土的組成和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

1、昆明理工大學(xué)昆明理工大學(xué) 土木工程系土木工程系 張家明張家明講課學(xué)時安排講課學(xué)時安排礦物與巖石：礦物與巖石：10地質(zhì)構(gòu)造：地質(zhì)構(gòu)造：2巖石與巖體工程地質(zhì)性質(zhì)：巖石與巖體工程地質(zhì)性質(zhì)：4土的工程性質(zhì)及分類：土的工程性質(zhì)及分類：4地下水：地下水：3工程地質(zhì)問題：工程地質(zhì)問題：3工程地質(zhì)原位測試：工程地質(zhì)原位測試：3工程地質(zhì)勘察：工程地質(zhì)勘察：3總學(xué)時：總學(xué)時：32土 是 巖 石土 是 巖 石在 風(fēng) 化 作在 風(fēng) 化 作用 下 形 成用 下 形 成的 不 同 粒的 不 同 粒徑 的 顆 粒徑 的 顆 粒在 原 地 殘在 原 地 殘留 或 經(jīng) 過留 或 經(jīng) 過不 同 搬 運不 同 搬 運方 式 ， 在

2、方 式 ， 在不 同 環(huán) 境不 同 環(huán) 境中 形 成 的中 形 成 的堆積物。堆積物。從物質(zhì)組成來看，土從物質(zhì)組成來看，土由作為主骨架的由作為主骨架的礦物礦物或巖石顆粒（土粒）或巖石顆粒（土粒）、空隙中的空隙中的水溶液水溶液及及空空隙內(nèi)的氣體組成隙內(nèi)的氣體組成，其，其中，土顆粒是土的主中，土顆粒是土的主體，但空隙水及其含體，但空隙水及其含量對（細(xì)粒）土的性量對（細(xì)粒）土的性質(zhì)影響重大。質(zhì)影響重大。4.1.1 土的粒度成分土的粒度成分粒組名稱粒組名稱粒徑范圍粒徑范圍（mm）一一 般般 特特 征征漂石或塊石漂石或塊石200卵石或碎石卵石或碎石20020圓礫圓礫或角礫或角礫粗粗2010中中105細(xì)細(xì)

3、52砂砂 粒粒粗粗20.5中中0.50.25細(xì)細(xì)0.250.1極細(xì)極細(xì)0.10.075粉粉 粒粒粗粗0.0750.01細(xì)細(xì)0.010.005黏黏 粒粒0.005漂石或塊漂石或塊石土、石土、圓礫土或角礫圓礫土或角礫土土Photo Xu Zemin漂石土漂石土Photo Xu ZeminPhoto Xu Zemin塊石土塊石土Photo Xu Zemin卵石土卵石土Photo Xu Zemin狹義碎石土狹義碎石土-四川康定四川康定Photo Xu Zemin碎石土碎石土狹義碎石土狹義碎石土-四川康定四川康定碎石土碎石土：粒徑大于：粒徑大于20 mm的顆粒含量超過總重量的的顆粒含量超過總重量的50%

4、以上以上Photo Xu ZeminPhoto Xu Zemin砂土砂土Photo Xu ZeminPhoto Xu Zemin粉土粉土EXAMPLE 1滇池盆地滇池盆地淤泥質(zhì)淤泥質(zhì)( (有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)) )粘土粘土粘土粘土理工大學(xué)白龍區(qū)2005/11/04-白龍家屬區(qū)基坑邊坡白龍家屬區(qū)基坑邊坡風(fēng)干后呈灰白色風(fēng)干后呈灰白色Photo Xu Zemin風(fēng)干后呈灰白色風(fēng)干后呈灰白色顏色漸變顏色漸變2005/11/04-白龍家屬區(qū)基坑邊坡白龍家屬區(qū)基坑邊坡Photo Xu Zemin云南電視大學(xué)滇池盆地湖相淤質(zhì)粘土滇池盆地湖相淤質(zhì)粘土Photo Xu Zemin滇池湖相淤質(zhì)粉土滇池湖相淤質(zhì)粉土Phot

