土力学课件2011-1-土的组成.ppt

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1、第第1章章 土的组成土的组成第第1章章 土的组成土的组成1.土广泛存在于地表，工程性质差别大：土的成土广泛存在于地表，工程性质差别大：土的成分与结构导致，取决于土的成因；分与结构导致，取决于土的成因；2.土是岩石风化的产物，主要是物理风化和化学土是岩石风化的产物，主要是物理风化和化学分化；分化；3.根据成因分为七类土；根据成因分为七类土；4.土具有散体性、多相性、自然变异性。土具有散体性、多相性、自然变异性。5.土中固体颗粒的及颗粒级配分析、土中水、土土中固体颗粒的及颗粒级配分析、土中水、土中气、粘土颗粒与水的相互作用、土的结构与中气、粘土颗粒与水的相互作用、土的结构与构造。构造。第第1章章

2、土的组成土的组成1.掌握：土粒粒组的划分、粒度成分掌握：土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、三种亲水性粘土矿物、分析方法、三种亲水性粘土矿物、土中水类型；土中水类型；2.熟悉：矿物成分与粒组的关系、粘熟悉：矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水的相互作用，土的三种土颗粒与水的相互作用，土的三种微观结构、土的层理构造、裂隙及微观结构、土的层理构造、裂隙及大孔隙等宏观结构；大孔隙等宏观结构；3.了解：土中气在细粒土中的作用。了解：土中气在细粒土中的作用。土的来源1.1 概述土土的的形形成成：地地质质历历史史的的产产物物，是是地地球球表表面面的的整整体体岩岩石石在在大大气气中中经经受受自自然然力力和和自自

3、然然环环境境的长期风化作用形成。的长期风化作用形成。反反向向过过程程：土土经经过过很很长长的的地地质质年年代代，发发生生复复杂杂的的物物理理化化学学变变化化，逐逐渐渐压压密密、岩岩化化，最最终又可形成岩石。终又可形成岩石。循环演变循环演变：岩石：岩石土土岩石岩石土土。重复进行。重复进行。地质概念地质概念：第四纪地质：（第四纪地质：（1 1）更新世：）更新世：从2588000年前到12000年前 （2 2）全新世：）全新世：12000年前至现在 新新近近代代沉沉积积土土：第第四四纪纪全全新新世世中中近近期期（文文化化期期以以来来）沉沉积积的的土土层层。一一般般呈呈欠欠固固结结状状态态，具具有有较

4、较高高的的压压缩缩性性和和较较低低的的强强度度，结结构构不不稳稳定定（GB50021-2001规范）。规范）。1.1.1 土的生成和演变（1）物理风化l地质构造力；温度变化；冰冻作用；碰撞作用l颗粒大小发生改变，化学成分保持不变。（2）化学风化l水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用l矿物化学成分变化，形成次生矿物。l 正长石 高岭石(水解)（3）生物风化l 植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用 l 动植物或人类活动的影响。1.1.2 风化作用使某一化合物裂解成两个或多使某一化合物裂解成两个或多个较简单化合物的化学过程。个较简单化合物的化学过程。小结：（1）物理风化 （2）化学风化 （3）生

5、物风化需要注意：a、上述风化作用常常是同时存在的。b、不同地区，自然条件不同，风化作用有主次。c、风化作用由地表向下逐渐减弱1.1.3 不同生成条件下土的特点1.残积土概念：母岩经风化作用破碎成为岩屑或细小颗粒，残留原地。特点：颗粒表面粗糙、多棱角、粗细不均、无层理。2.搬运土概念：风化所形成的土颗粒，受自然力作用，搬运到远近不同的地点沉积。特点：颗粒经滚动和摩擦作用而变圆滑。受水流等自然力的分选作用而形成不同的层次，粗颗粒下沉快，细颗粒下沉慢。搬运土分类：l坡积土l风积土l冲积土l洪积土l湖泊沼泽沉积土l海相沉积土l冰积土 1.1.4 土的沉积与成岩作用成岩作用：土经过搬运和沉积，经过一系列

6、变化，最后固结成坚硬的岩石(沉积岩)。几种作用：压固脱水、胶结、重结晶沉积岩。(见图1-1)图1-1 土与岩石的相互转化1.1.5 1.1.5 土的物质组成：散体，多相，变异土的物质组成：散体，多相，变异 1.2 土中固体颗粒（土的固相）1.1.粒组的划分和颗粒级配曲线粒组的划分和颗粒级配曲线（1 1）几个基本概念）几个基本概念粒度粒度:土粒的大小称为粒度。土粒的大小称为粒度。粒度成分：不同粒径颗粒的相对含量。粒度成分：不同粒径颗粒的相对含量。粒组：大小相近的土粒合并为组。粒组：大小相近的土粒合并为组。a a、粒组间的分界线是人为划定的、粒组间的分界线是人为划定的;b b、划分时应使粒组界限与

