土力学-第一章土的组成

土力学
3.粒度成分分布曲线
土样 编号 1 土样 编号 1 100 80 60 40 20 0
<0.005 10 <0.005 10
小于某粒径（mm）累积百分含量
1
0. 1
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0.01
0.001
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1.2
土中固体颗粒
土力学
1.2.1
土粒的粒度成分
1.2.2
土粒的矿物成分
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1.2.2
土粒的矿物成分
土力学
1.土粒矿物组成
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
原生矿物 矿物质 固体颗粒 次生矿物 粘土矿物 可溶盐 无定形氧化物胶体 有机质
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1.2.2
土粒的矿物成分
土力学
1.土粒矿物组成 原生矿物 物理风化
岩石
岩石破碎 化学成分不改变
划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。 粒组界限值力求服从简单的数学规律。 200、60、2、0.075、0.005
0.005 0.075 2 60
(mm)
200
粘粒
粉粒
砂粒
砾粒
碎石
块石
细粒
粗粒
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巨粒
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1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
1.土粒粒度与粒组
表1-1 土粒粒组的划分
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1.2.2
土粒的矿物成分
土力学
1.土粒矿物组成 有机质（了解）
由微生物分解动植物残骸形成，分为未分解的动植物残体、有机残余 物（泥炭）和腐殖质。 腐殖质含量在1.5%～2%以上称为淤泥类土，压缩性极高，强度很低。 有机质含量〉5%的土称为有机质土。
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冰积土
由冰川或冰水挟带搬运 形成的沉积物，颗粒粗 细变化大，土质不均匀 由风力搬 运形成的 风积土 土，颗粒 磨圆度好、 分选性好。 由河流流水搬运到海洋 西北黄土 环境下沉积下来的土
成因 类型
冲积土
湖积土
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海积土
在湖泊及沼泽等极为缓慢水流或静水条 件下沉积下来的土，或称淤积土，含大 量细微颗粒、有机物，成为具有特殊性 质的淤泥或淤泥质土
土 力 学
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第1章 土的组成
1.1
土力学
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
1.2
1.3
1.4
1.5
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第1章 土的组成
1.1
土力学
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
1.2
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土； Cu＞10 的土视为级配良好的土
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对于砾类土或砂类土，同时满 足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为 良好级配砂或良好级配砾
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1.2.1
土粒的粒度成分
粒度分析成果表
粒组（mm）百分含量
2-0.5 10 <2 100 0.5-0.25 30 <0.5 90 0.25-0.075 30 <0.25 60 0.075-0.005 20 <0.075 30
粒组 统称 巨粒
粒组名称
漂石（块石）粒
粒径d范围（mm）
d>200
分析 方法 直接 测定
主
要
特
征
卵石（碎石）粒
砾 粒 粗砾
60<d≤200
20<d≤60
透水性很大，压缩性极小，颗粒间无 粘结，无毛细水
细砾
粗砂 中砂 细砂 粉粒
2<d≤20
0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
原生矿物
化学 风化
可溶性 次生矿物 成分改变 不可溶性 次生矿物
次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化作用，使其进一步分 解而形成一些颗粒更细小的新矿物。 可溶性次生矿物又叫水溶盐，常见的有石盐、石膏等。 不可溶性次生矿物又有次生二氧化硅、倍伴氧化物和粘土矿物（高岭石、 蒙脱石、伊利石（水云母））。
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第1章 土的组成
1.1
土力学
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
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1.3
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1.3
土中水和土中气
土力学
1.3.1土中水
土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。 土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶 格内部外，还存在结合水和自由水 结合水
“等效直径”是指土粒沉降速度与某一粒径的球形颗粒的沉降速度相等，那么这 球形颗粒的直径即为该土粒的直径。
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1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
2.粒度成wenku.baidu.com分析试验
比重计法
利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来 确定小于某粒径的土粒含量
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1.3
1.4
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1.1
概述
土力学
大小、 形状和 成分都 不相同 的松散 颗粒集 合体 土
由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震 等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程
量 物理风化
岩石
搬运沉积
化学风化 量质
水解、水化、氧化、 溶解、碳酸化等
岩体与空气、水和各种水溶液相互作用使岩 石成分发生变化，形成粘粒和可溶盐的过程
1.2
1.3
1.4
1.5
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1.2
土中固体颗粒
土力学
1.2.1
土粒的粒度成分
1.2.2
土粒的矿物成分
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1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
1.土粒粒度与粒组 土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示，以mm为单位。
介于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。以mm表示。
1.2
1.3
1.4
1.5
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1.4
粘土颗粒与水的相互作用
土力学
1.4.1粘土矿物的结晶结构和亲水性
粘土矿物是主要的次生矿物，是组成粘粒的主要矿物成分。
粘土矿物的结晶格架由铝氧八面体和硅氧四面体两个基本单位组成。
硅氧四面体是硅片的基本单元，其化学式为[SiO4] 铝—氧八面体是铝片的基本单元，其化学式为[Al2(OH)6 ]
