【正文】 ? 5)土體結(jié)構(gòu)對(duì)土體工程性質(zhì)的影響 ?土的原生結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)都是土體物理力學(xué)性質(zhì)的薄弱面；導(dǎo)致土體的不均勻和各向異性；含水；等。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)和不良地質(zhì)作用盛行的地區(qū)較常見(jiàn)。 ? （ 2）土的次生結(jié)構(gòu)形成原因 ?形成次生結(jié)構(gòu)的原因有兩種：構(gòu)造應(yīng)力和土體失水收縮，人類活動(dòng)也能改變土體結(jié)構(gòu)。 ?由于不連續(xù)面切割了土體，往往形成塊狀、碎裂狀、團(tuán)粒狀、柱狀、割裂狀、片狀等多種結(jié)構(gòu)類型。 在外力作用下 ， 土體結(jié)構(gòu)的變化可引起土體工程性質(zhì)的變化 。如殘積土體往往與下部基巖成過(guò)渡關(guān)系，沒(méi)有明顯的層理分界面；洪積土體由山口至平原區(qū)土體粒度組成，由粗變細(xì)逐漸過(guò)渡。評(píng)價(jià)這種土的工程性質(zhì)時(shí)，要考慮尺寸效應(yīng)。 ? c）殘積、洪積、冰積等形成的土體具有無(wú)序狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是粗、細(xì)顆?；祀s，極不均勻。如河流沖積形成的土體，常含有透鏡體或者土層的尖滅現(xiàn)象，土體無(wú)論在橫剖面還是在縱剖面上都布穩(wěn)定，相變較大；由湖、海堆積作用形成的層理比較穩(wěn)定；冰水作用形成的層理也比較穩(wěn)定。 ? 3)土的原生結(jié)構(gòu) ? （ 1）土的原生結(jié)構(gòu)類型 ?土體結(jié)構(gòu)的最重要的標(biāo)志是層理，是由土的成因所決定的。 ? （ 2） 土體結(jié)構(gòu)特性也是決定勘探 、 取樣或原位測(cè)試方案布臵和數(shù)量的重要因素之一 。 ? 2)土體結(jié)構(gòu)研究意義 ? （ 1） 土體結(jié)構(gòu)特征反映了土體在力學(xué)性質(zhì)和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體各部分的不均勻性 。 土體結(jié)構(gòu) ? 1)土體結(jié)構(gòu)的類型 ? 土體結(jié)構(gòu)可分為 原生結(jié)構(gòu) 和 次生結(jié)構(gòu) 兩大類 。 ?（ 3） 具有集合體結(jié)構(gòu)的土的特征： ?a）孔隙度很大（可達(dá) 50%~98%），而單個(gè)孔隙很小，特別是絮狀結(jié)構(gòu)的孔隙更小、孔隙度更大。也稱為聚粒絮凝結(jié)構(gòu)或二級(jí)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。也稱聚粒結(jié)構(gòu)。 ?是聚集作用的結(jié)果。 ?黏粒細(xì)小，表面能大，顆粒帶電，沉積過(guò)程中粒間引力大于重力，并形成結(jié)合水膜連結(jié)，使之不能在水中以單個(gè)顆粒沉積下來(lái)，而是凝聚成較復(fù)雜的集合體（凝聚體）進(jìn)行沉積。所以 ， 對(duì)于具有單粒結(jié)構(gòu)的土 ， 一般情況下可以完全不必?fù)?dān)心它的強(qiáng)度和變形問(wèn)題 。 ? （ 3） 單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì) ?