【清華大學】《土力學》（國家級精品課） P4 - 4. 4-1-3土的三相組成（1）

好 各位同學 我們接着上課 我們上一節給大家介紹了土的形成 它的分化 搬運和沉積的過程 我們做了一個簡單的介紹 下面我們開始介紹第二節 土的三項組成 我們說土是三項組成的材料 它的第一項我們把它稱作是叫做固體顆粒 就是固項 固體顆粒 固體顆粒實際上它會構成土的骨架 構成土的骨架 它是土的骨架的構成者 所以說固體顆粒在土的性質當中 它是起決定的作用 它是主要的 如果我們對土施加一個作用力的話 它會是主要的承擔者 起決定的作用 第二個部分我們稱作是叫做液象 液象就是土體骨架構成的孔隙當中 它存在的這些水 土中水 我們把它稱作是叫做液象 而土中水會對土體的特性發生重要的影響 它也非常重要 發生非常重要的影響 另外在土體的孔隙當中 沒有被水佔的這一部分 它是氣象 我們叫做土中氣體 它對土的特性起次要的作用 而根據土的這三項組成 我們有幾個非常應用的廣泛的名字 第一個我們把它稱作是叫做飽和土 飽和土是指土體的顆粒組成的孔隙 如果它是被水全部充滿的 我們就把這個稱作是叫做飽和土 也就是說這個孔隙全部被水充滿了 沒有氣體了 我們把這種情況稱作飽和土 我們看實際上飽和土就會變成是 顆粒和水組成的兩項材料 兩項材料 就少了一個項 另外一種我們把它稱作是叫做乾土 乾土就是如果我們這個顆粒的孔隙當中 完全沒有水的 全部是空氣 我們把這種情況也稱作是叫做乾土 我們大家看到乾土實際上也是一種兩項 就是沒有水這一項 除了飽和土和乾土之外 剩下的情況我們把它稱作是叫做非飽和土 非飽和土也就是說在這個顆粒的孔隙當中 既有水存在 又有空氣存在的情況 大家看到這個非飽和土就是一個 我們標準的一個三項組成的一個情況 我們土力學一主要給大家研究的是飽和土的性質 主要的給大家研究的是飽和土的性質 也就是說土體的孔隙完全被水充滿了 這種情況 土既然是由三項組成的 所以說它的性質肯定是要跟這三項都有關係 下面我們就分別把這三項拿出來 逐一做一個仔細的討論 首先我們首先來看固項 也就是固體顆粒這個部分 關於固體顆粒我想大家應該很容易理解 固體顆粒本身它應該有三個要素 第一個我們把它稱作是叫做粒徑極配 粒徑極配是指什麼東西呢 粒徑極配通俗來講就是指這個顆粒它的大小 另外我們對土體它肯定要有不同的顆粒組成的 那麼這個不同的顆粒它有不同的大小 這樣粒徑的極配我們就是來描述這個粒徑大小 和不同大小的粒徑它的一個分佈 我們把這個東西叫做粒徑極配 那就關於粒徑大小和它的分佈 第二個要素肯定是這個固體顆粒本身它是有什麼礦物構成的 就是它本身的礦物成分肯定也是影響的因素 第三個就是顆粒的形狀 也就是滾圓的 還是尖角的 還是片狀的 就是它顆粒的形狀 所以我們說固體顆粒有三個要素 我們下面就對固體顆粒的三個要素來分別做詳細的介紹 我們首先來看的是所謂的顆粒的極配 我們知道圖體的顆粒它的大小是不一樣的 所以說爲了描述的方面 我們首先要做的一件事情 就是把不同大小的顆粒 首先按它的大小來對它進行分一下組 我們所謂的叫做粒組 也就是按照顆粒大小來進行分組 把粒徑接近的把它歸成一類 我們取幾個界限 然後把這個界限之間的歸成一類 大家看到我這個堂上畫的這個圖 我們畫這個圖就是一般的規範當中 