巖土力學(xué)-土的三相組成

1、 土的三相組成土的三相組成l土是由固體顆粒和顆粒之間的孔隙所組成，而孔隙中通常存在著水和空氣兩種物質(zhì)，因此，土是固體顆粒、水、空氣組成的混合物，常稱為土的三相系。l根據(jù)研究組成土的三個(gè)部分固相、液相和氣相所占用的比例不同對(duì)土的工程性質(zhì)有著很大的影響。l固相：土粒、粒間膠結(jié)物、有機(jī)質(zhì) 骨架l液相：水及其溶解物l氣相：空氣及其他氣體l飽和土：土骨架孔隙全部被水占滿時(shí)。l干土：土骨架的孔隙僅含空氣l濕土：地下水位以上，地面以下一定深度內(nèi)兼含空氣和水，屬三相系，稱為濕土。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)配成土礦物成土礦物l 土是

2、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：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 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，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。 土粒的粒組土粒的粒組 l天然土由無數(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)稱是將工程性質(zhì)相近的土粒合并成一組稱為粒組 l漂石粒l

3、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 d0.075mm土粒的粒組土粒的粒組土粒的分析方法土粒的分析方法 l土的性質(zhì)取決于各不同粒組的相對(duì)含量。為了確定各粒組的相對(duì)含量，必須用試驗(yàn)方法（顆分試驗(yàn)）將各粒組區(qū)分開來，最常用的顆分試驗(yàn)方法有篩分法和比重計(jì)法兩種。 篩分法：篩分法： 適用于粒徑大于適用于粒徑大于0.075mm的土的土 l利用一套孔徑由大到小的篩子，將事先稱過質(zhì)量的干試樣放入篩中，經(jīng)過充分震搖后，把留在各級(jí)篩上的土粒分別稱量，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 篩分法：篩分法： 適用于粒徑大于適用

4、于粒徑大于0.075mm的土的土比重計(jì)法：比重計(jì)法： 適用于粒徑小于適用于粒徑小于0.075mm的土的土 l比重計(jì)法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。l將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計(jì)，在不同時(shí)刻測(cè)懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級(jí)配曲線。 比重計(jì)法：比重計(jì)法： 適用于粒徑小于適用于粒徑小于0.075mm的土的土顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析試驗(yàn)曲線 l試驗(yàn)結(jié)果可繪制在半對(duì)數(shù)紙上l縱坐標(biāo)：小于某粒徑的土粒含量l橫坐標(biāo)：使用對(duì)數(shù)尺度表示土的粒徑，可以把粒徑相差上千倍的粗

5、粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對(duì)土的性質(zhì)可能有總要影響的顆粒部分清楚地表達(dá)出來 顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析的先進(jìn)方法激光顆分顆粒分析的先進(jìn)方法激光顆分土粒的級(jí)配土粒的級(jí)配 級(jí)配的概念級(jí)配的概念 l土的級(jí)配 指土中各粒組的相對(duì)含量，用土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù)表示 l正常級(jí)配：土的顆粒大小分布是連續(xù)的，曲線坡度是漸變的 l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 l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 l級(jí)配不良：粒徑分布曲線形狀較陡，土粒大小分布范圍窄，土粒均勻 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

6、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)來描述粒徑曲線的坡度和形狀。1060ddCu1060230)(dddCc 分別為粒徑曲線縱坐標(biāo)上小于某粒徑含量10、30、60時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑60d30d10d有效粒徑控制粒徑土粒的級(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，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 無細(xì)粒土填空 壓密度小 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

7、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。10d30d30d60dCc大Cc小臺(tái)階分布在臺(tái)階分布在土粒的級(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： 31cC同時(shí)滿足，級(jí)配良好 5uC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)，如增加水量，可使土地狀態(tài)由堅(jiān)硬變?yōu)榭伤埽踔脸蔀榱鲃?dòng)狀態(tài)的土漿。 l土中水可分為結(jié)合水、自由水結(jié)合水：土粒礦物內(nèi)部的水結(jié)合水：土粒礦物內(nèi)部的水 l存在

8、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。 l特點(diǎn)：包圍在土顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)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之外的水，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 。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 水的表面張力毛細(xì)管水假凝聚力毛細(xì)管水假凝聚力wcchP毛細(xì)管壓力負(fù)孔隙水壓力 可使土粒相互擠緊，可使無粘性土也象有粘聚力似的。由毛細(xì)管壓力

9、所造成無粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力 。沙坑倒塌重力水重力水 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。它是土中其它類型水的來源。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) 三、土的氣相三、土的氣相 與大氣相通無影響，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)展過程 。巖石是由礦物的組成的，按成因巖石可劃分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。成因類型不一樣，差別也很大，因此，工程性質(zhì)極為多樣。1 1）巖漿巖的性質(zhì)）巖漿巖的性質(zhì)巖漿巖具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，可作為各種建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各類巖石的工程性質(zhì)差異很大。1.1.2 巖巖(石石)體的特性體的特性碎屑巖的工程地質(zhì)性質(zhì)性質(zhì)一般較好，但其膠結(jié)物的成分和膠結(jié)類型影響顯著； 粘土巖和頁(yè)巖的性質(zhì)相近，抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度低，受力后變形量大，浸水后易軟化和泥化；化學(xué)巖和生物化學(xué)巖抗水性弱，常具不同程度的可溶性。常常導(dǎo)致地基和邊坡的失穩(wěn)。 沉積巖的性質(zhì) 變質(zhì)巖的工程性質(zhì)與原巖