土力学第一章

第二节 土的三相组成
粒径级配
(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石） 组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组
筛分法 水分法
粗颗粒
细颗粒
颗粒大小
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径
0.1
粗粒土
细粒土
卵石 砾石 砂粒
粉粒 粘粒 胶粒
d
mm
粗 中 细 粗 中 细 极细
第二节 土的三相组成
气 水
土粒
气相 液相 固相
次要作用 重要影响
构成土骨架，起决定作用
第二节 土的三相组成
固体+气体
固体＋液体 ＋气体
固体＋液体
干土
干粘土较硬 干砂松散
湿土 饱和土
粘土多为可塑状态
饱和粉细砂受震 动可能产生液化
第二节 土的三相组成
一、 土的固体颗粒 矿物成分
颗粒形状
粒径级配
物理状态 力学特性
对于砾类土或砂类土，同时满足 Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好 级配砂或良好级配砾
粒径级配
粒径级配累积曲线及指标的用途： 1）粒组含量用于土的分类定名；
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1, 级配不连续土;
《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系
第一章 土的物质组成和结构
第一节 土的形成 第二节 土的三相组成 第三节 土的结构和构造
第一节 土的形成
土的形成
岩石 地球
风化剥蚀
搬运、沉积
土 地球
第一节 土的形成
土的演化
土(土体)
岩石(三大岩)
第一节 土的形成
一、风化
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 过程中因碰撞和摩擦而破碎
筛分法
它是利用一套孔径大小 不同的筛子，将事先称 过重量的烘干土样过筛， 称留在各筛上的重量， 然后计算相应的百分数。
比重计法:利用不同大小的土粒 在水中的沉降速度不同来确定小于 某粒径的土粒含量
颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含 量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）
颗粒级配的描述
4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级 配优劣：
如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
第二节 土的三相组成
原生 矿物
矿
不可溶的
次生
矿物
可溶的
物
有机质
腐植质 泥炭
粘土矿物 倍半氧化物 次生氧化物
60 20 5 2 0.5 0.25 0.05 0.005 0.002
粗粒土与细粒土
粗粒土(无粘性土) 特征
孔隙大、透水性强，毛细上升， 高度很小，既无可塑造性，也 无胀缩性，压缩性极弱，强度 较高。
细粒土(粘性土) 特征
主要由原生矿物、次生矿物组成， 孔隙很小，透水性极弱，毛细上 升高度较高，有可塑性、胀缩性， 强度较低。
工程上常用不均匀系数Cu描述 颗粒级配的不均匀程度
Cu
d 60 d10
曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整 体形态，表明某粒组是否缺失情
况
Cc
d
2 30
Fra Baidu bibliotek
d10 d 60
d10、d30、d60小于某粒径的 土粒含量为10%、 30%和 60%时所对应的粒径
Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工 程上把Cu＜5的土视为级配不良 的土； Cu＞10的土视为级配良好 的土
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
第二节 土的三相组成
矿物成
土
分水
结晶水 沸石水
中
液态水
水
孔隙中的
水
固态水
气态水
结合水
强结合水 弱结合水
非结合水
毛细水 重力水
结合水
强结合水
• 排列致密、定向性强 • 密度>1g/cm3 • 冰点处于零下几十度 • 具有固体的的特性 • 温度高于100°C时可蒸发
难溶盐 中溶盐 易溶盐
原生矿物 石英、长石、云母等
次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型
矿
高岭石、伊里石、蒙脱石
物
粘土矿物:
由硅片和铝片构成的晶包所组合而成
粘土矿物
高岭石
伊利石
蒙脱石
高岭石
伊利石
蒙脱石
硅片的结构
铝片的结构
粘粒的带电性质
研究表明：
粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷
颗粒形状
第三节 土的结构和构造
絮状结构：海水 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
第三节 土的结构和构造
同一土层中，土颗粒之间相互
关系的特征称为土的构造。
层状构造
物理风化 化学风化
原生矿物 次生矿物
母岩表面和碎散的颗粒受环 境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物
生物风化
有机质
动植物活动
第一节 土的形成
沉积与搬运
残积土 无搬运
母岩表层经风化作用破碎 成岩屑或细小颗粒后， 未经搬运残留在原地的 堆积物
运积土 有搬运
风化所形成的土颗粒， 受自然力的作用搬运到 远近不同的地点所沉积 的堆积物
第一节 土的形成
土的基本特征及主要成因类型
土的基本特征
☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体
第一节 土的形成
土的主要成因类型
残积土(体) 坡积土(体) 洪积土(体) 湖积土(体) 冲积土(体) 冰积土(体) 崩积土(体) 风积土(体) 海洋沉积土(体) 火山沉积土(体)
第三节 土的结构和构造
土颗粒之间的相互排列和连 续形式，称为土的结构。
单粒结构
土
的
结
蜂窝结构
构
粗颗粒土，如卵石、砂等. 密实的单粒结构土的工程性质最好
蜂窝状土工程性质较好
絮状结构
絮状结构土工程性质最差
第三节 土的结构和构造
粗粒土：单粒结构
粉 土：蜂窝结构
单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在 蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间 自重作用下沉落形成的单粒结构，其特 引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成 点是土粒间存在点与点的接触。根据形 链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大 成条件不同，可分为疏松状态和密实状 的蜂窝状结构 态
粘土 粉土 砂土 砾石
毛细压力
2πrTcosα+ucπr2 = 0 • 假定α= 0, 毛细压力
uc hc
• 非饱和土中毛细张力影响
分析对象: 水膜
对砂土强度的影响:毛细边 角水, 假凝聚力
第二节 土的三相组成
土
气体来源
中
气
体
气体分类
(1)空气 (2)生物化学作用 (3)化学反应
(1)吸附气体 (2)溶解气体 (3)密闭气体 (4)自由气体
弱结合水
• 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
• 外力作用下可以移动 • 不因重力而移动，有粘滞性
毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
分析对象: 水柱
πr2hcγw=2πrTcosα
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
土中毛细现象
土层由不同颜色，不同粒径的土 组成层理，平原地区的层理通常为 水平层理。层状构造是细粒土的 一个重要特征。
土
分散构造
的
构
造
结核状构造
土层中土粒分布均匀，性质相近， 如砂，卵石层为分散构造。
在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核， 如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰 碛土等。
裂隙状构造
土体中有很多不连续的小裂隙，有的 硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。