土力学课件(清华大学)1.ppt

1、 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习要点学习要点第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类Physical Conditions and Engineering Behavior of a Soil MassPhysical Conditions and Engineering Behavior of a Soil Mass 对土的特点进行详细解释对土的特点进行详细解释 对土的组成和和状态进行定量描述对土的组成和和状态进行定量描述 内容琐碎、零散内容琐碎、零散 理清各节间联系理清各节间联系 理清各节内层次理清各节内层次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握渗透特性变形特

2、性强度特性土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的形成过程土的形成过程土的工程分类：土的工程分类：便于研究和应用便于研究和应用土的压实性：土的压实性：如何获得较好的土如何获得较好的土决定决定第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 土土 的的 形形 成成土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成岩作用土的组成、

3、结构土的组成、结构和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件1.11.1土的形成土的形成母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化矿物成分与母岩不同，称矿物成分与母岩不同，称次次生矿物生矿物形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为主要为粘性颗粒粘性颗粒及可溶盐类及可溶盐类包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化构成土中有机质和营养物构成土中有机质和营养物质的生物循环质的生

4、物循环导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构土的形成与风化作用土的形成与风化作用1.11.1土的形成土的形成 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化矿物成分与母岩相同，称矿物成分与母岩相同，称原原生矿物生矿物产生产生无粘性土无粘性土风化所形成的土颗粒，受自然力的风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积作用搬运

5、到远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物 坡积土：坡积土：土粒粗细不同，性质不均土粒粗细不同，性质不均 洪积土：洪积土：有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细 冲积土：冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差 海相沉积物：海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀 风积土：风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运搬运与沉积搬运与沉积母岩表层经风

6、化作用破碎成岩母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物留在原地的堆积物 残积土残积土 强风化强风化 弱风化弱风化 微风化微风化 母岩体母岩体 颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗细不均粗细不均 无明显层理无明显层理1.11.1土的形成土的形成第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 风化作用风化作

7、用 搬运与沉积搬运与沉积土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在固体颗粒固体颗粒 -颗粒大小颗粒大小1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类

8、界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒601.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配F 粒径级配：粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分各粒组的相对含量，用质量百分 数来表示数来表示F 分析方法：分析方

9、法：筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 常采用比重计法常采用比重计法F 表述方法表述方法:粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配孔径孔径105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土土筛余筛余0101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(m

10、m)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010筛筛分分法法1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒固体颗粒固体颗粒 级配曲线级配曲线d60d50d10d30特征粒径特

11、征粒径:斜率斜率:某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡陡-相应粒组含量多相应粒组含量多 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50:平均粒径平均粒径d60:控制粒径控制粒径d10:有效粒径有效粒径d30土的粗细度：用土的粗细度：用d50 表示表示土的不均匀程度：用不均土的不均匀程度：用不均匀系数：匀系数：Cu=d60/d10 表示，表示，Cu 5，称为，称为不均不均匀土匀土，反之称为，反之称为均匀土均匀土连续程度连续程度:用曲率系数用曲率系数 Cc=d302/(d60 d10)度量度量,Cc=13时为时为连续级连续级配配,33或或13 或或 Cc

12、1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度高于温度高于100C时可蒸发时可蒸发-弱结合水：弱结合水：受电场引力作用，为粘滞水膜受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土颗粒颗粒-+引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水

13、弱结合水自由水自由水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水土中水土中水 结合结合水水n结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水-毛细水：由于土体孔隙的毛细作毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用。水承受表面张力和重力的作用。-重力水：自由水面以下的孔隙自重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由水，在重力作用下可在土中自由流动。由流动。1.2 1.2 土的三相组成土的三

14、相组成 土中水土中水土中水土中水 自由自由水水n自由水：不受颗粒电场引自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水生活在水面收缩膜生活在水面收缩膜顶面和地面的昆虫顶面和地面的昆虫水蜘蛛水蜘蛛仰泳的仰泳的水蜘蛛水蜘蛛收缩膜收缩膜内压内压 外压外压液体液体1液体液体2界面张力界面张力 界面张力界面张力1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水毛管中流体的界面效应毛管中流体的界面效应Tdk w空气空气固体固体 =湿润角湿润角水水 lT=界面张力界面张力D Dk k=毛管直径毛管直径ua-uwua-uw=压力差压力差1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成

15、 土中水土中水毛毛细细管管hc土中毛细水上升高度土中毛细水上升高度T2r上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水张力张力TTuc 水水hc2ruc=-hc w水压水压+-TT则毛细压力：则毛细压力：2rTcos+ucr2 =0毛细管中的毛细管中的负静水压力负静水压力1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水毛细水压力毛细水压力土颗粒缝隙处的弯液面土颗粒缝隙处的弯液面r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面F在非饱和土中，孔隙中含在非饱和土中，孔

16、隙中含有水和气，此时水多集中有水和气，此时水多集中于颗粒间的缝隙处，称毛于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。细角边水。F由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。颗粒则受正压力。F这是稍湿的砂土颗粒间存这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中气土中气气相气相 -土中气土中气F自由气体：与大气连通的气体对土的性自由气体：与大气连通的气体对土的性质影响不大质影响不大F封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体土体有三个组成部分：固相、液相和气相土体有三个组成部分：固相、液相和气相 小小 结结F固体颗粒固体颗粒F土中水土中水F土中气体土中气体1.2 1.2 土的