1、土力学,主编 杨有莲 詹述琦,课程资源包包括如下内容,PPT课件,目录 各章知识要点、能力目标 各章重点、难点回顾,课程拓展,课程相关标准规范 课程相关案例分析 延伸阅读书籍、文章等,习题答案,各章思考与练习题 习题答案,课程试验,本试验课的性质、任务与目的要求 试验方式与基本要求 本试验课的基本要求与试验内容 试验项目的设置与内容提要 实践环节,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,课程试验,PART ONE,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,03,一、课程性质与目的,本课程是土木工程专业的必修课，属于专业基础课。它所包含的知识既是土木
2、工程专业学生必须掌握的专业知识。又是为后面的专业课程学习所必须的基础知识。,通过本课程的学习，使学生了解土的成因和分类方法，熟悉土的基本物理力学性质，掌握地基沉降、地基承载力、土压力计算方法和土坡稳定分析方法，掌握一般土工试验方法，达到能应用土力学的基本原理和方法解决实际工程中稳定、变形和渗流等问题的目的。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,二、课程教学要求,通过本课程理论知识的教学，使学生了解本课程的知识体系，能够分析土木工程的实例，具有土木工程技术人员或初步具有土木工程师的工作能力。,通过课堂教学、课堂讨论、多媒体教学、习题作业等教学手段，学生应达到如下要求：
3、 牢固掌握土的基本物理力学性质、土的变形、强度和地基承载力计算等土力学的基本原理和计算方法； 掌握主要土工试验的基本原理的一般操作技术； 学习应注重理论联系实际，将土力学理论应用于实践，在实践中注意积累知识及经验，再去丰富理论。,通过本课程的学习，培养学生在土木工程工作中具有良好的职业道德和诚信意识。,知识 目标,德育目标,能力目标,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,三、课程基本内容,土的物理性质与工程分类,土体应力计算,土的渗透性,土的压缩与固结,土的抗剪强度,挡土结构物上的土压力,土坡稳定分析,地基承载力,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试
4、验,退出,教学PPT,PART TWO,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,00 1,目 录,01,02,03,绪论,土的物理性质与工程分类,土的渗透性与渗流,土中应力计算,04,05,06,07,土的压缩性与固结理论,土的抗剪强度,土坡稳定性分析,土压力计算,08,地基承载力,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,绪论,重点教学内容：学习土力学、地基基础的概念及工程问题、学科特点与性质、学科发展、学习内容与参考书。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,强度问题加拿大特朗斯康谷仓,变形问题比萨斜塔,渗透问题九江大
5、堤的溃口,一、研究内容,0.1 土力学的研究内容与方法,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,二、研究方法,土 力 学 是 从 工 程 力 学 的 范 畴 里 发 展 起 来 的 ，它 首 先 将 土 作 为 物 理 力 学 系 统 ，通 过 试 验 的 手 段 获 得 宏 观 的 应 力 应 变 强 度 关 系 。 这 一 关 系 非 常 复 杂 ，需 要 经 过 简 化 处 理 ，建 立 力 学 分 析 的 模 型 ，再 采 用 数 学 手 段 求 解 土 在 各 种 条 件 下 的 应 力 分 布 、变 形 及 有 关 强 度 的 各 类 具 体 问 题 。这
6、种 研 究 方 法 和 材 料 力 学 是 类 似 的 。 简 化 不 同 ，获 得 的 解 决 问 题 的 具 体 方 法 就 有 所 不 同 ，因 此 ，土 力 学 是 利 用 力 学 知 识 和 土 工 试 验 技 术 ，在 简 化 的 条 件 下 获 得 解 决 问 题 的 具 体 方 法 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,研究对象的复杂性,研究内容的广泛性,较强的实践性,0.2 土力学的特点,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,一、研究对象的复杂性,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程设计,退出,其 一 ，
