第二講 電力工程技術(shù)基礎(chǔ)知識（2）

　　一、內(nèi)容提示

　　這一講主要介紹2G311000電力工程技術(shù)基礎(chǔ)知識2G311030土的基本性質(zhì)和工程分類和2G311040火力發(fā)電廠（燃煤）主要生產(chǎn)設(shè)備的基本知識

　　二、 重點難點

　　土的基本性質(zhì)、土的工程分類；汽輪機本體的類型及其主要設(shè)備；鍋爐的類型及其主要設(shè)備

　　三、大綱要求

　　掌握土的基本性質(zhì)和工程分類；掌握汽輪機本體的類型及其主要設(shè)備；掌握鍋爐的類型及其主要設(shè)備

　　四、 內(nèi)容講解

　　2G311030 掌握土的基本性質(zhì)和工程分類

　　2G311031 土的三相組成及其物理性質(zhì)

　　1、土的三相組成土由固體礦物、液體水和氣體三部分組成，稱為土的三相組成。土中的固體礦物構(gòu)成骨架，骨架之間貫穿著孔隙，孔隙中充填著水和空氣。隨著環(huán)境的變化，會引起土的三相比例的變化。土的三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也不相同。例如：固體+氣體（液體＝0）為干土，干黏土堅硬，干砂松散；固體十液體+氣體為濕土，濕的黏土多為可塑狀態(tài)；固體十液體（氣體＝0）為飽和土，飽和粉細(xì)砂受振動可能產(chǎn)生液化，飽和黏土地基沉降需很長時間才能穩(wěn)定。由此可見，研究土的工程性質(zhì)，首先從最基本的組成土的三相，即固體、水和氣體本身開始研究。

　?。?）土的固體顆粒土的三項組成中，土的固體顆粒是決定土的工程性質(zhì)的主要成分。

　　 ①土粒的礦物成分

　　● 原生礦物：由巖石經(jīng)物理風(fēng)化而成，其成分與母巖相同。包括：單礦物顆粒——如常見的石英、長石、云母、角閃石與輝石等，砂土為單礦物顆粒。多礦物顆粒——母巖碎屑，如漂石、卵石與礫石等顆粒為多礦物顆粒。

　　● 次生礦物：巖屑經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而成，其成分與母巖不同，為一種新礦物，顆粒細(xì)。主要是黏土礦物，肉眼看不清，用電子顯微鏡觀察為鱗片狀。黏礦物的微觀結(jié)構(gòu)由兩種原子層（晶片）構(gòu)成：一種是由四面體構(gòu)成的硅氧晶片；另一種是由八面體構(gòu)成的鋁氫氧晶片。因這兩種晶片結(jié)合的情況不同，形成三種黏土礦物：蒙脫石——兩結(jié)構(gòu)單元之間沒有氫鍵，聯(lián)結(jié)弱，水分子可以進(jìn)入兩晶胞之間。因此，蒙脫石親水性大，脹縮性劇烈。伊利石（水云母）——部分四面體中的硅為鋁、鐵所取代，損失的原子價由陽離子鉀補償。因而晶格層組之間具結(jié)合力，親水性低于蒙脫石。高嶺石——晶胞之間有氫鍵，聯(lián)結(jié)力較強，晶胞之間距離不易改變，水分子不能進(jìn)入。因此親水性最小。次生礦物還有次生二氧化硅、難溶鹽等。

　　●腐殖質(zhì)：土中腐殖質(zhì)含量多，使土的壓縮性增大。

　　例1：土的三相組成包括（ ）。

　　A． 液體水 B．氣體 C．固態(tài) D. 固體礦物 E．液態(tài)

　　答案：A．B．D

　?、?土顆粒的大小與形狀土的大顆粒漂石，顆粒大小不同的土，其工程性質(zhì)也各異。為便于研究，把土的粒徑按性質(zhì)相近原則，劃分為粒組。

　　③ 土的粒徑級配 自然界里的天然土往往由幾種粒組混合而成，顆粒有粗有細(xì)。通常，用土中各粒組的相對含量，占總重的百分?jǐn)?shù)來表示，稱為土的粒徑級配。這是決定無黏性土工程性質(zhì)的主要因素，以此作為土分類定名的標(biāo)準(zhǔn)。

