土的基本性質(zhì)高等土力學(xué)課件

第1講土的基本性質(zhì)第1講土的基本性質(zhì)2意大利比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°1360：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動(dòng)工原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度較低，變形較大。1590:

伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn)2意大利比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，33445561995年阪神地震大阪的街道路面液化61995年阪神地震大阪的街道路面液化71999年臺(tái)灣大地震中臺(tái)中縣由于液化引起的樓房倒塌71999年臺(tái)灣大地震中臺(tái)中縣由于液化引起的樓房倒塌8趙洲橋

隋朝石工李春所建，他把石臺(tái)砌筑于密實(shí)的粗砂層上，一千三百多年來(lái)估計(jì)沉降僅幾厘米。8趙洲橋隋朝石工李春所建，他把石臺(tái)砌筑于密9提綱土的構(gòu)成土的物理化學(xué)性質(zhì)土的基本力學(xué)性質(zhì)土的分類9提綱土的構(gòu)成10土的構(gòu)成土粒：礦物成分水：結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水氣水氣收縮膜：非飽和土10土的構(gòu)成土粒：礦物成分1111121213礦物成分原生礦物：母巖物理風(fēng)化產(chǎn)物（抗水性、抗風(fēng)化強(qiáng)），石英長(zhǎng)石云母；次生礦物：粘土礦物水溶鹽：有機(jī)質(zhì)：13礦物成分原生礦物：母巖物理風(fēng)化產(chǎn)物（抗水性、抗風(fēng)化強(qiáng)），14礦物成分14礦物成分15粘土礦物晶胞由硅氧四面體和鋁氫氧八面體組成15粘土礦物晶胞由硅氧四面體和鋁氫氧八面體組成16高嶺石Al4[Si4O10](OH)8酸性環(huán)境花崗巖中長(zhǎng)石水解生成兩層結(jié)構(gòu)，晶胞厚7.2?氫氧根中的氫與相鄰氧形成氫鍵水穩(wěn)性好密度2.58～2.61g/cm3粘土礦物16高嶺石Al4[Si4O10](OH)8粘土礦物17蒙脫石Al2[Si4O10](OH)2?nH2O堿性、排水不良環(huán)境玄武巖、火山灰轉(zhuǎn)變而來(lái)三層結(jié)構(gòu)，兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體，晶胞厚14?兩層間為氧原子與氧原子的分子鍵（范德華力）水穩(wěn)性差密度2.2～2.7g/cm3粘土礦物17蒙脫石Al2[Si4O10](OH)2?nH2O粘土礦18伊利石KAl2[AlSi3O10](OH)2?nH2O云母類粘土礦物統(tǒng)稱三層結(jié)構(gòu)，晶胞厚10?鉀鍵連結(jié)晶胞水穩(wěn)性間于高嶺石和蒙脫石之間密度2.6～3.0g/cm3粘土礦物18伊利石KAl2[AlSi3O10](OH)2?nH2O19活性指數(shù)：A=Ip/<0.002mm顆粒含量，表示親水能力：<0.75，非活性