7、土 不 同 于 一 般 固 体 材 料 ，一 般 固 体 材 料 具 有 可 选 性 和 均 匀 性 ，其 力 学 规 律 的 数 学 关 系 式 与 实 际 比 较 吻 合 ，其 理 论 结 果 与 实 际 情 况 相 近 。 土 是 由 固 体 颗 粒 、土 中 水 和 气 体 组 成 的 三 相 松 散 集 合 体 ，它 的 强 度 一 般 比 土 粒 强 度 小 得 多 。 其 成 因 类 型 和 成 层 规 律 非 常 复 杂 ，且 难 以 了 解 清 楚 。 其 二 ，土 和 土 体 在 外 界 条 件 如 温 度 、湿 度 、压 力 、水 流 、振 动 等 环 境 影 响 下 ，
8、性 质 会 有 显 著 变 化 。 其 三 ，水 工 建 筑 物 的 规 模 大 ，地 基 基 础 多 为 隐 蔽 工 程 ，当 事 故 发 生 后 ，处 理 起 来 很 困 难 。,二、研究内容的广泛性,首 先 表 现 在 它 是 一 门 技 术 基 础 课 ，以 多 种 课 程 为 先 修 课 程 ，如 数 学 、物 理 、化 学 、理 论 力 学 、工 程 力 学 、弹 性 力 学 、工 程 地 质 学 、水 力 学 等 。 其 次 ，土 力 学 内 容 的 广 泛 性 还 体 现 在 土 力 学 学 科 的 多 方 面 应 用 上 。 如 水 利 水 电 工 程 、农 业 水 利 工
9、程 、公 路 铁 路 工 程 、房 屋 建 筑 工 程 、桥 梁 工 程 、矿 山 工 程 以 及 国 防 工 程 等 ，以 上 各 行 业 部 门 的 相 关 建 筑 物 都 需 建 在 地 基 上 ，从 事 这 些 行 业 的 设 计 和 施 工 人 员 都 需 要 具 备 扎 实 的 土 力 学 基 础 知 识 。近 年 来 ，随 着 科 学 技 术 的 发 展 ，土 力 学 的 研 究 领 域 有 了 明 显 的 扩 大 。 土 动 力 学 、冻 土 力 学 、海 洋 土 力 学 、环 境 土 力 学 等 将 土 力 学 的 应 用 推 向 了 一 个 新 的 阶 段 。,PPT课件,
10、课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,三、较强的实践性,目 前 ，在 土 力 学 中 ，人 们 还 没 有 一 种 理 论 能 够 概 括 土 的 全 部 力 学 性 质 ，适 用 于 各 种 实 际 工 程 中 的 所 有 土 力 学 问 题 ，而 是 根 据 各 种 不 同 的 问 题 ，采 取 不 同 的 简 化 模 型 。例 如 ，在 工 程 设 计 中 计 算 变 形 时 ，人 们 把 土 体 看 成 线 弹 性 体 ，利 用 弹 性 理 论 计 算 应 力 ，采 用 叠 加 原 理 计 算 变 形 ；分 析 土 压 力 、土 坡 稳 定 、地 基 承 载 力 时 ，人
11、 们 把 土 体 看 成 理 想 刚 塑 性 体 ，利 用 极 限 平 衡 理 论 解 决 强 度 问 题 等。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,也 就 是 说 ，采 取 “具 体 问 题 具 体 分 析 ”的 方 法 。 不 同 假 定 提 出 的 力 学 计 算 模 型 ，必 须 通 过 土 的 现 场 勘 察 与 室 内 土 工 试 验 测 定 参 数 。由 于 学 科 理 论 上 不 很 严 密 ，处 理 问 题 时 包 含 了 大 胆 的 假 设 、经 验 方 法 ，在 解 决 实 际 工 程 问 题 时 常 带 有 较 多 的 条 件 性 和 经 验
12、 性 ，因 此 ，土 力 学 是 一 门 实 践 性 很 强 的 学 科 ，依 赖 于 勘 察 、测 试 、试 验 基 础 上 的 工 程 经 验 积 累 和 准 确 判 断 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出, 世 纪 欧 洲 产 业 革 命 ，极 大 地 推 动 了 土 力 学 的 发 展 。 年 ，法 国 工 程 师 库 仑 根 据 试 验 ，创 立 了 著 名 的 土 抗 剪 强 度 公 式 和 土 压 力 理 论 ； 年 ，英 国 朗 肯 通 过 不 同 假 定 ，提 出 另 一 种 土 压 力 理 论 ； 年 ，法 国 布 辛 尼 斯 克 推 导 求
