中南大学土力学课件.ppt

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1、土的强度理论土的强度理论土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算土体中的应力计算土体中的应力计算土的渗透性与水的渗流土的渗透性与水的渗流土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点挡土结构物上的土压力挡土结构物上的土压力地基承载力地基承载力土力学土力学张升张升 教材及参考书教材及参考书教教 材：材：马建林主编，马建林主编，土力学土力学（第三版），中国铁道出版社（第三版），中国铁道出版社 阮波，张向京主编，阮波，张向京主编，土力学试验土力学试验，中南大学出版社，中南大学出版社参考书：参考书：Arnold Verruijt,SOIL MECHANIC

2、S 陈希哲主编，陈希哲主编，土力学与地基基础土力学与地基基础，清华大学出版社，清华大学出版社 邵光辉主编，邵光辉主编，土力学与地基基础土力学与地基基础，人民交通出版社，人民交通出版社 陈仲颐主编，陈仲颐主编，土力学土力学，清华大学出版社，清华大学出版社教学环节教学环节 ：讲课讲课+习题课习题课 (34(34学时学时)实验课实验课 (3(3次次 6 6学时学时)考核及成绩：考核及成绩：7070 （期末考试）（期末考试）10 10 （作业完成情况）（作业完成情况）1515 （实验：预习操作报告）（实验：预习操作报告）5 5 (平时表现平时表现)土力学课程的安排和要求土力学课程的安排和要求上课、实验

3、课必须出席上课、实验课必须出席积极参加课堂讨论积极参加课堂讨论独立按时完成作业。抄袭、迟交或不认真独立按时完成作业。抄袭、迟交或不认真完成者在平时成绩中扣分。为鼓励个人独完成者在平时成绩中扣分。为鼓励个人独立完成，作业错误不扣分。立完成，作业错误不扣分。课程要求：课程要求：F 什么是土？什么是土？F 土及土力学的特点？土及土力学的特点？F 学习土力学的重要性？学习土力学的重要性？F 土力学的研究内容？土力学的研究内容？F 土力学的发展方向？土力学的发展方向？绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 主要内容土地系指由地形、水文、局地气候、土地系指由地形、水文、局地气候、岩石圈的上层、土壤和生物

4、有机体等岩石圈的上层、土壤和生物有机体等相互作用组成的自然地域综合体，是相互作用组成的自然地域综合体，是地球表层历史发展的产物。地球表层历史发展的产物。F什么是土？什么是土？绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 大气圈大气圈水圈水圈岩石圈岩石圈生物圈生物圈风化物风化物土壤圈土壤圈地下水地下水一、土壤在自然界的位置一、土壤在自然界的位置土壤是岩石圈、大气圈、土壤是岩石圈、大气圈、水圈和生物圈综合作用水圈和生物圈综合作用形成的产物。其上界通形成的产物。其上界通常是绿色植物层顶，下常是绿色植物层顶，下界达植物根分布层。其界达植物根分布层。其垂直范围，恰好是岩石垂直范围，恰好是岩石圈的上层、大气圈

5、的下圈的上层、大气圈的下层、水圈及生物圈相互层、水圈及生物圈相互接触的地方，是生物生接触的地方，是生物生命及人类生产活动最集命及人类生产活动最集中的地方。中的地方。绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 二、土壤的剖面和形成二、土壤的剖面和形成土壤有非常复杂的形成过程，并具有独特土壤有非常复杂的形成过程，并具有独特的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本层次。层次。FF 地质大循环：地质大循环：岩石岩石 土壤土壤风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积FF 生物小循环：生物小循环：生物活动所造成的

6、土壤生物活动所造成的土壤 有机质的循环有机质的循环地质成岩作用地质成岩作用土壤带土壤带腐殖质层腐殖质层淀积层淀积层母质层母质层传统岩土工程的范畴传统岩土工程的范畴 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 岩石因物理风化作用破碎，岩石因物理风化作用破碎，在重力作用下堆积到山脚在重力作用下堆积到山脚三、土的形成过程三、土的形成过程风蚀蘑菇风蚀蘑菇 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 高山下的冲积锥群高山下的冲积锥群黄河冲积三角洲 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 砾石料砾石料 卵卵 石石 砂砂 粘粘 土土（人工破碎）（人工破碎）四、工程与土力学中的土四、工程与土力学中的土地球表面的

7、整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。粒堆积物。绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 一、土体的特点一、土体的特点FF 一般一般固体：固体：FF 液体：液体：FF 土体（散粒）：土体（散粒）：可保持固定的形状可保持固定的形状不具有特定的形状不具有特定的形状具有一定但不固具有一定但不固定的形状定的形状F土及土力学的特点？土及土力学的特点？绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 岩石风化或破岩石风化或破碎的产物，是碎的产物，是非连续体非连续