我們大多數規範當中就採用這樣一個分組的一個粒組 大家看到從大的方面有兩個 一個是0.075 一個是60 這樣的話把土分成三塊 一個叫做細顆粒 一個叫粗顆粒 一個叫聚顆粒 就是細粒 粗粒和聚粒 然後在每一個組裏面又分了 我們細粒裏面分了三個 就是膠粒 粘粒和粉粒 在這個粗粒裏面又分成兩大類 一個叫做沙粒 一個叫做粒石 在每一種裏面又有三個粗 中 細 這個粒石也是粗 中 細 大家看到這分成這樣一個粒組 就是它的大小根據這個來的 首先對土來講 我們就根據它組成顆粒的粗細 我們就把土分成兩大類 首先給它分成兩大類 第一個 給它命名成粗粒土 如果說某一種土它主要的組成 是由於粒石和沙粒來組成的 大家看到是在這邊 這樣的土我們把它稱作是叫做無粘性土 也叫做細粒土 也叫做無粘性土 爲什麼粗粒土又叫無粘性土呢 因爲有這些粗顆粒組成的 微組組成的這些土通常是不具有粘性的 就像看那個沙子一樣 它完全是散的 叫做無粘性土 以粉粒 粘粒和膠粒爲主要組成的土 我們稱作是叫做細粒土 也稱叫做粘性土 因爲有這些有粉粒 粘粒和膠粒組成的土 通常是具有粘性的 就顆粒顆粒之間它具有一定的粘性 具有一定的粘性 我們叫做細粒土 也叫做粘性土 首先分成這兩類 下面就給大家來介紹 我們土顆粒所謂的它的大小分佈的這麼一個概念 我們這裏面用到的一個概念叫做粒徑極配 粒徑極配是用來表示各粒組的相對含量 我們把這個稱作是叫做粒徑的極配 我們知道粒組就是粗細不一樣的顆粒 而粒組佔的相對含量 我們用一個質量百分數來表示 我們把它稱作是叫做粒徑極配 我們對一個土怎麼樣去分析它的粒徑極配 我們分析的方法有兩種 第一個我們把它稱作是叫做篩分法 篩分法適用於粗顆粒土 顧名思義 篩分法我們就是用一些篩子 用一些網眼大小不同的篩子 通過篩分把它相應的粒組給它區分開來 這種方法叫做篩分法 這個篩分法適用於顆粒比較粗的情況 粗粒土 顆粒太細的話沒法篩的 所以我們是用粗粒土用篩分法 而另外一種方法我們叫做水分法 水分法適用於細顆粒土 我們常用的方法叫做比重計法 而分析的結果 就是這兩種篩分法和水分法篩分的結果 我們用一種表述方法來表示 我們叫做粒徑極配累積曲線 我們用這樣一個結果來表示它 我們叫做粒徑極配累積曲線 我們下面就給大家來介紹這兩種不同的方法 和我們得到的粒徑極配累積曲線 這個圖就圖示了兩種分析方法 它所用的儀器大概的是一圖 左邊我們所謂的篩分法 適用於粗顆粒的篩分法 大家看到它是一組篩子 一組篩子它的網頁大小是不一樣的 我們去逐個地從粗到細篩這個圖 這樣的話我們就把圖體裏面粗細都給它可以篩出來 就分成不同的組 對於細顆粒我們所謂的採用密度計法 適合於這個所謂的細顆粒土 大家學這個水學學過 我們當某一個顆粒在水裏面 它有一個不同的沉降的速度 這個沉降的速度是和它的粒徑的平方乘正比的 顆粒越大的降得越快 顆粒越細的降得越慢 我們所謂的比重計法就是利用這樣一個特性 我們先把這個水攪勻 裏面有粗顆粒有細顆粒 然後我們就把它放在這靜止在這 讓它在靜止狀態下去下沉 粗顆粒下沉得比較快 細顆粒下沉得比較慢 這樣的話水體的比重它就有一個變化 這樣我們去量 通過這個比重計法去量 我們找一個對應關係就可以測出來 你測的這個圖裏面它的粗顆粒和細顆粒的含量 大體上的原理就是這麼一個原理 