13、 得 半 无 限 弹 性 体 在 垂 直 集 中 力 作 用 下 应 力 和 变 形 的 理 论 解 答 ； 年 ，瑞 典 科 学 家 费 伦 纽 斯 为 解 决 铁 路 塌 方 ，研 究 出 土 坡 稳 定 分 析 方 法 。 这 些 理 论 和 方 法 ，至 今 仍 在 广 泛 应 用 。 年 ，美 国 土 力 学 专 家 太 沙 基 总 结 了 前 人 的 试 验 研 究 成 果 ，撰 写 了土 力 学 专 著 ，使 土 力 学 成 为 一 门 独 立 的 学 科 进 行 研 究 和 发 展 。,0.3 土力学的发展概况,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,
14、年 以 来 ，人 们 已 召 开 多 届 国 际 土 力 学 与基 础 工 程 专 门 会 议 ，先 后 提 出 了 大 量 论 文 、研 究 报 告 和 技 术 资 料 。 很 多 国 家 定 期 出 版 土 工 期 刊 ，世界 各 国 也 都 经 常 召 开 类 似 的 专 业 会 议 ，不 断 总 结 和 交 流 本 学 科 的 研 究 成 果 。 随 着 计 算 机 科 学 与 现 代 试 验 技 术 的 不 断 发 展 ，土 力 学 学 科 得 到 迅 猛 发 展 。 对 于 过 去 无 法 解 决 的 理 论 及 工 程 问 题 ，通 过 数 值 模 拟 技 术 ，可 较 好 地
15、予 以 解 决 ；新 的 土 工 试 验 仪 器 得 到 充 分 开 发 ，在 实 验 室 可 完 成 较 为 复 杂 应 力 条 件 的 模 拟 试 验 研 究 ；土 工 离 心 机 可 通 过 模 型 试 验 模 拟 现 场 原 型 的 力 学 状 态 ，同 时 可 预 测 较 长 时 间 下 的 各 种 状 况 等 。继 续 将 土 力 学 基 本 概 念 和 原 理 应 用 于 工 程 实 践 ，在 此 基 础 上 发 展 和 创 新 ，是 土 力 学 学 科 发 展 的 必 由 之 路 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,学 习 土 力 学 就 应 该
16、 全 面 掌 握 这 些 基 本 理 论 ，并 学 会 将 它 们 应 用 到 合 适 的 工 程 实 际 中 。 本 课 程 中 的 计 算 公 式 较 多 ，要 求 掌 握 公 式 的 来 源 、意 义 和 应 用 ，但 对 公 式 的 推 导 或 方 程 的 建 立 过 程 ，只 要 求 作 一 般 性 了 解 即 可 。学 习 土 力 学 理论 知 识 的 同 时 ，必 须 重 视 学 习 与 掌 握 这 些 指 标 的 试 验 方 法 ，了 解 这 些 指 标 的 适 用 条 件 ，对 主 要 的试 验 指 标 ，应 掌 握 其 土 工 试 验 的 操 作 方 法 与 数 据 整 理
17、 方 法 。,0.4 本课程的基本要求,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,第1章 土的物理性质与工程分类,知识要点：土 的 生 成 ； 土 的 三 相 组 成 ； 土 的 结 构 和 构 造 ； 土 的 物 理 指 标 、 土 的 压 实 性 和 土 的 工 程 分 类 等 。,了 解 土 的 生 成 ， 掌 握 风 化 的 定 义 ； 熟 悉 土 的 三 相 组 成 ； 熟 悉 土 的 结 构 和 构 造 ； 熟 练 掌 握 土 的 三 个 基 本 试 验 指 标 的 定 义 和 计 算 ； 能 够 绘 制 土 颗 粒 的 级 配 曲 线 ， 并 能 够 评 价
18、 土 的 工 程 性 质 ； 掌 握 描 述 砂 土 和 黏 土 性 质 的 各 种 指 标 ； 了 解 土 的 分 类 方 法 。,能力目标：,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,主要内容,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,是本章的重点内容，学习三相比例关系的计算（三相草图、三个基本物理实验指标、九个常用三相比例指标）、土的物理状态指标（无粘性土密实度、粘性土稠度）等内容，要求记住三相指标的定义式，熟练掌握三相指标的换算。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,1.1 土的形成,定义：土是岩石经过风化后在不同
19、条件下形成的自然历史的产物。,搬运、沉积,风化,土形成示意图,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,生物风化,物理风化,化学风化,量变,无粘性土,原生矿物,质变,粘性土,次生矿物,动植物的活动,一、风化作用,有 机 质,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,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,二、土的沉积,残积土 无搬运,土质较好,残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体,颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理,母岩表
