1、第2篇土力学,第1章 土的组成,李逸凡 建筑工程学院,第1章 土的组成,1.1 概述 1.2 土中固体颗粒 1.3 土中水和土中气 1.4 黏土颗粒与水的相互作用 1.5 土的结构和构造,第1章 土的组成,土的概念多种矿物颗粒组成的松散集合体。,岩石,风化,岩石破碎 化学成分改变,剥蚀搬运沉积,松散颗粒集合体（土）,土的生成：,风化,1.1 概述,岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。,第1章 土的组成,第1章 土的组成,雨水将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。,第1章 土的组成,由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟
2、出口处堆积而成。,第1章 土的组成,由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成。,第1章 土的组成,湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和粘性土。 湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。 沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。,第1章 土的组成,第1章 土的组成,滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。 浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层
3、理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。 深海沉积物主要是有机质软泥。,第1章 土的组成,第1章 土的组成,由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物.分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。,第1章 土的组成,在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。,第1章 土的组成,土的定义： 地壳表层的岩石，在地质作用下不断破碎、分解，经风化、搬运而沉积为大小、形状和成份都不相同的松散颗粒集合体。,碎散性,非连续介质,受力以后易变形强度低，易在联接处破坏,土的特点,颗粒之间无联结或联结微弱,三相介质,多孔性,
4、受力后水、气可排出，使土体积减小,土的特点,固相土骨架 液相水 气相空气,自然变异性,（1）复杂性 （2）易变性 （3）结构性,土的特点,碎散性,多孔性,自然变异性,力学特性复杂,变形特性 强度特性渗透特性,土是由固体相、液体相、气体相组成的三相体系。 固体相指土中的矿物颗粒，简称土粒。它构成土的骨架，称为土骨架。 液体相由水溶液组成 气体相由空气和其它气体构成,1.2 土中固体颗粒,1.2.1 土粒的粒度成分一、土粒的粒度与粒组 什么是粒度？用什么表示？ 什么是粒组、界限粒径、粒度成分（颗粒级配）？ 自学1分钟,表1-1 土粒粒组的划分,1.2.1 土粒的粒度成分,二、粒度成分的测定,土的粒
5、度成分(颗粒级配)是指土中各粒组的相对百分含量，通常用各粒组占土粒总质量的百分数表示 测定方法： 筛分法（适用于砾石类和砂类土，d0.075mm） 沉降分析法（适用于粉土和粘性土，d0.075mm） （比重计法）,1.2.1 土粒的粒度成分,筛分法,利用一套孔径由大到小的筛子，将事先称过质量的干试样放入筛中，经过充分震摇后，把留在各级筛上的土粒分别称量，算出小于某粒径的土粒含量，用以确定土中各粒组的土粒含量,1.2.1 土粒的粒度成分,筛分法实验,1.2.1 土粒的粒度成分,比重计法-沉降分析法,比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。 将一定质量土浸入水中
6、搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计（比重计），在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。,1.2.1 土粒的粒度成分,比重计法实验,1.2.1 土粒的粒度成分,Stokes公式,式中： d土粒直径，mm；w水的密度，g/cm3 ；粘滞度，10-3MPas；g重力加速度，cm/s2Gs土的相对密度（比重）。L土粒在水中下沉距离； t时间 测L深度处悬液比重与原悬液比重，相比得小于d颗粒重量百分数。,1.2.1 土粒的粒度成分,三、颗粒级配的表示方法,颗粒级配累积曲线（图解法） 横坐标采用对数坐标，表示土颗粒
