土力学第一章

土的组成第一章§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒和水的作用§1.5土的结构和构造第一章土的组成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土的工程分类土的压实性 决定 郑伟家庭教育讲座全集个人独资股东决定成立安全领导小组关于成立临时党支部关于注销分公司决定 影响如何获得较好的土便于研究和应用§1.1概述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、沉积形成过程形成条件物理力学性质风化影响§1.1概述生物循环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一.风化有机质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§1.1概述水解作用水化作用氧化作用动植物的活动二.搬运与沉积残积土无搬运运/沉积土有搬运土质较好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§1.1概述沉积土有搬运风：风积土重力: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2.搬运与沉积§1.1概述§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒和水的作用§1.5土的结构和构造第一章土的组成§1.2土中的固体颗粒气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体次要作用§1.2.1土粒的粒度成分物理状态力学特性粒径级配矿物成分颗粒形状§1.2土中的固体颗粒颗粒大小 粒度土粒的大小 粒组按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒巨粒颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的颗粒级配影响土性的主因颗粒级配§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒颗粒级配 确定方法筛分法：适用于粗粒土(>0.075mm)沉降分析法：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§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872小于某粒径之土质量百分数P（％）粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积曲线沉降分析法§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒筛分法 粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10小于某粒径之土质量百分数P（％）粒径(mm)土的粒径级配累积曲线沉降分析法§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒0t1t2t3t4 粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10d60d50d10d30特征粒径:d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30:中值粒径不均匀程度：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§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒 d60 d10 d30 Cu Cc 0.33 0.005 0.063 66 2.41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§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒 曲线 d60 d10 d30 Cu Cc L 0.33 0.005 0.081 66 3.98 M 0.063 2.41 R 0.030 0.545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：Cc=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Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土§1.2.1土粒的粒度成分§1.2土中的固体颗粒§1.2.2土粒的矿物成分§1.2土中的固体颗粒固体颗粒矿物质有机质原生矿物次生矿物黏土矿物可溶盐无定形氧化物胶体原生矿物石英、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、蒙脱石土中矿物成分与粒度成分存在一定的内在关系，见图1-6。§1.2.2土粒的矿物成分§1.2土中的固体颗粒§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒和水的作用§1.5土的结构和构造第一章土的组成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§1.3.1土中水§1.3土中水和土中气土中水可以是处于液态、固态或气态固态液态固态1、结合水 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的特性 温度高于100°C时可蒸发强结合水/吸着水 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/薄膜水§1.3.1土中水§1.3土中水和土中气受到电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。自由水重力水毛细水在重力作用下可在土中自由流动，对土粒有浮力 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§1.3.1土中水§1.3土中水和土中气 分为毛细悬挂水和毛细上升水 毛细水的上升高度和速度对建筑物地下部分的防潮和地基土的浸湿和冻胀有重要影响。 盐渍土=湿润角T=界面张力d=毛管直径ua-uw=压力差毛细水毛细现象§1.3.1土中水§1.3土中水和土中气土中毛细现象上升高度: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§1.3.1土中水§1.3土中水和土中气对砂土强度的影响:毛细边角水,假凝聚力 毛细压力2πrTcosα+ucπr2=0毛细压力 非饱和土中毛细张力影响分析对象:水膜§1.3.1土中水§1.3土中水和土中气 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；阻塞渗流通道安全防范：O2含量的降低、可燃气体的存在§1.3.2土中气§1.3土中水和土中气§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒和水的作用§1.5土的结构和构造第一章土的组成§1.4.1黏土矿物的结晶结构和亲水性§1.4黏土颗粒与水的相互作用粘土矿物的晶格构造粒　　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9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大§1.4.2黏土颗粒与水的相互作用§1.4黏土颗粒与水的相互作用1、粘土矿物的带电性t=0t>0电动现象——电泳与电渗研究表明：粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷§1.4.2黏土颗粒与水的相互作用§1.4黏土颗粒与水的相互作用产生不平衡电荷的原因：a.离解作用；b.吸附作用；c.同晶置换；d.边缘断裂反离子层与土粒表面负电荷一起构成双电层§1.4.2黏土颗粒与水的相互作用§1.4黏土颗粒与水的相互作用2、双电层的概念土颗粒或粒团的空间排列和相互联结§1.5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<§1.1概述§1.2土中固体颗粒§1.3土中水和土中气§1.4黏土颗粒和水的作用§1.5土的结构和构造第一章土的组成微观结构：土颗粒或粒团的空间排列和相互联结§1.5土的结构和构造力学特性土的结构影响重塑土的强度原状土的强度<宏观结构：土层在空间的赋存状态§1.5.1土的结构§1.5土的结构和构造 粒间作用力 排列形式 矿物成分单粒结构 示意图重力，毛细力点与点、点与面原生矿物粗粒土的结构 粒间作用力 形成环境 排列形式 矿物成分表面力、胶结力（斥力减小引力增加）片架结构(凝聚结构)片堆结构(分散结构) 示意图表面力、胶结力（粒间斥力占优势）淡水中沉积海水中沉积次生矿物次生矿物天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。面与面边、角与面边、角与边力学特性有何差异？§1.5.1土的结构§1.5土的结构和构造细粒土的结构还有其他形式§1.5.2土的构造§1.5土的结构和构造表征土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。