土力学与地基基础1.ppt

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1、第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类土力学与地基基础1.1 土的物理性质1.2 土的物理性质指标与物理状态指标1.3 土的工程分类1.4 土的击实性1.5 土的渗透性1.1 土的物理性质 一 土的组成 二 土的结构与构造 土的组成n 一、土的成因n 二、土的组成物理风化化学风化水空气土物理风化化学风化粘性土无粘性土岩石矿物颗粒 土的组成n一、土的成因n二、土的组成土是由固体、液体和气体组成的三相体。1.固体颗粒固体颗粒构成土骨架，它对土的物理力学性质其决定性的作用。研究固体颗粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分数，即土的粒径级配。另外，还要研究固体颗粒的矿物成分以及颗

2、粒的形状。土的组成n一、土的成因n二、土的组成（1）颗粒的矿物成分和颗粒分组土粒的矿物成分可分为原生矿物（物理风化产生）和次生矿物（化学风化产生）两类。颗粒粒径的大小成为粒度，把粒度相近的颗粒合为一组，称为粒组。土的组成n一、土的成因n二、土的组成（1）颗粒的矿物成分和颗粒分组土粒的矿物成分可分为原生矿物（物理风化产生）和次生矿物（化学风化产生）两类。颗粒粒径的大小成为粒度，把粒度相近的颗粒合为一组，称为粒组。（插入图 土的颗粒分组）颗粒的粗细对土的性质影响也很大，颗粒愈细，单位体积内颗粒的表面积就愈大，与水接触的面积就愈多，颗粒相互作用的能力就愈强。土的组成n一、土的成因n二、土的组成(2)

3、用筛析法作土的颗粒大小分析各粒组的质量占干土土样总质量的百分数叫做颗粒级配。颗粒大小分析可采用筛析法、密度计法和移液管法。筛析法适用于分析粒径大于0.075mm的土颗粒组成的土样，但对粒径大于60mm的土样，筛析法不适用。密度计法和移液管法适用于粒径小于0.075mm的土。土的组成n一、土的成因n二、土的组成 土的组成n一、土的成因n二、土的组成 土的组成n一、土的成因n二、土的组成2土中的水（1）结合水 这部分水靠土粒的电分子引力吸引在土粒表面的水，对土的工程性质影响极大。又可分为吸着水（强结合水）被颗粒表面负电荷紧紧吸附在土粒周围很薄的水。薄膜水（弱结合水）吸着水外面收颗粒表面负电荷吸引而

4、吸附在颗粒四周的水。土的组成n一、土的成因n二、土的组成2土中的水（2）非结合水 土粒水化膜以外的液态水，主要受重力作用控制，传递静水压力。又可分为毛细水 土中存在微小孔隙，由于毛细表面张力作用，形成毛细水。重力水 自由水位以下，土里吸附力范围以外的水，在自身重力作用下，可在土中自由移动，成为重力水。土的组成n一、土的成因n二、土的组成2土中的气体土中气体分为两类：与大气相连通的自由气体和与大气隔绝的封闭气体。自由气体一般不影响土的性质，封闭气体的存在会增加土的弹性，减少水的透水性。1.1 土的物理性质 一 土的组成 二 土的结构与构造土的结构与构造1.单粒结构 这种结构由较大土粒在自重左右下

5、，于水或空气下落堆积而成，如碎石类土和砂类土。2.蜂窝结构 常见于粘性土3.絮状结构 颗粒最小的粘性土特有的结构形式。密实的单粒结构强度大，压缩性小，工程性质最好；蜂窝结构次之，絮状结构最差n 一、土的结构n 二、土的构造土的结构与构造n一、土的结构n二、土的构造土的构造是指同一土层中物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间的相互位置与填充空间的特征，主要构造类型为层理构造，还有分散构造、裂隙构造和结核状构造等常见的构造类型。1.2 土的物理性质指标与物理状态指标 一 土的物理性质指标 二 无粘性土的物理状态 三 粘性土的物理状态n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关

