第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

1、第一章 土的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,工程地質(zhì)學(xué),本章主要內(nèi)容：第一節(jié) 土中的固體顆粒；第二節(jié) 土的礦物成分；第三節(jié) 土中的水；第四節(jié) 土中的氣體；第五節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。,土是由地球外殼堅(jiān)硬的巖石在風(fēng)化作用下（物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化）形成的在原地殘留或經(jīng)過各種不同類型的動力搬運(yùn)后，在各種自然環(huán)境中重新堆積而成的堆積物。年代不長,未壓密硬結(jié)成巖之前，呈松散狀態(tài)，一般也稱為第四紀(jì)沉積層。土是由固、液、氣相組成的

2、三相體系。,第一節(jié) 土中的固體顆粒 土中的固體顆粒（土粒）的大小、形狀、礦物成份及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。一、土的粒組1、粒徑：土的固體顆粒（土粒）的大小通常以其直徑尺寸表示，簡稱粒徑。2、粒組與界限粒徑：按尺寸對顆粒進(jìn)行分組，劃分的粒徑在一定區(qū)段內(nèi)，成分及性質(zhì)相似的土粒組別，稱為粒組；分界尺寸的界限粒徑。,3、六大粒組的劃分方案：漂石（塊石）組：d>200mm卵石（碎石）組：20m

3、m<d<200mm圓礫（角礫）組：2mm<d<20mm(粗、中、細(xì)：20～10～5～2)砂粒組：0.075mm<d<2mm（粗、中、細(xì)、極細(xì)：2～0.5～0.25～0.1～0.075）粉粒組：0.005mm<d<0.075mm(粗、細(xì)：0.075～0.01～0.005)粘粒組： d<0.005mm(粗、細(xì)：0.005～0.002～0),二、土的粒度成分（土的顆粒級配）1、

4、定義：各粒組在土中相對百分含量。2、研究土顆粒級配的意義：粒徑變化，性質(zhì)變化。3、顆粒級配的試驗(yàn)分析方法： 篩分法（d＞0.075mm ）:風(fēng)干、分散，過一套不同孔徑（20，10，5，2，1，0.5，0.25，0.075mm）的標(biāo)準(zhǔn)篩； 沉降分析法（d＜0.075mm ） ：a．比重計(jì)法； b．移液管法；,4、顆粒級配表示方法（1）表格法：常用于土工試驗(yàn)報(bào)告書，數(shù)據(jù)準(zhǔn)

5、確。（2）顆粒級配累積曲線： 橫坐標(biāo)——表示粒徑，由于土粒大小差異非常大，所以常以對數(shù)坐標(biāo)表示； 縱坐標(biāo)——表示小于某粒徑的土的質(zhì)量占土的總質(zhì)量的百分比，即累積百分含量。,曲線越陡，表示粒徑相差不多，土粒較均勻，顆粒級配較差；曲線越平緩，表示粒徑相差懸殊，土粒不均勻，顆粒級配良好。 工程上常用不均勻系數(shù)（Cu）與曲率系數(shù)Cc （或Cq ）來衡量土的不均勻程度及其級配好壞：,其中：d6

6、0——限制粒徑，相應(yīng)于累積百分含量為60%的粒徑，mm; d10——有效粒徑，相應(yīng)于累積百分含量為10%的粒徑，mm; d30——相應(yīng)于累積百分含量為30%的粒徑，mm; Cu值越大，表示土顆粒越不均勻，顆粒級配良好，Cc反映該分析曲線的整體形狀。 Cu≥5時(shí)及1<Cc<3時(shí)的土為級配良好的土。,三、土按粒度成分（顆粒級配）的分類,第二節(jié) 土的礦物成份 包括：原生礦物、次

7、生礦物、可溶鹽、有機(jī)質(zhì)。1、原生礦物：母巖風(fēng)化后仍然保留的礦物。常見的有：石英、長石、角閃石、云母等。2、次生礦物：母巖風(fēng)化后形成的新礦物。一般分為三種：（1）粘土礦物：高嶺石、蒙脫石、伊利石、水云母；（2）次生SiO2（3）倍半氧化物（Al2O3、Fe2O3）,3、可溶鹽（1）易溶鹽：NaCl、CaCl2、Na2SO4.10H2O（芒硝）、Na2CO3.10H2O（蘇打）（2）中溶鹽：CaSO4.2H2O（石膏）、Mg

