土力学：土的组成课件.ppt

2024/8/161土力学：土的组成土力学：土的组成n基本要求：基本要求：n掌握掌握土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、三种亲水土粒粒组的划分、粒度成分分析方法、三种亲水性的粘土矿物、土中水的类型；性的粘土矿物、土中水的类型；n熟悉熟悉土粒矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水的相土粒矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水的相互作用，土的三种微观结构以及层理、大孔隙等宏观互作用，土的三种微观结构以及层理、大孔隙等宏观构造；构造；n了解了解土中气在细粒土中的作用土中气在细粒土中的作用2024/8/162本章内容本章内容n1.1 概述概述n1.2 土中固体颗粒土中固体颗粒n1.3土中水和土中气土中水和土中气n1.4粘土颗粒与水的相互作用粘土颗粒与水的相互作用n1.5土的结构和构造土的结构和构造2024/8/1631.1概述概述风化、剥蚀、搬运、沉积风化、剥蚀、搬运、沉积岩石岩石土土岩浆岩岩浆岩变质岩变质岩沉积岩沉积岩常见的成因类型：常见的成因类型：1、残积土；、残积土；2、坡积土；、坡积土；3、洪积土；、洪积土；4、、冲积土；冲积土；5、湖积土；、湖积土；6、海积土；、海积土；7、风积土；、风积土；8、冰积土、冰积土风化作用风化作用物理风化物理风化化学风化化学风化温度的变化温度的变化水的冻胀水的冻胀波浪冲击波浪冲击地震等地震等水解作用水解作用水化作用水化作用氧化作用氧化作用2024/8/164n土的特点：土的特点：散体性、多相性、自然变异性散体性、多相性、自然变异性n土体三相与土体性质土体三相与土体性质气相固相液相++构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响次要作用次要作用2024/8/1651.2 土中固体颗粒土中固体颗粒物理状态力学特性颗粒级配颗粒级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 2024/8/1661.2.1土粒的粒度成分土粒的粒度成分土粒粒度与粒组土粒粒度与粒组•粒度：土粒的大小，以粒径表示。

粒度：土粒的大小，以粒径表示•粒组：介于一定范围内的土粒，称为粒组粒组：介于一定范围内的土粒，称为粒组•界限粒径：划分粒组的界限界限粒径：划分粒组的界限d(mm)砾石砾石砂粒砂粒卵石卵石粉粒粉粒粘粒粘粒6020.0752000.005粗粒粗粒细粒细粒漂石漂石巨粒巨粒2024/8/167n粒度成分粒度成分（颗粒级配）：土中各粒组相对含量（（颗粒级配）：土中各粒组相对含量（%）；）；n分析方法分析方法：筛分法（：筛分法（ >0.075mm颗粒）颗粒） 沉降分析法（沉降分析法（ <0.075mm颗粒）颗粒）n成果表示成果表示：级配曲线：级配曲线粒度成分分析试验粒度成分分析试验2024/8/168105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（％）（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536筛分法筛分法2024/8/169沉降分析法沉降分析法( (密度计法）密度计法）斯托克斯公式：斯托克斯公式：斯托克斯定律假定：斯托克斯定律假定：（（1）颗粒为球形）颗粒为球形（（2）颗粒周围的水）颗粒周围的水流为线流流为线流（（3）颗粒分子比水）颗粒分子比水分子大得多分子大得多水利当量直径水利当量直径2024/8/1610n曲线越陡曲线越陡，表示土粒均匀，级配不良。

粒度成分分布曲线粒度成分分布曲线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)土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线2024/8/16111009080706050403020100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)土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径: : d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 限制限制粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30: 中值粒径中值粒径评价：一般情况下，一般情况下， Cu＜＜5级配不良；级配不良； Cu＞＞10级级配良好d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41定量评价指标定量评价指标: : Cu = d60 / d10 Cc ＝＝d302/(d60·d10)对于砾、砂土，对于砾、砂土， Cu ≥ 5且且 Cc = 1~3 ，级配，级配 良好的土；否则级配不良。

