土质学与土力学第2章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,中国人民解放军理工大学工程兵工程学院多媒体教学课件,土质学与土力学,人防教研室 赵佩胜,第二章 粘性土的物理化学性质,对于粒径小于,0.002mm,的粘土颗粒，其形状大多成片状，具很大的比表面，相互作用及与水的作用都很强烈，而相互作用与矿物的结晶结构有关，因此，先介绍一些化学键的概念。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,第一节 键力的基本概念,一、化学键,1,、离子键：一种元素失去电子成为阳离子，另一种元素的原子得到电子而成为阴离子。,2,、共价键：两个原子以共用电子对构成联结。,3,、金属键：金属原子与自由电子及离子组成的晶格相联结构成。,化学键是主键，键力较大，影响范围为,0.10.2,m,，其能量相当于,8.484J/kmol,。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,二、分子间键,分子间键也称范德华（,Van,der,Waals,）键，属于次键，这与定向作用、诱导作用和分散作用有关。,三、氢键,氢键是介于主键和次键之间的一种键力。产生的原因是：氢原子在失去一个电子后成为裸露原子核，当遇其他带负电荷的原子时相互吸引形成氢键。由于氢离子尺寸很小，只能与两个相邻的原子结合。氢键的影响范围约为,0.20.3,m,，键能达,2142J/kmol,。,化学键组成了矿物本身的晶格，而土粒间的分子引力及氢键组成了土体的强度（,几种主要键力的作用范围,）。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,第二节 粘土矿物颗粒的结晶结构,粘土矿物大多是硅酸盐矿物，经近代,X,衍射法等测定，粘土矿物的结晶结构主要由两个基本结构单元组成。,1,、硅氧四面体（二氧化硅四面体）,中心是,S,i,4+,，四个顶点是,O,2-,，四面均为等边三角形。在矿物中组成六角形网格状或链状，称硅氧层（,图,2-2,）。,2,、氢氧化铝八面体,中心为,Al,3+,，六个顶点为,OH,-,，六个,OH,-,等距离排列，八面体亦排列成网格状，称八面体层（片）（,图,2-2,）。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,3,、主要粘土矿物,（,1,）高岭石（二层型）：一层四面体和一层八面体叠成晶片，,1:1,型结构，也称二层型。晶片间是,O,与,OH,相联结，还有氢键存在。晶片的长,:,宽,:,厚,=10:10:1,，比表面积,15m,2,/g,，物理化学性质不活泼，浸水后膨胀性较小（,图,2-3,）。,（,2,）蒙脱石（三层型）：两层四面体和一层八面体堆成晶片，晶片长,:,宽,:,厚,=100:100:1,，层片间为,O,与,O,相联，键力较弱，易为水分子分开，比表面积,800m,2,/g,，化学性质活泼，遇水膨胀直至崩解，是膨胀收缩土的主要成分（,图,2-4,）。,（,3,）伊利石（三层型）：晶片结构与蒙脱石一致，局部硅被铝代替形成同晶置换，使晶体带负电吸附溶液中的,K,+,，联结力增大，其性质介于高岭石与蒙脱石之间。比表面积,80m,2,/g,（,图,2-5,）。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,第三节 粘土颗粒的胶体化学性质,一,、粘土颗粒表面带电的原因,1,、断键：理想晶体内部电荷是平衡的，但在边缘破裂处，由于破键而产生电荷不平衡，一般粘土颗粒带负电，个别也带正电的断键。,2,、同晶置换作用：硅氧四面体中的硅被低价的铝置换，八面体中的铝被铁、镁等置换，产生电荷不平衡，负电荷多而带负电。,3,、水化解离作用：次生,S,i,O,2,表面与水作用形成偏硅酸层，在水中解离为,H,+,和,S,i,O,3,2-,，,H,+,离子向水中扩散，而负离子连着晶格使土粒带负电。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,4,、倍半氧化物的二重性：常用,R,2,O,3,表示，其带电具有二重性，由溶液的,PH,值决定，,PH,大带负电。当不带电时水溶液的,PH,值为两性体的等电,PH,值。,5,、选择性吸附作用：土粒只吸附与其本身晶格中离子成分相同或相近的离子。,粘土颗粒表面带电的因素很多，要综合分析，但总的来说是带负电的多。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,二,、双电层的概念,粘粒表面带负电在土粒周围形成一个电场。水溶液中阳离子（水化阳离子）在电场作用下被土粒吸引，另一方面又受布朗运动的扩散力作用。这两种相反作用的结果使土粒周围产生阳离子不均匀分布。,1,、强结合水：紧靠土粒表面的水，受到极强的静电引力，在土粒表面形成的吸附水层。,2,、弱结合水：紧靠强结合水外围的一层水膜，孔隙水中水化阳离子溶液逐渐减少，至阳离子浓度正常为止称为扩散（又叫薄膜水）。,土粒表面的负电荷、吸附层和扩散层构成双电层，土粒表面负电荷为内层，扩散层为外层（,图,2-7,）。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,三,、影响扩散层厚度的因素,土粒表面带电产生电场引起扩散层的存在，扩散层的厚度与电荷的多少，即电位的大小有关。土粒表面带电荷量的多少，可用土粒表面的电位势表示。假设在扩散层以外正常浓度处的电位为零，土粒与水溶液分界面上的电位称热力电位。表面负电荷大，则电位也大。电位取决于土粒的矿物成分、粒度成分和水溶液的,PH,值。,1,、扩散层的厚度,在扩散层中电位的变化规律可近似地表示为：,2,、影响扩散层厚度的因素,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,第四节 粘性土工程性质的利用和改良,一、粘土颗粒表面的带电现象,列依斯（,Reuss,）试验证明粘土粒带电，而且是负电荷，实验装置见,图,2-6,。,1,、在阳极（,+,）管中：水自下而上逐渐变浑浊，水位下降。说明粘土粒带负电荷，向阳极周围运动，这种现象称为电泳。,2,、在阴极（）管中：水仍然清澈，但水位上升，说明有水向阴极渗透，这种现象称为电渗。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,二、电渗排水和电化学加固,1,、电渗排水,在渗透系数小于,10,-6,cm/s,的饱和软粘土地层中开挖基坑或其他地下工程中，可用此法排水降低地下水位。,2,、电化学加固,利用电渗进行注（灌）浆加固地基，改良软粘土的工程性质。注浆有单液和双液法。,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,The End,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-1,几种主要键力的作用范围,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-2,四面体片与八面体片,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-3,高岭石的结晶结构,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-4,蒙脱石的结晶结构,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-5,伊利石的结晶结构,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-6,粘土颗粒表面的带电现象,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-7,双电层示意图,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-8,相互作用的双电层,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-9,排斥势能曲线,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-10,粒间相互作用的净势能曲线,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-11,塑性指数与粘粒含量间的关系,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-12,饱和粘性土典型干缩曲线,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-13,反复干湿与最大湿胀含水量的关系,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-14,抗剪强度与联结数的关系,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,图,2-15,固结压力与含水量、抗剪强度、联结数之间的关系,土质学与土力学,多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作,