具有單粒結(jié)構(gòu)的土 ， 空隙度 和 空隙比 比較小 ， 但孔隙較大 ， 透水性較強(qiáng)；土粒間一般沒(méi)有粘聚力 ， 但土粒相互依靠支撐 ， 內(nèi)摩擦力較大；受壓力時(shí)土體積變化較小 ， 同時(shí)由于有較強(qiáng)的透水性 ， 孔隙水易排出 ， 在荷載作用下壓密過(guò)程很快 。因此，根據(jù)顆粒排列的緊密程度不同，可將單粒結(jié)構(gòu)分為松散結(jié)構(gòu)和緊密結(jié)構(gòu)： ?土粒堆積的松散程度取決于沉積條件和后來(lái)的變化作用。 ?在沉積過(guò)程中，只能在重力作用下一個(gè)一個(gè)沉積下來(lái)，每個(gè)顆粒受到周圍顆粒的支撐，相互接觸堆積，因此，顆粒間孔隙一般小于組成土骨架的基本土粒。 ?單粒結(jié)構(gòu)是土顆粒在水中或空氣中由于重力作用堆積而形成，顆粒粗大，顆粒間的分子引力很小，粒間幾乎沒(méi)有連結(jié)或連結(jié)很微弱（毛細(xì)力連接），故又稱為 散粒結(jié)構(gòu) 。 ? （ 2）按連結(jié)力的性質(zhì)分為： ? 化學(xué)連結(jié) ? 靜電連結(jié) ? 離子 — 靜電連結(jié) ? 毛細(xì)力連結(jié)、分子連結(jié) ? 磁性連結(jié)；等 ? 上述連接劃分涉及連結(jié)的本質(zhì)。是一種暫時(shí)性的連結(jié)，融化后失去。 ? 膠結(jié)連結(jié) —— 土粒由某些膠結(jié)物質(zhì)（鹽類的結(jié)晶）膠結(jié)起來(lái)形成的連結(jié)。 ? 2)土的結(jié)構(gòu)連接的類型 ? （ 1）按照土中連結(jié)物質(zhì)的不同，可將土的結(jié)構(gòu)連結(jié)分為： ? 結(jié)合水連結(jié)（水膠連結(jié)） —— 通過(guò)公共水化膜將顆粒連結(jié)在一起。是土的重要結(jié)構(gòu)特征，決定著土的性質(zhì)。 ? 土體結(jié)構(gòu)是 土的宏觀結(jié)構(gòu)特征 。也就是指土層的組合和被節(jié)理、裂隙等切割后形成的土塊在土體內(nèi)的排列、組合方式。顆粒的大小和形狀及表面特征不同，形成的結(jié)構(gòu)類型不一，土的工程性質(zhì)也不同。 ? 土的結(jié)構(gòu)主要是 土的微觀特征 。 ? 導(dǎo)致陳化的原因很多，如黏粒結(jié)晶生長(zhǎng)、土的分散性降低等使顆粒變粗大，親水性降低；脫水而體積縮小，使黏性土的膠體體系發(fā)生變化；等等。在工程中可以利用觸變來(lái)提高鉆探及打樁的施工效率，或利用觸變壓密提高樁的承載力。所以，石英顆粒構(gòu)成的土不具有觸變性。 ? 土的觸變是由于黏粒間的結(jié)合水在震動(dòng)力的作用下部分轉(zhuǎn)化為自由水，使土的結(jié)構(gòu)破壞，顆粒間失去連接。從液化到重新凝聚的時(shí)間稱為觸變期，是衡量土的觸變性的指標(biāo)。 ? 含水量高、結(jié)構(gòu)分散的黏性土常具有觸變特性。 ? 分散作用在工程上也有一定的用途 ， 例如配臵鉆探所用的泥漿 、 粒度分析中的靜水沉降法等都要利用分散作用的原理 。 ? 電解質(zhì)凝聚的集聚體通過(guò)離子交換使擴(kuò)散層變厚 ，土粒分散 。 ? 對(duì)分子作用凝聚的必須加大擴(kuò)散層的厚度以增大離子靜電引力及水化膜楔入壓力使顆粒分散 。 濱海相黏土的形成就是凝聚作用的結(jié)果 。 ? 凝聚作用的結(jié)果使黏粒一般以集聚體的形式存在 ， 降低了土的分散程度 。 電解質(zhì)凝聚 是通過(guò)離子交換使擴(kuò)散層變薄產(chǎn)生的凝聚 。