土力学 第2章(3.ppt

2.3 土的三相组成 ? 土＝固体颗粒＋水＋气体　三相介质 土中固体矿物构成骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充填着水和空气。 同一地点的土体，其三相组成随环境（①天气晴雨、②季节变化、③温度高低、④地下水位升降、⑤建造构筑物施加的荷重等）而变化。 土体三相比例不同， 土的状态和工程性质也不同. 固体＋气体 干土，干粘土坚硬，干砂松散; 固体＋气体＋液体 湿土，湿粘土多为可塑状态； 固体＋液体　 饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化；饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。 2.3.1 土的固体颗粒 1. 粒度、粒径和粒组划分 ?土颗粒 (简称土粒)的大小为粒度。 ?土颗粒的形状、大小各异，将其可化为当量小球体，其当量直径为粒径。 ?土颗粒粒径相近时，其工程性质也相近，则把土颗粒按粒径大小划分为若干组，称为粒组。 粒组按工程性质相近的原则划分为六大组 2. 颗粒分析及粒径级配曲线 ?颗粒分析就是确定颗粒粒组及粒径。 粒径大于0.075mm的颗粒称为粗颗粒； 粒径小于0.075mm的颗粒称为细颗粒。 粗颗粒用筛分法进行颗粒分析 筛分法：用一套标准筛，将粗粒土进行筛分，适用于粒径d0.075mm的土 细颗粒用比重计法（即密度计法）或移液管法进行颗粒分析： 根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重计进行测定分析，适用于d0.075mm的细粒土。 粒径级配曲线： 各粒组占总重的百分数称为土的粒径级配； 用土中各粒组的相对含量，各粒组占总重的百分数所表示的曲线为粒径级配曲线。 例：总重为1000g的土，全部通过筛孔为10mm的筛，而在筛孔为5mm的筛子上的颗粒重量为100g，在筛孔为2mm的筛子上的颗粒重量为200g，则d5mm的土的重量为900g，占总重1000g的90％。因此，在纵坐标为90，横坐标为5mm的交叉点处为一实测点；在纵坐标为70，横坐标为2mm的交叉点处为另一实测点；依此类推，绘制成一条件完整曲线。 有效粒径d10； 限定粒径d60； 不均匀系数: Cu= d60/d10 　 Cu值越小，曲线越陡，土越均匀； Cu值越大，曲线越平缓，土越不均匀； 　级配良好，作填方，砂垫层，易于获得较大密实度。 当Cu 5时，曲线很陡，表示土均匀； 当Cu 10 时，曲线很平缓，表示土的级配良好。 曲率系数: Cc=(d30)2/(d60.d10),当Cc=1~3,级配连续性好. 3. 土粒的矿物与化学成分 (1)原生矿物：由岩石经物理风化而成，其成份与母岩相同。 如常见的单矿物颗粒石英、长石多呈粒状，一般密实、透水好；云母呈片状，含量较多时孔隙和压缩性增加；砂土为单矿物颗粒。 (2)次生矿物：岩屑经化学风化而成，其成份与母岩不同，颗粒细，具有粘结力为一种新矿物。主要是粘土矿物，其粒径很细，d0.005mm，肉眼看不清，用电子显微镜观察为鳞片状。 三种粘土矿物： 蒙脱石：蒙脱石亲水性大，胀缩性剧烈。 伊利石（水云母）：亲水性低于蒙脱石。 高岭石：亲水性最小。 次生矿物还有次生二氧化硅、难溶盐等。 A. 颗粒极细，比表面积极大，因而表面能强、活跃； 比表面积是颗粒的总表面积与其体积或质量的比值。 边长为1cm的立方体，比表面积为 边长为1mm的立方体，比表面积为 边长为0.1mm的立方体，比表面积为 蒙脱石比表面积最大,其表面能最强,最活跃；伊利石次之；高岭石比表面积最小，表面能最弱. B. 吸附能力极强 比表面积越大，表面能就越强，和周围的离子、原子、分子及微粒产生相互作用，形成微观力力场。 吸附水分子，吸附溶液中的离子的杂质。 粘土矿物表面都具有很强的吸附和交换能力。 蒙脱石吸附和交换能力最强，伊利石次之；高岭石较差。 矿物层组之间的结合力蒙脱石最弱, 伊利石次之,高岭石较强。则蒙脱石易于吸入水分子,使体积膨胀. 吸附能力有很多应用，如下： 利用蒙脱石强吸水性特性可制成膨润土或找到天然的膨润土（也称斑脱土矿，是一种极其重要的非金属矿，可用来制成近海工程中桩孔、石油钻孔、地下连续墙开挖槽中使用的堵漏、灌浆、封闭裂隙材料等。 C. 粘土矿物颗粒的带电性 粘土矿物颗粒呈微小片状，在其表面带有负电荷，而颗粒的边棱处或断口处局部带正电荷。由于表面的带电性，产生了