20、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,土 从 其 堆 积 或 沉 积 的 条 件 来 看 可 以 分 为 两 大 类 ：一 类 叫 残 积 土 ， 另 一 类 叫 运 积 土 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,运积土 有搬运,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,风：风积土 颗粒均匀，层厚而不具层理,重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀,流水:,洪积土 有分选性，近粗远细 冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥
21、，土性差 海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差,冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大，性质不均匀,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,11,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,土的三相组成是指土由固体矿物颗粒（固相）、水（液相）、气体（气相）三部分组成。,一、 土的固相固 相 即 土 中 的 固 体 颗 粒、粒 间 胶 结 物 和 有 机 质。表 达 固 体 颗 粒 的 基 本 特 征 可 以 采 用 颗 粒大 小、颗 粒 级 配 、颗 粒 级 配 曲线 、 矿 物 成 分 等 要 素，它 们 共 同 决 定 土 体 的 物 理 性 质、物
22、理 状态 和 力 学 性 质。,1.2 土的三相组成,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,1.颗 粒 大 小,粒组 工 程 上 通 常 把 性 质 和 粒 径 大 小 相 接 近 的 土 粒 划 分 为 一 组 。 界限粒径,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,2.颗 粒 级 配,各粒组的相对含量，用质量百分数来表示。常 用 的 试 验 方 法 有 筛 分 法 和 密 度 计 法 （又 称 水 分 法 沉 降 分 析 法 ） 两 种 。 筛 分 法 适 用 于 粒 径 大 于 的 土 ， 密 度 计 法 适 用 于 粒 径 小 于 的 土
23、 。 当 土 内 兼 有 大 于 和 小 于 土 粒 的 混 合 土 样 时 ， 配 合 使 用 这 两 种 方 法 ， 可 以 确 定 各 粒 组 的 含 量 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,（1）筛 分 法, 筛 分 法 要 用 到 一 套 孔 径 由 大 到 小 的 标 准 筛 。 土 工 试 验 方 法 标 准 （ GB/T50123 1999） （2007年 版） 规 定 两 种 规 格 标 准 筛 ，粗 筛 孔 径 为 60mm、40mm、20mm 、10mmm 、 5mm、2mm， 细 筛 孔 径 为 2.0mm、 1.0mm、 0.5mm、
24、0.25mm、 0.075mm。 将按 规 定 方 法 取 得 的 一 定 质 量 的 干 试 样 放 入 依 次 叠 好 的 最 上 面 一 层 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 ， 计 算 出 各 粒 组 的 相 对 含 量 及 小 于 某 一 粒 径 的 土 颗 粒 百分 含 量 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,（2） 密 度 计 法,密 度 计 法 适 用 于 分 析 颗 粒 粒 径 小 于 0.075mm的 细 颗 粒 土 。 斯 托 克 斯 定律 认 为 ， 球 状 的
