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1、第一章第一章 土的物质组成土的物质组成廖义玲廖义玲1.1 1.1 概概 述述 土粒土粒水水气气固相液相气相构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响次要作用次要作用一、土的三相体系一、土的三相体系 土中不同大小颗粒的组合，也就是各种不同粒径的颗粒在土中不同大小颗粒的组合，也就是各种不同粒径的颗粒在土个的相对含量，称为土个的相对含量，称为粒度成分粒度成分。 组成土中各种土粒的矿物种类及其相对含量称为土的组成土中各种土粒的矿物种类及其相对含量称为土的“矿矿物成分物成分”。 组成土的固体相和液体相部分组成土的固体相和液体相部分(有时也包括气体部分有时也包括气体部分)的化的化学元素、
2、化合物的种类以及它们之间的相对含量，称为土学元素、化合物的种类以及它们之间的相对含量，称为土的的“化学成分化学成分”。1.2 1.2 土的粒度成分土的粒度成分 一、颗粒大小（粒组）一、颗粒大小（粒组） 土的粒度成分是指土中各种大小土粒的相对含量。自然界中，组成土体骨架的土粒，大小悬殊、性质各异。土粒的大小通常以其平均宜径的大小来表示，简称粒径，又称粒度，以“毫米”为单位。 为了便于研究土中各种大小土粒的相对含量，及其与土的工程地质性质的关系，有必要将工程地质性质相似的土粒归并成组，按其粒径的大小分为若干组别。这种大小相近、性质相似的组别称粒组，或称粒级。每个粒组都以土粒直径的两个数值作为其上下
3、限，并且给予适当的名称。 目前，我国广泛应用的粒组划分方案如表目前，我国广泛应用的粒组划分方案如表l-1l-1所示。所示。dmm卵石卵石砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒60602 20.050.050.0050.005 0.0020.0020.250.5520粗 中细 粗 中 细 极细0.10.1粗粒土粗粒土细粒土细粒土 界限粒径二、粒度成分测试方法二、粒度成分测试方法 土的粒度成分，通常以各粒组的质量百分率来表示，说明各粒级的分配情况，也称颗粒级配。在工程实践中，将士按粒度成分分类，用来大致判别土的工程地质性质，进行工程地质调查，确定土体成因类型；编制地质岩性图、剖面图时也需粒度分析
4、的资料。这就有必要对土进行粒度分析，或称颗粒分析，分离出土中各个粒组，并测定其相对含量。 粒径级配(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石）组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组 筛分法 水分法 粗颗粒细颗粒筛分法筛分法它是利用一套孔径大小它是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的重量，称留在各筛上的重量，然后计算相应的百分数。然后计算相应的百分数。 水分法常用比重计法水分法常用比重计法: :利用不同大小的土粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。
5、某粒径的土粒含量。斯托克斯公式 目前测定细粒土的粒度成分的方法有虹吸比重瓶法、移液管法、比重计法等。各种访法的仪器设备有其自身的特点，而它们的基本原理均建立在斯托克斯定律的基础上。三、粒度成分表示方法三、粒度成分表示方法 常用的表示方法有列表法、累计曲线法及三角图法。 列表法：将粒度分析的成果，用表格的形式表达。列表法可以清楚地用数量说明土样各粒组的含量；但对于大量土样进行对比时，比较困难，不能获得直观的概念。 累计曲线法：以粒径d为横坐标，以该粒径的累计百分含量Xd为纵坐标，在此直角坐标系中表不两者的关系曲线称累计曲线。累计曲线的坐标系有两种类型：一种是自然数坐标系，另一种是半对数坐标。半对
6、数坐标累计曲线图颗粒级配的描述颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数工程上常用不均匀系数Cu描述描述颗粒级配的不均匀程度颗粒级配的不均匀程度 曲率系数曲率系数Cc c描述颗粒级配曲线整体形描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况态，表明某粒组是否缺失情况 d1010、d3030、d6060小于某粒径的土粒含量小于某粒径的土粒含量为为10%、 30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把程上把Cu5的土视为级配不良的土视为级配不良的土；的土； Cu10的土视为级配良的土视为级配良好的土好的土 对于砾类土或砂类土，同时满足对于砾类土
7、或砂类土，同时满足C Cu u5和和C Cc c= =13时，定名为良好级时，定名为良好级配砂或良好级配砾配砂或良好级配砾 d10也称有效粒径，其物理意义是：由一种粒径土组成的理想均粒土，如与另一个非均粒土具有相等的透水性，那么这个均粒土的粒径应与这个非均粒土的置d10大致相等。因此认为d10 是土中最具有代表性的粒径。它常见于机械潜蚀、透水性、毛细性等的经验公式中。粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3
8、 或 Cc 1, 级配不连续土级配不连续土;4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级用于判定土的级 配优劣：配优劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 11g/cmg/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发弱结合水弱结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性结合水分布在
9、土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管毛细水毛细水土中毛细现象土中毛细现象分析对象分析对象: 水柱水柱r2hcw=2rTcos上升高度上升高度:毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石毛细压力毛细压力2rTcos+ucr2 = 0 假定假定= 0, 毛细压力毛细压力 非饱和土中毛细张力影响非饱和土中毛细张力影响对砂土强度的影响对砂土强度的影响:毛细边毛细边角水角水, 假凝聚力假凝聚力重力水重力水分布在毛细水层以外，存在于较粗大的孔隙中。水分子不受土粒表面静电引力的影响，具有自由活动的能力，只受重力的控制，能传递静水压力；水在流动时产生动水压力，能冲刷带走土中的细小颗粒重力水具有溶解矿物颗粒的能力。潜蚀作用的结果使土体中的孔隙增大，压缩性提高，抗剪强度降低。二、研究意义、类型、研究方法二、研究意义、类型、研究方法 1.6 1.6 土中的气体土中的气体 土中气体气体来源气体分类(1)空气 (2)生物化学作用 (3)化学反应 (1)吸附气体(2)溶解气体 (3)密闭气体 (4)自由气体
