第01章-土的物质组成与结构、构造

土的物质组成与结构、构造第一章§1土的物质组成与结构、构造土的形成渗透特性变形特性强度特性土的三相组成土的物理状态土的结构和构造土的工程分类决定影响§1土的物质组成与结构、构造§1.1土的形成？§1.2土的三相组成？§1.3土的结构和构造？§1.4土的工程分类§1.1土的形成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搬运、沉积§1土的物质组成与结构、构造形成过程形成条件物理力学性质风化岩石地球土地球影响生物风化物理风化化学风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次生矿物动植物的活动§1土的物质组成与结构、构造一.风化有机质§1.1土的形成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二.搬运与沉积残积土无搬运运积土有搬运土质较好§1土的物质组成与结构、构造残积土强风化弱风化微风化母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理§1.1土的形成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2.搬运与沉积运积土有搬运风：风积土§1土的物质组成与结构、构造重力:坡积土流水:洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物冰川:冰积土§1.1土的形成土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理§1土的物质组成与结构、构造§1.1土的形成§1.2土的三相组成？§1.3土的结构和构造？§1.4土的工程分类§1.2土的三相组成气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体§1土的物质组成与结构、构造次要作用一.固体颗粒物理状态力学特性粒径级配§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成矿物成分颗粒形状1.粒径级配一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的粒径级配影响土性的主因颗粒大小•粒径土粒的等效直径（mm）。土粒并非理想的球体，通常为椭球状和针片状、棱角状等不规则形状．因此粒径只是一个相对的、近似的概念；一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成颗粒大小•粒组按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类•为什么要划分“粒组”或“粒级”？（１）自然界中土颗粒直径大小相差十分悬殊．（２）随着粒径的变化，土粒的成分和性质也逐渐发生变化。（３）当土粒的粒径在某一大小范围内变化时．土的成分和性质差别不大．可以认为具有大致相同的成分和相似的性质。为了便于研究土中各粒径土粒的相对含量及其与土的工程地质性质关系，将自然界中土粒直径变化范围划分成几个区段。每个区段中包括的土粒成分相近，性质相似。一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成颗粒大小•粒组按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类•划分依据？(1)在考虑到土粒性质和成分随粒径大小变化的前提下(2)还应与目前粒度分析试验的技术水平相适应。(3)同时要考虑到使用的方便性。一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成颗粒大小•粒组按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类•界限粒径一.固体颗粒dmm卵石砾粒砂粒粉粒粘粒胶粒6020.050.0050.0020.250.5520粗中细粗中细极细0.075粗粒细粒土§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成巨粒200漂石粒径级配•确定方法筛分法：适用于粗粒土(0.075mm)净水沉降法：适用于细粒土(0.075mm)——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示•表述方法粒径级配累积曲线§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)§1.2土的三相组成P%958778665536土的粒径级配累积曲线水分法粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）101.00.100.010.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30;不均匀程度：Cu=d60/d10连续程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率系数—不均匀系数Cu≥5,级配不均匀粗细程度：用d50表示一.固体颗粒§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒径范围内颗粒的含量陡—相应粒组质量集中缓--相应粒组含量少平台--相应粒组缺乏连续程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率系数较大颗粒缺少Cc减小较小颗粒缺少Cc增大Cc=1~3,级配连续性好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；Cu5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~3,级配连续土；Cc3或Cc1,级配不连续土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Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu5或Cc3或Cc1,级配不良的土§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成2.矿物成分原生矿物石英、长石、云母等次生矿物主要是粘土矿物，包括三种类型高岭石、伊里石、蒙脱石§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成粘土矿物:由硅片和铝片构成的晶包所组合而成§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成硅片的结构§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成铝片的结构§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成粘土矿物的晶格构造高岭石蒙脱石伊利石粒径比表面积胀缩性渗透性强度压缩性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面积：单位质量土颗粒所拥有的总表面积§1土的物质组成与结构、构造一.固体颗粒§1.2土的三相组成粘土矿物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结晶水矿物内部的水结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水土中冰由自由水冻成，冻胀融陷§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成二.土中水（液相）粘粒弱结合水自由水强结合水+++++++_______________________+++++++++++++++++++++_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________105oO-2H+H+粘土颗粒水分子极性§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成二.土中水§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成二.土中水结合水•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时可蒸发强结合水•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，有粘滞性弱结合水自由水重力水毛细水在重力作用下可在土中自由流动•存在于固气之间•在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成二.土中水§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成二.土中水土中毛细现象rThccos2•上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα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、彼此连通的毛细管毛细升高与孔径成反比粘土粉土砂土砾石分析对象:水柱三.土中气体自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成土有三个组成部分：固相、液相和气相小结1.固体颗粒2.土中水3.土中气体粒径级配矿物成分颗粒形状结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水)自由气体封闭气体§1土的物质组成与结构、构造§1.2土的三相组成§1土的物质组成与结构、构造1.1土的形成1.2土的三相组成1.3土的结构和构造?1.4土的工程分类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§1.3土的结构和构造土粒间的作用力粘性土的结构性指标力学特性土的结构影响粗粒土的结构细粒土的结构重塑土的强度原状土的强度一.土粒间的作用力重力毛细力胶结力颗粒表面力——土颗粒的自重形成的方向向下的力——砂土——土中毛细作用形成的力——细砂、粉土——土粒间的胶体物质产成的作用力——粘土——粘土——库仑力：——范德华力：颗粒表面的静电引力或斥力颗粒接触点处的分子间引力§1土的物质组成与结构、构造§1.3土的结构和构造二.粗粒土的结构•粒间作用力•排列形式•矿物成分单粒结构(a)松散结构；(b)紧密结构•示意图重力，毛细力点与点、点与面原生矿物§1土的物质组成与结构、构造§1.3土的结构和构造三.细粒土的结构•示意图天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。§1土的物质组成与结构、构造§1.3土的结构和构造细粒土颗粒细小．具胶体特性．在水中一般都不能以单个颗粒沉积．而凝聚成较复杂的集合体进行沉积四.土的构造——在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征．称为土的构造§1土的物质组成与结构、构造§1.3土的结构和构造——它同样也包括土层单元体的大小、形状、排列和相互关系等方面——单元体的分界面称结构面或层面。单元体的形状多为层状、条带状和透镜状．界面形态有平直的．也有波状起伏的§1土的物质组成与结构、构造1.1土的形成1.2土的三相组成1.3土的结构和构造?1.4土的工程分类目的：依据：建筑地基基础设计规范-GBJ7-8P分类法§1土的物质组成与结构、构造§1.4土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类便于研究及应用能反映土的物理力学性质－土的组成土的状态土的结构土工实验规程SL237-1999分类法建筑地基基础设计规范-GBJ7-8P分类法§1土的物质组成与结构、构造§1.4土的工程分类土岩石碎石土砂土粉土粘性土人工填土三.建筑规范分类法§1土的物质组成与结构、构造§1.4土的工程分类碎石土土的名称颗粒形状粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆砾角砾粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%三.建筑规范分类法§1土的物质组成与结构、构造§1.4土的工程分类砂土土的名称粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25--50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%三.建筑规范分类法§1土