25、细 颗 粒 在 水 中 的 下 沉 速 度 与 颗 粒 直 径 的 平 方 成 正 比 。 因 而 ， 可 以 利 用 不 同 粒径 的 土 在 水 中 下 沉 速 度 不 同 的 原 理 ， 将 粒 径 小 于 0.075mm 的 细 颗 粒 土 进 一 步 分 组 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,【例 - 】,取 风 干 的 天 然 土 样 ， 试 用 筛 分 法 和 密 度 计 法 测 量 其 粒 组 含 量 。【解 】先 将 全 部 试 样 倒 入 标 准 筛 子 ， 振 动 充 分 后 称 各 层 筛 子 上 的 土 粒 质 量 ， 进 一 步 算
26、 出 各粒 组 的 质 量 和 含 量 百 分 数 ， 结 果 如 表1-2所 示 。 再 将 筛 子 底 盘 上 的 土 粒 ， 即 粒 径 小 0.075mm的 土 粒 称 重 后 ， 用 密 度 计 法 进 一 步 分 析 ， 测 其 粒 组 的 质 量 和 含 量 百 分 数 ， 结 果 如 表1-3所 示 。这 两 个 表 格 列 出 了 这 一 土 样 的 粒 组 及 其 相 对 含 量 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,3.颗 粒 级 配 曲 线,确定方法颗粒分析试验 筛分法：适用于
27、粗粒土 ( 0.075 mm)沉降分析法：适用于细粒土 (0.075 mm),各粒组的相对含量，用质量百分数来表示。,表述方法 颗粒级配累积曲线,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.075,200g,10 16 18 24 22 38 72,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P % 95 87 78 66 55 36,土的颗粒级配累积曲线,沉降分析法,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,在 分 析 级 配曲 线 时 ，常 常 用 到 d10、d30、d60 三 个 特 殊 粒
28、 径 。其 中， d10 称 为 有 效 粒 径 ， d30 称 为 中 值 粒 径 ，d60 称 为 限 制 粒 径 ， 它 们 分 别 表 示 小 于 该 粒 径 的 土 粒 含 量 占 土 样 总 量 的 10%、 30% 和 60%。,根 据 颗 粒 级 配 曲 线 ， 可 以 定 义 反 映 颗 粒 级 配 的 两 个 定 量 指 标 ， 即 不 均 匀 系 数 C及 曲 率 系数 C ， 其 表 达 式 如 下 ：,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,不 均 匀 系 数 C:反 映 大 小 不 同 粒 组 的 分 布 情 况 ， 即 土粒 大 小 （粒
29、度 ） 的 均 匀 程 度 。 C越大 表 示 粒 度 的 分 布 范 围 越 大 ， 土 粒 越 不 均 匀 ， 其 级 配 越 良 好 。曲 率 系 数 C:描 写 的 是 累 计 曲 线分 布 的 整 体 形 态 ，表 示 某 粒 组 是 否 缺 失 的 情 况 ， 反 映 了 限 制 粒 径 d60与 有 效 粒 径 d10 之 间 各 粒 组 含 量 的 分 布 情 况 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,在 一 般 情 况 下 ， 工 程 上 把 C 的 土 看 作 均 粒 土 ， 属 级 配 不 良 ；C 的 土 ， 属 级 配 良好 。对 于 级
30、 配 连 续 的 土 ， 采 用 单 一 指 标C 即 可 达 到 比 较 满 意 的 判 别 结 果 。 但 缺 乏 中 间 粒 径（ d60 与 d10之 间 的 某 粒 组 ） 的 土 即 级 配 不 连 续 ， 累 计 曲 线 上 呈 现 台 阶 状 ， 如 图 1-4 中 C 曲 线 所示 。 此 时 ， 再 采 用 单 一 指 标C 则 难 以 有 效 判 定 土 的 级 配 好 坏 。 当 砾 类 土 或 砂 类 土 同 时 满 足C 和 C两 个 条 件 时 ， 则 为 良 好 级 配 砾 或 良 好 级 配 砂 ； 如 不 能 同 时 满 足 ， 则 为 级 配不 良 。,P
