土力学-冯老师--土的三相组成课件

1、土力学-冯老师-土的三相组成土力学冯晓腊教授、总经理崔德山 副教授土力学-冯老师-土的三相组成第二章 土的三相组成土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成岩作用土力学-冯老师-土的三相组成土力学-冯老师-土的三相组成 膨胀岩（土）是由膨胀性粘土矿物蒙脱石、伊利石等组成的，具有胀缩性、超固结性、多裂隙性以及强度衰减特性的一类特殊粘性土。 膨胀岩（土）遇水会引起强度和体积的急剧变化，形成半“岩”“土”的物质，如果经过外力作用可泥化，这种特性会造成工程建筑物的破坏。 土力学-冯老师-土的三相组成 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动 岩石和土的粗颗粒受各种气岩石

2、和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝, ,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称原矿物成分与母岩相同，称原生矿物（石英、长石等）生矿物（石英、长石等） 产生无粘性土产生无粘性土土力学-冯老师-土的三相组成物理风化土力学-冯老师-土的三相组成 母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，

3、称次矿物成分与母岩不同，称次生矿物（蒙脱石、伊利石）生矿物（蒙脱石、伊利石） 形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类主要为粘性颗粒及可溶盐类 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动土力学-冯老师-土的三相组成 包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用 可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物构成土中有机质和营养物质的生物循环质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动土力学-冯老师-土的三相组成5% 10% 60

4、% 含有有机质的土泥炭质土泥炭土力学-冯老师-土的三相组成dlQ平原河谷横断面平原河谷横断面砾卵石砾卵石中粗砂中粗砂粉细砂粉细砂粉质粘土粉质粘土粉土粉土黄土黄土淤泥淤泥土力学-冯老师-土的三相组成目目 录录 第一节 土的颗粒级配 第二节第二节 土的矿物成份土的矿物成份 第三节 土中水和气体 第四节第四节 土粒与水的相互作用土粒与水的相互作用 第五节 土的结构土力学-冯老师-土的三相组成第一节 土的颗粒级配 土粒粒度与粒组土粒粒度与粒组 土粒的大小称为土粒的大小称为粒度粒度，用，用粒径粒径表示。将大小表示。将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组粒组，划

5、分粒组的分界尺寸称为划分粒组的分界尺寸称为界限粒径界限粒径。常用。常用200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分为六大粒组把土粒分为六大粒组: :漂石漂石( (块石块石) )颗粒颗粒、卵石卵石( (碎石碎石) )颗粒颗粒、圆砾（角砾）颗圆砾（角砾）颗粒粒、砂粒砂粒、粉粒及粘粒粉粒及粘粒。见下表。见下表。土力学-冯老师-土的三相组成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 60d200 粗粒砾粒 粗砾 20d60 筛 分 法 透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细

6、性。细砾2d20砂粒 粗砂0.5d2 中砂 0.25d0.5 细砂0.075d0.25 细粒粉粒 0.0050.075mm。 （2）沉降分析法：（比重计或移液管法）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径粒径0.075mm。 颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配曲线。级配曲线。土力学-冯老师-土的三相组成土壤分析筛土壤分析筛粗筛：粗筛：60、40、20、10、5、2mm细筛：细筛：2、1、0.5、0.25、0.075mm土力学-冯老师-土的三相组成土力学-冯老师-土的三相组成 比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降比重计法是利用不同大小的土粒在水

7、中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。 将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的化。利用特制的密度计密度计，在不同时刻测悬液浓，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的度的变化。即可换算出相应的粒径粒径及小于该粒及小于该粒径的土粒径的土粒质量质量，绘出级配曲线。，绘出级配曲线。 比重计法：适用于粒径小于0.075mm的土 土力学-冯老师-土的三相组成比重计法： 适用于粒径小于0.075mm的土土力学-冯老师-土的三相

8、组成105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100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 %100958778665536土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510 筛子筛子（mm）土力学-冯老师-土的三相组成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（）1

9、05.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲土的粒径级配累积曲线线d60d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径: : d60 : 限定限定粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30 ：中值粒径：中值粒径不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配良好的非均粒土土力学-冯老师-土的三相组成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（）105.01.00.50.100.050.010.005

