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1、会计学1岩土力学与地基基础土的三相组成岩土力学与地基基础土的三相组成2一、土的固相一、土的固相 n n（一）、成土矿物n n（二）、土粒的粒组n n（三）、土粒的分析方法n n（四）、土粒的级配第1页/共31页3成土矿物成土矿物n n 土是岩石风化的产物，土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分风化后的风化作用，一般可分为两类：n n原生矿物：石英、长石、云母；岩石物理风化生成的土粒，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，吸附水的能力较弱，性质稳定，无塑性n n次生矿物：化学风化的产物，性质与母岩完全不同，一般为粘土矿物 第2页/共31页4成土矿物成土矿物n n砂粒砂粒n n一般由石英构成，其次是长
2、石、云一般由石英构成，其次是长石、云母，当砂土中含有大量呈片状的云母，当砂土中含有大量呈片状的云母时将母时将 n n粘粒粘粒n n包含由次生矿物构成的极细土粒，包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含量增加，土的透水性减小，粘粒含量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩性增高。可塑性和压缩性增高。第3页/共31页5土粒的粒组土粒的粒组 n n天然土由无数大小不同的天然土由无数大小不同的土粒组成，逐个研究它们土粒组成，逐个研究它们的大小是不可能的，统称的大小是不可能的，统称是将工程性质相近的土粒是将工程性质相近的土粒合并成一组称为粒组合并成一组称为粒组 n n漂石粒漂石粒n n卵石粒卵石粒 n n砾砾
3、粒粒n n砂砂 粒粒n n粉粉 粒粒n n粘粘 粒粒n n胶胶 粒粒n n巨粒组巨粒组 d60mmd60mmn n粗粒组粗粒组 60 60mmmm0.075mm0.075mmn n细粒组细粒组 d0.075mmd0.075mm第4页/共31页6土粒的粒组土粒的粒组第5页/共31页7土粒的分析方法土粒的分析方法 n n土的性质取决于各不同粒组的相对含量。为了确定各粒组的相对含量，必须用试验方法（颗分试验）将各粒组区分开来，最常用的颗分试验方法有筛分法和比重计法两种。第6页/共31页8筛分法：筛分法：适用于粒径大于适用于粒径大于0.075mm的土的土 n n利用一套孔径由大到利用一套孔径由大到小的
4、筛子，将事先称小的筛子，将事先称过质量的干试样放入过质量的干试样放入筛中，经过充分震摇筛中，经过充分震摇后，把留在各级筛上后，把留在各级筛上的土粒分别称量，算的土粒分别称量，算出小于某粒径的土粒出小于某粒径的土粒含量，用以确定土中含量，用以确定土中各粒组的土粒含量各粒组的土粒含量 第7页/共31页9筛分法：筛分法：适用于粒径大于适用于粒径大于0.075mm的土的土第8页/共31页10比重计法：比重计法：适用于粒径小于适用于粒径小于0.075mm的土的土 n n比重计法是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。n n将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始
5、下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。第9页/共31页11比重计法：比重计法：适用于粒径小于适用于粒径小于0.075mm的的土土第10页/共31页12颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线 n n试验结果可绘制在半对数纸上n n纵坐标：小于某粒径的土粒含量n n横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有总要影响的颗粒部分清楚地表达出来 第11页/共31页13颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线第12页/共31页14颗粒分析试验曲线颗粒分析试验
6、曲线第13页/共31页15颗粒分析的先进方法激光颗分颗粒分析的先进方法激光颗分第14页/共31页16土粒的级配土粒的级配 级配的概念级配的概念 n n土的级配土的级配 指土中各粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示指土中各粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示 n n正常级配：正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变的的 n n不连续级配：不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段 n n级配良好级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，土粒大小
