西南交大土力學(xué)課件

1、11.1 概述概述1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)1.4 土的分類土的分類1.5 土的壓實特性土的壓實特性1.6 地基勘察地基勘察2（1）土是地殼表層的巖石在長期經(jīng)受風(fēng)化作用和水流、冰川、風(fēng)等自然力的剝蝕、搬運及堆積作用而生成的松散堆積物。 （2）土是離散顆粒的混合體 （3）土是天然產(chǎn)物高嶺土在電子顯微鏡下的照片高嶺土在電子顯微鏡下的照片1.1 概述概述3書中各章對土性的假定書中各章對土性的假定 章節(jié)章節(jié) 第第2章章 第第3章章 第第4章章 第第68章章基本基本方程方程土土土土顆顆粒粒骨骨架架孔孔隙隙水水拉普拉斯方程拉普拉斯方程0222222zh

2、yhxh22zuCtuv熱傳導(dǎo)方程熱傳導(dǎo)方程彈性理論彈性理論滑移線理論滑移線理論粘性流體粘性流體粘性流體粘性流體剛體剛體彈性體彈性體彈性體彈性體剛塑性體剛塑性體應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)應(yīng)力力應(yīng)應(yīng)力力應(yīng)應(yīng)力力應(yīng)應(yīng)力力4一、按成因分類1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類5二、按粒徑分類1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類6氫氧氫氧 鋁鋁氧氧 硅硅n H2OK K蒙脫石蒙脫石伊利石伊利石高嶺石高嶺石粘土礦物構(gòu)造單元示意圖粘土礦物構(gòu)造單元示意圖硅氧四面體硅氧四面體硅氧晶片硅氧晶片 鋁氫氧晶片鋁氫氧晶片粘土礦物的晶片示意圖粘土礦物的晶片示意圖三、粘土顆粒與粘土礦物鋁氫氧八面體鋁氫氧八面

3、體1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類7蒙脫石：顆粒較細(xì)、易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力強）、蒙脫石：顆粒較細(xì)、易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力強）、 強度低、壓縮性強度低、壓縮性 比表面積比表面積6/d 其中，其中，d土粒粒徑土粒粒徑伊利石：居中伊利石：居中高嶺石：顆粒較粗、不易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力差）、高嶺石：顆粒較粗、不易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力差）、 強度高、壓縮性低強度高、壓縮性低1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類三、粘土顆粒與粘土礦物8四、超靈敏土 (St16)靈敏度靈敏度 =utuqSq2低靈敏24中靈敏48 靈敏重塑土的無側(cè)限抗壓強度重塑土的無側(cè)限抗壓強度(

4、kPa)(kPa)uq1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類 原狀土的無側(cè)限抗壓強度原狀土的無側(cè)限抗壓強度(kPa)(kPa)uq原狀土的無側(cè)限抗壓強原狀土的無側(cè)限抗壓強度度重塑土的無側(cè)限抗壓強重塑土的無側(cè)限抗壓強度度816 特別靈敏16 超靈敏9名詞解釋： 原狀土從地層中取出，能保持原有結(jié)構(gòu)及含水量的土。 擾動土指土體結(jié)構(gòu)受到破壞或/和含水量發(fā)生變化的土。 重塑土將擾動的粘性土進行 風(fēng)干、碎散、過篩、勻土、分樣和烘干等工序，再按一定的密度和含水量制備成的試樣，稱為重塑土。10 粘聚性 塑性 膨脹與收縮 觸變 凍結(jié)與融化 離子交換離子交換作用 （p18）1.2 土的成分及其分類土的成分及其分

5、類五、粘性土的物理化學(xué)性質(zhì) 111.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)一、土的三項比例指標(biāo) 氣相固相液相+ + +構(gòu)成土骨架，起決定作用構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響重要影響土體次要作用次要作用12氣水土粒m質(zhì)量質(zhì)量體積體積VVvVsVaVw土的三相圖土的三相圖msmw1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)一、土的三相比例指標(biāo) 131、孔隙比（void ratio) evSVeV孔隙體積土粒體積孔隙比 孔隙體積與土顆粒體積之比。1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)一、土的三相比例指標(biāo)體積體積Va氣水土粒VvVsVw142、孔隙率（ porosity) nV100%VnV孔隙體積總體積孔