8、体 受力以后易变形，强度低受力以后易变形，强度低 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化 剪切变形主要由颗粒相对剪切变形主要由颗粒相对 位移引起位移引起固相固相-土骨架土骨架液相液相-水水气相气相-空气空气 受力后由土骨架、孔隙受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担介质共同承担 相间存在复杂的相互作用相间存在复杂的相互作用 孔隙流体流动孔隙流体流动自然界的产物，自然界的产物，存在自然变异性存在自然变异性 非均匀性非均匀性 各向异性各向异性 时空变异性时空变异性 碎散性碎散性 三相性三相性 天然性天然性 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 学科学科研究对象研究对象理论力学理论力学 质点或

9、刚体质点或刚体材料力学材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）单个弹性杆件（杆、轴、梁）连续固体连续固体结构力学结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构若干弹性杆件组成的杆件结构弹性力学弹性力学 弹性实体结构或板壳结构弹性实体结构或板壳结构水力学水力学不可压缩的连续流体（水）不可压缩的连续流体（水）连续流体连续流体土力学土力学天然的三相碎散堆积物天然的三相碎散堆积物碎散材料碎散材料二、土力学与其他学科的比较二、土力学与其他学科的比较 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 三、土力学的特点三、土力学的特点 土力学土力学研究土的物理、化学和力学性质以及土体在荷载、研究土的物理、化学和力学性质以及土体在

10、荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。连续介质力学连续介质力学的基本知识的基本知识描述碎散体描述碎散体特性的理论特性的理论实验规律及工实验规律及工程实践经验程实践经验 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 四、土力学的发展历史四、土力学的发展历史1773 Coulomb1773 Coulomb（后（后MohrMohr发展）：摩尔发展）：摩尔-库仑强度理库仑强度理论论 有关土力学的第一个理论有关土力学的第一个理论17761776 CoulombCoulomb：库仑土压力理论：库仑土压力理论1856 Darcy1856 Darcy：达西渗

11、流定律：达西渗流定律1857 Rankine 1857 Rankine：朗肯土压力理论：朗肯土压力理论1920 Prandtl1920 Prandtl：普朗特极限承载力公式：普朗特极限承载力公式1921-1923 Terzaghi1921-1923 Terzaghi：有效应力原理及固结理论：有效应力原理及固结理论1925 Terzaghi 1925 Terzaghi：出版：出版土力学土力学 土力学成为一门独立学科的标志土力学成为一门独立学科的标志1936 1936 第一届国际土力学及基础工程会议第一届国际土力学及基础工程会议19601960s s后后 现代土力学现代土力学萌萌芽芽时时期期古古典

12、典时时期期现现代代 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 土是工程中应用最广泛的建筑材料。由土层所土是工程中应用最广泛的建筑材料。由土层所构成的广袤大地构成的广袤大地 是工程建设的基地是工程建设的基地 是建筑物的地基是建筑物的地基 是地下建筑的环境是地下建筑的环境 为土工构筑物提供填筑材料为土工构筑物提供填筑材料因此，对土工程性质认识的偏差可能会导致损因此，对土工程性质认识的偏差可能会导致损失巨大的事故。失巨大的事故。F学习土力学的重要性？学习土力学的重要性？绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月开始装谷物，

13、月开始装谷物，至至1010月月1717日共装入日共装入3 3万多万多谷物，但此时发生破坏：谷物，但此时发生破坏：1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm 24 24小时倾斜小时倾斜26265353 西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m 上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：概况：长长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。钢混个圆筒仓。钢混筏板基础，厚筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。19131913年完工，自重年完工，自重2 2万万T T。

14、绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。但其位置比原来降低了米。原因：原因：谷仓的地基承载谷仓的地基承载力按邻近结构物基槽开力按邻近结构物基槽开挖取土试验结果计算。挖取土试验结果计算。19521952年经勘察试验与计年经勘察试验与计算，地基实际承载力远算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此谷仓基底压力。因此谷仓地

15、地基因超载发生强度破坏基因超载发生强度破坏而滑动而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5 试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 香港宝城滑坡香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡砸毁

16、相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土土体滑动力超过土的强度的强度，于是山坡土体发生滑动。，于是山坡土体发生滑动。绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 香港宝城滑坡现场香港宝城滑坡现场 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 阪神大地震中的地基液化阪神大地震中的地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积砂地震引起大