下面我們再來看具體的 我們怎麼樣來對一個圖體進行所謂的粒徑極配的分析 我們首先對粗顆粒的圖要進行篩分法 篩分的話我們就是一系列的篩子 我們往遠大小不同的一系列的篩子放在這 它有網孔的直徑 我們就把一定質量的圖 比如說200克拿來 就從粗到細逐個地過這個篩子 這樣的話大家看到我們這個圖會留在每一顆篩子上有一定的篩餘 而這個篩餘的重量是什麼東西 大家看到比如說我們這個篩子上的這個圖 這個篩子上的圖它都通過了上一級 所以它的粒徑肯定是比上一級的這個孔徑要小的 所以這個的粒徑肯定是小於10毫米的 而它留在了這個5毫米的篩子上 說明它的粒徑是大於5毫米的 所以這個篩子上的篩餘這部分圖 它的粒徑就是大於5毫米小於10毫米的 這樣它每一個篩子上留下的篩餘 它的粒徑都是在一定範圍的 這樣的話我們通過這個篩分實驗通過篩餘它的重量 我們實際上就可以得到了整個這個圖體 它每一個粒徑段它有多重的圖體 我們把這個叫做篩餘 我們後面大家看到這一邊算出了這個紅的這一排子數 我們定一個量我們叫做P 大家看到P是什麼意思呢 這個10 篩餘是10 我們總體是200克 是佔總重量的5% 佔於5% 5% 100減上一個5%我們就得到了一個95 就放在這 這個95是什麼意思呢 大家看到就是 就是粒徑大於5毫米的 粒徑小於5毫米的 佔的這個百分比是95% 佔95% 這樣這個數就是我們 粒徑 顆粒粒徑小於某一個粒徑數 所以它佔的這個百分比我們叫做P 這樣的話我們就對它的其中的粗顆粒 就做了一個粒徑粒組的劃分 我們大家看到過了0.75之後這細顆粒 這部分我們就沒有辦法再用細的篩子去篩了 因爲這個太細了不好篩 這一部分我們怎麼辦呢 用水分法 用比重計法 我們繼續去測量 繼續去測量我們也會得到不同的粒徑下面 相應的同樣得到一個它的粒徑的百分數這個P 這樣的話我們通過這樣兩個方法組合起來 我們就會得到了我們整個的一個篩分 這個顆粒積配的這麼一個分析的結果 就是它不同的顆粒的大小 這邊就是我們所謂的一個小於這個粒徑的一個百分數 我們就把這樣一個篩分的結果劃到一個圖上 我們劃這個圖大家看 它的橫座標我們叫做粒徑 並且是用一個對數來表示 一個對數來表示的粒徑 它的縱座標我們就是小於某粒徑之圖質量的百分數 就是這個P 這樣的話我們就把剛纔篩分試驗的結果 這樣一個結果都點到這個圖上 大家看到每一個粒子我們都可以得到一個點 比如說大家看到這個點 這個95%是對應的5毫米 我們這對應的5毫米上來就點到這個點 95%這個點 我們對所有下面的結果都可以點到這個圖上 我們就得到一個試驗結果一系列的這個點 然後我們把所有的這些試驗的點給它連起來 我們就在這個圖上得到了一個曲線 大家看到得到這個紅的曲線 這個曲線我們就稱它爲土的粒徑極配累積曲線 這個曲線就稱作土的粒徑極配累積曲線 我們簡稱叫做極配曲線 我們這樣一個曲線實際上就描述了我們一種土體當中 它的粒徑大小的一個分佈 根據我們剛纔介紹的這個概念 大家去回想一下 我們就描述了一個土體當中粒徑大小的一個分佈 下面我們就來討論這個所謂的極配曲線它的一些特點 這個極配曲線就是顆粒粒徑極配累積曲線 這個曲線具有非常明顯的物理的意義 大家看到這個曲線上如果說我在某一段比較陡 意味着什麼 它的斜率比較陡意味着什麼 