土力学第一章精.ppt

土力学第一章2022/10/81第1页，本讲稿共34页本次授课内容 1、土的生成土的生成 2、土的三相相组合关系土的三相相组合关系 2、土的组成成分：（土的组成成分：（固相）固相）3、土中的水土中的水 和和气体气体 4、土的基本物理性质指标概述：、土的基本物理性质指标概述：土的密度土的密度（容重）、土的含水量（容重）、土的含水量、土粒的比重土粒的比重 2022/10/82第2页，本讲稿共34页、土的生成我们把地球最外层的坚硬固体物质称为地壳，地壳厚度一般为30-60km，人类生存与活动范围仅限于地壳表层。在漫长的地质年代中，由于内动力地质作用和外动力地质作用，地壳表层的岩石经历风化、剥蚀、搬运、沉积生成大小悬殊的颗粒，称之为土，在不同的自然环境中，由各种营力的地质作用生成了不同类型的土不同类型的土；而土历经压密固结、胶结硬化也可再生成岩石。而现在所见到的土是近期地质历史-第四纪第四纪以来生成的尚未固结的松散物质。2022/10/83第3页，本讲稿共34页二、土的三相比例二、土的三相比例自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模型进行分析。表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。研究土的性质，不仅要研究单项，还要研究三相比例关系。下面，首先研究土的性质，不仅要研究单项，还要研究三相比例关系。下面，首先介绍各单项。介绍各单项。2022/10/84第4页，本讲稿共34页第一节：土的三相组成第一节：土的三相组成土的三相，土粒为固相固相；土中的水为液相液相；土中的气为气相气相。2022/10/85第5页，本讲稿共34页一）、一）、矿物成分矿物成分：包括：包括：原生矿物：原生矿物：次生矿物：次生矿物：有机质。有机质。一、固相：包括：一、固相：包括：粒度成分、粒度成分、矿物成分矿物成分石英、长石、云母等。石英、长石、云母等。蒙脱石、伊利石、高岭石等。蒙脱石、伊利石、高岭石等。2022/10/86第6页，本讲稿共34页二）、土的粒度成分：二）、土的粒度成分：包括：颗粒大小包括：颗粒大小级配关系级配关系一）、颗粒大小：以粒组划分。一）、颗粒大小：以粒组划分。为了研究土中各种大小土粒的相对含量及其与为了研究土中各种大小土粒的相对含量及其与土的工程地质性质的关系，就有必要将工程地土的工程地质性质的关系，就有必要将工程地质性质相似的土粒归并成组。质性质相似的土粒归并成组。2022/10/87第7页，本讲稿共34页粒组名称粒径范围（mm）漂石或块石颗粒200卵石或碎石颗粒200-20圆砾或角砾颗粒20-10（大）10-5（中）5-2（小）砂粒2-0.5（大）0.5-0.25（中）0.25-0.075（小）粉粒0.075-0.005粘粒0.0052022/10/88第8页，本讲稿共34页二）、颗粒级配（粒度成分）二）、颗粒级配（粒度成分）工程上常以土中各个粒组的相对含量即各粒组占土粒总重的百分数表示土中颗粒的组成情况，这种相对含量称为颗粒级配。对于粒径大于0.075mm的粗粒组可用筛分法测定。粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒难以筛分，一般可以根据土粒在水中勻速下沉时的速度与粒径的理论关系，用比重计或移液管法测得颗粒级配。2022/10/89第9页，本讲稿共34页1、筛分法、筛分法用一套不同孔径的标准筛，把已知质量的土样放入按孔径大小依次排列好的筛子顶层，振动筛子，粗粒留在筛子上，细粒漏下，将各粒组分离。称各筛上的土粒质量Wi,则各粒组的即可求出：X=Wi/W*%粗筛：孔径：100,80,60,40,20,10,5,2细筛：孔径：2,1,0.5,0.25,0.1,0.0742022/10/810第10页，本讲稿共34页2、静水沉降法、静水沉降法大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同，大快，大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同，大快，小慢。经过时间小慢。经过时间T后，粒径大于后，粒径大于D的颗粒都沉淀的颗粒都沉淀到到L深以下，深以下，吸出吸出L段悬液段悬液烘干，即可得烘干，即可得粒径粒径D的粒组的粒组累计质量。累计质量。2022/10/811第11页，本讲稿共34页3、粒度成分的表示方法1）、表格法）、表格法2）粒度累计曲线图）粒度累计曲线图2022/10/812第12页，本讲稿共34页2022/10/813第13页，本讲稿共34页3）、表明土粒度分布特征的几个参数：）、表明土粒度分布特征的几个参数：a:d10、d30、d60:(dx代表一个特殊的粒径，小代表一个特殊的粒径，小于等于此粒径的粒组累计含量于等于此粒径的粒组累计含量x)b：不均匀系数不均匀系数:cu=d60/d10c：曲率系数曲率系数:cc=d30d30/（d10d60）2022/10/814第14页，本讲稿共34页cu10不均匀土。