靜電引力凝聚主要是電性不同的膠粒在靜電引力作用下的凝聚，如酸性條件下，黏土礦物基面與斷口帶異號(hào)電荷，形成不同性質(zhì)的雙電層，發(fā)生異電作用凝聚，結(jié)果使黏粒邊 — 面結(jié)合。擴(kuò)散層厚度變薄，顆粒相互靠攏，產(chǎn)生凝聚；擴(kuò)散層厚度變厚，顆粒分離，產(chǎn)生膠溶。 ? 4）凝聚和分散作用 ? 顆粒之間相互結(jié)合稱為 凝聚作用； ? 顆粒之間相互分離稱為 分散作用。 ? 電滲沉樁 —— 利用正在下沉的樁作為陰極，使流向陰極的水降低樁的摩擦力，以提高施工效率。 若將電極直接插入黏土塊中，通電后，陽(yáng)極周圍土逐漸變干，陰極周圍土變得更濕。電動(dòng)現(xiàn)象說(shuō)明黏粒是帶負(fù)電的。電滲和電泳總稱為電動(dòng)現(xiàn)象 。 ? 了解離子交換還可 預(yù)測(cè)由于工程建筑影響自然條件改變而引起的土的物理力學(xué)性質(zhì)的改變，從而在工程建筑中提出適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施 。因此， 可以利用離子交換來(lái)改變土的物理力學(xué)性質(zhì)，從而達(dá)到土體改良的目的 。通常黏性土中 Na+含量占總交換容量的 15%時(shí)，土將有嚴(yán)重的管涌能力。含 Na+黏性土的膨脹性、收縮性、塑性和壓縮性較含 Ca2+黏性土大，而抗剪強(qiáng)度、透水性前者較后者小。 ? 在干旱半干旱地區(qū)，由于土面蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水中的鹽類通過(guò)毛細(xì)作用在表土層中積累，形成鹽堿土，富含 Na+，潮濕時(shí)由于 Na+可使擴(kuò)散層增厚而導(dǎo)致土層泥濘不堪。當(dāng)土中含有 H+時(shí)稱為“非飽和土”。 ? 土中交換離子成分常與土的成因類型及沉積環(huán)境有關(guān)： ?在淡水沉積的土中，除含 Ca2+外還可含 H+； ?在由巖漿巖風(fēng)化產(chǎn)物形成的沖積黏土中，交換陽(yáng)離子含有一定量的 Mg2+； ?在現(xiàn)代海相沉積物中，交換陽(yáng)離子 Na+廣泛分布。 ? 在分布最廣的陽(yáng)離子中，交換能力遵循的次序?yàn)椋? Fe3+Al3+H+Ba2+Ca2+Mg2+HN4+K+Na+Li+ ? （ 3）天然土中常見(jiàn)的交換陽(yáng)離子成分 ? 天然土中常見(jiàn)陽(yáng)離子的成分取決于空隙溶液的成分。 ? 離子交換容量測(cè)定：在土中進(jìn)行離子交換測(cè)定時(shí)，必須反復(fù)添加所需溶液，如測(cè)定土的交換容量和交換陽(yáng)離子成分時(shí)，通常采用飽和醋酸銨（ NH4COOH）溶液與 1g的土反復(fù)作用，直至交換后溶液中沒(méi)有 Ca2+為止。通常用每 100g干土中具有交換性離子的毫摩爾數(shù)表示。 ? 土的離子交換特性可用離子交換容量來(lái)表示。 對(duì)黏性土來(lái)說(shuō)，多數(shù)為陽(yáng)離子交換 。 ? 相鄰黏粒的水化膜可以部分重合，形成公共水化膜，是黏粒相互連接的一種方式，其連接強(qiáng)度取決于水化膜的厚度（與土的含水率有關(guān)） 。因此，黏性土的強(qiáng)度與變形，取決于土中水化膜的厚薄。 ? 水化膜的厚度主要取決于結(jié)合水的多少。 ? 1）顆粒表面水化膜 ? 黏性土與其他土不同，含有相當(dāng)數(shù)量的結(jié)合水，在顆粒周圍形成一層結(jié)合水化膜。 ? 黏性土的膠體化學(xué)特性及其工程意義 ? 黏性土的膠體化學(xué)特性主要有： ? 水化膜 ? 