意味着我這個粒徑周圍土重比較多 很多土顆粒都是在我這個粒徑這個區間裏面 這時候我這個曲線就比較陡 如果我的曲線這個地方比較緩 就說明我這個土體當中這種顆粒 這個地方的顆粒的數就比較少 我們舉一個極端的例子 假如說我在某一段這個極配曲線是完全平的 就說明這一段粒徑裏面怎麼樣 就沒有這種粒徑 缺這一段粒徑的這個顆粒 所以大家要掌握 就是我們這個極配曲線上面 它的斜率表示的就是在這個粒徑範圍之內 它的顆粒含量的多少 如果這個斜率比較陡 就相應這個粒組含量就比較多 如果比較緩就相應這個粒組含量就比較少 那麼如果出現一個平臺 就說明這個粒組是缺的 是沒有的 這是它的物理意義 這是希望大家能夠理解的物理意義 然後在這個極配曲線上 我們可以定義一些圖體的特徵粒徑 我們下面定義這四個特徵的粒徑 我們首先第一我們看 我們叫做第五十 這個五十是什麼意思呢 我們就是這個質量百分比 我們百分之五十的這個地方 所對應的這個粒徑 我們把它稱作是叫做第五十 什麼含義 大家看就是因爲是百分之五十 這個P等於百分之五十 說明在我這個圖體當中 比這個粒徑大的它重量佔百分之五十 比這個粒徑小的它重量也佔百分之五十 所以說我們把這個第五十稱作是叫做平均粒徑 反映這個圖體粗細的一個非常直觀的一個指標 叫做平均粒徑 然後我們再定義一個相對比較大的一個顆粒 我們叫做第六十 第六十顧名思義 我們就是這個含量佔百分之 重質量佔百分之六十的對應的這個粒徑 叫做第六十 這個第六十大家看到相對是比較粗的一個顆粒了 比較粗的一個顆粒了 就是有百分之六十的圖比它細 它是相當於我這個圖體當中一個比較粗的一個顆粒 我們就把這個第六十看成是這個圖體當中粗顆粒的代表 我們就選出來的 它代表粗顆粒的 叫粗顆粒的代表 我們取個名字叫做控制粒徑 它是粗顆粒的代表 叫做控制粒徑 我們下面在相對比較細的顆粒裏面 我們也取一個 叫做第十 也就是說對應着這個P等於百分之十的這個地方對應的粒徑 我們叫做第十 這個第十我們就是在細顆粒裏面取的一個代表 它是代表這些細顆粒的 我們給它一個名字 叫做有效粒徑 有的同學可能問了 爲什麼你取一個第六十和第十分別來作爲粗顆粒和細顆粒的代表 因爲根據人們的經驗 人們會發現顆粒在第十和第六十之間的這一部分顆粒 通常是構成圖體骨架的主體部分的這一部分 也就是說它的骨架主要是由第十和第六十之間的這些土顆粒的粒徑來構成的 那麼比第六十還要大的這些顆粒 它通常含量非常少 是在圖體當中漂浮的一些大顆粒 不起骨架作用 而比第十還小的這些細顆粒 通常僅僅是充填這種圖體孔隙的 它也使不上勁兒的 只是僅僅充填這個孔隙作用 所以第十和第六十之間 也就是有效粒徑和控制粒徑之間的這些圖體的粒徑 通常是反映我們圖體 構成我們圖體實體骨架的這一部分圖體 所以我們選擇兩個來作爲代表 一個代表粗顆粒 一個代表細顆粒 另外我們還有一個第三識 第三識就在粗細顆粒之間 第六識和第十之間 我們取了一個第三識 這個第三識就是用來描述 我們將來後面定義指標的時候 用來描述這個極配曲線它的曲率形狀的 這麼一個要用到的 我們取這幾個特徵粒徑 有了這幾個特徵粒徑之後 下面我們就可以來定義 根據我們得到的極配曲線 來定義幾個圖體的特性的指標 我們就可以來定義了 第一個 圖的粗細度 這個圖到底是粗還是細 