17、面积砂土地基液化后产生土地基液化后产生很大的侧向变形和很大的侧向变形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重物倒塌或遭到严重损伤损伤 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 地基液化造成的路面塌陷地基液化造成的路面塌陷 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 1964年日本新泻地震地基的大面积液化 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 F 加拿大特朗斯康谷仓地基失稳加拿大特朗斯康谷仓地基失稳F 香港宝城滑坡香港宝城滑坡F 阪神等大地震中地基液化阪神等大地震中地基液化案例总结（一）绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 可归结为与土有关的可归结为与土有关的 强度问题强度问题

18、比比 萨萨 斜斜 塔塔11731173年：动工年：动工13601360年：再复工，至年：再复工，至13701370年竣工，年竣工，全塔共全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272年：复工，经年：复工，经6 6年，至年，至7 7层，层，高高48m48m，再停工，再停工11781178年：至年：至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工因倾斜停工 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 目前：塔向南倾斜，南北两端沉目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差降差1.80m，塔顶离中心线已达，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜，倾斜5.5原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土地基持

19、力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度低，变形大。和粘土层，强度低，变形大。15901590年年:伽利略在此塔做伽利略在此塔做 自由落体实验自由落体实验 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理：基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固19901990年年1 1月月:封闭封闭19921992年年7 7月：加固塔身，用压重月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理 目目 前前 :已向游人开放。已向游人开放。处理措施处理措施 绪论：土力学及其特点绪论：土

20、力学及其特点 苏州虎丘塔苏州虎丘塔F概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年祖建隆二年(公元公元961年年)。塔高。塔高47.5m，平面呈八角形。平面呈八角形。F问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达顶离中心线达2.31m，底层塔身发生，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。不少裂缝，成为危险建筑物。F原因：坐落于不均匀粉质粘土层，原因：坐落于不均匀粉质粘土层，产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。F处理：在四周建造圈桩排式地下连续处理：在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打

21、设树根桩加固塔身。打设树根桩加固塔身。绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机场运营面积：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m世界最大的人工岛世界最大的人工岛 日本关西机场日本关西机场 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 问题：沉降大且不均匀问题：沉降大且不均匀 设计沉降：设计沉降：5.7-7.5 m 完成时完成时(1990年年)实际沉降：实际沉降：8.1 m，5cm/月月 预测主固

22、结需：预测主固结需：20年年 比设计多超填：比设计多超填：3m 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 F 意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔F 苏州虎丘塔苏州虎丘塔F 日本关西机场日本关西机场案例总结（二）绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 可归结为与土有关的可归结为与土有关的 变形问题变形问题土坝，土坝，高高90m90m，长长1000m1000m，19751975年建成年建成次年次年6 6月失事月失事 Teton坝（美国）坝（美国）绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 上午上午10:3010:30 11 11：000011:3011:3011

23、:5711:57 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 损失损失直接直接80008000万美元，万美元，起诉起诉55005500起，起，2.52.5亿美元，死亿美元，死1414人，人，受灾受灾2.52.5万人，万人，6060万亩土地，万亩土地，3232公里公里铁路被冲铁路被冲原因原因渗透破坏：冲蚀渗透破坏：冲蚀 水力劈裂水力劈裂 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 1998年长江大堤 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 九江大堤决口九江大堤决口1998年年8月月7日日13:10发生管涌发生管涌险情，险情，20分钟后，在堤外迎分钟后，在堤

24、外迎水面找到水面找到2处进水口。处进水口。又过又过20分钟，防水墙后的土分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出堤突然塌陷出1个洞，个洞，5 m宽宽的堤顶随即全部塌陷，并很的堤顶随即全部塌陷，并很快形成宽约快形成宽约62m的溃口。的溃口。溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 沟后面板砂砾石坝沟后面板砂砾石坝位于青海省，高位于青海省，高7171米，长米，长265265米，建米，建于于19891989年。年。19931993年年8 8月月7 7日突然日突然发生溃坝，瞬间冲发生溃坝，瞬间冲毁毁10001000多户房舍，多户房舍，288288人丧生，上千人丧生，上千人受

25、伤。人受伤。溃坝原因：溃坝原因：面板止水失效，下游坝体排水不畅，面板止水失效，下游坝体排水不畅，造成坝坡失稳造成坝坡失稳 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 F 美国美国TetonTeton坝失事坝失事F 9898洪水长江堤防险情洪水长江堤防险情F 沟后面板砂砾石坝溃坝沟后面板砂砾石坝溃坝案例总结（三）绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 可归结为与土有关的可归结为与土有关的 渗透问题渗透问题土工结构物或地基土工结构物或地基 土 强度问题强度问题 变形问题变形问题 渗透问题渗透问题 强度特性强度特性 变形特性变形特性 渗透特性渗透特性土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学可以解决工

