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1、土土 的的 三三 相相 組組 成成西南交大峨眉校區(qū)土木系土力學(xué)課程組土力學(xué)系列講座一第1頁(yè)，共35頁(yè)。一、土的固相一、土的固相 l（一）、成土礦物l（二）、土粒的粒組l（三）、土粒的分析方法l（四）、土粒的級(jí)配第2頁(yè)，共35頁(yè)。成土礦物成土礦物l 土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決于成土母巖的礦物成分風(fēng)化后的風(fēng)化作用，一般可分為兩類(lèi)：l原生礦物：石英、長(zhǎng)石、云母；巖石物理風(fēng)化生成的土粒，土粒較粗，多呈渾圓狀、塊狀或板狀，吸附水的能力較弱，性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)塑性l次生礦物：化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，性質(zhì)與母巖完全不同，一般為粘土礦物 第3頁(yè)，共35頁(yè)。成土礦物成土礦物l砂粒l一般由石英構(gòu)成，其次是長(zhǎng)石、云母

2、，當(dāng)砂土中含有大量呈片狀的云母時(shí)將 l粘粒l包含由次生礦物構(gòu)成的極細(xì)土粒，粘粒含量增加，土的透水性減小，可塑性和壓縮性增高。第4頁(yè)，共35頁(yè)。土粒的粒組土粒的粒組 l天然土由無(wú)數(shù)大小不同的土粒組成，逐個(gè)研究它們的大小是不可能的，統(tǒng)稱(chēng)是將工程性質(zhì)相近的土粒合并成一組稱(chēng)為粒組 l漂石粒l卵石粒 l礫 粒l砂 粒l粉 粒l粘 粒l膠 粒l巨粒組 d60mml粗粒組 60mm0.075mml細(xì)粒組 d60mm土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決于成土母巖的礦物成分風(fēng)化后的風(fēng)化作用，一般可分為兩類(lèi)：根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；自由水指土粒表面引力作用范圍意外的水，與普

3、通水一樣，受重力支配，能傳遞靜水壓力并具有融解作用。包含由次生礦物構(gòu)成的極細(xì)土粒，粘粒含量增加，土的透水性減小，可塑性和壓縮性增高。對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但并不表明土粒級(jí)配良好，還要用Cc來(lái)衡量，Cu和Cc描述了級(jí)配曲線整體特征，可描述土級(jí)配的好壞。它比普通水有較大的粘滯性，較小的能動(dòng)性和不同的密度。壓力作用下可壓縮或融解級(jí)配良好：粒徑分布曲線形狀平緩，土粒大小分布范圍廣，土粒大小不均勻土粒的級(jí)配顆分曲線分析土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決于成土母巖的礦物成分風(fēng)化后的風(fēng)化作用，一般可分為兩類(lèi)：對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)

4、定性一樣不好，故Cu雖大，但并不表明土粒級(jí)配良好，還要用Cc來(lái)衡量，Cu和Cc描述了級(jí)配曲線整體特征，可描述土級(jí)配的好壞。同時(shí)，說(shuō)的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì)粘土礦物顆粒具有較強(qiáng)的與水相互作用的能力，稱(chēng)之為親水性。土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配級(jí)配的概念級(jí)配的概念 l為了判別土粒級(jí)配是否良好，常用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc兩個(gè)指標(biāo)來(lái)描述粒徑曲線的坡度和形狀。分別為粒徑曲線縱坐標(biāo)上小于某粒徑含量60、30、10時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑有效粒徑控制粒徑第17頁(yè)，共35頁(yè)。土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配顆分曲線分析顆分曲線分析 l土的粒徑范圍窄，分布曲線陡，d10和d60靠近，土的不均勻系數(shù)小