6、隙率 孔隙體積與土體體積之比， 用百分?jǐn)?shù)表示100%1ene1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)一、土的三相比例指標(biāo)體積體積氣水土粒VvV15ws100(%)mwm水質(zhì)量土粒質(zhì)量含水量土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比烘干法測定含水量1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)一、土的三相比例指標(biāo)m質(zhì)量質(zhì)量氣水土粒msmw3、含水量（ water content) w164、飽和度（degree of saturation) SrwrV100(%)VSV水體積孔隙體積飽和度孔隙中水的體積與孔隙體積之比1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)一、土的三相比例指標(biāo)體積體積Va氣水土粒VvVsVw171、

7、土顆粒密度和土的比重(1)土顆粒密度ssssmV土粒質(zhì)量土粒體積土粒密度土顆粒單位體積的質(zhì)量（g/cm3)1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw181、土顆粒密度和土的比重（2）土粒比重 Gs土粒比重土顆粒質(zhì)量與同體積的4oC時的純水的質(zhì)量之比。ssssw11wmGV純水在純水在4oC時的密度，時的密度，等于等于1g/cm3或或1t/m3。1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw19比重瓶法求土粒比重比重瓶s+-G 土粒質(zhì)量同體積純水質(zhì)量干土質(zhì)量干土質(zhì)量 瓶加水質(zhì)量 瓶加土加水質(zhì)量ss

8、abmmmm1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度202、天然密度和天然重度（1）天然密度ttmV土 質(zhì) 量總 體 積天然密度土單位體積質(zhì)量（g/cm3或t/m3)求天然密度 實驗室：環(huán)刀法 現(xiàn) 場：置換法(灌砂法、灌水法)1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw21（2）天然重度t天然重度土單位體積重量（kN/m3)ttWmggVV土重量總體積1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度2、天然密度和天然重度22sdmV土粒質(zhì)量總體積干密度土單位體積土粒質(zhì)量（g/cm3或t/m3)3、干密度和干重度（

9、1）干密度d1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw23（2）干重度d干重度土單位體積土粒重量（kN/m3)ssddWm ggVV3、干密度和干重度1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw24sVwsatmVV飽和密度孔隙充滿水時土單位體積質(zhì)量 （g/cm3或t/m3)（1）飽和密度sat4、飽和密度和飽和重度1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw25（2）飽和重度sat飽和重度孔隙充滿水時土單位體積 重量（kN/m3)satsat

10、g4、飽和密度和飽和重度1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw26（2）有效重度（浮重度）ssw-mVV 土粒質(zhì)量 浮力總體積（1）有效密度（浮密度）5、有效密度和有效重度有效密度地下水位以下，單位體積土粒質(zhì)量扣除 浮力后，即為單位土體積中土粒的有效 密度（g/cm3或t/m3)。g1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度275、比重Gs1、孔隙比e2、孔隙率n4、含水量w3、飽和度St6、天然密度t 天然重度t7、干密度d干重度d8、飽和密度sat飽和重度sat9、浮密度浮重度（烘干法測定）（比重瓶法測定）（環(huán)刀法測

11、定）三項測定值基本指標(biāo), 其余可進行指標(biāo)換算。1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度28sw(1)GwswwG氣水土粒質(zhì)量m體積VV=1+eVv=eVs=1土的三項物理指標(biāo)換算圖土的三項物理指標(biāo)換算圖swGe=VV/VsssswmGVwsmwm1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度29sw(1)1GwemVsswd11mGVewsw(1)1Gweswd1GesVwswwswsat()11mVGeGeVeesswswwsw(1)11mVGGVee 1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度30sw(1)1Gwesswswwsw(1)1

12、1mVGGVee sswsVwsvwwsatw()mVmVVmVVVVVV1VenVewwswstVVwwVmGww GSVVee1.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度31土的三相比例指標(biāo)換算公式 1 名稱名稱 符號符號 三相比例表達式三相比例表達式 常用換算公式常用換算公式 單位單位sG土粒比重土粒比重含水量含水量密密 度度飽和密度飽和密度有效密度有效密度干密度干密度g/cm3g/cm3 g/cm3g/cm3wdsatssswmGVrsS eGwws100%mwmrsS ewGd1wVmsw(1)1Gwed(1)wsVwsatmVVsdw1Ged1wsdmVsVwmVV

13、 sw11Ge satw ssatw1Gee32kN/m3 名稱名稱 符號符號 三相比例表達式三相比例表達式 常用換算公式常用換算公式 單位單位重度重度干重度干重度飽和重度飽和重度孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率有效重度有效重度 kN/m3 kN/m3 kN/m3飽和度飽和度dsatenrSmggVsw(1)1GwesddmggVsvwsatsatmVggVsswmVggVsdw1Gessatw1GeeeGs11vsVeVv100%VnVwrv100%VSVswd1Gesw(1)1Gweeen1dsw1nG stwGSedtwwSn土的三相比例指標(biāo)換算公式 233例題例題1.1 1.1 某工程地基勘探

