第章土的物質(zhì)組成貴大說(shuō)課材料

第一章土的物質(zhì)組成廖義玲1.1概述

土粒水氣固相液相氣相構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響次要作用一、土的三相體系土中不同大小顆粒的組合，也就是各種不同粒徑的顆粒在土個(gè)的相對(duì)含量，稱(chēng)為粒度成分。組成土中各種土粒的礦物種類(lèi)及其相對(duì)含量稱(chēng)為土的“礦物成分”。組成土的固體相和液體相部分(有時(shí)也包括氣體部分)的化學(xué)元素、化合物的種類(lèi)以及它們之間的相對(duì)含量，稱(chēng)為土的“化學(xué)成分”。1.2土的粒度成分一、顆粒大?。＝M）土的粒度成分是指土中各種大小土粒的相對(duì)含量。自然界中，組成土體骨架的土粒，大小懸殊、性質(zhì)各異。土粒的大小通常以其平均宜徑的大小來(lái)表示，簡(jiǎn)稱(chēng)粒徑，又稱(chēng)粒度，以“毫米”為單位。為了便于研究土中各種大小土粒的相對(duì)含量，及其與土的工程地質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，有必要將工程地質(zhì)性質(zhì)相似的土粒歸并成組，按其粒徑的大小分為若干組別。這種大小相近、性質(zhì)相似的組別稱(chēng)粒組，或稱(chēng)粒級(jí)。每個(gè)粒組都以土粒直徑的兩個(gè)數(shù)值作為其上下限，并且給予適當(dāng)?shù)拿Q(chēng)。

目前，我國(guó)廣泛應(yīng)用的粒組劃分方案如表l-1所示。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)0.1粗粒土細(xì)粒土界限粒徑二、粒度成分測(cè)試方法

土的粒度成分，通常以各粒組的質(zhì)量百分率來(lái)表示，說(shuō)明各粒級(jí)的分配情況，也稱(chēng)顆粒級(jí)配。在工程實(shí)踐中，將士按粒度成分分類(lèi)，用來(lái)大致判別土的工程地質(zhì)性質(zhì)，進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查，確定土體成因類(lèi)型；編制地質(zhì)巖性圖、剖面圖時(shí)也需粒度分析的資料。這就有必要對(duì)土進(jìn)行粒度分析，或稱(chēng)顆粒分析，分離出土中各個(gè)粒組，并測(cè)定其相對(duì)含量。

粒徑級(jí)配(1)漂石或塊石組(2)卵石（碎石）組(3)礫石(4)砂粒組(5)粉粒組(6)粘粒組

篩分法

水分法

粗顆粒細(xì)顆粒篩分法它是利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱(chēng)過(guò)重量的烘干土樣過(guò)篩，稱(chēng)留在各篩上的重量，然后計(jì)算相應(yīng)的百分?jǐn)?shù)。

水分法常用比重計(jì)法:利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來(lái)確定小于某粒徑的土粒含量。斯托克斯公式目前測(cè)定細(xì)粒土的粒度成分的方法有虹吸比重瓶法、移液管法、比重計(jì)法等。各種訪法的儀器設(shè)備有其自身的特點(diǎn)，而它們的基本原理均建立在斯托克斯定律的基礎(chǔ)上。三、粒度成分表示方法常用的表示方法有列表法、累計(jì)曲線法及三角圖法。

列表法：將粒度分析的成果，用表格的形式表達(dá)。列表法可以清楚地用數(shù)量說(shuō)明土樣各粒組的含量；但對(duì)于大量土樣進(jìn)行對(duì)比時(shí)，比較困難，不能獲得直觀的概念。

累計(jì)曲線法：以粒徑d為橫坐標(biāo)，以該粒徑的累計(jì)百分含量Xd為縱坐標(biāo)，在此直角坐標(biāo)系中表不兩者的關(guān)系曲線稱(chēng)累計(jì)曲線。累計(jì)曲線的坐標(biāo)系有兩種類(lèi)型：一種是自然數(shù)坐標(biāo)系，另一種是半對(duì)數(shù)坐標(biāo)。半對(duì)數(shù)坐標(biāo)累計(jì)曲線圖顆粒級(jí)配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的不均勻程度

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況

d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級(jí)配不良的土；Cu＞10的土視為級(jí)配良好的土

對(duì)于礫類(lèi)土或砂類(lèi)土，同時(shí)滿(mǎn)足Cu≥5和Cc=1～3時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫

d10也稱(chēng)有效粒徑，其物理意義是：由一種粒徑土組成的理想均粒土，如與另一個(gè)非均粒土具有相等的透水性，那么這個(gè)均粒土的粒徑應(yīng)與這個(gè)非均粒土的置d10大致相等。因此認(rèn)為d10是土中最具有代表性的粒徑。它常見(jiàn)于機(jī)械潛蝕、透水性、毛細(xì)性等的經(jīng)驗(yàn)公式中。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(lèi)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

三角圖法：在一等邊三角形中，以一個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)土樣的粒度成分，這就有可能將大量土樣的粒度成分表示在一張圖上，克服了曲線法的不足。

