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1、土力学第一章第一章 土的物理性质土的物理性质指标与工程分类指标与工程分类土力学1-1 1-1 土的形成土的形成土土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物。是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物。根据来源分：根据来源分：有机土有机土和和无机土无机土岩石风化分为岩石风化分为物理风化物理风化和和化学风化化学风化。土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。土力学物理风化物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因
2、素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。过程。物理风化只改变颗粒的大小和形状，不改变岩石物理风化只改变颗粒的大小和形状，不改变岩石的矿物成分的矿物成分。化学风化化学风化化学风化化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用
3、，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为分解为分解为分解为极细颗粒极细颗粒极细颗粒极细颗粒的过程。的过程。的过程。的过程。化学风化不但改变了颗粒的大化学风化不但改变了颗粒的大化学风化不但改变了颗粒的大化学风化不但改变了颗粒的大小和形状，也改变了岩石的矿物成分小和形状，也改变了岩石的矿物成分小和形状，也改变了岩石的矿物成分小和形状，也改变了岩石的矿物成分。1-1 1-1 土的形成土的形成土力学特征：特征：特征：特征：FF物理风化：物理风化：物理风化：物
4、理风化：量变量变量变量变过程，形成的土颗粒较粗；过程，形成的土颗粒较粗；过程，形成的土颗粒较粗；过程，形成的土颗粒较粗；FF化学风化：化学风化：化学风化：化学风化：质变质变质变质变过程，形成的土颗粒很细。过程，形成的土颗粒很细。过程，形成的土颗粒很细。过程，形成的土颗粒很细。对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已学风化，只不过哪种占优而已学风化，只不过哪种占优而已学风化，只不过哪种占优而已。1-1 1-1 土的形成土的形成土力学土从
5、其土从其土从其土从其堆积或沉积堆积或沉积堆积或沉积堆积或沉积的条件来看可分为：的条件来看可分为：的条件来看可分为：的条件来看可分为：残积土：残积土：残积土：残积土：岩石风化后仍留在原地未经搬运的堆积物岩石风化后仍留在原地未经搬运的堆积物岩石风化后仍留在原地未经搬运的堆积物岩石风化后仍留在原地未经搬运的堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定；寒冷地带，岩块或砂，物
6、理风化，稳定；颗粒多为角粒。颗粒多为角粒。颗粒多为角粒。颗粒多为角粒。1-1 1-1 土的形成土的形成土力学运积土运积土运积土运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。由于搬运动力的不同，离开生成地点后再沉积下来的堆积物。由于搬运动力的不同，离开生成地点后再沉积下来的堆积物。由于搬运动力的不同，离开生成地点后再沉积下来的堆积物。由于搬运动力的不同，又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等又分为冲积土、风积土、冰碛土和
7、沼泽土等又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。冲积土冲积土冲积土冲积土：降雨形成的地表径流流经地表时，冲刷、带动或：降雨形成的地表径流流经地表时，冲刷、带动或：降雨形成的地表径流流经地表时，冲刷、带动或：降雨形成的地表径流流经地表时，冲刷、带动或 搬运土粒，经过一定距离后在较平缓地带沉积下来的土层。搬运土粒，经过一定距离后在较平缓地带沉积下来的土层。搬运土粒，经过一定距离后在较平缓地带沉积下来的土层。搬运土粒，经过一定距离后在较平缓地带沉积下来的土层。风积土风积土风积土风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆：由风力带动土粒经过一段搬运距离后
8、沉积下来的堆：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物。积物。积物。积物。冲积土的特点：有一定程度的颗粒分选和不均匀性。冲积土的特点：有一定程度的颗粒分选和不均匀性。冲积土的特点：有一定程度的颗粒分选和不均匀性。冲积土的特点：有一定程度的颗粒分选和不均匀性。风积土的特点：颗粒沿风向有一定程度的颗风积土的特点：颗粒沿风向有一定程度的颗风积土的特点：颗粒沿风向有一定程度的颗风积土的特点：颗粒沿风向有一定程度的颗粒分选，没有明显的层理，颗粒以带角的细粒分选，没有明显的层理，颗粒以带角的细粒分选，没有明显的层理，颗粒以带角的细粒分选，没有明显的层理