7、粒组性质的变化相适应、划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应;c c、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。d d、表、表2-12-1给出国内常用的粒组划分方法。给出国内常用的粒组划分方法。表表2-1 2-1 粒组的划分粒组的划分（2 2）颗粒级配和颗粒分析试验）颗粒级配和颗粒分析试验a.筛分法：适用于粒径大于筛分法：适用于粒径大于0.075mm的粗颗粒土。的粗颗粒土。图图6 摆筛图摆筛图筛分法：适用于粒径大于0.075mm的土适用于粒径小于适用于粒径小于0.075mm的细颗粒土。的细颗粒土。斯托克斯斯托克斯(stokes)(stokes)定理：颗粒下

8、沉速度与颗粒直径的平方成正比。定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比。c.综合分析综合分析 筛分法和密度计法结合筛分法和密度计法结合密度计法：密度计法：比重计法：适用于粒径小于0.075mm的土（3）颗粒级配曲线）颗粒级配曲线用半对数纸表示颗粒级配曲线横坐标(按对数比例尺)：表示某一粒径（d）；纵坐标：表示小于某一粒径的土粒百分含量（%）。由颗粒级配曲线可知道某一粒径范围的百分含量！问题：如何判断级配的好坏？两个指标表示大小、均匀程度及其级配情况 不均匀系数：d d6060（限定粒径）（限定粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的60%60%d d1010（有效粒径）（有效粒径

9、）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的10%10%q该该指指标标考考虑虑了了大大颗颗粒粒和和小小颗颗粒粒含含量量的差异；的差异；qCuCu愈大，颗粒愈不均匀；愈大，颗粒愈不均匀；d d3030（连续粒径）（连续粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的30%30%曲率系数：q该该指指标标考考虑虑了了中中间间粒粒径的影响；径的影响；qCcCc大大于于3 3，曲曲率率变变化化快，土均匀；快，土均匀；qCcCc小小于于1 1，曲曲率率变变化化平缓，中间颗粒少；平缓，中间颗粒少；a、级配良好土：曲线光滑连续，不存在平台段，坡度平缓 满足Cu5及Cc=1-3两个条件 （图2-2的

10、B土曲线）（4）土级配优劣的标准）土级配优劣的标准图1-2 土的颗粒级配曲线b、级配不良土：级配曲线坡度陡峭，粗细颗粒均匀；级配曲线存在平台段，即存在不连续粒径。不能同时满足Cu5及Cc=1-3两个条件 （图2-2的C土和A土曲线）图1-2 土的颗粒级配曲线颗粒分析试验曲线 例例1-11-1：取天然土样：取天然土样500g500g，试用筛分法测定其粒组含量。，试用筛分法测定其粒组含量。例题例题2.1 2.1 粗粒部分筛分试验结果粗粒部分筛分试验结果图1-3 细颗粒土试验结果土的矿物成分与粒组关系（图土的矿物成分与粒组关系（图1-4）图1-6 土的矿物成分与粒组的关系铁、铝是磷矿中常见的三价金属

11、杂质,通常称为倍半氧化物 水云母族(也称伊利石族)矿物的总称 1.3.11.3.1土中的水土中的水 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(尤其是粘性土尤其是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体。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，还存在结合水和自由水颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水1.结合水结合水强结合水：强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水：弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水

12、膜，所紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱 2.自由水自由水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传递水压力，冰点为传递水压力，冰点为0，有溶解能力，有溶解能力 以两种形式存在：以两种形式存在：毛细水、重力水毛细水、重力水结合水示意图电泳和电渗毛细管水上升高度的影响因素孔隙大小和形状 粒径尺寸 水的表面张力1.3.2 1.3.2 土中气体土中气体 土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为分为与大气连通的非封闭气体与大气

13、连通的非封闭气体和和与大气不连与大气不连通的封闭气体通的封闭气体1.非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大土的性质影响不大 2.封闭气体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时和延长土体受力后变形达到稳定的历时 1.4粘土颗粒与水的相互作用蒙脱石：吸水膨胀特性最明显高岭石:其次伊利石：最小1.5.1 1.5

14、.1 土的结构土的结构 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关关 1.单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落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，形成的单粒结构，其特点其特点是土粒间存在点与点的接触。根是土粒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据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态 密实状态密实状态疏松状态疏松状态2.蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大

15、颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 3.絮状结构絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，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。当悬液介质发生变化时，土粒表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度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物面的弱结合水厚度减薄，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下沉，形成孔隙较大的絮状结构 蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构1.5土的结构性

16、土的结构性：指土的物质组成(主要指土粒，也包括孔隙)的空间相互排列，以及土粒间的联结特征的综合。土结构的影响：对土的物理力学性质有重要的影响。土结构的变化和意义：土的结构在形成过程中及形成之后，当外界条件变化时都会使土的结构发生变化。1.5.21.5.2、土的构造、土的构造 土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性二者都造成了土的不均匀性 1.层理构造：层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中,由于由于不同阶段不同阶段沉积沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿而沿竖向竖向呈现出成呈现出成层特征层特征 2.裂隙构造：裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所土体被许多不连续的小裂隙所分割分割,在在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物