土質(zhì)土力學(xué)土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)-資料下載頁

　　

【正文】 的凝聚 。 干燥凝聚 則是土中水分蒸發(fā)導(dǎo)致介質(zhì)中離子濃度提高 ，使擴(kuò)散層變薄引起 。 ? 凝聚作用的結(jié)果使黏粒一般以集聚體的形式存在 ， 降低了土的分散程度 。 ? 凝聚作用可使黏性土的強(qiáng)度提高 ， 壓縮性降低 ， 從而改良了土的工程性質(zhì) 。 濱海相黏土的形成就是凝聚作用的結(jié)果 。 ? 分散作用與凝聚作用正相反 。 ? 對分子作用凝聚的必須加大擴(kuò)散層的厚度以增大離子靜電引力及水化膜楔入壓力使顆粒分散 。 干燥凝聚的集聚體只要增加水分就可降低介質(zhì)離子濃度 ， 使擴(kuò)散層厚度變厚 ， 顆粒分散 。 ? 電解質(zhì)凝聚的集聚體通過離子交換使擴(kuò)散層變厚 ，土粒分散 。 對于靜電凝聚的集聚體可通過改變土的 PH值或用含高價陰離子團(tuán)的無機(jī)鹽類做分散劑以改變斷口的雙電層性質(zhì) ， 使其斷口的雙電層與基面雙電層性質(zhì)一致而相斥 ， 導(dǎo)致顆粒分離 。 ? 分散作用在工程上也有一定的用途 ， 例如配臵鉆探所用的泥漿 、 粒度分析中的靜水沉降法等都要利用分散作用的原理 。 ? 5）觸變與陳化 ? （ 1）觸變 ? 當(dāng)黏粒發(fā)生凝聚，如果受到震動、攪拌、超聲波、電流等外力作用時，往往會產(chǎn)生液化或由凝聚狀態(tài)過渡到溶膠或懸液狀態(tài)；當(dāng)這些外力消失后，又重新凝結(jié)，這種現(xiàn)象稱為觸變 。 ? 含水量高、結(jié)構(gòu)分散的黏性土常具有觸變特性。當(dāng)在振動荷載作用下（如地震、車輛運(yùn)行、機(jī)械震動、爆破等），土的結(jié)構(gòu)遭受破壞，土的強(qiáng)度突然消失而液化；當(dāng)動力停止后，又能恢復(fù)原有的強(qiáng)度。從液化到重新凝聚的時間稱為觸變期，是衡量土的觸變性的指標(biāo)。觸變期越小的土觸變性越大。 ? 土的觸變是由于黏粒間的結(jié)合水在震動力的作用下部分轉(zhuǎn)化為自由水，使土的結(jié)構(gòu)破壞，顆粒間失去連接。一般土中黏粒含量高，黏土礦物親水性大，含水量大時，容易觸變。所以，石英顆粒構(gòu)成的土不具有觸變性。 ? 土的觸變可引起地面沉降、斜坡滑動，嚴(yán)重威脅建筑物的安全。在工程中可以利用觸變來提高鉆探及打樁的施工效率，或利用觸變壓密提高樁的承載力。 ? （ 2）陳化 ? 有觸變性的土，經(jīng)過一定時間后會失去原有的觸變性，這種性質(zhì)稱為 陳化 。 ? 導(dǎo)致陳化的原因很多，如黏粒結(jié)晶生長、土的分散性降低等使顆粒變粗大，親水性降低；脫水而體積縮小，使黏性土的膠體體系發(fā)生變化；等等。 2 土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu) 土的基本特性 土的粒度成分 土的礦物成分 土的化學(xué)成分 土中的水和氣 土與水的相互作用 土的結(jié)構(gòu)和土體結(jié)構(gòu) 土的結(jié)構(gòu)和土體結(jié)構(gòu)的概念 ? 1)土的結(jié)構(gòu) ? 是指土顆粒本身的特點(diǎn)（包括土顆粒的大小、形狀、磨圓度、表面特征即粗糙度）、土粒間的相互關(guān)系（包括顆粒排列關(guān)系及連接特征）和孔隙特征的總稱。 ? 土的結(jié)構(gòu)主要是 土的微觀特征 。土的粒度成分是土的重要結(jié)構(gòu)指標(biāo)，反映了土粒的大小及其含量。顆粒的大小和形狀及表面特征不同，形成的結(jié)構(gòu)類型不一，土的工程性質(zhì)也不同。 ? 2)土體結(jié)構(gòu) —— 又稱土的構(gòu)造 ? 