9、，颗粒以带角的细砂粒和粉粒为主，同一地区颗粒较均匀。砂粒和粉粒为主，同一地区颗粒较均匀。砂粒和粉粒为主，同一地区颗粒较均匀。砂粒和粉粒为主，同一地区颗粒较均匀。1-1 1-1 土的形成土的形成土力学冰川沉积土冰川沉积土冰川沉积土冰川沉积土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物由冰川剥落、搬运形成的堆积物由冰川剥落、搬运形成的堆积物由冰川剥落、搬运形成的堆积物。冰碛土冰碛土冰碛土冰碛土：几乎未经流水搬运直接从冰层中搁置下来的土。：几乎未经流水搬运直接从冰层中搁置下来的土。：几乎未经流水搬运直接从冰层中搁置下来的土。：几乎未经流水搬运直接从冰层中搁置下来的土。冰碛土的特点：不成层；颗粒粒径的变化范围很大，
10、从漂冰碛土的特点：不成层；颗粒粒径的变化范围很大，从漂冰碛土的特点：不成层；颗粒粒径的变化范围很大，从漂冰碛土的特点：不成层；颗粒粒径的变化范围很大，从漂石到粘粒；粗颗粒的形状是次圆或次棱角的，有时还有磨石到粘粒；粗颗粒的形状是次圆或次棱角的，有时还有磨石到粘粒；粗颗粒的形状是次圆或次棱角的，有时还有磨石到粘粒；粗颗粒的形状是次圆或次棱角的，有时还有磨光面。光面。光面。光面。冰水冲积土冰水冲积土冰水冲积土冰水冲积土：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积土。土。土。土。冰水冲
11、积土的特点：与河流冲积土具有类似的性质，常由冰水冲积土的特点：与河流冲积土具有类似的性质，常由冰水冲积土的特点：与河流冲积土具有类似的性质，常由冰水冲积土的特点：与河流冲积土具有类似的性质，常由砾石、砂和粉砂组成。砾石、砂和粉砂组成。砾石、砂和粉砂组成。砾石、砂和粉砂组成。1-1 1-1 土的形成土的形成土力学沼泽土沼泽土沼泽土沼泽土：在沼泽地的沉积物在沼泽地的沉积物在沼泽地的沉积物在沼泽地的沉积物。腐植土腐植土腐植土腐植土：充分腐化的土。：充分腐化的土。：充分腐化的土。：充分腐化的土。泥炭土泥炭土泥炭土泥炭土：未完全腐化还保留有植物残余物的土。：未完全腐化还保留有植物残余物的土。：未完全腐化
12、还保留有植物残余物的土。：未完全腐化还保留有植物残余物的土。泥炭土的特点：通常呈海绵状，干密度很小，含水率极高，泥炭土的特点：通常呈海绵状，干密度很小，含水率极高，泥炭土的特点：通常呈海绵状，干密度很小，含水率极高，泥炭土的特点：通常呈海绵状，干密度很小，含水率极高，土质十分疏松，压缩性高、强度低、灵敏度高。土质十分疏松，压缩性高、强度低、灵敏度高。土质十分疏松，压缩性高、强度低、灵敏度高。土质十分疏松，压缩性高、强度低、灵敏度高。1-1 1-1 土的形成土的形成土力学1-2 1-2 土的组成土的组成土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、
13、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系三相系三相系三相系。固相固相固相固相：土的颗粒、粒间胶结物；：土的颗粒、粒间胶结物；：土的颗粒、粒间胶结物；：土的颗粒、粒间胶结物；液相液相液相液相：土体孔隙中的水；：土体孔隙中的水；：土体孔隙中的水；：土体孔隙中的水；气相气相气相气相：孔隙中的空气。：孔隙中的空气。：孔隙中的空气。：孔隙中的空气。土力学当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土饱和土饱和土饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土
14、骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土干土干土干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为含空气和水，此时的土体属三相系，称为含空气和水，此时的土体属三相系，称为含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土湿土湿土湿土。根据土的粘性分：根据土的粘性分：根据土的粘性分：根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细；粘性土：颗粒很细；粘性土：颗粒很细；粘性土：颗
15、粒很细；无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几十碎石、甚至堆石（直径几十碎石、甚至堆石（直径几十碎石、甚至堆石（直径几十 cm cm甚至甚至甚至甚至1m1m）1-2 1-2 土的组成土的组成土力学一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（一）成土矿物（一）成土矿物（一）成土矿物（一）成土矿物原生矿物原生矿物原生矿物原生矿物：常见的有常见的有常见的有常见的有石英、长石、云母石英、长石、云母石英、长石、云母石英、长石、云母等；等；等；等；由物理风化生由物理风化生由物理风化
