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1、土质学与土力学第一章第一章 土的成因、物质组成土的成因、物质组成 和结构构造和结构构造第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性第二节土的三相组成第二节土的三相组成第三节土的结构和构造第三节土的结构和构造 一、土的生成一、土的生成 二、土的成因类型二、土的成因类型 三、土的工程特性三、土的工程特性 第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性土的生成土的生成岩石岩石地球风化剥蚀搬运、沉积搬运、沉积土土地球第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性土的演化土的演化土土( (土体土体) )岩石岩石(三大岩三大岩)第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型
2、与工程特性土的风化土的风化物理风化物理风化原生矿物原生矿物化学风化化学风化次生矿物次生矿物生物风化生物风化动植物活动有有 机机 质质母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性沉积与搬运沉积与搬运残积土残积土无搬运无搬运母岩表层经风化作用破碎母岩表层经风化作用破碎成岩屑
3、或细小颗粒后，成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的未经搬运残留在原地的堆积物堆积物运积土运积土有搬运有搬运风化所形成的土颗粒，风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性土的基本特征及主要成因类型土的基本特征及主要成因类型 土的基本特征土的基本特征 土是自然历史的产物土是自然历史的产物土是相系组合体土是相系组合体 土是分散体系土是分散体系 土是多矿物组合体土是多矿物组合体 第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性土的主要成因类型土的主要成因类型残积
4、土(体)坡积土(体)洪积土(体)冲积土(体)第一节土的成因类型与工程特性第一节土的成因类型与工程特性土的工程特性土的工程特性 1 土的压缩性高土的压缩性高 2 土的强度低土的强度低 3 土的透水性大土的透水性大第一节第一节 土的三相组成土的三相组成 一、土的固体颗粒一、土的固体颗粒 二、土中水二、土中水 三、土中气体三、土中气体第二节第二节 土的三相组成土的三相组成土粒土粒水水气气固相液相气相土是由三相（固、液、气）所组成的体系土是由三相（固、液、气）所组成的体系构成土骨架，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第二节第二节 土的三相组成土的三相组成固体固体+气体气体
5、 固体液体固体液体气体气体 固体液体固体液体 干土干土 湿土湿土 饱和土饱和土 干黏土较硬干黏土较硬干砂松散干砂松散 黏土多为可塑状态黏土多为可塑状态 饱和粉细砂受震饱和粉细砂受震动可能产生液化动可能产生液化 第二节第二节 土的三相组成土的三相组成 矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 粒径级配粒径级配物理状态 力学特性土的固体颗粒土的固体颗粒 第二节第二节 土的三相组成土的三相组成粒径级配粒径级配(1)(1)漂石或块石组漂石或块石组 (2)(2)卵石（碎石）组卵石（碎石）组 (3)(3)砾石砾石 (4)(4)砂粒组砂粒组 (5)(5)粉粒组粉粒组 (6)(6)粘粒组粘粒组 筛分法筛分法 密度计法
6、密度计法 粗颗粒粗颗粒细颗粒细颗粒颗粒大小粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径界限粒径巨粒巨粒粗粒粗粒细粒细粒第二节第二节 土的三相组成土的三相组成巨大的砾石巨大的砾石漂石漂石圆砾、砂粒、粉粒圆砾、砂粒、粉粒黏粒黏粒粗粒土粗粒土(无粘性土无粘性土)特征特征细粒土细粒土(粘性土粘性土)特征特征孔隙大、透水性强，毛细上升，孔隙大、透水性强，毛细上升，高度很小，既无可塑造性，也高度很小，既无可塑造性，也无胀缩性，压缩性极弱，强度无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。较高。 主要由原生矿物、次生矿物组成，主要由原生矿物、次生矿物组成，孔隙很小，透水性极弱
7、，毛细上孔隙很小，透水性极弱，毛细上升高度较高，有可塑性、胀缩性，升高度较高，有可塑性、胀缩性，强度较低。强度较低。 粗粒土与细粒土粗粒土与细粒土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。 比重计法比重计法: :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某粒径的土粒含量颗粒粒径级配曲线颗粒粒径级配曲线: :纵坐标表示小于某粒径的土粒含纵坐标表示小于某
8、粒径的土粒含量百分比量百分比, ,横坐标表示土粒的粒径横坐标表示土粒的粒径( (对数坐标）对数坐标）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描述颗粒级配曲线整描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情体形态，表明某粒组是否缺失情况况 1060ddCu6010230dddCcd10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为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。工程愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把上把Cu5的土视为级配不良的土；的土
9、视为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土的土视为级配良好的土 对于砾类土或砂类土，同时满足对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和和Cc= =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 粒径级配粒径级配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 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用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣
10、： 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 1g/cm1g/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，有粘滞性结合结合水水分布在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
11、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:rThccos2毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比黏土黏土粉土粉土砂土砂土砾石砾石毛细压力毛细压力分析对象分析对象:水膜水膜2rTcos+ucr2 = 0 假定假定 = 0, 毛细压力毛细压力cchu 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:毛细边角毛细边角水水, 假凝聚力假凝聚力第二节第二节 土的三相组成土的三相组成土土中中气气体体气体来源气体来源气体分类气体分类(1)空气空气 (2)生物化学作用生物化学作用 (3)化学反应化学反
12、应 (1)吸附气体吸附气体(2)溶解气体溶解气体 (3)密闭气体密闭气体 (4)自由气体自由气体 第三节第三节 土的结构和构造土的结构和构造 一、土的结构一、土的结构 二、土的构造二、土的构造第三节第三节 土的结构和构造土的结构和构造土土的的结结构构土颗粒之间的相互排列和连土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构续形式，称为土的结构 单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构 粗颗粒土，如卵石、砂等粗颗粒土，如卵石、砂等. .密实的单粒结构土的工程性质最好密实的单粒结构土的工程性质最好 蜂窝状土工程性质较好蜂窝状土工程性质较好 絮状结构土工程性质最差絮状结构土工程性质最差 第三节第
13、三节 土的结构和构造土的结构和构造粗粒土：单粒结构粉 土：蜂窝结构单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点其特点是土粒间存在点与点的接触。是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态和密实状态 蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位形成链环单位, ,很多链环联结起来，形成孔隙很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构较大的
14、蜂窝状结构 第三节第三节 土的结构和构造土的结构和构造絮状结构：海水絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构的絮状结构 第三节第三节 土的结构和构造土的结构和构造土土的的构构造造同一土层中，土颗粒之间相互同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造关系的特征称为土的构造。 层状构造层状构造 分散构造分散构
15、造 结核状构造结核状构造 裂隙状构造裂隙状构造 土层由不同颜色，不同粒径的土土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地区的层理通常为组成层理，平原地区的层理通常为水平层理。水平层理。层状构造是细粒土的层状构造是细粒土的一个重要特征一个重要特征土层中土粒分布均匀，性质相近，土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造如砂，卵石层为分散构造在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等碛土等 土体中有很多不连续的小裂隙，有的土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造