1、1第二章第二章 土的三相土的三相组组成成形成形成过过程程形成形成条条件件物理力物理力学学性性质质影影响响土是岩石经过风化后土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物在不同条件下形成的自然历史的产物 风化风化岩石岩石地球土土地球生物生物风风化化物理物理风风化化化化学风学风化化矿矿物成物成分未分未变变无粘性土无粘性土原生原生矿矿物物矿矿物成物成分改分改变变粘性土粘性土次生次生矿矿物物 风化作用分类风化作用分类有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。动过程中因碰撞和
2、摩擦而破碎。特点：只改变颗粒的大小和形状，特点：只改变颗粒的大小和形状，不改变矿物颗粒的成分。不改变矿物颗粒的成分。母岩表面和碎散的颗粒受环境母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。学成分，形成新的矿物。经化学风化生成的土为细粒土，经化学风化生成的土为细粒土，具有粘结力。具有粘结力。动植物活动引起的岩石和土体动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化粗颗粒的粒度或成分的变化4土的形成与风化作用土的形成与风化作用 1.11.1土的形成土的形成物物理理风风化化 岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因
3、素的影响产生胀缩而发生裂缝的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称原生矿物矿物成分与母岩相同，称原生矿物 产生无粘性土产生无粘性土5 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物 颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，称次生矿物矿物成分与母岩不同，称次生矿物 形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类粒及可溶盐类
4、土的形成与风化作用土的形成与风化作用 1.11.1土的形成土的形成化化学学风风化化6土的形成与风化作用土的形成与风化作用 1.11.1土的形成土的形成生生物物活活动动 包括植物、动物和土壤微生物的作用包括植物、动物和土壤微生物的作用 可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物质的生物循环构成土中有机质和营养物质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变土壤的结构导致腐殖质的形成，改变土壤的结构残积残积土土无搬运运积土有搬运土土质质较较好好残积土残积土强风化强风化弱风化弱风化微风化微风化母岩体母岩体颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙多棱角多棱角粗细不均粗细不均无层理无层理母岩表层经风化作用破
5、碎成岩屑或细小母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运受自然力的作用搬运到远近不同的地点所到远近不同的地点所沉积的堆积物沉积的堆积物二二.搬运与沉积搬运与沉积坡积土坡积土洪积土洪积土 冲积土冲积土 湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物 冰积土冰积土 风积土风积土气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用土体三相组成示意图湿土。是一种非饱湿土。是一种非饱和土。若为粘土多和土。若为粘土多为可塑性土。为可塑性土。液相为
6、零，为干液相为零，为干土。此时粘土呈土。此时粘土呈坚硬状态，砂土坚硬状态，砂土呈松散状态。呈松散状态。气体为零，为饱和气体为零，为饱和状态。此时粉细砂状态。此时粉细砂或粉土在震动下容或粉土在震动下容易产生液化。易产生液化。土的三相比例不同，其性质不同土的三相比例不同，其性质不同1、固体、固体矿矿物物颗颗粒粒(固相固相)物理状态力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 10固体颗粒固体颗粒 -矿物成分矿物成分 1.2 1.2 土的三相土的三相组组成成 固体固体颗颗粒粒固固体体成成分分原生原生矿矿物物 -石英、石英、长长石、云母等石、云母等次生次生矿矿物物矿物质矿物质有机质有机质无
7、定形无定形氧氧化物化物胶胶体体可溶可溶盐盐粘土粘土矿矿物物具有和原生矿物很不相同的特性具有和原生矿物很不相同的特性对粘土性质的影响很大对粘土性质的影响很大11粘粘 土土 矿矿 物物 1.2 1.2 土的三相土的三相组组成成 固体固体颗颗粒粒粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙脱石三种类型。蒙脱石三种类型。硅片硅片 铝片铝片SiSi氧离子氧离子O O2-2-硅离子硅离子SiSi4+4+硅硅-氧四面体氧四面体 硅片的结构硅片的结
8、构 硅片简图硅片简图OHOH1-1-铝离子铝离子AlAl3+3+铝铝-氢氧八面体氢氧八面体 铝片的结构铝片的结构 铝片简图铝片简图Al Al12粘粘 土土 矿矿 物物 1.2 1.2 土的三相土的三相组组成成 固体固体颗颗粒粒依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型：高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石 是云母在碱性介质中风化的产物。是云母在碱性介质中风化的产物。与蒙特石相似，由两层硅片夹一层与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结间有钾离子连结。主要特征：连结强度弱于高岭
9、石而主要特征：连结强度弱于高岭石而高于蒙特石，其特征也介于两者之高于蒙特石，其特征也介于两者之间。间。2:12:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si钾离子钾离子 晶层间是晶层间是O O2-2-对对O O2-2-的连结，联结力的连结，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。很弱，水很容易进入晶层之间。每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大小约为大小约为0.1-10.1-1 ，厚约，厚约0.001-0.010.001-0.01。主要特征：颗粒细微，具有显著的吸主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水膨胀、
