粒级配好坏的评定方法：颗粒级配曲线形态直观判断：颗粒级配曲线形态直观判断：曲线平缓表示粒径大小相曲线平缓表示粒径大小相差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（差悬殊，颗粒不均匀，级配良好（如图如图2.52.5曲线曲线B B）；反之，）；反之，则颗粒均匀，级配不良（则颗粒均匀，级配不良（图图2.52.5曲线曲线A A、C C）。图图2.5 2.5 土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线（续）（续）计算土的计算土的不均匀系数不均匀系数C Cu u和和曲率系数曲率系数C Cc c，来反映，来反映土颗粒级土颗粒级配的不均匀程度配的不均匀程度。可以定量说明问题。可以定量说明问题。式中式中:d d6060

9、颗粒含量小于颗粒含量小于6060的粒径；的粒径；d d1010颗粒含量小于颗粒含量小于1010的粒径；的粒径；d d3030颗粒含量小于颗粒含量小于3030的粒径；的粒径；（续）（续）不均匀系数不均匀系数CuCu 反映了大小不同粒组的分布情况，反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数曲率系数CcCc 描述了级配曲线分布的整体形态：描述了级配曲线分布的整体形态：当当CuCu 5 5且且CcCc=1 13 3 时，级配良好；时，级配良好；反之，级配不良。反之，级配不良。（4 4）颗粒分析试验）颗粒分析试验 颗粒分析试验：颗粒分析试验：确定土中各个粒组相对含量的方法。确定土中各个粒组相对含量的方法。筛

10、分法。筛分法。适用于粒径大于适用于粒径大于0.1mm0.1mm的粗粒土。的粗粒土。用一套标用一套标准筛（筛子孔径分别为准筛（筛子孔径分别为6060、4040、2020、1010、7 7、5 5、2 2、1 1、0.50.5、0.250.25、0.10.1、0.075mm0.075mm），将分散了的有代表性的试样倒入标），将分散了的有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。密度计法和移液管法。密度计法和移液管法。适用于粒径小于适用于粒径小于0.

11、1mm0.1mm的细粒土。的细粒土。筛分法就是用一套标准筛分法就是用一套标准筛子如孔直径筛子如孔直径(mm)(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的有代将烘干且分散了的有代表性的试样倒入标准筛表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级含量，即得土的颗粒级配。配。105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图筛分法原理图筛分法筛分法2.2 土中水和气

12、土中水和气（1 1）土中水的存在形态）土中水的存在形态土中水土中水 液态水液态水自由水自由水结合水结合水气态水气态水强结合水强结合水弱结合水弱结合水固态水固态水(内部结晶水、结合水内部结晶水、结合水)重力水重力水毛细水毛细水图图2.6 2.6 土颗粒吸附水示意图土颗粒吸附水示意图基本概念基本概念u固态水固态水又称矿物内部结晶水或内部结合水，是指存在于又称矿物内部结晶水或内部结合水，是指存在于 土颗粒矿物的土颗粒矿物的晶体格架内部晶体格架内部或是或是参与矿物构造参与矿物构造的水。的水。u结合水结合水指受指受电分子吸引力作用电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。吸附于土粒表面的土中水。这种电分子

13、吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。结合水分为土粒表面牢固地粘结在一起。结合水分为强结合水强结合水和和弱结弱结合水合水两种。两种。u自由水自由水存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。它存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。它的性质与普通水一样，能够传递静水压力，冰点为的性质与普通水一样，能够传递静水压力，冰点为00，有溶解盐类的能力有溶解盐类的能力。自由水按所受作用力的不同，又可分为自由水按所受作用力的不同，又可分为重力水重力水和和毛细毛细水水两种。两种。基本概念基本概念u重力水重力水存在于地下水位存在于地下水

14、位以下以下、土颗粒电分子引力范围以外的水，土颗粒电分子引力范围以外的水，因为在本身重力作用下运动，故因为在本身重力作用下运动，故称为重力水。称为重力水。u毛细水毛细水受到水与空气交界面处受到水与空气交界面处表面张力的作用、存在于地下水表面张力的作用、存在于地下水位位以上以上的透水层中自由水（图的透水层中自由水（图2.72.7所示）。所示）。土的毛细现象是指土中水在土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及向其他方向移动的现象。向上及向其他方向移动的现象。图图2.7 2.7 土中毛细水升高示意图土中毛细水升高示意图（2 2）土中气体）土中气体 土中的气

15、体存在于孔隙中未被水所占据土中的气体存在于孔隙中未被水所占据的部位。的部位。在在粗颗粒粗颗粒的沉积物中常见到与大气相连的沉积物中常见到与大气相连通的空气，它对通的空气，它对土的工程性质影响不大。土的工程性质影响不大。在在细颗粒细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭气中则存在与大气隔绝的封闭气泡含气体的土称为泡含气体的土称为非饱和土非饱和土。单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，作用下沉落形成的单粒结构，其特点其特点是土粒是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态可分为疏松状态

16、和密实状态 密实状态密实状态疏松状态疏松状态2.3 2.3 土的结构与构造土的结构与构造一、土的结构一、土的结构絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构沉，形成孔隙较大的絮状结构 絮状结构絮状结构蜂窝结构蜂窝结构蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继此之间引力大

17、于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位续下沉，形成链环单位,很多链环联结很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 二、土的构造二、土的构造 层状构造层状构造：土粒在沉积过程土粒在沉积过程中，由于不同的地质作用中，由于不同的地质作用和沉积环境条件，大体相和沉积环境条件，大体相同的物质成分和土粒大小同的物质成分和土粒大小在水平方向沉积成一定厚在水平方向沉积成一定厚度，呈现成层特征。度，呈现成层特征。结核构造：结核构造：在细粒土中明显掺有大颗粒或在细粒土中明显掺有大颗粒或聚集的结合体，贝类等杂物。聚集的结合体，贝类等杂物。裂隙构造：裂隙构造：土层中存在的各种裂隙，如土层中存在的各种裂隙，如黄土层中存在的柱状裂隙。裂隙面是土黄土层中存在的柱状裂隙。裂隙面是土中软弱结构面，浸水后裂隙张开，工程中软弱结构面，浸水后裂隙张开，工程性质更差。性质更差。