土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)課件

HarbinInstituteofTechnologyCivilEngineeringDepartment土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)FOUNDATIONSOILSCIENCEANDSOILMECHNICS

2022/12/29課程安排授課時(shí)間：4～11周44學(xué)時(shí)課程性質(zhì)：主干課及考試課考試形式：實(shí)行累加式，平時(shí)考核占10%，平時(shí)作業(yè)占10%，實(shí)驗(yàn)課占10%，期末考試占70%，缺席達(dá)到10課時(shí)取消期末考試資格。授課教師：王幼清教材：《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》袁聚云等編參考書(shū)：《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》洪毓康編2022/12/29緒論

一、土質(zhì)學(xué)及土力學(xué)的基本概念和研究對(duì)象1、土質(zhì)學(xué)及土力學(xué)

土質(zhì)學(xué)是研究土物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的科學(xué)。例如研究土成因及分布、土粒的大小、形狀、排列方式及其相互連接以及與地下水發(fā)生物理化學(xué)作用等。

土力學(xué)是研究土體的力學(xué)。主要研究土體的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及滲流規(guī)律等等。土質(zhì)學(xué)及土力學(xué)的研究對(duì)象都是土，主要研究土的工程性質(zhì)，為解決與土有關(guān)的工程問(wèn)題提供分析方法、為工程設(shè)計(jì)提供土的計(jì)算指標(biāo)。它是土木專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。2、土體

土是巖石礦物固體顆粒集合體，也稱為土體。土體的物理力學(xué)性能與其生成條件、環(huán)境條件、所處位置等密切相關(guān)。3、土體在工程中的作用1)傳力介質(zhì)——地基2)建筑材料——堤壩、路基、路面等4、工程中需解決的有關(guān)土體問(wèn)題1)地基沉降問(wèn)題2)地基的承載能力及穩(wěn)定問(wèn)題3)地基滲流破壞問(wèn)題4)路堤邊坡滑移及其他問(wèn)題基礎(chǔ)——建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)。地基——受建筑物荷載影響的部分土體。橋墩路堤2022/12/29

三、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的發(fā)展概況及成果

有關(guān)土力學(xué)的研究始于18世紀(jì)，隨著土木工程的發(fā)展和土力學(xué)理論研究的不斷深入，土力學(xué)逐步與土質(zhì)學(xué)相結(jié)合，較好地反映了土的工程性質(zhì)。取得的主要成果如下：1773年——法國(guó)科學(xué)家?guī)靵霭l(fā)表了土的抗剪強(qiáng)度和土壓力理論1869年——英國(guó)科學(xué)家朗肯發(fā)表了土壓力理論1900年——莫爾-庫(kù)侖提出了土體抗剪強(qiáng)度的極限平衡理論1920年——法國(guó)學(xué)者普朗特爾提出了地基極限承載力理論1922年——瑞典學(xué)者費(fèi)倫紐斯和比得森提出了土坡穩(wěn)定分析方法1925年——美籍奧地利人太沙基寫(xiě)出第一部《土力學(xué)》專著1936年——在美國(guó)召開(kāi)第一屆國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議此后在其他國(guó)家陸續(xù)召開(kāi)了十四屆國(guó)際土力學(xué)與巖土工程會(huì)議1957年——中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)設(shè)立了土力學(xué)及基礎(chǔ)工程委員會(huì)1962年——我國(guó)召開(kāi)第一屆全國(guó)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議,以后又陸續(xù)召開(kāi)了十余屆全國(guó)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議1983年——黃文熙院士出版發(fā)行了《土的工程性質(zhì)》專著1990年——朱百里、沈珠江出版發(fā)行了《計(jì)算土力學(xué)》專著1996年——錢(qián)家歡、殷宗澤出版發(fā)行了《土工原理與計(jì)算》專著2000年——沈珠江院士出版發(fā)行了《理論土力學(xué)》專著2022/12/29四、本課程的學(xué)習(xí)方法和要求1、理解概念，弄清原理，具體問(wèn)題，具體分析。2、切忌死記硬背。3、按時(shí)完成作業(yè)，及時(shí)消化課堂內(nèi)容。第1章土的物理性質(zhì)及工程分類土是由巖石風(fēng)化(物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化)后形成的顆粒堆積物。巖石經(jīng)過(guò)剝蝕、搬運(yùn)、沉積后形成土。不同成因類型的土具有不同的工程性質(zhì)。例如：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風(fēng)積土等等。土粒相互之間的孔隙中有水和空氣。土體是由顆粒（固相）、水（液相）、空氣（氣相）三相組成。土顆粒大小不均勻，形狀不規(guī)則及其排列、組合千變?nèi)f化。土的性質(zhì)主要由土的三相組成及其比例關(guān)系決定。1.1土的三相組成1、土的固相組成土粒的物質(zhì)一般分兩類：

