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文檔簡介

第4章

土的工程性質(zhì)與分類

概述土的組成土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的工程分類土的成因類型第4章

土的工程性質(zhì)與分類

概述1一、概述

土的定義:

是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒,在原地殘留或經(jīng)過不同的搬運方式,在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土的物質(zhì)組成:

包括作為上骨架的固體礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此,土是由顆料(固相)、水溶液(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。一、概述2二、土的組成

(一).固體顆粒在土的三相組成物質(zhì)中,固體顆粒(以下簡稱土粒)是土的最主要的物質(zhì)成分。土的工程性質(zhì)主要取決于組成土的土粒的大小和礦物類型,即土的粒度成分和礦物成分。

二、土的組成31.基本概念

粒徑(度):

顆粒大小以直徑(單位為mm)計,稱為粒徑(或粒度)。

粒組:

界于一定粒徑范圍的土粒,稱為粒組.

粒度成分(或稱顆粒級配):

土中不同粒組顆粒的相對含量,稱為土的粒度成分(或稱顆粒級配),它以各粒組顆粒的重量占該土顆粒的總重量的百分數(shù)來表示。1.基本概念

4

2.土的粒組劃分標準:

劃分方法不完全一致,一般采用的粒組劃分及各粒組土粒的性質(zhì)特征見表2-1。表中根據(jù)界限粒徑200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒:d>200mm;卵石(碎石)顆粒:200mm>d>200mm;圓礫(角礫)顆粒:20mm>d>2mm;砂粒:2mm>d>0.075mm;粉粒:0.075mm>d>0.005mm;粘粒:d<0.005mm。

2.土的粒組劃分標準:5

3.各粒組特征的規(guī)律:

★顆粒愈細小,與水的作用愈強烈。所以,毛細作用由無到毛細上升高度逐漸增大;★透水性由大到小,甚至不透水;★逐漸由無粘性、無塑性到具有愈大的粘性和塑性以及吸水膨脹性等一系列特殊性質(zhì)(結(jié)合水發(fā)育的結(jié)果);★在力學性質(zhì)上,強度逐漸變小,受外力時,愈易變形。

3.各粒組特征的規(guī)律:6

4.粒度成分對土工程性質(zhì)影響的實質(zhì)

(1)組成土的顆粒大小不同,土的比表面不同,則土粒與水(或氣)作用的表面能大小不同。因此,不同大小顆粒與水(或氣)相互作用的程度,以至含水的種類、性質(zhì)和數(shù)量不同。

土的比表面一般用單位體積所有土粒的總表面積表示。由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化,必然導致土的性質(zhì)的突變。

(2)天然土中不同大小顆粒的組成礦物類型不同,直接影響土的工程特性。4.粒度成分對土工程性質(zhì)影響的實質(zhì)7

5.粒度分析及其成果表示

土的粒度成分的測定方法:是通過土的粒度分析(亦稱顆粒分析)試驗測定的。

對于粒徑大于0.075mm的粗粒土,可用篩分法測定。

粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分,一般可以根據(jù)土粒在水中勻速下沉時的速度與粒徑的理論關(guān)系,用比重計法或移液管法(見土工試驗有關(guān)書籍)測得顆粒級配。

☆顆粒分析試驗成果表示:可以繪制如圖所示的顆粒級配累積曲線。

5.粒度分析及其成果表示

8第四章土的工程性質(zhì)與分類課件9

6.表征土粒特征的概念

有效粒徑d10:

小于某粒徑的土粒重量累計百分數(shù)為10%時,相應的粒徑稱為有效粒徑d10。

限定粒徑d60:

當小于某粒徑的土粒重量累計百分數(shù)為60%時,該粒徑稱為限定粒徑d60。

6.表征土粒特征的概念10

不均勻系數(shù)Cu:

d60與d10之比值反映顆粒級配的不均勻程度稱為不均勻系數(shù)Cu:Cu=d60/d10

工程上把Cu<5的上看作是均勻的;Cu>10的土則是不均勻的,即級配良好的。

曲率系數(shù)(Cc):