我們就可以直接用第五識來表示 用第五識來衡量這個圖體是粗還是細 我們用它的平均力鏡 第二個 我們如果定義一種圖的顆粒的粗細的不均勻程度 各種各樣的圖它都有一個顆粒的構成 我們用一個指標來表示 你這種圖它組成的顆粒是均勻的還是不均勻的 我們就定義一個所謂的不均勻係數CU 這個不均勻係數CU 就用我們剛纔定義的兩個特徵粒徑 一個是粗顆粒的代表第六識 一個是細顆粒的代表第十 用它們兩者之間的比值來表示 它們的比值我們就定義成叫做不均勻係數 粗的和細的差多少 你差幾倍 用這個來代表不均勻係數 反映圖體顆粒組成是均勻的還是不均勻的 這裏面的均勻只是顆粒的大小 均勻的還是不均勻的 如果CU大於等於5 我們就稱爲是不均勻圖 如果CU小於5 我們就稱作是均勻圖 這裏面問大家一個問題 我們這個不均勻和均勻哪個圖 你們感覺上比較好 有的同學說均勻 有的同學說不均勻 實際上一般條件下 我們不均勻圖比較好 爲什麼不均勻比較好呢 我們想圖體是吧 顆粒顆粒構成一個非常複雜的一個系統 如果你全是同樣的一個大小的顆粒 大家想 那裏面的空隙就沒法填 我們有大有小 粗顆粒構成它的骨架 細顆粒填到那個細的孔隙當中去 更容易構成比較密實的圖 所以說從這個角度上來看的話 一般條件下我們是不均勻的圖 相對容易得到性質好的圖 這和大家班上也一樣 如果我們班上所有的同學都是一個性格 你這個班上肯定辦不好事 這個班不太會好 如果我們這個班上各種性格的人都有 各種才能的人都有 我們這個班構成就比較好 這是類似的這樣一個道理 這是圖的不均勻係數 第二個 我們建議的第三個我們叫做連續程度 反映這個集配是連續的還是不連續的 是不是缺某一個範圍的顆粒 我們叫連續這個程度 我們建議一個數叫做曲率係數CC 這個CC我們就用剛纔中間那個 第30的平方除上一個第6是乘第10 用這個來表示所謂的曲率係數 就是這個集配是不是連續 用它來衡量 我們CC等於在介於1到3之間的時候 認爲它是連續集配 反之小於1或大於3 我們都認爲它是不連續集配 關於這個曲率係數 反映所謂的連續程度的曲率係數 大家理解起來可能不太容易 所以下面我們就舉一個具體的例子 給大家說明爲什麼曲率係數在1到3的時候是連續集配 如果不是1到3之間它就是不連續集配 我們大家看這個圖上 我們取了三種特定的圖 第一個是連續集配的 大家看分佈比較均勻的 就是我中間的藍線 這是分佈比較均勻的 然後另外一個就是這一段藍的 到這之後變成紅的下面 咱看到這裏面出了一個平臺 出了一個平臺 我們知道平臺我剛纔講了 就是缺某一種集配 而這個紅線大家看到 缺的是相對顆粒比較粗的這一部分 某一個範圍缺了一個集配 另外一種圖就是下面這個綠的 過來之後走這個綠線 大家看到這也出了一個平臺 然後再下來 這個綠的相對比較某一種細的顆粒 我們就看這種情況 這三種圖第六十和第十都是完全一樣的 這樣它們不均勻係數是完全一樣的 不同的就是大家看到 取過來第三十 第三十這個綠線最大 我們連續的藍線中間這個紅線最小 這樣的話我們分別來取一下這個綠的 這個藍的這個下面這個紅的 第六十和第十都是一樣的 就是這個第三十它們大小不一樣 大家看算出來的這個細數CC 這個綠的3.98 這個藍的連續集配2.41 這個下面這個紅的是0.545 大家看到就是CC在1到3之間是集配比較連續的 