第一章土的组成课件.ppt

《第一章土的组成课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章土的组成课件.ppt（44页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一章 土的组成,1.1 概述1.2 土中固体颗粒1.3 土中水和土中气1.4 黏土颗粒与水的相互作用 1.5 土的结构和构造,土 的 形 成,土,岩石,风化、搬运、沉积,地质成岩作用,土的组成、结构和物理力学性质,过程、条件, 1.1 概述,土的形成与风化作用,物理风化 化学风化 生物活动,岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理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是颗粒大小发生量的变化矿物成分与母岩相同，称原生矿物产生无粘性土, 1.1 概述,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，形成新的矿物颗粒成分发生质的变化矿物成分与母岩不同，称次生矿物形成十分

2、细微的土颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类,土的形成与风化作用,物理风化 化学风化 生物活动, 1.1 概述,包括植物、动物和土壤微生物的作用可加剧物理和化学风化构成土中有机质和营养物质的生物循环导致腐殖质的形成，改变土壤的结构,土的形成与风化作用,物理风化 化学风化 生物活动, 1.1 概述,残积土 无搬运 运积土 有搬运,搬运与沉积, 1.1 概述,搬运与沉积,残积土 无搬运 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 坡积土：土粒粗细不同，性质不均 洪积土：有分选性，近粗远细 冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差

3、 海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀 风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理, 1.1 概述,土的成因类型,1、残积土(residual soils)2、坡积土(slope debris), 1.1 概述,3、洪积土(diluvial soils), 1.1 概述,4、冲积土(alluvial soils) 河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。, 1.1 概述,土中气体 气相 次要作用,固体颗粒 固相 构成土体骨架 起决定作用,土中水 液相 重要影响,土体的三相构成, 1.1 概述,固体颗粒

4、- 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,d(mm),砾石,砂粒,粉粒,粘粒,胶粒,60,2,0.075,0.005,0.002,0.25,0.5,5,20,粗,中,细,粗,中,细,0.075,粗粒,细粒,粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。,巨粒,60,1.2 固体颗粒,固体颗粒 - 粒径级配,颗粒级配：各粒组的相对含量，用质量百分 数来表示 分析方法： 筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土 常采用比重计法 表述方法: 粒径级配累积曲线,1.2 固体颗粒,固体颗粒 - 粒径

5、级配,孔径105.02.01.00.50.250.1(0.075),200g土,筛余010161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P100958778665536,土的粒径级配累积曲线,沉降分析法,筛分法,1.2 固体颗粒,固体颗粒 级配曲线,d60,d50,d10,d30,特征粒径:,定性分析： 陡-相应粒组含量少 缓-相应粒组含量多,d50 : 平均粒径d60 : 限制粒径d10 : 有效粒径d30 : 中值粒径,1.2 固体颗粒,土的不均匀程度：用不均匀系数Cu表示， Cu = d60 / d10 Cu 5，称为不均匀土，反之称为均匀土连续程度: 用曲率系

6、数度量Cc = d302 / (d60 d10 )Cc=13为连续级配, 3或1为不连续级配,固体颗粒 级配曲线,小于某粒径之土质量百分数（）,粒径(mm),土的粒径级配累积曲线,d60,d50,d10,d30,1.2 固体颗粒,粒组含量用于土的分类定名； 不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5为不均匀土； Cu 5为 均匀土 曲率系数Cc用于判定土的连续程度： Cc =13为级配连续土；Cc3 或 Cc3 或Cc1为 级配 不良的土,粒径级配曲线和指标的应用,1.2 固体颗粒,固体颗粒 - 矿物成分,固体颗粒,原生矿物 - 石英、长石、云母等次生矿物,矿物质有机质,无定形氧化物胶体

7、可溶盐粘土矿物,具有和原生矿物很不相同的特性对粘土性质的影响很大,1.2 固体颗粒-矿物成分,1.3 土中水和土中气,土 中 水,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，冻胀融沉 水蒸气 存在孔隙空气中,- 强结合水： 排列致密，密度1g/cm3 冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于100C时可蒸发- 弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性,粘土颗粒,引力,d,水分子,阳离子,强结合水,弱结合水,自由水,土中水 结合水,结合水：受颗粒表面电场作用力吸引而包围

8、在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水,1.3 土中水和土中气,毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流动,土中水 自由水,自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水,hc,毛细水,重力水,1.3 土中水和土中气,生活在水面收缩膜顶面和地面的昆虫,水蜘蛛,仰泳的水蜘蛛,界面张力,1.3 土中水和土中气,毛管中流体的界面效应,T,dk,w,空气,固体, =湿润角,水,a,T =界面张力,Dk=毛管直径,ua-uw,ua-uw =压力差,1.3 土中水和土中气,毛细管,hc,土中毛细水上升高度,T