31、PT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,4.矿 物 成 分,主 要 取 决 于 母 岩 的 成 分 及 其 所 经 受 的 风 化 作 用 ， 不 同 的 矿 物 成 分 对 土 的 性 质 有 着 不 同 的 影 响 ， 其 中 ， 细 粒 土 的 矿 物 成 分 尤 为 重 要 。,原生矿物 石英、长石、云母等 次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型高岭石、伊里石、蒙托石,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,（1）粘土矿物:大 多数 黏 土 矿 物 是 由 硅 片 和 铝 片
32、构 成 的 晶 胞 组 叠 而 成 的 ， 依 硅 片 和 铝 片 的 组 叠 形 式 的 不 同 ， 可 以分 为 高 岭 石 、 蒙 脱 石 和 伊 利 石 三 种 主 要 类 型 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,高 岭 石 其 结 晶 格 架 如 图 17(a)所 示 ， 它 是 由 一 层 硅 氧 晶 片 和 一 层 铝 氢 氧 晶 片 组 成 的 晶 胞 ， 属 于 1:1型 结 构 单 位 层 或 两 层 型 。,蒙 脱 石 其 结 晶 格 架 如 图 17(a)所 示 ，可 见 其
33、 晶 胞 是 由 两 层 硅 氧 晶 片 之 间 夹 一 层 铝 氢 氧 晶 片 所 组 成 的 ， 称 为2:1型 结 构 单 位 层 或 三 层 型 晶 胞 。,伊 利 石 其 结 晶 格 架 如 图 17 (a)所 示 ， 与 蒙 脱 石 一 样 ， 同 属 型 结 构 单 位 层 ， 晶胞 之 间 的 键 力 也 较 弱。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,46,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出, 种 黏 土 矿 物 的 主 要 特 征 如 表 - 所 示 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,（
34、2） 黏 土 矿 物 表 面 的 带 电 性 质 莫 斯 科 大 学 列 伊 期 于 1809年 通 过 试 验 证 明 黏 土 颗 粒 是 带电 的 。,研 究 表明 ： 片 状 黏 土 颗 粒 的 表 面 带 有 不 平 衡 的 电 荷 ， 通 常 为 负 电荷 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,研 究 还 表 明 ： 在 颗 粒 侧 面（指 片 状 颗 粒 ） 断 口 处 常 带 正 电 。这 样 黏 土 颗 粒 表 面 电 荷 分 布通 常 如 图 - 所 示 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,有机质 在 自 然 界
35、中 的 一 般 土 ， 特 别 是 淤 泥 质 土 中 ， 通 常 含 有 一 定 数 量 的 有 机 质 ， 当 其 在 黏 性 土 中 含 量 达 到 或 超 过 （在 砂 土 中 的 含 量 达 到 或 超 过 ）时 ， 就 开 始 对 土 的 工 程 性 质 产 生 显著 的 影 响 ， 不 宜 作 为 填 筑 材 料 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,1.2 土的三相组成,11,土的三相组成是指土由固体矿物颗粒（固相）、水（液相）、气体（气相）三部分组成。,一、 土的液相土 的 液 相 指 固 体 颗 粒 之 间 的 水 及 溶 解 物 ， 其 含
36、量 及 性 质 明 显 影 响 土 的 性 质 。 土 孔 隙 中 的 水 ， 按 其 所 呈 现 的 状 态 和 性 质 以 及 其 对 土 的 影 响 ， 分 为 结 合 水 和 自 由 水 两 种 类 型 。,.结 合 水结 合 水 是 指 受 土 颗 粒 表 面 电 分 子 引 力 作 用 吸 附 在 土 颗 粒 表 面 的 水 ， 又 分 为 强 结 合 水 和 弱结 合 水 两 种 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,排列致密、定向性强密度1g/cm3冰点处于零下几十度具有固体的特性温度高于100C时可蒸发,强结合水,位于强结合水之外，电场引力作用范
37、围之内外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性,弱结合水,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,2.自 由 水自 由 水 是 指 在 土 粒 表 面 引 力 作 用 范 围 以 外 的 水 ， 其 水 分 子 无 定 向 排 列 现 象 。 它 与 普 通 水无 异 ， 受 重 力 支 配 ， 能 传 递 静 水 压 力 并 具 有 溶 解 能 力 。 自 由 水 包 括 重 力 水 及 毛 细 管 水 。,重力水,毛细管水,存在于地下水位以下透水层中在重力作用下可在土中自由流动,存在于地下水位以上透水层中 在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动,PPT课件