不均匀土。对于缺少中间成分的土，还要辅助对于缺少中间成分的土，还要辅助cc作为分类作为分类指标。一般认为，指标。一般认为，cu5，且且cc13的土为的土为级配好的土。级配好的土。2022/10/815第15页，本讲稿共34页二二：液相：液相土中的水土中的水一）、土中的水的分类：一）、土中的水的分类：1、结合水、结合水 强结合水（吸着水）强结合水（吸着水）弱结合水弱结合水 （薄膜水）（薄膜水）2、毛细水、毛细水3、自由水、自由水2022/10/816第16页，本讲稿共34页2022/10/817第17页，本讲稿共34页结合水：结合水：极细的土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电极细的土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，由于水分子是极性分子，即一端为正电荷，另一场，由于水分子是极性分子，即一端为正电荷，另一端显负电荷，在土粒电场范围内的水分子和阳离子一端显负电荷，在土粒电场范围内的水分子和阳离子一起吸附在土粒表面而定向排列形成一层薄的水膜，这起吸附在土粒表面而定向排列形成一层薄的水膜，这层水就称为结合水。层水就称为结合水。强结合水是指紧靠土粒表面的结合水，它没有溶解强结合水是指紧靠土粒表面的结合水，它没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力；盐类的能力，不能传递静水压力；弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢移动。向邻近较薄的水膜缓慢移动。2022/10/818第18页，本讲稿共34页毛细水：毛细水：毛细力作用下充满岩土空隙中。毛细力作用下充满岩土空隙中。毛细孔主要存在于粉粘土中，直径小于毛细孔主要存在于粉粘土中，直径小于1 1mmmm。自由水：自由水：（重力水）：（重力水）：在弱结合水的外层，重力在弱结合水的外层，重力 吸引力，主要存在砂粒孔隙吸引力，主要存在砂粒孔隙中。中。2022/10/819第19页，本讲稿共34页三、土中的气体：三、土中的气体：1、自由气体：、自由气体：不影响土的性质。不影响土的性质。2、封闭气体：、封闭气体：增加土的弹性，减小土渗透性，突然溢出增加土的弹性，减小土渗透性，突然溢出时，可引起土的附加沉降。时，可引起土的附加沉降。2022/10/820第20页，本讲稿共34页第二节第二节：土的三相比例指标土的三相比例指标一、直接测定的指标：一、直接测定的指标：1、天然密度天然密度：天然状天然状态下，单位体积土的质态下，单位体积土的质量，单位为量，单位为g/cm3或或t/m3，即即：2022/10/821第21页，本讲稿共34页天然密度变化范围较大。一般粘性土=1.82.0g/cm3；砂土 =1.62.0g/cm3；腐殖土=1.51.7g/cm3。天然密度一般用环刀法测定，用一个圆环刀（刀口向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。2022/10/822第22页，本讲稿共34页2、土粒比重与密度：土粒比重与密度：土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，时纯水的质量之比，一般用一般用ds（有些书用有些书用Gs）表示，无量纲。即：表示，无量纲。即：另：公式中，另：公式中，ds为比重，无单位，为比重，无单位，s称称土粒的密度土粒的密度，单位，单位g/cm3，但物理意义与，但物理意义与ds相同。相同。2022/10/823第23页，本讲稿共34页土的土的名称名称砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土粉质粘土粉质粘土粘土粘土土粒土粒比重比重2.652.692.702.712.722.732.742.76土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.62.8；有机质土为；有机质土为2.42.5。同一种类的土，其比重变化幅。同一种类的土，其比重变化幅度很小。度很小。土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重瓶内土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重瓶内的土样在的土样在105-110下烘干后冷却至室温用精密天平测其下烘干后冷却至室温用精密天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体积质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体积4纯水的纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。