注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)：土的組成(3)

　　2.土中的水和氣在自然條件下,土中總是含水的。土中的水存在于帶電顆粒之間。 因此,土中水的存在狀態(tài)及其與土粒相互作用,會(huì)導(dǎo)致土的物理力學(xué)性質(zhì)的變化。

　　水分子是一種極性分子。氫原子一端顯示正電荷,氧原子一端顯 示負(fù)電荷。黏粒表面帶有負(fù)電荷,因此在土粒形成的電場(chǎng)范圍內(nèi),水分子會(huì)發(fā)生定向排列 而且和水溶液中的陽(yáng)離子形成水化離子被動(dòng)土顆粒所吸附。

　　水溶液中的陽(yáng)離子本身有一個(gè)小電場(chǎng)吸引水分子以水化離子的形式存在水溶液中。因 此水分子和水化離子的活動(dòng)狀態(tài)與離開(kāi)黏粒表面的距離有關(guān)。根據(jù)受到吸引力的大小,土 中的水可以分成結(jié)合水和自由水兩大類。

　　(1)結(jié)合水 結(jié)合水是指在土顆粒表面靜電引力作用范圍內(nèi)的水。結(jié)合水又可分成強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水。

　　1)強(qiáng)結(jié)合水緊靠土顆粒表面靜電引力最強(qiáng),把水化離子和極性水分子牢固地吸附在顆粒表面上形成固定層,這部分水稱為強(qiáng)結(jié)合水,它的特征是沒(méi)有溶解能力,不能傳遞靜水壓力,接近于固體的性質(zhì),只有吸熱變成蒸汽時(shí)才能移動(dòng)。干燥的土在空氣中會(huì)吸水重量增加直到最大吸濕容量為止。土顆粒愈細(xì),比表面愈大則最大吸濕容量就愈大。砂土的最大吸濕容量約占干土重量的1 % ,而和土可達(dá)17% 。

　　2)弱結(jié)合水土粒表面上所具有的電位稱為熱力電位,被強(qiáng)結(jié)合水平衡一部分后在固定層界面上剩余的電位稱為電動(dòng)電位,它繼續(xù)吸引水分子和水化離子,直到影響力完全 消失為止。弱結(jié)合水就是緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成的一層水膜,在這層水膜里水分子和水化離子仍受到一定程度的靜電引力。這層水膜稱為擴(kuò)散層,它仍然不能傳遞靜水壓力, 但水膜較厚的弱結(jié)合水會(huì)向鄰近水膜較薄的部位緩慢轉(zhuǎn)移。擴(kuò)散層和固定層中所含的水化陽(yáng)離子與土粒表面的負(fù)離子一起構(gòu)成所謂"雙電層"。擴(kuò)散層水膜的厚度對(duì)黏性土的性質(zhì)影響很大。水膜厚度大,土的塑性高,壓縮性也大,土的強(qiáng)度低,容易膨脹和收縮。 擴(kuò)散層的厚度可隨外界條件的變化而變化。水化離子的原子價(jià)愈高,擴(kuò)散層的厚度愈 薄,在工程實(shí)踐中可利用這一原理來(lái)改良土壤。例如,用高價(jià)的鐵、鋁、鈣、續(xù)等離子來(lái) 交換低價(jià)的專內(nèi)離子,使擴(kuò)散層變薄,從而增加土的穩(wěn)定性,減少膨脹性,提高土的強(qiáng)度; 有時(shí),又可用含一價(jià)離子的鹽溶液處理秸土使擴(kuò)散層變厚,從而大大降低士的透水性。

　　(2)自由水 自由水指不受土粒表面電荷電場(chǎng)影響的水。它的性質(zhì)和普通水一樣,能 傳遞靜水壓力,具有溶解能力,冰點(diǎn)為0oC。自由水按移動(dòng)時(shí)所受作用力的不同,可以分為重力水和毛細(xì)水兩類。

　　1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水土層中的地下水,它是在重力或壓 力差作用下自由運(yùn)動(dòng),對(duì)土粒有浮力作用。重力水對(duì)士中的應(yīng)力狀態(tài)有很重要的影響。

　　2)毛細(xì)水 毛細(xì)水是受到水與空氣交界面上表面張力作用的自由水。它存在于潛水 位以上的透水土層中。毛細(xì)彎液面張力的反作用力稱為毛細(xì)壓力,它能使土粒之間的有效 應(yīng)力增加。毛細(xì)水上升的高度和速度對(duì)建筑物底層防潮,路基的凍脹等有重要的影響。

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