土力学 土的三相组成ppt

蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于
重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环 联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构
絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在
水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面 的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下 沉，形成孔隙较大的絮状结构
表2-3 颗粒分析成果表
土样 编号 1 小于某粒径（mm）累积百分含量 >2 28 <2 72 < 0.5 62 < 0.25 47 < 0.075 27 <0.005 17
颗粒级配累积曲线（图解法）
• 横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位mm；纵 坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。 • 土的粗细常用平均粒径（mm）d50表示，d50指土中大 于或小于此粒径的土粒含量均占50。
• 由微生物分解动植物残骸形成，分为有机残余 物（泥炭）和腐殖质 。
• 腐殖质含量在1.5%~2%以上称为淤泥类土，压 缩性极高，强度很低。 • 有机质含量〉5%的土称为有机质土。
二、矿物成分与粒组之间的关系
土 力
• 粒径大于0.075mm的各粒组，均由原生矿物所构成， 其中漂石粒、卵石粒、砾粒，其粒径往往大于矿物颗 粒，多数是由母岩碎屑构成，一般具有的多矿物结构， • 砂粒与原生矿物颗粒大小近似，往往是由单矿物组成， 以石英最为常见。 • 粉粒组由原生矿物与次生矿物混合组成，其中以石英 为主，其次为高岭石及难溶盐。
土 力 学
颗粒级配累积曲线
土 力 学
土样 编号 1
小于某粒径（mm）累积百分含量
>2
28
<2
72
< 0.5
62
< 0.ห้องสมุดไป่ตู้5
47
< 0.075
27
<0.005
17
1
0. 1
0.01 0.005
0.001
•颗粒级配累积曲线
土 力 学
特征粒径
• d10—有效粒径（de）；d50—平均粒径； • d30 、d60—限制粒径。
砂 粒
粗砂
中砂 细砂 粉粒 粘粒
0.5<d≤2
0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
细粒
土
粒组名称 粒径d范围（mm） 分析方法
主 要 特
征
巨粒组
d>60 2<d≤60
直接测定
透水性很大，压缩性极小， 颗粒间无粘结，无毛细性。 透水性大，压缩性小，无粘 性，有一定毛细性。
第二章 土的三相组成 土 力 学
• 土是由固体相、液体相、气体相组成的三相体 系。 • 固体相指土中的矿物颗粒，简称土粒。它构成 土的骨架，称为土骨架。 • 液体相由水溶液组成，可分为强结合水、弱结 合水、毛细水、重力水等。 • 气体相由空气和其它气体构成。 • 土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况 对土的物理力学性质有明显影响
粘土矿物
土 力 学
• 粘土矿物是主要的次生矿物，是组成粘粒的主要矿物成 分。 • 粘土矿物的结晶格架由铝氧八面体和硅氧四面体两个基 本单位组成。 • 硅氧四面体是硅片的基本单元，其化学式为[SiO4] • 铝—氧八面体是铝片的基本单元，其化学式为[Al2(OH)6 -
粘土矿物的类型与性质
土 力 学
土 力 学
物理风化
岩石
岩石破碎
化学成分不改变
原生矿物
原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变 化的矿物碎屑。 例：石英、云母、长石等 原生矿物颗粒一般都较粗大，它们主要存在于卵、 砾、砂、粉各粒组中。 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有 无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点
次生矿物
1 3 d 6 式中 A 全部土颗粒的表面积之 和 m m 土的质量 d 土粒直径 S
A