38、,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,11,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,三、 土的气相土 中 的 气 体 按 其 所 处 的 状 态 和 结 构 特 点 分 为 自 由 气 体 、 四 周 为 水 和 颗 粒 表 面 所 封 闭 的 气 体 、 吸 附 于 颗 粒 表 面 的 气 体 和 溶 解 于 水 中 的 气 体 四 种 类 型 。,自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道其他两种气体：目前研究不多，对土的性质影响尚未完全清楚。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,1.3
39、土的结构与构造,一、土的结构,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,二、土的结构,层理构造,裂隙构造,土 体 在 空 间 的 分 布 形 式 和 相 互 组 合 排 列 的 关 系 称 为 土 的 构 造 ， 一 般 有 层 理 构 造 和 裂 隙 构 造 。 土 的 构 造 实 际 上 是 土 层 在 空 间 的 赋 存 状 态 ， 表 征 土 层 的 层 理 、 裂 隙 及 大 孔 隙 等 宏 观 特 征 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,一、土的物理性质指标土的三相在体积或质量上的比例大小通常称为土
40、的三相物理性质指标 。天 然 的 土 样 ， 其 三 相 的 分 布 具 有 随 机 性 ， 是 分 散 的 。 为 了 在 理 论 研 究 中 使 问 题 形 象 化 ， 以 获 得 更 清 楚 的 概 念 ， 可 以 人 为 地 把 土 的 三 相 分 别 集 中 ， 用 三 相 草 图 来 抽 象 地 表 示 其 构 成 ， 如 图1-13 所 示 。,1.4 土的物理指标,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,三个基本试验指标,1）土 的 天 然 密 度土 的 天 然 密 度 定 义 为 单 位
41、体 积 土 的 质 量 ， 表 达 式 为,工 程 中 常 用 重 度 来 表 示 类 似 的 概 念 。 土 的 重 度 定 义 为 单 位 体 积 土 的 质 量 ， 单 位 为 / 。它 与 土 的 密 度 的 关 系 为,式 中 ，g 为 重 力 加 速 度 ，g9.8/ （工 程 上 为 了 计 算 方 便 ，常 取 g 10/ ）。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,2）土 粒 比 重（土 粒 相 对 密 度 ）土 粒 比 重 定 义 为 土 粒 的 质 量 与 同 体 积 纯 蒸 馏 水 在 时 的 质 量 之 比 ， 即,式 中： 土 粒 的 密
42、度 ， 即 单 位 体 积 土 粒 的 质 量 ； 时 纯 蒸 馏 水 的 密 度 。因 为， 1/ ， 土 粒 比 重 在 数 值 上 即 等 于 土 粒 的 密 度 ， 是 无 量 纲 数 。,土 粒 的 比 重 变 化 范 围 不 大 ， 细 粒 土 （黏 性 土 ） 一 般 在 2.702.75； 砂 土 的 比 重 为 2.65左 右 。土 中 有 机 质 含 量 增 加 时 ，土 的 比 重 减 小 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,3）土 的 含 水 率土 的 含 水 率 定 义 为 土 中 水 的 质 量 与 土 粒 质 量 之 比 ， 表 达
43、 式 为,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,六个换算指标,测 出 土 的 三 个 基 本 试 验 指 标 后 ， 就 可 以 根 据 图 - 所 示 的 土 的 三 相 草 图 ， 换 算 出 六 个 换 算 指 标 。 这 些 换 算 指 标 不 能 直 接 从 试 验 中 获 得 ， 所 以 又 称 为 导 出 指 标 。,1） 孔 隙 比 e土 的 孔 隙 比 定 义 为 土 中 孔 隙 的 体 积 与 土 粒 的 体 积 之 比 ， 以 小 数 表 示 ， 其 表 达 式 为,砂 土 的 孔 隙 比 e 常 见 值 为 0.5 1.0， 当 e 0.6 时