26、程实践问题，这正是土力学存土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的。在的价值以及我们学习土力学的目的。学习土力学的目的学习土力学的目的 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 基础和先导基础和先导 物理性质物理性质 土中应力计算土中应力计算工程应用工程应用 土压力土压力 土坡稳定土坡稳定 地基承载力地基承载力 基础设计基础设计核心理论核心理论 渗透特性渗透特性 变形特性变形特性 强度特性强度特性土力学土力学F土力学的研究内容土力学的研究内容 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 土的物理性质土的物理性质土的渗透性土的渗透性 地基土的变形性质地基土的变形性质 地基土的抗剪强度和稳定性地基土

27、的抗剪强度和稳定性 土压力土压力 土动力学土动力学其他问题其他问题 土力学的研究内容土力学的研究内容 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 F 设计理论方面设计理论方面F 土的本构模型土的本构模型F 土动力学研究土动力学研究F 土力学试验设备的改进和研制土力学试验设备的改进和研制F 复合地基和复合土体的设计和改进复合地基和复合土体的设计和改进F土力学的发展方向土力学的发展方向 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 F 重大交通运输工程重大交通运输工程：高铁、重载、机场、地铁：高铁、重载、机场、地铁F 废料储存废料储存：核废料、垃圾、二氧化碳：核

28、废料、垃圾、二氧化碳F 重大岩土工程灾害重大岩土工程灾害：滑坡、地面塌陷：滑坡、地面塌陷F 新能源开发新能源开发：可燃冰、深部采矿：可燃冰、深部采矿F土力学的新领域土力学的新领域 绪论：土力学及其特点绪论：土力学及其特点 土力学定义、研究对象、研究的主要内容 土力学应用中的成功经验 土力学应用中的失败教训：建筑物倾斜、地 基严重下沉、地基液化失效、土体滑坡 土力学理论：古典土力学、太沙基影响时期、计算机时代 土力学设计理论、本构模型、动力学、试验设备第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3

29、 土的结构土的结构1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 主要内容1.1 土土 的的 形形 成成土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成岩作用土的组成、结构土的组成、结构和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类一、风化作用一、风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化 岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝,或在运动过或在运动过

30、程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称原矿物成分与母岩相同，称原生矿物生矿物 产生无粘性土产生无粘性土第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物 颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，称次矿物成分与母岩不同，称次生矿物生矿物 形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类主要为粘性颗粒及可溶盐类 物理风化物理

31、风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用 可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物构成土中有机质和营养物质的生物循环质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运二、土的沉积类型二、土的沉积类型母岩表层经风化作用破碎成母岩表层经风化作用破碎成岩屑或

32、细小颗粒后，未经搬岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物运残留在原地的堆积物 残积土残积土 强风化强风化 弱风化弱风化 微风化微风化 母岩体母岩体 颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗细不均粗细不均 无明显层理无明显层理第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运风化所形成的土颗粒，受自然力的风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物 坡积土：坡积土：土粒粗细不同，性质不均土粒粗细不同，性质不均 洪积土：洪积土：有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细

33、 冲积土：冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差 海相沉积物：海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀 风积土：风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响1.2土体的三相构成土体

34、的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类一、固体颗粒一、固体颗粒 粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的

35、土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒60第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1 1、粒径级配、粒径级配F 粒径级配：粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分各粒组的相对含量，用质量百分 数来表示数来表示F 分析方法：分析方法：筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 常采用比重计法常采用比重计法F 表述方法表述方法:粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质

36、与工程分类孔径孔径105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土土筛余筛余0101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010筛筛分分法法第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性

37、质与工程分类1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径:斜率斜率:某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡陡-相应粒组含量多相应粒组含量多 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50:平均粒径平均粒径d60:控制粒径控制粒径d10:有效粒径有效粒径d30;中间中间粒径粒径第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程

38、分类 土的粗细度：土的粗细度：用用d50 表示表示 土的不均匀程度：土的不均匀程度：用不用不均匀系数：均匀系数：Cu=d60/d10 表示，表示，Cu 5，称为不均，称为不均匀土，反之称为均匀土匀土，反之称为均匀土 连续程度连续程度:用曲率系数用曲率系数 Cc=d302/(d60 d10)度量度量,Cc=13为连续级为连续级配配,33或或13 或或 Cc1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的用于判定土的级配优劣级配优劣：Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点