用于來說明累積曲線的彎曲情況,從而分析評述土粒度成分的組合特征:

Cc=d302/d10·

d60

式中d10,d60的意義同上,d30為相應累積含量為30%的粒徑值。

Cc值在1~3之間的土級配較好。Cc值小于1或大于3的土,累積曲線都明顯彎曲(凹面朝下或朝上)而呈階梯狀,粒度成分不連續(xù),主要由大顆粒和小顆粒組成,缺少中間顆粒。

不均勻系數(shù)Cu:11

7.土的礦物成分

根據(jù)組成土的固體顆粒的礦物成分的性質(zhì)及其對土的工程性質(zhì)影響不同,分為以下四大類別:

(1)原生礦物;

(2)不溶于水的次生礦物(以粘土礦物和硅、鋁氧化物為主);

(3)可溶鹽類及易分解的礦物;

(4)有機質(zhì)。

12(二)土中水

在自然條件下,土中總是含水的。在一般粘性土,特別是飽和軟粘性土,土中水的體積常占據(jù)整個土體相當大的比例(一般為50%~60%,甚至高達80%)。

研究土中水,必須明確有關(guān)土中水的如下概念:

(1)水分子H2O是強極性分子.

(2)土中水是水溶液。(3)土中水溶液與土顆粒表面及氣體有著復雜的相互作用。

(二)土中水13

土中水的分類:按土中水所呈現(xiàn)的性質(zhì)差異及其對土的影響性質(zhì)與程度,可將土中水分為結(jié)合水和非結(jié)合水兩大類:

結(jié)合水(土粒表面結(jié)合水):強結(jié)合水(吸著水)弱結(jié)合水(薄膜水)非結(jié)合水:液態(tài)水:毛細水(實為半結(jié)合水)重力水(自由水)氣態(tài)水(水蒸氣)固態(tài)水(冰)土中水的分類:14(三)土中氣體

土中的氣體,主要為空氣和水氣。但有時也可能含有較多的二氧化碳、沼氣及硫化氫,這些氣體大多因生物化學作用生成。

氣體的存在形式:一種是封閉氣體,另一種是游離氣體。

(三)土中氣體15三、土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

土的工程性質(zhì)及其變化,除取決于其物質(zhì)成分外,在較大程度上還與諸如土的粒間連結(jié)性質(zhì)和強度;層理特點;裂隙發(fā)育程度和方向以及土質(zhì)的其他均勻性特征等土體的天然結(jié)構(gòu)和構(gòu)造因素有關(guān)。(一)土的結(jié)構(gòu)

1.

土的結(jié)構(gòu):是指土顆粒本身的特點和顆粒間相互關(guān)系的綜合特征,具體來說是指:

(1)土顆粒本身的特點:土顆粒大小、形狀和磨圓度及表面性質(zhì)(粗糙度)等。

(2)土顆粒之間的相互關(guān)系特點:粒間排列及其連結(jié)性質(zhì)。

三、土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造16

2.土的結(jié)構(gòu)類型:兩大基本類型:單粒(散粒)結(jié)構(gòu)和集合體(團聚)結(jié)構(gòu)。

單粒結(jié)構(gòu)(散粒結(jié)構(gòu)),單粒結(jié)構(gòu)為砂性土所特有,對土的工程性質(zhì)影響主要在于其松密程度。

集合體結(jié)構(gòu),也稱團聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)為粘性土所特有。

2.土的結(jié)構(gòu)類型:17

單粒結(jié)構(gòu)特點:

1)具有單粒結(jié)構(gòu)的碎石土和砂土,雖然孔隙比較小,而孔隙大,透水性強,土粒間一般沒有內(nèi)聚力,但土粒相互依靠支承,內(nèi)摩擦力大,并且受壓力時土體積變化較小。

