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1、中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY土质学中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY主要内容4.1 土的成因类型及其工程地质特征4.2 土的物质组成 4.3 土的物理、水理和力学性质4.4 中国特殊土的工程地质性质中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY一、定义地质年代中的第四纪时期是距今最近的地质年代。第四纪时期沉积的历史相对较短，一般又未经固结硬化成岩作用，因此在第四纪形成的各种沉积物通常是松散的、软弱的、多孔的，与岩石的
2、性质有着显著的差异，就称之为土或土体或第四纪松散沉积物。 4.1 土的成因类型及其工程地质性质中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY未经受成壤作用的松散物质受到外力的剥蚀、侵蚀、搬运、沉积等外力地质作用，时代较老的土体在上覆沉积物的自重压力和地下水作用下，经受压密固结作用，逐渐形成具有一定强度和稳定性的土体，这就是工程地质学中所说的土体，是人类活动和工程建设研究的对象。工程地质学中所说的土体，它与人们通常所称的土壤不同。当第四纪松散物质沉积成土后，再在一个相当长的稳定环境中经受生物化学及物理化学的成壤作用所形成的土体，统称为土壤。中国矿
3、业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY二、作为第四纪沉积物的土按其成因类型可以分为：残积土坡积土冲积土洪积土湖泊沉积物海洋沉积物风积土中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY残积物、坡积物与洪积物中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY风化形成的倒石堆吉林长白山天池中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY残积物和风化带冲 积 物中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY O
4、F MINING AND TECHNOLOGY洪积扇中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY三角洲的内部结构中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY三、土的特征1、松散性2、三相性3、自然变异性中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY一、土的颗粒组成在土的三相组成物质中，固体颗粒（以下简称土粒）是土的最主要的物质成分。土的工程性质主要取决于组成土的土粒的大小和矿物类型，即土的粒度成分和矿物成分。1、 粒组及划分 粒径（度）： 颗
5、粒大小的直径（单位为 mm） ，称为粒径或粒度。粒组：界于一定粒径范围的土粒，称为粒组.4.2 土的物质组成中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY划分方法不完全一致，一般采用的粒组划分及各粒组土粒的性质特征见表 3-1。 表中根据界限粒径 200、20、2、0.075 和 0.005mm 把土粒分为六大粒组： 漂石（块石） d200mm;卵石（碎石） 200mmd 200mm ;圆砾（角砾） 20mmd 2mm ;砂粒: 2mmd 0.075mm;粉粒: 0.075mmd 0.005mm;粘粒: d 0.005mm 。中国矿业大学 CH
6、INA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY巨大的砾石漂石中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY6040mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY4020mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY2010mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNO
7、LOGY105mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY52mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY20.5mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY0.50.25mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY0.250.074mm中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY0.074mm 中国矿业大学 CHINA
8、UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY2、 粒度成分与颗粒分析粒度成分（或称颗粒级配）： 土中不同粒组颗粒的相对含量，称为土的粒度成分（或称颗粒级配） ，它以各粒组颗粒的重量占该土颗粒的总重量的百分数来表示。 土的粒度成分的测定方法：通过土的粒度分析（亦称颗粒分析）试验测定的。1）对于粒径大于 0.075mm 的粗粒土，可用筛分法测定。2）粒径小于 0.075mm 的粉粒和粘粒难以筛分，一般可以根据土粒在水中匀速下沉时的速度与粒径的理论关系，用比重计法或移液管法测得。中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY
9、中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY3、 颗粒分析成果表示常用有累积曲线法、列表法、三角图法中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY0.050.0050.002d60d30中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY累积曲线分析与应用(1)判断各粒组的分布情况曲线陡,粒度变化范围窄,颗粒均匀,级配不好 曲线缓,粒度变化范围宽,颗粒不均匀,级配良好(2)求任一累积百分含量 Xd 对应的粒径 dX有效粒径 d10中间粒径 d30平均
10、粒径 d50界限粒径 d60中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY1)不均匀系数 Cu等于 d0 与 d10 之比值，反映颗粒级配的不均匀程度。Cu= d0/d10 工程上把 Cu 5 的上看作是均匀的；Cu =5 的土则不均匀，即级配良好的。2)曲率系数（Cc）用于来说明累积曲线的弯曲情况，从而分析评述土粒度成分的组合特征。Cc = d302/d10 d0 Cc 值在 13 之间的土级配较好。Cc 值小于 1 或大于 3 的土，累积曲线都明显弯曲（凹面朝下或朝上）而呈阶梯状，粒度成分不连续，主要由大颗粒和小颗粒组成，缺少中间颗粒。中国
11、矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY1.在一土样中，小于 1mm 的颗粒占 98%，小于 0.1mm 的占 59%，小于 0.01mm 的占24%，小于 0.001mm 的占 11%。绘出粒度累积曲线，并求有效粒径及不均匀系数。中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY二、土的矿物成分根据组成土的固体颗粒的矿物成分的性质及其对土的工程性质影响不同，分为以下四大类别：（1）原生矿物：常见石英、长石、云母；（2）不溶于水的次生矿物（以粘土矿物和硅、铝氧化物为主） ；（3）可溶盐类及易分解的
12、矿物；（4）有机质。中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY高岭石蒙脱石伊里石中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY三、 土中水和气体 在自然条件下，土中总是含水的。在一般粘性土，特别是饱和软粘性土，土中水的体积常占据整个土体相当大的比例（一般为 5060，甚至高达 80%） 。研究土中水，必须明确有关土中水的如下概念：（1）水分子 H2O 是强极性分子（2）土中水是水溶液（3）土中水溶液与土颗粒表面及气体有着复杂的相互作用中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MI
13、NING AND TECHNOLOGY1、土中水的分类按土中水所呈现的性质差异及其对土的影响性质与程度，可将土中水分为结合水和非结合水两大类：1）结合水（土粒表面结合水）: 强结合水（吸着水） 弱结合水（薄膜水） 2）非结合水: 液态水: 毛细水（实为半结合水） 重力水（自由水） 气态水（水蒸气） 固态水（冰） 中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY深厚松散层井筒粘土粘土砂土砂土风化带基岩井筒中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY砂土失水收缩变形？粘土粘土砂土砂土风化带基岩井筒中
14、国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY2、 土中气体土中的气体，主要为空气和水气。但有时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢，这些气体大多因生物化学作用生成。气体的存在形式：一种是封闭气体，另一种是游离气体。中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY土的物理性质是表征土的物理状态的一系列性质如:重量、含水性、孔隙性等土的物理性质指标是评价和判断土的工程性质的重要依据4.3 土的物理、水理和
15、力学性质中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYSWA中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYma(0)mwmsmVaVwVsVvV土的三相图 Three phase diagram质量 mass 体积 volume SWA以质量计：空气质量 ma 0水质量 mw土粒质量 ms总质量 m= mw + ms或以重量计：W=mg以体积计：空气体积 Va水体积 Vw土粒体积 Vs总体积 V=Vv +Vs孔隙体积 Vv中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYma(0)mwmsmVaVwVsVvV土的三相图 Three phase diagram质量 mass 体积 volume SWA一、土的质量和重量1 土粒的比重（specific gravity）土粒质量与同体积 4C 水的质量之比无量纲中国矿业大学 CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量