缺少小顆粒之後 缺少小顆粒這個綠的這個線 缺少小顆粒這個CC就增加了 大於3 通常是大於3 而這個缺少大顆粒 缺少大顆粒就是這個紅線 它這個CC就一般會降到1以下 就用這個CC來表示集配的這個連續性 這樣的話根據我們剛纔的 我們定義的這個係數 我們就可以對土做一些特性的描述 我們用這個粒組的含量 我們通常用於土體的分類和定名 我們對粒組的含量是一個非常重要的一個方面 對土體來進行分類和定名 然後不均勻係數CO 用來判斷土的不均勻程度 大於等於5是不均勻土 小於5是均勻土 曲率係數CC用來判斷土的連續程度 在1到3之間是集配連續 除了1和3這個範圍之外就稱作是集配不連續 如果說我們用剛纔的幾個係數 來衡量一下你這個土體它的集配的優劣的話 我們如果不均勻係數和曲率係數 把它聯合起來 用可以來判別某一種土它的集配是好還是壞 如果說某一種土CO大於等於5 是不均勻土 然後CC又是在1到3之間 又是集配良好的土 這樣一個土我們把它稱作是叫做集配良好 就是不均勻又連續 稱作是集配良好 其中這兩個條件任何一個不滿足 任何一個不滿足我們稱作是叫做集配不良的土 或者是均勻集配的 或者說你集配不連續 我們都把它稱作是叫做集配不良的土 這是我們固體顆粒的第一個方面 我們把它稱作是叫做顆粒的大小和分佈 我們用一個詞叫做顆粒集配曲線 下面來給大家討論我們固體顆粒的第二個要素 就是它的礦物的成分 我們實際上一個固體顆粒 它的組成 我們在一個土體當中它的組成有兩大方面 第一個是礦物質組成的 第二部分是有機質組成的 我們主要討論礦物質組成的這個部分 那麼根據土體分化它的來源分化的類型的不同 我們知道組成土體顆粒礦物質分爲兩大類 一個大類我們稱作是叫做原生礦物 原生礦物就是物理分化的結果 它的組成通常是和它的母巖成分是相同的 比如說石英 長石 雲木等等這些材料 和它母巖的材料是相同的 次生礦物是主要來自於我們所謂的化學分化 經過化學分化之後 形成的產物就和它母巖的成分不一樣了 它主要的成分通常是有一些無定型的氧化物膠體 和一些可溶性的鹽類 和最主要的是一些所謂的粘土礦物 這些粘土礦物具有和它原生礦物非常不同的一些特性 另外我們所謂的粘土礦物是對土的特性相對來說影響非常大的 這些組成的礦物 所以下面我們就在礦物成分這個部分的重點 給大家討論一些粘土礦物它的結構和大體的一些形式 粘土礦物是一種複合的鋁硅鹽晶體 這個粘土礦物它的顆粒形狀通常呈片狀 是由所謂的硅片和鋁片構成的精胞所組結而成 可分爲高瓴石 伊犁石和蒙特石三種主要的類型 大家看到所謂的粘土礦物它的構成的基本的單元 大家看到是一個叫做硅片 一個叫做鋁片的 由它們組結而成 下面我們就給大家介紹所謂的什麼是硅片 什麼是鋁片 我們首先來看硅片 硅片的基本單元就是我這個圖上畫的這種 大家看到我們稱之爲叫做硅氧四面體的這種東西 大家看到它基本的構成是一個四面體 這個四個頂點是所謂的氧離子 在它的中心有一個所謂的硅離子 這是它構成的一個基本單元 叫做硅氧四面體 通常一個硅片通常有六個這樣的硅氧四面體連接而成 大家看到連接的形式 就是下面腳上的氧相互連接在一起 兩個硅氧四面體共用腳上的氧離子構成這樣一個基本的單元 這樣一個基本的單元我們稱作是叫做硅片 硅片我們用一個簡圖來表示 