2)再者,由于這類土的透水性強,孔隙水很容易排出,在荷載作用下壓密過程很快。因此,即使原來比較疏松,當建筑物結(jié)構(gòu)封頂,地基沉降也告完成。

3)對于具有單粒結(jié)構(gòu)的土體,一般情況(靜荷載作用)下可以不必擔心它的強度和變形問題。

單粒結(jié)構(gòu)特點:18

集合體結(jié)構(gòu)特點:

1)孔隙度很大(可達50%~98%),而各單獨孔隙的直徑很小,特別是聚粒絮凝結(jié)構(gòu)的孔隙更小,但孔隙度更大,因此,土的壓縮性更大.

2)含水量很大,往往超過50%,而且因以結(jié)合水為主,排水困難,故壓縮過程緩慢.

3)具有大的易變性—不穩(wěn)定性。

集合體結(jié)構(gòu)特點:19(二)土的構(gòu)造1.土的構(gòu)造定義與研究意義

土的構(gòu)造:指整個土層(土體)構(gòu)成土的不均勻性特征的總和。

整個土體構(gòu)成土的不均勻性包括:層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊及裂隙發(fā)育程度與特征等。這種構(gòu)成土的不均勻性是由于土的礦物成分及結(jié)構(gòu)變化所造成的。(二)土的構(gòu)造20研究意義:(1).土體構(gòu)造特征反映土體在力學性質(zhì)和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體各部位的不均勻性,因此,要掌握其變化規(guī)律。如,由砂土和粘性土組成的層狀或互層構(gòu)造土體的物理力學性質(zhì)皆顯示其各向異性特點。又如,黃土由于其垂直節(jié)理(裂隙)發(fā)育,強烈地降低其抗水穩(wěn)定性和力學穩(wěn)定性,特別在邊坡地段,沿裂隙極易產(chǎn)生坍方和滑坡現(xiàn)象。(2)土體的構(gòu)造特征是決定勘探、取樣或原位測試布置方案和數(shù)量的重要因素之一。研究意義:212.土的構(gòu)造特點:

(1)對于碎石土,粗石狀構(gòu)造和假斑狀構(gòu)造是最普遍的;

(2)對于砂土和砂質(zhì)粉土,各種不同形式的夾層、透鏡體或交錯層構(gòu)造,較為普遍。

(3)在粘性土中,常見有層狀、顯微層狀構(gòu)造及各種裂隙、節(jié)理構(gòu)造。

2.土的構(gòu)造特點:22第四章土的工程性質(zhì)與分類課件23第四章土的工程性質(zhì)與分類課件24四、土的工程分類1.土的工程分類的目的:(1)根據(jù)土類,可以大致判斷土的基本工程特性,并可結(jié)合其他因素評價地基土的承載力、抗?jié)B流與抗沖刷穩(wěn)定性,在振動作用下的可液化性以及作為建筑材料的適宜性等;(2)根據(jù)土類,可以合理確定不同土的研究內(nèi)容與方法;(3)當土的性質(zhì)不能滿足工程要求時,也需根據(jù)土類(結(jié)合工程特點)確定相應的改良與處理方法。

四、土的工程分類252.土的工程分類應遵循的原則:

(1)工程特性差異性的原則。即分類應綜合考慮土的各種主要工程特性(強度與變形特性等),用影響土的工程特性的主要因素作為分類的依據(jù)。(2)以成因、地質(zhì)年代為基礎的原則。土的工程性質(zhì)受土的成因(包括形成環(huán)境)與形成年代控制。(3)分類指標便于測定的原則,即采用的分類指標,要既能綜合反映土的基本工程特性,又要測定方法簡便。2.土的工程分類應遵循的原則:

