土质学与土力学复习题答案

土质学与土力学复习题答案

第二章 土的物质组成和结构

1、土的地质特征：1）土是地质历史的产物；2）土是相系组合体；3）土是分散体系；4）土是多矿物组合体。

土的工程特征：1）压缩性高；2）强度低；3）透水性大。

2、土中各种粒径颗粒之间的比例搭配关系（相对含量）称为粒度成分（又称为粒度级配或级配）；

粒度分析又称颗粒分析，采用不同的方法将构成土的各粒组划分开来，并计算出各粒组的百分含量，以确定土的粒度成分，同时根据粒度成分分析结果进行土的分类与定名（尤其粗粒土和巨粒土）；

粒度分析方法常用的有：1）粗粒土（粒径>0.075mm ）采用筛析法（筛分法）；2）细粒土（粒径<0.075mm ）则采用静水沉降分析法。

3、我国《土的工程分类标准》（GB/T 50145-2007）中的粒组划分方案见下图：

4、按其分解程度可分为未分解的动植物残体、半分解的泥炭及完全分解的腐殖质。以腐殖

质为主，占有机质总含量的80~90%。 腐殖质是一种有机酸，主要成分为腐殖酸，具有多微孔海绵状结构，具有很强的持水性和吸附性，电镜下可见为颗粒极细小的圆粒，直径80~100A 。在酸溶液中能凝聚成较大的球状团粒。泥炭疏松多孔，富含水，强度很低，压缩性极高。部分有机质以分子形式分散在水中，具有较强的活动能力和酸性，能被土中的矿物尤其是黏土矿物颗粒表面吸附，形成矿物—有机质组合体。有机质分散程度越高，亲水性越强，越易被土颗粒吸附。

有机质对土的工程性质的影响：1）黏土矿物颗粒吸附有机质后，持水性、离子交换性能提高，颗粒间距增大，连接力减弱；2）土粒分散性提高，使土的塑性增强，渗透性能下降，压缩性提高，强度降低。3）含有机质土的工程性质有很大的变化。如细砂土中含少量的有机质，就可具有流沙的特性。黏性土中含有有机质如淤泥质土或淤泥土，则压缩性高、固结慢、强度低，难以作为建筑物的天然地基。

5、 黏土矿物是一类具有片状或链状结晶格架结构的铝硅酸盐矿物，是原生矿物长石、云母等硅酸盐矿物经过化学风化作用形成的新的次生矿物。

黏土矿物的特点： 具有高分散性、高亲水性、强吸附性和离子置换性能。黏土矿物颗粒极细小，一般都小于2 m ，呈扁平形状，比表面很大，与水作用具有很强的物理—化学活性，当土中含少量黏土矿物时，就能改变土的许多重要性质，如亲水性、渗透性、塑性、膨胀性及强度等。黏土矿物的这种活性，不仅在于其有很大的比表面，而主要还在于其晶体结构的特点。

黏土矿物的研究意义：黏土矿物是构成黏粒的主要矿物成分，含黏土矿物的土的工程性质很大程度上取决于黏土矿物，以黏土矿物为主构成的土的工程性质复杂多变。因此，在工程实践中，历来重视黏土矿物的研究。

常见的黏土矿物有：蒙脱石、高岭石、伊利石

巨粒

粗粒

细粒

高岭石具有典型的1:1双层层状结构。蒙脱石为2:1三层型层状结构。伊利石的晶体结构属于2:1三层层状结构。

三种黏土矿物工程性质的比较

高岭石相邻晶胞之间具有较强的氢键连接，结合牢固，水分子不能自由进入晶体内部，因而可形成较粗的黏粒，比表面积小，亲水性弱，压缩性较低，抗剪强度较大。

蒙脱石相邻晶胞间距较大，连接较弱，水分子易进入晶体内部，故可形成较细小的颗粒，比表面积较大，亲水性较强，膨胀性显著，压缩性高，抗剪强度低。

伊利石的工程性质则界于两者之间。

6、黏粒表面带电的成因：1）选择性吸附：黏粒与其他胶粒一样，表面具有选择性吸附的性能，它总是选择性地吸附与它本身结晶格架中相同或相似的离子，使黏粒表面带电。2）水化解离作用：黏粒表面与水作用后生成离子发生基，而后离解，再选择性地吸附与矿物晶体格架上性质相同或相似的离子，使黏粒表面带电。3）同晶置换（同晶替代）作用：黏土矿物晶格中的阳离子常被低价阳离子置换，主要是八面体中的Al3+被Fe2+、Mg2+、Ca2+置换，四面体中的Si4+被Al3+或其它阳离子置换。置换的结果是引起电荷不平衡，在颗粒表面产生过剩的未饱和的负电荷。4）边缘破键电荷不平衡：理想晶体内正负电荷相平衡。但在黏粒的边缘处结晶格架的连续性受到破坏，键破裂，造成电荷不平衡，使黏粒表面带有净负电荷。颗粒越细小，破键越多，所以比表面越大，表面能就越大。

7、双电层的概念；当胶核与溶液作用时，能吸附溶液中的离子并使之与其牢固结合带电，组成一个离子层，称为电位离子层，其中的离子称为电位离子。由于静电引力的作用，在带电的胶核周围又吸附一层符号与电位离子相反的离子层，称为反离子层，其中的离子称为反离子。这样，胶核表面吸附了两层电荷符号相反的离子层，形成了胶体的双电层。

反离子层中接近黏粒的离子由于受黏粒静电吸引强烈而不能自由运动，这部分离子构成固定层；固定层以外的离子除受静电引力作用外，还受分子热运动的影响，具有自由扩散的趋势，这部分离子构成扩散层。

影响黏粒扩散层厚度的因素：扩散层的厚度决定黏性土很多重要的特性如集聚稳定性、膨胀性、收缩性、塑性、压缩性等。扩散那层厚度与颗粒的矿物成分、颗粒形状和大小的影响，还与介质的化学成分、浓度及PH值等有关。

8、触变：当黏粒发生凝聚，如果受到震动、搅拌、超声波、电流等外力作用时，往往会产生液化或由凝聚状态过渡到溶胶或悬液状态；当这些外力消失后，又重新凝结，这种现象称为触变。

9、土的结构是指土颗粒本身的特点（包括土颗粒的大小、形状、磨圆度、表面特征即粗糙度）、土粒间的相互关系（包括颗粒排列关系及连接特征）和孔隙特征的总称。土的结构连结：组成土的颗粒之间的连结、组合关系通常称为结构连结，简称连结。按照土中连结物质的不同，可将土的结构连结分为：结合水连结（水胶连结）；毛细水连结（水连结）；胶结连结；冰连结；无连结

10、单粒结构是土颗粒在水中或空气中由于重力作用堆积而形成，颗粒粗大，颗粒间的分子引力很小，粒间几乎没有连结或连结很微弱（毛细力连接），故又称为散粒结构。

具有单粒结构的土，空隙度和空隙比比较小，但孔隙较大，透水性较强；土粒间一般没有粘聚力，但土粒相互依靠支撑，内摩擦力较大；受压力时土体积变化较小，同时由于有较强的透水性，孔隙水易排出，在荷载作用下压密过程很快。因此，即使原来比较疏松，当建筑物封顶时，地基土的沉降也基本结束。所以，对于具有单粒结构的土，一般情况下可以完全不必担心它的强度和变形问题。

12、