用三角圖表示土的粒度成分的中心問(wèn)題是將土粒劃分成三大粒組，三角形的三個(gè)頂角分別表示三大粒組。最常用的是以0.075mm及0.005mm為兩個(gè)界限值，將全部土粒劃分為礫砂組、粉粒組及粘粒組等三大粒組。該方案適用于細(xì)粒土的分類(lèi)。粗粒土的分類(lèi)則以2mm及0.075mm為界限值，將全部土粒分成卵礫組、砂粒組及粉粘粒組。這樣，三角圖就有可能把所有自然界和人工的土類(lèi)表示出來(lái)。四、土按粒度和級(jí)配的分類(lèi)土按粒度成分的分類(lèi)簡(jiǎn)稱(chēng)土的粒度分類(lèi)。粗粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)主要決定于含量占優(yōu)勢(shì)的那些粒組；細(xì)超土中粘粒的含量起主導(dǎo)作用。因?yàn)檎沉１缺砻娣e大，表面活動(dòng)性強(qiáng)，與孔隙溶液的相互仍用，表現(xiàn)得特別靈敏，這種相互作用決定著細(xì)粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)。所以在細(xì)粒土中粘超組合量比砂粒組、粉粒組的含量更為重要。因此，按粒度成分對(duì)土進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，首先必須考慮這些對(duì)土的性質(zhì)起主導(dǎo)作用的粒組，確定其使土的性質(zhì)產(chǎn)生質(zhì)變的含量變化分界值，什為土的大類(lèi)劃分依據(jù)；而后，再考慮其它粒組的含量變化對(duì)上的性質(zhì)的影響情況，進(jìn)行更詳細(xì)的分類(lèi)?？傊?，按粒度成分具體劃分土的類(lèi)型和種類(lèi)時(shí)，其劃分原則和確定各粒組含量的分界值，必須符合土的性質(zhì)隨粒度成分變化的客觀規(guī)律。這樣，同一類(lèi)型的土才能具有相似的工程地質(zhì)性質(zhì)。1.3土的礦物成分

一、土的礦物成分類(lèi)型原生礦物次生礦物有機(jī)質(zhì)不可溶的

可溶的

腐植質(zhì)

泥炭

粘土礦物

倍半氧化物

次生氧化物

難溶鹽中溶鹽易溶鹽礦物礦物原生礦物石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物主要是粘土礦物，包括三種類(lèi)型:高嶺石、伊里石、蒙脫石蒙脫石高嶺石伊利石蒙脫石二、土的礦物成分與粒組的關(guān)系

卵礫石組一般是由物理風(fēng)化形成的巖石碎塊(呈棱角狀的塊石、碎石、角礫等)組成。砂粒組的礦物成分主要是原生礦物，在較細(xì)粒中也有次生礦物。粉粒組往往是由抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的礦物，如石英組成。粘粒組的礦物成分幾乎都是由次生礦物與腐殖質(zhì)組成的。粘土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成硅片的結(jié)構(gòu)鋁片的結(jié)構(gòu)1.4土的化學(xué)成分

土的化學(xué)成分是指組成土的固相、液相和氣相中的化學(xué)元素、化合物的種類(lèi)及其相對(duì)含量。但一般不研究氣體相的化學(xué)成分，只是在特殊情況下，如當(dāng)土體中有害氣體影響坑道的掘進(jìn)時(shí)才加以討論。土中含有大量的氧、硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、欽等元素，此外，還有微量元素硫、磷、錳、銅、鋅等。這些元素均以化合物的形式存在于土中。對(duì)土的固體相的化學(xué)成分，主要是研究不可溶性次生礦物和可溶鹽的化學(xué)成分。研究固體相的化學(xué)成分，主要目的是判斷主要粘土礦物成分，或檢驗(yàn)其它方法鑒定結(jié)果。測(cè)定固體相化學(xué)成分的方法稱(chēng)為全量化學(xué)分析法(粘土礦物全量分析法)。全分析的成果以各元素的氧化物之百分含量來(lái)表示。土的液相化學(xué)成分主要是易溶鹽類(lèi)、中溶鹽類(lèi)。當(dāng)土干燥時(shí)，易溶鹽呈固態(tài)，起著膠結(jié)土粒的作用。當(dāng)土中含有較多的水分時(shí)，易溶鹽則溶解成離子，溶液中的陽(yáng)離子成分必將影響著土的工程地質(zhì)性質(zhì)；由此可見(jiàn)，研究液體相約化學(xué)成分具有一定的實(shí)際意義。土中液體相化學(xué)成分，即可溶鹽的化學(xué)成分，可用提取液的方法測(cè)定。難溶鹽的含量可用氣量法或重量法測(cè)定；中溶鹽含量可用硫酸鋇重量法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量可用重鉻酸鉀法測(cè)定。1.5土中的水

一、土中水的工程分類(lèi)重力水

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

非結(jié)合水

強(qiáng)結(jié)合水

弱結(jié)合水

毛細(xì)水

強(qiáng)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)弱結(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)，有粘滯性結(jié)合水分布在土粒內(nèi)部相互貫通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)水土中毛細(xì)現(xiàn)象分析對(duì)象:水柱πr2hcγw=2πrTcosα上升高度:毛細(xì)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0假定α=0,毛細(xì)壓力非飽和土中毛細(xì)張力影響對(duì)砂土強(qiáng)度的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力重力水分布在毛細(xì)水層以外，存在于較粗大的孔隙中。水分子不受土粒表面靜電引力的影響，具有自