岩土力学-土的三相组成

1、 土的三相组成土的三相组成l土是由固体颗粒和颗粒之间的孔隙所组成，而孔隙中通常存在着水和空气两种物质，因此，土是固体颗粒、水、空气组成的混合物，常称为土的三相系。l根据研究组成土的三个部分固相、液相和气相所占用的比例不同对土的工程性质有着很大的影响。l固相：土粒、粒间胶结物、有机质 骨架l液相：水及其溶解物l气相：空气及其他气体l饱和土：土骨架孔隙全部被水占满时。l干土：土骨架的孔隙仅含空气l湿土：地下水位以上，地面以下一定深度内兼含空气和水，属三相系，称为湿土。一、土的固相一、土的固相 l（一）、成土矿物l（二）、土粒的粒组l（三）、土粒的分析方法l（四）、土粒的级配成土矿物成土矿物l 土是

2、岩石风化的产物，土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分风化后的风化作用，一般可分为两类：l原生矿物：石英、长石、云母；岩石物理风化生成的土粒，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，吸附水的能力较弱，性质稳定，无塑性l次生矿物 ：化学风化的产物，性质与母岩完全不同，一般为粘土矿物 成土矿物成土矿物l砂粒l一般由石英构成，其次是长石、云母，当砂土中含有大量呈片状的云母时将 l粘粒l包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩性增高。 土粒的粒组土粒的粒组 l天然土由无数大小不同的土粒组成，逐个研究它们的大小是不可能的，统称是将工程性质相近的土粒合并成一组称为粒组 l漂石粒l

3、卵石粒 l砾 粒l砂 粒l粉 粒l粘 粒l胶 粒l巨粒组 d60mml粗粒组 60mm0.075mml细粒组 d0.075mm土粒的粒组土粒的粒组土粒的分析方法土粒的分析方法 l土的性质取决于各不同粒组的相对含量。为了确定各粒组的相对含量，必须用试验方法（颗分试验）将各粒组区分开来，最常用的颗分试验方法有筛分法和比重计法两种。 筛分法：筛分法： 适用于粒径大于适用于粒径大于0.075mm的土的土 l利用一套孔径由大到小的筛子，将事先称过质量的干试样放入筛中，经过充分震摇后，把留在各级筛上的土粒分别称量，算出小于某粒径的土粒含量，用以确定土中各粒组的土粒含量 筛分法：筛分法： 适用于粒径大于适用

4、于粒径大于0.075mm的土的土比重计法：比重计法： 适用于粒径小于适用于粒径小于0.075mm的土的土 l比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。l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化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。 比重计法：比重计法： 适用于粒径小于适用于粒径小于0.075mm的土的土颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线 l试验结果可绘制在半对数纸上l纵坐标：小于某粒径的土粒含量l横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗

5、粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有总要影响的颗粒部分清楚地表达出来 颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线颗粒分析的先进方法激光颗分颗粒分析的先进方法激光颗分土粒的级配土粒的级配 级配的概念级配的概念 l土的级配 指土中各粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示 l正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变的 l不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段 l级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，土粒大小不均匀 l级配不良：粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布范围窄，土粒均匀 土粒的级配土粒的级配级配的概念级配的概念 l为了判

6、别土粒级配是否良好，常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标来描述粒径曲线的坡度和形状。1060ddCu1060230)(dddCc 分别为粒径曲线纵坐标上小于某粒径含量10、30、60时所对应的粒径60d30d10d有效粒径控制粒径土粒的级配土粒的级配颗分曲线分析颗分曲线分析 l土的粒径范围窄，分布曲线陡 ，d10和d60靠近，土的不均匀系数小，表示土粒均匀 l土的粒径范围宽，分布曲线缓， d10和d60相距远，土的不均匀系数大，表示土粒不匀lCu大 不均匀 有细粒土填空 压密度大 lCu小 均匀 无细粒土填空 压密度小 土粒的级配土粒的级配颗分曲线分析颗分曲线分析l对于级配不连续的情况，有

7、时Cu虽然大，但渗透稳定性一样不好，故Cu虽大，但并不表明土粒级配良好，还要用Cc来衡量， Cu和Cc描述了级配曲线整体特征，可描述土级配的好坏。10d30d30d60dCc大Cc小台阶分布在台阶分布在土粒的级配土粒的级配颗分曲线分析颗分曲线分析l级配的好坏由土粒的均匀程度和粒径分布曲线的形状去定。 规范规定： 31cC同时满足，级配良好 5uC二、土的液相二、土的液相 l土的液相是水及各离子的溶液，其含量及性质明显地影响土，尤其是粘性土的性质，如增加水量，可使土地状态由坚硬变为可塑，甚至成为流动状态的土浆。 l土中水可分为结合水、自由水结合水：土粒矿物内部的水结合水：土粒矿物内部的水 l存在

8、矿物结晶中的水，只有在高温（大于105）下，才能使之从矿物中析出，故可将它视作矿物本身的一部分。 l特点：包围在土颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动自由水（毛细管水、重力水）自由水（毛细管水、重力水） l自由水指土粒表面引力作用范围之外的水，与普通水一样，受重力支配，能传递静水压力并具有融解作用 。自由水毛细管水自由水毛细管水土中孔隙细水通道自由水上升毛细管水表面张力重力毛细管水上升高度的影响因素毛细管水上升高度的影响因素l孔隙大小和形状l 粒径尺寸l 水的表面张力毛细管水假凝聚力毛细管水假凝聚力wcchP毛细管压力负孔隙水压力 可使土粒相互挤紧，可使无粘性土也象有粘聚力似的。由毛细管压力

9、所造成无粘性土间的连接力，称之为假粘聚力 。沙坑倒塌重力水重力水 l重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用 。l应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，说的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计 三、土的气相三、土的气相 与大气相通无影响，易挤出与大气不相通（空气、水气、天然气） 压力作用下可压缩或融解 封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。岩石是由矿物的组成的，按成因岩石可划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。成因类型不一样，差别也很大，因此，工程性质极为多样。1 1）岩浆岩的性质）岩浆岩的性质岩浆岩具有较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各类岩石的工程性质差异很大。1.1.2 岩岩(石石)体的特性体的特性碎屑岩的工程地质性质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著； 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化和泥化；化学岩和生物化学岩抗水性弱，常具不同程度的可溶性。常常导致地基和边坡的失稳。 沉积岩的性质 变质岩的工程性质与原岩