7、直径，单位mm；纵坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。,1.2.1 土粒的粒度成分,d10有效粒径,d30中值粒径,d60控制粒径,颗粒级配曲线,颗粒级配好坏的判断,1.2.1 土粒的粒度成分,正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变的 不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段,颗粒级配好坏的判断,1.2.1 土粒的粒度成分,级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，土粒大小不均匀 级配不良：粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布范围窄，土粒均匀,为了判别土粒级配是否良好，常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标描述粒径曲线的坡度和形状,土的不均匀系数Cu C
8、u=d60/d10 （ 1-3） Cu5的土称为级配良好的非均粒土。,1.2.1 土粒的粒度成分,d10有效粒径,d60控制粒径,d30中值粒径,（级配连续采用单一指标）,土的曲率系数Cc（级配不连续采用双指标）Cu5 ,Cc=13时，为级配良好； Cc 3时，级配不连续。,1.2.1 土粒的粒度成分,d10有效粒径,d60控制粒径,d30中值粒径,（1-4）,级配与密实度的关系,要获得较好的密实度，需要土的级配良好还是不良？ 要获得较好的透水性，需要土的级配良好还是不良？,颗粒级配的应用,土的颗粒级配主要影响到土的渗透性、压实性和强度。,在工程上要根据不同目的来选择土料： 作为河岸路基，要考
9、虑渗透性，应选级配良好的细砂 作为一般地基，主要考虑压缩性和强度，应选级配均 匀的粗粒土。,粘土矿物 蒙脱石/伊利石/高岭石,无定形氧化物胶体 AI2O3/Fe2O3,可溶盐 CaCO3/CaSO4/NaCl,土的矿物成分,原生矿物,石英、长石、云母等,次生矿物,有机质,1.2.2 土的矿物成分,一、土中矿物类型及特性,矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用,原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成 分与母岩相同,次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿 物，其成分与母岩不相同,例：石英、云母、长石等,特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点,例：粘土
10、矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等,特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点,二、矿物成分与粒组之间的关系（P16 图1-6）,粒径大于0.05mm的各粒组，均由原生矿物所构成。 粉粒组由原生矿物与次生矿物混合组成。 黏粒组主要由次生矿物与腐植质组成。,1.2.2 土的矿物成分,1.3 土中水和土中气,黏性土中只含有强结合水时，呈固体状态，磨碎后则呈粉末状态；含弱结合水则具有一定可塑性,自学3分钟,土中的气,与大气相通,对土性无影响，易挤出,封闭气泡（空气、水气、天然气）,压力作用下可压缩或融解,封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹性增大。,1.4 黏土颗粒与水的相互作用
11、,1.4.1 黏土矿物的结晶结构和亲水性 1.黏土矿物的结晶结构 粘土矿物由硅片和铝片叠合而成,粘土矿物的类型及分子结构,高岭石晶胞之间连结牢固，水不能自由渗入，故其亲水性差，可塑性低； 蒙脱石则反之，晶胞之间连结微弱，活动自由，亲水性强，可塑性高； 伊利石的性质介于二者之间。,晶胞,自学2分钟,定义单位质量或单位体积土颗粒所拥有的表面积称为比表面积。即,2.黏粒的亲水性 粘土矿物颗粒具有较强的与水相互作用的能力，称之为亲水性。这种亲水性的土粒表面常常带有负电荷，电荷的大小与土粒表面积大小有关。常用比表面积来表示电荷对土粒性能的影响。 比表面积大，电荷作用能力强,1.4.2 粘土颗粒与水的相互
12、作用,1、粘粒的带电性,粘粒表面产生电荷的原因是什么? (自学1分钟),土中的粘土颗粒在电场中向阳极泳动的现象称为电泳。而土中的液体渗向阴极，称为电渗。这两种现象是同时发生的，称为电动现象。,2、粘粒双电层,颗粒表面的负电荷构成电场的内层（决定电位层）。水中被吸引在颗粒表面的阳离子和定向排列的水分子构成电场的外层（反离子层）。合称双电层。,土的结构：土颗粒之间的相互排列和联结形式 微观结构：土粒的原位集合体特征 粗粒土的结构主要为单粒结构 粉粒土颗粒细小，一般为蜂窝状结构 黏粒一般为絮状结构,1.5 土的结构和构造,自学2分钟,宏观结构-土的构造,同一土层中，各部分土体之间相互关系的特征称为土的构造。常见的有下列几种： 1层状构造细粒土 2分散构造砂、粉土 3结核状构造含礓石 4裂隙状构造硬黏土,小结,重点: 土的三相组成 土的颗粒级配曲线 土中水和气 黏土颗粒与水的相互作用,下一讲内容,第2章 土的物理性质及分类,作业,1-3 1-10,