16、生由物理风化生成的土粒通常由一种或几种原生矿物组成，颗粒较粗，一成的土粒通常由一种或几种原生矿物组成，颗粒较粗，一成的土粒通常由一种或几种原生矿物组成，颗粒较粗，一成的土粒通常由一种或几种原生矿物组成，颗粒较粗，一般为无粘性土；般为无粘性土；般为无粘性土；般为无粘性土；圆形、板状、块状圆形、板状、块状圆形、板状、块状圆形、板状、块状；吸附水的能力弱，性；吸附水的能力弱，性；吸附水的能力弱，性；吸附水的能力弱，性质比较稳定，无塑性。质比较稳定，无塑性。质比较稳定，无塑性。质比较稳定，无塑性。次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。次：由原生矿物经化学风化作用而形成
17、的矿物。次：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。次：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。次生矿物主要是粘土矿物，常见的粘土矿物有生矿物主要是粘土矿物，常见的粘土矿物有生矿物主要是粘土矿物，常见的粘土矿物有生矿物主要是粘土矿物，常见的粘土矿物有高岭石、伊利高岭石、伊利高岭石、伊利高岭石、伊利石和蒙脱石石和蒙脱石石和蒙脱石石和蒙脱石；由次生矿物构成的土粒极细，多呈片状或针；由次生矿物构成的土粒极细，多呈片状或针；由次生矿物构成的土粒极细，多呈片状或针；由次生矿物构成的土粒极细，多呈片状或针状；性质不稳定，有较强的吸附水的能力，含水率的变化状；性质不稳定，有较强的吸附水的能力，含水率的变化状；性
18、质不稳定，有较强的吸附水的能力，含水率的变化状；性质不稳定，有较强的吸附水的能力，含水率的变化易引起体积胀缩，有塑性。易引起体积胀缩，有塑性。易引起体积胀缩，有塑性。易引起体积胀缩，有塑性。1-2 1-2 土的组成土的组成土力学粘土矿物的晶胞：粘土矿物的晶胞：硅氧四面体、铝氢氧八面体硅氧四面体、铝氢氧八面体。（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物粘土矿物粘土矿物粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的：由各种硅酸盐矿物分解形成的：由各种硅酸盐矿物分解形成的：由各种硅酸盐矿物分解形成的水铝硅酸盐矿物水铝硅酸盐矿物水铝硅酸盐矿物水铝硅酸
19、盐矿物。其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物晶体矿物晶体矿物晶体矿物为主。为主。为主。为主。晶体晶体晶体晶体：指原子、离子在空间有规律的排列，不同的几何排：指原子、离子在空间有规律的排列，不同的几何排：指原子、离子在空间有规律的排列，不同的几何排：指原子、离子在空间有规律的排列，不同的几何排列形式称为列形式称为列形式称为列形式称为晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构，组成晶体的最小单元称为，组成晶体的最小单元称为，组成晶体的最小单元称为，组成晶体的最小单元称为晶胞晶胞晶胞晶胞。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一
20、、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学同像置换（同型代替）同像置换（同型代替）同像置换（同型代替）同像置换（同型代替）：矿物形成过程中，硅氧四面体：矿物形成过程中，硅氧四面体：矿物形成过程中，硅氧四面体：矿物形成过程中，硅氧四面体或铝氢氧八面体中心的硅、铝原子被其它原子如铁、镁或铝氢氧八面体中心的硅、铝原子被其它原子如铁、镁或铝氢氧八面体中心的硅、铝原子被其它原子如铁、镁或铝氢氧八面体中心的硅、铝原子被其它原子如铁、镁等置换，其结构形式不变，但其物理化学性质将发生变等置换，其结构形式不变，但其物理化学性质将发生变等置换，其结构形式不变，但其物理化学性质将发生变等置换，其结构形式不变，
21、但其物理化学性质将发生变化，形成不同的矿物。化，形成不同的矿物。化，形成不同的矿物。化，形成不同的矿物。（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构硅片硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为2个个相邻单元的硅原子共有组成六边形的硅片相邻单元的硅原子共有组成六边形的硅片。铝片铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为2个相邻单元的铝原子共有组成铝片。个相邻单元的铝原子共有组成铝片。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土
