第1章土的組成

1、第一章第一章 土的組成土的組成第一章第一章 土的組成土的組成1.1 1.1 概述概述 土是由顆粒土是由顆粒(固相固相) 、水、水(液相液相) 和氣和氣(氣相氣相) 組成的三相體系。組成的三相體系。 固相指土的顆粒，簡(jiǎn)稱(chēng)土粒。它構(gòu)成土固相指土的顆粒，簡(jiǎn)稱(chēng)土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱(chēng)為土骨架。的骨架，稱(chēng)為土骨架。 土粒大小是影響土的性質(zhì)最主要的因素。土粒大小是影響土的性質(zhì)最主要的因素。土粒大小含量的相對(duì)數(shù)量關(guān)系是土的分土粒大小含量的相對(duì)數(shù)量關(guān)系是土的分類(lèi)依據(jù)。類(lèi)依據(jù)。1.2 1.2 土中固體顆粒土中固體顆粒1.2.1 土粒的成分土粒的成分礦物成分礦物成分有機(jī)礦物顆粒（由微生物參與的風(fēng)化。淤泥、淤泥質(zhì)土

2、、腐質(zhì)土有機(jī)礦物顆粒（由微生物參與的風(fēng)化。淤泥、淤泥質(zhì)土、腐質(zhì)土次生礦物次生礦物原生礦物（造巖礦物，原生礦物（造巖礦物，如石英、長(zhǎng)石、云母等）如石英、長(zhǎng)石、云母等）無(wú)機(jī)礦物顆粒無(wú)機(jī)礦物顆粒氧化物膠體氧化物膠體(Al2O3、Fe2O3）鹽類(lèi)（鹽類(lèi)（CaCO3、CaSO4、NaCl等）等）（原生礦物風(fēng)化后的產(chǎn)物）（原生礦物風(fēng)化后的產(chǎn)物）蒙脫石蒙脫石為膨潤(rùn)土的主要成分。膨潤(rùn)土在我國(guó)產(chǎn)地很多，如遼寧、黑龍江、吉林、河北、河南、浙江等地都有產(chǎn)出。蒙脫石的水含量因環(huán)境濕度而變化極大。別 稱(chēng)：微晶高嶺石或膠嶺石類(lèi) 別：硅鋁酸鹽顏 色：白色，有時(shí)微帶紅色或綠色特征：加水膨脹用途：油漆、橡膠、污染物處理、藥用。

3、伊利石類(lèi) 別：硅酸鹽云母類(lèi)黏土礦物顏 色：伊利石純者潔白,因含雜質(zhì)而呈淺綠、淺黃或褐色透明度：透明至半透明應(yīng) 用：陶瓷原料、造紙?jiān)?、橡膠、鉀肥其他特征：無(wú)膨脹性和可塑性伊利石是一種富鉀的硅酸鹽云母類(lèi)黏土礦物,因其最早發(fā)現(xiàn)于美國(guó)的伊利島而得其名。高嶺石高嶺石是長(zhǎng)石和其他硅酸鹽礦物天然蝕變的產(chǎn)物，是一種含水的鋁硅酸鹽。屬于粘土礦物。別 稱(chēng)： 觀音土、白鱔泥、膨土巖類(lèi) 別：硅酸鹽礦物顏 色：白色，有時(shí)雜質(zhì)含紅、藍(lán)或棕色光 澤無(wú)光澤透明度：透明至半透明應(yīng) 用：陶瓷原料、造紙?jiān)?、橡膠、塑料的填料、耐火材料原料其他特征：具有可塑性1.2.2 土粒粒度分析方法土粒粒度分析方法粒組的劃分粒組的劃分 土粒的

