1、1,第二章 土的三相组成,2.1 土的形成与颗粒特征,一、土的形成,形成过程 形成条件,物理力学性质,影响,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,搬运、沉积,风化,生物风化,物理风化,化学风化,无粘性土,原生矿物,粘性土,次生矿物,风化作用分类,有 机 质,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,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。 特点:只改变颗粒的大小和形状,不改变矿物颗粒的成分。,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。 经化学风化生成的土为细粒土,具有粘结力。,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,残积土 无
2、搬运,运积土 有搬运,颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理,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,风化所形成的土颗粒,受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物,二. 搬运与沉积,具有一定的浑圆度,二、土的三相组成,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架,起决定作用,重要影响,土体,次要作用,土体三相组成示意图,湿土。是一种非饱和土。若为粘土多为可塑性土。,液相为零,为干土。此时粘土呈坚硬状态,砂土呈松散状态。,气体为零,为饱和状态。此时粉细砂或粉土在震动下容易产生液化。,土的三相比例不同,其性质不同,1、固体矿物颗粒(固相),物理状态 力学特性,粒径级配
3、,矿物成分,颗粒形状, 矿物成分,原生矿物 石英、长石、云母等 次生矿物 主要是粘土矿物,包括三种类型高岭石、伊利石、蒙脱石,粘土矿物: 由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成,1、固体矿物颗粒(固相),粘土矿物的晶格构造,高岭石,蒙脱石,伊利石,粒 径 比表面积 胀 缩 性 渗 透 性 强 度 压 缩 性,大 7-30m2/g 小 大 大 小,中 67-100m2/g 中 中 中 中,小 810m2/g 大 小 小 大,比表面积 :单位质量土颗粒所拥有的总表面积,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, 颗粒级配,a.颗粒大小,b.各粒径成分在土
4、中占的比例,常用表格法或 累计曲线法表示,影响土质的主因,1、固体矿物颗粒(固相),颗粒大小,粒组 按粗细进行分组,将粒径接近的归成一类 界限粒径,d,mm,卵石,砾石,砂粒,粉粒,粘粒,胶粒,60,2,0.05,0.005,0.002,0.25,0.5,5,20,粗,中,细,粗,中,细,极细,0.075,粗粒土,细粒土,12,1.表格法表示的粒组划分,13,粘土,细砂,粗砂,碎石,卵石,碎石,粘土,粒径级配,确定方法 筛分法:适用于粗粒土 (0.1 mm)沉降分析法:适用于细粒土 (0.1 mm),各粒组的相对含量,用质量百分数来表示,表述方法 粒径级配累积曲线(小于某粒径的所有土粒的百分含
5、量),筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm):20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075, 将烘干且分散了的200g有代表性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,并计算出各粒组的相对含量,即得土的颗粒级配。,10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1,200g,10 16 18 24 22 38 72,P % 95 87 78 66 55 36,筛分法原理图,筛分法,典型颗分级配曲线,小于某粒径之土质量百分数P(),粒径(mm),2.累计曲线表示法,d10,d60,d50,d30,特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 限制粒
6、径 d10 : 有效粒径 d30 :特征粒径,不均匀程度: Cu = d60 / d10,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数, 不均匀系数,Cu 5,级配不均匀,粗细程度: 用d50 表示,斜率: 某粒径范围内颗粒的含量陡相应粒组质量集中缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数,C c = 1 3, 级配连续性好,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;,不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度:Cu 5, 不均匀土; Cu 5, 均匀土,曲率系数Cc用于判定土的连续程度:C c =
7、 1 3, 级配连续土; Cc 3 或 Cc 1,级配不连续土,不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣:如果 Cu 5且 C c = 1 3 , 级配 良好的土;如果 Cu 3 或 Cc 1, 级配 不良的土,20,示例:从某土样筛分后作粒度分析汇编成“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。,21,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 根据分析该土样属于均粒土,但级配
8、不良。, 颗粒形状,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 次生矿物 针状、片状、扁平状,1、固体矿物颗粒(固相),23,土中水,矿物成 分水,孔隙中 的水,结晶水,沸石水,液态水,固态水,气态水,结合水,自由水,弱结合水,强结合水,毛细水,重力水,2. 土中的水,粘性土的性质,结构水,24,粘土颗粒,水分子,极 性,25,结合水,排列致密、定向性强 密度1.22.4g/cm3 冰点-76 具有极大的粘滞性和固体的特性 温度高于100C时可蒸发,强结合水,位于强结合水之外,电场引力作用范围之内 密度1.01.7g/cm3 冰点-2030 外力作用下可以移动 不因重力而移动,有粘滞性,弱结合水,图1.6
9、 矿物颗粒对水分子的静电引力作用,26,土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分,分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体,1.非封闭气体:受外荷作用时被挤出土体外,对土的性质影响不大,2.封闭气体:受外荷作用,不能逸出,被压缩或溶解于水中,压力减小时能有所复原,对土的性质有较大的影响,使土的渗透性减小,弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时,3. 土中的气体,土有三个组成部分:固相、液相和气相,小结,1. 固体颗粒,2. 土中水,3. 土中气体,粒径级配矿物成分颗粒形状,结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水),自由气体 封闭气体,28,实验安排,29,作业:P
10、20 2-2,30,土 的 结 构,土颗粒之间的相互排列和连 续形式,称为土的结构。,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,粗颗粒土,如卵石、砂等. 密实的单粒结构土的工程性质最好,蜂窝状土工程性质较好,絮状结构土工程性质最差,2.2 土的结构和构造,31,单粒结构:粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构,其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同,可分为疏松状态和密实状态,密实状态,疏松状态,2.2 土的结构和构造,32,絮状结构:细微粘粒大都呈针状或片状,质量极轻,在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时,土粒表面的弱结合水厚度减薄,粘粒互相接近,凝聚成絮状物下沉,形成孔隙较大
11、的絮状结构,2.2 土的结构和构造,蜂窝结构:颗粒间点与点接触,由于彼此之间引力大于重力,接触后,不再继续下沉,形成链环单位,很多链环联结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构,33,1. 粗粒土及粉土的结构,生成时重力起主要作用,颗粒之间以机械作用为主。,粗粒土:单粒结构,粉土:蜂窝状结构,2. 粘性土的结构,颗粒间的作用力:范德华力、库仑力等。,特 点:粘聚力和可塑性。,分散结构:淡水,结构类型:,絮状结构:海水,2.2 土的结构和构造,34,土 的 构 造,同一土层中,土颗粒之间相互 关系的特征称为土的构造。,层状构造,分散构造,结核状构造,裂隙状构造,土层由不同颜色,不同粒径的土 组成层理,平原地区的层理通常为 水平层理。层状构造是细粒土的 一个重要特征。,土层中土粒分布均匀,性质相近, 如砂,卵石层为分散构造。,在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核, 如含礓石的粉质粘土,含砾石的冰 碛土等。,土体中有很多不连续的小裂隙,有的 硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。,2.2 土的结构和构造,