離子交換 ? 電場(chǎng)作用下的電動(dòng)現(xiàn)象 ? 凝聚與分散 ? 觸變與陳化 ? 黏性土的膠體化學(xué)特性使黏性土具有其它土所沒(méi)有的復(fù)雜多變的工程性質(zhì)。 ? 在濕熱地區(qū)，土中黏粒主要為高嶺石和游離氧化物，土溶液常呈酸性，因而有的顆粒表面帶正電荷，有的顆粒帶負(fù)電荷，使粒間連接增強(qiáng)；同時(shí)在帶負(fù)電荷顆粒表面的擴(kuò)散層中含有 H+、 Al3+等離子，而帶正電荷顆粒表面的擴(kuò)散層中含有 OH離子，它們都可使擴(kuò)散層厚度變薄，土粒連接較牢固。 ? 在干旱、半干旱地區(qū)，空隙溶液多呈堿性，而土中的黏粒多為蒙脫石、伊利石及易溶鹽，可形成較厚的擴(kuò)散層，且擴(kuò)散層中常含 Na+，也可使擴(kuò)散層厚度增大。 ? 3）溶液的 PH值 ? 溶液 PH值能改變黏土顆粒的電荷數(shù)量，從而影響擴(kuò)散層的厚度。 ? 溶液中反離子的濃度越大，使擴(kuò)散層厚度壓縮，更多的陽(yáng)離子進(jìn)入固定層。 ? 2）溶液的化學(xué)成分及其濃度 ? 擴(kuò)散層厚度主要取決于介質(zhì)溶液中離子的類型、濃度及其離子價(jià)。 ? 分散程度越高，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。 ? 1）礦物成分及其分散程度 ? 不同礦物成分，同晶臵換程度不同，帶電的數(shù)量不同。 ? 影響?zhàn)ちU(kuò)散層厚度的因素 ?擴(kuò)散層的厚度決定黏性土很多重要的特性如集聚穩(wěn)定性、膨脹性、收縮性、塑性、壓縮性等。 ?擴(kuò)散層的厚度對(duì)黏性土的工程性質(zhì)有直接的影響 。 ?反離子層中接近黏粒的離子由于受黏粒靜電吸引強(qiáng)烈而不能自由運(yùn)動(dòng)，這部分離子構(gòu)成 固定層 ；固定層以外的離子除受靜電引力作用外，還受分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，具有自由擴(kuò)散的趨勢(shì)，這部分離子構(gòu)成 擴(kuò)散層 。 ?反離子層中的離子實(shí)際上是 水化離子 ，即 離子周圍吸引著極性的水分子 。 ?膠體的結(jié)構(gòu)如右圖所示。由于靜電引力的作用，在帶電的膠核周圍又吸附一層符號(hào)與電位離子相反的離子層，稱為 反離子層 ，其中的離子稱為反離子。因此，一般認(rèn)為土帶負(fù)電荷。顆粒越細(xì)小，破鍵越多，所以比表面越大，表面能就越大。 ?（ 4） 邊緣破鍵電荷不平衡 ?理想晶體內(nèi)正負(fù)電荷相平衡。臵換的結(jié)果是 引起電荷不平衡，在顆粒表面產(chǎn)生過(guò)剩的未飽和的負(fù)電荷。 在酸性條件下， SiO2面上帶負(fù)電， 形成負(fù)雙電層；Al2O3面上帶正電 ，形成正雙電層 (圖 b)。 ?（ 2） SiO2離解 SiO2水解作用 后形成的離子發(fā)生基為 H2SiO3： SiO2+H2O=H2SiO3 H2SiO3在酸性溶液中不易離解，在堿性溶液中按酸式離解 ： H2SiO3—— HSiO3+H+ HSiO3被吸附 ，黏粒帶 負(fù)電。 當(dāng) PH=， Al(OH)3不發(fā)生離解，此時(shí)的 PH值稱為等電PH值。 ?黏土礦物中含有 Al2O3和 SiO2成分，在與水接觸時(shí)，黏土礦物基面、斷口處 Al2O3和 SiO2離解而使黏土礦物帶電，電荷的性質(zhì)與介質(zhì)的 PH值有關(guān)。 ?例如，將難溶的方解石（ CaCO3 ）顆粒放入含 Na2CO3溶液中，顆粒表面將吸附溶液中的CO32，形成電位離子層，反離子層則為 Na+