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350 五行之土 3
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物质成分折叠

一般包括粒度成分、矿物成分和液相成分。?

1粒度成分。土粒按粒径大小及其性质的近似性归并成粒组,用各粒组占总土重的百分数表示土的粒度成分。粒度分析结果用累积曲线图和分布曲线(柱状)图(图1、)表示。据累积曲线可图解出d10、 d0、d50、d60等特征粒径值。d10为有效粒径,累积百分含量为10%的粒径,是土的有代表性的粒径,常用于计算潜蚀、透水性和毛细管性的经验公式中;d50为平均粒径,指累积含量为50%的粒径;d0、d60为限制粒径,指累积含量分别为0%和60%的粒径。此外,不均匀系数cu=d60/d10和曲率系数 也是表示粒度成分的定量指标。分布曲线图中具有一个较窄的峰者,称单分散土;具有两个峰者,称双分散土;峰多而平缓者,称多分散土。矿物成分。土中的粗碎屑颗粒多由石英、长石、云母等原生矿物组成。原生矿物经风化,可溶物被溶蚀后形成不溶于水的次生矿物。其颗粒很细小(小于0.001毫米),是构成粘土的主要成分,故称粘土矿物。主要代表性粘土矿物是高岭石、蒙脱石和伊利石。它们的比表面积大、阳离子交换吸附能力强,是控制粘性土产生塑性、膨胀性、收缩性等特殊性质的主要因素。?

液相成分。土中的液相成分通常不全是自由水。根据水分子的活动性可分为毛细管水、结合水、结构水等类型。结合水是土粒与水发生复杂物理-化学作用的产物。土粒表面常分布有具游离电价的原子或离子,它们能吸引极性水分子形成水化膜。在水化膜中直接与土粒相接触,并牢固被吸引的水称吸附结合水(强结合水)。远离颗粒表面的水构成浓差渗透吸附结合水(弱结合水)。结合水形成的形式如图 。强、弱结合水构成土粒表面双电层的反离子层。其中弱结合水大体相当于扩散层。结合水的发育是决定粘性土工程性质的主要因素。土中存在一定数量的可溶盐(nacl、naso4、cacl)。土中的水是水溶液。粘土胶粒从介质水溶液中吸附和交换分子、离子的能力称土的吸附能力。吸附有物理吸附(无极性吸附)和物理-化学吸附(极性吸附)。后者对土的工程性质的形成和演化有重要影响。在自然条件下,土粒表面荷负电,故阳离子吸附最普遍。吸附阳离子可与其他阳离子按化学当量进行离子交换。 100克干土能吸附阳离子的最大量称交换容量,以毫克当量表示。粘土胶体通常呈两性胶体,在等电点以下荷正电,将吸附交换阴离子(cl、po婯等)。在富含铝及水铝英石的粘土中常见此种情况。

结构特征折叠

土的结构是土的存在形式,是土中矿物颗粒的相互关系。土的结构特征除土颗粒的大小、形状、表面特性及粒度级配特征外。还包括颗粒间的排列与集合关系,孔隙的大小,颗粒间联结的特点等。?

土的结构类型有下列几种:1散粒结构,为粗粒土所特有。其特点是土粒大、比表面积小、粒间无结构联结,只靠重力相互堆砌而成。按排列程度又可分为疏松与致密两种。经洪水快速搬运堆积的砂土易于形成疏松结构。其特点是孔隙度高,经动荷载作用后易产生压密变形。海岸带磨圆度好的砂多具致密结构。其特点是孔隙度低,经动、静荷载作用均不易产生重大变形。团聚结构,为粘性土特有。其特点是粘土粒子很少单独存在,而是彼此结合成团聚体。按粒度和团聚体排列的形式此类结构又可分为蜂窝状、骨架状、基质状、紊流状、层流状、畴状、伪球状和海绵状等8种类型(图4)。前 5种为沉积粘土的典型结构,后种则为残积或热液成因粘土的典型结构。蜂窝状结构是静水环境中新近沉积粘土的典型结构。它的特点是孔隙度大(60~90%)。湿度高(55~00%),强度低,压缩性强和各向同性。骨架状结构比蜂窝状结构密实,富含粉粒(40~60%),且多处于粘粒包裹之中,具触变性。基质状结构以粘粒团聚体为基底,粉砂粒镶嵌其中,具弱、中等压密性,是冲积土的典型结构。紊流状结构系蜂窝状结构或基质状结构经成岩压密形成的,具明显各向异性,各向异性剪切系数达.5。在已固结的海积粘土中常见层流状结构,淡水湖相粘土经后生成岩压密,亦可有这种结构。它比紊流状结构的定向程度更高。畴状结构是残积高岭土的典型结构,与长石风化密切相关,在花岗岩风化土中最常见。伪球状和海绵状结构是热液成因粘土的代表结构。物态特征折叠

由于土的各物质组成之间的比例和排列不同而表现出的土的轻重、干湿和松密等自然属性。表征土的物态特征的指标如下:1土粒密度,土中固体颗粒的质量与其体积之比,即土粒的单位体积的质量;天然密度。天然状态下,土的总质量与总体积之比;干密度,土的孔隙中完全没有水时。土的单位体积的质量;4含水率,土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比。常以百分数表示;5孔隙率:土的孔隙体积与土的总体积之比,常以百分率表示;6孔隙比。土的孔隙体积与土粒体积之比,常用小数表示;7饱和度,土的孔隙中水的充填度,即土中水的体积与孔隙体积的百分比值。

土的分类折叠

地壳上的土,种类繁多,为便于研究与实际应用,可按土的工程性质近似地归类,粒度组成一直是土的分类的基本依据。世界上几个国家的土的粒组界限值见表。

按粒度,土首先分为颗粒直径大于0.074毫米者占 50%以上的粗粒土和颗粒直径小于0.074毫米者占50%以上的细粒土,粗粒土再细分的标准仍是粒度组成,颗粒直径大于 毫米者占50%以上的为砾石类土,否则为砂类土。但细粒土的性质与粒度的关系不如其与水的关系密切,故世界各国普遍采用塑性指标作为划分细粒土的标准。分类方法是将实际测得的塑性指标值点在塑性图上,据其位置归类。此外,还有以地质成因或矿物成分为划分标准的分类法。

水理性质折叠

土的水理性质一般指的是粘性土的液限、塑限(由实验室测得)及由这两个指标计算得来的液性指数和塑性指数。这几个指标也是工程中必需提供的。对于饱和粘性土还有灵敏度和触变性。?

粘性土由于含水量的不同,分为固态、可塑状态和流动状态,这即是粘性土的稠度状态。各稠度状态间的临界含水量称界限含水量,界限含水量随粘粒含量和矿物成份的不同变化较大,也反映出工程地质性质的显著差别。因此界限含水量及界限含水量与天然含水量的关系,即塑性指数和液性指数,往往作为土的分类和确定地基承载力的重要参数。?

天然状态下的粘性土具有一定的结构。当受到外来因素的扰动时,土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏,土的强度降低和压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响,一般用灵敏度来反映。(未完待续。。)(未完待续)

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