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1、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,便于研究和应用,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,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
2、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
3、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
4、 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”？（）自然界中土颗粒直径大小相差十分悬殊（）随着粒径的变化，土粒的成分和性质也逐渐发生变化。（）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
5、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,d,mm,卵石,砾粒,砂粒,粉粒,粘粒,胶粒,60,2,0.05
6、,0.005,0.002,0.25,0.5,5,20,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(0.075 mm)净水沉降法：适用于细粒土(0.075 mm),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,105.02.01.00.50.250.075,200g,10161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),1.2
7、土的三相组成,P%958778665536,土的粒径级配累积曲线,水分法,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,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,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,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/
8、(d60 d10)曲率系数,较大颗粒缺少,Cc 减小,较小颗粒缺少,Cc 增大,C c=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；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,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 3 或 Cc 1,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
9、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
10、：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1
11、00C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,上升高度:,r2hcw=2rTcos,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
12、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,
13、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
14、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
15、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
16、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 土的物质组成与结构、构造,1.4 土的工程分类,粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土,塑性指数I
17、p10的土,粘性土,10Ip17的土,Ip17的土,粘土,粉质粘土,A 1.25,非活性粘土正常粘土活性粘土,土工实验规程SL237-1999分类法,1 土的物质组成与结构、构造,1.4 土的工程分类,自学:教科书P20P21,细粒土的塑性图分类法,第一章完,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,影响,土有三个组成部分：固相、液相和气相,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,1.3 土的结构和构造,土颗粒或粒团的空间排列和相互联结,土粒间的作用力,粘性土的结构性指标,土的结构,粗粒土的结构,细粒土的结构,目的,依据,建筑地基基础设计规范-GBJ7-8P分类法,土工实验规程SL237-1999分类法,1 土的物质组成与结构、构造,1.4 土的工程分类,
