土力学复习完美笔记-珍藏打印版.doc

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第一章:

土的物理性质及工程分类

土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。

固相：

是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。

2.土粒颗粒级配（粒度）

2.土粒大小及其粒组划分

b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。

粒径大于等于0.075mm的颗粒可采用筛分法来区分。

粒径小于等于0.075mm的颗粒需采用水分法来区分。

颗粒级配曲线

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。

特征粒径:

d50:

平均粒径；d60:

控制粒径；d10:

有效粒径；d30

粗细程度：

用d50表示。

曲线的陡、缓或不均匀程度：

不均匀系数Cu=d60/d10，Cu≤5,级配均匀，不好Cu≥10,，级配良好，

连续程度:

曲率系数Cc=d302/（d60×d10）。

较大颗粒缺少，Cc减小；较小颗粒缺少，Cc增大。

Cc=1~3,级配连续性好。

粒径级配累积曲线及指标的用途：

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：

Cc=1~3，级配连续土；Cc>3或Cc<1,级配不连续土。

4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土。

土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。

原生矿物：

岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状）

次生矿物：

原生矿物经化学风化后发生变化而形成。

（针状、片状、扁平状）

粗粒土：

原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。

粘性土（细粒土）是由次生矿物组成，主要是粘土矿物。

（粘土颗粒本身带负电）

<二>、土中水

土中水存在于土体的孔隙中或土粒表面，分为自由水和结合水。

自由水就是我们通常所说的地下水，结合水是指受到电分子引力作用而吸附在土粒表面的水。

结晶水——矿物内部的水

结合水——吸附在土颗粒表面的水（强结合水和弱结合水）

自由水——电场引力作用范围之外的水（重力水和毛细水）重力水：

在重力作用下可在土中自由流动。

毛细水：

存在于固气之间，在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动

<三>.土中气体

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，可能会形成“橡皮土”。

土的三相比例指标——反映三相组成间数量关系的指标称为三相比例指标。

它是评价土体工程性质的基本参数。

m——水、土总质重，kg；ms——土颗粒质量，kg；mw——土中水质量，kg。

且m=ms+mw。

V---土体总体积，m3；Vs---土粒体积，m3；Vw---土中水体积，m3；Va---土中气体体积，m3；VV---土中孔隙体积，m3。

且V=Vs+VV；VV=Va+Vw。

土的三项基本物理指标

密度ρ：

单位体积土的质量常见值：

重力密度γ：

单位体积土的重量常见值：

土粒密度ρs：

土中固体颗粒单位体积的质量

即：

土粒相对密度ds：

土颗粒重量与同体积4°C时纯水的重量比。

常见值：

砂土——26.5～26.9粉土——27.0～27.1粘性土——27.2～27.4

土的含水量ω：

土中水的质量与固体颗粒质量的比值

常见值：

砂土——（0～4）％；粘性土——（20～60）％

土的六个导出指标

1、孔隙比e：

土中孔隙体积与土颗粒体积之比

常见值：

砂土——0.5～1.0，e<0.6时呈密实状态，为良好地基；粘性土——0.5～1.2，e>1.0时，为软弱地基

2、孔隙率n：

土中孔隙体积与土总体积之比

常见值：

n=（30~50）%

第三章饱和度sr：

水在空隙中充满的程度常见值：

0～1

第四章干密度：

土的固体颗粒质量与总体积之比

5、饱和密度：

土中孔隙完全被水充满时，单位体积质量

饱和容重：

6、有效密度：

地下水位以下，土体受浮力作用时，单位体积的质量

有效重度（浮容重）：

指标间的换算——导出指标与基本指标的关系

粘性土的物理特性指标

粘性土的界限含水量及其测定——粘性土所处的物理状态（软硬状态）与土的含水量密切相关。

当含水量很小时，感觉较硬，外力作用下，将其压碎成粉沫状；我们称其处于固体状态，少加一点水，充分湿润加压后，感觉稍软，加力压碎后成边缘破裂的饼状，称其为半固态；再加水充分湿润，它就具有一定的可塑性；水加的过多，就成了流塑状态的泥浆状。

粘性土从一种状态转变到另一种状态，含水量应有一个分界值，我们称其为界限含水量，分别称为液限、塑限和缩限。

1.液限WL——粘性土从可塑状态转变到流塑状态时含水量的分界值，称为粘性土的液限，记为WL。

2.塑限Wp——粘性土从可塑状态转变到半固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的塑限，记为Wp

3.缩限Ws——从半固体状态转变到固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的缩限，记为Ws。

塑性指数Ip：

粘性土液、塑限差值（去掉百分号）称为粘性土的塑性指数，记为Ip。

Ip=WL-Wp塑性指数反映的是粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围；而粘性土与水作用能力的大小与粒径密切相关，这段范围越大，说明土体中细粒土含量越多；土体中蒙脱土矿物含量越多；说明土体中弱结合水含量就越多，土粒表面吸附的阳离子层厚度就越厚，由此推断：

