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1、1土力学阶段性课后总结第一章 土的性质及工程分类一一 土的生成与特性土的生成与特性 1 1 土的生成土的生成 2 2 土的结构和构造土的结构和构造 A A 土的结构：土颗粒之间的相互排列和联结方式。土的结构：土颗粒之间的相互排列和联结方式。 B B 土的构造：同一层土层中土粒之间相互关系的特征。土的构造：同一层土层中土粒之间相互关系的特征。 C C 土的工程特性：压缩性高，强度低，透水性大。土的工程特性：压缩性高，强度低，透水性大。 D D 土的工程特性与生成条件的关系土的工程特性与生成条件的关系 搬运，沉积条件，沉积年代，沉积的自然地理环境搬运，沉积条件，沉积年代，沉积的自然地理环境二二 土
2、的三相组成土的三相组成 1 1 土的固体颗粒土的固体颗粒 A A 土粒矿物成分土粒矿物成分 B B 土颗粒的大小和形状土颗粒的大小和形状C C 土的粒径级配土的粒径级配 大颗粒一般用筛分法：细颗粒一般用密度计法大颗粒一般用筛分法：细颗粒一般用密度计法 2 2 级配评价级配评价均匀系数均匀系数 d60d60（限定粒径）（限定粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的1060dCud60%60% ：d10d10（有效粒径）（有效粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的 10%10% 该指标考虑了大颗粒和小颗粒含量的差异；该指标考虑了大颗粒和小颗粒含量的差异； Cu 愈大，
3、颗粒愈不均匀愈大，颗粒愈不均匀曲率系数曲率系数 6010udCd6010udCd6010udCd6010udCd6010udCdd60（限定粒径）（限定粒径）小于小于该该粒径的含量占粒径的含量占总总量的量的60%d10（有效粒径）（有效粒径）小于小于该该粒径的含量占粒径的含量占总总量的量的10%6010udCd6010udCd6010udCd2d30d30（连续粒径）（连续粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的 30%30% 该指标考该指标考2 306010cdCdd虑了中间粒径的影响；虑了中间粒径的影响；CcCc 大于大于 3 3，曲率变化快，土均匀；，曲率变化快，土均匀；
4、CcCc 小于小于 1 1，曲率变化平缓，中间颗粒少；，曲率变化平缓，中间颗粒少； 3 3 土中的水土中的水 土中的水可分为固态，液态，气态土中的水可分为固态，液态，气态 固态一般为冰，一般称为结晶水。固态一般为冰，一般称为结晶水。 液态又可分为自由水和结合水两种。液态又可分为自由水和结合水两种。 自由水自由水 包含了包含了 重力水重力水 和和 毛细水；毛细水； 结合水结合水 包含了包含了 强结合水强结合水 和和 弱结合水弱结合水 强结合水强结合水强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和水强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和水 化离子排列的非常紧密，一致其密度大于化离子排列的非常紧密，
5、一致其密度大于 1 1，并有过冷，并有过冷 现象。这种水牢固的结合在土粒表面，其性质接近于现象。这种水牢固的结合在土粒表面，其性质接近于 固体，所以具有极大的粘滞性、弹性及抗剪强度。固体，所以具有极大的粘滞性、弹性及抗剪强度。 弱结合水弱结合水在距土粒表面较远处的结合水称为弱结合水，也在距土粒表面较远处的结合水称为弱结合水，也 称为薄膜水。由于其引力降低，弱结合水的水分子排称为薄膜水。由于其引力降低，弱结合水的水分子排 列就不如强结合水紧密，这层水不能传递静水压力。列就不如强结合水紧密，这层水不能传递静水压力。 由于这种水的存在，使土具有可塑性。由于这种水的存在，使土具有可塑性。 自由水自由水
6、自由水存在于土粒电场影响范围之外，其性质与普自由水存在于土粒电场影响范围之外，其性质与普 通水相同，服从重力定律，传递静水压力。自由水按其通水相同，服从重力定律，传递静水压力。自由水按其 移动所受作用力的不同，分为毛细水和重力水。移动所受作用力的不同，分为毛细水和重力水。 重力水重力水重力水位于地下水位以下，在重力或压力差作用下重力水位于地下水位以下，在重力或压力差作用下 能在渗流，对土颗粒和结构物都具有浮力作用，在土力能在渗流，对土颗粒和结构物都具有浮力作用，在土力 学计算中应考虑这种渗流及浮力的作用。学计算中应考虑这种渗流及浮力的作用。 毛细水毛细水毛细水是受水与空气交界面的张力作用而存在
7、于细毛细水是受水与空气交界面的张力作用而存在于细 小孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透水层小孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透水层 中。毛细水在重力和表面张力作用下，能沿着土的细孔中。毛细水在重力和表面张力作用下，能沿着土的细孔 隙从潜水面上升一定的高度。其上升的高度和孔隙的大隙从潜水面上升一定的高度。其上升的高度和孔隙的大 小有关。小有关。在工程中需研究毛细水的上升高度和速度，因为在工程中需研究毛细水的上升高度和速度，因为 毛细水的上升会使地基潮湿，强度降低，变形增大。毛细水的上升会使地基潮湿，强度降低，变形增大。 三三 土的物理性质指标土的物理性质指标3土的三相图总质量：总
8、质量：m=ms+mwm=ms+mw 总体积：总体积：V=Vs+Vv=Vs+Va+VwV=Vs+Vv=Vs+Va+Vw符号：符号： s ssoilsoil v vvoidvoid a aairair w wwaterwater1 1 土的物理性质的三项基本指标土的物理性质的三项基本指标 A A 土的密度和重度土的密度和重度3/(/)MW gkg mVV密度：3(/)WkN mV重力密度(重度):g显然:3一般土的重度为16-22kN/mB B 土粒比重土粒比重 GsGs固体颗粒质量与同体积水固体颗粒质量与同体积水( (在在 44时时) )质量之比质量之比Ss s swwmGVC C 含水量含水量
