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1、中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享第一节第一节 键力的基本概念键力的基本概念 一、化学键一、化学键 1、离离子子键键：一一种种元元素素失失去去电电子子成成为为阳阳离离子子，另一种元素的原子得到电子而成为阴离子。另一种元素的原子得到电子而成为阴离子。2、共价键：两个原子以共用电子对构成联结。、共价键：两个原子以共用电子对构成联结。3、金金属属键键：金金属属原原子子与与自自由由电电子子及及离离子子组组成成的晶格相联结构成。的晶格
2、相联结构成。化化 学学 键键 是是 主主 键键，键键 力力 较较 大大，影影 响响 范范 围围 为为0.10.2m，其能量相当于，其能量相当于8.484J/kmol。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享 二、分子间键二、分子间键 分分子子间间键键也也称称范范德德华华（Van der Waals）键键，属属于于次次键键，这与定向作用、诱导作用和分散作用有关。这与定向作用、诱导作用和分散作用有关。三、氢键三、氢键 氢氢键键是是介介
3、于于主主键键和和次次键键之之间间的的一一种种键键力力。产产生生的的缘缘由由是是：氢氢原原子子在在失失去去一一个个电电子子后后成成为为袒袒露露原原子子核核，当当遇遇其其他他带带负负电电荷荷的的原原子子时时相相互互吸吸引引形形成成氢氢键键。由由于于氢氢离离子子尺尺寸寸很很小小，只只能能与与两两个个相相邻邻的的原原子子结结合合。氢氢键键的的影影响响范范围围约约为为0.20.3m，键能达键能达2142J/kmol。化化学学键键组组成成了了矿矿物物本本身身的的晶晶格格，而而土土粒粒间间的的分分子子引引力力及及氢键组成了土体的强度（几种主要键力的作用范围）。氢键组成了土体的强度（几种主要键力的作用范围）。
4、中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享其次节其次节 粘土矿物颗粒的结晶结构粘土矿物颗粒的结晶结构 粘粘土土矿矿物物大大多多是是硅硅酸酸盐盐矿矿物物，经经近近代代X衍衍射射法法等等测测定定，粘土矿物的结晶结构主要由两个基本结构单元组成。粘土矿物的结晶结构主要由两个基本结构单元组成。1、硅氧四面体（二氧化硅四面体）、硅氧四面体（二氧化硅四面体）中中心心是是Si4+，四四个个顶顶点点是是O2-，四四面面均均为为等等边边三三角角形形。在
5、在矿物中组成六角形网格状或链状，称硅氧层（矿物中组成六角形网格状或链状，称硅氧层（图图2-2）。）。2、氢氧化铝八面体、氢氧化铝八面体 中中心心为为Al3+，六六个个顶顶点点为为OH-，六六个个OH-等等距距离离排排列列，八八面体亦排列成网格状，称八面体层（片）（面体亦排列成网格状，称八面体层（片）（图图2-2）。）。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享 3、主要粘土矿物、主要粘土矿物 （1）高高岭岭石石（二二层层型型）：一一
6、层层四四面面体体和和一一层层八八面面体体叠叠成成晶晶片片，1:1型型结结构构，也也称称二二层层型型。晶晶片片间间是是O与与OH相相联联结结，还还有有氢氢键键存存在在。晶晶片片的的长长:宽宽:厚厚=10:10:1，比比表表面面积积15m2/g，物物理化学性质不活泼，浸水后膨胀性较小（图理化学性质不活泼，浸水后膨胀性较小（图2-3）。）。（2）蒙蒙脱脱石石（三三层层型型）：两两层层四四面面体体和和一一层层八八面面体体堆堆成成晶晶片片，晶晶片片长长:宽宽:厚厚=100:100:1，层层片片间间为为O与与O相相联联，键键力力较较弱弱，易易为为水水分分子子分分开开，比比表表面面积积800m2/g，化化学
7、学性性质质活活泼泼，遇水膨胀直至崩解，是膨胀收缩土的主要成分（图遇水膨胀直至崩解，是膨胀收缩土的主要成分（图2-4）。）。（3）伊伊利利石石（三三层层型型）：晶晶片片结结构构与与蒙蒙脱脱石石一一样样，局局部部硅硅被被铝铝代代替替形形成成同同晶晶置置换换，使使晶晶体体带带负负电电吸吸附附溶溶液液中中的的K+，联联结结力力增增大大，其其性性质质介介于于高高岭岭石石与与蒙蒙脱脱石石之之间间。比比表表面面积积80m2/g（图（图2-5）。）。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk
8、niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享第三节第三节 粘土颗粒的胶体化学性质粘土颗粒的胶体化学性质 一、粘土颗粒表面带电的缘由一、粘土颗粒表面带电的缘由 1、断断键键：志志向向晶晶体体内内部部电电荷荷是是平平衡衡的的，但但在在边边缘缘裂裂开开处处，由由于于破破键键而而产产生生电电荷荷不不平平衡衡，一一般般粘粘土土颗颗粒粒带带负负电电，个个别也带正电的断键。别也带正电的断键。2、同同晶晶置置换换作作用用：硅硅氧氧四四面面体体中中的的硅硅被被低低价价的的铝铝置置换换，八八面面体体中中的的铝铝被被铁铁、镁镁等等置置换换，产产生生电电荷荷不不平平衡衡，负负电电荷荷多多而带负电。而带负电。3、水水化
9、化解解离离作作用用：次次生生SiO2表表面面与与水水作作用用形形成成偏偏硅硅酸酸层层，在在水水中中解解离离为为H+和和SiO32-，H+离离子子向向水水中中扩扩散散，而而负负离子连着晶格使土粒带负电。离子连着晶格使土粒带负电。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享 4、倍倍半半氧氧化化物物的的二二重重性性：常常用用R2O3表表示示，其其带带电电具具有有二二重重性性，由由溶溶液液的的PH值值确确定定，PH大大带带负负电电。当当不不
10、带带电电时时水水溶溶液液的的PH值值为为两两性性体体的的等等电电PH值。值。5、选选择择性性吸吸附附作作用用：土土粒粒只只吸吸附附与与其其本本身身晶晶格格中离子成分相同或相近的离子。中离子成分相同或相近的离子。粘粘土土颗颗粒粒表表面面带带电电的的因因素素很很多多，要要综综合合分分析析，但总的来说是带负电的多。但总的来说是带负电的多。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享 二、双电层的概念二、双电层的概念 粘粘粒粒表表面面带带负负
11、电电在在土土粒粒四四周周形形成成一一个个电电场场。水水溶溶液液中中阳阳离离子子（水水化化阳阳离离子子）在在电电场场作作用用下下被被土土粒粒吸吸引引，另另一一方方面面又又受受布布朗朗运运动动的的扩扩散散力力作作用用。这这两两种种相相反反作作用用的的结结果果使使土土粒粒四四周产生阳离子不匀整分布。周产生阳离子不匀整分布。1、强强结结合合水水：紧紧靠靠土土粒粒表表面面的的水水，受受到到极极强强的的静静电电引引力，在土粒表面形成的吸附水层。力，在土粒表面形成的吸附水层。2、弱弱结结合合水水：紧紧靠靠强强结结合合水水外外围围的的一一层层水水膜膜，孔孔隙隙水水中中水水化化阳阳离离子子溶溶液液渐渐渐渐削削减
12、减，至至阳阳离离子子浓浓度度正正常常为为止止称称为为扩扩散（又叫薄膜水）。散（又叫薄膜水）。土土粒粒表表面面的的负负电电荷荷、吸吸附附层层和和扩扩散散层层构构成成双双电电层层，土土粒粒表面负电荷为内层，扩散层为外层（图表面负电荷为内层，扩散层为外层（图2-7）。）。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享 三、影响扩散层厚度的因素三、影响扩散层厚度的因素 土土粒粒表表面面带带电电产产生生电电场场引引起起扩扩散散层层的的存存在在，扩
13、扩散散层层的的厚厚度度与与电电荷荷的的多多少少，即即电电位位的的大大小小有有关关。土土粒粒表表面面带带电电荷荷量量的的多多少少，可可用用土土粒粒表表面面的的电电位位势势表表示示。假假设设在在扩扩散散层层以以外外正正常常浓浓度度处处的的电电位位为为零零，土土粒粒与与水水溶溶液液分分界界面面上上的的电电位位称称热热力力电电位位。表表面面负负电电荷荷大大，则则电电位位也也大大。电电位位取取决决于于土土粒粒的的矿矿物物成成分、粒度成分和水溶液的分、粒度成分和水溶液的PH值。值。1、扩散层的厚度、扩散层的厚度 在扩散层中电位的变更规律可近似地表示为：在扩散层中电位的变更规律可近似地表示为：2、影响扩散层
14、厚度的因素、影响扩散层厚度的因素中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享第四节第四节 粘性土工程性质的利用和改良粘性土工程性质的利用和改良 一、粘土颗粒表面的带电现象一、粘土颗粒表面的带电现象 列列依依斯斯（Reuss）试试验验证证明明粘粘土土粒粒带带电电，而而且且是负电荷，试验装置见图是负电荷，试验装置见图2-6。1、在在阳阳极极（+）管管中中：水水自自下下而而上上渐渐渐渐变变浑浑浊浊，水水位位下下降降。说说明明粘粘土土粒粒带带
