1土的组成

伊利石
亲水性介于 二者之间
伊利石
高岭石 亲水性极小
高岭石
二、粘土颗粒与水的相互作用
1、粘土颗粒的带电性 1809年 列依斯 粘土颗粒表面的带电现象
水 砂
粘土
粘 粒
粘土
O2-
105o
H+
H+
2、双电层
(1)反离子层：固定层扩散层
(2)土粒表面负电荷
扩散层 固定层
阳离子
水分子
矿物 电
颗粒 分
子 力
强
粘性土——表面摩擦力＋粘聚力
强度低的原因——其来源远小于建材本身强度
3、透水性大
将一杯水倒于：
钢板 厚木板 混凝土地板 室外土地
？Hale Waihona Puke Baidu
会发生什么不同的现象？
透水性大的原因
——土矿物颗粒之间的透水孔隙造成 ——特别是卵石、砂土
三、土的生成与工程特性的关系
1、 搬运、沉积条件
水搬运沉积优于风搬运沉积？
北京八宝山
土的粒径lgd (mm)
不均匀系数 曲率系数
Cu
d 60 d10
Cc
(d 30)2 d10 d60
限定粒径—d60 有效粒径—d10 中值粒径—d30
砾石和砂土级配良好双控标准： Cu 5 , Cc [1,3]
二、土粒的矿物成分
1、原生矿物：经物理风化而成，成分与母岩相同 单矿物颗粒——一个颗粒仅含单一矿物。 多矿物颗粒——一个颗粒中包含多种矿物。
弱
结合水 自由水
1. 5 土的结构与构造
一、土的结构
密度计法（d<0.075mm的土）
密度计法（d<0.075mm的土）
3、粒度成分分布曲线 ——累计曲线法（级配曲线）
横坐标 ——土粒直径，因粒径差异大，用对数尺度
纵坐标 ——小于某粒径的土占总质量的百分数
例: 土样总质量1000g
筛孔径
10mm 5mm 2mm …
各筛上土样质量
0 50g 150g …
第一章 土的组成
Comprise of Soil
黑龙江大学 建筑工程学院
主要内容
1.1 土的生成 1.2 土的固体颗粒 1.3 土中水和土中气 1.4 粘土颗粒与水相互作用 1.5 土的结构与构造
1. 1 土的生成
一、土的生成
➢物理风化－无粘性土 ➢化学风化－粘性土 ➢生物风化－不改变原岩的矿物成分
2、粒度成分分析实验
粒径分析方法 (1) 筛分法 （d>0.075mm的土） (2) 密度计法 （d<0.075mm的土）
原理：土粒直径不同在水中沉降的速度也不同
筛分法（d>0.075mm的土）
标准筛孔径：20，10，5，2，1.0，0.5，0.25，0.1，0.075mm
筛分法（d>0.075mm的土）
一、粘土颗粒的结晶结构和亲水性
粘土矿物呈鳞片状，由晶胞按不同方式排列组成。
晶片
晶胞
粘土矿物
晶片
硅氧晶片 O H
O 铝氢氧晶片
H
可以构成两种晶胞
O O
n H2O
蒙脱石
亲水性大， 胀缩剧烈
KK
＋＋
Si4＋
H
Fe3＋（Al3＋）O
伊利石
高岭石
亲水性介于 前二者间
亲水性极小
H
蒙脱石
亲水性大， 胀缩剧烈
蒙脱石
不同的风化作用形成不同性质的土
二、土的工程特性
1、压缩性高
材料
钢筋 C20混凝土
卵石 饱和细砂
弹模符号
E1 E2
E3 E4
弹性模量/Mpa
21万 2.6万
40～50 8～16
对比关系
E1>＝4200E3 E2>1600E4
2、强度低
土的强度——抗剪强度，而非抗压或抗拉强度 强度来源 无粘性土——表面摩擦力
结合水
强结合水 弱结合水
阳离子
水分子
(2)弱结合水：位于强结 合水外侧，也是粘土 表面电分子力吸引的 水分子
矿物 电
颗粒 分
子 力
强
弱
结合水 自由水
(1)强结合水 特点
冰点：－78oC 沸点：680oC 密度：1.2～2.4g/cm3 不传递静水压力 具抗剪强度和粘滞阻力
(2)弱结合水 特点
冰点：-0.5～－78oC 沸点：100～680oC 密度：1～1.7g/cm3 不传递静水压力 具一定的抗剪强度和粘滞阻力
2、次生矿物：母岩岩屑化学变化，改变成分，颗 粒很细的新矿物
3、腐殖质——其含量增大使土的压缩性增大 ——有机质含量>3~5%土不宜作填筑材料
1. 3 土中水和土中气
一、 土中水
土中水的类型
➢结合水—受电分子引力作用而吸附在土粒表面 ➢自由水—地下水 ➢气态水 ➢固态水
1、结合水
(1)强结合水：粘土颗粒 表面2～3个分子层范 围，被粘土表面的电 分子力牢固地吸引
2、封闭气泡 与大气隔绝，存在粘土中，受荷封闭气泡缩小
压缩性增高；橡皮土 封闭气泡过多
渗透性降低
土的三相组成
固相—矿物颗粒
矿物成分 粒组划分 颗粒级配
三相组成
液相—水
结合水
自由水 气态水 固态水
强结合水 弱结合水 重力水 毛细水
气相—气体
自由气体 封闭气泡
1. 4 粘土颗粒与水的相互作用
一、粘土颗粒的结晶结构和亲水性 二、粘土颗粒与水的相互作用
2、自由水 离土粒较远，在土粒表面的电场作用以外 自由散乱排列
(1)重力水：位于地下水位以下，受重力作用可 流动，具有浮力
(2)毛细水：位于地下水位以上，受毛细作用而 上升
3、气态水 水汽，对土的性质影响不大
4、固态水： 自由水结冰
二、土中气
1、自由气体 与大气连通，土层受压即溢出，对建筑工程无 影响。
土的状态决定土的工程性质
一、土粒的粒度成分
1、土粒的粒度与粒组
(1)颗粒大小
工程性质
划分粒组
(2) 粒组划分——依据性质相近的原则
粘粒
0.005
0.075
2
60
200 粒径d（mm）
粉粒
砂粒
圆砾
卵石
漂石
（角砾） （碎石） （块石）
(3) 土的粒度成分或颗粒级配 土样各粒组的质量占土粒总质量的百分数 无粘性土工程性质的主要因素，分类定名标准
小于该粒径质量（％） 100 95
80 …
小于某粒径土的质量（％）
100 60
10
10
5
2
1.0
0.5
0.25
0.1 0.075
土的粒径lgd (mm)
土的粒径级配曲线
小于某粒径土的质量（％）
土的粒径级配曲线
100
60
该曲线的陡缓说明什么 问题？如何表示陡缓？
10
10
5
2 d60 1.0
0.5
0.25 d10 0.1 0.075
陕北榆林、靖边
2、沉积年代
沉积年代长短 ？ 土密度、强度、压缩性
3、沉积的自然地理环境 环境——地形高低、气候冷热、雨量多少
1. 2 土中固体颗粒
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
为什么研究三相组成
影响土的状态
固相＋气相——硬粘土、松散砂 固相＋液相＋气相——可塑粘土 固相＋液相—饱和土—砂土液化