8、SO4（3）難溶鹽：CaCO3、 MgCO34、有機(jī)質(zhì)：土中植物殘骸在微生物作用下分解而形成的產(chǎn)物。,第三節(jié) 土中的水 1．為什么要研究土中的水：（1）．自然條件下土中總含水；（2）．土中細(xì)顆粒多時(shí)，水對土性影響很大。2．土中水的存在形態(tài)與分類：（1）相態(tài)分為：固、液、氣；（2）分類：礦物成分水、結(jié)合水、自由水。,3、礦物成分水：存在于土粒礦物結(jié)晶格架內(nèi)或參與礦物晶格構(gòu)成的水，一般分為三種： 結(jié)構(gòu)水：以

9、離子形式存在于土粒礦物結(jié)晶格架內(nèi)部的固定位置上的水； 結(jié)晶水：以固定數(shù)量的分子形式存在于土粒礦物結(jié)晶格架內(nèi)部的固定位置上的水； 沸石水：以不定數(shù)量的分子形式存在于土粒礦物相鄰晶胞之間的水。,4、結(jié)合水（吸附水）a.定義：受分子引力、靜電引力的作用，吸附于土粒表面的土中的水。這種引力高達(dá)幾千到幾萬個(gè)大氣壓，使水分子和和土粒表面牢固結(jié)合在一起。b.形成機(jī)理：負(fù)電荷、電場、陽離子、極性水分子、定向排列。,c.強(qiáng)結(jié)合

10、水（吸著水）及特征：受顆粒電場吸引，緊緊吸附于顆粒表面周圍的結(jié)合水稱為強(qiáng)結(jié)合水，厚度幾個(gè)分子。特征：沒有溶解能力，不能傳遞水壓力，性質(zhì)近于固體，1.2～1.4g/cm3，難于蒸發(fā)，難于結(jié)冰（-780C），具很大粘滯性、彈性和抗剪強(qiáng)度。僅有強(qiáng)結(jié)合水時(shí)，粘土堅(jiān)硬，砂土散。d.弱結(jié)合水（薄膜水）及特征：弱結(jié)合水是強(qiáng)結(jié)合水外圍的結(jié)合水膜。特征：不能傳遞靜水壓力，可向鄰近水膜移動；冰點(diǎn)-0.5～-30，弱結(jié)合水大時(shí)，粘性土可塑。,5． 自由

11、水（1） 定義及特點(diǎn)：為土?？紫吨谐鐾亮１砻骒o電場引力作用范圍的水，冰點(diǎn)0℃，有溶解能力，能傳遞靜水壓力與普通水一樣。分為毛細(xì)水與重力水。（2） 重力水：地下水位以下含水層中自由水；重力或壓差作用下自由移動，滲流對土粒有浮力作用。（3） 毛細(xì)水：是由于毛細(xì)作用保持在土的毛細(xì)孔隙中的地下水。,（4）固態(tài)水：當(dāng)溫度降到0℃以下時(shí)，土中的水（主要是重力水）凍結(jié)成固態(tài)水（冰），固態(tài)水在土中可以起到膠結(jié)作用，提高土的力學(xué)強(qiáng)度，降低透水性。

12、 （5）氣態(tài)水：以水氣的形式存在于土粒間的水，可以從氣壓高的地方向氣壓低的地方移動，也可以在土粒表面凝聚轉(zhuǎn)化為其他各種類型的水。,第四節(jié) 土中的氣體 1.類型:以O(shè)2、N2、CO2為主，還含有少量的CH4、H2S。2.分類：游離氣體與封閉氣體。游離氣體存在于近地表的包氣帶中，與大氣相通，對土的性質(zhì)影響較小。封閉氣體存在于呈封閉狀態(tài)的土孔隙中，與大氣隔絕。3.封閉氣體對工程影響：滲透性減小，彈性增大，延緩?fù)馏w變形隨時(shí)間的

13、發(fā)展過程。,第五節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造一、土的結(jié)構(gòu) 土的結(jié)構(gòu)是指土的固體顆粒及其孔隙間的幾何排列和連接方式。 一般把土結(jié)構(gòu)分為兩大類：單粒（散粒）結(jié)構(gòu)和團(tuán)聚結(jié)構(gòu)。 單粒結(jié)構(gòu)也稱散體結(jié)構(gòu)，是指土顆粒直接接觸和支撐、固體顆粒沒有連結(jié)或只在潮濕時(shí)具有微弱的毛細(xì)力連結(jié)的結(jié)構(gòu)方式，它是無粘性土的基本結(jié)構(gòu)形式。這些土的顆粒粗大，在沉積過程中，土顆?？梢钥孔陨淼闹亓ψ饔枚练e