0.75-1.25，正常粘土

>1.25，活性粘土粘土礦物19活性指數(shù)：A=Ip/<0.002mm顆粒含量，粘土礦物20殘余摩擦角：石英砂35，高嶺石12，伊利石10.2，蒙脫石4～10滲透系數(shù)粘土礦物20殘余摩擦角：粘土礦物21熱差分析：晶格破壞–吸熱，新晶格形成–放熱；高：吸550-600oC，放1000oC；伊：吸150oC、550oC、800-900oC蒙：吸150-200oC、700oC、850-900oC，放1000oC；X射線衍射：化學(xué)成分分析：粘土礦物21熱差分析：晶格破壞–吸熱，新晶格形成–放熱；粘土礦物22土中水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水地下水位以下，土顆粒分子引力范圍以外，僅在本身重力作用下運(yùn)動(dòng)的水土中水22土中水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水地下水位以23王平全（2005）用等溫吸附法確定粘土表面吸附結(jié)合水界限吸附于土顆粒表面，在尋常條件下不能移動(dòng)的水。內(nèi)層稱強(qiáng)結(jié)合水（吸著水），外層稱弱結(jié)合水（薄膜水）。相對(duì)水氣平衡壓分別為0.9和0.98是粘土—水體系的兩個(gè)特征濕度23王平全（2005）用等溫吸附法確定粘土表面吸附結(jié)合水界限24土中水24土中水25水的狀態(tài)與土的稠度密切相關(guān)塑限對(duì)應(yīng)于強(qiáng)結(jié)合水的上限；液限對(duì)應(yīng)于弱結(jié)合水和部分自由水；25水的狀態(tài)與土的稠度密切相關(guān)塑限對(duì)應(yīng)于強(qiáng)結(jié)合水的上限；26水的勢(shì)能重力勢(shì)壓力勢(shì)基質(zhì)勢(shì)溶質(zhì)勢(shì)荷載勢(shì)26水的勢(shì)能重力勢(shì)27土的物理化學(xué)性質(zhì)顆粒大小表面帶電特性土的結(jié)構(gòu)27土的物理化學(xué)性質(zhì)顆粒大小28顆粒大小28顆粒大小29表面帶電特性比表面積：有機(jī)極性分子吸附法。乙二醇3225.8m2/g；甘油17.65m2/g粘土礦物比表面積（m2/g）蒙脫石810伊利石67-100高嶺石7-30水鋁英石200-30029表面帶電特性比表面積：有機(jī)極性分子吸附法。粘土礦物303031電動(dòng)現(xiàn)象（電泳和電滲）水中的陽(yáng)離子帶水一起向陰極移動(dòng)，陰極水位上升；

帶負(fù)電的粘土向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)極附近變混濁。列伊斯（1809）31電動(dòng)現(xiàn)象（電泳和電滲）水中的陽(yáng)離子帶水一起向陰極移動(dòng)，陰3232333334表面電荷來(lái)源同像置換（Si4+→Al3+；Al3++→Mg2+

）晶格缺陷和破鍵選擇性吸附離解吸附：礦物顆粒從水溶液中吸附離子帶電SiO2+H2O→H2SiO3

→SiO32-+2H+CaCO3在Na3CO3吸附CO32-帶負(fù)電；在CaCl2中的表現(xiàn)吸附Ca2+帶負(fù)電。SiO2吸附SiO32-，帶負(fù)電。離子發(fā)生基H2SiO3在水中離解為SiO32-和H+，溶液酸度增加，斯為酸式離解；發(fā)生基離解成陽(yáng)離子和OH-，礦物顆粒吸附陽(yáng)離子帶正電，溶液堿度增加，斯為堿式離解。34表面電荷來(lái)源同像置換（Si4+→Al3+；Al3++35雙電層理論

（土粒表面的負(fù)電荷與反離子層的統(tǒng)稱）35雙電層理論

（土粒表面的負(fù)電荷與反離子層的統(tǒng)稱）36雙電層理論假設(shè)：表面是平面；van’tHoff’s關(guān)系ps=RTn0(n/n0+n0/n-2)有效；e=γcSd有效。x-距表面距離D-介電常數(shù)ε-單位電子電荷ρ-電荷密度，ρ=ε∑niυiυi-離子價(jià)數(shù)ni-離子濃度，ni=ni0exp(εψυi/kT)36雙電層理論假設(shè)：表面是平面；van’tHoff37簡(jiǎn)化：假設(shè)只有一種陽(yáng)離子和陰離子，即i=2，|υ+|=|υ-|=υ，n0+=n0-=n0對(duì)于單片粘土礦物邊界條件：x=0，ψ=ψ0

