1、绪 论,1.什么是土? 2.土有哪些特点? 3.土力学有何特点? 4.为什么要学习土力学? 5.土力学包括哪些内容?,绪论,1.什么是土？,地表的整体岩石，经过物理、化学和生物风化作用后形成的产物，再经搬运、沉积而成的成分、大小和组成不同的松散颗粒集合体。,量变,质变,无粘性土,原生矿物,粘性土,次生矿物,动植物的活动,有 机 质,风化,物理风化 化学风化 生物风化,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。,绪论,土质较好,颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理,母岩表
2、层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物。,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的堆积物。,搬运与沉积,绪论,风：风积土,重力: 坡积土,流水:,洪积土 冲积土 湖泊沼泽沉积土 海相沉积物,冰川: 冰积土,土粒粗细不同，性质不均匀,有分选性，近粗远细,浑圆度分选性明显，土层交迭,含有机物淤泥，土性差,颗粒细，表层松软，土性差,土粒粗细变化较大，性质不均匀,颗粒均匀，层厚而不具层理,绪论,运积土 （有搬运）,碎散性,非连续介质,受力以后易变形 体积变化主要是孔隙变化 剪切变形主要由颗粒相对位移引起 强度低,岩石风化的产物,绪论,2.土有哪些特点?,碎
3、散性,多相介质,三相体系,受力后由土骨架、孔隙共同承担 存在复杂的相互作用 孔隙流体流动,固相土骨架 液相水 气相空气,绪论,2.土有哪些特点?,三相体系,天然性 (自然变异性),自然界的产物,碎散性,三相性,天然性,强度特性 变形特性渗透特性,力学特性复杂,绪论,2.土有哪些特点?,天然性,3.土力学有何特点?,土力学：研究土的物理性质、土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题的一门学科。,绪论,4.为什么要学习土力学?,土具有广泛的工程应用,存在大量与土有关的工程问题,土工建筑材料建筑物基础地基建筑环境,强度问题 变形问题渗透问题,绪论,强度问题,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913
4、年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损,与土有关的工程问题,绪论,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其位置比原来降低了米。,原因： 地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时的基底压力。 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,加拿大特朗斯康谷仓：失事原因及处理措施,与土有关的工程问题,绪论,变形问题,比萨斜塔
5、,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.51360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：复工，经6年，至7层，高48m，再停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工,与土有关的工程问题,绪论,比萨斜塔：失事原因及处理措施,1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理 目前: 已向游人开放,原因：持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，变形较大。,与土有关的工程问题,绪论,渗透问题,九江大堤
6、决口,1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口。 又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,溃口原因：堤基管涌,与土有关的工程问题,绪论,堤基管涌,管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。,长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图,砂环,管 涌 口,粘性土,砂性土,渗水,杂填土,与土有关的工程问题,绪论,第一章 土的组成和物理性质第二章 土的渗透性与土中渗流第三章 土体中的应力分布及计算第四章 土的压缩性和地基沉降计算第五章 土的抗剪强度第六章 土
7、压力计算第七章 土坡稳定分析第八章 地基承载力,基础,预备,渗透特性 变形特性 强度特性,具体应用,绪论,5.土力学包括哪些内容?,第一章 土的组成和物理性质,对土的特点进行详细解释和定量描述,本章特点: 看起来零散,学习要点: 理清 各节间联系各节内层次,第一章 土的组成和物理性质,1.2 土的三相比例指标 （2.0学时） 1.3 土的结构 （0.5学时） 1.4 粘性土的界限含水率 （1.0学时） 1.5 砂土的密实度 （0.5学时） 1.6 土的压实原理 （0.5学时） 1.7 土的工程分类 （0.5学时）,1.1 土的三相组成 （1.0学时）,1.1 土的三相组成,固相 液相 气相,气
8、相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,次要作用,1土的组成和物理性质,土体,物理状态 力学特性,1.1.1 土的固相,矿物成分 颗粒级配 颗粒形状,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,蒙脱石,1.1.1土的固相,石英、长石、云母等,原生矿物,主要是粘土矿物,包括三种类型,次生矿物,伊利石,高岭石,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,1.矿物成分,颗粒大小,各粒径成分在土中占的比例,影响土性的主因,狭义的颗粒级配,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,指大小相近的土粒。,人为划定。按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类。要求粒组
9、划分与粒组的性质变化相适应。,粒组,表1-1 粒组划分标准,岩土工程勘察规范GB50021-2001 建筑地基基础设计规范GB5007-2002,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,各粒组的相对含量，用质量百分数表示。,颗粒级配,测定方法,适用于细粒土 (0.075 mm),适用于粗粒土 (0.075 mm),2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,利用一套孔径由大到小的筛子，将事先称过质量的干试样放入筛中，经过充分震摇后，把留在各级筛上的土粒分别称量，算出小于某粒径的土粒含量，用以确定土中各粒组的土粒含量 。,测定方
10、法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,筛分法,Stokes定律：球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。,将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。,比重计法,移液管法,测定方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,沉降分析法,粒组含量百分比 累计含量百分比,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,作用：确定粒度成
11、分的累计含量百分比,粒组含量百分比,表格法,表示方法,表1-2 粒度成分含量百分比,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,作用：确定土的名称,累计含量百分比,表1-3 粒度成分的累计含量百分比,表格法,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,试验结果绘制在半对数纸上,纵坐标：小于某粒径的土粒含量横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有总要影响的颗粒部分清楚地表达出来 。,累积曲线法,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组