15、负负电电荷荷，向向阳阳极极四四周周运运动动，这种现象称为电泳。这种现象称为电泳。2、在在阴阴极极（）管管中中：水水仍仍旧旧清清澈澈，但但水水位位上升，说明有水向阴极渗透，这种现象称为电渗。上升，说明有水向阴极渗透，这种现象称为电渗。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享 二、电渗排水和电化学加固二、电渗排水和电化学加固 1、电渗排水、电渗排水 在在渗渗透透系系数数小小于于10-6cm/s的的饱饱和和软软粘粘土土地地层层中中开开挖
16、挖基基坑坑或或其其他他地地下下工工程程中中，可可用用此此法法排排水水降降低低地地下水位。下水位。2、电化学加固、电化学加固 利利用用电电渗渗进进行行注注（灌灌）浆浆加加固固地地基基，改改良良软软粘粘土的工程性质。注浆有单液和双液法。土的工程性质。注浆有单液和双液法。中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享The End中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多
17、媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-1几种主要键力的作用范围几种主要键力的作用范围中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-2四四面面体体片片与与八八面面体体片片中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档
18、共享图图2-3高岭石的结晶结构高岭石的结晶结构中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-4蒙脱石的结晶结构蒙脱石的结晶结构中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-5伊利石的结晶结构伊利石的结晶结构中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大
19、 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-6粘粘土土颗颗粒粒表表面面的的带带电电现现象象中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-7双电层示意图双电层示意图中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuw
20、k niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-8相互作用的双电层相互作用的双电层中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-9排排斥斥势势能能曲曲线线中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-10粒间相互作用的净势能曲线粒间相互作用的净势能曲线中中
21、 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-11塑性指数与粘粒含量间的关系塑性指数与粘粒含量间的关系中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-12饱和粘性土典型干缩曲线饱和粘性土典型干缩曲线中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工
22、程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-13反反复复干干湿湿与与最最大大湿湿胀胀含含水水量量的的关关系系中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-14抗剪强度与联结数的关系抗剪强度与联结数的关系中中 国国 人人 民民 解解 放放 军军 理理 工工 大大 学学 工工 程程 兵兵 工工 程程 学学 院院 多多 媒媒 体体 教教 学学 课课 件件 niuwk niuwk 牛牛文库文档共享牛牛文库文档共享图图2-15固固结结 压压 力力 与与含含 水水 量量、抗抗 剪剪 强强 度度、联联结结数数之之间间的的关关系系