土中低价离子含量就越多，土的渗透性就越差、阻水性就越好。

因此，塑性指数Ip是粘性土各种影响因子作用后的一个综合反映，从一定程度上，反映了粘性土的工程性质。

它是粘性土命名的依据。

工程上，用塑性指数Ip对粘性土进行工程分类。

Ip17粘土10Ip<17粉质粘土

液性指数IL——粘性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，记为IL。

稠度指标，反映粘性土的软、硬程度即当天然含水量ω小于等于塑限Wp时，土体处于固态或者是半固态，此时IL小于或等于零；当天然含水量ω大于等于液限WL时，土体处于流塑状态，此时IL大于或等于1.0；当天然含水量在液限WL和塑限Wp之间变化时，IL值处于0～1.0之间，此时粘性土处于可塑状态。

各类规范根据IL值的大小，将粘性土的软硬状态分为土坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑等几种状态。

坚硬

0.25

硬塑

0.75

可塑

1.0

软塑

流塑

液、塑限的测定

1.液限测定：

国家标准：

锥式液限仪。

凭经验调好土样（调成土湖状），分层放入盛土碗内，用刀抹平盛土碗表面将锥顶角30°、重76g的圆锥体锥尖对准土样表面，松手后让其在自重作用下下沉，5s沉入土中深度恰好为10mm时，土样含水量即为液限WL。

2.塑限Wp：

搓条法。

手工搓泥条，直径3mm，恰好在土条表面开始产生均匀裂纹时的含水量即为塑限。

灵敏度——粘性土原状土强度与结构完全破坏的重塑土的相应强度的比值。

灵敏度反映粘性土结构性的强弱。

St—粘性土的灵敏度。

qu—原状土（粘性土）无侧限抗压强度。

qu'—重塑土（粘性土）无侧限抗压强度；

砂土的密实度——粘土颗粒间有粘聚力，呈团聚状态；砂土则不然，颗粒间基本上无联结，其颗粒排列的紧密程度直接决定了它的承载能力；砂土的密实程度决定了砂土的承载能力。

孔隙比是反映土体密实程度的一个指标，但土体孔隙比的值与土的粒径组成有关。

在某一固定粒度条件下，以最疏松状态制样可以达到其最大孔隙比emax，当振动、加压、捣实后可以获得最小孔隙比emin。

砂土的相对密度Dr——天然状态下，其孔隙比设为e，则该砂土在天然状态下的密实程度可以用天然孔隙比在最大emax、最小孔隙比emin之间的相对位置来表示，即相对密度Dr：

当e=emax，Dr=0时；表示土体处于最疏松状态；当e=emin，Dr=1.0；表示土样处于最紧密状态。

一般情况下，可以用相对密度Dr的值对砂土的密实程度进行划分：

第二章：

土的渗透特性

土中水运动规律——土的渗透性。

渗透：

水透过土体孔隙的现象。

渗透性：

土允许水透过的性质称为土的渗透性。

土石坝坝基坝身渗流、板桩围护下的基坑渗流、水井渗流、渠道渗流。

达西定律——水在土中的渗透速度与土的水力梯度成正比v=k·i（水力梯度i，即沿渗流方向单位距离的水头损失）

密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系。

达西定律适用于层流，不适用于紊流。

1.常水头试验——整个试验过程中水头保持不变。

适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。

2.变水头试验——整个试验过程水头随时间变化。

适用于透水性差，渗透系数小的粘性土。

任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流经试样的水量dQ=－a·dh在时段dt内流经试样的水量dQ=k.I.A.dt=k.A.h/L.dt管内减少水量＝流经试样水量－a.dh=k.A.h/L.dt分离变量，积分

3.现场抽水试验——单一土层可以取样在室内测定，实际上土体都是成层的，有时室内测定结果很难代表现场实际，这时亦可采用现场测试方法确定k值。

根据井底土层的情况此井可分为完整井（井底位于不透水层）和非完整井（井底位于透水土层）两种类型；假设抽水孔钻至不透水层层面，属于完整井。

钻孔——1个抽水孔，1～2个观测孔，开始抽水！

在△t时间内，抽水量为Q，并在土中形成一个降落漏斗，假定在任一半径处，水头梯度为常数，即i=dh/dr，任一点的过水断面为2.π.r.h。

Q=k.i.A.△t=k.（dh/dr）.A.△t=k.（dh/dr）.（2.π.r.h）.△t

4.水平渗流层状地基的等效渗透系数

条件：

等效渗透系数：

，即得：

截面面积a

常水头变水头

Δh

q1x

q3x

q2x

不透水层

观测孔

现场抽水水平渗流

Δh

承压水

竖直渗流成层土渗透系数

四、竖直渗流层状地基的等效渗透系数

条件：

等效渗透系数kz：

vj=kj（Δhj/Hj）因为，推出

6.成层土的渗透系数——实际工程中均是成层土，其渗透分为竖向渗透和水平向渗透两种。

a.水平向渗流的平均渗透系数kx

设各层土的渗透系数分别为k1、k2、k3，层厚分别为H1、H2、H3，面积分别为F1、F2、F3，流量为Q1、Q2、Q3，总流量为Q，则Q1=k1.i1.F1.t，Q2=k2.i2.F2.t，Q3=k3.i3.F3.t水平向流动，各层土的水头梯度均相同，即i

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