第一章土力學課件

1、 1.1 土的生成（一）1.1.1 巖石風化的產(chǎn)物及成土作用 自然界的巖石不斷經(jīng)歷著物理、化學和生物風化作用等， 形成各種風化產(chǎn)物，又經(jīng)搬運、沉積等作用形成土。巖石漫長地質(zhì)年代、內(nèi)外力地質(zhì)作用、沉積、變質(zhì)風化、剝蝕、搬運、沉積環(huán)境成土作用土 1.1 土的生成（二）1.1.2 陸相沉積1. 殘積層2. 坡積層3. 洪積層,泥石流,冰川堆積物4. 河流沖積層5. 湖積層6. 風積層1.1.3 海相沉積1. 濱海及瀉湖沉積2. 淺海沉積3. 深海沉積 1.2 土的三相組成（一）Vs 、Vw、Va 分別為固體、水、氣體部分的體積； Vv= Vw+ Va，Vv 為土中孔隙的體積；V= Vs+ Vv，V

2、為土樣的總體積；ms、mw、 ma 分別為固體、水、氣體部分的質(zhì)量， ma可以忽略；m=ms+ mw，m 為土樣的總質(zhì)量。土顆粒液 體氣 體孔 隙土顆粒 1.2 土的三相組成（二）1.2.1 土中的固體顆粒粒度：土顆粒的大??；粒徑：土顆粒當量小球體的直徑；粒組：按粒徑大小把粒徑相近、工程性質(zhì)相近土顆粒劃分為若干組；粒徑級配曲線：表達顆粒分析結(jié)果的曲線；有效粒徑：d10連續(xù)粒徑：d30控制粒徑：d60顆粒級配不均勻系數(shù)：表示曲線的斜率，Cu= d60 / d10 ；曲線的曲率系數(shù)：表示曲線的連續(xù)性狀況，Cc = d302 / (d10 d60 )。定量表示粒徑級配曲線的特征及工程意義 ； 1.2

3、 土的三相組成（三）當Cu10且Cc=13：級配良好的土；若不能同時滿足上述兩個條件：級配不良的土。Cu=166.7Cc=2.96Cu=2.25Cc=0.84Cu=18.0Cc=0.88粒徑級配曲線 1.2 土的三相組成（四）土粒的礦物化學成分原生礦物：巖石風化后化學成分未變化、化學性質(zhì)穩(wěn)定的礦物；次生礦物：經(jīng)反復風化和搬運，化學成分和性質(zhì)變化形成的新礦物；有機質(zhì)：生物遺骸及其分解物，形成有機質(zhì)土、泥炭等；可溶、難溶及不溶鹽類，各種化合物及多種微量元素。粘土礦物對粘性土的工程影響顆粒極細，比表面積極大：可衡量土粒間連接的牢固程度；吸附能力極強：具有很強的離子吸附及交換作用；粘土礦物顆粒的帶電性

4、。 1.2 土的三相組成（五）1.2.2 土中的水礦物結(jié)晶水或化學結(jié)合水 通常在高溫或長期加熱下發(fā)生變化，不包括在土的含水量計算中。結(jié)合（吸附）水 強結(jié)合水：吸附緊貼在土顆粒表面的水膜固定層，厚度15nm； 弱結(jié)合水：強結(jié)合水膜外圈的水膜擴散層，厚度10100nm。自由水 毛細水：存在于地下水位以上土顆粒間孔隙中的水，有溶解作用； 重力水：地下水位以下的液態(tài)水，受重力規(guī)律支配，有浮力作用。 1.2 土的三相組成（六）1.2.3 土中的氣體自由氣體 與外界大氣相通，當土層受荷載作用壓縮時，易使之逸出。 封閉氣泡 粒徑較細的土中，與大氣隔絕，受荷載作用時，會被壓縮或溶解，壓縮性增加，透水性減小，使

5、土體不易壓實。有毒性氣體、可燃性氣體 造成地質(zhì)災害。 1.3 土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造（一）1.3.1 土粒結(jié)構(gòu) 單粒結(jié)構(gòu)較粗顆粒的土，如礫石、砂粒等 蜂窩狀結(jié)構(gòu)較細顆粒的土，如粉粒等絮凝狀結(jié)構(gòu)微小的黏粒、膠體顆粒 1.3 土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造（二）1.3.2 土體構(gòu)造土體中各組成部分之間的排列、分布及外貌特征，如土層的層理及裂隙等宏觀特征。反映了土的成因、土形成時的地質(zhì)環(huán)境、氣候特征及土層形成后的演變結(jié)果等。1.4 土的物理性質(zhì)三相比例指標的測定及計算（一）1.4.1 常用物理性質(zhì)指標的定義及應用 1. 基本指標土粒相對密度 ds=ms/mw=s /w， mw為4C時同體積水的質(zhì)量土的天然含水量 w= mw

