《土的三相组成》PPT课件

➢ 密度>1.2~2.4g/cm3
➢ 冰点-76℃ ➢ 具有极大的粘滞性和固体
的特性 ➢ 温度高于100°C时可蒸发
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图1受.6颗矿粒物颗表粒面对电水分场子作的用静电力引吸力引作用而 包围在颗粒四周，不传递静水28压 力，不能任意流动的水。
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度:
Cc = d302 / (d60 × d10 )
— 曲率系数
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60 d50 d30
d10
粒径(mm)
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡—相应粒组质量集中 缓--相应粒组含量少
平台--相应粒组缺乏
连续程度:
Cc = d302 / (d60 × d10 )
— 曲率系数
较大颗粒缺少 Cc 减小 较小颗粒缺少 Cc 增大
大为间小一有约个钾为颗离0粒子.1。连-颗1结粒。，长厚宽约约00.0.30-13-0，.01
• 厚主。约要0特.0征3-：1连。结强度弱于高岭石而
• 主高要于特蒙征特：石颗，粒其细较特微粗征，也具不介有容于显易两著吸者的水之吸膨
水胀间膨和。胀失、水失收水缩收，缩或的者特说性亲，水或能者力说差亲。
水能力强。
§1.2 土的三相组成 – 土中水
自由水
自由水：不受颗粒电场引 力作用的孔隙水
毛细水
- 毛细水：由于土体孔隙的毛细作 用升至自由水面以上的水。毛细 水承受表面张力和重力的作用。
- 重力水：自由水面以下的孔隙自 由水，在重力作用下可在土中自 由流动。
hc
重力水
土中水 – 自由水
29
毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
沉降 毛细上升高度大，微粘性。 原理 透水性极弱，压缩性变化
分
大，具粘性和可塑性。17
粒径级配
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示
•确定方法 m)， •表述方法
筛分法：适用于粗粒土 (>0.1 mm) 沉降分析法：适用于细粒土 (<0.1m
粒径级配累积曲线 常采用比重计法
筛分法
200g
P
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
质 较 好
微风化
母岩体
•坡积土
风化所形成的土颗粒， 受自然力的作用搬运 到远近不同的地点所 沉积的堆积物
•洪积土 • 冲积土 •湖泊沼泽沉积土 •海相沉积物 • 冰积土 风积土
二、土的三相组成 土体
土的三相比例不同，其性质不同
气体为零，为湿饱土和液。相是为一零种，非为饱干 状态。此时粉和细土砂土。。若此为时粘粘土土多呈 或粉土在震动为下可容坚塑硬性状土态。，砂土 易产生液化。 呈松散状态。
具有粘结力。
原生矿物
无粘性土
化学风化
矿物成 分改变
次生矿物
粘性土
生物风化
有机质
动植物活动引起的岩石和土体 粗颗粒的粒度或成分的变化
§1.1土的形成
• 岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素
的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程
物
中因碰撞和摩擦而破碎
理
风
• 是颗粒大小发生量的变化
化
• 矿物成分与母岩相同，称原生矿物
➢不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
➢曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土
➢不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
• 产生无粘性土
土的形成与风化作用 4
§1.1土的形成
• 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用
化
而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物
学
风
• 颗粒成分发生质的变化
化
• 矿物成分与母岩不同，称次生矿物
• 形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗 粒及可溶盐类
土的形成与风化作用 5
§1.1土的形成
• 包括植物、动物和土壤微生物的作用
固相 + 液相 + 气相
重要影响 次要作用 构成土骨架，起决定作用
土体三相组成示意图
1、固体矿物颗粒(固相)
② 粒径级配
① 矿物成分
③ 颗粒形状
物理状态 力学特性
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
原生矿物 - 石英、长石、云母等
矿物质 固
无定形氧化物胶体
体
次生矿物 可溶盐
成 分 有机质
粘土矿物
有效粒径d10 是在土颗粒分析累计曲线上累计百分率为10％的粒径。
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 限制粒径 d10 : 有效粒径 d30 :特征粒径 粗细程度： 用d50 表示
卵石（碎石）粒 60<d≤200
表
示
粗粒 砾 粒
粗砾
细砾
的
砂
粗砂
20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2
筛 透水性大，压缩性小，无 粘性，有一定毛细性。
分
粒
粒
中砂
组 细粒
细砂 粉粒
0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075
法 静水
透水性小，压缩性中等，
划
粘粒
d≤0.005
0.075
0.005
0.002
粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。
细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘
性土。 固体颗粒 - 颗粒大小 16
1.