39、处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于温度略高于100C时可蒸发时可蒸发-弱结合水：弱结合水：受电场引力作用，为粘滞水膜受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土颗粒颗粒-+引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水n 结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工

40、程分类-毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛细由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力和重力的作用作用-重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动n 自由水：自由水：不受颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类三、土三、土 中中 气气F自由气体：自由气体：与大气连通的气体，对土的与大气连通的气体，对土的性质影响不大性质影响不大F封闭气体：封闭气体

41、：被土颗粒和水封闭的气体被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类一、粗粒土的结构一、粗粒土的结构F粒间作用力：粒间作用力：重力起重力起决定性的作用决定性的作用。在非。在非饱和土中，还受到毛饱和土中，还受到毛细力的作用细力的作用F排列形式：点与点排列形式：点与点 点与面点与面单粒结构单粒结构示意图示意图1.3 土土 的的 结结 构构第一章：土的物理性质与工程分类

42、第一章：土的物理性质与工程分类二、细土颗粒间的作用力二、细土颗粒间的作用力 范德华力：范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因 库仑力：库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢衰减的速度比范德华力慢 胶结力：胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度是化合键，具有较高的强度 毛细力：毛细力：土中毛细作用形成的力土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的土

43、中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：作用，其他粒间力起主导作用：第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类三、细粒土的结构三、细粒土的结构 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式淡水中沉积淡水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势（粒间斥力占优势)面与面面与面天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。往往先形成团粒合结构。往往先形成团粒凝聚结构凝聚结构海水中沉积海水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加（斥力减小引力增加)边、角与面边、角与面边、角

44、与边边、角与边示意图示意图分散结构分散结构 第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类四、砂土的振动密实和液化四、砂土的振动密实和液化振动密实：松砂受振动时土颗粒在振动中调振动密实：松砂受振动时土颗粒在振动中调 整相互位置，土的结构趋于更加整相互位置，土的结构趋于更加 密实和稳定。密实和稳定。振动液化：颗粒比较细小的砂土被水饱和，在振动液化：颗粒比较细小的砂土被水饱和，在 突然振密而排水不畅的情况下，土突然振密而排水不畅的情况下，土 颗粒受到孔隙水的反作用而处于悬颗粒受到孔隙水的反作用而处于悬 浮状态，变成液体状，称为液化。浮状态，变成液体状，称为液化。第一章：土的物理性质与

45、工程分类第一章：土的物理性质与工程分类五、粘性土结构性的指标五、粘性土结构性的指标 灵敏度灵敏度 触变性触变性S St t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度qu之比之比第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类含水量不变，密度不变，因重塑而强度含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低

46、，又因静置而逐渐强化，强度逐渐降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为恢复的现象，称为触变性触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。宏观表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。法和指标。灵敏度灵敏度 触变性触变性第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.4 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三

47、相间的比例关系)表表示示影响影响力学特性力学特性第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类一、物理性质指标一、物理性质指标土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度 特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别 基本方法基本方法:定义定义三相草图法三相草图法第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类空气空气 Air三三 相相 草草 图图

48、水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1 1、土的三相图、土的三相图第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类九个物理量九个物理量:V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指标是比物性指标是比例关系例关系:可假设可假设任一参数为任一参数为1wavwasVVVVVVV wwwaawsVm0mmmmm 物理量关系物理量关系:空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积三个独立变量，三个独立变量，干土或饱和土二干土或饱和土二个独立变量个独立变量其它指标：其它指标：三相草图法计算三相草图法计算

49、实验室实验室测定测定第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类2 2、基本物理性质试验、基本物理性质试验为了确定三相草图诸量中的三个量，通为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：常进行三个基本的物理性质试验：F 土的密度试验土的密度试验F 土粒比重试验土粒比重试验F 土的含水量试验土的含水量试验第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 定义：土单位体积的质量定义：土单位体积的质量 表达式：表达式：单单 位位:kg/m3 或或 g/cm3 一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3awswsVVVmmVm n 土的密度土的密度 空

50、气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 相关指标相关指标:土的容重土的容重 =g 单位单位:kN/m3 工程上更常用工程上更常用,用于计算土的用于计算土的自重应力自重应力第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 定义：土粒的密度与定义：土粒的密度与4C时时纯蒸馏水密度的比值纯蒸馏水密度的比值 表达式：表达式：单单 位位:无量纲无量纲 一般范围：粘性土一般范围：粘性土 2.702.75，砂土砂土 2.65C4wsC4wsss)(VmGn 土粒比重土粒比重GsC4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上土粒比重在数值上等于土粒的密度等于土粒的密度