10、0.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲土的粒径级配累积曲线线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545曲线愈陡，表示粒径大小相差不曲线愈陡，表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良；多，土粒较均匀，级配不良；曲线愈缓，表示粒径大小相差悬曲线愈缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。殊，土粒不均匀，级配良好。连续程度连续程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大Cc = 1 3, 级

11、配连续性好级配连续性好土力学-冯老师-土的三相组成颗粒级配的描述颗粒级配的描述: : 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述颗粒级配的描述颗粒级配的不均匀程度不均匀程度 1060ddCud10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、 30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把匀。工程上把Cu5的土视的土视为级配不良的土；为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土的土视为级配良好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态，表明配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情

12、况 6010230dddCc对于砾类土或砂类土，同时满对于砾类土或砂类土，同时满足足Cu5和和Cc= =13时，定名为时，定名为良好级配砂或良好级配砾良好级配砂或良好级配砾 土力学-冯老师-土的三相组成第二节 土的矿物成份土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土力学-冯老师-土的三相组成固固体体颗颗粒粒有机质

13、无定形氧化物胶体等、可溶盐：利石、高岭石等粘土矿物：蒙脱石、伊次生矿物、云母等原生矿物：石英、长石矿物质3CaCONaCl1.土粒的矿物成分土粒的矿物成分原生矿物原生矿物:母岩经物理风化而成母岩经物理风化而成,如石英、云母、长石；如石英、云母、长石；次生矿物次生矿物：母岩经化学风化而成，如粘土矿物、铝铁氧化：母岩经化学风化而成，如粘土矿物、铝铁氧化物、氢氧化物等。常见的物、氢氧化物等。常见的粘土矿物粘土矿物有蒙脱石、伊里石、高有蒙脱石、伊里石、高岭石；由于粘土矿物颗粒很细，岭石；由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，比表面积很大，所以颗粒所以颗粒表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物

14、表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。土力学-冯老师-土的三相组成粘粘 土土 矿矿 物物粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝- -硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅片和铝片片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙脱石三种类型。蒙脱石三种类型。 硅片硅片 铝片铝片SiSi氧离子氧离子O2-硅离子硅离子Si4+硅硅- -氧四面体氧四面体 硅片的结构硅片的结构 硅片简图硅片简图土力学-冯老师-土的三相组成粘粘 土土 矿矿 物物

15、粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝- -硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅片片和和铝片铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙脱石三种类型。蒙脱石三种类型。OH1-铝离子铝离子Al3+铝铝- -氢氧八面体氢氧八面体 铝片的结构铝片的结构 铝片简图铝片简图Al Al 硅片硅片 铝片铝片土力学-冯老师-土的三相组成依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型的成如下三种类型的粘土矿物：粘土矿物：蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石高岭石高岭石 晶层间是晶层间是O2-对对O2-的范德华键连结，

16、没的范德华键连结，没有氢键，联结力很弱，水很容易进入晶有氢键，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。层之间。 每一颗粒能组叠的晶层数较少。每一颗粒能组叠的晶层数较少。比表比表面积面积800 。 主要特征：颗粒细微，具有显著的主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水吸水膨胀、失水收缩膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能的特性，或者说亲水能力强。力强。gm /22:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si数层数层水分子水分子H2O+ H2O+ 土力学-冯老师-土的三相组成土力学-冯老师-土的三相组成依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下

17、三种类型成如下三种类型的的粘土矿物粘土矿物：蒙特石蒙特石伊利石伊利石高岭石高岭石 是云母在碱性介质中风化的产物。是云母在碱性介质中风化的产物。 与蒙特石相似，由两层硅片夹一层与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结，增加了晶胞间连间有钾离子连结，增加了晶胞间连接作用接作用。比表面积比表面积80 。 主要特征：连结强度高于蒙特石而主要特征：连结强度高于蒙特石而弱于高岭石，其特征也介于两者之弱于高岭石，其特征也介于两者之间。间。gm /2k2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Sikkkk土力学-冯老师-土的三相组成土力学-冯老师-土的三相组成粘粘 土土 矿矿 物物依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型：蒙特石蒙特石伊利石伊利石高岭石高岭石Si SiAl AlSi SiAl AlSi SiAl Al高岭高岭石微粒石微粒1:1的两的两层结构层结构 晶层间通过氢键联结，联