x=∞，ψ=0，dψ/dx=037簡(jiǎn)化：假設(shè)只有一種陽(yáng)離子和陰離子，對(duì)于單片粘土礦物38n是離子數(shù)/cm3簡(jiǎn)，常用的離子濃度是c（mol/l）c=1000n/R，R是阿佛加德羅常數(shù)，6.022×1023l/mol雙電層厚度d為d=1/K。38n是離子數(shù)/cm3簡(jiǎn)，常用的離子濃度是c（mol/l）雙39Bolt（1956）β=1015cm/mmol，x0=4/(υβΓ)=1/υ伊利石=2/υ高嶺石；=4/υ蒙脫石Γ是離子交換表面密度。膨脹力為：39Bolt（1956）40Sridharan和Choudhury（2002）徐永福等（2003）40Sridharan和Choudhury（2002）徐永福41離子交換（Gapon平衡方程）M和N表示m和n價(jià)陽(yáng)離子；e表示可交換陽(yáng)離子；0表示自由溶液中的陽(yáng)離子濃度；離子交換能力：Li+<Na+<H+<K+<NK4+≤Mg2+<Ca2+<Al3+41離子交換（Gapon平衡方程）M和N表示m和n價(jià)陽(yáng)離子；42離子交換（Gapon平衡方程）以伊利石為例，k=0.4(1/mol)1/2，0.02molCaCl2和0.02molNaCl中以伊利石為例，離子交換容量為40mg當(dāng)量/100g，2mg當(dāng)量為Na，38mg當(dāng)量為Ca，二價(jià)比一價(jià)高19倍。42離子交換（Gapon平衡方程）以伊利石為例，k=0.4(43短程作用-觸變性分析43短程作用-觸變性分析44超靈敏粘土（quickclay）最早由Reusch（1901）引用，指經(jīng)重塑后稠度從固態(tài)變成粘滯液體狀態(tài)的粘土。超靈敏粘土在更新世期間被冰川覆蓋的地區(qū)發(fā)現(xiàn)，主要在蘇聯(lián)北部、芬蘭、瑞典、加拿大和阿拉斯加。冰川的沖刷產(chǎn)生了大量的細(xì)粒物質(zhì)，接著便在海水、微咸水或淡水環(huán)境中沉積。冰川成因的粘土的典型特征是粘粒（＜2μm）中含有大量非粘土礦物或原生礦物。粘土礦物主要是伊利石和綠泥，也有蛭石，蒙脫石在所有超靈敏粘土中含量都很低，甚至可以完全不存在；在非粘土礦物中，石英最多，長(zhǎng)石次之，角閃石也在大部分土樣中存在。44超靈敏粘土（quickclay）最早由Reusch（145超靈敏粘土的塑性指數(shù)都很小（約10～15），比按它們的粒徑分布所估計(jì)的值小得多。低塑性可用無(wú)活性的非粘土顆粒解釋，超靈敏枯土的活性一般低于0.5，如果將伊利石的活性考慮為0.9，則石英的活性為零。由于某些超靈敏粘土的礦構(gòu)成分和低塑性，不應(yīng)歸入“粘土”類。超靈敏粘土具有多孔的絮凝結(jié)構(gòu)，靈敏粘土集合體內(nèi)部的孔隙似乎比非靈敏枯土的大，含水量都很高，一般可達(dá)80％。超靈敏粘土還具有液性指數(shù)較高的特征，其值可以達(dá)到3.5左右。45超靈敏粘土的塑性指數(shù)都很?。s10～15），比按它們的粒46（1）沉積荷載緩慢增加。多孔的絮凝結(jié)構(gòu)，結(jié)合力抵抗壓縮。（2）土顆粒的比表面積小。大量巖粉中含有少量的粘土礦物，在不帶電的非粘土顆粒之間產(chǎn)生“短距離”的粒間結(jié)合力，在帶電的粘土顆粒之間存在“長(zhǎng)距離”的結(jié)合力。短距離結(jié)合力：顆粒非常小、重量與力級(jí)相當(dāng)。結(jié)合力遭到破壞，強(qiáng)度便下降到一個(gè)很低的值。（3）高z電位。顆粒間排斥力增加形成分散結(jié)構(gòu)，降低了強(qiáng)度（4）分散劑和有機(jī)物質(zhì)。使雙電層擴(kuò)張。（5）低鹽度。靈敏度并不只是取決子鹽度，孔隙水內(nèi)鹽度很低的非靈敏粘土也同樣存在。鹽度低是形成超靈敏粘土的必要條件，而不是充分條件。當(dāng)含鹽量降到大約5g/l以下時(shí)，液限才開(kāi)始減少，而當(dāng)含鹽量降到2g/l以下時(shí)，液限發(fā)生陡降。超靈敏粘土的孔隙水中鈉離子占優(yōu)勢(shì)，非超靈敏粘土中主要是鈣離子和鎂離子。Soderblom（1974a）發(fā)現(xiàn)硬水（含Ca+2和Mg+2離子）淋濾的粘土從未發(fā)現(xiàn)有超靈敏粘土。46（1）沉積荷載緩慢增加。多孔的絮凝結(jié)構(gòu)，結(jié)合力抵抗壓縮。47瑞典Gota河谷粘土導(dǎo)電率和靈敏度的關(guān)系47瑞典Gota河谷粘土導(dǎo)電率和靈敏度的關(guān)系48淋濾對(duì)挪威粘土和曼谷粘土靈敏度的影響48淋濾對(duì)挪威粘土和曼谷粘土靈敏度的影響49土的結(jié)構(gòu)49土的結(jié)構(gòu)5050515152土的基本力學(xué)性質(zhì)粘性塑性粘聚力蠕變性變形52土的基本力學(xué)性質(zhì)粘性53粘性顆粒電作用下的粘結(jié)性質(zhì)，表現(xiàn)為剪切強(qiáng)度的粘聚力。粘聚力的來(lái)源：結(jié)合水、膠結(jié)作用、毛細(xì)水53粘性顆粒電作用下的粘結(jié)性質(zhì)，表現(xiàn)為剪切強(qiáng)度的粘聚力。54塑性液限塑限水頭3-10cm7-10mcu（kPa）2-3