22、的组成土力学高岭石高岭石高岭石高岭石：长石风化产物，：长石风化产物，：长石风化产物，：长石风化产物，1:11:1型晶格，一个硅片一个铝型晶格，一个硅片一个铝型晶格，一个硅片一个铝型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。层。层。层。（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学伊利石伊利
23、石伊利石伊利石：云母在碱性介质中风化产物，：云母在碱性介质中风化产物，：云母在碱性介质中风化产物，：云母在碱性介质中风化产物，2:1 2:1型晶格，二个硅型晶格，二个硅型晶格，二个硅型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；但不如氢键；但不如氢键；但不如氢键；（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的
24、组成土的组成土力学蒙脱石蒙脱石：伊利石进一步风化，：伊利石进一步风化，2:1型晶格，二个硅片一型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层没有钾离子连接，连接弱。个铝片一个晶层，晶层没有钾离子连接，连接弱。水分水分子和水化阳离子极易进入层间子和水化阳离子极易进入层间。（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学江苏某一级公路发生膨胀变形后的照片江苏某一级公路发生膨胀变形后的照片 土力学江苏某高速公路路堤发生膨胀变形后的照片江苏某高速公路路堤发生膨胀变形后的照片 土
25、力学土的级配土的级配土的级配土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。（三）土粒的大小和土的级配（三）土粒的大小和土的级配（三）土粒的大小和土的级配（三）土粒的大小和土的级配某粒组的土粒含量某粒组的土粒含量某粒组的土粒含量某粒组的土粒含量：该粒组的：该粒组的：该粒组的：该粒组的土粒质量土粒质量土粒质量土粒质量与与与与干土总质量干土总质量干土总质量干土总质量之比。之比。之比。之比。粒组粒组：把工程性质相近的一定尺寸范围的土粒合并为一组。：把工程性质相近的一定尺寸范围的土粒合并为一
26、组。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的粒径分布范围的试验称为土的粒径分布范围的试验称为土的粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验。（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验常用的方法：筛分法：粒径常用的方法：筛分法：粒径常用
27、的方法：筛分法：粒径常用的方法：筛分法：粒径0.075mm0.075mm 密度计法：粒径密度计法：粒径密度计法：粒径密度计法：粒径0.075mm 0.075mm0.075mm，又有粒径，又有粒径，又有粒径，又有粒径 0.075mm 0.075mm 一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学1.筛分法筛分法利用一套孔径由大到小的利用一套孔径由大到小的筛子筛子，将按规定方法取得的一定，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于
28、后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数某土粒粒径的土粒含量百分数X（）。（）。（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验式中：式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量。量。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学2.密度计法密度计法通过通过密度计密度计测定土水悬浊液的密度来确定。测定土水悬浊液的密度来确定。利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小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的方
29、法。于某粒径的土粒含量的方法。（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验名义粒径名义粒径：筛分法中以筛孔径代表；密度计法中以与：筛分法中以筛孔径代表；密度计法中以与实际土颗粒在水中沉降速率相同的同样物质的球的直实际土颗粒在水中沉降速率相同的同样物质的球的直径代表。径代表。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学3.土的级配曲线土的级配曲线（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验（1）粒径分布曲线粒径分布曲线（2）粒组频率曲线粒组频率曲线一、土的固相一、土的