原生礦物——母巖礦物,存在于粗大的土粒中,例如：砂粒、礫石、碎石等。

次生礦物——原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后生成的新礦物,存在于細(xì)粒土，例如：黏土顆?；蚍Q黏土礦物。常見(jiàn)的有:高嶺石、伊利石、蒙脫石等。土的固相中除土粒外，還有部分腐殖質(zhì)礦物和有機(jī)物等。2022/12/29

2、土的液相土中水是一種成分復(fù)雜的電解質(zhì)水溶液，按土粒礦物的親水性一般分兩類：

結(jié)合水——受電荷引力作用而吸附在土粒表面的水膜。按引力的強(qiáng)弱又

分為強(qiáng)結(jié)合水(吸附層)和弱結(jié)合水(擴(kuò)散層)。

自由水——電荷引力作用以外的水，包括毛細(xì)水和重力水。毛細(xì)水受重力和表面張力控制，不能流動(dòng)；重力水受重力或水壓差作用能流動(dòng)。3、土的氣相土中氣體分為連通氣體和封閉氣體兩種。連通氣體對(duì)土的性質(zhì)影響不大，封閉氣體會(huì)增加土體的彈性，使土的工程性質(zhì)復(fù)雜化。1.2土的顆粒特征一、土粒粒組的劃分

天然土中土粒的大小相差很大，因此土的性能千差萬(wàn)別。為了研究土的性能，需進(jìn)行粒組劃分：將大小相近性能變化不大的土粒劃為同一組。由于各粒組的性能易于確定，所以可按各粒組在土中的相對(duì)含量綜合確定土的性能。不同系統(tǒng)的粒組劃分有所不同。二、土粒組成的表示方法土體由各粒組混合而成，則土粒大小及其分布情況可用各粒組在土中的相對(duì)含量(各粒組干土重量百分比)表示，稱為土的顆粒級(jí)配或粒度成分。土的顆粒級(jí)配有三種表示方法：表格法、累計(jì)曲線法、三角坐標(biāo)法2022/12/29

(1)表格法直接給出各粒組含量或小于某粒徑的粒組累計(jì)含量。該法簡(jiǎn)單方便。

(2)累計(jì)曲線法用豎坐標(biāo)表示小于某粒徑土的百分含量，用對(duì)數(shù)橫坐標(biāo)表示粒徑繪制土的級(jí)配曲線。并用不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)反映土級(jí)配情況。該法直觀形象。

不均勻系數(shù)：曲率系數(shù)：

式中累計(jì)百分含量為10%、30%、60%的粒徑，由累計(jì)曲線測(cè)得。當(dāng)時(shí)，土的級(jí)配良好。為有效粒徑；為限定粒徑。

(3)三角坐標(biāo)法用等腰三角形的三條邊表示砂粒、粉粒、黏粒粒組的坐標(biāo)，以三角形內(nèi)一點(diǎn)的三個(gè)高分別表示土中三個(gè)粒組的含量。該法主要用于路面選料設(shè)計(jì)。2022/12/29二、換算指標(biāo)

三、三相比例指標(biāo)的換算關(guān)系利用三相草圖換算，取并假定，則，由，，，按定義有：

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1.５無(wú)黏性土的密實(shí)度一、砂土的相對(duì)密度１、相對(duì)密實(shí)度指標(biāo)定義

式中、分別為最大和最小孔隙比，由試驗(yàn)測(cè)得。２、砂土按相對(duì)密度指標(biāo)分類

密實(shí)度密實(shí)中密松散

相對(duì)密度

密實(shí)中密松散三等分

二、無(wú)黏性土密實(shí)度劃分的其他方法１、砂土密實(shí)度按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)分類２、碎石土密實(shí)度按重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)分類３、碎石土密實(shí)度按超重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)分類４、砂土密實(shí)度按天然孔隙比分類

2022/12/29第2章黏性土的物理化學(xué)性質(zhì)

2.1鍵力的基本概念鍵力