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1、模块二 土方工程施工 单元一 土的组成与分类之土的形成与组成教案首页学习领域：建筑根底工程施工总课时：82知识点：土的形成与组成学时：教学目标知识目标：1.土的定义、形成。2.土的组成4.能力目标：1.土的组成分析，推断工程土的“好坏。2.3. 素养目标：1.土形成不易，珍惜宝贵土地资源和有限的适宜的建设场地。2.土组成不同，性质不同，对土有清晰认识，防止出现工程事故。3.雾霾天工地停工，尤其土方工程，为何？ 教学内容1.土的定义、分类。2.组成。3.对场地土的全然推断。教学方法讲授法：土的定义、组成。行动导向法：让学生亲自动手推断土的简单分类，培养对土的全然特征的认识。试验方法推断土的组成。
2、教学手段教材；课件；教具模型；勘察讲演；专业网站；参考书知识能力要求学生知识与能力预备：生活中土的全然知识；颗粒大小搭配的概念；教师知识与能力要求：工程地质全然知识；颗粒级配试验能力，比重瓶法测比重。考核与评价评价内容：土的组成概念。评价方式：网上答题；课堂表现；讨论土方工程对雾霾阻碍情况。第一局部 土的形成地壳表层的岩石长期受自然界的风化作用，使大块岩体一直地破裂与发生成分变革，再经搬运、沉积而成为大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体-土。第二局部 土的组成土是固体的矿物颗粒固相、水液相和气体气相所组成的三相系。固体颗粒构成了土的骨架，土粒间具有孔隙，在孔隙中充填着空气和水。土中的空气特
3、别容易被压缩，水也可从土中流出或流进。因此，这三相的相对比例会随时间和荷载而变革。由于各种土的矿物成分、颗粒大小不同，形成环境的差异，土的三相比例关系也大不相同。这就反映出土的松密、轻重、干湿、软硬等一系列全然物理性质。一土的固体颗粒固相：岩石经风化作用形成大小不同的固体颗粒。它的矿物成分，颗粒大小，形状与级配是阻碍土的物理性质的重要因素。一土的颗粒级配：1粒组：自然界中的土粒，大小悬殊、性质各异，直径变革幅度特别大，从数米的漂石到万分之几毫米的胶粒，为了研究土中各种大小土粒的相对含量及其与土的工程地质性质的关系，工程中将地质性质相似的土粒归并成组，按其粒径的大小分为假设干组别，这种组别称粒组
4、。目前士的粒组划分方案并不完全一致，我国尺度中把土粒依据粒径的大小划分为六大组。即分为：漂石块石、卵石碎石，圆砾角砾，砂粒，粉粒及粘粒共六组。见下表11：士粒粒组的划分 表11粒 组 名 称粒径范围mm一般特征漂 石 或 块 石 颗 粒>200透水性特别大,无粘性,无毛细水卵 石 或 碎 石 颗 粒200-20圆 砾 或 角 砾 颗 粒粗中细20-1010-55-2透水性大,无粘性,毛细水上升高度不超过粒径大小砂 粒粗中细2-0.5易透水,无粘性,遇水不膨胀，枯燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大粉 粒透水性小,湿时略微有粘性,遇水膨胀小，干时略微有收缩，毛细水上升高度较大较快
5、，极易出现冻涨现象粘 粒<0.005透水性特别小,湿时有粘性,遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度大，速度较慢从表中可见：粒径越小，与水的作用越强烈，粒径，透水性大，压缩性小，与水几乎没有反响。而当粒径小于0.005mm时，几乎不透水，压缩性大，遇水出现粘性，可塑性，胀缩性等等。这是粗粒径所不具备的。2.颗粒级配(也称为粒径级配)：工程上常以土中各个粒组的相对含量即各粒组占土粒总重的百分数表现土中颗粒的组成情况，这种相对含量称为颗粒级配。颗粒分析试验：确定各粒组相对含量的方法称为颗粒分析试验。工程上，用颗粒分析试验测定土的颗粒级配。包括筛分法和比重计法。对粒径大于0.075mm的粗粒
6、土采用筛分法确定。具体做法是：将土样风干分散之后，取具代表性的土样。倒入一套依孔径大小排列的尺度筛如孔径2、1、0.5、0.25及0.075等经振摇后，分别称出留在各筛内的土的质量，就可求得各粒组相对含量各粒组占总质量的百分比，填入表中，供分析之用。粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒难以筛分，采用比重计法。它适用于粒径小于0.075mm的试样质量占总质量的10%以上的土。一般能够依据土粒在水中勻速下沉时的速度与粒径的理论关系，把颗粒按其在水中的下沉速度进行粗细分组。在实验室，利用比重计测定不同时间土粒和水混合悬液的密度，据此计算某一粒径土粒占总土粒质量的百分数。3.颗粒级配曲线及其作用：为了直