9、,2r,上升高度,r2hcw=2rTcos,毛细升高与孔径成反比,粘土粉土砂土砾石,1.3 土中水和土中气,水,hc,2r,T,T,则毛细压力：,2rTcos+ucr2 = 0,毛细管中的负静水压力,毛细水压力,1.3 土中水和土中气,土颗粒缝隙处的弯液面,r,空气 水 固体颗粒,弯液面,在非饱和土中，孔隙中含有水和气，此时水多集中于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因,1.3 土中水和土中气,气相 - 土中气,自由气体：与大气连通连通的气体对土的性质影响不大封闭气体：被土颗粒和

10、水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性溶解在水中的气体吸附于土颗粒表面的气体,1.3 土中水和土中气,1.4 黏土颗粒与水的相互作用,粘 土 矿 物,粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。,硅片 铝片,粘 土 矿 物,粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。,硅片 铝片,1.4 黏土颗粒与水的相互作用,晶层间通过氢键联结，联结力强，晶格不能自由活动，水难以进入晶格间能组叠很多晶层，多达百个以上，成为一个

11、颗粒。颗粒长宽约0.3-3，厚约0.03-1。主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨胀和失水收缩，或者说亲水能力差。,粘 土 矿 物,依硅片和铝片组叠形式的不同，可分成如下三种类型：,高岭石 蒙特石 伊利石,1.4 黏土颗粒与水的相互作用,晶层间是O2-对O2-的连结，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大小约为0.1-1 ，厚约0.001-0.01。主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能力强。,粘 土 矿 物,依硅片和铝片组叠形式的不同，可分成如下三种类型：,高岭石 蒙特石 伊利石,1.4 黏土颗粒与水的相互作用,粘 土 矿 物,是云母在

12、碱性介质中风化的产物。与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结。主要特征：连结强度弱于高岭石而高于蒙特石，其特征也介于两者之间。,依硅片和铝片组叠形式的不同，可分成如下三种类型：,高岭石 蒙特石 伊利石,1.4 黏土颗粒与水的相互作用,颗粒形状和比表面积,原生矿物：一般颗粒较粗，呈粒状。有圆状、浑圆状、棱角状等。次生矿物：颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。比表面积：单位质量土颗粒所拥有的总表面积。对于粘性土，其大小直接反映土颗粒与四周介质,特别是水,相互作用的强烈程度,是代表粘性土特征的一个很重要的指标。高岭石的比表面积为：10-20m2/g,伊利石：80-l

13、00m2/g,蒙特石：800m2/g,粗颗粒的形状,粘土颗粒的形状,1.4 黏土颗粒与水的相互作用,粘土矿物的带电性质研究表明，片状粘土颗粒表面常带有电荷，净电荷通常为负电荷,- - - - - - - - - -,- - - - - - - - - - - -,+,+,+,+,粘土颗粒,水分子,阳离子,粘土矿物的带电特性,玻璃筒,玻璃皿,水位升高,粘土粒,粘土膏,+,-,粘土的电泳和电渗现象(列依斯, 1809),1.4 黏土颗粒与水的相互作用,粘土颗粒,引力,d,水分子,阳离子,强结合水,弱结合水,自由水,1.2 土的三相组成 小结,土体有三个组成部分：固相、液相和气相,小 结,固体颗粒土

14、中水土中气体,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,土的结构（微观结构）：指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小、矿物成分、形状、相互排列及其连接关系，土中水性质及孔隙特征等因素土的构造（宏观结构）：同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相合关系的特征。,1.5 土的结构和构造,粒间作用力：重力起决定性的作用。在非饱和土中，还受到毛细力的作用排列形式：点与点 点与面,1、单粒结构,细土颗粒间的作用力,范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随

15、距离衰减的速度比范德华力慢胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度毛细力：土中毛细作用形成的力,土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：,1.4 土的结构,2、蜂窝结构 当土颗粒较细时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，因土粒之间的分子引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。,3、絮状结构 那些粒径极细的粘土颗粒(粒径小于0.005mm)在水中长期悬浮，这种土粒在水中运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链环状的土集粒，质量增大而下沉，当一个小链环碰到另一小链环时相互吸引，不断扩大形成大链环，称为絮状结构。因小链环中已有孔隙，大链环中又有更大的孔隙，形象地称为二级蜂窝结构。,土的构造,土的构造表征土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征,