44、 呈 密 实 状 态 ， 为 良 好 地 基 ； 黏 性 土 的 孔隙 比 e 常 见 值 为 0.5 1.2 ， 当 e 1.0 时 ， 为 软 弱 地 基 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,2） 孔 隙 率 n土 的 孔 隙 率 定 义 为 土 中 孔 隙 的 体 积 与 土 的 总 体 积 之 比 ， 即 单 位 体 积 内 孔 隙 的 体 积 ， 以 百 分 数 表 示 ， 其 表 达 式 为,土 的 孔 隙 比 与 孔 隙 率 都 是 反 映 土 的 密 实 程 度 的 指 标 。 同 一 种 土 的 孔 隙 比 或 孔 隙 率 越 大 ，表 明 土
45、 越 疏 松 ， 反 之 越 密 实 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,3） 饱 和 度 Sr 土 的 饱 和 度 定 义 为 土 中 孔 隙 水 的 体 积 与 孔 隙 体 积 之 比 ， 以 百 分 数 表 示 ， 其 表 达 式 为,饱 和 度 反 映 了 土 的 孔 隙 被 水 充 满 的 程 度 。 干 土 的 饱 和 度 为 0， 饱 和 土 的 饱 和 度 为 100%。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,4）干 密 度d 土 的 干 密 度 定 义 为 单 位 体 积 土 体 内 土 粒 的 质 量 ， 其 表 达
46、 式 为,工 程 中 常 用 压 实 系 数 来 描 述 土 体 被 压 实 的 程 度 ， 表 达 式 为,式 中： 要 求 达 到 的 干 密 度 ； 实 验 室 条 件 下 能 达 到 的 最 大 干 密 度 。 工 程 中 常 用 干 重 度 表 示 单 位 体 积 干 土 的 重 力 ， g 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,5）饱 和 密 度 sat饱 和 密 度 定 义 为 土 中 孔 隙 完 全 被 水 充 满 时 ， 单 位 体 积 土 的 质 量 ， 其 表 达 式 为,工 程 中 常 用 饱 和 重 度 sat来 表 示 饱 和 状 态
47、下 单 位 体 积 土 的 重 力 ， sat satg。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,6）浮 重 度（有 效 重 度 ）浮 重 度 定 义 为 地 下 水 位 以 下 ， 土 体 受 水 的 浮 力 作 用 时 ， 土 中 固 体 颗 粒 的 质 量 扣 去 浮 力 后 与 土 样 的 总 体 积 之 比 ， 其 表 达 式 为,从 上 述 土 的 重 度 或 密 度 的 定 义 可 知 ， 同 一 种 土 各 种 密 度 或 重 度 在 数 值 上 有 如 下 关 系 ：,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,【例 1-2】某
48、原 状 土 样 ， 经 试 验 测 得 天 然 密 度 1.67 / ， 含 水 率 w 12.9 ， 土 粒比 重 d 2.67 ， 求 其 孔 隙 比 e 、 孔 隙 率 n和 饱 和 度 Sr 。,【解 】 （ ） 取 单 位 体 积 土 体 V 1 ，根 据 密 度 定 义 ， 由 式（1-3） 得（ ） 根 据 含 水 率 定 义 ， 由 式 （1-6） 得由 三 相 草 图 有,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,（ ） 根 据 土 粒 比 重 定 义 ， 由 式 （1-5） 得,（ ） 水 的 密 度 1.0， 故 水 体 积 为,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,故,至 此 ， 三 相 组 成 的 量 ， 无 论 是 体 积 或 质 量 ， 均 已 算 出 ， 绘 三 相 草 图 ， 如 图 1-14 所 示 。,PPT课件,课件目录,首页,习题答案,课程拓展,课程试验,退出,（ 6 ）根 据 孔 隙 比 定 义 ， 由 式 （1-7） 得,（ 7 ）根 据 孔 隙 率 定 义 ， 由 式 （1-8） 得,（ 8 ）根 据 饱 和 度 定 义 ， 由 式 （1-9） 得,PPT课件,