30、固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（2 2）某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的）某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的）某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的）某些特征粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。好坏。好坏。好坏。按按粒径分布曲线粒径分布曲线可求得：可求得：（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质；估土的工程性质；一、土
31、的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学 根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀不均匀不均匀不均匀系数系数系数系数CuCuCuCu和和和和曲率系数曲率系数曲率系数曲率系数C C C Cc cc c，它们的定义为：，它们的定义为：，它们的定义为：，它们的定义为：（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途式中：式中：d10，d30和和d60
32、为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为量分别为10，30和和60时所对应的粒径。时所对应的粒径。d10称为有效称为有效粒径；粒径；d60称为限制粒径称为限制粒径。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学 土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可曲线的形状来决定，而土粒的均
33、匀程度和曲线的形状又可曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可分别用不均匀系数和曲率系数来衡量。分别用不均匀系数和曲率系数来衡量。分别用不均匀系数和曲率系数来衡量。分别用不均匀系数和曲率系数来衡量。（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途Cu小，曲线陡；小，曲线陡；Cu大，曲线缓。大，曲线缓。Cc过大，台阶在过大，台阶在d10d30间；间；Cc过小，台阶在过小，台阶在d30d60间间。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学 土的分类标准（土的分类标准
34、（土的分类标准（土的分类标准（GBJ145GBJ1459090）：纯净砾、）：纯净砾、）：纯净砾、）：纯净砾、砂，砂，砂，砂，CCuu55，且，且，且，且CCcc=13=13时，级配良好，否则，不良。时，级配良好，否则，不良。时，级配良好，否则，不良。时，级配良好，否则，不良。（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途（四）颗粒分析试验曲线的主要用途 土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映反映。若粒组频率曲线呈单峰则土的级配连续的；若粒组频若粒组频率曲线呈单峰则土的级配连续的；若粒组频率曲线呈双峰，且谷
35、点对应的粒组含量率曲线呈双峰，且谷点对应的粒组含量3时，是时，是连续的，否则是不连续的。连续的，否则是不连续的。一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学大多数粘粒表面带有大多数粘粒表面带有大多数粘粒表面带有大多数粘粒表面带有净的负电荷净的负电荷净的负电荷净的负电荷，是因为：，是因为：，是因为：，是因为：二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1.1.1.1.低价原子替代了四面体中小的硅原子和八面体中的铝低价原子替代了四面体中小的硅原子和八面体中的铝低价原子替代了四面体中小的硅原子和八面体中的铝低价原子替代了四面体中小的硅原子和八面体中的铝原
36、子；原子；原子；原子；2.2.2.2.颗粒结构连续性的破坏，在颗粒边缘引起断键，通颗粒结构连续性的破坏，在颗粒边缘引起断键，通颗粒结构连续性的破坏，在颗粒边缘引起断键，通颗粒结构连续性的破坏，在颗粒边缘引起断键，通常这些断键产生净负电荷，但在常这些断键产生净负电荷，但在常这些断键产生净负电荷，但在常这些断键产生净负电荷，但在PHPHPHPH7 7 7 7的酸性介质中，的酸性介质中，的酸性介质中，的酸性介质中，边缘上也常有正电荷的局部集中；边缘上也常有正电荷的局部集中；边缘上也常有正电荷的局部集中；边缘上也常有正电荷的局部集中；3.3.3.3.在颗粒表面或边缘上暴露的氢氧离子中氢离子被离解。在颗
