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1、2020/7/10,土 力 学,华南农业大学 李就好,2020/7/10,绪 论,什么是土力学？ 土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下土体内部的应力变形和强度规律的一门学科。 土力学研究对象是“土” 需要研究和解决的工程中的三大类问题： 土体稳定或强度问题； 土体变形问题； 渗流：渗透变形与渗透稳定。,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,河堤加固,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,填沙沉降,填土产生的沉降问题,2020/7/10,河堤加固沉降
2、产生裂缝,2020/7/10,河堤加固沉降产生裂缝示意图,2020/7/10,上海地铁过黄浦江出现工程事故,2020/7/10,天河北土钉事故,2020/7/10,2020/7/10,软土,天河北土钉事故示意图,2020/7/10,绪 论,土力学课程的学习方法： 注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加记忆； 注意基本理论学习； 掌握基本的计算方法。,土力学课程的学习要求： 课后复习，每章学习完要复习； 作业独立完成； 作业按时交。,2020/7/10,绪 论,土力学的历史： 人类在同生存作斗争的历史中，积累了大量的土力学知识； 土力学作为一门系统的学科是以太沙基的1925年出版的土力学为标志；
3、很多基本理论、试样方法在20世纪70年代前就已经形成； 现代土力学在本构模型理论、计算方法、非饱和土力学有较大发展；量测技术的提高；土动力学理论、分析方法、测试手段有很大发展和提高。,2020/7/10,第一章土的物理性质及分类 1-1 土的形成 1-2 土的组成 1-3 土的结构 1-4 土的物理性质指标 1-5 粘性土的物理特征 1-6 无粘性土的密实度 1-7 粉土的密实度与湿度 1-8 土的工程分类 土的液、塑限试验 第二章 土的渗透性 2-1 概 述 2-2 达西渗透定律 2-3 渗透系数的测定 2-4 二向渗流和流网的特征 2-5 渗流力及渗透稳定性 2-6 孔隙水应力和有效应力
4、土的渗透性试验,第三章 土体应力计算 3-1 概 述 3-2 地基中的自重应力 3-3 基底压力与基底附加应力 3-4 地基中的附加应力计算 3-5 土坝自重应力与坝基附加应力 第四章 土的压缩与固结 4-1 概 述 4-2 土的压缩特性 4-3 单向压缩量公式 4-4 地基沉降计算 4-5 地基沉降与时间关系 土的压缩性试验 第五章 土的抗剪强度 5-1 概述 5-2 土的抗剪强度理论 5-3 确定强度指标的试验,5-4 三轴压缩试验中的孔隙应力系数 5-5 三轴试验中土的剪切性状 土的抗剪强度试验 第六章 土压力 6-1 概述 6-2 朗肯土压力理论 6-3 库仑土压力理论 6-4 朗肯理
5、论与库仑理论比较 第七章 地基承载力 7-1 概述 7-2 地基临界荷载 7-3 地基极限承载力 第八章 土坡稳定分析 8-1 概述 8-2 无粘性土坡稳定性 8-3 粘性土坡稳定性 8-4 土坡稳定性的影响因素,2020/7/10,第一章土的物理性质及分类 1-1 土的形成 1-2 土的组成 1-3 土的结构 1-4 土的物理性质指标 1-5 粘性土的物理特征 1-6 无粘性土的密实度 1-7 粉土的密实度与湿度 1-8 土的工程分类 土的液、塑限试验 第二章 土的渗透性 2-1 概 述 2-2 达西渗透定律 2-3 渗透系数的测定 2-4 二向渗流和流网的特征 2-5 渗流力及渗透稳定性
6、2-6 孔隙水应力和有效应力 土的渗透性试验,2020/7/10,第三章 土体应力计算 3-1 概 述 3-2 地基中的自重应力 3-3 基底压力与基底附加应力 3-4 地基中的附加应力计算 3-5 土坝自重应力与坝基附加应力 第四章 土的压缩与固结 4-1 概 述 4-2 土的压缩特性 4-3 单向压缩量公式 4-4 地基沉降计算 4-5 地基沉降与时间关系 土的压缩性试验 第五章 土的抗剪强度 5-1 概述 5-2 土的抗剪强度理论 5-3 确定强度指标的试验,2020/7/10,5-4 三轴压缩试验中的孔隙应力系数 5-5 三轴试验中土的剪切性状 土的抗剪强度试验 第六章 土压力 6-1
7、 概述 6-2 朗肯土压力理论 6-3 库仑土压力理论 6-4 朗肯理论与库仑理论比较 第七章 地基承载力 7-1 概述 7-2 地基临界荷载 7-3 地基极限承载力 第八章 土坡稳定分析 8-1 概述 8-2 无粘性土坡稳定性 8-3 粘性土坡稳定性 8-4 土坡稳定性的影响因素,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,1-1 土的形成,土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物。 土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物 根据来源分：有机土（有机质含量5%以上）和无机土 岩石风化分为物理风化和化学风化。 物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各
8、种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,1-1 土的形成,化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒的过程。,特征： 物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗； 化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。,对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,土从其堆积或沉积的条件来看可分为：,残积土：岩石风化后仍
9、留在原地的堆积物。 特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变； 寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。 冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑 （河流、海洋和湖泊） 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到粘粒 沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低,2020/7/10,1-2 土的组成,第一章 土的