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1.1
概述
残积土
土力学
指岩石经风化后未被搬运而残留于 原地的碎屑堆积物。颗粒表面粗糙、 多棱角、无分选、无层理
残积土受重力和暂时性流水的作用， 搬运到山坡或坡脚处沉积起来的土， 坡积颗粒随斜坡自上而下呈现由粗到 细的分选性和局部层理
坡积土
残积土和 坡积土受 洪水冲刷、 搬运，在 山沟出口 洪积土 处或山前 平原沉积 的土。分 选性、磨 圆度。
强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几 乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的 电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱
自由水
存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传 递水压力，冰点为0℃，有溶解能力
以两种形式存在：毛细水、重力水
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河流的流水作用搬运到河谷坡降平缓 的地带沉积下来的土，这类土经过长 距离的搬运，颗粒有较好的分选性和 磨圆度，常有层理
1.1
概述
土力学
土的三个特点及三相体系
特点：
散体性 多相性 自然变异性
颗粒之间无粘粒或一定的粘结，存在大量孔 隙，可以透水透气
土
土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系， 相系之间质和量的变化直接影响工程性质
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1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
颗粒级配的描述
工程上常用不均匀系 数Cu描述颗粒级配的 不均匀程度
Cu d 60 d10
曲率系数Cc描述颗粒级 配曲线整体形态，表明 某粒组是否缺失情况
2 d 30 Cc d10 d 60
d10、d30、d60小于某粒径的 土粒含量为10%、 30%和 60%时所对应的粒径
1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
2.粒度成分分析试验 筛分法
用一套孔径不同的筛子， 按从上至下筛孔逐渐减 小放置（如20、2、 0.5、0.25、0.1、 0.075mm）。将事
先称过质量的烘干土样
过筛，称出留在各筛上 的土质量，即可求得各 个粒组的相对含量。通
过计算可得到小于某一
筛孔直径土粒的累积重 量及累计百分含量。
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1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
2.粒度成分分析试验 静水沉降分析原理：斯托克斯（Stokes）定律
s w 2 v gd 18
式中： v—土粒的沉降速度，cm/s； ρs—土粒密度，g/cm3； η—水的动力粘滞系数，10-3Pa∙s；
（1-1）
d—土粒直径，mm；（等效直径） ρw—水的比重，g/cm3 ； g—重力加速度，981cm/s2
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1.2.2
土粒的矿物成分
土力学
2.土粒矿物成分与粒组的关系
粒径大于0.075mm的各粒组，均由原生矿物所构成，其中漂石粒、 卵石粒、砾粒，其粒径往往大于矿物颗粒，多数是由母岩碎屑构成， 一般具有的多矿物结构。 砂粒与原生矿物颗粒大小近似，往往是由单矿物组成，以石英最为 常见。 粉粒组由原生矿物与次生矿物混合组成，其中以石英为主，其次为 高岭石及难溶盐。 粘粒组主要由不可溶性次生矿物与腐植质组成，有时也含难溶盐， 其中粘土矿物是最常见的矿物。
2.粒度成分分析试验
土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（是指土样各 粒组的质量占土粒总质量的百分数）表示，称为土的粒度成分或颗粒级配
筛分法 试验方法
适用于0.075mm≤d≤60mm
沉降分析法 适用于d＜0.075mm
（虹吸比重瓶法、移液管法、比重计法）
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1.4
粘土颗粒与水的相互作用
土力学
1.4.1粘土矿物的结晶结构和亲水性
粘土矿物中分布较广且对土性质影响较大的是蒙脱石、高岭石和伊利石(或水 云母)三种。
高岭石晶层之间连结牢固，水不能自由渗入，故其亲水性差，可塑性低，胀缩性弱； 蒙脱石则反之，晶胞之间连结微弱，活动自由，亲水性强，胀缩性亦强； 伊利石（水云母）的性质介于二者之间。
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粗粒 砂 粒
筛 分 法
透水性大，压缩性小，无粘性；毛细 水上升高度不超过粒径大小
细粒 粘粒
静水 沉降 原理
透水性小，压缩性中等，微粘性；毛 细水上升高度较大较快，易冻胀
透水性极弱，压缩性变化大，具粘性 和可塑性；毛细水上升高度大，但慢
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1.2.1
土粒的粒度成分
土力学
原生矿物
原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物 碎屑，它们主要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中。. 例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、 透水性较大、压缩性较低的特点
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1.2.2
土粒的矿物成分
土力学
1.土粒矿物组成 次生矿物
性质影响不大
2.封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解
于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大 的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受 力后变形达到稳定的历时
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第1章 土的组成
1.1
土力学
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
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1.3
土中水和土中气
土力学
1.3.1土中水 矿物成分水 矿物颗粒的一部分
强结合水
土中的水 孔隙水 毛细水 自由水 结合水 弱结合水
重力水
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1.3
土中水和土中气
土力学
1.3.2土中气
土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为 与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气 体 1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的
土是在漫长的地质历史时期演化形成的多矿物 组合体，性质复杂，不均匀，随时变化的材料
三相体系：
固相 土
液相 气相
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土中颗粒的大小、成分及三 相之间的相互作用和比例关 系，反映出土的不同性质
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第1章 土的组成
1.1
土力学
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
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土粒的粒度成分
土力学
3.粒度成分分布曲线
粒径累计曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,
横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）
d10 0.14, d 30 0.39 d 60 0.84 Cu d 60 0.84 6. 0 d10 0.14
2
d 30 Cc 1.29 d10 d 60