　　粒徑分析方法，工程中常用兩種方法，配合使用。

　　1、 篩分法：用一套標(biāo)準(zhǔn)篩，將粗粒土進(jìn)行篩分。

　　2、 比重計法：根據(jù)土粒直徑大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重計進(jìn)行測定分析。

　?。?）土中水

　　土中水可分為：

　?、?結(jié)合水

　　● 強結(jié)合水（吸著水），緊靠土粒表面，厚度只有幾個水分子厚。強結(jié)合水性質(zhì)接近固體，不傳遞靜水壓力，具有很大的黏滯性、彈性和抗剪強度。黏土只含強結(jié)合水時，呈固體堅硬狀態(tài)；砂土只含強結(jié)合水時，呈散粒狀態(tài)。

　　● 弱結(jié)合水：也叫薄膜水，不傳遞靜水壓力，呈黏滯體狀態(tài)。此部分水對黏性土影響最大。

　?、?自由水

　　離土粒較遠(yuǎn)，在電場作用以外的水分子自由排列，為自由水。

　　● 重力水：位于地下水位以下，受重力作用而運動，有浮力作用。

　　● 毛細(xì)水：位于地下水位以上，受毛細(xì)作用而上升，粉土毛細(xì)水上升高。在寒冷地區(qū)要注意基礎(chǔ)因毛細(xì)水上升產(chǎn)生的凍脹，地下室要采取防潮措施。

　?、?氣態(tài)水 氣態(tài)水即水汽，對土的性質(zhì)影響不大。

　　④ 固態(tài)水 當(dāng)氣溫降至0℃以下時，液態(tài)水結(jié)冰為固態(tài)水。由于水的密度在4℃時最大，低于0℃的冰，體積膨脹，使基礎(chǔ)產(chǎn)生凍脹。寒冷地區(qū)基礎(chǔ)埋置深度要注意凍脹問題。

　?。?） 土中氣體 土的孔隙中沒有被水占據(jù)的部分都是氣體，可分為：

　?、?自由氣體 自由氣體指土孔隙中的氣體與大氣連通的氣體。通常在土層受力壓縮時逸出，對工程無影響。

　　② 封閉氣泡 封閉氣泡與大氣隔絕，存在黏性土中。當(dāng)土層受荷載作用時，封閉氣泡縮小。土中封閉氣泡多時增加土的壓縮性，減小土的滲透性。

　　2．土的物理性質(zhì)

　?。?） 三項基本物理性指標(biāo)表示土的三項組成比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三項比例指標(biāo)。

　　此三項基本物理性指標(biāo)，由實驗室直接測定其數(shù)值。

　　① 土的天然容重，即天然重度 物理意義：土的天然密度與重力加速度的乘積。即天然狀態(tài)下土的重力密度。

　?、?土粒相對密度 物理意義：相對密度以4℃時的蒸餾水為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行對比的比值。

　　③ 土的含水量 物理意義：土中含水的數(shù)量，水重與固體重之比值。

　?。?） 反映土的松密程度的指標(biāo)

　　① 土的孔隙比 物理意義：土中孔隙與固體的體積比。

　　② 土的孔隙度 物理意義：土中孔隙占總體積的百分比，表示孔隙大小的程度。

　　（3） 反映土中含水程度的指標(biāo)

　?、?含水量

　　② 土的飽和度

　?。?） 特定條件下的重度

　　① 干重度

　?、?飽和重度

　　③ 有效重度

　　3．土的物理狀態(tài)指標(biāo)

　?。?） 無黏性土的密實度

　?、?用孔隙比作為劃分密實度的標(biāo)準(zhǔn)；

　?、?以相對密度作密實度的標(biāo)準(zhǔn)；

　?、?用標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗劃分密實度。

　?。?） 黏性土的物理性質(zhì)

　　① 液限 黏性土液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量稱為液限。

　?、?塑限 黏性土塑態(tài)與半固態(tài)的分界含水量稱為塑限。

　?、?縮限 黏性土固態(tài)與半固態(tài)的分界含水量稱為縮限。

　?、?塑性指數(shù) 黏性土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，即液限與塑限之差，稱為塑性指數(shù)。

