工程巖土與測(cè)試：土的液相講稿

1、土的液相大家好，今天我們接著講第一章土的物理組成及結(jié)構(gòu)，首先我們回憶一下上節(jié)課講過的內(nèi)容，1.土的粒度成分，大家要記住一個(gè)關(guān) 鍵的粒徑0.075mm , 一般情況下，大于0.075mm的稱為粗顆粒，小于0.075mm 的稱為細(xì)顆粒；2.測(cè)定粒度成分的方法，正因?yàn)橛辛舜旨?xì)之分，所以測(cè)定的方法 分別為篩析法和靜水沉降法；3.粒度成分的表示方法：Cc和Cu,也就是不均勻 系數(shù)和曲率系數(shù)，大家要記住對(duì)應(yīng)的公式，同時(shí)要知道土的級(jí)配好壞時(shí)Cc和Cu 滿足的條件；4.土的礦物成分：土是由原生礦物、次生礦物和有機(jī)質(zhì)組成的。今天我們同樣圍繞土的三相來(lái)講-土的液相，也就是土中的水，大家可以思 考一下土中的水所存在

2、的形式和存在的狀態(tài)分別是什么。在自然界中，土中的水可以分為礦物中的結(jié)合水（結(jié)晶水）和土孔隙中的水。 礦物中的水僅存在于土粒礦物結(jié)晶格架內(nèi)部或參與礦物晶格構(gòu)成的，它是礦物顆 粒的一局部，這一局部的水對(duì)我們的工程性質(zhì)影響很小，今天我們的重點(diǎn)是研究 土孔隙中的水。關(guān)于孔隙中的水，一類是結(jié)合水，一類為非結(jié)合水，結(jié)合水又分為強(qiáng)結(jié)合水 即吸著水和弱結(jié)合水即薄膜水，非結(jié)合水就是我們常見的自由水，也就是毛細(xì)水 和重力水，它們存在的狀態(tài)有液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)。紅色的內(nèi)容就是我們今天要學(xué) 習(xí)的重點(diǎn)。首先我們講一下結(jié)合水，結(jié)合水是由土顆粒外表電場(chǎng)作用吸引而包圍在顆粒四 周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)的水。分為強(qiáng)結(jié)合水

3、和弱結(jié)合水兩種。這里 大家要注意了，土中的粗顆粒不會(huì)吸附孔隙中的水，而是細(xì)小的粘粒才會(huì)把孔隙 中的水牢牢的吸附在自己的周圍形成一層一層的薄膜。關(guān)于強(qiáng)弱結(jié)合水，可以看看右邊的圖片，對(duì)應(yīng)上下兩個(gè)圖片，我們可以看出， 土顆粒外表這一層，就是我們所說的強(qiáng)結(jié)合水，它定向排列得非常緊密，幾乎完 全定向排列，它不同于液態(tài)水。強(qiáng)結(jié)合水外面這一層即為弱結(jié)合水，相比強(qiáng)結(jié)合 水，它也有一定的定向排列，但是定向程度弱于強(qiáng)結(jié)合水，弱結(jié)合水外面這一層 即為自由水，也就是重力水和毛細(xì)水。首先我們簡(jiǎn)單介紹一下強(qiáng)結(jié)合水，強(qiáng)結(jié)合 水是由土顆粒的相互吸弓I，被牢牢的吸附在土顆粒周圍，它的性質(zhì)不同于自由水, 它的密度大、類似固體、具

4、有極大的粘滯性、彈性、抗剪強(qiáng)度；不傳遞靜水壓力、 不能導(dǎo)電、沒有溶解能力，冰點(diǎn)為-78.。弱結(jié)合水是距土粒外表較遠(yuǎn)處的結(jié)合水，由于其引力降低，弱結(jié)合水的水分 子排列就不如強(qiáng)結(jié)合水緊密，仍定向排列，但定向程度及與土粒外表聯(lián)結(jié)的牢固 程度均不如強(qiáng)結(jié)合水，密度較強(qiáng)結(jié)合水小，但仍比普通水大；具有較高的粘滯性、 彈性、抗剪強(qiáng)度，這層水不能傳遞靜水壓力，不能導(dǎo)電，冰點(diǎn)低于0。由于這 種水的存在，使土具有可塑性（可塑性也是后面我們要講到的砂土和粘性土的最 大區(qū)別）。非結(jié)合水，是指土?？紫吨谐鐾亮Ｍ獗盱o電引力作用范圍的普通液態(tài)水。 主要受重力作用控制，能傳壓、導(dǎo)電，溶解鹽分，在0結(jié)冰，其代表為重力水。 介于

5、重力水和結(jié)合水之間的過渡類型水為毛細(xì)水。重力水存在于較大孔隙（如中粗砂、碎石土孔隙）中，具有自由活動(dòng)能力, 在重力作用下能自由流動(dòng)。在重力或壓力差作用下能滲流，對(duì)土顆粒和結(jié)構(gòu)物都 具有浮力作用，在土力學(xué)計(jì)算中應(yīng)考慮這種滲流及浮力的作用。重力水只受重 力控制，不受土粒外表吸引力的影響。我們重點(diǎn)講解一下毛細(xì)水，毛細(xì)水是受水與空氣交界面的張力作用而存在于細(xì) 小孔隙中的自由水。毛細(xì)水在重力和外表張力作用下，能沿著土的細(xì)孔隙從潛水面上升一定的 高度。其上升的高度和孔隙的大小有關(guān)。什么是外表張力了？左下角的圖片我們可以看到水滴在樹葉上呈現(xiàn)橢圓形， 這就是水與空氣外表張力表現(xiàn)出來(lái)的效果。毛細(xì)水有非常重要的現(xiàn)象，就是毛細(xì) 現(xiàn)象。我們看這幾張圖，大家都非常熟悉，毛筆沁墨汁的時(shí)候，筆尖沁上墨汁，我 們發(fā)現(xiàn)墨汁會(huì)沿著筆毛尖慢慢的上升，這個(gè)過程就是毛細(xì)現(xiàn)象。毛細(xì)水主要存在于直徑為0.0020.5mm的毛細(xì)孔隙中。在工程中毛細(xì)水主要 存在于粉砂、細(xì)砂、粉土和粉質(zhì)粘土中。下面這張沙雕圖片，大家都知道干燥的砂子不能捏成團(tuán)，而含有很多水的時(shí) 候，砂子也不能成形，但是含有一局部水（一定含水量）的濕砂卻可以捏成團(tuán)， 就像土中的沙雕一樣，這是為什么了？這是因?yàn)樯巴令w粒中存在了毛細(xì)水，這局部毛細(xì)水存在毛細(xì)壓力，所以我們 感覺這局部的砂土具有粘性，其實(shí)是毛細(xì)水的作用產(chǎn)生的一種假的粘性。最后我們總結(jié)一下這節(jié)課所