130-180顆粒之間靠結(jié)合水膜聯(lián)接54塑性液限55粘聚力粘性土具有拉伸強(qiáng)度；粘性土自立性。原始粘聚力:重塑土法向應(yīng)力為0時(shí)的剪切強(qiáng)度，是由分子間作用力引起的，影響距離為5?，鍵能為0.5-5千卡/克分子固化粘聚力:由隨時(shí)間增長(zhǎng)的膠結(jié)作用引起的。原狀土和重塑土在法向應(yīng)力為0時(shí)的剪切強(qiáng)度之差，土體形成后，密度基本不變條件下的強(qiáng)度增加部分。固化粘聚力很大。時(shí)間t時(shí)間t的剪切強(qiáng)度/制樣時(shí)的強(qiáng)度01.01h2.43.5h2.622h3.15d5.410d7.955粘聚力粘性土具有拉伸強(qiáng)度；粘性土自立性。56蠕變土不是彈性體、也不是塑性體，而是粘彈塑性；蠕變反映土顆粒間接觸點(diǎn)性質(zhì)的變化；宏觀性質(zhì)；微觀機(jī)理。56蠕變土不是彈性體、也不是塑性體，而是粘彈塑性；57蠕變微觀機(jī)理速率過(guò)程理論Stroud(1971):ApproximateCalculationofMultipleIntegrals57蠕變微觀機(jī)理速率過(guò)程理論Stroud(1971):Ap58蠕變微觀機(jī)理虛功原理58蠕變微觀機(jī)理虛功原理59蠕變微觀機(jī)理（宏觀流變）59蠕變微觀機(jī)理（宏觀流變）60蠕變微觀機(jī)理BazantZP,OhBH.Microplanemodelforcreepofanisotropicclay.JEngMech,ASCE,1983.60蠕變微觀機(jī)理BazantZP,OhBH.Micr61蠕變微觀機(jī)理9次2×21點(diǎn)在二十面上的非正交對(duì)稱分布61蠕變微觀機(jī)理9次2×21點(diǎn)在二十面上的非正交對(duì)稱分布62蠕變微觀機(jī)理9次2×21點(diǎn)在球面上的正交對(duì)稱分布62蠕變微觀機(jī)理9次2×21點(diǎn)在球面上的正交對(duì)稱分布63蠕變微觀機(jī)理11次2×33點(diǎn)在多面上的正交對(duì)稱分布63蠕變微觀機(jī)理11次2×33點(diǎn)在多面上的正交對(duì)稱分布64本構(gòu)模型固結(jié)理論變形64本構(gòu)模型變形65土的分類65土的分類666667軟土：天然含水量>=wL，e>1.0，壓縮系數(shù)>0.5MPa-1，不排水強(qiáng)度<30kPa泥炭：天然含水量一般大于300％，孔隙比一般大于5，快剪內(nèi)摩擦角一般小于12°，位于塑性圖A線以下或以上。腐殖質(zhì)土：天然含水量一般大于200％，孔隙比一般大于4，快剪內(nèi)摩擦角一般小于5o，位于塑性圖A線下或上。有機(jī)質(zhì)土常分為淤泥和淤泥質(zhì)土兩類。淤泥：天然含水量一般大于60％，孔隙比一般大于1.5，快剪內(nèi)摩擦角一般小于5°，但含有未分解的有機(jī)質(zhì)時(shí)則可高達(dá)10°，位于塑性圈A線下或上。淤泥質(zhì)土：天然含水量w>wL，孔隙比ｅ為1.0～1.5．快剪內(nèi)摩擦角一般小于15°，位于塑性圖A線下或上．67軟土：天然含水量>=wL，e>1.0，壓縮系數(shù)>0.5M68686969707071717272737374思考題如何確定水的勢(shì)態(tài)？土結(jié)構(gòu)影響土力學(xué)性質(zhì)的研究方法？推導(dǎo)雙電層理論，并應(yīng)用于土力學(xué)的研究中。研讀粘土蠕變微觀機(jī)理。74思考題如何確定水的勢(shì)態(tài)？