37、粒表面或边缘上暴露的氢氧离子中氢离子被离解。在颗粒表面或边缘上暴露的氢氧离子中氢离子被离解。在颗粒表面或边缘上暴露的氢氧离子中氢离子被离解。1-2 1-2 土的组成土的组成土力学二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学吸着水吸着水吸着水吸着水：由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。：由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。：由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。：由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水吸着水可分为吸着水可分为强吸着水强吸着水和和弱吸着水弱吸着水。二二二二、土的液相
38、、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学强吸着水性质接近于固体，冰点很低（强吸着水性质接近于固体，冰点很低（强吸着水性质接近于固体，冰点很低（强吸着水性质接近于固体，冰点很低（7878），沸点），沸点），沸点），沸点较高（较高（较高（较高（150150），且不能传递压力。），且不能传递压力。），且不能传递压力。），且不能传递压力。（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙
39、水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。小。小。小。二二二二
40、、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学吸着水厚度影响因素：吸着水厚度影响因素：吸着水厚度影响因素：吸着水厚度影响因素：（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水1.1.1.1.成土矿物；成土矿物；成土矿物；成土矿物；在三种粘土矿物中，由蒙脱石组成的颗粒尽管它单位在三种粘土矿物中，由蒙脱石组成的颗粒尽管它单位在三种粘土矿物中，由蒙脱石组成的颗粒尽管它单位在三种粘土矿物中，由蒙脱石组成的颗粒尽管它单位质量的负电荷最多。但它的质量的负电荷最多。但它的质量的负电荷最多。但它的质量的负电荷最多。但它的比表面比表面比表面比表面(颗粒的表面积与其质颗粒的表面积与
41、其质颗粒的表面积与其质颗粒的表面积与其质量或体积之比量或体积之比量或体积之比量或体积之比)比其他矿物颗粒大得多。因而，单位表面比其他矿物颗粒大得多。因而，单位表面比其他矿物颗粒大得多。因而，单位表面比其他矿物颗粒大得多。因而，单位表面积上的负电荷反而少，以致吸着水层厚度最薄。高岭石正积上的负电荷反而少，以致吸着水层厚度最薄。高岭石正积上的负电荷反而少，以致吸着水层厚度最薄。高岭石正积上的负电荷反而少，以致吸着水层厚度最薄。高岭石正相反，吸着水层最厚。伊利石则介于两者之间。但这并不相反，吸着水层最厚。伊利石则介于两者之间。但这并不相反，吸着水层最厚。伊利石则介于两者之间。但这并不相反，吸着水层最
42、厚。伊利石则介于两者之间。但这并不意味着蒙脱石吸附水的能力最弱。正出于它有很大的比表意味着蒙脱石吸附水的能力最弱。正出于它有很大的比表意味着蒙脱石吸附水的能力最弱。正出于它有很大的比表意味着蒙脱石吸附水的能力最弱。正出于它有很大的比表面，在其他条件都相同的情况下，它的吸着水的体积却是面，在其他条件都相同的情况下，它的吸着水的体积却是面，在其他条件都相同的情况下，它的吸着水的体积却是面，在其他条件都相同的情况下，它的吸着水的体积却是最大的。最大的。最大的。最大的。二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学吸着水厚度影响因素：吸着水厚度影响因素：吸着水厚
43、度影响因素：吸着水厚度影响因素：（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水2.2.2.2.水中阳离子的浓度和化学性质；水中阳离子的浓度和化学性质；水中阳离子的浓度和化学性质；水中阳离子的浓度和化学性质；水中阳离子的离子价愈低，为平衡土粒表面负电荷所水中阳离子的离子价愈低，为平衡土粒表面负电荷所水中阳离子的离子价愈低，为平衡土粒表面负电荷所水中阳离子的离子价愈低，为平衡土粒表面负电荷所需的阳离子就愈多需的阳离子就愈多需的阳离子就愈多需的阳离子就愈多(如所需的阳离子如所需的阳离子如所需的阳离子如所需的阳离子NaNaNaNa就要比就要比就要比就要比CaCaCaCa2 22 2多两倍多两倍多两倍
44、多两倍)，而且低价阳离子的水化程度一般也较强，因此吸着水，而且低价阳离子的水化程度一般也较强，因此吸着水，而且低价阳离子的水化程度一般也较强，因此吸着水，而且低价阳离子的水化程度一般也较强，因此吸着水层的厚度就愈厚。阳离子浓度愈高，则靠近土粒表面的阳层的厚度就愈厚。阳离子浓度愈高，则靠近土粒表面的阳层的厚度就愈厚。阳离子浓度愈高，则靠近土粒表面的阳层的厚度就愈厚。阳离子浓度愈高，则靠近土粒表面的阳离子也愈多，吸着水层厚度也愈薄，因为较薄吸着水层中离子也愈多，吸着水层厚度也愈薄，因为较薄吸着水层中离子也愈多，吸着水层厚度也愈薄，因为较薄吸着水层中离子也愈多，吸着水层厚度也愈薄，因为较薄吸着水层中
