2019土力学_冯老师_第二章_土的三相组成2

毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自 由水，存在于地下水位以上的透水层中。
固态水：矿物晶体内的结合水（结晶水），矿物的一部分，呈固态。
气态水：土中气的一部分
1.固态水（结晶水）
存在于矿物结晶中的水，只有在高温（>105 ℃） 下，才能从矿物中吸出，故可把它视作矿物本身的一 部分。
2.结合水（强结合水、弱结合水）粘土 受电分子吸引力吸附于土粒 颗粒
层理构造 分散构造 裂隙构造
土 的
微观结构 （结构）
水的性质
孔隙特征
结
构
宏观结构（构造）：表征土的层理、裂隙及大孔隙等宏 观特征。
1.土的结构 基本类型：
单粒结构； 蜂窝结构（粒径0.075~0.005mm）； 絮状结构（粒径<0.005mm）。
单粒结构
蜂窝结构
絮状结构
单粒结构
蜂窝结构
土的构造分为层理构造、分散构造、结核构造和裂隙构造。
• 土的结构决定土的许多重要的物理力学性 质，尤其是对土粒间的连结与土粒的排列 方式更为重要。
几种连结类型
• 1）结合水连结：粘性土为主 • 2）毛细水连结：粉土和砂土 • 3）胶结连结：水溶盐类，盐渍土、黄土 • 4）冰连结：冻土
土的结构和构造
集合体特征：土粒单元大小、矿物成分、
形状、相互排列及其关联关系
可燃气体：由微生物的分解作用而形成，常存在于
淤泥和泥炭等有机土中。 ★土中含有更多的CO2，较少的O2，
较多的N2，地下工程施工时应注意O2的补给。
第四节 土粒与水的相互作用
过量抽取地下水会引
起地面沉降
土中水多会发生泥石流
武汉中心，2019.11.11
土粒与水的相互作用
•
粘土的电泳和电渗现象
土力学
冯晓腊教授、总经理 崔德山 副教授
第二章 土的三相组成
第三节 土中水和气体
土中气体 （气相）
固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
土中水
液态水
结合水 自由水
强结合水：紧靠土颗粒表面 弱结合水：紧靠强结合水外围
由于电分子引力作 用而紧密吸附于土 粒表面的水
重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位 于地下水位以下
思考：如果增加 膨胀用什么离子？
★工程实践中用三价及二价离子（Mg2+Ca2+ Fe3+ Al3+ ）处理
粘土，使扩散层中高价阳离子度增加，扩散层变薄，从而增加 了土的强度与稳定性，减少了膨胀性。
第五节 土的结构
• 土的结构指的是组成土粒的大小、形状、 表面特征、土粒的排列情况和土粒间的连 结关系。
毛细水
②毛细水：地下水位以上由于 水和空气分界处弯液面上产生 的表面张力作用，土中自由水 从地下水位通过土的细小通道 逐渐上升，形成毛细水。它不 仅受重力作用而且还受到表面 张力的支配。
hc
重力水
土中水 – 自由水
r 弯液面
●由于毛细张力的作用，形成上升 毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细 水。
这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝
表面的土中水。
（1）强结合水：没有溶解盐类 的能力，不能传递静水压力， 牢固地吸附于土粒表面，其性 质接近于固体具有极大的粘滞 度、弹性和抗剪强度。
密度>1.2~2.4g/cm3
冰点-76℃
引力 - - - - - - - -
强结合水 弱结合水 自由水
阳离子 水分子
d
（2）弱结合水：厚度较强
粘土
阳离子 水分子
结合水大，具有较高的粘滞
颗粒
度、抗剪强度，仍不能传递
静水压力。当含量较多时，
使土具有一定的可塑性。
引力 - - - - - - - -
强结合水 弱结合水 自由水
密度>1.0~1.7g/cm3 冰点-20～30℃
d
（3）自由水
①重力水：地下水位以下，在 土中流动的水，受重力作用， 对土粒有浮力作用。
+
-
(列依斯, 1809)
粘土粒
玻璃筒
水位 升高
粘土矿物的带电性质：
实验表明，片状粘土颗粒表 面常带有负电荷。
粘土
玻璃皿
为什么片状粘土颗粒带有不 平衡负电荷：
粘土颗粒
①离解作用
水分子
②吸附作用 ③同晶置换
阳离子
④边缘断裂
粘土颗粒的带电性
双电层的概念
土颗粒表面：负电荷；水分子：极性分子H+、OH-; 水 溶液中带阳离子：Na＋，Ca＋等。
土颗粒表面负电荷围绕土粒形成电场，在电场作 用范围内的水分子和水溶液中的阳离子吸附于土粒 表面，呈不同程度的定向排列。
粘土颗粒
水分子 阳离子
离土粒越近，电分子力越大， 从而形成紧密吸附于土粒表 面的固定层（强结合水）和 在固定层外围的扩散层(弱结 合水)，固定层和扩散层中所 含的阳离子与土颗粒表面的 负电荷的电位相反，故称为 反离子，固定层和扩散层合 称为反离子层。反离子层与 土粒表面的负电荷一起构成 双电层。
分散构造
裂隙构造
小结
土有三个组成部分：固相、液相和气相
1. 固体颗粒 2. 土中水 3. 土中气体
▪ 粒径级配 ▪ 矿物成分 ▪ 颗粒形状
结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水)
自由气体 封闭气体
4.土的结构： 5.土的构造：
▪单粒结构 ▪蜂窝结构（粒径 0.075~0.005mm） ▪絮状结构（粒径 <0.005）
聚力的原因。
在工程中，毛细水的上升高度和
速度对建筑物地下部分的防潮措 施和地基土的浸湿、冻胀有重要 影响。
存在于直径0.002-0.5mm
1.3.3 土中气体
自由气体：与大气连通的气体对土的性质影响不大 封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力
有关。在外力作用下，封闭气体易溶解于水，外力 卸除后又会重新释放出来，使得土的弹性增加；阻 塞渗流通道，降低渗透性
★扩散层水膜的厚度对粘性土的工程性质影响很大，扩散层厚 度大，土的塑性就大，膨胀与收缩性也大。
★双电层厚度与矿物本身和外界条件有关：
①蒙脱石颗粒厚度小，形Leabharlann Baidu的扩散层相对厚度大于高岭石
②水溶液中的阳离子的原子价位越高，它与土粒之间的的静电
引力愈强，平衡土粒表面负电荷所需阳离子数量愈少，扩散层
愈薄 ③外部温度升高，双电层厚度就增大