1、 本章提要本章提要 本章特點(diǎn)本章特點(diǎn) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 對土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋對土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋 對土的組成和狀態(tài)進(jìn)行定量描述對土的組成和狀態(tài)進(jìn)行定量描述 內(nèi)容瑣碎、零散內(nèi)容瑣碎、零散 理清各節(jié)間聯(lián)系理清各節(jié)間聯(lián)系 理清各節(jié)內(nèi)層次理清各節(jié)內(nèi)層次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的三相組成土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土的形成過程土的形成過程土的工程分類：便于研究和應(yīng)用土的工程分類：便于研究和應(yīng)用土的壓實(shí)性：如何獲得較好的土土的壓實(shí)性：如何獲得較好的土決定決定1.1 1.1 土的形

2、成土的形成1.2 1.2 土的組成土的組成1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)1.4 1.4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)1.5 1.5 土的物理狀態(tài)指標(biāo)及土的壓實(shí)性土的物理狀態(tài)指標(biāo)及土的壓實(shí)性1.6 1.6 土的工程分類土的工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類土土 的的 形形 成成土土巖石巖石風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積地質(zhì)成巖作用地質(zhì)成巖作用土的組成、結(jié)構(gòu)土的組成、結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)過程、條件過程、條件土的形成與風(fēng)化作用土的形成與風(fēng)化作用 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物活動生物活動 巖石和土的粗顆粒受各種氣巖石和土的粗顆粒受各種氣

3、候等物理因素的影響產(chǎn)生脹候等物理因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫縮而發(fā)生裂縫, ,或在運(yùn)動過或在運(yùn)動過程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是顆粒大小發(fā)生量的變化是顆粒大小發(fā)生量的變化 礦物成分與母巖相同，稱原礦物成分與母巖相同，稱原生礦物生礦物 產(chǎn)生無粘性土產(chǎn)生無粘性土 母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物 顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化 礦物成分與母巖不同，稱次礦物成分與母巖不同，稱次生礦物生礦物 形成十分細(xì)微的土顆粒，最形成十分細(xì)微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類

4、主要為粘性顆粒及可溶鹽類 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物活動生物活動 包括植物、動物和土壤微包括植物、動物和土壤微生物的作用生物的作用 可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化 構(gòu)成土中有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物構(gòu)成土中有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的生物循環(huán)質(zhì)的生物循環(huán) 導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變土壤的結(jié)構(gòu)土壤的結(jié)構(gòu)土的形成與風(fēng)化作用土的形成與風(fēng)化作用 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物活動生物活動 殘積土殘積土 無搬運(yùn)無搬運(yùn) 運(yùn)積土運(yùn)積土 有搬運(yùn)有搬運(yùn)搬運(yùn)與沉積搬運(yùn)與沉積母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆

5、積物運(yùn)殘留在原地的堆積物 殘積土殘積土 強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化 弱風(fēng)化弱風(fēng)化 微風(fēng)化微風(fēng)化 母巖體母巖體 顆粒表面粗糙顆粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗細(xì)不均粗細(xì)不均 無明顯層理無明顯層理 殘積土殘積土 無搬運(yùn)無搬運(yùn) 運(yùn)積土運(yùn)積土 有搬運(yùn)有搬運(yùn)風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物的堆積物 坡積土：坡積土：土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均 洪積土：洪積土：有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì) 沖積土：沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭渾圓度分選性明顯，土層交迭 湖泊沼澤沉積土：湖泊沼澤沉積土：含有機(jī)物淤泥，

6、土性差含有機(jī)物淤泥，土性差 海相沉積物：海相沉積物：顆粒細(xì)，表層松軟，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差 冰積土：冰積土：土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻 風(fēng)積土：風(fēng)積土：顆粒均勻，層厚而不具層理顆粒均勻，層厚而不具層理土中氣體土中氣體 氣相氣相 次要作用次要作用固體顆粒固體顆粒 固相固相 構(gòu)成土體骨架構(gòu)成土體骨架 起決定作用起決定作用土中水土中水 液相液相 重要影響重要影響土體的三相構(gòu)成土體的三相構(gòu)成飽和土飽和土 ：土體孔隙完全被水充滿：土體孔隙完全被水充滿干干 土土 ：土體孔隙完全被氣充滿：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在非飽和土：孔隙中水和氣均存在固體

7、顆粒固體顆粒 - - 礦物成分礦物成分固體成分固體成分原生礦物原生礦物 - 石英、長石、云母等石英、長石、云母等次生礦物次生礦物礦物質(zhì)礦物質(zhì)有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)無定形氧化物膠體無定形氧化物膠體可溶鹽可溶鹽粘土礦物粘土礦物具有和原生礦物很不相同的特性具有和原生礦物很不相同的特性對粘土性質(zhì)的影響很大對粘土性質(zhì)的影響很大粘粘 土土 礦礦 物物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁粘土礦物是一種復(fù)合的鋁- -硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙特石三種類型。蒙特石三種類型。 硅片硅片 鋁片鋁片SiSi