第1講土的基本性質(zhì)第1講土的基本性質(zhì)76意大利比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°1360：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動(dòng)工原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度較低，變形較大。1590:

伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn)2意大利比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，773784795801995年阪神地震大阪的街道路面液化61995年阪神地震大阪的街道路面液化811999年臺(tái)灣大地震中臺(tái)中縣由于液化引起的樓房倒塌71999年臺(tái)灣大地震中臺(tái)中縣由于液化引起的樓房倒塌82趙洲橋

隋朝石工李春所建，他把石臺(tái)砌筑于密實(shí)的粗砂層上，一千三百多年來(lái)估計(jì)沉降僅幾厘米。8趙洲橋隋朝石工李春所建，他把石臺(tái)砌筑于密83提綱土的構(gòu)成土的物理化學(xué)性質(zhì)土的基本力學(xué)性質(zhì)土的分類9提綱土的構(gòu)成84土的構(gòu)成土粒：礦物成分水：結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水氣水氣收縮膜：非飽和土10土的構(gòu)成土粒：礦物成分8511861287礦物成分原生礦物：母巖物理風(fēng)化產(chǎn)物（抗水性、抗風(fēng)化強(qiáng)），石英長(zhǎng)石云母；次生礦物：粘土礦物水溶鹽：有機(jī)質(zhì)：13礦物成分原生礦物：母巖物理風(fēng)化產(chǎn)物（抗水性、抗風(fēng)化強(qiáng)），88礦物成分14礦物成分89粘土礦物晶胞由硅氧四面體和鋁氫氧八面體組成15粘土礦物晶胞由硅氧四面體和鋁氫氧八面體組成90高嶺石Al4[Si4O10](OH)8酸性環(huán)境花崗巖中長(zhǎng)石水解生成兩層結(jié)構(gòu)，晶胞厚7.2?氫氧根中的氫與相鄰氧形成氫鍵水穩(wěn)性好密度2.58～2.61g/cm3粘土礦物16高嶺石Al4[Si4O10](OH)8粘土礦物91蒙脫石Al2[Si4O10](OH)2?nH2O堿性、排水不良環(huán)境玄武巖、火山灰轉(zhuǎn)變而來(lái)三層結(jié)構(gòu)，兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體，晶胞厚14?兩層間為氧原子與氧原子的分子鍵（范德華力）水穩(wěn)性差密度2.2～2.7g/cm3粘土礦物17蒙脫石Al2[Si4O10](OH)2?nH2O粘土礦92伊利石KAl2[AlSi3O10](OH)2?nH2O云母類粘土礦物統(tǒng)稱三層結(jié)構(gòu)，晶胞厚10?鉀鍵連結(jié)晶胞水穩(wěn)性間于高嶺石和蒙脫石之間密度2.6～3.0g/cm3粘土礦物18伊利石KAl2[AlSi3O10](OH)2?nH2O93活性指數(shù)：A=Ip/<0.002mm顆粒含量，表示親水能力：<0.75，非活性

