土的物质组成及土水相互作用.ppt

(1)毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛管现象是毛细管壁对水的吸力和水的表面张力共同作用的结果。 毛细水是受毛细管作用控制的水，可以把土的孔隙看作是连续变截面的毛细管，毛细管放在水中，管中的水位会上升到自由水位以上的一定高度，毛管直径愈细上升高度愈高。在常温下毛细上升高度hc与毛管半径r有以下关系： 当r=0.1?m时，hc=150mm，这与砂土(粒径为0.5~l mm)中的情况大致相当。粘土的孔隙直径约为0.1?m，按上式计算毛细上升高度将达150m？ * ? = 湿润角 ? 空气 固体 水 ?l T = 界面张力 d = 毛管直径 T d=2r ua-uw ua-uw = 压力差 毛 细 管 hc * 土中毛细现象 上升高度: πr2hcγw=2πrTcosα 分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管 毛细升高与孔径成反比 粘土 粉土 砂土 砾石 分析对象: 水柱 (2)重力水 重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下水。它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影响。 (3)固态水 固态水即冰，温度降到0℃以下时，孔隙中的水会凝结成冰。水结冰后体积膨胀，同时由于水分迁移和补给，在土层中会形成冰层或透镜体。固态水在土中起着暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。但温度升高后，冰层解冻为液态水，使土的强度急剧降低，压缩性增大，土的性质显著恶化，如处于地下水以上的某些公路路面在开春后的翻浆现象就是一例。 冻土 三、土的气相 土中的气体主要是空气和水气。土中气体按其所处的状态和结构特点可分以下几种类型：吸附于土颗粒表面的气体、溶解于水中的气体、四周为颗粒和水所封闭的气体以及自由气体。 通常认为自由气体与大气连通，对土的性质无大影响；密闭气体的体积与压力有关，压力增加，则体积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流通道，减小上的渗透性。 内容回顾 碎散性 三相性 天然性 力学特性复杂 变形特性 强度特性 渗透特性 二、土的结构与构造 土的结构:指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们之间的连接特征(微观结构)。 土的构造:指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征亦称宏观结构。 土的结构对土的工程性质影响很大，特别是粘性土，如某些灵敏性钻土在原状结构时具有一定的强度，当结构扰动或重塑时，强度就降低很多，甚至不能再成型。 土的常见结构类型 单粒结构：组成砂、砾等粗粒土的基本结构类型，颗粒较粗大，比表面积小，颗粒之间是点接触，几乎没有连结，粒间相互作用的影响较之重力作用的影响可忽略不计，是重力场作用下堆积而成的。 单粒结构土的工程性质，除与密实程度有关外，还与颗粒大小、级配、土粒的表面形状及矿物成分类型有关。 土的常见结构类型 片架结构：粘粒在絮凝状态下形成的，亦称絮凝结构。其特点是粘土片以边－面或边－边连结为主，颗粒呈随机排列，性质较均匀，但孔隙较大．对扰动比较敏感。具有触变性的土多后于此类结构。 片堆结构：粘粒是在分散状态下沉积而形成的，亦称分散结构。其特点是以面－面连结为主，粘土片呈定向排列，密度较大，具有明显的各向异性的力学性质。 某些饱和粘土在动力荷载作用下，土的结构受到破坏，会失去强度呈溶胶状，在外力停止作用后，重新形成土的结构， 絮凝成土体，强度有所恢复，这种现象称为土的触变。 饱和砂土在动力作用下，会使结构趋于紧密，则将产生超静孔隙水压力，根据有效应力原理，土粒间有效应力降低，当粒间有效应力为零时，砂粒呈悬液状，土体强度丧失，这种现象称为砂土液化。 土的触变和砂土液化 粘性土的灵敏度 土的结构形成后就获得某种强度，且结构强度随时间而增长。在含水量不变化的条件下，将原状土捏碎，重新按原来的密度制备成重塑土样。由于原状结构彻底破坏，重塑土样的强度较之原状土样将有明显的降低。定义原状土样的单轴抗压强度(qu)(或称无侧限抗压强度)与重塑土样的单轴抗压强度(qu)之比为土的灵敏度St，即 St 粘性土分类 St 粘性土分类 1 1～2 2～4 不灵敏 低灵敏 中等灵敏 4－8 8－16 16 灵敏 很灵敏 流动 原状土的无侧限抗压强度 重塑土的无侧限抗压强度 相同含水量、密度 粘性土的灵敏度— St St 1 1-2 2-4 4-8 8-16 16 粘性土 不灵敏 低灵敏 中等灵敏 灵敏 很灵敏 流动 重塑土的强度 原状土的强度 = 原状土的无侧限抗压强度 重塑