表 粒组 统称
格
粒组名称
粒径d范围（mm） 分析 方法
主要特征
法
巨 漂石（块石）粒 粒
d>200
直接 透水性很大，压缩性极小， 测定 颗粒间无粘结，无毛细性。
结晶水 结合水 自由水 水
矿物内部的水 吸附在土颗粒表面的水 电场引力作用范围之外的
土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷 根据土体中水分子受到电场力的作用大小,土体中的
水主要可以分为:
结合水: 吸附在土颗粒表面的水 强结合水
弱结合水
自由水: 电场引力作用范围之外的水
重力水 毛细水
结合水
强结合水
➢ 排列致密、定向性强
具有和原生矿物很不相同的特性 对粘土性质的影响很大
固体颗粒 - 矿物成分 10
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粘土矿物
粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅
片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和
蒙脱石三种类型。
氧离子O2-
硅离子Si4+
硅片
Si Si
铝片
硅-氧四面体 硅片的结构
粘土矿物
12
粘土矿 物的晶 格构造
9克蒙脱土的总 表面积大约与一
个足球场一样大
高岭石
伊利石
粒径
大
中
比表面积 10-20m2/g 80-100m2/g
胀缩性
小
中
渗透性
大
中
强度
大
中
压缩性
小
中
蒙脱石
小 800m2/g
大 小 小 大
三种粘性土矿物的形状特性
高岭石
伊利石
蒙脱石
1、固体矿物颗粒(固相) ② 颗粒级配
§1.2 土的三相组成 – 土中气
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。会增加土的弹性； 阻塞渗流通道，降低渗透性
溶解在水中的气体 吸附于土颗粒表面的气体
气相 - 土中气
32
小结 土有三个组成部分：固相、液相和气相
• 示例：
•
从某土样筛分后作粒度分析汇编成“累积曲线”中得知：有效粒径d
60＝0.55mm， d10＝0.2mm， d30＝0.3mm，试求该土的不均匀系数Cu和曲率系 数Cc,并分析该土属于何种级配。
24
• 解： Cu=d60/d10＝2.75
d2
Cc 30 0.8
d d
60
10
• 工程规定：Cu<5的土视为均粒土，而Cu>5的土
72
% 95 87 78 66 55 36
筛分法原理图
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l. 0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据S tokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比。
OH1铝离子Al3+
硅片简图
铝-氢氧八面体 铝片的结构
Al Al
11
铝片简图
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
依硅片和铝片组叠 形式的不同，可分 成如下三种类型：
高岭石 蒙特石 伊利石
1:1的两 2层:1的结三构 层结构
Si AAl l
Si AAll
高岭 石微钾数粒离层子
水分子
Al Si Al Si Si Al SAil Al Al
第二章 土的三相组成
1
§2.1 土的形成与颗粒特征
一、土的形成
土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石 地球
风化 搬运、沉积
土 地球
形成过程 形成条件
影响 物理力学性质
风化作用分类
物理风化
矿物成 分未变
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素 的影母响岩产表生面胀和缩碎而散发的生颗裂粒缝受,或环在境运 动过因程素中的因作碰用撞而和改摩变擦其而矿破物碎的。化 特点学：成只分改，变形颗成粒新的的大矿小物和。形状， 不改经变化矿学物风颗化粒生的成成的分土。为细粒土，
视为非均粒土； Cc=1~3时，为级配连续； Cc <
1或Cc>3时，级配不连续。
• 2.75<5； 0.8<1
• 根据分析该土样属于均粒土，但级配不良。
25
1、固体矿物颗粒(固相)
③ 颗粒形状
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 •次生矿物 针状、片状、扁平状
2、土体中水(液相)
土中的水即为土 体中的液相,其含 量及性质明显地 影响土的性质.
2.累计曲线表示法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
典
100
型
90 80
颗
70
分
60 50
级
40
配
30 20
曲
10
0
线
粒径(mm)
沉降分析结果
粒径(mm) 0.05 0.01 0.005 百分数P(%) 26 13.5 10
a.颗粒大小
影响土性质 的主因
b.各粒径成 分在土中占 的比例
1.常用表格法或 2.累计曲线法表示
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
• 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 • 界限粒径
巨粒
d
(mm)
60
0.075
粗粒
细粒
wenku.baidu.com
砾石
砂粒 粉粒 粘粒 胶粒
粗 中 细粗 中细
20 5
60
2
0.5 0.25
分析对象: 水柱
r 2hc w 2 rT cos
T为表面张力
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
3、土体中气体(气相)
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分, 存在形式有两种:
土体中气体
自由气体:与大气相通,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。会增加土的弹性和压缩性；阻塞 渗流通道，降低渗透性。
SSii SSii
Si Si Si Si
• 晶是层云间母是通在O过碱2氢性-对键介O联质2-结的中，连风联结化结，的力联产强结物，力。晶
• 很格与弱不蒙，能特水自石很由相容活似易动，进，由入水两晶难层层以硅之进片间入夹。晶一格层间
• 每能铝一组片颗叠所粒很形能多成组晶的叠层三的，层晶多结层达构数百，较个但少以晶。上层颗，之粒成
生 物 • 可加剧物理和化学风化 活 • 构成土中有机质和营养物质的生物循环 动
• 导致腐殖质的形成，改变土壤的结构
土的形成与风化作用 6
二. 搬运与沉积
母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小 颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物
残积土
无搬运
运积土
有搬运
颗粒表面粗糙
土
残积土 强风化 弱风化
多棱角 粗细不均 无层理
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d30
d10
粒径(mm)
C c = 1 ~ 3, 级配连续性好 曲线 d60 d10 d30 Cu Cc
L
0.081
3.98
M
0.063
2.41
0.33 0.005
66
R
0.030
0.545
粒径级配累积曲线及指标的用途：
➢粒组含量用于土的分类定名；