第4章土体工程性质2

第四章土体的工程地质性质1.土的成因地壳岩石经过强烈风化后所产生的碎散矿物集合体，称为土。风化、搬运、沉积土、岩石地质成岩作用构成土骨架，起决定作用重要影响次要作用2.土的特点☆碎散性——土是松散介质。☆三相体系——土一般由固相（固体颗粒）、液相（水）、气相（气体）组成。☆自然变异性——土是自然界漫长的地质年代所形成的性质复杂、不均匀、各向异性且随时间而在不断变化的材料。1.土中的矿物（1）原生矿物主要有石英、长石、角闪石、云母等，是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成分。原生矿物颗粒粗大，物理化学性质稳定，一般对土的工程地质性质影响相对较小。（2）不溶于水的次生矿物（1）粘土矿物（如高岭石、伊利石、蒙脱石等）（2）次生SiO2（胶态、准胶态SiO2）（3）倍半氧化物（如游离态的Al2O3和Fe2O3）不溶于水的次生矿物常呈胶态或准胶态，具有很高的表面能、亲水性及一系列特殊性质，对土的工程地质性质影响十分显著。粘土矿物——晶体结构粘土矿物是指具有片状或链状结晶格架的铝硅酸盐。现已查明，粘土矿物的晶体结构主要由两个基本结构单元——硅氧四面体和氢氧化铝八面体组成。粘土矿物的类型高岭石类蒙脱石类伊利石类1：1的两层结构2：1的三层结构2：1的三层结构层间O2-、OH1-（氢键）联结层间O2-、O2-联结除了层间O2-、O2-联结，还有层间K+粒子联结土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土的矿物成分原生矿物次生矿物有机质可溶盐类及易分解的矿物亲水能力差亲水能力强界于前两类之间颗粒较粗颗粒较细界于前两类之间（3）可溶盐类及易分解的矿物易溶盐（如NaCl；CaCl2；Na2SO4•10H2O等）可溶盐中溶盐（如CaSO4•2H2O；MgSO4等）难溶盐（如CaCO3；MgCO3等）硫化物（如FeS2等）易分解矿物硫酸盐（如CaSO4•2H2O；MgSO4等）（4）有机质土土体体中中的的有有机机质质分分为为有有机机残残余余物物和和腐腐殖殖质质。。有有机机质质具具有有更更强强的的胶胶体体性性质质和和亲亲水水性性，，因因此此，，当当其其超超过过一一定定含含量量时时，，对对土土的的工工程程地地质质性性质质影影响响显显著著。。2.土中的水（1）结合水土中结合水是指受分子引力、静电引力等作用而吸附于土颗粒表面的水,可分为强结合水（吸着水）和弱结合水（薄膜水）。（2）非结合水位于弱结合水外围，离土粒表面较远，基本上不受土粒表面静电的液态水称为非结合水，也可称为自由水，可分为毛细水和重力水。3.土中的气（1）游离态：存在于潜水面上的包气带的土体中。（2）吸附态：与游离态气体处于动态平衡。（3）密闭气体：不与大气相通，不易被排除。粗粒土变形稳定需要很短时间与大气相连通的气体与大气相隔离的气体1.土的结构——指土颗粒本身的特点和颗粒问相互关系的综合特征。（1）土颗粒本身的特点：土颗粒大小、形状和摩圆度及表面性质（粗糙度）等。（2）土颗粒之间的相互关系特点：粒间排列及其连结性质。土的结构类型蜂窝状结构——由较粗粘粒和粉粒的单个颗粒之间以面一点、边一点或边一边受异性电引力和分子引力相连结组合而成的疏松多孔结构。亦称为聚粒结构。絮状结构——由更小粘粒连结形成的，是上述蜂窝状的若干聚粒之间，以面一边或边一边连结组合而成的更疏松、孔隙体积更大的结构。亦称为聚粒絮凝结构或二级蜂窝状结构。软粘土的触变性与灵敏度软粘性土的触变性是指其土体经扰动（如振动、搅拌、搓揉等）致使结构破坏时，土体度剧烈减小；但如将受过扰动的土体静置一定的时间，则该土体强度将又随静置时间的增大，而逐渐有所增长、恢复的特性。常用灵敏度作为评价指标。2.土的构造——指整个土层（土体）构成上的不均匀性特征的总合。1.土体构造特征反映土体在力学性质和其他工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性。2.土体的构造特征是决定勘探、取样或原位测试布置方案和数量的重要因素之一。土的构造类型1.土的物理性质及指标土的物理性质指标即土的三项比例指标，即土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系。一类是必须通过试验测定的，如含水量、密度和土粒相对密度（比重），称为直接指标；一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指2.土的物理状态及指标土的物理状态，对于无粘性土（一般指碎石土、砂土、砂质粉土）指土的密实度，对于粘性土，指土的软硬程度（稠度）。（1）无粘性土的密实——相对密度Dr优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin的测定受人为的影响较大。minmaxmaxreeeeD松散稍密密实中密0.20.330.67幻灯片32（2）粘性土的软硬程度固态半固态可塑态流塑、流动态界限含水量:缩限ws塑限wp液限wL粘性土的状态可用液性指数来判别。plpl定义液性指数：物理意义：表征粘性土所处的软硬状态，IL越大，土质越软。工程用途：常用来划分粘性土的状态。坚硬硬塑流塑可塑00.250.75软塑塑性指数plpwwI物理意义：表征土处于可塑状态的含水量的变化范围，Ip越大，土的塑性越强,土的粘粒含量越高。工程用途：常用来用作粘性土分类的标准。土土的的工工程程分分类类的的意意义义和和原原则则分类的目的：土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。分类的原则：1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便。2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性。1.按堆积年代（1）老堆积土Q3及以前（2）一般堆积土Q41（文化期以前）（3）新近堆积土Q42（文化期以后）2.按有机质含量（1）无机土Wu5％（2）有机质土5％Wu10％（3）泥炭质土10％Wu60％（4）泥炭Wu60％3.按塑性指数IP和颗粒级配（1）碎石土～粒径大于2mm的颗粒超过全重50%的土。（2）砂土～粒径大于2mm的颗粒不超过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。（3）粉土～粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重50%，且IP小于等于10的土。可细分为砂质粉土和粘质粉土。（4）粘性土～IP大于10的土。可细分为粉质黏土和黏土。思考题（1）土中四类矿物成分对土的工程地质性质有何影响？（2）无粘性土和粘性在矿物组成、结构、构造上有何不同？