0.75-1.25，正常粘土

>1.25，活性粘土粘土礦物19活性指數(shù)：A=Ip/<0.002mm顆粒含量，粘土礦物94殘余摩擦角：石英砂35，高嶺石12，伊利石10.2，蒙脫石4～10滲透系數(shù)粘土礦物20殘余摩擦角：粘土礦物95熱差分析：晶格破壞–吸熱，新晶格形成–放熱；高：吸550-600oC，放1000oC；伊：吸150oC、550oC、800-900oC蒙：吸150-200oC、700oC、850-900oC，放1000oC；X射線衍射：化學(xué)成分分析：粘土礦物21熱差分析：晶格破壞–吸熱，新晶格形成–放熱；粘土礦物96土中水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水地下水位以下，土顆粒分子引力范圍以外，僅在本身重力作用下運(yùn)動(dòng)的水土中水22土中水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水地下水位以97王平全（2005）用等溫吸附法確定粘土表面吸附結(jié)合水界限吸附于土顆粒表面，在尋常條件下不能移動(dòng)的水。內(nèi)層稱強(qiáng)結(jié)合水（吸著水），外層稱弱結(jié)合水（薄膜水）。相對(duì)水氣平衡壓分別為0.9和0.98是粘土—水體系的兩個(gè)特征濕度23王平全（2005）用等溫吸附法確定粘土表面吸附結(jié)合水界限98土中水24土中水99水的狀態(tài)與土的稠度密切相關(guān)塑限對(duì)應(yīng)于強(qiáng)結(jié)合水的上限；液限對(duì)應(yīng)于弱結(jié)合水和部分自由水；25水的狀態(tài)與土的稠度密切相關(guān)塑限對(duì)應(yīng)于強(qiáng)結(jié)合水的上限；100水的勢(shì)能重力勢(shì)壓力勢(shì)基質(zhì)勢(shì)溶質(zhì)勢(shì)荷載勢(shì)26水的勢(shì)能重力勢(shì)101土的物理化學(xué)性質(zhì)顆粒大小表面帶電特性土的結(jié)構(gòu)27土的物理化學(xué)性質(zhì)顆粒大小102顆粒大小28顆粒大小103表面帶電特性比表面積：有機(jī)極性分子吸附法。乙二醇3225.8m2/g；甘油17.65m2/g粘土礦物比表面積（m2/g）蒙脫石810伊利石67-100高嶺石7-30水鋁英石200-30029表面帶電特性比表面積：有機(jī)極性分子吸附法。粘土礦物10430105電動(dòng)現(xiàn)象（電泳和電滲）水中的陽(yáng)離子帶水一起向陰極移動(dòng)，陰極水位上升；

帶負(fù)電的粘土向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)極附近變混濁。列伊斯（1809）31電動(dòng)現(xiàn)象（電泳和電滲）水中的陽(yáng)離子帶水一起向陰極移動(dòng)，陰1063210733108表面電荷來(lái)源同像置換（Si4+→Al3+；Al3++→Mg2+