5、o Xu Zemin2007/07/12昆明大板橋新機(jī)場附近剖面（磚廠）昆明大板橋新機(jī)場附近剖面（磚廠）人工填土Photo Xu Zemin2007/07/12昆明大板橋新機(jī)場附近剖面（磚廠）昆明大板橋新機(jī)場附近剖面（磚廠）Photo Xu Zemin2007/07/12昆明大板橋新機(jī)場附近剖面（磚廠）昆明大板橋新機(jī)場附近剖面（磚廠）Photo Xu ZeminEXAMPLE 2云南紅（粘）土云南紅（粘）土我家房后云南紅粘土云南紅粘土-我家房后我家房后Photo Xu Zemin云南紅粘土云南紅粘土Photo Xu Zemin云南紅粘土云南紅粘土Photo Xu Zemin云南紅粘土云南紅粘土

6、Photo Xu ZeminBSEM2：55 cm附近土體團(tuán)粒；附近土體團(tuán)粒；2400倍：倍：4607顆粒表面顆粒表面放大放大-可見結(jié)構(gòu)致密的粘土礦物可見結(jié)構(gòu)致密的粘土礦物Photo Xu Zemin2005/4/15-昆明富民大營鎮(zhèn)昆明富民大營鎮(zhèn)Photo Xu Zemin2006/3/18-昆明富民昆明富民Photo Xu Zemin云南紅粘土的遇水崩解行為云南紅粘土的遇水崩解行為-2005/11/04Photo Xu Zemin紅土高原云南紅土昆明新機(jī)場紅土高原云南紅土昆明新機(jī)場EXAMPLE 3成都粘土成都粘土成都粘土成都粘土-2004/03/10Photo Xu Zemin成都粘土成

7、都粘土-2004/03/10Photo Xu Zemin1.6 cm成都粘土中的鈣質(zhì)結(jié)核成都粘土中的鈣質(zhì)結(jié)核-2004/03/10Photo Xu Zemin成都粘土成都粘土-2004/03/10Photo Xu Zemin過渡類型過渡類型-hybrid卵石土卵石土卵石土卵石土砂土砂土卵石質(zhì)砂土卵石質(zhì)砂土Photo Xu Zemin2006-8-12-德國慕尼黑德國慕尼黑-列支敦士登高速公路列支敦士登高速公路-砂卵石作路基砂卵石作路基Photo Xu ZeminPhoto Xu ZeminPhoto Xu ZeminPhoto Xu ZeminPhoto Xu ZeminLS13320 全自動

8、激光粒度分析儀全自動激光粒度分析儀土的粒度分析成果土的粒度分析成果- -“顆粒級配累積曲線顆粒級配累積曲線” 橫坐標(biāo)為粒徑（橫坐標(biāo)為粒徑（mm），由于同一土樣），由于同一土樣的顆粒粒徑可能相差極大，因此，采用對數(shù)的顆粒粒徑可能相差極大，因此，采用對數(shù)坐標(biāo)；縱坐標(biāo)表示坐標(biāo)；縱坐標(biāo)表示小于小于某粒徑的土的累積百某粒徑的土的累積百分含量。分含量。 曲線越陡，土的組成越均勻；曲線平緩，曲線越陡，土的組成越均勻；曲線平緩，說明土粒大小懸殊，各個粒度的都有，分選說明土粒大小懸殊，各個粒度的都有，分選差，級配良好。差，級配良好。曲線平緩，表示粒徑大小相差懸殊，各種粒組的相對含量幾乎一致，土粒不均勻，即級配良