　?、?液性指數(shù) 天然含水量與塑限之差除以塑性指數(shù)，是判別黏性土軟硬狀態(tài)的指標(biāo)。

　　⑥ 活動度 活動度反映黏性土中所含礦物的活動性。

　?、?靈敏度 靈敏度反映黏性土結(jié)構(gòu)性的強弱。

　　例2：土的三項組成中，土的（ ）是決定土的工程性質(zhì)的主要成分

　　A． 結(jié)合水 B．原生礦物 C． 腐殖質(zhì) D． 固體顆粒

　　答案：D 2G311032 土的工程分類

　　1、土的生成與特性

　　（1） 土的生成地殼中原來整體堅硬的巖石，經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。不同的風(fēng)化作用，形成不同性質(zhì)的土。風(fēng)化作用有下列三種：

　　① 物理風(fēng)化巖石受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度的變化，不均勻的膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂隙，崩解為碎塊。這種風(fēng)化作用，只改變顆粒的大小與形狀，不改變礦物成分，稱為物理風(fēng)化。由物理風(fēng)化生成的為粗顆粒土，如碎石、卵石、礫石、砂土等，呈松散狀態(tài)，總稱無黏性土。

　?、?化學(xué)風(fēng)化巖石碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質(zhì)接觸，使巖石碎屑發(fā)生化學(xué)變化，改變了原來組成礦物的成分，產(chǎn)生一種新的成分——次生礦物，土的顆粒變得很細(xì)，具粘結(jié)力，如黏土、粉質(zhì)黏土，總稱為黏性土。

　?、?生物風(fēng)化由動、植物和人類活動對巖體的破壞，稱生物風(fēng)化。例如開山、打隧道等活動形成的土，其礦物成分沒有變化。

　　例3：巖石碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質(zhì)接觸，使巖石碎屑發(fā)生化學(xué)變化，改變了原來組成礦物的成分，產(chǎn)生一種新的成分——次生礦物，土的顆粒變得很細(xì)，具粘結(jié)力，這是土的（ ）。

　　A． 物理風(fēng)化 B． 化學(xué)風(fēng)化 C． 生物風(fēng)化 D． 植物風(fēng)化 答案：B

　?。?） 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

　　 ① 土的結(jié)構(gòu)土顆粒之間的相互排列和聯(lián)結(jié)形式，稱為土的結(jié)構(gòu)，有下列三種：

　　● 單粒結(jié)構(gòu)：粗顆粒土，如卵石、砂等，在沉積過程中，每一個顆粒在自重作用下，單獨下沉，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

　　● 蜂窩結(jié)構(gòu)：當(dāng)土顆粒較細(xì)，在水中單個下沉，碰到已沉積的土粒，由于土粒之間的分子引力大于顆粒自重，則下沉土粒被吸引不再下沉，形成很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

　　● 絮狀結(jié)構(gòu)：在水中長期懸浮并在水中運動時，形成小鏈環(huán)狀的土集粒而下沉。這種小鏈環(huán)碰到另一小鏈環(huán)被吸引，形成大鏈環(huán)狀的絮狀結(jié)構(gòu)。上述三種結(jié)構(gòu)中，以密實的單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì)最好，蜂窩結(jié)構(gòu)其次，絮狀結(jié)構(gòu)最差。后兩種結(jié)構(gòu)土，如因擾動破壞天然結(jié)構(gòu)，則強度低、壓縮性大，不可用作天然地基。 ② 土的構(gòu)造同一土層中，土顆粒之間相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造，常見的有下列幾種：

　　● 層狀構(gòu)造：土層由不同顏色、不同粒徑的土組成層理，平原地區(qū)的層理通常為水平方向。層狀構(gòu)造是細(xì)粒土的一個重要特征。

　　● 分散構(gòu)造：土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，如砂、卵石層為分散構(gòu)造。

　　● 結(jié)核狀構(gòu)造：在細(xì)粒土中摻有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含礓石的亞黏土、含礫石的冰磧黏土等均屬結(jié)核狀構(gòu)造，其工程性質(zhì)取決于細(xì)粒土部分。

　　● 裂隙狀構(gòu)造：土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，有的硬塑與堅硬狀態(tài)的黏土為此種構(gòu)造。裂隙強度低，滲透性高，工程性質(zhì)差。

　　例：土有三種結(jié)構(gòu)密實單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)，按土的工程性質(zhì)由好到差排列的順序是（ ）。

　　A． 蜂窩結(jié)構(gòu)、密實單粒結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)
　　B． 絮狀結(jié)構(gòu)、密實單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)
　　C． 密實單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)
　　D． 密實單粒結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)

　　答案：C