）晶格缺陷和破鍵選擇性吸附離解吸附：礦物顆粒從水溶液中吸附離子帶電SiO2+H2O→H2SiO3

→SiO32-+2H+CaCO3在Na3CO3吸附CO32-帶負(fù)電；在CaCl2中的表現(xiàn)吸附Ca2+帶負(fù)電。SiO2吸附SiO32-，帶負(fù)電。離子發(fā)生基H2SiO3在水中離解為SiO32-和H+，溶液酸度增加，斯為酸式離解；發(fā)生基離解成陽(yáng)離子和OH-，礦物顆粒吸附陽(yáng)離子帶正電，溶液堿度增加，斯為堿式離解。34表面電荷來(lái)源同像置換（Si4+→Al3+；Al3++109雙電層理論

（土粒表面的負(fù)電荷與反離子層的統(tǒng)稱）35雙電層理論

（土粒表面的負(fù)電荷與反離子層的統(tǒng)稱）110雙電層理論假設(shè)：表面是平面；van’tHoff’s關(guān)系ps=RTn0(n/n0+n0/n-2)有效；e=γcSd有效。x-距表面距離D-介電常數(shù)ε-單位電子電荷ρ-電荷密度，ρ=ε∑niυiυi-離子價(jià)數(shù)ni-離子濃度，ni=ni0exp(εψυi/kT)36雙電層理論假設(shè)：表面是平面；van’tHoff111簡(jiǎn)化：假設(shè)只有一種陽(yáng)離子和陰離子，即i=2，|υ+|=|υ-|=υ，n0+=n0-=n0對(duì)于單片粘土礦物邊界條件：x=0，ψ=ψ0

