工程岩土学

工程岩土学第一章绪论1..工程岩土学是以工程地质观点，研究岩土体的工程地质性质及其在自然和人为因素影响下形成与发展变化的学科。2.岩土是坚硬岩石与松软土的简称，岩石的矿物颗粒间具有牢固的结晶或胶结连结，因而强度高，在外力作用下变形量小；土的颗粒间连结很弱或者无连结，故强度低，易变形。3.工程岩土学的研究对象见P24.工程岩土学的研究目的：工程地质性；防止不良地质现象；降低造价。5.工程岩土学的研究方法：（1）定性研究法：地质学的自然历史分析法；（2）定量研究法：取样进行室内试验或现场原位测试土体（成岩作用，深处，高温高压）岩体岩体（风化，各种外力的搬运，沉积）土体6.土的十大性质：基本性质-------密实性：1）土粒密度2）天然密度3）天然含水量，含水性，孔隙性物理性质-------可塑性、胀缩性、透水性、毛细性力学性质-------压缩性、抗剪性、击实性第二章土的物质组成1.土是岩石圈表层在漫长的地质历史时期里，经受各种复杂的地质作用而形成的地质体。2.土是由多种矿物组成的一个非均质、多相、分散、多孔的系统。3.土具有成层的特征，同一层内的物质组成，物理化学性质基本上是一致的，工程地质性质大体相仿，这就是土层。4.土体是由一定的土体材料组成，具有一定的土体结构，赋存于一定地质环境中的地质体。5.土体的性质除与土材料性质有关外，还与不连续结构面在土体中的排列组合方式有关。6.土是一种物质材料。它通常是由固体颗粒，液体水和气体组成。“土粒”是由许多大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的主体骨架。7.固相土粒是构成土的主体，也是最稳定、变化最小的成分。8.土的粒度成分是指土中各种大小土粒的相对含量。9.这种大小相近，性质相似的组别称为粒组，或称粒级。10.土的分类:(1)碎石土，D2mm，占全重50%(2)砂砾组，0.075D2----1)D2，25%--50%，砾砂2)D0.5，50%,粗砂3)D0.25,50%，中砂4)D0.075,85%,细砂5)D0.05,50%,粉砂(3)粉砂组，0.005---0.075(4)粘粒组，0.002---0.005(5)胶粒组，小于0.00211.组粒的划分依据：(1)工程性质相似；(2)测试技术；(3)符合数学规律；12.各种土的性质：(1)卵砾组，2，透水性大，不容水，无毛细性，无粘性，无粒间连接(2)砂粒组，0.075---2，不容水，具有毛细性，无粒间连接（干）(3)粉砾组，0.005---0.075，无胶体特征，具有一定的连续性，渗水性弱，有部分结合水。(4)粘粒组，0.005，胶体特征：1）粉粒：含部分结合水；2）粘粒：全部结合水。(5)胶粒组，0.002，胶体特征：1）大于0.002，次生原生矿物并存；2）小于0.002，只有原生矿物；透水性小，有可塑性。13.测试技术：1）2mm,肉眼，放大镜；2）0.075---2，筛分法；3）0.005---0.075，静水沉降法；4）0.002---0.005，x射线，电子显微镜。14.土的粒度成分的表示方法（见书P9）15.土的矿物成分为原生矿物，次生矿物与有机质等。16.土中的水：(1)矿物中的结合水：结构水，结晶水，沸石水(2)土孔隙中的水：1）结合水：强结合水，弱结合水（土粒表面）2）非结合水：液态水：重力水，毛细水；气态水，固态水。17.土的粒度成分的表示方法（P9--P11)18.土的矿物：（1）可溶，分类：1）易溶：Nacl；2）中：Cuso4’2H2O；3）难：Caco3；（2）不可溶次生矿物：三大粘土矿物，倍半氧化物，次生SiO2‘nH2O胶体19.土的矿物成分（P15)20.三大粘土矿物的相关性质（P17--P19）21.土中水的相关性质（P22--P26）第三章粘粒与水的相互作用1.分散相由分散程度不同的颗粒组成，通常用比表面积来表示其分散程度。比表面积S就是每克或每立方厘米的分散相具有的总表面积，单位为平方厘米。假设土粒成球状，d为其直径，则：S=6/d影响因素：（1）粒径（粒度成分）d愈大，S愈小，控制大小（2）颗粒形状（矿物成分）（3)粒组特征：1）砂粒、粉粒：长石石英云母2）粘粒：1））粘土矿物：片针杆；2））倍半氧化物：针；3））次生SiO2：细小胶粒。2.粘粒表面电荷的形成：(1)选择性吸附(2)表面分子解离-----边面电荷：1）SiO2，负电，酸性体，与PH无关；2）AlO3，两性，PHie（酸性带正电，碱性带负电）(3)同晶替代-----晶层面带电（永久负电）3.双电层结构图（P22）4.影响粘粒扩散层厚度的因素：（1）土粒的矿物成分与分散程度：颗粒的分散程度愈高，比表面积愈大，对一定量的土来说，扩散层的总体积也愈大。（2)溶液的化学成分：同价离子半径小者，水化离子半径大，水化程度高，在其周围吸附较厚的水分子层，使扩散层较厚，半径大者相反；总电位一定，高价离子取代低价离子会使扩散层变薄。（3）溶液的浓度：当总电位一定时，溶液中反号离子浓度越大，扩散层越薄。（4）溶液的PH：对于粘土矿物其PHie受到硅铝率的影响。5.土中的离子交换：粘粒与水相互作用后，其吸附在其表面的阳离子（或者阴离子）可与溶液中的离子（或者阴离子）进行交换。6.交换容量（CEC)是指在一定条件下，一定量的土中所有土粒的反离子层内具有交换能力的离子总数。