12、成,1土的组成和物理性质,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P%100958778665536,作用：1）确定土的名称2）确定土的级配优劣,土的颗粒级配累积曲线,累积曲线法,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,d60 : 限制粒径 d10 : 有效粒径 d30 :,Cu = d60 / d10,Cu 5,级配不均匀,特征粒径,不均匀系数,累积曲线法,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,d60,d10,
13、d30,斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡相应粒组质量集中 缓相应粒组含量少 平台相应粒组缺乏,Cc = d302 / (d60 d10 ),较大颗粒缺少,Cc 减小,较小颗粒缺少,Cc 增大,C c = 13 级配连续性好,不均匀系数,累积曲线法,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,d60,d10,d30,d30,d30,1）粒组含量用于土的分类定名；,2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu 5 不均匀土 Cu 5 均匀土,3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：C c = 1 3 级配连续土 Cc 3 或 Cc 1 级配不连续土,4）
14、不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：Cu 5且 C c = 1 3 级配 良好的土；Cu 3 或 Cc 1 级配 不良的土,累积曲线法,表示方法,2.颗粒级配,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,颗粒级配累积曲线及指标的用途,圆状、浑圆状、棱角状,原生矿物,针状、片状、扁平状,次生矿物,1.1.1土的固相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,3.颗粒形状,指存在于土孔隙中的水。, 1.1.2 土的液相,结合水,自由水,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,强结合水,弱结合水,毛细水,重力水,排列致密、定向性强 密度1g/cm3 冰点处于零下几十
15、度 具有固体的的特性 温度高于100C时可蒸发,位于强结合水之外， 电场引力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性, 1.1.2 土的液相,强结合水,弱结合水,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,结合水,在重力作用下可在土中自由流动,在重力与表面张力作用下， 可在土粒间空隙中自由移动,重力水,毛细水,自由水, 1.1.2 土的液相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,上升高度,r2hcw=2rTcos,毛细升高与孔径成反比,粘土 粉土 砂土 砾石,分析对象: 水柱,自由水,毛细水, 1.1.2 土的液相,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,分布在土粒内部相
16、互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。,增加土的弹性；阻塞渗流通道,指充填在土的空隙中的气体。, 1.1.2 土的气相,自由气体,封闭气体,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,与大气连通，对土的性质影响不大,固相,液相,气相,小结,1.1土的三相组成,1土的组成和物理性质,1.1土的三相组成 1.2土的三相比例指标 1.3土的结构 1.4粘性土的界限含水率 1.5砂土的密实度 1.6土的压实原理 1.7土的工程分类,第一章 土的组成和物理性质,1.1 土的三相组成 （1.0学时）1.3 土的结构 （0.5学时） 1.4 粘性土的界限含水率 （1.0学时） 1.5
17、砂土的密实度 （0.5学时） 1.6 土的压实原理 （0.5学时） 1.7 土的工程分类 （0.5学时）,1.2 土的三相比例指标 （2.0学时）,土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态,土的物理性质指标 (三相间的比例关系),力学特性,影响,表 示,1土的组成和物理性质,1.2 土的三相比例指标,影响,表 示,1土的组成和物理性质,质量,体积,1.2土的三相比例指标,三相图,三相图中的参数,饱和土Va=0 剩下两个独立变量,其它指标,五个已知关系,V Vv Vs Va Vms m ma m,剩下三个独立变量,假设Vs 1,实验室测定,九个参数,土的密度 土粒密度 土的含水率,=g,
18、工程上更常用, 用于计算土的自重应力,单位:kg/m3 或 g/cm3,单位:kN/m3,一般范围: 1.602.20 g/cm3,土单位体积的质量,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,1.2.1试验指标（3个）,土的密度 （土的天然密度）,土的重度,一般范围: 粘性土 2.702.75砂 土 2.65,=1.0 g/cm3,土粒比重在数值上等于土粒的密度,土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值,固体土颗粒质量与其体积之比,土粒比重,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,1.2.1试验指标（3个）,土粒密度,土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示,注意: 其实是含水比,
19、可达到或超过100,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,1.2.1试验指标（3个）,土的含水率,土被完全烘干时的密度, 等于单位体积内土粒的质量,土的孔隙全部被水充满时的土密度,扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比(又称为浮重度),1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,饱和密度,有效重度 （浮重度）,1.2.2换算指标（6个）,干密度,在某种程度上反映土的松密,砂类土：28-35% 粘性土：30-50%，有的可达60-70%,土中孔隙体积与固体颗粒体积之比，无量纲,土中孔隙体积与总体积之比，用百分数表示,Vs=1,Vv=e,V=1+e,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比
20、例指标,1.2.2换算指标（6个）,表示土中孔隙含量的指标,孔隙比,孔隙率,孔隙比,孔隙率,孔隙比,孔隙率,孔隙比,土中水的体积与孔隙体积的比值,表示孔隙中充满水的程度,Sr=0 干土 Sr=1 饱和土,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,1.2.2换算指标（6个）,饱和度,天然密度,干密度,饱和密度,天然重度,干重度,有效重度,饱和重度,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,表示土中密度和容重的指标,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,表示土中含水程度的指标,表示土中孔隙含量的指标,孔隙率,孔隙比,含水率,饱和度,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,1.2.3三相指标之间的换算关系,三相指标换算图,教科书 P20 表1-6,从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背 必要时利用三相指标换算图推导,其它指标,实验室测定,三相比例指标换算图,1土的组成和物理性质,1.2土的三相比例指标,小结,试验指标（3个）,换算指标（6个）,第一章 土的组成和物理性质,1.1 土的三相组成 （1.0学时） 1.2 土的三相比例指标 （2.0学时）1.4 粘性土的界限含水率 （1.0学时） 1.5 砂土的密实度 （0.5学时） 1.6 土的压实原理 （0.5学时） 1.7 土的工程分类 （0.5学时）,1.3 土的结构 （0.5学时）,