45、的阳离子就足以平衡上粒表面的负电荷。的阳离子就足以平衡上粒表面的负电荷。的阳离子就足以平衡上粒表面的负电荷。的阳离子就足以平衡上粒表面的负电荷。二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学吸着水对土的工程性质的影响：吸着水对土的工程性质的影响：吸着水对土的工程性质的影响：吸着水对土的工程性质的影响：（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水（一）吸着水 对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土矿物组成时，由于它们多呈
46、片状，比表面很大，吸着水往矿物组成时，由于它们多呈片状，比表面很大，吸着水往矿物组成时，由于它们多呈片状，比表面很大，吸着水往矿物组成时，由于它们多呈片状，比表面很大，吸着水往往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受吸着水的重往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受吸着水的重往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受吸着水的重往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受吸着水的重大影响。大影响。大影响。大影响。对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量级，比表
47、面较小，因此，在孔隙水的体积中吸着水的体积级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中吸着水的体积级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中吸着水的体积级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中吸着水的体积可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级配和排列。配和排列。配和排列。配和排列。二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学自由水自由水自由水自由水：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作：离开土颗粒表
48、面较远，不受土颗粒电分子引力作：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动的水。用，且可自由移动的水。用，且可自由移动的水。用，且可自由移动的水。（二）自由水（二）自由水（二）自由水（二）自由水自由水的特点：性质和普通水一样，能传递静水压力，冰自由水的特点：性质和普通水一样，能传递静水压力，冰自由水的特点：性质和普通水一样，能传递静水压力，冰自由水的特点：性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为点为点为点为0 0，有溶解能力。，有溶解能力。，有溶解能力。，有溶解能力。自由水的分类：毛细管水（毛管水）和重力水。自由水的分类：毛细管水（毛
49、管水）和重力水。自由水的分类：毛细管水（毛管水）和重力水。自由水的分类：毛细管水（毛管水）和重力水。二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学1.1.毛细管水毛细管水毛细管水毛细管水（二）自由水（二）自由水（二）自由水（二）自由水 土中存在许多大小不同的相互连通的弯曲孔道，由于土中存在许多大小不同的相互连通的弯曲孔道，由于水分子与土粒分子之间的附着力和水气界面上的表面张力，水分子与土粒分子之间的附着力和水气界面上的表面张力，地下水将沿着毛细管被吸上来，在地下水位以上形成一定地下水将沿着毛细管被吸上来，在地下水位以上形成一定高度的高度的毛管水带毛管水带
50、。在毛管水带内，由于水气界面上弯液面和表面张力的在毛管水带内，由于水气界面上弯液面和表面张力的存在，使水内的压力小于大气压力，即存在，使水内的压力小于大气压力，即水压力水压力为负值。为负值。二二二二、土的液相、土的液相、土的液相、土的液相1-2 1-2 土的组成土的组成土力学 由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些粘聚力，以致在潮湿的砂土中能开挖一定高度的直立坑壁。粘聚力，以致在潮湿的砂土中能开挖一定高度的直立坑壁。粘聚力，以致在潮湿的砂土中能开挖一定高度的