西南科技大学本科工程地质学课件1

1、工程地质学ENGINEERING GEOLOGY主讲人：刘岁海主讲人：刘岁海lecturerlecturer：Liu SuihaiLiu Suihai 本章主要内容本章主要内容( (Main Topics)1 1、几个概念、几个概念( (several conceptseveral concept) ) 2 2、土的粒度成分、土的粒度成分( (Granularity component of soilGranularity component of soil) ) 3 3、土的矿物成分、土的矿物成分(Mineral component of soil(Mineral component of

2、soil ) ) 4 4、土体中的水和气体、土体中的水和气体(Water and gas in the soil(Water and gas in the soil ) ) 5 5、土的结构和构造、土的结构和构造(Structure and texture of soil )(Structure and texture of soil ) 第一章第一章 土的物质组成与结构、构造土的物质组成与结构、构造Chapter 1 Material composing and structure, ,texture of soil岩石风化（物理、化学、生物）作用岩石破碎 化学成分改变搬运沉积大小、形状和成

3、分都不相同的松散颗粒集合体（土） 土的生成土的生成土土(soil)(soil)：是由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水和气体组成的一多相、分散多孔的系统。土层土层(soil layer)(soil layer)：土具有成层特征, 同一层内土的物质组成和结构、构造基本一致，工程地质性质亦大体相同。土体土体(soil body) (soil body) ：由性质各异，厚薄不同的若干土层，以特定的上、下次序组合在一起的土层组合体。土的三相组成是指土由土的三相组成是指土由固体颗粒固体颗粒、液体水液体水和和气体气体三部三部分组成。土中的固体矿物构成土的骨架，骨架之间贯穿着分组成。土中的固体矿物构成土的骨架，骨

4、架之间贯穿着大量的孔隙，孔隙中充满着液体水和气体。大量的孔隙，孔隙中充满着液体水和气体。土体土体三相比例不同三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：，土的状态和工程性质也随之各异，例如：固固体体+ +气体（液体气体（液体=0=0）为）为干土干土，此时粘土呈坚硬状，此时粘土呈坚硬状态态 ，砂，砂土呈土呈松散状态；松散状态；固固体体+ +液体液体+ +气体为气体为湿土湿土，此时粘土多为可塑状态；，此时粘土多为可塑状态；固固体体+ +液体（气体液体（气体=0=0）为）为饱和土饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地，此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可震，可能产能产生液化，而使工程遭受破坏生液化，而使工

5、程遭受破坏；粘；粘土地基受建筑物荷载作土地基受建筑物荷载作用发生沉用发生沉降需降需几十年才能稳定。几十年才能稳定。一、粒径和粒组的划分粒径和粒组的划分 粒径（粒径（granularity) granularity) ：指土颗粒的大小，以其直径表示，mm等效直径（equivalent granularitygranularity ）粒组粒组（粒级）（fractionfraction） ：指粒径在一定区段内其成分及性质成分及性质相似的土粒组别土的粒组划分方案土的粒组划分方案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，

6、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 0.00522-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.00515%粗粒土：粗粒土：粗粒（0.075-60mm）组质量50%细粒土：细粒土：细粒（0.005-0.075mm）组质量50%粘土矿物粘土矿物无定形氧化物胶体无定形氧化物胶体可溶盐可溶盐土的矿物成分土的矿物成分原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物有机质有机质一、土中矿物类型及特性一、土中矿物类型及特

7、性物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。原生矿物化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。次生矿物化学性质稳定，水稳性强。化学性质稳定，水稳性强。颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。a. 粘土矿物复合的铝硅酸盐晶体，片状。高岭石：2322Al O2SiO2H O伊利石：22322K O 3Al O6SiO2H O蒙脱石：2322Al O4SiOnH O亲水性：蒙脱石伊利石高岭石b. 倍半氧化物及次生二氧化硅c. 可溶性次生矿物（水溶盐）有机质蒙 脱 石粘土矿物的类型粘土矿物的类型高岭石晶层之间连结牢固（氢键），水不能自由渗入，故其亲水性差，可塑性低，胀缩性弱；蒙脱石则

