土的结构与分类PPT学习教案

1、会计学1 土的结构与分类土的结构与分类 ,20025 6.Advanced Soil Mechanics,Das,B.J., McGraw-Hill Book Company,1983 7.高等土力学,李广信主编,清华大学出版 社,2004 第1页/共50页 第2页/共50页 岩石 风化 土 （占90% 以上） 动植物 分解 泥炭土、腐殖土 天然土 人类活动 生活垃圾 工业垃圾 建筑垃圾 杂填(人工)土 第3页/共50页 地质作用 内力地质作用 外力地质作用：包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、 风、生物等的作用；可概括为风化、剥蚀、搬运、沉积风化、剥蚀、搬运、沉积等 作用 岩浆

2、活动：岩浆从地球深处喷出地表，冷凝而成岩浆 岩 地壳运动 升降运动：地壳的上拱 或下拗 水平运动：使岩层产生形 态各异的褶皱和断裂 形成各种类型的地质构造和地表的基本形态 （生成岩浆岩和 变质岩） （生成土和沉 积岩） 第4页/共50页 总之，地质作用形成了各种成因的地形， 造就了岩浆岩、变质岩、 沉积岩，也生成了土。 第5页/共50页 物理作用物理作用：雨雪、冰川、风、热胀冷缩、冻融交替等的剥 蚀破坏作用（不改变颗粒的矿物成份，只改变 其大小和形状。量变量变） 化学作用化学作用：水解、离子交换、氧化还原、碳化等作用 （改变颗粒的矿物成分，并使其更细。质变质变） 生物作用生物作用：微生物、植被

3、等对岩石的破坏作用 风化作用风化作用 第6页/共50页 无粘性土无粘性土：物理风化形成，颗粒较粗、相互无粘性、松散 （如碎石、卵石、砂等） 粘性土粘性土：物理风化+化学风化形成，颗粒极细、相互粘结，湿呈粘性， 干则结硬（如粘土、淤泥） 土土 岩石经风化剥蚀作用而形成的碎散颗粒，有的存留在原地，有的 则进一步经自然力的搬运而在别处沉积，就形成了性质千差万别的各 种土。 第7页/共50页 残积土残积土：未经自然力（水力、风力、冰川活动等）剥蚀和 搬运，留存原地的散碎体、碎屑物。分布于山坡、山顶， 近基岩。 风成沉积土风成沉积土：因风力的剥蚀和搬运作用在别处沉积的土。 包括黄土和砂丘。 水成沉积土水

4、成沉积土：因水力的侵蚀和搬运作用在别处沉积的土。 可分为：坡积土、洪积土、冲积土、湖相沉积土、三角洲 沉积土、海相沉积土等 冰川沉积土冰川沉积土：因冰川活动的剥蚀和搬运作用在别处沉积的 土。 土土 第8页/共50页 或自重应力和附加应力的联 合作用下，受水浸泡后土体结构迅速破坏而 发生显著下沉，称为湿陷性 黄土。（2）砂丘砂丘：大面积砂性土烈风搬运 风速减小时落下形成。可 在地面上移动（风力作用下）；砂丘中砂颗 粒大小极不均匀（由于风的 选分作用）。 第9页/共50页 成泥石流，在山谷冲沟山 口或山前倾斜平原上形成的堆积物。有不规 则交错的层理构造，如夹层 、透镜体等。土质不均匀。（由于山洪是

5、周 期性产生的，每次大小均不 同，故每次堆积物的性质都不一样） （3）冲积土冲积土：河流水力将坡积土、洪积土 侵蚀、搬运，沉积在河流 、坡降变小的平缓地带形成的沉积物。搬运 距离长，带棱角颗粒（如块 石、砾石、角砾）经滚磨碰撞变圆、变细。 可分为：平原河谷平原河谷冲积土（颗粒较细）和山山 区河谷区河谷冲积土（颗粒较粗 ）；有的经多次搬运直至近海区，成为海相海相 沉积土。 第10页/共50页 （5）三角州沉积土三角州沉积土：河水流至海洋时，因 流速减小，其中携带的悬 浮物质在河口形成的沉积土。近河口的颗粒 较粗，远离河口的近海处颗 粒较细。 （6）海相沉积土海相沉积土：江、河将各种冲积土搬 至海

6、洋而形成的沉积土， 按海水深度不同而分为滨海沉积物、浅海沉 积物、陆坡沉积物和深海沉 积物。 第11页/共50页 混合沉积土。杭州西部土质较差，大都为软 土；东部（近钱塘江）土质 较好，主要为粉土、粉质粘土。 第12页/共50页 太古代、元古代、古生代、太古代、元古代、古生代、 中生代、新生代。中生代、新生代。 代又分为纪，纪又分为若干世和期，即代代 纪纪世世期期。 每一地质年代每一地质年代中都划分有相应的地层地层，依次 为界界系系统统阶（层）阶（层） 在新生代中最新近的一个纪段称为第四纪， 我们现在所见的土就是在 这一地质年代生成且尚未胶结成岩的，距今 约1百万年。 第13页/共50页 第四