4、大小通常以土粒的大小通常以表示，以表示，以mm為單位。為單位。 土粒按粒徑大小分為若干組別，稱(chēng)為土粒按粒徑大小分為若干組別，稱(chēng)為。 粒組間的分界粒徑稱(chēng)為粒組間的分界粒徑稱(chēng)為。 以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量來(lái)表示土體中土粒的以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量來(lái)表示土體中土粒的大小及組成稱(chēng)為土的大小及組成稱(chēng)為土的或或粒組的劃分的原則粒組的劃分的原則1. 每個(gè)粒組的成分與性質(zhì)相同或相似；每個(gè)粒組的成分與性質(zhì)相同或相似；2. 不同大小的土?？刹捎貌煌姆椒ㄟM(jìn)行分析；不同大小的土粒可采用不同的方法進(jìn)行分析；3. 粒組界限值力求服從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律。粒組界限值力求服從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律。粒組粒組統(tǒng)稱(chēng)統(tǒng)稱(chēng)粒組名稱(chēng)粒組名稱(chēng)粒徑范

5、圍（粒徑范圍（mmmm） 主主 要要 特特 征征分析方法分析方法 巨巨 粒粒漂漂石（塊石）粒石（塊石）粒 200200 透水性很大，壓縮性極透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)小，顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。毛細(xì)性。直接測(cè)定直接測(cè)定 卵卵石（碎石）粒石（碎石）粒 2002006060粗粒粗粒圓（角）圓（角）礫礫粗粗 60602020透水性大，壓縮性小，透水性大，壓縮性小，無(wú)粘性，毛細(xì)性上升高無(wú)粘性，毛細(xì)性上升高度不超過(guò)粒徑度不超過(guò)粒徑篩篩 分分 法法 中中20205 5細(xì)細(xì)5 52 2砂砂粒粒 粗粗2 20.50.5易透水易透水, ,壓縮性增加壓縮性增加, ,無(wú)無(wú)粘性粘性, ,遇水不膨脹遇水不

6、膨脹, ,干時(shí)干時(shí)松散松散, ,毛細(xì)性上升高度毛細(xì)性上升高度不大不大中中 0.50.50.250.25細(xì)細(xì)0.250.25細(xì)粒細(xì)粒粉粉粒粒 粗粗0.010.01透水性小，壓縮性中等，透水性小，壓縮性中等，毛細(xì)上升高度較大，微毛細(xì)上升高度較大，微粘性粘性, ,易凍脹易凍脹沉降分析沉降分析法法細(xì)細(xì)0.010.01粘粘粒粒 透水性極弱，壓縮性變透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性化大，具粘性和可塑性, ,遇水膨脹大遇水膨脹大 土粒粒組的劃分土粒粒組的劃分 表表1-1 0.0752.01.00.50.255.010.0篩篩分分法法（密度計(jì)法）（密度計(jì)法）2.顆粒級(jí)配累計(jì)曲線顆粒級(jí)配累計(jì)曲線 土的顆

7、粒級(jí)配顆粒級(jí)配是指土中各粒組的相對(duì)百分含量，通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量（土質(zhì)量）的百分?jǐn)?shù)表示，也稱(chēng)為土土的的粒度成分粒度成分。1.顆粒分析試驗(yàn)顆粒分析試驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)課上實(shí)驗(yàn)課上)土樣土樣編號(hào)編號(hào)粒組（粒組（mm）質(zhì)量百分含量）質(zhì)量百分含量22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.0050.005128101520101721040251510351020152030顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配的表示方法的表示方法 表格法表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百分含量)填在已制好的表格內(nèi)。（圖解法）（圖解法）顆粒級(jí)配累積曲線顆粒級(jí)配累積曲線橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示土顆粒直徑土

8、顆粒直徑，單位mm；縱坐標(biāo)為小于某粒徑土的累積含量累積含量，用百分比表示。土的粗細(xì)常用平均粒徑平均粒徑（mm）d50表示，d50指土中大于或小于此粒徑的土粒含量均占50。 曲線陡，土粒（大?。┚鶆?，曲線陡，土粒（大?。┚鶆?，級(jí)配不良；級(jí)配不良； 曲線緩，土粒（大?。┎痪鶆?，曲線緩，土粒（大?。┎痪鶆?，級(jí)配良好。級(jí)配良好。 反映土粒級(jí)配情況的兩個(gè)定量指標(biāo)：反映土粒級(jí)配情況的兩個(gè)定量指標(biāo)： 土的土的不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu Cu=d60/d10 土的土的曲率系數(shù)曲率系數(shù)Cc 特征粒徑特征粒徑小于某粒徑土重累計(jì)百分含量所小于某粒徑土重累計(jì)百分含量所對(duì)應(yīng)的粒徑對(duì)應(yīng)的粒徑 d10有效粒徑；有效粒徑；d5

