土的三相组成.ppt

土的三相组成,西南交大峨眉校区土木系土力学课程组,土力学系列讲座一,一、土的固相,（一）、成土矿物（二）、土粒的粒组（三）、土粒的分析方法（四）、土粒的级配,成土矿物,土是岩石风化的产物，土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分风化后的风化作用，一般可分为两类原生矿物石英、长石、云母；岩石物理风化生成的土粒，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，吸附水的能力较弱，性质稳定，无塑性次生矿物化学风化的产物，性质与母岩完全不同，一般为粘土矿物,成土矿物,砂粒一般由石英构成，其次是长石、云母，当砂土中含有大量呈片状的云母时将,粘粒包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩性增高。,土粒的粒组,天然土由无数大小不同的土粒组成，逐个研究它们的大小是不可能的，统称是将工程性质相近的土粒合并成一组称为粒组,漂石粒卵石粒砾粒砂粒粉粒粘粒胶粒巨粒组d60mm粗粒组60mm～0.075mm细粒组d0.075mm,土粒的粒组,,土粒的分析方法,土的性质取决于各不同粒组的相对含量。为了确定各粒组的相对含量，必须用试验方法（颗分试验）将各粒组区分开来，最常用的颗分试验方法有筛分法和比重计法两种。,筛分法适用于粒径大于0.075mm的土,利用一套孔径由大到小的筛子，将事先称过质量的干试样放入筛中，经过充分震摇后，把留在各级筛上的土粒分别称量，算出小于某粒径的土粒含量，用以确定土中各粒组的土粒含量,,筛分法适用于粒径大于0.075mm的土,,,,比重计法适用于粒径小于0.075mm的土,比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。,比重计法适用于粒径小于0.075mm的土,,,,颗粒分析试验曲线,试验结果可绘制在半对数纸上纵坐标小于某粒径的土粒含量横坐标使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有总要影响的颗粒部分清楚地表达出来,,颗粒分析试验曲线,,颗粒分析试验曲线,,颗粒分析的先进方法－激光颗分,,土粒的级配－级配的概念,土的级配指土中各粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示正常级配土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变的不连续级配土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段级配良好粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，土粒大小不均匀级配不良粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布范围窄，土粒均匀,土粒的级配－级配的概念,为了判别土粒级配是否良好，常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标来描述粒径曲线的坡度和形状。,,,分别为粒径曲线纵坐标上小于某粒径含量60％、30％、10％时所对应的粒径,有效粒径,控制粒径,土粒的级配－颗分曲线分析,土的粒径范围窄，分布曲线陡，d10和d60靠近，土的不均匀系数小，表示土粒均匀土的粒径范围宽，分布曲线缓，d10和d60相距远，土的不均匀系数大，表示土粒不匀Cu大不均匀有细粒土填空压密度大Cu小均匀无细粒土填空压密度小,,,,,,,土粒的级配－颗分曲线分析,对于级配不连续的情况，有时Cu虽然大，但渗透稳定性一样不好，故Cu虽大，但并不表明土粒级配良好，还要用Cc来衡量，Cu和Cc描述了级配曲线整体特征，可描述土级配的好坏。,,Cc大,Cc小,,,台阶分布在,台阶分布在,土粒的级配－颗分曲线分析,级配的好坏由土粒的均匀程度和粒径分布曲线的形状去定。,规范规定,,,同时满足，级配良好,土粒的级配－粒组频率曲线,,土粒的级配－粒组频率曲线,土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反应。若土的频率曲线呈单峰，则土的级配是连续的，若粒组频率曲线呈双峰，则土的级配既有可能是连续的，也有可能是不连续的。连续与否取决于双峰之间谷点对应粒组的土粒含量。当大于3时，是连续的，否则是不连续的。缺乏中间粒径的土是级配不连续的典型情况。这时，谷点对应粒组的土粒含量为零。,二、土的液相,土的液相是水及各离子的溶液，其含量及性质明显地影响土，尤其是粘性土的性质，如增加水平，可使土地状态由坚硬变为可塑，甚至成为流动状态的土浆。土中水可分为下列各类结晶水、吸着水、自由水,结晶水土粒矿物内部的水,存在矿物结晶中的水，只有在高温（大于105℃）下，才能使之从矿物中析出，故可将它视作矿物本身的一部分。,吸着水与土粒表面结合的水,吸着水是指附着在土粒表面呈薄膜状的水，受土粒表面引力作用而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。它比普通水有较大的粘滞性，较小的能动性和不同的密度。粘土矿物颗粒具有较强的与水相互作用的能力，称之为亲水性。这种亲水性的土粒表面常常带有负电荷，电荷的大小与土粒表面积大小有关。常用比表面积来表示电荷对土粒性能的影响。比表面积大电荷作用能力强,,吸着水强吸着水,土粒表面的负电荷吸引着周围极化了的水分子，靠近土粒表面的地方引力最大，土粒周围的水分子和离子被吸引在土粒表面附近，排列十分紧密，失去常见水的某些特性，通常把靠近土颗粒表面的一层水称为强吸着水。,吸着水弱吸着水,土粒表面的引力随离开土粒表面的距离增大而迅速降低，距土粒表面稍远的地方，水分子虽仍为定向排列，但不如强吸着水那么紧密和严格，因此这层水有可能由水膜较厚处缓慢地迁移到另一土粒上去，这种运动与重力无关。这层水不能传递静水压力，称之为弱吸着水。,吸着水与土的物理力学性质,土粒为弱吸着水分隔时，由于土粒相互受到土粒表面引力的作用，因而在土颗粒间表现一定的联接强度。弱吸着水越薄，土粒间距越小，引力越高，这时联接性就越强，土粒就越不易发生移动。反之弱吸着水越厚，引力降低，联接性间拖，就越易于移动。弱吸着水厚度的变化，会使土的物理力学性质发生改变。,吸着水示意图,,,自由水（毛细管水、重力水）,自由水指土粒表面引力作用范围意外的水，与普通水一样，受重力支配，能传递静水压力并具有融解作用。,自由水－毛细管水,土中孔隙,细水通道,自由水上升,毛细管水,,,,表面张力,,,,重力,,毛细管水上升高度的影响因素,孔隙大小和形状粒径尺寸水的表面张力,,毛细管水－假凝聚力,,毛细管压力,,负孔隙水压力,可使土粒相互挤紧，可使无粘性土也象有粘聚力似得。由毛细管压力所造成无粘性土间的连接力，称之为假粘聚力。,,,沙坑倒塌,重力水,重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用。应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，说的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计,,三、土的气相,与大气相通,,无影响，易挤出,与大气不相通（空气、水气、天然气）,,压力作用下可压缩或融解,封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。,,