工程岩土学_第二章粘粒与水的相互作用

1、一、土粒的表面积一、土粒的表面积作为分散体系的土，固体相的土粒构成分散体系中的分散相，液体相的空隙溶液构成分散介质。分散相由分散程度不同的颗粒组成，通常用比表面积来表示其分散程度。假设土粒呈球形，d为其有径，则比表面积：土粒的比表面积与粒径土粒的比表面积与粒径d成反比。成反比。 一定量的粘粒表面水化膜总体积要大于同体积的粗砂或粉土的水化膜总体积数十倍至数百倍。因此，两者工程地质性质就有很大的差别：粘粒具有可塑性、胀缩性、内聚力等特性，而砂粒和砾粒则不具有这些性质。由此，粒度成分不同的土，其工程地质性质必然要有差别。土粒的比表面积除受土粒的大小控制外，土粒的形状也是重要的因素：球形颗粒每单位单位

2、体积的表面积最小；板状或片状颗粒的表面积最大。粘粒颗粒细小又多成片状或杆状，所以比表面积较大，具有巨大的表面能，比粉粒、砂粒具有更大的活动性。 比表面积与颗粒形状的关系比表面积与颗粒形状的关系二、粘粒的胶体特性二、粘粒的胶体特性土中的粘粒组(小于0.005mm)包括粘土矿物、游离氧化物及少量的石英、长石、云母等原生残余矿物的细小颗粒，以及有机质等物质。由于其颗粒细小，接近于胶体胶体的颗粒(1500m的颗粒常称准胶体胶体颗粒)，表现出一系列胶体的特性，如具有吸附能力。粘粒表面就借助于这种力场把它与其周围物质吸引住，这就是吸附作用。粘粒表面由于具有这种游离价的原子或离子，且处于不对称的静电引力场中

3、而具有吸引外界极性分子和离子的能力，即所谓的表面能。比表面积大，表面能也大，吸附作用也强，粘粒表面的离子也可能被溶液中的离子替换，发生离子交换作用，引起土体的一系列工程地质性质的变化。粘粒与溶液相互作用后，溶液中的反离子同时受着两种力的作用：种是粘粒表面的吸着力，使它紧靠土粒表面；另一种是离子本身热运动引起的扩散作用力，使离子有离开颗粒表面，扩散到溶液中去的趋势。这两种力作用用的结果果使粘粒周围的反离子浓度随着与粘粒表面距离的增加而减小，在表面以外的溶液中则呈平衡分布。粘粒弱结合水自由水强结合水 三、影响粘粒扩散层厚度的因素三、影响粘粒扩散层厚度的因素 1土粒的矿物成分与分散程度土粒的矿物成分

4、与分散程度 颗粒的分散程度愈高，比表面积愈大，对一定量的土来说，扩散层的总体积也愈大。颗粒的比表面积与颗粒的大小、形状有关，颗粒的形状又与矿物成分有关，所以矿物成分是决定的因素。 土粒的矿物成分决定着表面电荷形成的方式，从而决定着水溶液中哪些化学成分或者多大的PH值对决定扩散层厚度有重要意义。 2溶液的化学成分溶液的化学成分 对于由选择性吸附而形成的双电层的矿物而言，介质中可被选择吸附的离子浓度愈大，则热力学电位愈大扩散层愈厚；反之，扩散层则愈薄。 3溶液的浓度溶液的浓度 当溶液中反号离子的浓度增加时，可对扩散层中的反号离子起排斥作用，结果使扩散层中的离子被迫进入固定层，扩散层变薄。 4溶液的

5、溶液的PH值值 由二氧化硅、游离氧化物、粘土矿物组成的粘粒，其溶液的pH值将决定着双电层的热力学电位，从而影响到扩散层的厚度。就次生二氧化硅而言，溶液的PH值愈大，其解离程度愈高，则热力学电位愈大电位也愈大。若溶液的pH值小，即氢离子浓度增高，则次生二氧化硅的解离程度小，因此热力学电位小，扩散层变薄。一、土中的离子交换粘粒与水溶液相互作用后，吸附在其表面的阳离子(或者阴离子)可与溶液中的离子(或者阴离子)进行交换，这种现象称离子交换。如：离子交换是可逆反应，并且服从质量作用定律。离子交换作用发生在反离子层与溶液中相同符号的离子之间，这些离子都称交换性离子。一般认为离子交换是在扩散层与溶液之间进行的。2. 悬液中带电符号相反的两种粘粒，可直接相互吸引而形成集合体，这种作用称“相互聚沉”。聚沉的程度与两者含量的比例有关，只有当两者的含量相等，相反电荷互相抵消，聚沉才最完全。3. 土在干燥过程中，由于蒸发逐渐失去水分，孔隙溶液的浓度迅速增加，促使土粒的扩散层变薄，产生聚沉现象，称“干燥聚沉”。4. 在负温的条件