7、观、方便，可把粒径分析试验的结果在半对数坐标上绘制一条曲线，称为颗粒级配曲线。该曲线纵坐标表现小于某粒径的土粒的百分含量。横坐标表现粒径mm。之因此采用对数横坐标，是因为粒径相差太悬殊，不便表现，但对数那么不同，粒径相差10倍，其对数值相差一个单位log100-log10=log10-log1=log1-log0.1=1,，便于表现。颗粒级配曲线的具体画法如下：如试样颗粒在三个段，每段相等。在各段再细分。比喻在10-1段中，d=2的点确实是log2的值0.301，表现2的位置在10-1.0这段直线长度的0.301处，同样d=3.0时的点在log=0.477长度处，依次类推，得出各相应点的横坐标
8、的位置，其它各段如法炮制。在半对数坐标上画出试验结果便得出颗粒级配曲线。依据小于某粒径所占的百分数得到具体的点，连接各点便得，如图1-1所示。图1-1土的颗粒粒径级配曲线log2=0.301、log3=0.477、log4=0.602、log5=0.699、log6=0.778、log7=0.845、log8=0.903、log9=0.945结果：小于100的为100%，小于10的占85%，小于2的占60%，小于1的占40%，小于0.1的占14% 。颗粒级配曲线的作用：从曲线的坡度能够大致评价土颗粒的均匀水平。曲线平缓，表现粒径大小相差悬殊、不均匀，级配良好，而曲线陡降，那么表现土粒均匀，级配
9、不行。4.不均匀系数与曲率系数：工程上采用不均匀系数表现土的不均匀水平,即: 11采用曲率系数反映曲线的整体形状， 12：小于某粒径土粒累计质量占总质量的60%所对应的粒径，称之为限定粒径。：小于某粒径的土粒累计质量达10%时的粒径，称为有效粒径。：小于某粒径的土粒累计质量达30%时的粒径。不均匀系数越大，曲线越平缓，土粒大小越不均匀，级配良好，工程上把<5的土看成是均匀的,级配不行。>10的土视为不均匀的,级配良好，而5<ku<10的为中等均匀的。工程上一般认为：砾类土或砂类土同时满足>5同时=13两个条件时，级配良好。关于级配良好的土、粗粒间的孔隙为细粒所充填
10、，土的压密性好，相应的土体强度高、稳定性也好，透水性和压缩性也小，适合于作填方用土及砼的砂石料。二矿物成分：土是岩石风化的产物。因此，土的矿物成分要紧取决于原岩及风化作用。不同的矿物成分对土的性质有不同的阻碍。其中细粒土的矿物成分尤为重要。经物理风化所发生的粗颗粒的成分确实是原来矿物的成分，一般为原生矿物，如石英、云母、长石等，它们的性质稳定，由其组成的土无粘性，透水性大，没有塑性。假设级配好，那么土的密度大，强度高压缩性低。而经化学风化后发生的新矿物与原岩的成分不同，称为次生矿物，要紧是黏土矿物。常见的有：蒙脱石，伊利石和高岭石。它们的联结力是由弱到强，但与水反响的能力那么由强到弱，即蒙脱石
11、与水反响最强最亲水。由次生矿物组成的颗粒极细，性质爽朗，具有特别强的与水作用能力，如土中含黏土矿物越多，土的粘性、塑性及膨缩性也越大。可见，固体颗粒的矿物成分不同，土的性质就不同。二土中水液相土中的水可处于液态，固态和气态。一局部以结晶水的形式紧紧吸附于固体颗粒的晶格内，另外还存在结合水与自由水两种形态。当土中的温度在零度以下时，土中水结冻成冰，形成冻土，这使土的强度提高，但冻土融化后，强度急剧降低。而气态水对土的性质阻碍特别小。土中的液态水对土的性质阻碍特别大，可使土发生粘性，塑性及膨缩性等一系列变革。尤其是对细粒多的土，水的阻碍尤为严峻。 (一)结合水：结合水是指土粒外表由电分子引力吸附于
12、土粒外表成薄膜状的水。距离土粒外表越近，静电引力越强，活动性越小，从而形成相对固定层。而距离稍远，引力减小，水分子活动性增强。从而形成相对扩散层分子热运动力的阻碍布朗运动。按静电力的大小，以及离颗粒外表远近，结合水又分为强结合水与弱结合水。图11 结合水示意图1.强结合水：紧靠土粒外表的结合水称为强结合水。即：由电分子引力吸附在紧靠土粒外表的一层固体水层称为强结合水。它几乎具有固体的性质。对土的工程性质阻碍特别小。其吸附力可高达几千个大气压，可见，结合水与土粒间的联结力是相当的牢固。强结合水不传递静水压力，没有溶解盐类的能力，具有极大的粘滞性，弹性和抗剪强度。其密度高达3r=12-24KN/m