8、反之，晶胞之间连结微弱，活动自由，亲水性强，胀缩性亦强；伊利石（水云母）的性质介于二者之间。二、矿物成分与粒组之间的关系二、矿物成分与粒组之间的关系粒径大于粒径大于0.075mm的各粒组，均由的各粒组，均由原生矿物原生矿物所构成，其中漂石所构成，其中漂石粒、卵石粒、砾粒，其粒径往往大于矿物颗粒，多数是由母岩碎粒、卵石粒、砾粒，其粒径往往大于矿物颗粒，多数是由母岩碎屑构成，一般具有的多矿物结构。屑构成，一般具有的多矿物结构。砂粒砂粒与原生矿物颗粒大小近似，往往是由与原生矿物颗粒大小近似，往往是由单矿物单矿物组成，以石英最组成，以石英最为常见。为常见。粉粒粉粒组由原生矿物与次生矿物混合组成，其中以

9、石英为主，其次组由原生矿物与次生矿物混合组成，其中以石英为主，其次为高岭石及难溶盐。为高岭石及难溶盐。粘粒粘粒组主要由不可溶性次生矿物与腐植质组成，有时也含难溶盐，组主要由不可溶性次生矿物与腐植质组成，有时也含难溶盐，其中粘土矿物是最常见的矿物。其中粘土矿物是最常见的矿物。第三节第三节 土中的水和气体土中的水和气体 （Section 3 Water and gas in the soilSection 3 Water and gas in the soil） 土中的水土中的水矿物成分水矿物成分水结合水重力水重力水毛细水毛细水结晶水结晶水孔隙水孔隙水自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水沸

10、石水沸石水结构水结构水受土颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒周围，不传递静水压力不能任意流动的水，称为结合水结合水。结合水结合水弱结合水：是一种粘滞水膜，是粘性土弱结合水：是一种粘滞水膜，是粘性土在一定含水量范围内具可塑性的原因在一定含水量范围内具可塑性的原因强结合水：性质接近于固体，具蠕变性，强结合水：性质接近于固体，具蠕变性，略高于略高于100可蒸发可蒸发二、土中的气体二、土中的气体主要为：O2、CO2 、N2土粒对气体的吸附强度： CO2 N2O2 H2土中的气体按存在的状态分为1、吸附气体 2、游离气体 3、密闭气体第四节第四节 土的结构和构造土的结构和构造 （Section 4 St

11、ructure and texture of soil Section 4 Structure and texture of soil ） 土的结构：土的结构：组成土的土粒大小、形状、表面特征，土粒间的连结关系和土粒的排列情况一、土粒间的连结关系一、土粒间的连结关系1、接触连结接触连结：颗粒之间的直接接触，接触点上的连结强度主要来源于外加压力所带来的有效接触压力。这种连结方式在砂土、粉土中或近代沉积土中普遍存在。2、胶结连结胶结连结：颗粒之间存在着许多胶结物质，将颗粒胶结连结在一起。3、结合水连结结合水连结：通过结合水膜而将相邻土粒连结起来的连结形式，又叫水胶连结，这种连结在一般粘性土中普遍存

12、在。4、冰连结冰连结二、土的结构类型（一）、巨粒土与粗粒土的结构类型（一）、巨粒土与粗粒土的结构类型粗粒土的结构主要为单粒结构单粒结构根据颗粒间的排列接触关系颗粒间的排列接触关系可分为松散结构松散结构和密实结构密实结构由于粗、细颗粒含量的不同粗、细颗粒含量的不同，有粗石状结构粗石状结构和假斑状结假斑状结构构两种不同的结构形态粗石状结构粗石状结构的土具有较高的强度，而其透水性则取决于粒间孔隙的充填程度及充填物的性质假斑状结构假斑状结构土的性质主要取决于组成土的细粒物质的特点（二）细粒土的结构类型（二）细粒土的结构类型细粒土颗粒细小，细粒土一般为团聚结构团聚结构（海绵状结构或蜂窝状海绵状结构或蜂窝状结构结构）细粒土的团聚结构按土粒均匀与否土粒均匀与否可分为均粒和非均粒均粒和非均粒两种类型均粒团聚结构均粒团聚结构又分为蜂窝状和絮状结构非均粒团聚结构非均粒团聚结构是由粉粒和砂粒之间充满粘粒团聚体所形成的结构三、土的构造三、土的构造 土的构造：土的构造：土体中各结构单元之间的关系主要特征：土的成层性和裂隙性，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性 层理构造层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