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岩土漫话李广信人民交通出版社岩土工程勘察与设计岩土工程疑难问题答疑笔记整理之二高大钊人民交通出版社推荐学习网站：

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/,参考资料,1、土的颗粒级配2、土力学中的一些基本概念3、黏性土的一些性质4、砂土的一些性质5、渗透力与流网6、土的变形7、土的抗剪强度8、有效应力原理9、土压力10、地基承载力11、基坑与基础,主要内容,1、土的颗粒级配,d60,d50,d10,d30,不均匀程度：

Cu=d60/d10,连续程度:

Cc=d302/（d60d10）曲率系数,不均匀系数,Cu5，级配均匀；

Cu5，Cc=1-3级配良好,各粒组的相对含量，用质量百分数来表示;

土的粒径级配累积曲线：

小于某粒径的土粒占颗粒总质量的百分比。

特征粒径,有效粒径,平均粒径,限制粒径（限定粒径）,中值粒径,生活中级配良好与级配均匀哪一种好？

在军队中，要求战士们年龄接近，亦即级配均匀，步调一致，战斗力强；

不同级别军官年龄则应级配良好，可发挥不同年龄段人的经验，阅历和威望；

在花样游泳队中，各个队员身形相似，动作统一，级配均匀，才能做出令人赏心悦目的动作；

在海贼王中，草帽海贼团上有路飞（船长）、索隆（剑士）、山治（厨师）、娜美（航海士）、罗宾（情报）、乌索普（狙击手）、乔巴（医生）、弗兰基（船工）和布鲁克（音乐家），各司其职，级配良好。

级配良好与级配均匀的土哪一种土好？

在土工设计中，作一般压实填料希望级配良好；

而用于反滤料，则希望每层砂石料级配均匀。

1、不均匀系数（coefficientofuniformity）Cu=d60/d102、浮密度和浮重度土的密度定义为“单位体积上土的质量”；

重度定义为“单位体积土的重量”。

质量是“物质的量”；

“重力的大小叫重量”。

质量是物质的固有属性，不能创造也不能消灭；

因而它是用天平（不是用秤）来度量的；

不管在地球、月球还是在太空，物质的质量是不变的，亦即“物质守恒”。

在地球的同一海拔处，物质的重力也不会变化。

在土力学中有“浮密度（submergedorbuoyantunitweight）”和“浮重度（buoyantdensity）“这一物理量，难道物质（土）在水下其质量和重量会减少吗，部分物质会消亡吗？

2、土力学中的一些基本概念,这些术语确实不够科学和严密。

目前在土力学教材中，“浮密度”的提法少了，但“浮重度（浮容重）”的提法十分普遍，大家约定俗成。

这一术语为土力学学科所特有，在其他的力学和学科中尚未发现。

也未见其他学科定义混凝土、钢材和木材的浮容重，木材如果也有浮重度，它就成为“负重度”了。

浮重度为单位体积的土骨架重量减去水对它的浮力w（1-n）；

或者单位体积饱和土的重量减去水对它的浮力w。

这一物理量在计算水下土层的有效自重应力时很方便：

ihi。

土力学与其他经典力学相比，在概念和方法方面，有不少姑妄用之的情况。

所以说土力学是一门很“土”的力学。

3、塑性指数与液性指数,Ip:

是由土性决定的，常用于土的分类；

（可塑状态的上下限，土的性质决定了范围的大小，比如蒙脱石含量越高，Ip就越大。

）IL:

由土当前的含水量w决定的，表明黏性土软硬的一种状态.,塑性指数如同你的DNA，你的DNA决定了你是谁，“姓什么”，来自于什么血统和家族，这些都不会变了。

液性指数如同你的年龄和身体状况，现在你是多大了，你是健康的还是感冒了，是“状态”的表述。

4、达西定律与欧姆定律,达西定律：

土中渗流速度等于渗透系数乘以水力梯度。

欧姆定律：

在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比。

二者的物理机理是一致的：

“流”正比于“势”，反比于“阻”；

3、黏性土的一些性质,同学们在学过土力学之后，其实可以发现，我们整个课程研究的重点难点都是黏性土：

诸如土粒的粒径极小（小于5m），颗粒表面带负电荷，吸附水的能力很强，触变性等。

那它特殊在哪里呢？

黏土颗粒,引力,d,水分子,阳离子,强结合水,弱结合水,自由水,膨润土分散在水中，其片状颗粒表面带负电荷，端头带正电荷。

这种水溶液静止时呈固态，如果外界扰动，则变为液态，停止扰动水溶液又变作固体状态。

该特性称作触变性，这种水溶液称为触变泥浆。

作用除了具有泥浆的润滑、降温、护壁、携渣的外，还能加快桩体的下沉。

1、什么是触变泥浆？

触变性：

扰动一个蜂群，蜂群四处乱窜，人走开后，它们又恢复原来的秩序；

战争中的国家支离破碎，战后又恢复繁荣。

2、为何百姓不让碰稻田？

在南方石油管道埋设中，管道经常要穿越稻田，虽然老百姓得到了一定的经济赔偿，但是他们仍然非常不乐意，说管道的埋设不单影响了当年，而且会影响以后多年的收成，这是为什么呢？

触变性需要较长的时间（往往以年论），管道的施工破坏了稻田黏土的结构，特别是在一些稻田下面有毛石基础的稻田，渗水现象更明显，因此破坏了稻田的储水，而影响产量。

砂土的黏聚力c为零，在河边的砂滩上，全干和水下的部分，确实无法竖直挖洞；

可是在潮湿部分，我们可以垂直挖一个小竖井而不垮，这是为什么呢？

将湿手向干砂中一插下，结果手上黏了许多砂粒。

干的砂土与饱和砂土是没有黏聚力的。

而潮湿的砂土中砂粒间有水，水气表面的毛细力将砂粒“黏接”在一起。

也称为“基质吸力”。

由于毛细压力为负孔压，则砂粒间有效应力为正，会产生抗剪强度，称为假黏聚力。

所以非饱和土常可以开挖成陡坡，可一旦降雨，这种假黏聚力消失，陡坡就会坍塌，许多基坑的事故就是这个道理。

沙滩上的观察,4、砂土的一些性质,渗透力：

渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力（压力差与拖曳力），方向与渗流方向一致。

你在人流中站着不动，会体会到这两种力。

J,T,水流方向,土颗粒,5、渗透力与流网,1、什么是渗透力？

流网中，由于各个方格水头差相等，流网密集区域水力坡降i大；

渗透力j=wi，流网密集区域土骨架受到的渗透力大；

正如在人流中，我们站在人流狭窄地方（楼梯），会受到很大的压力与拖曳力也是踩踏事故的原因。

2、渗透力与流网,延伸：

怪坡现象-水往上流？

从前有两头驴，甲驴驮的盐，乙驴驮的棉花。

甲边走边埋怨驮的太重，羡慕和嫉妒乙的轻载。

前面遇一条河，趟水过河时，甲驴越走越轻，乙驴简直浮了起来。

过河以后，身体露出水面时，由于盐大部分已溶于水，甲驴负荷大减，高兴得唱起了歌；

而乙驴出水后艰难地站起后，已爬不上河岸。

除了背负水和棉花，在饱和棉花中孔隙水向下渗流，还产生向下渗透力，而这些作用对乙驴蹄来说都是有效应力。

（参见课本65页表3.14）,3、驴子过河,H1,H2,H3,H,h,k1,k2,k3,x,z,q1x,q3x,q2x,L,层状地基的等效渗透系数,1,1,2,2,不透水层,水平渗流,条件:

等效渗透系数:

qx=vxH=kxiH总算,qix=kxiH=kiiiHi分算,4、水平等效渗透系数kh与垂直等效渗透系数kv,H1,H2,H3,H,h,k1,k2,k3,x,z,竖直渗流:

v,承压水,条件:

等效渗透系数kz:

vi=ki（hi/Hi）,分算,总算,水平渗流情形,垂直渗流情形,条件,已知,等效,推定,算例说明,当各层土的渗透系数相差很大时：

kh如同一个班的平均成绩，大家都起到了作用，关键成绩好的作用比较大；

kv则如同联合国常任理事国开会，实行一票否决制。

思考：

深海里蛟龙号下潜7000多米里，因无法再承受压力继续下潜，而有些鱼类却能自由自在的游弋呢？

深海鱼类为适应环境，它的身体的生理机能已经发生了很大变化。

这些变化反映在深海鱼的肌肉和骨骼上。

由于深海环境的巨大水压作用，鱼的骨骼变得非常薄；

而且容易弯曲；

肌肉组织变得特别柔韧，纤维组织变得出奇的细密。

更有趣的是，鱼皮组织变得仅仅是一层非常薄的层膜，它能使鱼体内的生理组织充满水分，保持体内外压力的平衡。

这就是深海鱼类为什么在如此巨大的压力条件下，也不会被压扁的原因。

6、土的变形,土骨架的压缩性和土粒的压缩性：

土的压缩性实际上是土骨架的压缩性，即孔隙的减少，而不是土颗粒本身的压缩性，所以土的压缩性很大。

土的矿物颗粒在土力学所考虑的压力范围内，可以认是不可压缩的。

因此土变形的实质就是空隙中水和气的排出。

在世界上最深的太平洋海沟，水深为11000多米，相当于1100个大气压，海底的土粒体积压缩也极小。

将一定体积的土体放到这样海底时其总体积也基本是不变的；

那么将土体用橡皮膜包上呢？

7、土的剪切强度,1、刀盘的磨损,为何有时遇到土质地层比岩质地层磨损还要厉害？

刀盘的价格是比较昂贵的，可达几十万至百万的价格，一旦磨损则需要修复（更换）。

其破坏主要有切入式磨损（硬度）和冲击性磨损（韧性）等。

那为什么有的土质地层比岩质地层磨损还要厉害呢？

岩石的力学强度是岩石力学属性的表征值，主要与岩石本身性质有着密切的关系，即岩石结构构造、矿物组成成分、矿物的软硬度、颗粒之间的连结力、岩石节理裂隙发育程度、风化程度及岩石本身所处的应力环境。

这样某些土，虽在取样时或扰动后让人感觉力学性质很差，但有可能这些土中含有较多硬度高的矿物（如石英、长石、角闪石等），加之所处的状态为密实状态，而一些岩石含有的矿物硬度较低（如云母、方解石、绿泥岩等），而且岩体节理发育、风化强烈。

这样有时遇到土质地层比岩质地层磨损还要厉害的情况是完全有可能。

根据有效应力原理，土的抗剪强度是由有效应力决定的，孔隙水压力不会产生抗剪强度。

但有时又无法将有效应力和孔隙水压力分开，只好用总应力与抗剪强度的关系表述，也就是用总应力指标（c、）。

这正如工厂的计件生产率与全员生产率一样，100个工人共生产了1000个产品，则有效生产率为10个/人，而工厂共有人员200人（包括行政管理、党、团、青、工会、计划生育）总生产率为5个/人。

也就是所谓的“大锅饭”。

2、有效应力指标和总应力强度指标,三轴固结不排水（CU）试验中，试样土体有体缩趋势产生正的孔隙水压力；

有剪胀趋势时，产生负的孔隙水压力；

试着将口中水喷出时，与用吸管吸水时，口内是缩还是胀？

固结排水试验,固结不排水试验,3、土的剪胀剪缩与正负孔压,4.1思考：

飞起的鸽子和液化的砂土,一个密闭的车厢中，有1000支装鸽子的鸟笼。

如果鸽子同时飞起，那么车厢的总重量是否减少了1000支鸽子的自重？

如果一个1m高的铁桶中装满饱和松砂，在砂土液化时，桶底上的压力是否只是静水压力1w？

桶底上的压力还应当是1sat（砂的饱和重度），否则就无法平衡了。

那么鸽子呢？

以此推理，鸽子起飞后，车厢的总重量应当是不变的。

4、砂土液化问题,装满液化砂土的桶壁土压力是多少？

液化砂土的内摩擦角为0，无论是主动、被动，还是静止土压力系数都是1.0，所以桶壁各点的土压力为p=satz。

但是液化时既然砂土土粒处于悬浮状态，竖向有效应力为0，那么砂粒与桶壁也是不接触的，怎么有土压力呢？

将此理解为水压力更准确一些，应当是其水压力为pw=satz