26

3.我國土的工程分類(1)土按堆積年代可劃分

老堆積土:第四紀晚更新世Q3及其以前堆積的土層,一般呈超固結(jié)狀態(tài),具有較高的結(jié)構(gòu)強度;一般堆積土:第四紀全新世(文化期以前Q4)堆積的土層;新近堆積土:文化期以來新近堆積的土層Q4,一般呈欠壓密狀態(tài),結(jié)構(gòu)強度較低。3.我國土的工程分類27(2)土根據(jù)地質(zhì)成因分

可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、風積土和冰川沉積土,各成因類型沉積土的特征見書中有關(guān)章節(jié)。(3)土根據(jù)有機質(zhì)含量分

可分為無機土、有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭。

(2)土根據(jù)地質(zhì)成因分28

(4).土按顆粒級配和塑性指數(shù)分1)碎石土:粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土。2)砂土:粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%,且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土。根據(jù)顆粒級配分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。

3)粉土:粒徑大于0.075mm的顆粒不超過全重50%,且塑性指數(shù)小于或等于10的土。根據(jù)顆粒級配(粘粒含量)分為砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土。

4)粘性土:塑性指數(shù)大于10的土。根據(jù)塑性指數(shù)分為粉質(zhì)粘土和粘土。

(4).土按顆粒級配和塑性指數(shù)29

(5).特殊類土:

具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的土稱為特殊性土,規(guī)范分為濕陷性土、紅粘土、軟土(包括淤泥和淤泥質(zhì)土)、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土、污染土。(5).特殊類土:30第4章

土的工程性質(zhì)與分類

概述土的組成土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的工程分類土的成因類型第4章

土的工程性質(zhì)與分類

概述31一、概述

土的定義:

是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒,在原地殘留或經(jīng)過不同的搬運方式,在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土的物質(zhì)組成:

包括作為上骨架的固體礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此,土是由顆料(固相)、水溶液(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。一、概述32二、土的組成

(一).固體顆粒在土的三相組成物質(zhì)中,固體顆粒(以下簡稱土粒)是土的最主要的物質(zhì)成分。土的工程性質(zhì)主要取決于組成土的土粒的大小和礦物類型,即土的粒度成分和礦物成分。

二、土的組成331.基本概念

粒徑(度):

顆粒大小以直徑(單位為mm)計,稱為粒徑(或粒度)。

粒組:

界于一定粒徑范圍的土粒,稱為粒組.

粒度成分(或稱顆粒級配):

土中不同粒組顆粒的相對含量,稱為土的粒度成分(或稱顆粒級配),它以各粒組顆粒的重量占該土顆粒的總重量的百分數(shù)來表示。1.基本概念

34

2.土的粒組劃分標準:

劃分方法不完全一致,一般采用的粒組劃分及各粒組土粒的性質(zhì)特征見表2-1。表中根據(jù)界限粒徑200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒:d>200mm;卵石(碎石)顆粒:200mm>d>200mm;圓礫(角礫)顆粒:20mm>d>2mm;砂粒:2mm>d>0.075mm;粉粒:0.075mm>d>0.005mm;粘粒:d<0.005mm。

2.土的粒組劃分標準:35

3.各粒組特征的規(guī)律:

★顆粒愈細小,與水的作用愈強烈。所以,毛細作用由無到毛細上升高度逐漸增大;★透水性由大到小,甚至不透水;★逐漸由無粘性、無塑性到具有愈大的粘性和塑性以及吸水膨脹性等一系列特殊性質(zhì)(結(jié)合水發(fā)育的結(jié)果);★在力學性質(zhì)上,強度逐漸變小,受外力時,愈易變形。

3.各粒組特征的規(guī)律:36

4.粒度成分對土工程性質(zhì)影響的實質(zhì)

(1)組成土的顆粒大小不同,土的比表面不同,則土粒與水(或氣)作用的表面能大小不同。因此,不同大小顆粒與水(或氣)相互作用的程度,以至含水的種類、性質(zhì)和數(shù)量不同。

土的比表面一般用單位體積所有土粒的總表面積表示。由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化,必然導致土的性質(zhì)的突變。