13、3特别少受温度阻碍，冰点远低于零度，只有在105度时才华蒸发。粘土仅含强结合水时出现为固态，砂石中含有强结合水特别少。2.弱结合水：位于强结合水外围的一层水膜称为弱结合水。相当于扩散水层，强结合水以外，电场作用范围以内的水也称为薄膜水。受颗粒外表电荷所吸引成定向排列于颗粒周围，电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱，呈粘滞状态，属粘滞水膜，它仍不能传递静水压力，但较厚的水膜可向较薄处转移，即从一个土粒的周围转移到另一个土粒的周围，直到平衡为止。水膜能发生变形，但不因重力作用而流淌。由于弱结合水的存在，使粘性土在一定含水量范围内表现出塑性，抗剪强度降低。弱结合水离土粒外表越远，吸附力越小，弱结合水逐
14、渐过度到自由水。二自由水：在土粒电场阻碍范围以外的水称为自由水。它与一般水性质相同。可传递静水压力，具溶解能力。冰点0度。自由水按其移动时所受的力不同分为重力水与毛细水两种：1.重力水：重力水是指在土的孔隙中，受重力作用能自由流淌的水。它存在于地下水位以下的透水土层中。它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对所流经的土体施加动水压力。对土以及结构物水下局部发生浮力作用。重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修建地下构筑物时所应采用的排水，防水措施均有特别大的阻碍，在工程中及土力学计算中必须考虑其阻碍。重力水的存在，使土的压缩性提高，抗剪强度降低。2.毛细水：毛细水是受到水与空气交界面处外表
15、张力作用沿毛细孔隙上升的自由水。毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。土体内部间相互贯穿的孔隙，能够看成是许多形状不一、直径各异、彼此流通的毛细管。由于水和空气分界面处弯液面上发生的外表张力作用，土中左右水从地下水位通过毛细管逐渐上升，形成毛细水，上升高度如图，因此毛细水不仅受重力而且还受到外表张力的阻碍，上升高度和速度取决于土的孔隙大小和形状、颗粒尺寸和水的外表张力等。可通过实验或经验公式确定。由于外表张力作用，地下水沿不规那么的毛细孔上升时，形成毛细水上升带。其上升高度视孔隙大小而定。毛细水要紧存在于直径为0.002-0.5mm的孔隙中，一般大于2mm的颗粒，孔隙较大，无毛细现象。极细小的
16、孔隙，土粒周围可能为结合水充填，也无毛细现象。毛细水要紧存在于直径为0.002-0.5mm的孔隙中，一般砂土、粉土及粉质粘土中毛细水含量较大。毛细水上升会引起沼泽化、盐渍化，而且会使地基浸湿，引起强度降低，变形量增大，因此，建筑工程中要注意防潮，在严寒地区，毛细现象还会加剧冻涨作用，因而在还应该注意防冻。在土中由毛细管作用上升的水柱 的重力经弯液面传递，最后悬挂在土粒骨架上到达平衡。以大气压力作为基准面，水对骨架发生的压力服从静水压力分布，从增大到零。即毛细管压力称负孔隙水压力孔隙水吸水，使无粘性土表现出一定的粘聚力。这种由毛细管压力所造成的无粘性土粒间的联结力，称为假粘聚力或毛细内聚力毛细水
17、上升的高度视土粒大小而异：粘性土孔隙小，毛细水上升高度大，有的可高达5-6m，而沙土因孔隙大，上升高度在2m以内，粒径大于2mm的土粒中无毛细现象。三、土中气气相：土中气存在于孔隙中未被水所占据的部位，在粗土粒中与大气相通的气体称为自由气体。在受力时能特别快排出。它对土的性质阻碍不大。而在细粒土中常存在着与大气隔绝的封闭气泡，在受力时气泡被压缩，但除去外力那么气泡就会在膨胀，因此土中气泡使土的弹性增加，延长土体受力后到达稳定的历时，而且透水性减小，因此封闭气体对土的性质阻碍较大。关于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解作用，在土中积蓄了某种可燃气体如甲烷等，使土层在自重作用下长期得不到压密，从而形成高压缩性土层。