6、系 的其它常用指标土的物理性质指标为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相土粒(固相)、土中水(液相)和土中气(气相)的组成情况进行数量上的研究。土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确

7、定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标n 土的三相草图n 确定三相比例关系 的基本试验指标n确定三相比例关系 的其它常用指标土的物理性质指标1.2 土的物理性质指标与物理状态指标 一 土的物理性质指标 二 无粘性土的物理状态 三 粘性土的物理状态无粘性

8、土的物理状态n 一、密实度n 二、潮湿程度无粘性土的物理状态无粘性土的物理状态n 一、密实度n 二、潮湿程度1.2 土的物理性质指标与物理状态指标 一 土的物理性质指标 二 无粘性土的物理状态 三 粘性土的物理状态粘性土的物理状态n 一、稠度n 二、稠度界限n 三、塑性指数和液性指数粘性土的物理状态n 一、稠度n 二、稠度界限n 三、塑性指数和液性指数粘性土的物理状态n 一、稠度n 二、稠度界限n 三、塑性指数和液性指数粘性土的物理状态岩石n 一、根据强度进行坚硬程度分级n 二、根据完整程度分级n 三、根据节理发育程度分级n 四、按软化系数分类1.3 土的工程分类岩石n 一、根据强度进行坚硬程

9、度分级n 二、根据完整程度分级n 三、根据节理发育程度分级n 四、按软化系数分类1.3 土的工程分类岩石n 一、根据强度进行坚硬程度分级n 二、根据完整程度分级n 三、根据节理发育程度分级n 四、按软化系数分类1.3 土的工程分类岩石n 一、根据强度进行坚硬程度分级n 二、根据完整程度分级n 三、根据节理发育程度分级n 四、按软化系数分类1.3 土的工程分类碎石土n 一、按颗粒形状与粒组含量分类n 二、按密实程度分类1.3 土的工程分类碎石土n 一、按颗粒形状与粒组含量分类n 二、按密实程度分类1.3 土的工程分类砂土n 一、按与粒组含量分类n 二、按密实程度分类1.3 土的工程分类砂土n 一

10、、按粒组含量分类n 二、按密实程度分类1.3 土的工程分类粉土1.3 土的工程分类粘性土1.3 土的工程分类特殊性岩土1.3 土的工程分类特殊性岩土1.3 土的工程分类1.3 土的击实性 一 击实试验 二 影响最大干密度的几个因素 三 填土的含水量和碾压标准的控制击实试验1.3 土的击实性 一 击实试验 二 影响最大干密度的几个因素 三 填土的含水量和碾压标准的控制影响最大干密度的几个因素n 一、含水量n 二、击实功能n 三、不同土类的及时特性影响最大干密度的几个因素n 一、含水量n 二、击实功能n 三、不同土类的及时特性影响最大干密度的几个因素n 一、含水量n 二、击实功能n 三、不同土类的

11、及时特性1.4 土的击实性 一 击实试验 二 影响最大干密度的几个因素 三 填土的含水量和碾压标准的控制填土的含水量和碾压标准的控制粗粒土的压实性粗粒土的压实性 土的组成水在岩土体孔隙中的流动成为渗透n 一、渗透n 二、土体的渗透性n 三、渗流或渗透1.5 土的渗透性岩土体具有渗透的性质成为岩土体的渗透性n 一、渗透n 二、土体的渗透性n 三、渗流或渗透 概念1.5 土的渗透性存在于地基中的地下水，在一定的压力差作用下，将透过土中空隙发生流动，这种现象称为渗流或渗透n 一、渗透n 二、土体的渗透性n 三、渗流或渗透 概念1.5 土的渗透性1.5 土的渗透性 一 渗透模型 二 渗透定律 三 渗透

12、系数的确定 四 渗透力与渗透稳定性分析 渗透模型n渗透模型实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙，渗流水质点的运动轨迹很不规则，如图1-20（a）工程实际中对渗流做出了两方面的简化：不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间总和均为渗流所充满。做了这种简化后，渗流其实只是一种假象的土体渗流，称为渗流模型，如图1-20（b）渗透模型n渗透模型为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，它还应该符合以下要求：(1)在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；(2)在任意断面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；(3)在相同体积内，渗流模型