9、4100%WWSSWMwWMD D 土的孔隙比土的孔隙比而孔隙率为而孔隙率为 于是可得两者之间关系于是可得两者之间关系vsVeV100%vVnVE E 土的饱和度土的饱和度 一般一般 0 0 SrSr 1 1 饱和土：饱和土：Sr=1Sr=1 干土：干土：Sr=0Sr=0 w r vVSVF F 土的饱和重度土的饱和重度 satsatSvw satWV VG G 土的有效重度土的有效重度【浮重度浮重度】 satwH H 土的干重度土的干重度s dW V四四 土的三相比例指标之间可以互相换算：土的三相比例指标之间可以互相换算：由三相图及其定义计算由三相图及其定义计算 假定假定 V=1,V=1,
10、或者假定或者假定 Vs=1Vs=1 由三相图导出的计算公式由三相图导出的计算公式五五 土的物理状态指标土的物理状态指标 1 1 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 A A 以相对密度为标准以相对密度为标准 最小孔隙比最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，：砂土处于最密实状态时的孔隙比，eminemin 用用“振击法振击法”测定。测定。 最大孔隙比最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emaxemax 用用“松散器法松散器法”测定。测定。 1 1 用用 DrDr 表示砂土密实度表示砂土密实度 根据经验，砂土的松密标准如下：根据经验，砂土的松密标准如下：测定方
11、法: 烘干法52 2 粘性土的稠度（界限含水量）粘性土的稠度（界限含水量） 塑性塑性 PlasticityPlasticity： 可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以 后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。 土体体积随含水量的变化：土体体积随含水量的变化：图图1-5-91-5-9 含水量与体积的关系含水量与体积的关系 土的界限含水量（土的界限含水量（AtterbergAtterberg limitslimits） 缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。缩限：半固体状态与
12、固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。 ShrinkageShrinkage limit,limit, wSwS。 塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。PlasticPlastic limit,limit, wPwP。 液限液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。：流动状态与可塑状态间的分界含水量。LiquidLiquid limit,limit, wLwL。 （1 1）塑性指数）塑性指数 IPIP 概念概念: :塑性状态时含水量变化范围，塑性状态时含水量变化范围，IPIP（PlasticityPlasticity inde
13、xindex）。）。6常省略常省略 % %； 变化范围很大（如大于变化范围很大（如大于 200200）；）； 是粘性土区别于砂土的重要特征；是粘性土区别于砂土的重要特征； 反映了土与水之间物理化学作用的强弱。反映了土与水之间物理化学作用的强弱。（2 2）液性指数）液性指数 ILIL 天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（LiquidityLiquidity indexindex）。）。在在 0 0 到到 1 1 之间。越大，表示土越软；之间。越大，表示土越软；大于大于 1 1，处于流动状态；，处于流动状态；小于小于 0 0，处于固体状态或半固体状态
14、。，处于固体状态或半固体状态。 六六 土的压实土的压实压实的意义：压实的意义： 提高填土的密实度提高填土的密实度 保证建筑物地基、道路及铁路路基有足够强度保证建筑物地基、道路及铁路路基有足够强度 压实的影响因素：压实的影响因素： 内因：土质类型、含水量等内因：土质类型、含水量等 外因：压实能量、压实机具和压实方法等外因：压实能量、压实机具和压实方法等压实原理压实原理 含水量较小时，干密度随含水量增加而增加；含水量较小时，干密度随含水量增加而增加； 干密度达最大值时，含水量再增大，干密度反而会降低。干密度达最大值时，含水量再增大，干密度反而会降低。击实试验击实试验7（a）小击实筒 （b）大击实筒
15、试验方法：试验方法： 配制成若干份不同含水量的试样配制成若干份不同含水量的试样 用同样的击实能量分别对每一份试样试验用同样的击实能量分别对每一份试样试验 测定击实后的含水量和干重度测定击实后的含水量和干重度干重度计算公式干重度计算公式 结果分析：结果分析： 最大干重度：在一定击实条件下得到的干重度，最大干重度：在一定击实条件下得到的干重度， dmaxdmax 最优含水量：与之相对应的含水量，最优含水量：与之相对应的含水量，wopwop 最优含水量与该种土的塑限最优含水量与该种土的塑限 wpwp 接近接近 七七 土的渗透及工程问题土的渗透及工程问题 动水力及渗透破坏动水力及渗透破坏 A A 水头水头 能量是用水头来表示能量是用水头来表示u 静水压力wz水重度; h-总水头v-流速位能水头;如果忽略流速的影响，则如果忽略流速的影响，则1dw8水头差水头差(A(A 点与点与 B B 点点) ) 动水力计算公式动水力计算公式 ： 可知渗流力是一种体积力，大小与水头梯度成正比，方向与水流方向一致可知渗流力是一种体积力，大小与水头梯度成正比，方向与水流方向一致B B 土的渗透变形和防治措施土的渗透变形和防治措施