9、好。曲線陡峭，表示粒徑大小相差不大，優(yōu)勢粒組明顯，土粒均勻，即級配不好。有效粒徑、限定粒徑及有效粒徑、限定粒徑及不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)不均勻系數(shù)、曲率系數(shù) d10d60d30有效粒徑、限定粒徑及有效粒徑、限定粒徑及不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)d10d60d304.1.2 有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)物，是指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)物，包括各種動植物殘體，微生物體及其分解和合成的包括各種動植物殘體，微生物體及其分解和合成的各類有機(jī)物質(zhì)。各類有機(jī)物質(zhì)。 有機(jī)質(zhì)對土的工程性質(zhì)的影響實質(zhì)在于有機(jī)質(zhì)對土的工程性質(zhì)的影響實質(zhì)在于：有機(jī)：有機(jī)質(zhì)有更強(qiáng)的膠體性質(zhì)和更高的親水性、疏

10、水性或斥質(zhì)有更強(qiáng)的膠體性質(zhì)和更高的親水性、疏水性或斥水性。水性。 有機(jī)質(zhì)對土的工程性質(zhì)的影響程度取決于有機(jī)質(zhì)對土的工程性質(zhì)的影響程度取決于：有：有機(jī)質(zhì)種類、有機(jī)質(zhì)含量、含水率和分布格局。機(jī)質(zhì)種類、有機(jī)質(zhì)含量、含水率和分布格局。土中水土中水H2O是強(qiáng)極性分子是強(qiáng)極性分子（土粒表面結(jié)合水）結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水（吸著水） （薄膜水）非結(jié)合水液態(tài)水氣態(tài)水固態(tài)水毛細(xì)水重力水（自由水）土中水存在于土粒礦物結(jié)構(gòu)格架內(nèi)部或參與礦物晶格構(gòu)成的水-礦物內(nèi)部結(jié)合水和結(jié)晶水，它只有在高溫（140-700）下才能化為氣態(tài)水而與土粒分離。雙電層雙電層電位電位電動電位電動電位擴(kuò)散層厚度越大，土擴(kuò)散層厚度越大，土的膨脹性、

11、壓縮性越的膨脹性、壓縮性越高，強(qiáng)度越低。高，強(qiáng)度越低。4.1.4 uuuutCCqqSuCuquCuq4.2.1 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)11.wSSsVWdVsWsVVWWVW3/cmg3/mt3/mkNdsatVVmwssmVw/%100swmm%20%30%20%30土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積的比，以百分?jǐn)?shù)土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積的比，以百分?jǐn)?shù)表示。表示。%100vwrVVSrS%80%50rS%50rSrS%80ensvVVe %100VVnv 。4.2.2 無粘性土的密實度指標(biāo)無粘性土的密實度指標(biāo)無粘性土一般指粒徑大于無粘性土一般指粒徑大于0.075 mm的

12、砂土和碎（卵石）的砂土和碎（卵石）石土，也稱為石土，也稱為粗粒土粗粒土。minmaxmaxeeeeDr式中，式中，emax、e、emin分別為土的最大、天然及最小孔隙比。分別為土的最大、天然及最小孔隙比。根據(jù)相對密度對粗粒土的劃分方案為：根據(jù)相對密度對粗粒土的劃分方案為：0.330.671松散松散中密中密密實密實（2）用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)劃分的土的密實度）用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)劃分的土的密實度用用Dr來劃分土的密實度，物理意義比較明確，但在實際操來劃分土的密實度，物理意義比較明確，但在實際操作過程中，作過程中，emax是很難確定的，而且測定是很難確定的，而且測定e要求原狀土，這在要求原狀土，這在許多情況下也

13、比較困難。許多情況下也比較困難。對于對于砂土（砂土（不能是細(xì)粒土或碎石土不能是細(xì)粒土或碎石土），可以用，可以用N63.5（兩個兩個半圓管合成的取土器，用半圓管合成的取土器，用63.5 kg的錘，落距的錘，落距76 cm，貫入，貫入30 cm時的錘擊數(shù)時的錘擊數(shù)）來對其密實度進(jìn)行劃分：）來對其密實度進(jìn)行劃分：101530松散松散稍密稍密中密中密密實密實4.2.3 黏性土物理性質(zhì)指標(biāo)黏性土物理性質(zhì)指標(biāo)黏性土因含水量變化而表現(xiàn)出各種不同的物理狀態(tài)，也稱黏性土因含水量變化而表現(xiàn)出各種不同的物理狀態(tài)，也稱為為稠度稠度；黏性土在一定含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)出可塑性，因此黏性土也黏性土在一定含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)出可塑性