7、纪地质年代的细分第四纪地质年代的细分 纪（系）纪（系）世（统）世（统）距今年代距今年代 （百万年）（百万年） 第四纪第四纪 （系）（系）Q Q 全新世（统）全新世（统）Q Qh h或或Q Q4 40.0250.025 更新世更新世 （统）（统） Q QP P 晚更新世（上更新统）晚更新世（上更新统）Q Q3 30.1500.150 中更新世（中更新统）中更新世（中更新统）Q Q2 20.5000.500 早更新世（下更新统）早更新世（下更新统）Q Q1 11.0001.000 因此，我们现在所指的土可称为第四纪沉积物（层）。因此，我们现在所指的土可称为第四纪沉积物（层）。 第14页/共50页

8、和可溶盐的淋溶，沉积物 被溶解，从沉积土中迁移。如土洞、溶洞的 生成。 4.成岩作用成岩作用：土在漫长的地质年代里，在覆 盖压力和含有碳酸钙、二 氧化硅等胶结物作用下，逐渐压密、脱水、 胶结、硬化而生成新的岩石 第15页/共50页 从土的形成到岩石的再生，或从土的形成到岩石的再生，或 即土与岩石的相互转化，虽然即土与岩石的相互转化，虽然 过程缓慢，但循环往复、永不过程缓慢，但循环往复、永不 休止。休止。 这就是大自然演化的辩证法。这就是大自然演化的辩证法。 岩石 土。当然，这需要漫长的时间（以百万年计）。 风化 压实固结、胶结硬化 第16页/共50页 构成岩石结构的矿物颗粒 。如石英、云母、长

9、石、辉石、角闪石等。 在大多数土中，石英含量最 多，其次是长石、云母。（因石英结构稳定， 而其它矿物很容易被化学 风化）。 残积土、无粘性土残积土、无粘性土（包括砾石、和砂土等） 一般均由非粘土矿物非粘土矿物组成 第17页/共50页 硅氧晶片（S） 由硅氧四面体 连接成的片状晶体结构。厚 4.63 。 八面体晶片(G) 由铝氧八面体 连接成的片状晶体结构。厚5.05 （ Angstrom,埃（波长单位）， 1 =10-10m）。 A A A A 第18页/共50页 和一个八面体晶片组成。 结构式：(OH)4Si8Al4O20.nH2O 特点：结构不稳定，水分易进 入，亲水性好，吸水膨胀，脱 水

10、收缩。 可塑性高，压缩性高，强度低， 渗透性小。 （3）伊利石：由硅氧晶片 水 铝石晶片 硅氧晶片三层相间 构 成。 结构式：(OH)2K2(Si6Al2) Al4O20 ， 性质介于高岭石和蒙脱石之间。 （4）绿泥石：由辉石或角闪石 风化而成，由硅氧晶片和八面 体晶片 交替迭合而成。目前研究较少， 性质类似伊利石。 亲水性亲水性：蒙脱石（亲水性好） 伊利石高岭石（亲水性差） 渗透性渗透性：与亲水性相反 第19页/共50页 5溶解盐类溶解盐类（包括易溶盐、中溶盐、难溶盐） 易溶盐中的硫酸盐对金属有腐蚀，应重视。 第20页/共50页 气相 液相 固相 ma=0 mw=wdsw ms=dsw m=

11、（1+w）dsw va vw vs=0 vv=e v=1+e 质量体积 土的三相及计算图 ms：土粒质量 mw：土中水质量 ma：土中气质量 m：土的总质量， m=ms +mw Vs：土粒体积 Vw：土中水体积 Va：土中气体积 Vv：土中孔隙体 积 Vv= Va+ Vw V：土的总体积 V= Vv+ Vs 第21页/共50页 饱和度饱和度：干土；饱 和土 含水量含水量： 0; avw VVV vw ss VV e VV 6 . 0e0 . 1e 1 vv vs VVe n VVVe %100 v w r V V S0 r S%100 r S 100%100% www ss mV w mm 第

12、22页/共50页 土的密度土的密度（单位体积土体质量） ： 干密度干密度：，土单位体积中固 体颗粒部分的质量。 （工程上用作评定土体密 实度，控制填土工程的施工质 量） s d C4 w s w s ws s s V m d 11 s s s V m 1w C4 w V m V ms d 第23页/共50页 ：； 湿重度湿重度（又称天然重度）： 干重度干重度： 饱和重度饱和重度： 有效重度有效重度：。 其中，水（天然）重度（约 为10 kN/m3）；g=9.807 m/s2, 重 力加速度。 一般，。 V Vm wvs sat wsat wss V Vm g g ss g dd g satsa