2022/10/824第24页，本讲稿共34页3、土的含水量：土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以表示，以百分数计，即百分数计，即：含水量含水量w是反映土的湿度的是反映土的湿度的一个重要物理指标。天然状一个重要物理指标。天然状态下土层的含水量称天然含态下土层的含水量称天然含水量，其变化范围很大，与水量，其变化范围很大，与土的种类、埋藏条件及其所土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。处的自然地理环境等有关。2022/10/825第25页，本讲稿共34页一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达可达40%；坚硬的粘性土的含水量约小于；坚硬的粘性土的含水量约小于30%，而饱和状态的软粘性土（如淤泥），则可达，而饱和状态的软粘性土（如淤泥），则可达60%或更大。或更大。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。强度就降低。土的含水量一般用土的含水量一般用烘干法烘干法测定。先称测定。先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘干箱小块原状土样的湿土质量，然后置于烘干箱内维持内维持100-105烘至恒重，再称干土质量，烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。土的含水量。2022/10/826第26页，本讲稿共34页二、计算得到的指标：二、计算得到的指标：1、土的干密度土的干密度d：土单位体积中固体颗粒部分质量，即土单位体积中固体颗粒部分质量，即：e孔隙比孔隙比；w含水量含水量在工程上常把干密度作为评定土体密实程度的指标，在工程上常把干密度作为评定土体密实程度的指标，以控制填土工程的施工质量。以控制填土工程的施工质量。2022/10/827第27页，本讲稿共34页2、的饱和密度、的饱和密度sat：土孔隙中充满水时，单位体积质量，即：土孔隙中充满水时，单位体积质量，即：式中式中w为水的密度，近似等于为水的密度，近似等于 w=1g/cm3。2022/10/828第28页，本讲稿共34页3、土的有效密度、土的有效密度：土体中土粒的质量扣除浮力后，土体中土粒的质量扣除浮力后，即为单位体积中土粒的有效质量，即：即为单位体积中土粒的有效质量，即：在实际应用中，经常采用土的容重，即土的重力密在实际应用中，经常采用土的容重，即土的重力密度度,其数值上等于相应土密度与重力加速度的乘积。一般其数值上等于相应土密度与重力加速度的乘积。一般分为：天然容重分为：天然容重、干容重干容重d、饱和容重饱和容重sat、有效容重有效容重分别按下列公式计算：分别按下列公式计算：；式中式中g 为重力加速度，各指标的单位为重力加速度，各指标的单位kN/m3。2022/10/829第29页，本讲稿共34页4 4、土的孔隙比土的孔隙比e：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。即：即：ds-土粒土粒比重比重，d土的土的干密度干密度土的土的天然密度天然密度，土的土的含水量含水量；水的密度，近似等于水的密度，近似等于天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般度。一般e1.0的土的土是疏松的高压缩性土。是疏松的高压缩性土。2022/10/830第30页，本讲稿共34页5、土的孔隙率、土的孔隙率n：土中孔隙所占体积与总体积之比，空隙率用百分土中孔隙所占体积与总体积之比，空隙率用百分数表示。即：数表示。即：一般一般粘性土粘性土的孔隙率为的孔隙率为3060%，无粘性土无粘性土为为2545%。2022/10/831第31页，本讲稿共34页7、土的饱和度土的饱和度Sr:土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分率计，即：分率计，即：d土的土的干密度干密度；水的密度，近似等于水的密度，近似等于；含水量含水量；孔隙率孔隙率；孔隙比孔隙比。2022/10/832第32页，本讲稿共34页砂土湿度状态稍湿很湿饱和饱和度Sr（%）Sr505080饱和度可以反映土的干湿程度。饱和度可以反映土的干湿程度。砂土砂土根据饱和度根据饱和度Sr的指标值分为稍湿、很湿与饱和三的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，其划分标准见下表：种湿度状态，其划分标准见下表：2022/10/833第33页，本讲稿共34页 结束 谢谢！Keep Connecting In The Future 2022/10/834第34页，本讲稿共34页