第01章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造第一章§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的形成滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的工程分類決定影響便于研究和應(yīng)用§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.1土的形成§土的三相組成土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的工程分類§1.1土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造形成過(guò)程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)風(fēng)化巖石地球土地球影響生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無(wú)粘性土原生礦物質(zhì)變粘性土次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.風(fēng)化有機(jī)質(zhì)土的形成巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎母巖外表和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物二.搬運(yùn)與沉積殘積土無(wú)搬運(yùn)運(yùn)積土有搬運(yùn)土質(zhì)較好§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造殘積土強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體顆粒外表粗糙多棱角粗細(xì)不均無(wú)層理土的形成母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物2.搬運(yùn)與沉積運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)：風(fēng)積土§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造重力:坡積土流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:冰積土土的形成土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§

1.1土的形成§

土的三相組成土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的工程分類§1.2土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造次要作用一.固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成礦物成分顆粒形狀1.粒徑級(jí)配一.固體顆粒§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例狹義的粒徑級(jí)配影響土性的主因顆粒大小粒徑土粒的等效直徑〔mm〕。土粒并非理想的球體，通常為橢球狀和針片狀、棱角狀等不規(guī)那么形狀．因此粒徑只是一個(gè)相對(duì)的、近似的概念；一.固體顆粒§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成顆粒大小粒組按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類為什么要?jiǎng)澐帧傲＝M〞或“粒級(jí)〞？〔１〕自然界中土顆粒直徑大小相差十分懸殊．〔２〕隨著粒徑的變化，土粒的成分和性質(zhì)也逐漸發(fā)生變化?！玻场钞?dāng)土粒的粒徑在某一大小范圍內(nèi)變化時(shí)．土的成分和性質(zhì)差異不大．可以認(rèn)為具有大致相同的成分和相似的性質(zhì)。為了便于研究土中各粒徑土粒的相對(duì)含量及其與土的工程地質(zhì)性質(zhì)關(guān)系，將自然界中土粒直徑變化范圍劃分成幾個(gè)區(qū)段。每個(gè)區(qū)段中包括的土粒成分相近，性質(zhì)相似。一.固體顆?！?土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成顆粒大小粒組

按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類劃分依據(jù)？(1)在考慮到土粒性質(zhì)和成分隨粒徑大小變化的前提下(2)還應(yīng)與目前粒度分析試驗(yàn)的技術(shù)水平相適應(yīng)。(3)同時(shí)要考慮到使用的方便性。一.固體顆?！?土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成顆粒大小粒組

按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑一.固體顆粒dmm卵石礫粒砂粒粉粒粘粒膠粒602520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)粗粒細(xì)粒土§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成巨粒200漂石粒徑級(jí)配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

凈水沉降法：適用于細(xì)粒土(<0.075mm)——各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示表述方法

粒徑級(jí)配累積曲線§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成一.固體顆?！?土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造10200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P〔％〕105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的三相組成P%958778665536土的粒徑級(jí)配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.510一.固體顆?！?土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)〔％〕101.00.100.010.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:控制粒徑d10

:有效粒徑d30

;不均勻程度：Cu=d60/d10連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級(jí)配不均勻粗細(xì)程度：用d50

表示

一.固體顆?！?土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量

陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中

緩--相應(yīng)粒組含量少

平臺(tái)--相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級(jí)配連續(xù)性好粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1〕粒組含量用于土的分類定名；2〕不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3〕曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~3,級(jí)配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級(jí)配不連續(xù)土4〕不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：如果Cu≥5且Cc=1~3，級(jí)配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級(jí)配不良的土§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成2.礦物成分原生礦物

石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物

主要是粘土礦物，包括三種類型

高嶺石、伊里石、蒙脫石§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成粘土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成硅片的結(jié)構(gòu)§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成鋁片的結(jié)構(gòu)§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成粘土礦物的晶格構(gòu)造高嶺石蒙脫石伊利石粒徑比外表積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比外表積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量土顆粒所擁有的總外表積§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造一.固體顆粒土的三相組成粘土礦物的帶電性質(zhì)研究說(shuō)明：粘土顆粒的外表電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水結(jié)合水吸附在土顆粒外表的水自由水電場(chǎng)引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成二.土中水〔液相〕105oO-2H+H+粘土顆粒水分子極性§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成二.土中水§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成二.土中水結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3

冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性弱結(jié)合水自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于固氣之間在重力與外表張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成二.土中水§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成二.土中水土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫穿的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管毛細(xì)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對(duì)象:

水柱三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成土有三個(gè)組成局部：固相、液相和氣相

小結(jié)1.固體顆粒2.土中水3.土中氣體粒徑級(jí)配礦物成分顆粒形狀結(jié)合水(強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細(xì)水)自由氣體封閉氣體§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的三相組成§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造1.1土的形成土的三相組成土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的工程分類是指組成土的土粒大小、形狀、外表特征、土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排列情況§1.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)力學(xué)特性土的結(jié)構(gòu)影響粗粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度<一.土粒間的作用力

重力毛細(xì)力膠結(jié)力顆粒外表力——土顆粒的自重形成的方向向下的力——砂土——土中毛細(xì)作用形成的力——細(xì)砂、粉土——土粒間的膠體物質(zhì)產(chǎn)成的作用力——粘土——粘土——庫(kù)侖力：——范德華力：顆粒外表的靜電引力或斥力顆粒接觸點(diǎn)處的分子間引力§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造二.粗粒土的結(jié)構(gòu)粒間作用力排列形式礦物成分單粒結(jié)構(gòu)(a)松散結(jié)構(gòu)；(b)緊密結(jié)構(gòu)示意圖重力，毛細(xì)力點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與面原生礦物§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造三.細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)示意圖天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結(jié)構(gòu)過(guò)渡向另一種結(jié)構(gòu)?！?土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造細(xì)粒土顆粒細(xì)小．具膠體特性．在水中一般都不能以單個(gè)顆粒沉積．而凝聚成較復(fù)雜的集合體進(jìn)行沉積四.土的構(gòu)造

——在一定土體中，結(jié)構(gòu)相對(duì)均一的土層單元體的形態(tài)和組合特征．稱為土的構(gòu)造§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造——它同樣也包括土層單元體的大小、形狀、排列和相互關(guān)系等方面——單元體的分界面稱結(jié)構(gòu)面或?qū)用?。單元體的形狀多為層狀、條帶狀和透鏡狀．界面形態(tài)有平直的．也有波狀起伏的§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造1.1土的形成土的三相組成土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的工程分類目的：依據(jù)：建筑地基根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)-GBJ7-8P分類法§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.4土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類便于研究及應(yīng)用能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)－土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程SL237-1999分類法建筑地基根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)-GBJ7-8P分類法§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.4土的工程分類土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土三.建筑標(biāo)準(zhǔn)分類法§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.4土的工程分類碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%三.建筑標(biāo)準(zhǔn)分類法§1土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.4土的工程分類砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25--50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)