d 2

6 d
2、粘粒的带电性质
土 力 学
• 土中的粘土颗粒在电场中向阳极泳动的现象称为电泳。 而土中的液体渗向阴极，称为电渗。这两种现象是同 时发生的，称为电动现象。 • 粘粒表面产生电荷的原因：1、选择性吸附；2、表面 分子的离解；3、同晶替换
力粗 粒 学细
粒 组
砾粒组
筛分法 0.075<d≤2
组 砂粒组 粉粒
粘粒
0.005<d≤0.07 透水性小，压缩性中等，毛 5 静水沉降 细上升高度大，微粘性。 原理 透水性极弱，压缩性变化大， d≤0.005 具粘性和可塑性。
二、颗粒级配的测定
土 力 学
• 土的颗粒级配是指土中各粒组的相对百分含量，通常 用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示， 也称为土的粒度成分。
3、粘粒双电层
土 力 学
• 颗粒表面的负电荷构成电场的 内层（决定电位层）。水中被 吸引在颗粒表面的阳离子和定 向排列的水分子构成电场的外 层（反离子层）。合称双电层。
决定电位离子层 (内层) 双电层 固定层 反离子层 (外层) 扩散层
土
• 受颗粒表面电场作用力吸 引而包围在颗粒周围，不 传递静水压力不能任意流 动的水，称为结合水。 从水分子的角度讲，双电 层的外层就是结合水层。
学
•
土 力
粒组的划分的原则
1. 符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每
个粒组的成分与性质无质的变化，具相同或
相似的成分与性质；
2. 与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小 的土粒可采用不同的适用方法进行分析； 粒组界限值力求服从简单的数学规律。
200、20、2、1/20、1/200mm
学 3.
表2-1 土的粒组划分方案
• 土的触变性：当扰动停止后，饱和粘性土的抗 剪强度随时间而逐渐增大的性质。
思考题
土 力 学
1.何谓土粒粒组？粒组划分的原则是什么？
2.岩土工程勘察规范如何划分砂粒粒组与粉粒粒组？
3.什么是土的粒度成分（颗粒级配），工程中如何表示粒度 成分？
目
录
土 力 学
第一节 土的颗粒级配 第二节 土的矿物成分 第三节 土中的水 第四节 土的结构
第一节
•
土的颗粒级配
一、粒组的划分 土
力
•
自然界中土一般都是由大小不等的土粒混合而组成的， 也就是不同大小的土颗粒按不同的比例搭配关系构成 某一类土，比例搭配（级配）不一样，则土的性质各 异。 土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是 一定的粒径区段，以毫米表示。
土
原生矿物
化学 风化
可溶性 次生矿物
成分改变
不可溶性 次生矿物
力
学 可溶性次生矿物又叫水溶盐，常见的有石盐、石膏等。
不可溶性次生矿物又有次生二氧化硅、倍伴氧化物和粘 无定形氧化物胶体 土矿物。 特征：不同的次生矿物性质各异。
次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化作用， 使其进一步分解而形成一些颗粒更细小的新矿物。
学•
粘粒组主要由不可溶性次生矿物与腐植质组成，有时 也含难溶盐，其中粘土矿物是最常见的矿物。
第三节 土中的水
土 力 学
一、土中水的类型与特性
矿物成分水 结构水、结晶水、沸石水 强结合水 土中的水 孔隙水 毛细水 自由水 重力水 结合水 弱结合水
二、土粒与水的相互作用
土 力 学
1、土粒的比表面积
• 定义单位质量或单位体积土颗粒所拥有的表面积称为 比表面积。即
一、土粒间的连结关系
1．接触连结，是指颗粒之间的直接接触，接触点上的连 结强度主要来源于外加压力所带来的有效接触压力。 这种连结方式在砂土、粉土中或近代沉积土中普遍存 在。 2．胶结连结，是指颗粒之间存在着许多胶结物质，将颗 粒胶结连结在一起。 3．结合水连结，是指通过结合水膜而将相邻土粒连结起 来的连结形式，又叫水胶连结，这种连结在一般粘性 土中普遍存在。 4．冰连结
力• 学
反离子层
结合水
强结合水（固定层）：性质接近于固 体，具蠕变性，略高于100℃可蒸发 弱结合水（扩散层）：是一种粘滞水 膜，是粘性土在一定含水量范围内具 可塑性的原因
第四节 土的结构
土 力 学
• 土的结构是指组成土的土粒大小、形状、表面特征， 土粒间的连结关系和土粒的排列情况，其中包括颗粒 或集合体间的距离、孔隙大小及其分布特点。
二、土的结构类型
土
在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式， 与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有 关
（一）巨粒土与粗粒土的结构类型
力• 学
粗粒土的结构主要为单粒结构。根据颗粒间的排列接 触关系可分为松散结构和密实结构。
密实状态
疏松状态
（二）细粒土的结构类型
土 力 学
• 细粒土颗粒细小，细粒土一般为团聚结构。
蜂窝结构
絮状结构
三、粘性土的灵敏度和触变性
土 力 学
• 土的灵敏度：以同一种土的原状土强度与经过 重塑（含水量不变、土的结构彻底破坏）后的 强度之比。
对于饱和粘性土的灵敏 度S r : Sr qu qu '
式中：qu — 原状土的无侧限抗压强 度（KPa) qu '—重塑土的无侧限抗压 强度（KPa)
• 粘土矿物中分布较广且对土性质影响较大的是蒙脱石、 高岭石和伊利石(或水云母)三种。
• 高岭石晶层之间连结牢固，水不能自由渗入，故其亲 水性差，可塑性低，胀缩性弱； • 蒙脱石则反之，晶胞之间连结微弱，活动自由，亲水 性强，胀缩性亦强； • 伊利石（水云母）的性质介于二者之间。
有机质（了解）
土 力 学
静水沉降分析原理：Stokes公式