x=∞，ψ=0，dψ/dx=037簡(jiǎn)化：假設(shè)只有一種陽(yáng)離子和陰離子，對(duì)于單片粘土礦物112n是離子數(shù)/cm3簡(jiǎn)，常用的離子濃度是c（mol/l）c=1000n/R，R是阿佛加德羅常數(shù)，6.022×1023l/mol雙電層厚度d為d=1/K。38n是離子數(shù)/cm3簡(jiǎn)，常用的離子濃度是c（mol/l）雙113Bolt（1956）β=1015cm/mmol，x0=4/(υβΓ)=1/υ伊利石=2/υ高嶺石；=4/υ蒙脫石Γ是離子交換表面密度。膨脹力為：39Bolt（1956）114Sridharan和Choudhury（2002）徐永福等（2003）40Sridharan和Choudhury（2002）徐永福115離子交換（Gapon平衡方程）M和N表示m和n價(jià)陽(yáng)離子；e表示可交換陽(yáng)離子；0表示自由溶液中的陽(yáng)離子濃度；離子交換能力：Li+<Na+<H+<K+<NK4+≤Mg2+<Ca2+<Al3+41離子交換（Gapon平衡方程）M和N表示m和n價(jià)陽(yáng)離子；116離子交換（Gapon平衡方程）以伊利石為例，k=0.4(1/mol)1/2，0.02molCaCl2和0.02molNaCl中以伊利石為例，離子交換容量為40mg當(dāng)量/100g，2mg當(dāng)量為Na，38mg當(dāng)量為Ca，二價(jià)比一價(jià)高19倍。42離子交換（Gapon平衡方程）以伊利石為例，k=0.4(117短程作用-觸變性分析43短程作用-觸變性分析118超靈敏粘土（quickclay）最早由Reusch（1901）引用，指經(jīng)重塑后稠度從固態(tài)變成粘滯液體狀態(tài)的粘土。超靈敏粘土在更新世期間被冰川覆蓋的地區(qū)發(fā)現(xiàn)，主要在蘇聯(lián)北部、芬蘭、瑞典、加拿大和阿拉斯加。冰川的沖刷產(chǎn)生了大量的細(xì)粒物質(zhì)，接著便在海水、微咸水或淡水環(huán)境中沉積。冰川成因的粘土的典型特征是粘粒（＜2μm）中含有大量非粘土礦物或原生礦物。粘土礦物主要是伊利石和綠泥，也有蛭石，蒙脫石在所有超靈敏粘土中含量都很低，甚至可以完全不存在；在非粘土礦物中，石英最多，長(zhǎng)石次之，角閃石也在大部分土樣中存在。44超靈敏粘土（quickclay）最早由Reusch（1119超靈敏粘土的塑性指數(shù)都很小（約10～15），比按它們的粒徑分布所估計(jì)的值小得多。低塑性可用無(wú)活性的非粘土顆粒解釋，超靈敏枯土的活性一般低于0.5，如果將伊利石的活性考慮為0.9，則石英的活性為零。由于某些超靈敏粘土的礦構(gòu)成分和低塑性，不應(yīng)歸入“粘土”類。超靈敏粘土具有多孔的絮凝結(jié)構(gòu)，靈敏粘土集合體內(nèi)部的孔隙似乎比非靈敏枯土的大，含水量都很高，一般可達(dá)80％。超靈敏粘土還具有液性指數(shù)較高的特征，其值可以達(dá)到3.5左右。45超靈敏粘土的塑性指數(shù)都很小（約10～15），比按它們的粒120（1）沉積荷載緩慢增加。多孔的絮凝結(jié)構(gòu)，結(jié)合力抵抗壓縮。（2）土顆粒的比表面積小。大量巖粉中含有少量的粘土礦物，在不帶電的非粘土顆粒之間產(chǎn)生“短距離”的粒間結(jié)合力，在帶電的粘土顆粒之間存在“長(zhǎng)距離”的結(jié)合力。短距離結(jié)合力：顆粒非常小、重量與力級(jí)相當(dāng)。結(jié)合力遭到破壞，強(qiáng)度便下降到一個(gè)很低的值。（3）高z電位。顆粒間排斥力增加形成分散結(jié)構(gòu)，降低了強(qiáng)度（4）分散劑和有機(jī)物質(zhì)。使雙電層擴(kuò)張。（5）低鹽度。靈敏度并不只是取決子鹽度，孔隙水內(nèi)鹽度很低的非靈敏粘土也同樣存在。鹽度低是形成超靈敏粘土的必要條件，而不是充分條件。當(dāng)含鹽量降到大約5g/l以下時(shí)，液限才開(kāi)始減少，而當(dāng)含鹽量降到2g/l以下時(shí)，液限發(fā)生陡降。超靈敏粘土的孔隙水中鈉離子占優(yōu)勢(shì)，非超靈敏粘土中主要是鈣離子和鎂離子。Soderblom（1974a）發(fā)現(xiàn)硬水（含Ca+2和Mg+2離子）淋濾的粘土從未發(fā)現(xiàn)有超靈敏粘土。46（1）沉積荷載緩慢增加。多孔的絮凝結(jié)構(gòu)，結(jié)合力抵抗壓縮。121瑞典Gota河谷粘土導(dǎo)電率和靈敏度的關(guān)系47瑞典Gota河谷粘土導(dǎo)電率和靈敏度的關(guān)系122淋濾對(duì)挪威粘土和曼谷粘土靈敏度的影響48淋濾對(duì)挪威粘土和曼谷粘土靈敏度的影響123土的結(jié)構(gòu)49土的結(jié)構(gòu)1245012551126土的基本力學(xué)性質(zhì)粘性塑性粘聚力蠕變性變形52土的基本力學(xué)性質(zhì)粘性127粘性顆粒電作用下的粘結(jié)性質(zhì)，表現(xiàn)為剪切強(qiáng)度的粘聚力。粘聚力的來(lái)源：結(jié)合水、膠結(jié)作用、毛細(xì)水53粘性顆粒電作用下的粘結(jié)性質(zhì)，表現(xiàn)為剪切強(qiáng)度的粘聚力。128塑性液限塑限水頭3-10cm7-10mcu（kPa）2-3

130-180顆粒之間靠結(jié)合水膜聯(lián)接54塑性液限129粘聚力粘性土具有拉伸強(qiáng)度；粘性土自立性。原始粘聚力:重塑土法向應(yīng)力為0時(shí)的剪切強(qiáng)度，是由分子間作用力引起的，影響距離為5?，鍵能為0.5-5千卡/克分子固化粘聚力:由隨時(shí)間增長(zhǎng)的膠結(jié)作用引起的。原狀土和重塑土在法向應(yīng)力為0時(shí)的剪切強(qiáng)度之差，土體