某著名大学土力学教学课件 第一二章 土的三相组成

第二章土的三相组成土是由固体相、液体相、气体相组成的三相体系。固体相指土中的矿物颗粒，简称土粒。它构成土的骨架，称为土骨架。液体相由水溶液组成，可分为强结合水、弱结合水、毛细水、重力水等。气体相由空气和其它气体构成。土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响目录第一节土的颗粒级配第二节土的矿物成分第三节土中的水第四节土的结构第一节土的颗粒级配一、粒组的划分自然界中土一般都是由大小不等的土粒混合而组成的，也就是不同大小的土颗粒按不同的比例搭配关系构成某一类土，比例搭配（级配）不一样，则土的性质各异。土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是一定的粒径区段，以毫米表示。

粒组的划分的原则符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每个粒组的成分与性质无质的变化，具相同或相似的成分与性质；与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小的土粒可采用不同的适用方法进行分析；粒组界限值力求服从简单的数学规律。200、20、2、1/20、1/200mm表2-1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d>200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60<d≤200粗粒砾粒粗砾20<d≤60筛

分

法透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。细砾2<d≤20砂粒粗砂0.5<d≤2中砂0.25<d≤0.5细砂0.075<d≤0.25细粒粉粒0.005<d≤0.075静水沉降原理透水性小，压缩性中等，毛细上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性极弱，压缩性变化大，具粘性和可塑性。粒组名称粒径d范围（mm）分析方法主要特征巨粒组d>60直接测定透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛细性。粗粒组砾粒组2<d≤60筛分法透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。砂粒组0.075<d≤2细粒组粉粒0.005<d≤0.075静水沉降原理透水性小，压缩性中等，毛细上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性极弱，压缩性变化大，具粘性和可塑性。二、颗粒级配的测定土的颗粒级配是指土中各粒组的相对百分含量，通常用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示，也称为土的粒度成分。粗粒土指以砾石和砂粒为主的土。细粒土指以粉粒、粘粒和胶粒为主的土。筛分法（适用于砾石类和粗粒土，d>0.1mm）静水沉降分析法（适用于细粒土，d<0.1mm）（虹吸比重瓶法、移液管法、比重计法）三、筛分法用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数静水沉降分析原理：Stokes公式式中：V—土粒的沉降速度，cm/s；d—土粒直径，mm；（等效直径）ρs—土粒密度，g/cm3；ρw—水的比重，g/cm3；η—水的动力粘滞系数，10-6kPa•s；g—重力加速度，cm/s2“等效直径”是指土粒沉降速度与某一粒径的球形颗粒的沉降速度相等，那么这球形颗粒的直径即为该土粒的直径。比重计法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三、颗粒级配的表示方法表格法是将分析资料(各粒组的百分含量或小于某粒径的累积百分含量)填在已制好的表格内。表2-2颗粒分析成果表土样编号粒组（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510351020152030表2-3颗粒分析成果表土样编号小于某粒径（mm）累积百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.0051287262472717颗粒级配累积曲线（图解法）横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位mm；纵坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。土的粗细常用平均粒径（mm）d50表示，d50指土中大于或小于此粒径的土粒含量均占50。颗粒级配累积曲线土样编号小于某粒径（mm）累积百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.00512872624727170.0010.0050.010.11特征粒径d10—有效粒径（de）；d50—平均粒径；d30、d60—限制粒径。颗粒级配累积曲线土的不均匀系数CuCu=d60/d10Cu<5的土视为级配不良的均粒土，而Cu>5的土称为级配良好的非均粒土。土的曲率系数CcCc=1~3时，为级配连续；Cc<1或Cc>3时，级配不连续。四、土按颗粒级配的分类粗粒土：土中粒径>0.075mm的质量超过全部质量的50%。细粒土：土中粒径>0.075mm的质量小于全部质量的50%。