《土力學(xué)》教案》PPT課件.ppt

土力學(xué)教案 課 次：第1次 主要內(nèi)容：緒論；地質(zhì)作用；礦物與巖石；第四系沉積物 重點(diǎn)內(nèi)容：土與土力學(xué)的基本概念；外力地質(zhì)作用；第四系沉積物 教學(xué)方法：精講啟發(fā)式, 土木工程網(wǎng),緒 論 一、土力學(xué)的研究對(duì)象 土力學(xué)是一門研究土的學(xué)科，主要解決工程中的土的性質(zhì)、強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題。 在工程建設(shè)中，土往往做為不同對(duì)象來研究。如在土層上修建房屋、橋梁、道路、鐵路時(shí)，土是用來支撐上部建筑傳來的荷載，這時(shí)土被用作地基；路堤、土壩等土工構(gòu)筑物，土又成為建筑材料；地鐵、隧道、涵洞等地下工程，土又是地下結(jié)構(gòu)物周圍的介質(zhì)或環(huán)境。 土分布在地殼的表面，其工程性質(zhì)相差極大。因此，進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，必須結(jié)合土的實(shí)際工程性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。,土力學(xué)研究的對(duì)象是分散土，它與巖石、土壤既有聯(lián)系又有區(qū)別。土的主要特征是分散性、復(fù)雜性和易變性，其性質(zhì)將隨外界環(huán)境（如溫度、濕度）的變化而發(fā)生顯著的變化。 巖石與土是有差別的，巖石中雖然有孔隙和裂隙，但可近似看成是連續(xù)介質(zhì)。巖石主要是巖石力學(xué)（或隧道力學(xué)）的研究對(duì)象。 土壤屬農(nóng)業(yè)學(xué)科，是土壤學(xué)研究的對(duì)象。土壤的主要特征是具有肥力，能夠提供植物生長(zhǎng)過程中所需要的養(yǎng)料。人類對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)和利用比土要豐富的多，土壤學(xué)的發(fā)展也比土力學(xué)要早得多。 但應(yīng)該指出，學(xué)科之間都是相互交叉，相互滲透的，巖石力學(xué)、土壤學(xué)與土力學(xué)是密切聯(lián)系的，土力學(xué)在發(fā)展過程中，也利用了許多巖石力學(xué)和土壤學(xué)的成就。,二、 土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 基本概念 (1)土：是巖石經(jīng)過物理、化學(xué)、生物等風(fēng)化作用的產(chǎn)物，是由礦物顆粒組成的集合體。 (2)土的三相組成：固體顆粒（土粒）水和氣體 (3)土力學(xué)：是研究土的物理力學(xué)性質(zhì)、變形及強(qiáng)度規(guī)律，以及土體穩(wěn)定性的一門科學(xué)。 土力學(xué)是巖土力學(xué)的一個(gè)分支。,2土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 (1)土的物理、力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)； (2)宏觀與微觀結(jié)構(gòu)； (3)土的壓縮性； (4)強(qiáng)度特性； (5)滲透性； (6)動(dòng)力特性等。 為各類土木工程的穩(wěn)定和安全提供科學(xué)的對(duì)策。,三、土力學(xué)發(fā)展概況（自學(xué)） 四、本學(xué)科與土木工程專業(yè)的關(guān)系 在土木工程設(shè)計(jì)與施工中，將會(huì)遇到大量的與土有關(guān)的工程技術(shù)問題。 (1)在鐵路或道路的路基工程中，土是修筑路堤的基本材料，同時(shí)它又是支承路堤的地基。路堤的臨界高度和邊坡的取值都與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及土體的穩(wěn)定性有關(guān)； (2)在路基工程中，土作為建筑材料要求用碾壓法將土壓實(shí)，以保證路堤的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此需要研究土的壓實(shí)性，包括土的壓實(shí)機(jī)理、壓實(shí)方法及壓實(shí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等。,(3)擋土墻設(shè)計(jì)的主要外荷載-土壓力的取用，需借助于土壓力理論計(jì)算。 (4)隨著我國(guó)高速公路、高速鐵路的大量修建，對(duì)路基的沉降計(jì)算與控制提出了更高的要求，而解決沉降問題需要對(duì)土的壓縮特性進(jìn)行深人的研究。 (5)軟土地基的加固技術(shù)，需要對(duì)軟土進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。 (6)在路面工程中，土基的凍脹與翻漿在我國(guó)北方地區(qū)是非常突出的問題，防治凍害的有效措施是以土力學(xué)的原理為基礎(chǔ)的。,(7)穩(wěn)定土是比較經(jīng)濟(jì)的基層材料，他是根據(jù)土的物理化學(xué)性質(zhì)提出的一種土質(zhì)改良措施；道路一般在車輛的重復(fù)荷載作用下工作，因此需要研究土在重復(fù)荷載作用下的變形特性。 (8)在建筑物、橋梁等工程中，地基與基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于地下隱蔽工程，經(jīng)濟(jì)、合理的基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)需要依靠土力學(xué)基本理論的支持。 (9)橋梁、房屋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，需要研究土的動(dòng)力特性。 由此可見，土力學(xué)這門學(xué)科與土木工程專業(yè)課的學(xué)習(xí)和今后的技術(shù)工作有著十分密切的關(guān)系。學(xué)習(xí)這門課程是為了更好地學(xué)好專業(yè)課，也是為了今后更好地解決有關(guān)土的工程技術(shù)問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,第一章 工程地質(zhì) 1.1 概 述 從上面分析可以看出，工程地質(zhì)與道橋工程的關(guān)系極為密切，因?yàn)楦鞣N道路和橋梁都是建在地球表面上的，都要與土打交道。建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件直接影響道橋的設(shè)計(jì)方案、施工與工程投資。因此，首先講一些有關(guān)土質(zhì)學(xué)方面的內(nèi)容。 一、地質(zhì)作用 1內(nèi)力地質(zhì)作用：由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能引起，如巖漿活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)、變質(zhì)作用等。 2外力地質(zhì)作用：由太陽(yáng)輻射能和地球重力位能引起，如風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積作用等。,二、風(fēng)化作用 1物理風(fēng)化：由于地表巖石溫度變化產(chǎn)生溫度應(yīng)力和裂隙水的凍脹以及鹽類結(jié)晶膨脹而使巖石被碎崩解為碎塊或巖屑，其化學(xué)成份尚未發(fā)生變化，這種過程稱為物理風(fēng)化作用。 當(dāng)氣溫升高時(shí)，巖石膨脹產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)氣溫降低時(shí)，巖石收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，二者頻繁交替，使巖石表層產(chǎn)生眾多裂隙最終崩解。另一方面水凍脹時(shí)產(chǎn)生體積膨脹或鹽類結(jié)晶膨脹加速了巖石崩解過程。土中的碎石，礫石、砂等粗顆粒便是巖石物理風(fēng)化的產(chǎn)物。 2化學(xué)風(fēng)化作用：在水、大氣以及有機(jī)體的化學(xué)作用或生物化學(xué)作用下而使巖石的化學(xué)成份發(fā)生水化、氧化、還原、碳酸化溶解等過程，稱為化學(xué)風(fēng)化。,化學(xué)風(fēng)化作用不僅破壞了巖石的結(jié)構(gòu)，而且使化學(xué)成份改變，形成新的礦物。粘土顆粒便是巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后的產(chǎn)物。 3生物風(fēng)化作用：是指生物活動(dòng)過程中對(duì)巖石產(chǎn)生的破壞作用。如樹根生長(zhǎng)時(shí)施加周圍巖石的壓力可超過巖石的強(qiáng)度，使巖石產(chǎn)生裂紋而破壞?；顒?dòng)在地表淺層的動(dòng)物如老鼠、蚯蚓等也可使巖石被碎成土。開山、挖隧道等作用產(chǎn)生的土等。,三、剝蝕 風(fēng)化后的巖石產(chǎn)物在冰川、風(fēng)、水和重力作用下，從母巖分離的現(xiàn)象稱為剝蝕。 