6、/ms (%)土的天然密度 =m/V (g/cm3)環(huán)刀法實驗室測定：相對密度瓶法烘干法實測指標1.4 土的物理性質(zhì)三相比例指標的測定及計算（二）2. 換算指標孔隙比 e=Vv / Vs孔隙率 n =Vv / V (%)飽和度 Sr=Vw / Vv (%)干密度、干重度 d=ms / V (g/cm3) 、d = d g (kN/m3)飽和密度、飽和重度 sat=(ms+Vv w )/V (g/cm3)、sat = sat g (kN/m3)有效密度、有效重度 = (ms-Vs w )/V (g/cm3)、=g (kN/m3)假設則1.4 土的物理性質(zhì)三相比例指標的測定及計算（三）推導各指標間

7、的關系于是根據(jù)定義式就便可推出各個指標間的換算式。例如在進行某地基勘察時，取一原狀土樣，由試驗測得：土的天然密度=1.8g /cm3，土粒相對密度ds=2.70，土的天然含水量w=18.0%，試求其余六個指標。解： 例題1 例題2某原狀土樣的總體積V=140cm3，濕土質(zhì)量m=258g，干土質(zhì)量ms=208g，土粒的相對密度ds=2.68，求土樣的密度、重度、干密度、干重度、含水量、孔隙比及飽和重度。 解：某填土工程，土料的e=0.95，Sr=37%，ds=2.72，若孔隙比不變，使其達到w=18%，問：1)每1m3土中需要加水多少？2)每1000kg土中需要加水多少？解：如圖分析：e不變，且

8、ms和Vs不變，就是孔隙體積不變；總體積不變。假定加水前土的含水量為w1 ，則：加水后(w2=18%)e=Vv / Vs=0.95填土材料加水前(w1=12.9%)ms,Vsmw1,Vve=Vv / Vs=0.95ms,Vsmw2,Vv 例題31）每1m3土中需要加水2）每1000kg土中需要加水 1.5 無粘性土的特性（一）1.5.1 孔隙比優(yōu)點：簡便缺點：不能全面地考慮土顆粒的級配影響。土的名稱分類密實度密實中密稍密松散礫,粗,中砂e 0.60.6 e 0.750.750.85細粉砂e 3015 N 3010 N 15N 10 1.6 粘性土及粉土的特性（一）1.6.1 粘性土粘性的來源原

9、始內(nèi)聚力：物質(zhì)分子間及微粒間的微觀力所構(gòu)成的凝聚力；固化內(nèi)聚力：土體內(nèi)含有的礦物質(zhì)和化學物質(zhì)產(chǎn)生的膠結(jié)固化作用。1.6.2 含水狀態(tài)特征及界限含水量的測定wswpwL半固體堅硬,含少量弱結(jié)合水可塑態(tài)含少量自由水結(jié)合水固體含有強結(jié)合水流動態(tài)含大量自由水縮限塑限液限 1.6 粘性土及粉土的特性（二）常用的界限含水量液限wL和塑限wp測定液限 ：液限儀：錐式（圖a）、碟式（圖b、c ）塑限 ：搓條法液限塑限聯(lián)合測定儀 ：1.6.3 兩個重要指標及其工程應用1、塑性指數(shù) Ip越大土的可塑性范圍越大。 對黏性土分類： 2、液性指數(shù) 表示粘性土含水軟硬狀態(tài)。稠度指數(shù) Ic 越大，土體越稠、越硬。軟硬狀態(tài)堅

10、硬硬塑可塑軟塑流動液性指數(shù)IL 00 IL 0.250.25 IL 0.750.75 1.0黏性土的軟硬狀態(tài)分類 1.6 粘性土及粉土的特性（三）黏土；粉質(zhì)黏土1.6.4 黏性土的活動度、靈敏度及觸變性活動度 靈敏度觸變性 1.6 粘性土及粉土的特性（四）不活動黏土一般黏土活動黏土強活動黏土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏高靈敏流動1.7.1 粘性土的夯(壓)實性 擊實試驗 以干密度和含水率關系作出擊實曲線。擊實曲線峰值點對應縱坐標為最大干密度，橫坐標為最優(yōu)含水率 (量) 。 1.7 粘性土水-土系統(tǒng)的工程特性（一）飽和度最大干密度最優(yōu)含水率1.7.2 粘性土的收縮、膨脹、崩解收縮：由于含水量的蒸發(fā)而引起土體積縮小的現(xiàn)象。土的收縮值和礦物成分有關。膨脹：土體中粘粒、膠粒含量越多，膨脹性越顯著。如蒙脫土吸水膨脹顯著，失水收縮也顯著。崩解：土在脹縮過程中由于應力不均勻、土粒間距超過引力作用范圍，土體就出現(xiàn)崩解現(xiàn)象。1.7.3 粘性土土質(zhì)改良 1.7.4 粘土中的降、排水 1.7.5 凍結(jié)過程中水分的遷移和積聚 1.7 粘性土水-土系統(tǒng)的工程特性（二）常用土的分類有：碎石、礫石類土；砂類土；粉土；粘性土；特殊土（濕陷性黃土、軟黏土、膨脹土、鹽漬土、凍土等