14、，因此黏性土也可稱為可稱為可塑土可塑土；可塑性可塑性：指土在外力作用下，可以揉塑成任意形狀而不發(fā)：指土在外力作用下，可以揉塑成任意形狀而不發(fā)生裂縫，并當(dāng)外力解除后仍然保持既有的形狀的一種性能。生裂縫，并當(dāng)外力解除后仍然保持既有的形狀的一種性能。粘性土?xí)S著含水量的加大，從固態(tài)，變?yōu)樗苄誀顟B(tài)以及流動狀態(tài)。粘性土從某種狀態(tài)進(jìn)入另一種狀態(tài)的分界含水量，被稱為界限含水量。液限液限塑限塑限縮限縮限固態(tài)固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)流動狀態(tài)縮限（縮限（ ）：由半固態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則土體積不斷縮小，直到體）：由半固態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則土體積不斷縮小，直到體積不再縮小時的含水量。積不再縮小時的含水量。

15、塑限（塑限（ ）：由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的含水量）：由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的含水量- -塑性下限塑性下限。液限（液限（ ）：由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的含水量）：由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的含水量- -塑性上限、流限塑性上限、流限。LPS液限液限測定方法測定方法76 g圓錐，5s內(nèi)下降10 mm的含水率。技術(shù)指標(biāo)：碟子抬高1 cm；2次/s的速率，連續(xù)下落25次；土槽合攏長度為1.3 cm塑限塑限測定方法測定方法搓條法縮限縮限測定方法測定方法收縮皿法液限、塑限液限、塑限測定方法測定方法 塑性指數(shù)（塑性指數(shù)（IP）：液限和塑限的差值，以不帶百分號）：液限和塑限的差值，以不帶百分號的數(shù)值表示的數(shù)值表示PLPI

16、 IP 主要與土中的粘土礦物含量有關(guān)，含量越多，越主要與土中的粘土礦物含量有關(guān)，含量越多，越大，塑性就越強(qiáng)。大，塑性就越強(qiáng)。 液性指數(shù)液性指數(shù)（ IL ）：天然含水量和塑限的差值與塑性指）：天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)的比值數(shù)的比值PPPLPLII可以利用可以利用IL可以確定土的軟硬狀態(tài)可以確定土的軟硬狀態(tài): 流塑流塑: 堅堅 硬硬液液 限限塑塑 限限縮縮 限限固固 態(tài)態(tài) 半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)流動狀態(tài)0LI: 硬塑硬塑25. 00LI: 可塑可塑75. 025. 0LI: 軟塑軟塑175. 0LI1LI利用利用IL可以確定土的軟硬狀態(tài)可以確定土的軟硬狀態(tài):1.00.90.8

17、0.70.60.50.40.3e0e00.20.40.60.81.0軟粘土密實砂土P（MPa）dpde1221ppee4.2.4 土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)1.00.90.80.70.60.50.40.3e0e00.20.40.60.81.0軟粘土密實砂土P（MPa）1 . 02 . 01 . 05 . 01 . 02 . 01 . 02 . 01 . 05 . 0（2）壓縮模量（）壓縮模量（Es）土在土在完全側(cè)限完全側(cè)限條件下，應(yīng)力與應(yīng)變的比值條件下，應(yīng)力與應(yīng)變的比值 11211211eeeePPPES 由于壓縮模量依然是變化的，規(guī)定取由于壓縮模量依然是變化的，規(guī)定取100 KPa200KPa（0.10.2 MPa）之間的壓縮模量來）之間的壓縮模量來評定土的壓縮性。評定土的壓縮性。（3）變形模量（）變形模量（E0） 無側(cè)限條件下，土體在單向受壓時，應(yīng)力與應(yīng)無側(cè)限條件下，土