14、中，取原狀50cm3，重95.15g，烘干后重75.05g，土粒比重為2.67 。求：dsatr,w e nS解解：繪制三相比例圖質(zhì)量（g)體積(cm3)m = 95.15g95.15V = 50cm350ms = 75.05g75.0520.13www1 /mg cmV3w20.1Vcm20.1ssswmGVssswmVG311.28167. 205.75cm28.11Vv = 5028.11= 21.89cm321.89Va = 21.8920.1= 1.79cm31.791.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度mw = 95.1575.05= 20.1g34質(zhì)量（g)

15、體積(cm3)95.155075.05121.891.792、計算三相比例指標(biāo)mgV3/03.19105015.95mkNsdmgV3/01.15105005.75mkNsvwsatmVgV3/39.191050189.2105.75mkNsatw =19.39-10=9.39kN/m3wsmwm%78.262678. 005.751 .20VsVeV78. 011.2889.21VVnV%78.434378. 05089.21wrVVSV%8 .91918. 089.211 .201.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度例題例題1.11.135 某

16、土料孔隙比e=0.9，飽和度Sr=40%，如果在體積不變的情況下，使飽和度增加到Sr=90%，問1m3土料中應(yīng)加多少水。體積體積(m3)1加水后體積加水后體積(m3)Vs0.9VeVVv+Vs=1m3Vv=0.9Vs=0.474m33s10.52610.9Vm0.4740.526w1r1v0.4VSV加水前3w10.4 0.4740.19Vmw2r2v0.9VSV加水后3w20.9 0.4740.43Vm0.190.43所以所以1m3土加水量為土加水量為0.430.19=0.24(t)解：10.5261.3 土的基本物理指標(biāo)土的基本物理指標(biāo)二、土顆粒密度與重度例題例題1.21.2361.4 土

17、的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)37干土質(zhì)量干土質(zhì)量1.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)（1 1）篩分試驗）篩分試驗篩分試驗示意圖m1盤底m275mm3106mm4250mm5425mm6850mm72mm篩孔孔徑篩孔孔徑38（2）顆粒級配曲線）顆粒級配曲線 （在單對數(shù)坐標(biāo)紙上制圖）（在單對數(shù)坐標(biāo)紙上制圖）通過質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)（通過質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)（%）0.0010.010.1110100020406080100顆粒級配曲線粒徑（粒徑（mm) (對數(shù)坐標(biāo)）對數(shù)坐標(biāo)）1.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)39通過質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)（通過質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)（%）0.0010.010.111

18、01000204060801001.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)粒徑（粒徑（mm) (對數(shù)坐標(biāo)）對數(shù)坐標(biāo)）40小于某粒徑的土重含量小于某粒徑的土重含量（%）0.0010.010.11100204060801001001.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)粒徑（粒徑（mm) (對數(shù)坐標(biāo)）對數(shù)坐標(biāo)）411009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線d60d10（3 3）有效粒徑）有效粒徑d d101

19、0：（4 4）限定粒徑）限定粒徑d d6060：小于某粒徑的土粒質(zhì)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為量累計百分?jǐn)?shù)為10%時時相應(yīng)的粒徑。相應(yīng)的粒徑。小于某粒徑的土粒質(zhì)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為量累計百分?jǐn)?shù)為60%時時相應(yīng)的粒徑。相應(yīng)的粒徑。1.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)421009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線d60d10d301.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標(biāo)（5 5）不均勻

20、系數(shù)）不均勻系數(shù)C Cu u：（6 6）曲率系數(shù)）曲率系數(shù)C Cc c：Cu 5，級配良好礫類土砂類土Cc=13級配良好Cu 5，勻粒土，級配不良Cu51060ddCu6010230dddCc43注： Cc過小（3）,d10 d30范圍內(nèi)有臺階即缺少該段粒徑的土44PwLw稠度稠度固態(tài)固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)流動狀態(tài)塑限塑限液限液限wsw01、液限Lw粘性土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量。測定：(2)碟式液限儀(3)聯(lián)合測定儀圓錐沉入10mm時的含水量圓錐沉入10mm時的含水量(1)錐式液限儀錐式液限儀粘性土因含水量不同表現(xiàn)出來的各種不同的物理狀態(tài)。粘性土因含水量不同表現(xiàn)出