是指整個土體構(gòu)成上的不均勻特征的綜合，包括土體形成的層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊等，以及后期改造過程中產(chǎn)生的節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面在土體內(nèi)的排列、組合特征。也就是指土層的組合和被節(jié)理、裂隙等切割后形成的土塊在土體內(nèi)的排列、組合方式。土中的層面或結(jié)構(gòu)面是土體單元體 (土體基本組成單位 )的分界面。 ? 土體結(jié)構(gòu)是 土的宏觀結(jié)構(gòu)特征 。 土的結(jié)構(gòu)連接 ? 1)土的結(jié)構(gòu)連接的概念 ? 組成土的顆粒之間的連結(jié)、組合關(guān)系通常稱為 結(jié)構(gòu)連結(jié) ，簡稱連結(jié)。是土的重要結(jié)構(gòu)特征，決定著土的性質(zhì)。它直接決定著土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性等物理力學(xué)性質(zhì)。 ? 2)土的結(jié)構(gòu)連接的類型 ? （ 1）按照土中連結(jié)物質(zhì)的不同，可將土的結(jié)構(gòu)連結(jié)分為： ? 結(jié)合水連結(jié)（水膠連結(jié)） —— 通過公共水化膜將顆粒連結(jié)在一起。 ? 毛細(xì)水連結(jié)（水連結(jié)） —— 土顆粒通過毛細(xì)孔隙中的毛細(xì)壓力作用連結(jié)在一起。 ? 膠結(jié)連結(jié) —— 土粒由某些膠結(jié)物質(zhì)（鹽類的結(jié)晶）膠結(jié)起來形成的連結(jié)。 ? 冰連結(jié) —— 孔隙中的水結(jié)成冰而將土粒連結(jié)在一起。是一種暫時性的連結(jié)，融化后失去。 ? 無連結(jié) —— 粗砂土及礫類土等粗粒土，顆粒之間無任何連結(jié)力，處于完全松散狀態(tài)。 ? （ 2）按連結(jié)力的性質(zhì)分為： ? 化學(xué)連結(jié) ? 靜電連結(jié) ? 離子 — 靜電連結(jié) ? 毛細(xì)力連結(jié)、分子連結(jié) ? 磁性連結(jié)；等 ? 上述連接劃分涉及連結(jié)的本質(zhì)。 土的結(jié)構(gòu)類型 ? 1)單粒結(jié)構(gòu) ? （ 1）單粒結(jié)構(gòu)及其基本特征 ?巨粒土和粗粒土通常具有單一顆粒相互堆砌在一起的 單粒結(jié)構(gòu) 。 ?單粒結(jié)構(gòu)是土顆粒在水中或空氣中由于重力作用堆積而形成，顆粒粗大，顆粒間的分子引力很小，粒間幾乎沒有連結(jié)或連結(jié)很微弱（毛細(xì)力連接），故又稱為 散粒結(jié)構(gòu) 。 ?單粒結(jié)構(gòu)是巨粒類土和粗粒類土的基本結(jié)構(gòu)形式。 ?在沉積過程中，只能在重力作用下一個一個沉積下來，每個顆粒受到周圍顆粒的支撐，相互接觸堆積，因此，顆粒間孔隙一般小于組成土骨架的基本土粒。 ? （ 2）不同沉積及后期變化條件下土的結(jié)構(gòu)特征 ?單粒結(jié)構(gòu)對土的工程性質(zhì)的影響主要在于其松密程度。因此，根據(jù)顆粒排列的緊密程度不同，可將單粒結(jié)構(gòu)分為松散結(jié)構(gòu)和緊密結(jié)構(gòu)： ?土粒堆積的松散程度取決于沉積條件和后來的變化作用。快速堆積的土松散，緩慢堆積的土密實(shí)；形成后由于重力壓實(shí)而逐漸密實(shí)。 ? （ 3） 單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì) ?具有單粒結(jié)構(gòu)的土 ， 空隙度 和 空隙比 比較小 ， 但孔隙較大 ， 透水性較強(qiáng)；土粒間一般沒有粘聚力 ， 但土粒相互依靠支撐 ， 內(nèi)摩擦力較大；受壓力時土體積變化較小 ， 同時由于有較強(qiáng)的透水性 ， 孔隙水易排出 ， 在荷載作用下壓密過程很快 。 因此 ， 即使原來比較疏松 ， 當(dāng)建筑物封頂時 ， 地基土的沉降也基本結(jié)束 。