(2)天然土中不同大小顆粒的組成礦物類型不同,直接影響土的工程特性。4.粒度成分對土工程性質(zhì)影響的實質(zhì)37

5.粒度分析及其成果表示

土的粒度成分的測定方法:是通過土的粒度分析(亦稱顆粒分析)試驗測定的。

對于粒徑大于0.075mm的粗粒土,可用篩分法測定。

粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分,一般可以根據(jù)土粒在水中勻速下沉時的速度與粒徑的理論關(guān)系,用比重計法或移液管法(見土工試驗有關(guān)書籍)測得顆粒級配。

☆顆粒分析試驗成果表示:可以繪制如圖所示的顆粒級配累積曲線。

5.粒度分析及其成果表示

38第四章土的工程性質(zhì)與分類課件39

6.表征土粒特征的概念

有效粒徑d10:

小于某粒徑的土粒重量累計百分數(shù)為10%時,相應的粒徑稱為有效粒徑d10。

限定粒徑d60:

當小于某粒徑的土粒重量累計百分數(shù)為60%時,該粒徑稱為限定粒徑d60。

6.表征土粒特征的概念40

不均勻系數(shù)Cu:

d60與d10之比值反映顆粒級配的不均勻程度稱為不均勻系數(shù)Cu:Cu=d60/d10

工程上把Cu<5的上看作是均勻的;Cu>10的土則是不均勻的,即級配良好的。

曲率系數(shù)(Cc):

用于來說明累積曲線的彎曲情況,從而分析評述土粒度成分的組合特征:

Cc=d302/d10·

d60

式中d10,d60的意義同上,d30為相應累積含量為30%的粒徑值。

Cc值在1~3之間的土級配較好。Cc值小于1或大于3的土,累積曲線都明顯彎曲(凹面朝下或朝上)而呈階梯狀,粒度成分不連續(xù),主要由大顆粒和小顆粒組成,缺少中間顆粒。

不均勻系數(shù)Cu:41

7.土的礦物成分

根據(jù)組成土的固體顆粒的礦物成分的性質(zhì)及其對土的工程性質(zhì)影響不同,分為以下四大類別:

(1)原生礦物;

(2)不溶于水的次生礦物(以粘土礦物和硅、鋁氧化物為主);

(3)可溶鹽類及易分解的礦物;

(4)有機質(zhì)。

42(二)土中水

在自然條件下,土中總是含水的。在一般粘性土,特別是飽和軟粘性土,土中水的體積常占據(jù)整個土體相當大的比例(一般為50%~60%,甚至高達80%)。

研究土中水,必須明確有關(guān)土中水的如下概念:

(1)水分子H2O是強極性分子.

(2)土中水是水溶液。(3)土中水溶液與土顆粒表面及氣體有著復雜的相互作用。

(二)土中水43

土中水的分類:按土中水所呈現(xiàn)的性質(zhì)差異及其對土的影響性質(zhì)與程度,可將土中水分為結(jié)合水和非結(jié)合水兩大類:

結(jié)合水(土粒表面結(jié)合水):強結(jié)合水(吸著水)弱結(jié)合水(薄膜水)非結(jié)合水:液態(tài)水:毛細水(實為半結(jié)合水)重力水(自由水)氣態(tài)水(水蒸氣)固態(tài)水(冰)土中水的分類:44(三)土中氣體

土中的氣體,主要為空氣和水氣。但有時也可能含有較多的二氧化碳、沼氣及硫化氫,這些氣體大多因生物化學作用生成。

氣體的存在形式:一種是封閉氣體,另一種是游離氣體。

(三)土中氣體45三、土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

土的工程性質(zhì)及其變化,除取決于其物質(zhì)成分外,在較大程度上還與諸如土的粒間連結(jié)性質(zhì)和強度;層理特點;裂隙發(fā)育程度和方向以及土質(zhì)的其他均勻性特征等土體的天然結(jié)構(gòu)和構(gòu)造因素有關(guān)。(一)土的結(jié)構(gòu)

1.