13、所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等1.5 土的渗透性 一 渗透模型 二 渗透定律 三 渗透系数的确定 四 渗透力与渗透稳定性分析 渗流定律n一、达西定律n二、达西实验地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻力的作用，沿程必然伴随着能量的损失。为了解释土体中的渗透规律，法国工程师达西经过大量实验研究，1856年总结得出渗透能量损失与渗流速度之间的相互关系，即达西定律。渗流定律n一、达西定律n二、达西实验达西实验的装置如图1-21所示。是横截面积为A的治理圆通，其上端开口，在圆通侧壁装有两只相距为l l的测压管。筒底以上一定距离处装一滤板，滤板上填放颗粒均匀的沙土。水由上端注入圆筒，多余的水从溢水

14、管溢出，使筒内的水维持一个恒定值。渗透过砂层的水从短水管流入量杯中，并以此来计算渗透流量。渗流定律n一、达西定律n二、达西实验 渗流定律n一、达西定律n二、达西实验1.5 土的渗透性 一 渗透模型 二 渗透定律 三 渗透系数的确定 四 渗透力与渗透稳定性分析 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素渗透系数k是总和反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土粒颗粒的形状、大小、不均匀系数和睡得粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可以通过试验方法或经验估算法来确定k值。试

15、验室测定渗透系数k值的方法称为室内渗透试验，根据所用实验装置的差异又分为常水头试验和变水头试验，如图1-22所示 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素此处为图1-24 渗流系数的确定

16、n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素此处为图1-24 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素许多试验研究结果指出，在由粗颗粒组成的土体中，如果水力坡降进一步增大，水在土中的渗透速度与水力坡降之间不再遵从达西定律。换句话说，粗粒土中渗透速度增大到一定程度时，达西定律就不再适用，如图1-25所示。渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素此处为图1-25 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗

17、流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素影响土渗透性的因素颇多，其中主要有以下几种：1.土粒大小和级配2.土的孔隙比3.土的结构与构造4.土中水的温度5.土中密封气体的含量此外，土中有机质和胶体颗粒的存在都会影响土的渗透系数 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素1.土粒大小和级配土粒大小、形状和颗粒级配会影响土中孔隙的大小及形状，因而影响土的渗透性。土壤愈粗、愈浑圆、愈均匀时，土的渗透性也愈好。渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素2.土的孔隙比土体孔隙比的大小直接决定着土渗透系数的大小。

18、土的密度增大，孔隙比减小时，渗透性也随之减小。渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素3.土的结构与构造单粒结构的土体其渗透系数大于蜂窝结构的土粒，而絮状结构土体的渗透系数一般更小。天然土层通常不是各向同性的，受土的构造影响，其渗透系数也通常不是各向同性的。渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素 渗流系数的确定n一、试验室测定法n二、现场抽水试验n三、影响土渗透性的因素5.土中密封气体的含量土中总是存在封闭气体，土中的封闭气体含量会随着细颗粒含量的增加而增加。土中的封闭气泡会减小渗流水的过水面积，从而阻塞水流。因此，当土中封

19、闭气体的含量增加时，其渗透系数随之减小1.5 土的渗透性 一 渗透模型 二 渗透定律 三 渗透系数的确定 四 渗透力与渗透稳定性分析 渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形1.渗透力的定义水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作用对骨架产生的拖曳力称为渗透力。渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形 渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形当水力梯度超过一定的界限值后，土中的渗流水流会把部分土体或土颗粒冲出、带走，导致局部土体发生位移，位移达到一定程度，土体将发生失稳破坏

20、，这种现象称为渗透变形。渗透变形主要有两种形式，即流土与管涌。渗流水量将整个土体带走的现象称为流土。渗流中土体大颗粒之间的小颗粒被冲出的现象称为管涌。渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形 渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形 渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形2.管涌在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以致流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透流速不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，如图1-26所示，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。渗透力与渗透稳定性分析n一、渗透力n二、渗透变形