第二講 電力工程技術(shù)基礎知識（2）

　　一、內容提示

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

　　二、 重點(diǎn)難點(diǎn)

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

　　三、大綱要求

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

　　四、 內容講解

　　2G311030 掌握土的基本性質(zhì)和工程分類(lèi)

　　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(chēng)為土的三相組成。土中的固體礦物構成骨架，骨架之間貫穿著(zhù)孔隙，孔隙中充填著(zhù)水和空氣。隨著(zhù)環(huán)境的變化，會(huì )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，飽和粉細砂受振動(dòng)可能產(chǎn)生液化，飽和黏土地基沉降需很長(cháng)時(shí)間才能穩定。由此可見(jiàn)，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(kāi)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：?jiǎn)蔚V物顆粒——如常見(jiàn)的石英、長(cháng)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。主要是黏土礦物，肉眼看不清，用電子顯微鏡觀(guān)察為鱗片狀。黏礦物的微觀(guān)結構由兩種原子層（晶片）構成：一種是由四面體構成的硅氧晶片；另一種是由八面體構成的鋁氫氧晶片。因這兩種晶片結合的情況不同，形成三種黏土礦物：蒙脫石——兩結構單元之間沒(méi)有氫鍵，聯(lián)結弱，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(jià)由陽(yáng)離子鉀補償。因而晶格層組之間具結合力，親水性低于蒙脫石。高嶺石——晶胞之間有氫鍵，聯(lián)結力較強，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。

　?、?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。通常，用土中各粒組的相對含量，占總重的百分數來(lái)表示，稱(chēng)為土的粒徑級配。這是決定無(wú)黏性土工程性質(zhì)的主要因素，以此作為土分類(lèi)定名的標準。

　　粒徑分析方法，工程中常用兩種方法，配合使用。

　　1、 篩分法：用一套標準篩，將粗粒土進(jìn)行篩分。

　　2、 比重計法：根據土粒直徑大小不同，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：

　?、?結合水

　　● 強結合水（吸著(zhù)水），緊靠土粒表面，厚度只有幾個(gè)水分子厚。強結合水性質(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。黏土只含強結合水時(shí)，呈固體堅硬狀態(tài)；砂土只含強結合水時(shí)，呈散粒狀態(tài)。

　　● 弱結合水：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，在電場(chǎng)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(dòng)，有浮力作用。

　　● 毛細水：位于地下水位以上，受毛細作用而上升，粉土毛細水上升高。在寒冷地區要注意基礎因毛細水上升產(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。

　?、?固態(tài)水 當氣溫降至0℃以下時(shí)，液態(tài)水結冰為固態(tài)水。由于水的密度在4℃時(shí)最大，低于0℃的冰，體積膨脹，使基礎產(chǎn)生凍脹。寒冷地區基礎埋置深度要注意凍脹問(wèn)題。

　?。?） 土中氣體 土的孔隙中沒(méi)有被水占據的部分都是氣體，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(shí)逸出，對工程無(wú)影響。

　?、?封閉氣泡 封閉氣泡與大氣隔絕，存在黏性土中。當土層受荷載作用時(shí)，封閉氣泡縮小。土中封閉氣泡多時(shí)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表示土的三項組成比例關(guān)系的指標，稱(chēng)為土的三項比例指標。

　　此三項基本物理性指標，由實(shí)驗室直接測定其數值。

　?、?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(shí)的蒸餾水為標準，進(jìn)行對比的比值。

　?、?土的含水量 物理意義：土中含水的數量，水重與固體重之比值。

　?。?） 反映土的松密程度的指標

　?、?土的孔隙比 物理意義：土中孔隙與固體的體積比。

　?、?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。

　?。?） 反映土中含水程度的指標

　?、?含水量

　?、?土的飽和度

　?。?） 特定條件下的重度

　?、?干重度

　?、?飽和重度

　?、?有效重度

　　3．土的物理狀態(tài)指標

　?。?） 無(wú)黏性土的密實(shí)度

　?、?用孔隙比作為劃分密實(shí)度的標準；

　?、?以相對密度作密實(shí)度的標準；

　?、?用標準貫人試驗劃分密實(shí)度。

　?。?） 黏性土的物理性質(zhì)

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

　?、?塑限 黏性土塑態(tài)與半固態(tài)的分界含水量稱(chēng)為塑限。

　?、?縮限 黏性土固態(tài)與半固態(tài)的分界含水量稱(chēng)為縮限。

　?、?塑性指數 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(chēng)為塑性指數。

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

　?、?活動(dòng)度 活動(dòng)度反映黏性土中所含礦物的活動(dòng)性。

　?、?靈敏度 靈敏度反映黏性土結構性的強弱。

　　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(lèi)

　　1、土的生成與特性

　?。?） 土的生成地殼中原來(lái)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(chēng)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：

　?、?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(chēng)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(chēng)無(wú)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(lái)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，具粘結力，如黏土、粉質(zhì)黏土，總稱(chēng)為黏性土。

　?、?生物風(fēng)化由動(dòng)、植物和人類(lèi)活動(dòng)對巖體的破壞，稱(chēng)生物風(fēng)化。例如開(kāi)山、打隧道等活動(dòng)形成的土，其礦物成分沒(méi)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(lái)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，具粘結力，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

　?。?） 土的結構和構造

　　 ① 土的結構土顆粒之間的相互排列和聯(lián)結形式，稱(chēng)為土的結構，有下列三種：

　　● 單粒結構：粗顆粒土，如卵石、砂等，在沉積過(guò)程中，每一個(gè)顆粒在自重作用下，單獨下沉，達到穩定狀態(tài)。

　　● 蜂窩結構：當土顆粒較細，在水中單個(gè)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構。

　　● 絮狀結構：在水中長(cháng)期懸浮并在水中運動(dòng)時(shí)，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)狀的絮狀結構。上述三種結構中，以密實(shí)的單粒結構土的工程性質(zhì)最好，蜂窩結構其次，絮狀結構最差。后兩種結構土，如因擾動(dòng)破壞天然結構，則強度低、壓縮性大，不可用作天然地基。 ② 土的構造同一土層中，土顆粒之間相互關(guān)系的特征稱(chēng)為土的構造，常見(jiàn)的有下列幾種：

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

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

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

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

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

　　A． 蜂窩結構、密實(shí)單粒結構、絮狀結構
　　B． 絮狀結構、密實(shí)單粒結構、蜂窩結構
　　C． 密實(shí)單粒結構、蜂窩結構、絮狀結構
　　D． 密實(shí)單粒結構、絮狀結構、蜂窩結構

　　答案：C