8、氧離子氧離子O2-硅離子硅離子Si4+硅硅- -氧四面體氧四面體 硅片的結(jié)構(gòu)硅片的結(jié)構(gòu) 硅片簡圖硅片簡圖粘粘 土土 礦礦 物物粘土礦物是一種復(fù)合的鋁粘土礦物是一種復(fù)合的鋁- -硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和片和鋁片構(gòu)成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙特石三種類型。蒙特石三種類型。OH1-鋁離子鋁離子Al3+鋁鋁- -氫氧八面體氫氧八面體 鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片的結(jié)構(gòu) 鋁片簡圖鋁片簡圖Al Al 硅片硅片 鋁片鋁片 晶層間通過氫鍵聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)力強(qiáng)，晶晶層間通過氫鍵聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)力強(qiáng)，晶格不能自由活動，水難以進(jìn)入晶格間格不能

9、自由活動，水難以進(jìn)入晶格間 能組疊很多晶層，多達(dá)百個(gè)以上，成能組疊很多晶層，多達(dá)百個(gè)以上，成為一個(gè)顆粒。顆粒長寬約為一個(gè)顆粒。顆粒長寬約0.3-3 ，厚厚約約0.03-1 。 主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨脹和失水收縮，或者說親水能力差。脹和失水收縮，或者說親水能力差。粘粘 土土 礦礦 物物依硅片和鋁片組疊依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三種類型：成如下三種類型： 高嶺石高嶺石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石Si SiAl AlSi SiAl AlSi SiAl Al高嶺高嶺石微粒石微粒1:1的兩的兩層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu) 晶層間是晶層間是O2-對對O

10、2-的連結(jié)，聯(lián)結(jié)力很的連結(jié)，聯(lián)結(jié)力很弱，水很容易進(jìn)入晶層之間。弱，水很容易進(jìn)入晶層之間。 每一顆粒能組疊的晶層數(shù)較少。顆粒每一顆粒能組疊的晶層數(shù)較少。顆粒大小約為大小約為0.1-1 ，厚約，厚約0.001-0.01 。 主要特征：顆粒細(xì)微，具有顯著的吸主要特征：顆粒細(xì)微，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水能力強(qiáng)。水能力強(qiáng)。2:1的三的三層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si數(shù)層數(shù)層水分子水分子粘粘 土土 礦礦 物物依硅片和鋁片組疊依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三種類型：成如下三種類型： 高嶺石

11、高嶺石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石粘粘 土土 礦礦 物物 是云母在堿性介質(zhì)中風(fēng)化的產(chǎn)物。是云母在堿性介質(zhì)中風(fēng)化的產(chǎn)物。 與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結(jié)構(gòu)，但晶層之鋁片所形成的三層結(jié)構(gòu)，但晶層之間有鉀離子連結(jié)間有鉀離子連結(jié)。 主要特征：連結(jié)強(qiáng)度弱于高嶺石而主要特征：連結(jié)強(qiáng)度弱于高嶺石而高于蒙特石，其特征也介于兩者之高于蒙特石，其特征也介于兩者之間。間。2:1的三的三層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si鉀離子鉀離子依硅片和鋁片組疊依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三種類型：成如下三種類型： 高嶺

12、石高嶺石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石固體顆粒固體顆粒 - - 顆粒大小顆粒大小 粒組粒組 按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類 界限粒徑界限粒徑d(mm)礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 細(xì)粗 中 細(xì)0.075粗粒粗粒細(xì)粒細(xì)粒粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。巨粒巨粒60固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配F 粒

13、徑級配：粒徑級配：各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分 數(shù)來表示數(shù)來表示F 分析方法：分析方法： 篩分法：適用于粗粒土篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細(xì)粒土水分法：適用于細(xì)粒土 常采用比重計(jì)法常采用比重計(jì)法F 表述方法表述方法: : 粒徑級配累積曲線粒徑級配累積曲線固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配孔徑孔徑105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土土篩余篩余0101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P P（）（）粒徑粒徑(

14、mm)(mm)P100958778665536土的粒徑級配土的粒徑級配累積曲線累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)262613.513.51010篩篩分分法法1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)(mm) 土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線固體顆粒固體顆粒 級配曲線級配曲線d60d50d10d30特征粒徑特征粒徑: 斜率斜率: : 某粒徑范圍內(nèi)顆某粒徑范圍內(nèi)顆

15、 粒的含量粒的含量 陡陡- -相應(yīng)粒組含量多相應(yīng)粒組含量多 緩緩- -相應(yīng)粒組含量少相應(yīng)粒組含量少 平臺平臺- -相應(yīng)粒組缺乏相應(yīng)粒組缺乏d50 : 平均粒徑平均粒徑d60 : 控制粒徑控制粒徑d10 : 有效粒徑有效粒徑d30 土的粗細(xì)度：土的粗細(xì)度：用用d50 表示表示 土的不均勻程度：土的不均勻程度：用不用不均勻系數(shù)：均勻系數(shù)： Cu = d60 / d10 表示，表示，Cu 5，稱為不均，稱為不均勻土，反之稱為均勻土勻土，反之稱為均勻土 連續(xù)程度連續(xù)程度: 用曲率系數(shù)用曲率系數(shù) Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13為連續(xù)級為連續(xù)級配配, 33或或13 或