13、t wsat g g ww dsat 第24页/共50页 e： 因为： ； 所以： ；对于饱和土， 1 s V eV1 wswsss ddVm wssw wdwmm wsws wdmmm)1 ( e dw V m ws 1 )1 ( we d V m wss d 11 1 )1 ( 1 ws d ws dwd e e wd V m V V S s vw w v w r sr wdeS ; 1 eVv 第25页/共50页 度，五种重度）。 密度单位：g/cm3, 重度单位： kN/m3, 其余均无量纲。 e ed V Vm wswvs sat 1 )( e d ws wsat 1 ) 1( e

14、e V V n v 1 s d r S 第26页/共50页 粒组 碎石粒组 粗粒组 细粒组 漂石 块石 卵石 碎石 砾 砂粒 粉粒 粘粒 mm： 20020 2 0075 0005 颗粒大小分析试验：筛分法颗粒大小分析试验：筛分法0.10.1 比重计法比重计法 第27页/共50页 有效粒径 ：小于某粒径的土颗粒重量占总 重量的10%时的粒径。 一般情况：的土，可视为均粒土，属级 配不良；的土， 属级配良好。 对砾类土或砂类土：且，定名为良 好级配砾或良好级 配砂。 10 d 60 d 1060 ddCu 6010 2 30 dddCc 10 d 5 u C10 u C 5 u C31 c C

15、第28页/共50页 的接触点不再下沉而形成 此结构） 絮状结构絮状结构：粒径小于0.005mm的粘粒沉积时 所形成的结构。 （粘粒凝聚成絮状的集合体再下沉） 第29页/共50页 结合水 土中水 液态水 固态水：矿物晶体内的结合水（结晶水），矿物的一部分， 呈固态。 自由水 强结合水：紧靠土颗粒表面 弱结合水：紧靠强结合水外 围 重力水：能形成水压力并能在土 中流动的水，位于地下 水位以下 毛细水：受到水与空气交界面处表面张力 作用的自由水，存在于地下水位 以上的透水层中 气态水：土中气的一部分 由于电分子引力作用而紧密吸附于土粒表面的水 第30页/共50页 Aww uh A h h 1 w u

16、A 第31页/共50页 B hC毛细管上升高度 u z -hcw 毛细水中压力为负 r毛细管半径；T表面张力； 毛细水弯液面夹角 （实际尚难确定） 2 cos c W T h r 第32页/共50页 器法、量筒倒转法） 无粘性土的最小孔隙 比（锤击法、振密法） 密实（）；中密 （）； 松散（）。 该法适用于透水性好的无粘性 土，如纯砂、纯砾。 r D minmax max ee ee Dr e max e min e 67. 01 r D33. 067. 0 r D 033. 0 r D 第33页/共50页 p W 固态 半固态 可塑状态 流动状态 缩限 塑限 液限 0 含水量 粘性土的物理状

17、态和含水量的关系 界限含水量（阿太堡界限）界限含水量（阿太堡界限）：粘性土由一种状态转变过渡到另一种状 态的分界含水量。 s W L W 0 L I 0 L I 10 L I 1 L I 1 L I 第34页/共50页 故可根据 的大小评判土的软硬 程度，分为如下5种： 坚硬硬塑可塑软 塑流塑 pLp WWI L I p p pL p L I WW WW WW I L I L I 0 L I25. 00 L I75. 025. 0 L I0 . 175. 0 L I L I0 . 1 p I p I 第35页/共50页 成 （3）按有机质含量：无机土、有机质土、 泥炭质土、泥炭 （4）按颗粒级

18、配、塑性指数：碎石土、砂 土、粉土、粘性土。 （5）按特殊性质：一般土、特殊土。 3 Q 4 Q 4 Q 第36页/共50页 淤泥： ， 的粘性土。 淤泥质土： ， 的粘性土。 泥炭：有机质含量大于60的有机质土。 软土 对细粒土，国外大多采用塑性图分类。 5 . 1e L WW 5 . 10 . 1 e L WW 第37页/共50页 静水压力：由地下水（重力水）引起的水压力，不 会消散 超静孔隙水压力：由外力（荷载）引起，随时间消 散 u u u 第38页/共50页 W PPP AAA u W PPP SW AAA WWW WS PPP u AAAA 真实的孔压：（近似的） S P A 真实的有效应力： 0.03 S S A AAA A （一般：， 故） 问：湖底、海中软土为何不能变硬？问：湖底、海中软土为何不能变硬？ 第39页/共50页