7、不均匀土粒大小不均匀 n n级配不良级配不良：粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布范围窄，：粒径分布曲线形状较陡，土粒大小分布范围窄，土粒均匀土粒均匀 第15页/共31页17土粒的级配土粒的级配级配的概念级配的概念 n n为了判别土粒级配是否良好，常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标来描述粒径曲线的坡度和形状。分别为粒径曲线纵坐标上小于某粒径含量10、30、60时所对应的粒径有效粒径控制粒径第16页/共31页18土粒的级配土粒的级配颗分曲线分析颗分曲线分析 n n土的粒径范围窄，分布曲线陡，d10和d60靠近，土的不均匀系数小，表示土粒均匀 n n土的粒径范围宽，分布曲线缓，d10和d60相
8、距远，土的不均匀系数大，表示土粒不匀n nCu大 不均匀 有细粒土填空 压密度大 n nCu小 均匀 无细粒土填空 压密度小 第17页/共31页19土粒的级配土粒的级配颗分曲线分析颗分曲线分析n n对于级配不连续的情况，有时Cu虽然大，但渗透稳定性一样不好，故Cu虽大，但并不表明土粒级配良好，还要用Cc来衡量，Cu和Cc描述了级配曲线整体特征，可描述土级配的好坏。Cc大Cc小台阶分布在台阶分布在第18页/共31页20土粒的级配土粒的级配颗分曲线分析颗分曲线分析n n级配的好坏由土粒的均匀程度和粒径分布曲级配的好坏由土粒的均匀程度和粒径分布曲线的形状去定。线的形状去定。规范规定：同时满足，级配良
9、好 第19页/共31页21二、土的液相二、土的液相 n n土的液相是水及各离子的溶液，其含量及性质明显地影响土，尤其是粘性土的性质，如增加水量，可使土地状态由坚硬变为可塑，甚至成为流动状态的土浆。n n土中水可分为结合水、自由水第20页/共31页22结合水：土粒矿物内部的水结合水：土粒矿物内部的水 n n存在矿物结晶中的水，只有在高温（大于105）下，才能使之从矿物中析出，故可将它视作矿物本身的一部分。n n特点：包围在土颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动第21页/共31页23自由水（毛细管水、重力水）自由水（毛细管水、重力水）n n自由水指土粒表面引力作用范围之外的水，与普通水一样，受重
10、力支配，能传递静水压力并具有融解作用。第22页/共31页24自由水毛细管水自由水毛细管水土中孔隙细水通道自由水上升毛细管水表面张力重力第23页/共31页25毛细管水上升高度的影响因素毛细管水上升高度的影响因素n n孔隙大小和形状n n 粒径尺寸n n 水的表面张力第24页/共31页26毛细管水假凝聚力毛细管水假凝聚力毛细管压力负孔隙水压力 可使土粒相互挤紧，可使无粘性土也象有粘聚力似的。由毛细管压力所造成无粘性土间的连接力，称之为假粘聚力。沙坑倒塌第25页/共31页27重力水重力水 n n重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水
11、和动水压力，并对土粒起浮力作用。n n应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，说的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计 第26页/共31页28三、土的气相三、土的气相 与大气相通无影响，易挤出与大气不相通（空气、水气、天然气）压力作用下可压缩或融解 封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。第27页/共31页29 岩石是由矿物的组成的，按成因岩石可划分为岩浆岩、沉积岩岩石是由矿物的组成的，按成因岩石可划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。成因类型不一样，差别也很
12、大，因此，工程性质极为和变质岩。成因类型不一样，差别也很大，因此，工程性质极为多样。多样。1 1 1 1）岩浆岩的性质）岩浆岩的性质）岩浆岩的性质）岩浆岩的性质 岩浆岩具有较高的力学强度，岩浆岩具有较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各类岩石的工可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各类岩石的工程性质差异很大。程性质差异很大。1.1.2 1.1.2 岩岩岩岩(石石石石)体的特性体的特性体的特性体的特性第28页/共31页30 碎碎屑屑岩岩的的工工程程地地质质性性性性质质质质一一般般较较好好，但但其其胶胶结结物的成分和胶结类型影响显著物的成分和胶结类型影响显著；粘粘土
13、土岩岩和和页页岩岩的的性性质质相相近近，抗抗压压强强度度和和抗抗剪剪强强度度低低，受受力力后后变变形形量量大大，浸浸水水后后易易软软化化和和泥化泥化；化化学学岩岩和和生生物物化化学学岩岩抗抗水水性性弱弱，常常具具不不同同程程度的可溶性。常常导致地基和边坡的失稳。度的可溶性。常常导致地基和边坡的失稳。沉积岩的性质沉积岩的性质 第29页/共31页31 变变质质岩岩的的工工程程性性质质与与原原岩岩密密切切相相关关，往往往往与与原原岩岩的的性性质相似或相近。质相似或相近。变变质质岩岩的的片片理理构构造造(包包括括板板状状、千千枚枚状状、片片状状及及片片麻麻状状构构造造)会会使使岩岩石石具具有有各各向向异异性性特特征征，水水工工建建筑筑中中应应注注意意研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。岩岩体体是是地地壳壳表表层层圈圈层层，经经建建造造和和改改造造而而形形成成的的具具一一定定组组分分和和结结构构的的地地质质体体。岩岩体体在在一一般般情情况况下下是是非非均均质质的的、各向异性的不连续体。各向异性的不连续体。变质岩的性质变质岩的性质第30页/共31页