《土力学》教案.doc

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防灾科技学院防灾工程系

《土力学》教案

适用专业：

土木工程、勘察技术与工程

教学年度：

2009－2010学年第一学期

教学班级：

07601~07602

主讲教师：

李巨文、肖专文等

防灾科技学院

防灾工程系

2009年9月

《土力学》教案

授课教师

李巨文等

课程名称

土力学

授课专业班级

勘察技术与工程（07601/07602）

授课时间

第1次

（1）

（章节）题目

绪论

职业素质教育

教学目的

让学生牢固树立专业思想，有良好的职业道德。

建立土力学、地基、基础的基本概念。

了解本课程的特点和在本专业中的地位及重要性。

了解本学科的学习方法及发展概况。

教学重点

绪论重点放在开拓视野、结合事例来介绍本课程的性质、特点，建立土力学、地基、基础的基本概念。

教学难点

本课程的性质、特点，土力学、地基、基础的基本概念。

教学方法

启发式、案例式

教具

多媒体与板书结合

教

学

内

容

一、先提出1～２个与土力学有关的工程问题。

引起学生学习兴趣，再介绍本课程学习目的、要求和内容、参考书。

二、地基及基础的概念

1．土——地球表面的大块岩石经风化、搬运、沉积而形成的松散堆积物。

土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的三相体。

土的特征：

多孔性和散粒性。

2．土力学——利用力学的一般原理和土工测试技术，研究土的物理性质以及在所受外力发生变化时的应力、变形、强度、稳定性和渗透性及其规律的一门科学；它是力学的一个分支，但由于它的复杂性，必须借助工程经验、现场试验、室内试验等多种专门的土工试验技术进行研究，所以它是一门强烈依赖于实践的科学。

3．地基及基础

4．基本条件：

（1）地基强度

（2）地基变形（3）基础强度、刚度、稳定性和耐久性。

5．基础结构形式

6．地基形式

三、本学科发展概况

四、本课程的特点和学习要求

五、教材及参考书

六、专业思想教育、职业道德教育

教

学

过

程

1.采用多媒体教学，结合工程实例介绍土力学发展该概况、对土力学做出贡献的著名学者和著作，提高学生学习兴趣。

2.强调土力学学习过程中对基本概念掌握的重要性。

3.强调土力学课程研究的两大重要问题：

强度、变形。

4.强调本课程研究的对象——土体。

后

记

课后五分钟学生提出问题，老师解答。

《土力学》教案

授课教师

李巨文等

课程名称

土力学

授课专业班级

勘察技术与工程（07601/07602）

授课时间

第1次课

（2）

第2次课（3）

（章节）题目

第1章土的组成

1.1概述

1.2土的固体颗粒

1.3土中水和土中气

1.4粘土颗粒与水的相互作用

1.5土的结构构造

教学目的

掌握土的形成过程；掌握土粒粒组的划分、粒度成分分析、三种粘土矿物、土中水的类型；熟悉矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水相互作用。

了解土的结构构造。

教学重点

土粒粒组的划分、粒度成分分析、三种粘土矿物、土中水的类型

教学难点

土粒粒组的划分、粒度成分分析、三种粘土矿物、土中水的类型

教学方法

讨论式、启发式

教具

多媒体及板书

教

学

内

容

1.1土的概念与基本特征

1．2土的生成：

岩石的风化产物

1．3土的组成

土＝土粒（固相）＋水（液相）＋空气（气相）

一、土的固体颗粒

1.土的粒径和粒组概念

2.土的颗粒级配

（1）确定各粒组相对含量的方法

——颗粒分析试验

试验成果——颗粒级配曲线

【课堂讨论】为什么土的级配曲线用半对数坐标？

（2）级配曲线的特点：

半对数坐标

（3）判别土体级配好坏的指标

当同时满足Cu≥5,Cc=1~3时，土的级配良好，否则，级配不良。

3.土粒的矿物成分

二、中的水和气

（1）土中水

（2）土中气体

三、土的结构和构造

1.土的结构

2.土的构造

教

学

过

程

1.重点介绍土形成的两种过程：

物理风化作用和化学风化作用，及两种作用形成

的土的物理性质和力学性质的差异。

2.土的颗粒级配的含义及颗粒级配累积曲线的绘制、用途。

不均匀系数和曲率系数的物理意义，正确理解土级配“良好”和“不良”的概念。

3.区分三大类矿物成分（高岭石、伊利石、蒙脱石）的不同性质，及对土的物理和力学性质的影响。

4.土中水和气的存在形式、差异及特点，以及对土的物理和力学性质的影响。

5.了解双电层理论，深入理解结合水的性质。

6.举例引入土的触变概念，增强对土的构造和结构的认识。

理解灵敏度的含义。

思考：

颗粒级配曲线反映的是什么？

后

记

【本次课总结】

1．土是由固体（土粒）、液体（水）和气体（空气）三相所组成；

2．粒径级配曲线的特点及用途；

3．常见土的结构及构造形式。

【复习思考】

1．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？

2．为什么土的级配曲线用半对数坐标？

3.颗粒级配曲线反映的是什么？

级配良好有什么意义？

如何判别级配是否良好？

【课后作业】

习题1-10

《土力学》教案

授课教师

李巨文等

课程名称

土力学

授课专业班级

勘察技术与工程（07601/07602）

授课时间

第2次课（4）

第3次课（5）

（章节）题目

第2章土的物理性质及分类

2.1概述

2.2土的三项比例指标

2.3粘性土的物理特征

教学目的

掌握三相比例基本指标定义及其换算关系，粘性土的物理特征。

教学重点

1．土的三相比例指标及其定义换算

2．粘性土的界限含水量及其测定

教学难点

三相比例指标定义

教学方法

提问式、启发式

教具

多媒体及板书

教

学

内

容

第2章土的物理性质及分类

2.1概述:

反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。

表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三相比例指标。

水

气

土

粒

2.2土的三项比例指标

1.土的三相图

【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的

三相分开，并不表示实际土体三相所占的比例。

2.基本指标：

由试验直接测定的指标（土粒相对密度、天然密度、含水量）

①土的密度或土的天然重度：

，（kg/m3），（kN/m3）。

试验测定方法：

环刀法

②土粒相对密度（土粒比重）Gs：

土粒相对密度定义为土粒的质量与同体积4oC纯水的质量之比。

，无量纲。

试验测定方法：

比重瓶法

【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别

注意：

从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比重不变；

③土的含水量w——土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示：

试验测定方法：

烘干法

【讨论】含水量能否超过100％？

——从公式可以看出，含水量可以超出100％。

3．间接指标（导出指标）

测出上述三个基本试验指标后，就可根据图1-9所示的三相图，计算出三相组成各自的体积上和质量上的含量，并由此确定其它的物理性质指标，即导出指标。

①孔隙比——孔隙比为土中孔隙何种与土粒体积之比，用小数表示：

孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标。

②孔隙率——土中孔隙体积与土的总体积之比：

100％

孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度。

③饱和度——土中所含水分的体积与孔隙体积之比,饱和度可描述土体中孔隙被水充满的程度：

显然,干土的饱和度Sr=0,当土被完全饱和状态时Sr=100%。

砂土根据饱和度可划分为下列三种湿润状态：

Sr≤50%稍湿，50%＜Sr≤80%很湿，Sr＞80%饱和。

【讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1或100％？

④饱和密度和饱和重度

饱和密度为土体中隙完全被水充满时的土的密度：

，（kg/m3）。

饱和重度：

sat=g，（kN/m3）。

⑤干密度和干重度

干密度——单位体积中土粒的质量：

，（kg/m3）。

干重度——单位体积中土粒的重量：

=rdg，（kN/m3）。

⑥有效重度（浮重度），（kN/m3）。

同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系：

＞＞＞

4．指标间的相互换算

已知：

r（g），Gs，w——→e，n，Sr，rsat（gsat），rd（gd），等的表达式。

推导间接指标的关键在于：

熟悉各个指标的定义及其表达式，能熟练利用土的三相简图。

推导公式主要步骤：

①利用VS作为未知数，将土的三相图中的各相物质的质量用r（g），Gs，w和VS表示出来，填在图中；

②先将孔隙比e的表达式求出来，然后将其它指标用r（g），Gs，w和e来表达。

依上图，将m＝（1＋w）GsVsrw和V＝（1＋e）Vs代入中可得：

注意：

此时e已是“已知”的指标。

根据各间接指标的定义，利用三相简图可求得：

①或

②，

③

④或

⑤

【课堂思考】可否用其它简洁方法上述推导公式？

如令Vs＝1。

【课堂先自习例题后讲解】

【例1】某土样经试验测得何种为100㎝3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。

若土粒的相对密度Gs为2.66，试求该土样的含水量g、密度r、重度g、干重度gd、孔隙比ｅ、饱和重度gsat和有效重度g＇。

解题思路：

利用定义先求w，r，g，后根据公式求相关指标。

【例2】某完全饱和粘性土的含水量为w=40%，土粒相对密度Gs=2.7，试按定义求土的孔隙比ｅ和填密度。

解题思路：

①本题给出的条件是饱和土——→Sr＝100％

②利用三相图求出各相的质量和体积

③用定义求出e和rd。

2.3粘性土的物理特征

（1）性土的稠度状态

稠度——指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力。

稠度界限——粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量。

塑限——土从塑性状态转变为半固体状态时的分界含水量。

液限——土从液性状态转变为塑性状态时的分界含水量。

注意：

塑限、液限是一个含水量

塑限、液限的测定方法——液塑限联合测定法。

（2）粘性土的塑性指数和液性指数

①塑性指数：

Ip=wL－wP注意：

计算时含水量要去百分号

结论：

塑性指数表示土处在可塑状态的含水量变化范围,其值的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,亦即与土中粘粒含量有关。

粘粒含量越多,土的比表面积越大,塑性指数就越高。

应用：

根据其值大小对粘性土进行分类。

②液性指数：

用途：

根据其值大小判定土的软硬状态。

【讨论】液性指数是否会出现IL>1.0和IL<0的情况？

教

学

过

程

1.强调土的三相比例指标定义的重要性。

2.三相比例指标的相互换算，强调公式之间的换算。

3.引入无粘性土和粘性土概念，从土的组成、土的矿物成分差异的对比，

加深对两类土的认识。

4.引入界限含水量概念，并进一步给出粘性土物理状态的划分标准。

后

记

【本次课小结】

1．三相比例指标定义；

2．对同一种土其塑限和液限是不变的。

【课后作业】

习题2-1、2-2、2-3、2-4、2-5

《土力学》教案

授课教师

李巨文等

课程名称

土力学

授课专业班级

勘察技术与工程（07601/07602）

授课时间

第3次课（6）

第4次（7）

（章节）题目

第2章土的物理性质及分类

2.4无粘性