规定以PH=6.5、浓度为0.05mol/dm3的Bacl2溶液反复地作用于1kg土上，测得的交换容量称标准交换容量。7.影响离子交换容量的因素就是影响扩散层厚度的因素8.高价离子代替低价离子，扩散层变薄：三价铝离子，二价镁离子含量变多，扩散层变薄；溶液中的阳离子（高价，同价离子半径大）-----交换能力强-----电动电位变小-----扩散层变薄-----离子浓度变大。9.聚沉作用指相邻粘粒在一定条件下形成集合体的作用，粘粒形成集合体的作用有电解质聚沉（浓度发生变化）、相互聚沉、干燥聚沉及冻结聚沉。10.随着距离的减小，排斥位能达最高值Eb，称“能垒”，影响能垒的因素是影响公共扩散层的因素。11.电解质的聚沉值，也就是使分散着的粘粒电动电位降低到发生聚沉的临界值时电解质中反离子的浓度，也即在一定时间内促使粘粒聚沉所需的电解质的最小浓度。反粒子的价数越大-----聚沉值越大-----扩散层变薄-----聚沉-----能垒变小12.电解质聚沉详细见（P38)13.总结性概述：高价（异），同价离子半径大----交换能力大----电动电位变小----扩散层厚度变薄----能垒变小----电解质聚沉值变小----聚沉能力变大（反推成立）第四章土的物理性质1.土粒密度是指土颗粒质量m与其体积v之比，即土体单位体积质量，公式为p=m/v土的密度2.天然密度，即天然状态下土的密度，公式为p=（m（土粒)+m(水）/（v（土）+v（空隙））3.干密度，即土中无水时干土的密度，p=m（固）/v4.饱和密度，土空隙中完全充满水时的密度，p=（m（土粒)+v(孔隙）*p（水））/v土的含水性5.土的含水率，土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，公式为w=m（水）/m（固体颗粒）*100%饱和含水率：w=v（空隙）*p（水）/m（固）6.饱和度来表明土中空隙被水充满的程度，即公式为s=v（水）/v（孔隙）土的孔隙性7.孔隙率是土的孔隙体积与土的总体积之比，n=v（孔隙）/v8.孔隙比是土的孔隙体积与土体总体积之比，e=v（孔隙）/v（土粒)9.孔隙率与孔隙比的关系：n=e/（1+e），孔隙率与孔隙比的大小取决于土的结构状态，其数值越大，表明土体结构越疏松；反之越紧密。10.砂土的相对密实度：D=（e(max)-e）/（e(max)-e(min)），e（max）---土处于最松散状态的最大孔隙比，e（min）---土处于最密实状态的最小孔隙比，e---土的天然孔隙比。当D接近于零时，表明沙土在天然状态下接近最松散状态；当D接近于一时，表明沙土接近于最密实状态。11.影响孔隙性的因素：粒度成分，矿物成分，结构排列，土层埋藏条件，沉淀历史不同。12.土的基本物理性质指标（见书61表4--4）细粒土的稠度及可塑性13.细粒土的这种因含水率的变化而表现出的各种不同物理状态，叫土的稠度。14.随着含水率的变化，土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态，相应转变点的含水率称为界限含水率，也称稠度界限。15.当土的含水率在塑限和液限范围内时，土处于塑态稠度，具有可塑性，即土在外力作用下可以揉塑成任意形状而不破坏土粒间连结，并且在外力解除后也不恢复原来的形状，保持已有的变形，细粒土的这种性质叫做可塑性。16.可塑性的高低由Wp与Wl的差值来反映，二者差值越大，意味着细粒土处于塑态的含水率变化范围大,且塑性指数Ip=Wl-Wp液性指数Il是用来判断粘性土天然稠度状态的塑形指标，Il=（W-Wp)/IpW---天然含水率17.影响细粒土可塑性的因素（同影响扩散层厚薄的因素一样）：矿物成分与粒度成分的影响；溶液的化学成分，浓度和PH。土的胀缩性和崩解性18.膨胀，收缩，崩解等特性是说明土与水作用时的稳定程度，故又统称土的抗水性。19.膨胀分为两种：（1）渗透膨胀：主要受浓度影响；（2）层间膨胀：层状结构形成。20.表征土壤膨胀的指标（见书69--70）21.缩性指数：Ip=Wl-WsWs--土的收缩界限含水率22.表征收缩性的指标（见书71）23.土颗粒越细--S越大--膨胀性越高--收缩性越大层状土导致了收缩各向异性24.影响土壤膨胀性与收缩性的因素:（1）水溶液介质离子浓度越高--扩散层变薄--膨胀率变小（2）天然含水率越高--膨胀性小，收缩性强（3）孔隙性小且密实的土，膨胀性越大，收缩性越小25.土因浸水而发生崩解散体的特性称为崩解性26.评价崩解性的指标：（1）崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需的时间；（2）崩解特征：土样在崩解过程中的各种异样；（3）崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比和时间的关系27.崩解性的影响因素：（1）各种土的膨胀性因素；（2）水溶液的成分及浓度；（3）土体的结构；土的毛细性28.土的毛细性是指存在于土毛细孔隙中的水，在弯液面力的作用下，沿着毛细孔隙向各方向运动的性能。29.毛细水按孔径划分：（1）0.002--0.5mm（毛细水--三相交界）；（2）0.5mm(超毛细水）；（3）0.002mm（亚毛细水）；30.其余见书上