土的結(jié)構(gòu):是指土顆粒本身的特點和顆粒間相互關(guān)系的綜合特征,具體來說是指:

(1)土顆粒本身的特點:土顆粒大小、形狀和磨圓度及表面性質(zhì)(粗糙度)等。

(2)土顆粒之間的相互關(guān)系特點:粒間排列及其連結(jié)性質(zhì)。

三、土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造46

2.土的結(jié)構(gòu)類型:兩大基本類型:單粒(散粒)結(jié)構(gòu)和集合體(團聚)結(jié)構(gòu)。

單粒結(jié)構(gòu)(散粒結(jié)構(gòu)),單粒結(jié)構(gòu)為砂性土所特有,對土的工程性質(zhì)影響主要在于其松密程度。

集合體結(jié)構(gòu),也稱團聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)為粘性土所特有。

2.土的結(jié)構(gòu)類型:47

單粒結(jié)構(gòu)特點:

1)具有單粒結(jié)構(gòu)的碎石土和砂土,雖然孔隙比較小,而孔隙大,透水性強,土粒間一般沒有內(nèi)聚力,但土粒相互依靠支承,內(nèi)摩擦力大,并且受壓力時土體積變化較小。

2)再者,由于這類土的透水性強,孔隙水很容易排出,在荷載作用下壓密過程很快。因此,即使原來比較疏松,當建筑物結(jié)構(gòu)封頂,地基沉降也告完成。

3)對于具有單粒結(jié)構(gòu)的土體,一般情況(靜荷載作用)下可以不必擔心它的強度和變形問題。

單粒結(jié)構(gòu)特點:48

集合體結(jié)構(gòu)特點:

1)孔隙度很大(可達50%~98%),而各單獨孔隙的直徑很小,特別是聚粒絮凝結(jié)構(gòu)的孔隙更小,但孔隙度更大,因此,土的壓縮性更大.

2)含水量很大,往往超過50%,而且因以結(jié)合水為主,排水困難,故壓縮過程緩慢.

3)具有大的易變性—不穩(wěn)定性。

集合體結(jié)構(gòu)特點:49(二)土的構(gòu)造1.土的構(gòu)造定義與研究意義

土的構(gòu)造:指整個土層(土體)構(gòu)成土的不均勻性特征的總和。

整個土體構(gòu)成土的不均勻性包括:層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊及裂隙發(fā)育程度與特征等。這種構(gòu)成土的不均勻性是由于土的礦物成分及結(jié)構(gòu)變化所造成的。(二)土的構(gòu)造50研究意義:(1).土體構(gòu)造特征反映土體在力學性質(zhì)和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體各部位的不均勻性,因此,要掌握其變化規(guī)律。如,由砂土和粘性土組成的層狀或互層構(gòu)造土體的物理力學性質(zhì)皆顯示其各向異性特點。又如,黃土由于其垂直節(jié)理(裂隙)發(fā)育,強烈地降低其抗水穩(wěn)定性和力學穩(wěn)定性,特別在邊坡地段,沿裂隙極易產(chǎn)生坍方和滑坡現(xiàn)象。(2)土體的構(gòu)造特征是決定勘探、取樣或原位測試布置方案和數(shù)量的重要因素之一。研究意義:512.土的構(gòu)造特點:

(1)對于碎石土,粗石狀構(gòu)造和假斑狀構(gòu)造是最普遍的;

(2)對于砂土和砂質(zhì)粉土,各種不同形式的夾層、透鏡體或交錯層構(gòu)造,較為普遍。

(3)在粘性土中,常見有層狀、顯微層狀構(gòu)造及各種裂隙、節(jié)理構(gòu)造。

2.土的構(gòu)造特點:52第四章土的工程性質(zhì)與分類課件53第四章土的工程性質(zhì)與分類課件54四、土的工程分類1.土的工程分類的目的:

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