10、失水收缩的特性，或者说亲水能力强。水能力强。2:12:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si数层数层水分子水分子 晶层间通过氢键联结，联结力强，晶晶层间通过氢键联结，联结力强，晶格不能自由活动，水难以进入晶格间格不能自由活动，水难以进入晶格间 能组叠很多晶层，多达百个以上，成能组叠很多晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。颗粒长宽约为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-30.3-3，厚约厚约0.03-10.03-1。主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨胀和失水收缩，或者说亲水能力差。胀和失水收缩，或者说亲水能力差。Si SiAl Al
11、Si SiAl AlSi SiAl Al高岭高岭石微粒石微粒1:11:1的两的两层结构层结构粘土矿粘土矿物的晶物的晶格构造格构造高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石粒径粒径比表面积比表面积胀胀 缩缩 性性渗渗 透透 性性强度强度压压 缩缩 性性大大10-20m2/g小小大大大大小小中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大小小小小大大9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大蒙脱石三种粘性土矿物的形状特性三种粘性土矿物的形状特性 颗粒级配a.颗粒大小b.各粒径成分在土中占的比例1.1.常用表格法或常用表格法或2.2.累计曲线法表示累计曲线法表示影响土性质影响土性质的主因的主
12、因1、固体、固体矿矿物物颗颗粒粒(固相固相)16固体颗粒固体颗粒 -颗粒大小颗粒大小 1.2 1.2 土的三相土的三相组组成成 固体固体颗颗粒粒 粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径界限粒径d d(mm)(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒60602 20.0750.0750.0050.0050.0020.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.0.075075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，
13、也称粘细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。性土。巨粒巨粒6 60 0171.表格法表示的粒组划分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 d200 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 60d200 粗粒砾粒 粗砾 20d60 筛分法 透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。细砾2d20砂粒 粗砂0.5d2 中砂 0.25d0.5 细砂0.075d0.25 细粒粉粒 0.0050.1 mm)(0.1 mm)沉降分析法：适用于沉降分析法：适用于细细粒土粒土 (0.1(0.1mm)mm)，常采用常采用比重
14、比重计计法法各粒各粒组组的相的相对对含量，用含量，用质质量百分量百分数来数来表示表示表述方法表述方法 粒粒径级径级配累配累积积曲曲线线筛分法就是用一套标准筛子如孔筛分法就是用一套标准筛子如孔直径直径(mm)(mm)：2020、1010、5.05.0、2.02.0、l.0l.0、0.50.5、0.250.25、0.10.1、0.0750.075，将烘干且分散了的将烘干且分散了的200200g g有代表性有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。得土
15、的颗粒级配。沉降分析法：具体有密度计法沉降分析法：具体有密度计法(也也称比重计法称比重计法)或移液管法或移液管法(也称吸管也称吸管法法)。该两法的理论基础都是依据。该两法的理论基础都是依据S Stokes(tokes(司笃克斯司笃克斯)定律，即球状的定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。直径的平方成正比。105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图筛分法原理图筛分法筛分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510典典型型
16、颗颗分分级级配配曲曲线线沉降分析结果沉降分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)2.累计曲线表示法累计曲线表示法d101009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒特征粒径径:d
17、50:平均平均粒径粒径d60:限制限制粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30:特征特征粒径粒径不均不均匀匀程度程度：C Cu u=d60/d10 连续连续程度程度:C Cc c=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数C Cu u 5,5,级配不均匀级配不均匀粗粗细细程度程度：用用d50 表示 有效粒有效粒径径d10 是在土是在土颗颗粒分析累粒分析累计计曲曲线线上累上累计计百分率百分率为为1010的粒的粒径径。1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.