另外一個構成的精胞單元我們把它稱作是叫做鋁片 大家看到鋁片的基本單元是一個鋁氫氧八面體 大家看到這是一個八面體 它的中心是一個鋁離子 這個腳上都是一些氫氧根離子 然後有這麼四個硅氧八面體連接而成這麼一個基本的鋁片的結構 大家看到連接的時候相鄰的硅共有腳部的氫氧連成這樣一個形式 然後鋁片我們就用這樣一個簡圖 這樣一個簡單的符號來表示一個鋁片它的構成 依照我們剛纔講的硅片和鋁片組結形式的不同 我們就可以把粘土礦物分爲三大類 分爲三個基本的形式 三大類 我們分別稱作是叫做高瓴石 伊利石和蒙特石 三種基本的形式 我們首先來看高瓴石 高瓴石的組成 它所謂的基本的組成是一個所謂的1比1的兩層的結構 大家看到它的所謂的1比1的兩層的結構 就是有一個硅片加上一個鋁片 構成它一個基本的一個構成 這樣的話大家看到鋁片和硅片之間 它們直接連接構成的時候 它們中間就是氫鍵連接 就是氧和氫氧根 大家知道氫鍵是化學鍵裏面比較強的一種 是非常強的一種 所以它的連接能力很強 這樣的話它的晶格連接的就非常的緊密 晶格連接就非常的緊密 水就很難進入到鋁片和晶片之間的晶格之間去 所以說由於這種比較強的連接的方式 所以我們一個高瓴石的顆粒 它可以經過很多的這種基本的結構 堵結很多個層 可以達到100個以上 這樣成爲一個比較粗的顆粒 就是相對比較粗的顆粒 顆粒長度一般對用高瓴石來講大概是0.3到3個微米 這個厚是0.03到1個微米 它顆粒相對來說是比較大的 就是在粘土礦物裏面相對比較大的一個顆粒 它的特徵顆粒比較粗 不容易吸水膨脹和溼水收縮 因爲水很難進入到晶格之間 所以遇水之後它不容易膨脹 溼水它也不容易收縮 所以我們說高瓴石它的特點 就是所謂的清水能力比較差 這是第一種我們叫做高瓴石 第二種我們稱作是叫做蒙特石 蒙特石的一個基本的構成單元 基本的一個構成結構 我們把它稱作是叫做2比1的一個三層結構 2比1的一個三層結構大家看到是兩個硅片中間加一個鋁片 這種形式我們叫做2比1的這麼一個三層結構 這樣的話大家看到如果說基本結構之間再連的時候 就是硅片和硅片之間的連接的 這個連接就是氧和氧離子之間的連接 這個連接力就相對於很弱 在這種情況下水分子就很容易進到這個層間 所以說這種連接是相對不太結實 是比較弱的 水很容易進來 所以這樣的話每一個蒙特石的顆粒組結的精分數就會相對比較少 這個顆粒就相對比較小 我剛纔的高瓴石它小很多 它的顆粒大約是0.1到1個微米 厚是0.001到0.01個微米 它的主要的特徵就是顆粒比較細 具有顯著的吸水膨脹 溼水收縮的特性 或者說它的侵水能力比較強 蒙特石它的侵水能力比較強 這是第二個叫做蒙特石 第三個我們就稱作是叫做伊力石 伊力石是雲母在鹼性介質當中分化的產物 它的基本的構成結構和剛纔的蒙特石是一樣的 也是2比1的這種層狀的結構 但是它在這個環境當中存在着很多的假離子等等 等等這些離子 這樣的話它們層間不是直接連接的 而是通過這些假離子來進行連接 這樣的連接比它們層間直接連接的那種氧分子之間的連接 它要強一些 所以它的連接能力相對來說比高瓴石要差一些 但是比蒙特石要強一些 所以說它的主要特徵就是連接強度弱於高瓴石 但是高於蒙特石 所以說它的特性 剛纔說的顆粒的粗細程度 侵水性 它也是介於這兩者之間 