土的三相组成及物性指标换算.doc

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1、一、土的三相组成及物性指标换算：了解：土的形成过程。广泛分布在地壳表面的土,主要特征是分散性、复杂性和易变性。因其组成是由固体颗粒和孔隙及存在于孔隙中的水和气体的分散体系,土颗粒之间没有或只有很弱的联结,因而土的强度低且易变形。由于受不同自然力作用且于不同的环境下沉积,构成土的分布和性质方面的复杂性。又因为土具有分散性,它的性质极易受到外界温度和湿度的变化而发生变化,表现出多变性。土的这些特征无疑都将反映到它的物理、化学和力学性质中。在工程建设中,土往往是作为不同功能的研究对象。如在土层上修建房屋、桥梁、道路、堤坝时,土对路堤、是用来支承建筑物传来的载

2、,这时士是被用作地基土坝等土工构筑物,土则被用作为建筑材料;对于隧道、涵洞及地下建筑物,这时土成为建筑物周围的介质或环境。对于土的不同用途,在测试的内容上亦有所不同。熟悉：（1）、土的三相组成。(一)三种组成物质的基本状况1.固相:土的固相物质分为元机矿物颗粒和有机质,成为土体的骨架。矿物颗粒由原生矿物和次生矿物组成。原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、长石、云母等。原生矿物经化学风化作用后发生化学变化而形成新的次生矿物,如三氧化二铁、三氧化二铝、次生二氧化硅、粘土矿物及盐类等。次生矿物按其与水相互作用的程度,可分为可溶于水与不可溶于水的土

3、颗粒。溶于水的按其溶解的难易性,又可分为易溶、中等溶解和难溶的土颗粒。次生矿物的成分和性质比较复杂,对土的工程性质影响较大。土在风化过程中,往往有微生物参与,在土中产生有机质成分。在土中有机质成分分解完善的,称为腐殖质土。若土中有机质成分分解不完善,尚存在有残余物的称为泥炭。有机质成分对土的工程性质产生不利影响,在公路工程中不应采用。2.液相:土的液相是指土孔隙中存在的水。一般把这种水看成与自由水一样,是无色、无味、无嗅的中性液体,其密度等于lg/cm3,容重为9.81KN/m3,在0℃时冻结,在100℃时沸腾。但实质上,土中水是成分复杂的电解水溶液,

4、它与土粒间有着复杂的相互作用。(1)气态水:土孔隙的空气中任何时候都存在有水汽,它与空气形成气态混合物。在大多数情况下,土中空气被水汽饱和达100%,这时土中水汽的含量约为0.001%。只有当土中水含量达最大吸湿量(即士中含强结合水)时,土中空气的湿度才低于100%温度增高时,土内空气中水汽压力随之增大;温度降低导致空气被水汽饱和水汽凝结。水汽不断地在土中形成,不断地从这一部分土层进入另一部分土层,并以凝结或吸附方式,不断地转变为其他形态的水。负温引起气态水特别强烈和快速地凝结与冻结成冰。在大气压力、温度、湿度变化的影响下,气态水被迫随着土中空气在土中

5、移动,或者由于水汽压力梯度的存在,以扩散的方式积极地移动。水分以气态运动时,盐类自然不迁移。但是气态水形成过程经常伴随着原先存在于水溶液中的物质在蒸发层中积累。在干旱和半干旱地区,由于这种积累发生盐胀,往往会使公路路面遭到破坏。(2)液态水:可分为存在于矿物颗粒内部的水一一化学结构水和化学结晶水,及存在矿物颗粒表面的水一一结合水和自由水(包括毛细水和重力水)。化学结构水是以H+、OH-离子的形式存在于次生粘土矿物结晶格的组成中,这种水只有在165~175℃温度作用下才能被释放,对某些矿物如氢氧化铝、氢氧化硅之类,甚至要高达500℃以上时才能被释放出来。

6、化学结晶水是以H20水分子存在的形式较大数量的结晶水。含不同盐类的盐渍士,化学结晶水可在不同的温度下被分离出,石膏在60~65℃时,化学结晶水即开始逸出.结合水:已经为实验证明,高度分散的土颗粒和有机质颗粒对水的关系来说,主要是负电荷,如图4-1中所示。水分子极易牢固地被土颗粒表面吸附,形成水的定向偶极体的水膜。紧靠土颗粒的表面,被吸附水分子定向排列程度和固着强度最大,随着远离颗粒表面的程度,此种定向排列程度和固着强度则逐渐减弱。根据被吸附的程度可分为两种形态的结合水:强结合水和弱结合水.强结合水:土在风干状态下,都含有一定数量的强结合水,这种水是处于

7、干燥的土颗粒吸附土孔隙气体中的水汽形成。它受到约1万~2万个大气压的力,被吸附于土表面,它的密度达到1.5~1.86cm3.强结合水只有转变为气态,才能够移动。这种转变依赖于温度和湿度的变化,仅在105~110℃时才可完全被释放。没有溶解能力不能使盐类迁移。强结合水以若干分子层组成的薄膜包裹着土粒,因而减小了土孔隙的容积。强结合水的含量决定于土的矿物成分和粒度成分,对颗粒愈细、比表面积愈大,含粘土矿物和腐殖质的土中,强结合水含量则高.弱结合水:在强结合水外一定范围内的水分子,还要受到大约1~10个大气压的力,被吸附在土粒表面。弱结合水处于一种粘滞一液体

8、形态,密度大于1g/cm3。它能够由水膜厚处向水膜薄处移动,但移动的速度特别小。它具有溶解和移