18、001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10d30斜率斜率:某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续连续程度程度:C Cc c=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少C Cc c 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少C Cc c 增大增大C c =1 3,级配连续性好级配连续性好曲线曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545粒径级配累积曲线及指标的用途：
19、粒径级配累积曲线及指标的用途：粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；不均匀系数不均匀系数C Cu u用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度：C Cu u 5,5,不均匀土不均匀土；C Cu u 5,3 或 C Cc c 1,级配不连续土级配不连续土不均匀系数不均匀系数C Cu u和和曲率系数曲率系数C Cc c用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 C Cu u 5 5且且 C C c c =1 1 3 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 C Cu u 5 3 3 或或 C Cc c 1,1,级配级配 不良的土不良的土24 示例：从某土样筛分后作粒度分析
20、汇编成“累积曲线”中得知：有效粒径d600.55mm，d100.2mm，d300.3mm，试求该土的不均匀系数Cu和曲率系数Cc,并分析该土属于何种级配。25 解：Cu=d60/d102.75 工程规定：Cu5的土视为非均粒土；Cc=13时，为级配连续；Cc 3时，级配不连续。2.755；0.81.21.22.4g/cm2.4g/cm3 3 冰点冰点-76-76 具有极大的粘滞性和固体具有极大的粘滞性和固体的特性的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引力作用范围之内力作用范围之内 密度密度1.01.7g/cm3
21、 冰点冰点-2030 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水弱结合水图图1.6 1.6 矿矿物物颗颗粒粒对对水分子的水分子的静电静电引力作引力作用用 受受颗颗粒表面粒表面电场电场作用力吸引作用力吸引而包而包围围在在颗颗粒四周，不粒四周，不传递静传递静水水压压力，不能任意流力，不能任意流动动的水。的水。29-毛细水：由于土体孔隙的毛细作毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用。水承受表面张力和重力的作用。-重力水：自由水面以下的孔隙自重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重
22、力作用下可在土中自由水，在重力作用下可在土中自由流动。由流动。1.2 1.2 土的三相土的三相组组成成 土中水土中水土中水土中水 自由水自由水n 自由水：不受颗粒电场引自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水h hc c毛细水毛细水重力水重力水自由水自由水土中毛细现象土中毛细现象毛细水毛细水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管rThccos2 上升高度上升高度:毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石分析对象分析对象:水柱水柱cos22r
23、ThrwcT为表面张力为表面张力3、土体中、土体中气气体体(气气相相)土体中的土体中的气气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,存在形式有存在形式有两种两种:自由气体自由气体:与大气相通与大气相通,对土的性质影响不大对土的性质影响不大封闭气体封闭气体:被土被土颗颗粒和水封粒和水封闭闭的的气气体，其体体，其体积积与压与压力有力有关关。会会增加土的增加土的弹弹性性和压缩性和压缩性；阻；阻塞渗流通道，降低渗透性。塞渗流通道，降低渗透性。土体中气体土体中气体32 1.2 1.2 土的三相土的三相组组成成 土中土中气气气相气相 -土中气土中气F自由气体：与大气连通的气
24、体对土的性自由气体：与大气连通的气体对土的性质影响不大质影响不大F封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相 小结小结1.固体颗粒固体颗粒2.土中水土中水3.土中气土中气体体 粒径级配粒径级配 矿物成分矿物成分 颗粒形状颗粒形状 结合水结合水 (强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水)自由水自由水 (重力水、毛细
25、水重力水、毛细水)自由气体自由气体封闭气体封闭气体 2.2 土的土的结构结构及工程性及工程性质质定义：定义：土体的结构是指土颗粒之间的相互排列和连接方式。力学特性力学特性影影响响土的结构土的结构反映反映土的成分土的成分形成条件形成条件分类分类单粒结构单粒结构蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分单粒结构单粒结构 示意图示意图重力、毛细力重力、毛细力点与点、点与面点与点、点与面原生矿物原生矿物 指粗颗粒在重力作用下独立下沉并与其它稳定颗粒相接触所形成的一种结构形式 粒粒间间作用力作用力 形成形成环环境境 排列形式排列形式 矿矿物成分物成分絮状结
26、构絮状结构蜂窝结构蜂窝结构 示意示意图图淡水中沉淡水中沉积积海水中沉海水中沉积积注意：注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。面面与与面面边边、角、角与与面面边边、角、角与边与边细细粒土的粒土的结构结构类型类型土的构造：土的构造：是指同一土层中土颗粒之间的相互关系特征。力学特性力学特性影影响响土的构造土的构造层状构造层状构造分散构造分散构造裂隙构造裂隙构造结核状构造结核状构造通常分散构造土的工程性质最好，结核状构造土的工程性通常分散构造土的工程性质最好，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙状构造土的工程性质最差。质取决于细粒土部分，裂隙状构造土的工程性质最差。可编辑感感谢谢下下载载