5、，表示土粒均勻 l土的粒徑范圍寬，分布曲線緩，d10和d60相距遠(yuǎn)，土的不均勻系數(shù)大，表示土粒不勻lCu大 不均勻 有細(xì)粒土填空 壓密度大 lCu小 均勻 無(wú)細(xì)粒土填空 壓密度小 第18頁(yè)，共35頁(yè)。土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配顆分曲線分析顆分曲線分析l對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但并不表明土粒級(jí)配良好，還要用Cc來(lái)衡量，Cu和Cc描述了級(jí)配曲線整體特征，可描述土級(jí)配的好壞。Cc大Cc小臺(tái)階分布在臺(tái)階分布在第19頁(yè)，共35頁(yè)。土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配顆分曲線分析顆分曲線分析l級(jí)配的好壞由土粒的均勻程度和粒徑分布曲線的形狀去定。規(guī)范規(guī)定：同時(shí)滿足，級(jí)配良好 第20

6、頁(yè)，共35頁(yè)。土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配粒組頻率曲線粒組頻率曲線 第21頁(yè)，共35頁(yè)。土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配粒組頻率曲線粒組頻率曲線l土的級(jí)配的連續(xù)性也可用粒組頻率曲線來(lái)反應(yīng)。若土的頻率曲線呈單峰，則土的級(jí)配是連續(xù)的，若粒組頻率曲線呈雙峰，則土的級(jí)配既有可能是連續(xù)的，也有可能是不連續(xù)的。連續(xù)與否取決于雙峰之間谷點(diǎn)對(duì)應(yīng)粒組的土粒含量。當(dāng)大于3%時(shí)，是連續(xù)的，否則是不連續(xù)的。缺乏中間粒徑的土是級(jí)配不連續(xù)的典型情況。這時(shí)，谷點(diǎn)對(duì)應(yīng)粒組的土粒含量為零。第22頁(yè)，共35頁(yè)。二、土的液相二、土的液相 l土的液相是水及各離子的溶液，其含量及性質(zhì)明顯地影響土，尤其是粘性土的性質(zhì)，如增加水平，可使土地狀態(tài)由堅(jiān)硬變?yōu)榭伤?/p>

7、，甚至成為流動(dòng)狀態(tài)的土漿。l土中水可分為下列各類(lèi)：結(jié)晶水、吸著水、自由水第23頁(yè)，共35頁(yè)。利用一套孔徑由大到小的篩子，將事先稱(chēng)過(guò)質(zhì)量的干試樣放入篩中，經(jīng)過(guò)充分震搖后，把留在各級(jí)篩上的土粒分別稱(chēng)量，算出小于某粒徑的土粒含量，用以確定土中各粒組的土粒含量巨粒組 d60mm粗粒組 60mm0.不連續(xù)級(jí)配：土中缺乏某些粒徑的土粒，曲線出現(xiàn)水平段比重計(jì)法：適用于粒徑小于0.土粒的級(jí)配顆分曲線分析與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）壓力作用下可壓縮或融解存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大于105）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。若土的頻率曲線呈單峰，則土的級(jí)配是連續(xù)的，若粒組頻率曲

8、線呈雙峰，則土的級(jí)配既有可能是連續(xù)的，也有可能是不連續(xù)的。對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但并不表明土粒級(jí)配良好，還要用Cc來(lái)衡量，Cu和Cc描述了級(jí)配曲線整體特征，可描述土級(jí)配的好壞。比表面積大 電荷作用能力強(qiáng)Cu小 均勻 無(wú)細(xì)粒土填空 壓密度小結(jié)晶水：土粒礦物內(nèi)部的水結(jié)晶水：土粒礦物內(nèi)部的水 l存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大于105）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。第24頁(yè)，共35頁(yè)。吸著水：與土粒表面結(jié)合的水吸著水：與土粒表面結(jié)合的水l吸著水是指附著在土粒表面呈薄膜狀的水，受土粒表面引力作用而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點(diǎn)低