所以這是三種常見的粘土礦物 它的基本的構成單元 給大家做一個簡單的介紹 實際上我們一個粘土礦物是非常複雜的 它的種類也非常複雜 大家如果去看一些關於土壤學方面的書的話 你會看到這個是非常複雜的 我們土學這個課是找了一些最基本的單元 給大家做了一個簡單的介紹 大家建立這樣一個概念 有這樣一個基本的概念就行了 關於粘土礦物還有另外一個非常重要的特性 也就是所謂的粘土礦物的帶電特性 粘土礦物的帶電特性是有一個前蘇聯的科學家 有一個叫做列宜斯在1809年發現的 前蘇聯 所謂他做了一個非常有趣的實驗 這個科學家做了一個非常有趣的實驗 叫做粘土的電湧和電聖實驗 這個實驗非常有趣 大家看到他這個實驗就是在一個玻璃器皿裏面 所謂的把一些粘土加一些水進去 拌成粘土糕 變成粘土糕放在裏面 在這個粘土糕上面做兩個開孔的玻璃桶 在這個玻璃桶裏面衝上一定水位的水 然後在這兩個玻璃桶裏面 分別給它加上一個正極和一個負極 加上一個正極一個負極 然後相當於加了一個電場在這 通過這個粘土糕加了一個電場在這 這個列宜斯他就經過一段時間之後 他就發現在這樣一個情況下 在他的正極這個玻璃桶裏面 他發現了經過一段時間之後 它的水位下降 但是在這個電極附近發現了很多渾濁的粘土的顆粒 他發現很多顆粒跑到正電極這個地方了 而在這個負電極這個地方 水很輕 但是水位上升了 他就把粘土顆粒在電場的作用下 像正電極運動的這個現象稱作是叫做電湧 就是游泳那個泳叫做電湧 就是粘土顆粒的電湧現象 而把水在電場裏面像負極滲流的這個現象 稱作是叫做電滲 爲什麼會發生電湧和電滲的作用 經過很多科學家的分析 認爲只所以粘土顆粒在電場當中發生電湧的現象 是因爲粘土顆粒它是帶負電的 我這個圖就圖示了一個粘土顆粒帶電的一個示意圖 大家看到粘土顆粒通常呈片狀 在這個片狀的面的這個部分 它通常是帶負電和的 而它在這個插口的這個部分通常帶一點正電荷 但是這個片狀的它面積大 所以整體粘土顆粒它是帶負電的 這樣的話帶負電荷的這個粘土顆粒 它就在電場當中會發生所謂的像正極電湧的這個現象 所以大家記住我們粘土顆粒帶電的這個特性 我們後面還會接着給大家講 由於粘土顆粒帶電 所以遇到水之後會發生一系列非常複雜有趣的作用 這個我們是後面要給大家來接着介紹的 關於這個固體顆粒最後的一個部分 就是最後一個要素 就是所謂它顆粒的形狀 在這邊還有一個概念叫做比表面積 這個顆粒的形狀分爲原生礦物和次生礦物是非常不同的 原生礦物這個通常顆粒較粗 通常呈粒狀 圓狀 弧圓狀和帶有明顯的棱角 我們稱作是大家看到圖上的這種形式 次生礦物通常顆粒較細 很多是呈針狀 很多呈片狀 也有一些呈扁平狀 大家看到這是它的掃描電影的圖 所以片狀很多 另外涉及到一個概念叫做比表面積 我們就是單位質量土顆粒所擁有的總面積 我們把它稱作是比表面積 大家一個顆粒的表面積是和這個顆粒和周圍發生相互作用的一個介質 比表面積越大 越容易和周圍其他的顆粒發生作用 比如說水發生作用 所以它代表的是顆粒和周圍發生作用的這麼一個強烈的程度 一個很重要的指標 而這個比表面積大小是和顆粒粗細有關係的 越細比表面積越大 越粗比表面積越小 所以這裏面給了高瓴石 伊利石和蒙特石它的一個比表面積的一個數據 大家如果有興趣回去可以仔細看一下 我們今天的課就上到這 謝謝大家