9、0平均粒徑； d30 中值粒徑；中值粒徑；d60限制粒徑限制粒徑。 顯然：顯然： d60 d50 d30 d106010230dddCc不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)反映了土粒的不均勻程度反映了土粒的不均勻程度。工程上Cu5 視為級(jí)配不良的 Cu 10 視為級(jí)配良好的。曲率系數(shù)曲率系數(shù)描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失缺失情況情況（下圖中哪條曲線需要用到曲率系數(shù)（下圖中哪條曲線需要用到曲率系數(shù)？）對(duì)于礫類(lèi)土或砂類(lèi)土，同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)于礫類(lèi)土或砂類(lèi)土，同時(shí)滿(mǎn)足Cu5和和Cc=13時(shí)，定名時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫。否則為級(jí)配不良。為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫。

10、否則為級(jí)配不良。級(jí)配良好的土，易壓實(shí)，是良好的填方用土。級(jí)配良好的土，易壓實(shí)，是良好的填方用土。不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu也是判斷滲透變形類(lèi)型的重要指標(biāo)：也是判斷滲透變形類(lèi)型的重要指標(biāo)：一般認(rèn)為一般認(rèn)為 Cu 10 的均粒砂土，在一定水力坡降下，易發(fā)的均粒砂土，在一定水力坡降下，易發(fā)生生流土流土；Cu 10的不均粒砂礫石（包括缺乏中間粒徑的的不均粒砂礫石（包括缺乏中間粒徑的砂礫石）既可能發(fā)生流土，也可能產(chǎn)生砂礫石）既可能發(fā)生流土，也可能產(chǎn)生管涌管涌。 流土管涌管涌管涌1.3 1.3 土中水和土中氣土中水和土中氣液液態(tài)態(tài)水水毛細(xì)壓力；似粘聚力（假粘聚力）毛細(xì)壓力；似粘聚力（假粘聚力） 1、土中水、

11、土中水 （固、液、氣）（固、液、氣）毛細(xì)上升水毛細(xì)懸掛水毛細(xì)水重力水自由水弱結(jié)合水（薄膜水薄膜水）強(qiáng)結(jié)合水（吸著水吸著水）結(jié)合水2、土中氣、土中氣 粗粒土中：粗粒土中： 與大氣連同的氣體； 細(xì)粒土中：細(xì)粒土中： 封閉的氣泡，外力作用下溶于水； 這兩部分氣的成分與大氣相比，含有更多的CO2、N2和較少的O2 淤泥和泥炭等有機(jī)土中：淤泥和泥炭等有機(jī)土中： 由于微生物的分解作用，常蓄積了某些可燃?xì)怏w（硫化氫、甲烷等） 使土層在自重作用下不能壓密而具有高壓縮性。 1.4 1.4 粘土顆粒與水的相互作用粘土顆粒與水的相互作用1、粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和基本特性（自學(xué)）、粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和基本特性（自學(xué)）2、粘土顆粒與水的相互作用、粘土顆粒與水的相互作用（1）粘土顆粒的帶電性）粘土顆粒的帶電性電泳電泳帶一定量負(fù)電荷的粘土顆粒，在直流電場(chǎng)的作用下向帶一定量負(fù)電荷的粘土顆粒，在直流電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極移動(dòng)的現(xiàn)象。陽(yáng)極移動(dòng)的現(xiàn)象。電滲電滲極性水分子和水中的陽(yáng)離子，在直流電場(chǎng)的作用下向極性水分子和水中的陽(yáng)離子，在直流電場(chǎng)的作用下向負(fù)極移動(dòng)的現(xiàn)象。負(fù)極移動(dòng)的現(xiàn)象。電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象電泳、電滲同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。電泳、電滲同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。（2）雙電層的概念（自學(xué)）雙電層的概念（自學(xué)） 1.5 1.5 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) (微觀特