《岩土工程勘察规范》中的分类法：将粒径>2mm的质量超过50%的称为碎石土；将粒径＞2mm的质量小于50％而大于0.075mm的质量超过50%的称为砂土；将大于0.075mm的质量小于50%的定为粉土或粘性土。碎石土、砂土和粉土又称为无粘性土。四、土按颗粒级配的分类土的矿物成分原生矿物次生矿物有机质粘土矿物无定形氧化物胶体可溶盐第二节土的矿物成分一、土中矿物类型及特性矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用原生矿物原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。例：石英、云母、长石等原生矿物颗粒一般都较粗大，它们主要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中。特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点岩石物理风化岩石破碎化学成分不改变原生矿物次生矿物化学风化成分改变溶滤带走、沉积残留部分原生矿物可溶性次生矿物不可溶性次生矿物次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化作用，使其进一步分解而形成一些颗粒更细小的新矿物。可溶性次生矿物又叫水溶盐，常见的有石盐、石膏等。不可溶性次生矿物又有次生二氧化硅、倍伴氧化物和粘土矿物。特征：不同的次生矿物性质各异。无定形氧化物胶体粘土矿陷物是主斩要的次临生矿物，是组成煎粘粒的主扯要矿物成膀分。粘土矿物录的结晶格耍架由铝氧八面踢体和硅氧四面字体两个基本暗单位组成游。硅氧四兵面体是硅片的基本单菜元，其化仁学式为[材SiO4]铝—氧八召面体是铝片的基本狮单元，励其化学滋式为[勉Al2(OH千)6-粘土矿赤物粘土矿物迁的类型与笋性质高岭石晶层之间运连结牢固困，水不能刷自由渗入仔，故其亲牲水性差，辈可塑性低捆，胀缩性确弱；蒙脱石则反之叹，晶胞执之间连狭结微弱差，活动搁自由，码亲水性唤强，胀刊缩性亦耳强；伊利石扎（水云蛙母）的性质介风于二者之带间。粘土矿物德中分布较恒广且对土关性质影响盟较大的是蒙脱石、高岭石和伊利石(或水软云母)唤三种。由微生物贯分解动楚植物残轮骸形成蜂，分为有机残榆余物（泥炭）和腐殖质。腐殖质含量在池1.5妖%~2代%以上拒称为淤幅泥类土三，压缩洒性极高王，强度龙很低。有机质践含量〉亩5%的可土称为有机质扇土。有机质（赛了解）二、矿毅物成分永与粒组魄之间的坦关系粒径大伴于0.壁075充mm的军各粒组恳，均由项原生矿流物所构庆成，其中抖漂石粒逐、卵石蓬粒、砾凯粒，其谁粒径往灾往大于滚矿物颗法粒，多殿数是由抛母岩碎茂屑构成味，一般隙具有的临多矿物婶结构，砂粒与原团生矿物颗惯粒大小近搜似，往往闸是由单矿寄物组成，敬以石英最愉为常见。粉粒组勿由原生阅矿物与墓次生矿根物混合类组成，其中赠以石英毕为主，剃其次为再高岭石伤及难溶窃盐。粘粒组主解要由不可访溶性次生环矿物与腐乎植质组成，有时傻也含难蜓溶盐，砌其中粘粱土矿物伴是最常撤见的矿酱物。第三节折土午中的水一、土中季水的类型巧与特性土中的水矿物成分碍水结合水重力水毛细水结构水捕、结晶傍水、沸断石水孔隙水自由水弱结合始水强结合杏水二、土粒屿与水的相消互作用1、土粒的译比表面怠积定义单往位质量病或单位监体积土宰颗粒所兼拥有的闹表面积哗称为比太表面积炭。即2、粘粒练的带电性梦质土中的粘寇土颗粒在傻电场中向筐阳极泳动展的现象称业为电泳。而土中罚的液体渗匀向阴极，范称为电渗。这两种葬现象是同恳时发生的仆，称为电动现部象。粘粒表厚面产生盘电荷的秧原因：1、选烧择性吸标附；2爪、表面布分子的浓离解；悬3、同难晶替换3、粘冠粒双电济层颗粒表涌面的负哪电荷构夜成电场叠的内层（决定恨电位层犯）。水中恒被吸引锁在颗粒筒表面的剪阳离子床和定向混排列的读水分子篇构成电稍场的外页层（反离骑子层）。合称双电层。受颗粒清表面电竟场作用渣力吸引岔而包围并在颗粒忍周围，败不传递侧静水压奖力不能监任意流产动的水厕，称为结合水。从水分寇子的角隆度讲，口双电层滋的外层高就是结蛙合水层会。结合水弱结合水（扩散层）：是一惠种粘滞水汉膜，是粘信性土在一艳定含水量所范围内具氏可塑性的繁原因强结合饼水（固定层）：性减质接近止于固体排，具蠕查变性，勺略高于放100宵℃可蒸由发反离子姨层第四节萄土籍的结构土的结喘构是指组艳成土的毒土粒大根小、形柄状、表刚面特征胀，土粒俩间的连掉结关系管和土粒享的排列配情况，区其中包乌括颗粒资或集合做体间的烟距离、骂孔隙大楚小及其散分布特洋点。一、土拌粒间的臣连结关余系1．接触连结，是指拔颗粒之袜间的直迟接接触剂，接触锁点上的陡连结强戏度主要屋来源于爽外加压蚀力所带镜来的有躺效接触熔压力。岗这种连示结方式改在砂土翠、粉土碗中或近狸代沉积垦土中普忧遍存在逃。2．胶结连焰结，是指库颗粒之以间存在枯着许多申胶结物省质，将踩颗粒胶历结连结有在一起款。3．结合水连竭结，是指通型过结合水矩膜而将相还邻土粒连中结起来的己连结形式忠，又叫水押胶连结，彼这种连结屋在一般粘临性土中普御遍存在。4．冰连结二、土的抬结构类型（一）巨扁粒土与粗最粒土的结森构类型粗粒土迹的结构意主要为单粒结构。根据颗斗粒间的排毒列接触关器系可分为松散结险构和密实结姻构。密实状态疏松状态在成土证过程中眉所形成项的土粒鹊的空间完排列及郑其联结鲁形式，副与组成躺土的颗乳粒大小捏、颗粒福形状、似矿物成耀分和沉锹积条件剃有关（二）细拳粒土的结镜构类型细粒土凭颗粒细扒小，细没粒土一菊般为团聚结构。蜂窝结构瓜：颗粒间什点与点萍接触，酬由于彼幻玉此之间伸引力大厘于重力炎，接触打后，不搬再继续武下沉，蚂形成链赠环单位列,很多币链环联克结起来规，形成虾孔隙较槽大的蜂尊窝状结削构絮状结构裙：细微粘垫粒大都劝呈针状贼