21、來的各種不同的物理狀態(tài)。1.4 土的分類土的分類二、稠度界限縮限縮限452、塑限Pw粘性土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。 (1)搓條法:土條搓到3mm時 剛好斷裂,此時的含水量.(2)聯(lián)合測定儀:圓錐沉入 2mm時的含水量.測定： 取不同含水量做幾次(一般3次)試驗,試驗結(jié)果繪在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上,試驗點連成直線,可在圖上直接查得塑限和液限.圓錐入土深度與含水量關(guān)系1.4 土的分類土的分類二、稠度界限463、縮 限sw粘性土由固態(tài)轉(zhuǎn)到半固態(tài)的界限含水量。4、塑性指數(shù) IP5、液性指數(shù) ILPLPIww(省去%號)10 17 粉質(zhì)粘土 17 粘 土PPLLPPwwwwIwwI表示粘性土的軟硬狀態(tài)

22、L0I 堅硬L00.25I硬塑L0.250.75I可塑粘性土處于可塑狀態(tài)的變化范圍。1.4 土的分類土的分類二、稠度界限L0.751.00I軟塑L1.0I流塑固態(tài)固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)流動狀態(tài)wPwLwsw0縮限縮限塑限塑限液限液限47(一）巖石的工程分類一）巖石的工程分類1、巖石按堅固性分類2、巖石按風(fēng)化程度分類 類別 強度（MPa) 代表性巖石 硬質(zhì)巖石 大于等于30 花崗巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英巖等軟質(zhì)巖石 小于30 頁巖、粘土巖、云母片巖等微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強風(fēng)化1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類48（二）碎石土（二）碎石土（三）砂土（三）砂土1.4 土

23、的分類土的分類三、土的工程分類土的名稱土的名稱顆粒級配顆粒級配礫砂礫砂粒徑大于粒徑大于2mm2mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的25255050粗砂粗砂粒徑大于粒徑大于0.5mm0.5mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的5050中砂中砂粒徑大于粒徑大于0.25mm0.25mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的5050細(xì)砂細(xì)砂粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的8585粉砂粉砂粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的505049（四）粉土（四）粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%，塑性指數(shù)P10I （五）粘土（五）粘土塑性

24、指數(shù) IP10 (巖勘規(guī)) 或7(鐵橋規(guī))的土。1、按沉積年代分2、按塑性指數(shù)分（1）老粘土 粉質(zhì)粘土：粘土：P1017IP17I（2）一般粘性土（3）新近沉積粘性土1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類50（六）特殊土（六）特殊土1、軟土(soft clay)主要由細(xì)粒土組成；軟土分布于沿海、內(nèi)陸河流下游及湖泊與沼澤地區(qū)。分類淤 泥：淤泥質(zhì)土：泥 炭：有機質(zhì)含量 60%有機質(zhì)土：有機質(zhì)含量 50%L,1.5wweL,1.0 1.5wwe特性e大，一般e1；壓縮性高；天然含水量高，天然含水量接近或大于液限；強度低，透水性差，變形穩(wěn)定時間長。1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類512、人工

25、填土3、黃土(loess）（六）特殊土（六）特殊土由人類活動堆積而成的土。(1)素填土：(2)雜填土：(3)沖填土： 老黃土土質(zhì)密實，一般無濕陷性 新黃土大孔發(fā)育，有濕陷性水壓力濕陷 由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的 填土，不含雜質(zhì)或雜質(zhì)很少。由含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾組成的填土。是由水力沖填泥砂形成的填土。1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類52（六）特殊土（六）特殊土4、膨脹土 （expansive clay）5、紅粘土 (laterite soil) 膨脹土是指粘粒成分主要由親水性粘粒礦物組成的粘性土。具有吸水膨脹，失水收縮的特性。 紅粘土是指碳酸鹽系出露的巖石，經(jīng)紅土化作用形成并覆蓋于基巖上的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。液限一般大于50，上硬下軟，具明顯收縮性，裂隙發(fā)育。6、凍土(frozen ground)季節(jié)性凍土與多年凍土 三年以上溫度低于00C而不融化的土為多年凍土。雖凍土本身強度高，但受建筑物的影響，氣溫等自然條件變化可使其凍融或凍脹。1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類53（六）特殊土六）特殊土7、鹽漬土(saline soil)地表土層中易溶鹽含量大于0.5%的土。吸水膨脹性強、對混凝土和金屬材料有腐蝕性1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類54（七）細(xì)粒土按塑性圖分類（七）細(xì)粒