9、于零度。它比普通水有較大的粘滯性，較小的能動(dòng)性和不同的密度。l粘土礦物顆粒具有較強(qiáng)的與水相互作用的能力，稱(chēng)之為親水性。這種親水性的土粒表面常常帶有負(fù)電荷，電荷的大小與土粒表面積大小有關(guān)。常用比表面積來(lái)表示電荷對(duì)土粒性能的影響。l比表面積大 電荷作用能力強(qiáng) 第25頁(yè)，共35頁(yè)。吸著水：強(qiáng)吸著水吸著水：強(qiáng)吸著水l土粒表面的負(fù)電荷吸引著周?chē)鷺O化了的水分子，靠近土粒表面的地方引力最大，土粒周?chē)乃肿雍碗x子被吸引在土粒表面附近，排列十分緊密，失去常見(jiàn)水的某些特性，通常把靠近土顆粒表面的一層水稱(chēng)為強(qiáng)吸著水。第26頁(yè)，共35頁(yè)。吸著水：弱吸著水吸著水：弱吸著水l土粒表面的引力隨離開(kāi)土粒表面的距離增大而迅速

10、降低，距土粒表面稍遠(yuǎn)的地方，水分子雖仍為定向排列，但不如強(qiáng)吸著水那么緊密和嚴(yán)格，因此這層水有可能由水膜較厚處緩慢地遷移到另一土粒上去，這種運(yùn)動(dòng)與重力無(wú)關(guān)。這層水不能傳遞靜水壓力，稱(chēng)之為弱吸著水。第27頁(yè)，共35頁(yè)。吸著水與土的物理力學(xué)性質(zhì)吸著水與土的物理力學(xué)性質(zhì)l土粒為弱吸著水分隔時(shí)，由于土粒相互受到土粒表面引力的作用，因而在土顆粒間表現(xiàn)一定的聯(lián)接強(qiáng)度。弱吸著水越薄，土粒間距越小，引力越高，這時(shí)聯(lián)接性就越強(qiáng)，土粒就越不易發(fā)生移動(dòng)。反之弱吸著水越厚，引力降低，聯(lián)接性間拖，就越易于移動(dòng)。弱吸著水厚度的變化，會(huì)使土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。第28頁(yè)，共35頁(yè)。吸著水示意圖吸著水示意圖第29頁(yè)，共35頁(yè)

11、。自由水（毛細(xì)管水、重力水）自由水（毛細(xì)管水、重力水）l自由水指土粒表面引力作用范圍意外的水，與普通水一樣，受重力支配，能傳遞靜水壓力并具有融解作用。第30頁(yè)，共35頁(yè)。自由水毛細(xì)管水自由水毛細(xì)管水土中孔隙細(xì)水通道自由水上升毛細(xì)管水表面張力重力第31頁(yè)，共35頁(yè)。毛細(xì)管水上升高度的影響因素毛細(xì)管水上升高度的影響因素l孔隙大小和形狀l 粒徑尺寸l 水的表面張力第32頁(yè)，共35頁(yè)。毛細(xì)管水假凝聚力毛細(xì)管水假凝聚力毛細(xì)管壓力負(fù)孔隙水壓力 可使土粒相互擠緊，可使無(wú)粘性土也象有粘聚力似得。由毛細(xì)管壓力所造成無(wú)粘性土間的連接力，稱(chēng)之為假粘聚力。沙坑倒塌第33頁(yè)，共35頁(yè)。重力水重力水 l重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水。它是土中其它類(lèi)型水的來(lái)源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，并對(duì)土粒起浮力作用。l應(yīng)當(dāng)指出，水是土的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時(shí)，說(shuō)的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì) 第34頁(yè)，共35頁(yè)。三、土的氣相三、土的氣相 與大氣相通無(wú)影響，易擠出與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）壓力作用下可壓縮或融解 封閉氣體對(duì)土的性質(zhì)有較大影響，導(dǎo)致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展過(guò)程。第35頁(yè)，共35頁(yè)。