所以 ， 對于具有單粒結(jié)構(gòu)的土 ， 一般情況下可以完全不必?fù)?dān)心它的強(qiáng)度和變形問題 。 ? 2)集合體結(jié)構(gòu) ? （ 1）集合體結(jié)構(gòu)的概念 ?集合體結(jié)構(gòu) 又稱為 團(tuán)聚結(jié)構(gòu) 或 絮凝結(jié)構(gòu) ，是黏性土所具有的結(jié)構(gòu)。 ?黏粒細(xì)小，表面能大，顆粒帶電，沉積過程中粒間引力大于重力，并形成結(jié)合水膜連結(jié)，使之不能在水中以單個顆粒沉積下來，而是凝聚成較復(fù)雜的集合體（凝聚體）進(jìn)行沉積。這些黏粒集合體呈團(tuán)狀，常成為團(tuán)聚體，是構(gòu)成黏性土結(jié)構(gòu)的基本單元。 ?是聚集作用的結(jié)果。 ? （ 2）集合體結(jié)構(gòu)的類型 ?根據(jù)其顆粒組成、連結(jié)特點(diǎn)及性狀的差異性，可分為均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)和非均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，前者又分為蜂窩狀結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)： ? 蜂窩狀結(jié)構(gòu) 是由較粗的黏粒和粉粒的單個顆粒（粒徑~）之間以面 — 點(diǎn)、邊 — 點(diǎn)或邊 — 邊受異性靜電引力和分子引力相連結(jié)組合而成的疏松多孔的結(jié)構(gòu)。也稱聚粒結(jié)構(gòu)。 ? 絮狀結(jié)構(gòu) 是由更小的黏粒（粒徑）連接形成的，是在上述蜂窩狀結(jié)構(gòu)的若干聚粒之間以面 — 邊或邊 — 邊連接組合而成的更松散、孔隙體積更大的結(jié)構(gòu)。也稱為聚粒絮凝結(jié)構(gòu)或二級蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 ? 非均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu) 是由粉粒與砂粒之間充填于黏粒團(tuán)聚體之間所形成的結(jié)構(gòu)。 ?（ 3） 具有集合體結(jié)構(gòu)的土的特征： ?a）孔隙度很大（可達(dá) 50%~98%），而單個孔隙很小，特別是絮狀結(jié)構(gòu)的孔隙更小、孔隙度更大。因此，土的壓縮性很大； ?b）含水量很高，往往超過 50%，而且以結(jié)合水為主，排水困難，所以壓縮過程緩慢； ?c） 具有大的易變性 —— 不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為對外界條件的改變敏感，即具有觸變性。 土體結(jié)構(gòu) ? 1)土體結(jié)構(gòu)的類型 ? 土體結(jié)構(gòu)可分為 原生結(jié)構(gòu) 和 次生結(jié)構(gòu) 兩大類 。 ?原生結(jié)構(gòu) 是土體在形成過程中產(chǎn)生的 ，如流水作用形成的土體具有不同類型的層理； ?次生結(jié)構(gòu) 是土體形成后受到內(nèi)外動力地質(zhì)作用經(jīng)過改造而產(chǎn)生的 ， 主要為節(jié)理 、裂隙等不連續(xù)面對土體的切割 ， 破壞了土體的完整性 。 ? 2)土體結(jié)構(gòu)研究意義 ? （ 1） 土體結(jié)構(gòu)特征反映了土體在力學(xué)性質(zhì)和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體各部分的不均勻性 。例如： ?由砂土和黏性土組成的層狀或似層狀土體 ， 其物理力學(xué)性質(zhì)均表現(xiàn)出各向異性特點(diǎn)； ?黃土中的垂直節(jié)理發(fā)育 ， 降低了土的水穩(wěn)性和力學(xué)穩(wěn)定性 ， 特別是在邊坡地帶 ， 沿裂隙容易產(chǎn)生塌方和滑坡現(xiàn)象 。 ? （ 2） 土體結(jié)構(gòu)特性也是決定勘探 、 取樣或原位測試方案布臵和數(shù)量的重要因素之一 。 當(dāng)土體的組成成分和結(jié)構(gòu)沿某一方向變化很小 ， 則布孔少 ，取樣間距可大 ， 否則 ， 要加密布孔或減小取樣間距 。 ? 3)土的原生結(jié)構(gòu) ? （ 1）土的原生結(jié)構(gòu)類型 ?土體結(jié)構(gòu)的最重要的標(biāo)志是層理，是由土的成因所決定的。總體上來說，土的原生結(jié)構(gòu)有三種類型： ? a）流水形成的層理：由于流水作用的類型不同，層理具有不同的結(jié)構(gòu)特征。如河流沖積形成的土體，常含有透鏡體或者土層的尖滅現(xiàn)象，土體無論在橫剖面還是在縱剖面上都布穩(wěn)定，相變較大；由湖、海堆積作用形成的層理比較穩(wěn)定；冰水作用形成的層理也比較穩(wěn)定。 ? b）風(fēng)積形成的均勻結(jié)構(gòu)：層理不顯著，宏觀質(zhì)地均勻。 ? c）殘積、洪積、冰積等形成的土體具有無序狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是粗、細(xì)顆粒混雜，極不均勻。土的工程性質(zhì)也不均勻。評價這種土的工程性質(zhì)時，要考慮尺寸效應(yīng)。由于不同成因土體的形成環(huán)境和條件不同，致使土層的排列與相互組合上表現(xiàn)出各自獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。如殘積土體往往與下部基巖成過渡關(guān)系，沒有明顯的層理分界面；洪積土體由山口至平原區(qū)土體粒度組成，由粗變細(xì)逐漸過渡。 ?（ 2）土的原生結(jié)構(gòu)與工程性質(zhì)關(guān)系 ?土體的原生結(jié)構(gòu)可以用堆積相來描述 ， 層理面是堆積的不連續(xù)面 ，也是土體內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)的薄弱面 ， 是進(jìn)行土力學(xué)分析研究的重要依據(jù) 。 在外力作用下 ， 土體結(jié)構(gòu)的變化可引起土體工程性質(zhì)的變化 。 ? 4)土的次生結(jié)構(gòu) ?（ 1）土的次生結(jié)構(gòu)類型 ?土體的次生結(jié)構(gòu)是土體形成后經(jīng)地質(zhì)作用產(chǎn)生的。 ?由于不連續(xù)面切割了土體，往往形成塊狀、碎裂狀、團(tuán)粒狀、柱狀、割裂狀、片狀等多種結(jié)構(gòu)類型。 ?如黃土中存在大量的塊狀結(jié)構(gòu)和割裂狀結(jié)構(gòu)；成都黏土和下蜀黏土中存在大量的碎裂狀結(jié)構(gòu)類型。 ? （ 2）土的次生結(jié)構(gòu)形成原因 ?形成次生結(jié)構(gòu)的原因有兩種：構(gòu)造應(yīng)力和土體失水收縮，人類活動也能改變土體結(jié)構(gòu)。 ?構(gòu)造作用常常在土體內(nèi)形成斷層、地層傾斜、褶皺、節(jié)理和劈理，尤其是節(jié)理，它控制著土體的穩(wěn)定性。在新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈的地區(qū)和不良地質(zhì)作用盛行的地區(qū)較常見。 ?黏性土由于含水量的減少，土體干燥后，可出現(xiàn)各種裂隙，破壞了土體的完整性，導(dǎo)致土體強(qiáng)度降低，透水性增強(qiáng)，造成土體工程性質(zhì)的各向異性，對土體穩(wěn)定性有極大的影響。 ? 5)土體結(jié)構(gòu)對土體工程性質(zhì)的影響 ?土的原生結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)都是土體物理力學(xué)性質(zhì)的薄弱面；導(dǎo)致土體的不均勻和各向異性；含水；等。