地大 復(fù)試 土力學(xué) 土的三相組成

地大復(fù)試土力學(xué)土的三相組成第1頁/共35頁§2.1土的形成與顆粒特征一、土的形成形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)影響土是巖石經(jīng)過風(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

風(fēng)化巖石地球土地球第2頁/共35頁生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化礦物成分未變無粘性土原生礦物礦物成分改變粘性土次生礦物

風(fēng)化作用分類有機(jī)質(zhì)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)動過程中因碰撞和摩擦而破碎。特點(diǎn)：只改變顆粒的大小和形狀，不改變礦物顆粒的成分。母巖表面和碎散的顆粒受環(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。經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的土為細(xì)粒土，具有粘結(jié)力。動植物活動引起的巖石和土體粗顆粒的粒度或成分的變化第3頁/共35頁殘積土無搬運(yùn)運(yùn)積土有搬運(yùn)顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無層理母巖表層經(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)所沉積的堆積物二.搬運(yùn)與沉積具有一定的渾圓度第4頁/共35頁二、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次要作用土體三相組成示意圖濕土。是一種非飽和土。若為粘土多為可塑性土。液相為零，為干土。此時(shí)粘土呈堅(jiān)硬狀態(tài)，砂土呈松散狀態(tài)。氣體為零，為飽和狀態(tài)。此時(shí)粉細(xì)砂或粉土在震動下容易產(chǎn)生液化。土的三相比例不同，其性質(zhì)不同第5頁/共35頁1、固體礦物顆粒(固相)物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級配礦物成分顆粒形狀第6頁/共35頁①礦物成分原生礦物石英、長石、云母等次生礦物主要是粘土礦物，包括三種類型高嶺石、伊利石、蒙脫石粘土礦物:由硅氧四面體和鋁氫氧八面體構(gòu)成的晶胞所組合而成1、固體礦物顆粒(固相)第7頁/共35頁粘土礦物的晶格構(gòu)造高嶺石蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大7-30m2/g小大大小中67-100m2/g中中中中小810m2/g大小小大比表面積：單位質(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積9克蒙脫土的總表面積大約與一個足球場一樣大第8頁/共35頁蒙脫石三種粘性土礦物的形狀特性第9頁/共35頁②顆粒級配a.顆粒大小b.各粒徑成分在土中占的比例常用表格法或累計(jì)曲線法表示影響土質(zhì)的主因1、固體礦物顆粒(固相)第10頁/共35頁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dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)0.075粗粒土細(xì)粒土第11頁/共35頁121.表格法表示的粒組劃分粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mm）分析方法主要特征巨粒漂石（塊石）粒d>200直接測定透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結(jié)，無毛細(xì)性。卵石（碎石）粒60<d≤200粗粒礫粒粗礫20<d≤60篩

分

法透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細(xì)性。細(xì)礫2<d≤20砂粒粗砂0.5<d≤2中砂0.25<d≤0.5細(xì)砂0.075<d≤0.25細(xì)粒粉粒0.005<d≤0.075靜水沉降原理透水性小，壓縮性中等，毛細(xì)上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。第12頁/共35頁13粘土細(xì)砂粗砂碎石卵石碎石粘土第13頁/共35頁粒徑級配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.1mm)

沉降分析法：適用于細(xì)粒土(<0.1mm)——各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示表述方法

粒徑級配累積曲線（小于某粒徑的所有土粒的百分含量）第14頁/共35頁篩分法就是用一套標(biāo)準(zhǔn)篩子如孔直徑(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計(jì)算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536篩分法原理圖篩分法第15頁/共35頁典型顆分級配曲線1009080706050403020100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)2.累計(jì)曲線表示法第16頁/共35頁d101009080706050403020100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)土的粒徑級配累積曲線d60d50d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d50:平均粒徑d60:限制粒徑d10:有效粒徑d30

:特征粒徑不均勻程度：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,級配不均勻粗細(xì)程度：

用d50

表示

第17頁/共35頁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)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30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--相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)Cc=1~3,

級配連續(xù)性好曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545第18頁/共35頁粒徑級配累積曲線及指標(biāo)的用途：粒組含量用于土的分類定名；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,均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~

3,

級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土第19頁/共35頁20示例：

從某土樣篩分后作粒度分析匯編成“累積曲線”中得知：有效粒徑d60＝0.55mm，

d10＝0.2mm，

d30＝0.3mm，試求該土的不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc,并分析該土屬于何種級配。第20頁/共35頁21解：

Cu=d60/d10＝2.75工程規(guī)定：Cu<5的土視為均粒土，而Cu>5的土視為非均粒土；Cc=1~3時(shí)，為級配連續(xù)；Cc<1或Cc>3時(shí)，級配不連續(xù)。

2.75<5；0.8<1根據(jù)分析該土樣屬于均粒土，但級配不良。第21頁/共35頁③顆粒形狀原生礦物

圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物

針狀、片狀、扁平狀1、固體礦物顆粒(固相)第22頁/共35頁23土中水礦物成分水

孔隙中的水

結(jié)晶水

沸石水

液態(tài)水

固態(tài)水

氣態(tài)水

結(jié)合水

自由水

弱結(jié)合水

強(qiáng)結(jié)合水

毛細(xì)水

重力水

2.土中的水粘性土的性質(zhì)結(jié)構(gòu)水

第23頁/共35頁24105oO-2H+H+粘土顆粒水分子極性第24頁/共35頁25結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)密度>1.2~2.4g/cm3冰點(diǎn)-76℃具有極大的粘滯性和固體的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)密度>1.0~1.7g/cm3冰點(diǎn)-20~30℃外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性弱結(jié)合水圖1.6礦物顆粒對水分子的靜電引力作用第25頁/共35頁26土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時(shí)被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時(shí)能有所復(fù)原，對土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時(shí)

3.土中的氣體第26頁/共35頁

土有三個組成部分：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)自由氣體封閉氣體第27頁/共35頁28實(shí)驗(yàn)安排班級時(shí)間土的粒度成分土的密度和含水量實(shí)驗(yàn)粘性土的液塑限實(shí)驗(yàn)土的壓縮實(shí)驗(yàn)土的直剪實(shí)驗(yàn)52088周一上午3，4節(jié)11.1511.2211.2912.612.2052085周四下午5，6節(jié)11.1811.2512.212.912.2352086周四下午7，8節(jié)11.1811.2512.212.912.2352087周五下午7，8節(jié)11.1911.2612.312.1012.24周數(shù)12周13周14周15周17周第28頁/共35頁29

作業(yè)：P202-2第29頁/共35頁30土的結(jié)構(gòu)土顆粒之間的相互排列和連續(xù)形式，稱為土的結(jié)構(gòu)。

單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)

粗顆粒土，如卵石、砂等.密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì)最好

蜂窩狀土工程性質(zhì)較好

絮狀結(jié)構(gòu)土工程性質(zhì)最差

§2.2土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造第30頁/共35頁31單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)疏松狀態(tài)§2.2土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造第31頁/共35頁32絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏?，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)§2.2土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)第32頁/共35頁331.粗粒土及粉土的結(jié)構(gòu)生成時(shí)重力起主要作用，顆粒之間以機(jī)械作用為主。粗粒土：單粒結(jié)構(gòu)粉土：蜂窩狀結(jié)構(gòu)2.粘性土的結(jié)構(gòu)顆粒間的作用力：范德華力、庫侖力等。特點(diǎn)：粘聚力和可塑性。分散結(jié)構(gòu)：淡水結(jié)構(gòu)類型：絮狀結(jié)構(gòu)：海水§2.2土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造第33頁/共35