16、或 Cc1為級配不連續(xù)土為級配不連續(xù)土F 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)和曲率系數(shù)Cc 用于判定土的用于判定土的級配優(yōu)劣級配優(yōu)劣： Cu 5且且 Cc=13為級配為級配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰點(diǎn)處于零下幾十度冰點(diǎn)處于零下幾十度 完全不能移動，具有固體的特性完全不能移動，具有固體的特性 溫度略高于溫度略高于100C時(shí)可蒸發(fā)時(shí)可蒸發(fā)- 弱結(jié)合水：弱結(jié)合水： 受電場引力作用，為粘滯水膜受電場引力作用，為粘滯水膜 外力作用下可以移動外力作用下可以移動 不因重力而流動，有粘滯性不因重力而流動，有粘滯性粘土粘土顆粒顆粒- - - - - - - - - - - -

17、 - - - - - +引力引力d水分子水分子陽離子陽離子強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水自由水自由水n 結(jié)合水：結(jié)合水：受顆粒表面電場作用力受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動的水壓力，不能任意流動的水- 毛細(xì)水：毛細(xì)水：由于土體孔隙的毛細(xì)由于土體孔隙的毛細(xì)作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛細(xì)水承受表面張力和重力的毛細(xì)水承受表面張力和重力的作用作用- 重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流動中自由流動土中水土中水 自由水自由水n 自由

18、水：自由水：不受顆粒電場引不受顆粒電場引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛細(xì)水毛細(xì)水重力水重力水土中孔隙細(xì)水通道自由水上升毛細(xì)管水表面張力重力毛細(xì)管水壓力示意圖毛細(xì)管水上升高度的影響因素 孔隙大小和形狀 粒徑尺寸 水的表面張力毛細(xì)管水假凝聚力wcchP毛細(xì)管壓力負(fù)孔隙水壓力 可使土粒相互擠緊，可使無粘性土也象有粘聚力似得。由毛細(xì)管壓力所造成無粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力 。沙坑倒塌F自由氣體：自由氣體：與大氣連通連通的氣體與大氣連通連通的氣體對土的性質(zhì)影響不大對土的性質(zhì)影響不大F封閉氣體：封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體被土顆粒和水封閉的氣體其體積與壓力有關(guān)。會增加土的彈性；其體積與壓力有

19、關(guān)。會增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性阻塞滲流通道，降低滲透性F溶解在水中的氣體溶解在水中的氣體F吸附于土顆粒表面的氣體吸附于土顆粒表面的氣體氣相氣相 - - 土中氣土中氣土土 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)：土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結(jié)方式。粗粒土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)F粒間作用力：粒間作用力：重力起重力起決定性的作用決定性的作用。在非。在非飽和土中，還受到毛飽和土中，還受到毛細(xì)力的作用細(xì)力的作用F排列形式：點(diǎn)與點(diǎn)排列形式：點(diǎn)與點(diǎn) 點(diǎn)與面點(diǎn)與面單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)示意圖示意圖細(xì)土顆粒間的作用力細(xì)土顆粒間的作用力 范德華力：范德華力：接觸點(diǎn)處的分子引力，作用范圍為接觸點(diǎn)處的分子引力，作用范圍

20、為幾個(gè)分子的距離，是細(xì)粒土粘結(jié)在一起的主因幾個(gè)分子的距離，是細(xì)粒土粘結(jié)在一起的主因 庫侖力：庫侖力：顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離衰減的速度比范德華力慢衰減的速度比范德華力慢 膠結(jié)力：膠結(jié)力：土粒間通過膠體連結(jié)在一起，作用力土粒間通過膠體連結(jié)在一起，作用力是化合鍵，具有較高的強(qiáng)度是化合鍵，具有較高的強(qiáng)度 毛細(xì)力：毛細(xì)力：土中毛細(xì)作用形成的力土中毛細(xì)作用形成的力 土中細(xì)顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的土中細(xì)顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的作用，其他粒間力起主導(dǎo)作用：作用，其他粒間力起主導(dǎo)作用： 形成環(huán)境形成環(huán)境 粒間作用力粒間作用力 排列形式排列形式淡水中沉積淡水中沉積表面力、膠結(jié)力表面力、膠結(jié)力（粒間斥力占優(yōu)勢（粒間斥力占優(yōu)勢) )面與面面與面天然土通常不是單一結(jié)構(gòu)，可能是呈多種類型的天然土通常不是單一結(jié)構(gòu)，可能是呈多種類型的綜合結(jié)構(gòu)。往往先形成團(tuán)粒綜合結(jié)構(gòu)。往往先形成團(tuán)粒凝聚結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)海水中沉積海水中