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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:常用于土工試驗報告書,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時及1<Cc<3時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,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。這種引力高達幾千到幾萬個大氣壓,使水分子和和土粒表面牢固結(jié)合在一起。b.形成機理:負(fù)電荷、電場、陽離子、極性水分子、定向排列。,c.強結(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)合水稱為強結(jié)合水,厚度幾個分子。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、彈性和抗剪強度。僅有強結(jié)合水時,粘土堅硬,砂土散。d.弱結(jié)合水(薄膜水)及特征:弱結(jié)合水是強結(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-0.5~-30,弱結(jié)合水大時,粘性土可塑。,5. 自由
11、水(1) 定義及特點:為土??紫吨谐鐾亮1砻骒o電場引力作用范圍的水,冰點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,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
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