10、物理性质指标与工程分类,土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。 固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。,2020/7/10,1-2 土的组成,第一章 土的物理性质指标与工程分类,当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。 根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细； 无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相 （一）成土矿物 原生矿物：由物理风化生成的土粒；颗粒较
11、粗，一般为无粘性土；石英、长石、云母等；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。 次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相 （二）粘土矿物的晶体结构 粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的水铝硅酸盐矿物。 其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物为主。 硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为2个相邻单元的硅原子共有组成六边形孔硅片； 铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为2个相邻单元的铝原子共有组成
12、铝片；,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相 （二）粘土矿物的晶体结构 粘土矿物： 高岭石：长石风化产物，1:1型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。 伊利石：云母在碱性介质中风化产物， 2:1型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键； 蒙脱石：伊利石进一步风化， 2:1型晶格，晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连接弱。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相 （三）土粒的大小和土的级配 粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质
13、量与干土总质量之比。,土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,（四）颗粒大小分析试验 测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。 常用的方法：筛分法：粒径0.075mm 密度计法：粒径0.075mm，又有粒径0.075mm,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,（四）颗粒大小分析试验 1.筛分法 利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含
14、量百分数X（） 式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质量及试样 总质量,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,2.密度计法 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。 通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。 根据斯托克斯（1845）定律：,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,3.土的级配曲线 （1）粒径分布曲线 （累积曲线） （2）粒组频率曲线,粒径分布曲线,粒组频率曲线,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,(五)颗粒分析试验曲线的主要用途 按粒径分布曲线（累积曲线）可求得： （1）土中各粒组的土粒含量，用
15、于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质； （2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。 根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲率系数Cc，它们的定义为： （13）,2020/7/10,(14) 式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10，30和60时所对应的粒径。 d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。,第一章 土的物理性质指标与工程分类,2020/7/10,土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线（累积曲线）的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。 Cu小，曲线陡；Cu大，易压密； Cc过大，台阶在d10d30间； Cc过小，台阶在d30d60间；,第一章 土的物理性质指标与工程分类,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。双峰，谷点3，不连续； 规范：纯净砾、砂，Cu5，且Cc=13时，级配良好，否则，不良。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,二、土的液相 （一）吸着水 由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。 吸着水可分为强吸着水和弱吸着水。,2020/7/10,第一章 土的物理性质指标与工程分类,二、土的液相 （一）吸着水 大多数粘粒表