良好的土；否则级配不良2024/8/16121.2.2土粒的矿物成分土粒的矿物成分土粒的矿物组成土粒的矿物组成固体颗粒固体颗粒矿物矿物有机质有机质原生矿物：石英、长石、云母、方解石等原生矿物：石英、长石、云母、方解石等次生矿物次生矿物粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石粘土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石可溶盐：可溶盐：NaCl, CaCO3等等氧化物胶体氧化物胶体矿物成分与粒组的关系矿物成分与粒组的关系粗粒土粗粒土往往是物理风化产物为主，多原生矿物，工程性质多取决往往是物理风化产物为主，多原生矿物，工程性质多取决于其密实程度；于其密实程度；细粒土细粒土是以化学风化产生为主，多次生矿物，工是以化学风化产生为主，多次生矿物，工程性质与水的作用密切相关程性质与水的作用密切相关2024/8/16131.3 土中水和土中气土中水和土中气水的类型水的类型主要作用力主要作用力结合水物理化学力自由水毛细水重力水表面张力及重力重力2024/8/1614结合水结合水• 排列致密、定向性强排列致密、定向性强• 密度密度>1g/cm1g/cm3 3• 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度• 具有固体的特性具有固体的特性• 温度高于温度高于100100°°C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水• 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内• 外力作用下可以移动外力作用下可以移动• 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水弱结合水2024/8/1615自由水自由水重力水：重力水：在重力作用下可自由流动的水。

在重力作用下可自由流动的水毛细水：毛细水：在重力和毛细力作用下，可在土粒孔隙中自由流动在重力和毛细力作用下，可在土粒孔隙中自由流动土中毛细现象土中毛细现象分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管直径互异、彼此连通的毛细管粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石2024/8/1616n水土作用时所表现出的性质：水土作用时所表现出的性质：n强结合水强结合水，土中仅含有强结合水时呈态，无溶解性，不传递静水，土中仅含有强结合水时呈态，无溶解性，不传递静水压力；压力；n弱结合水弱结合水，不传递静水压力，可从水膜厚处向薄处流动，使土具，不传递静水压力，可从水膜厚处向薄处流动，使土具粘性、塑性与胀缩性；粘性、塑性与胀缩性；n重力水重力水，具溶解性，能传递静水压力，与浮力、渗流、防水、排，具溶解性，能传递静水压力，与浮力、渗流、防水、排水密切相关；水密切相关；n毛细水毛细水，分毛细悬挂水与毛细上升水，毛细力作用下可移动，饱，分毛细悬挂水与毛细上升水，毛细力作用下可移动，饱水带以上上升高度与土性有关；使湿砂具有水带以上上升高度与土性有关；使湿砂具有“似粘聚力似粘聚力”；与地；与地下浸湿、防潮、冻胀等密切相关。

下浸湿、防潮、冻胀等密切相关2024/8/16171.4 粘土颗粒与水的相互作用粘土颗粒与水的相互作用1.4.1 粘土矿物的结晶结构与亲水性粘土矿物的结晶结构与亲水性蒙脱石的亲水性、膨胀性与收缩性最强，而高岭石最弱蒙脱石的亲水性、膨胀性与收缩性最强，而高岭石最弱2024/8/16181.4.1 粘土颗粒与水的相互作用粘土颗粒与水的相互作用电动现象（电泳与电渗）表明，粘土颗粒带有电动现象（电泳与电渗）表明，粘土颗粒带有负电荷负电荷；；带电原因带电原因：离解作用、吸附作用、同晶置换、边缘断链；：离解作用、吸附作用、同晶置换、边缘断链；由于粘土矿物的带电性，从而使粘土颗粒四周形成一个由于粘土矿物的带电性，从而使粘土颗粒四周形成一个电电场场粘土颗粒的带电性粘土颗粒的带电性2024/8/1619n粘土颗粒周围电场中的阳离子，受粘土颗粒周围电场中的阳离子，受静电力及布朗运动扩散力的静电力及布朗运动扩散力的共同作用；共同作用；n粘土颗粒的负电荷与其吸附的反离粘土颗粒的负电荷与其吸附的反离子层（固定层子层（固定层+扩散层）组成扩散层）组成双电层双电层；；n双电层的双电层的扩散层也即弱结合水层扩散层也即弱结合水层，，水膜厚度取决于颗粒表面电荷浓度、水膜厚度取决于颗粒表面电荷浓度、水溶液中的离子性质、价位、水溶液中的离子性质、价位、PH值、值、温度等因素。

温度等因素n工程应用工程应用：三合土或灰土，扩散层：三合土或灰土，扩散层薄，增加土的强度与稳定性，减小膨薄，增加土的强度与稳定性，减小膨胀性双电层双电层2024/8/16201.5 土的结构和构造土的结构和构造土的结构与构造的基本概念土的结构与构造的基本概念单粒结构、蜂窝结构、絮状结构（絮凝结构、片堆结构）基本概念与形成单粒结构、蜂窝结构、絮状结构（絮凝结构、片堆结构）基本概念与形成土的粒度减小，强度减小，与水的作用增强，结构性增强土的粒度减小，强度减小，与水的作用增强，结构性增强土的结构土的结构土的构造土的构造层理、裂隙、大孔隙等宏观特征，造成土的不均匀性层理、裂隙、大孔隙等宏观特征，造成土的不均匀性。