四、搬運(yùn) 巖石碎塊或巖屑從母巖分離后到達(dá)新的平衡位置，稱為搬運(yùn)。 1搬運(yùn)方式 （1）風(fēng)； （2）流水； （3）冰川； （4）雪崩； （5）自然起伏地形形成高差，在自重作用下由高處向低處； （6）人工填運(yùn)。,2伴隨現(xiàn)象 （1）磨園； （2）進(jìn)一步的破碎或開裂，這是由于相互碰撞、磨擦或冰凍作用的結(jié)果； （3）分選現(xiàn)象：在搬運(yùn)過程中，存在著分選現(xiàn)象，同一粒組范圍的顆粒集聚在同一地區(qū)，大顆粒的巖石碎塊搬運(yùn)距離一般較近，而細(xì)小的碎?？杀话徇\(yùn)到較遠(yuǎn)的地方沉積下來。 五、沉積 巖石碎塊和巖屑經(jīng)，經(jīng)搬運(yùn)后在某地帶堆積下來，稱為沉積。,1.2 礦物與巖石 一、主要造巖礦物 1礦物：是地殼中具有一定化學(xué)成份和物理性質(zhì)的自然元素或化合物，是組成巖石細(xì)胞。目前已發(fā)現(xiàn)的礦物有三千多種，但常見的造巖礦物僅三十多種。 2. 礦物種類 （1）原生礦物：由巖漿冷凝而成，如石英、長(zhǎng)石、角閃石，輝石、云母等。 （2）次生礦物，由原生礦物風(fēng)化產(chǎn)生，如長(zhǎng)石風(fēng)化產(chǎn)生高嶺石、角閃石風(fēng)化產(chǎn)生綠泥石等。,二、巖石 1、巖石的類型 （1）按成因： 巖槳巖（火成巖）：地殼下面融巖漿侵入地殼或噴出地面冷凝結(jié)晶后而形成的巖石； 沉積巖：巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)至低洼處而沉積，在常溫常壓下，受到壓緊，化學(xué)物的膠結(jié)、再結(jié)晶或硬結(jié)等成巖作用而形成的巖石。沉積巖石分布廣泛，約占地球表面的75。 變質(zhì)巖：在高溫高壓下，或化學(xué)性活潑的物質(zhì)作用下，使原來巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造甚至礦物成份改變而形成的一種新的巖石，稱為變質(zhì)巖。,（2）按堅(jiān)固性： 硬質(zhì)巖石：飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度Sb30MPa 軟質(zhì)巖石：飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度Sb30MPa （3）按風(fēng)化程度： 微風(fēng)化巖石； 中等風(fēng)化巖石； 強(qiáng)風(fēng)化巖石。 2、巖石的性質(zhì) （1）強(qiáng)度大； （2）壓縮性低 （3）透水性差。 是良好的天然地基。,1.3 第四紀(jì)沉積物（層） 第四紀(jì)沉積物（土）：地表巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)，沉積下來的年代不長(zhǎng)，未經(jīng)壓緊，并呈松散狀態(tài)的沉積物。建筑場(chǎng)地一般涉及的都是第四紀(jì)沉積物。 第四紀(jì)沉積物分以下幾種類型： 一、殘積物：巖石風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物仍殘留在原地未被搬運(yùn)，這種沉積物稱為殘積物，如下圖所示。,在殘積物和基巖之間，通常存在一個(gè)風(fēng)化帶。殘積物與強(qiáng)風(fēng)化帶之間并無明顯區(qū)別，二者的界線實(shí)際上很難區(qū)分。殘積物與風(fēng)化層的主要區(qū)別在于：殘積物是經(jīng)風(fēng)化剝蝕和水流將細(xì)小的顆粒帶走后殘留下來的較粗顆粒的堆積物。而風(fēng)化帶雖經(jīng)風(fēng)化，但未經(jīng)剝蝕和搬運(yùn)。 殘積物特征： （1）顆粒不可能磨圓或分選，多為棱角狀粗顆粒土; （2）沒有層里構(gòu)造（因沒有經(jīng)過搬運(yùn)和沉積）； （3）其礦物成份與下臥基巖一致，這是鑒定殘積物的主要依據(jù)。 （4）孔隙度大，均質(zhì)性差，作為建筑物地基易發(fā)生不均勻沉降。,二、坡積物：高處風(fēng)化、剝蝕后的巖石產(chǎn)物，在自重、風(fēng)或流水作用下，順山坡向下移動(dòng)，最后沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。 坡積物特征： （1）一般分布在坡腰或坡角下； （2）有不同程度的磨圓或分選現(xiàn)象； （3）土質(zhì)不均勻，厚度變化大，在斜坡上厚度較薄，而在山坡下部較厚； （4）由于一般堆積在傾斜的山坡上，常易發(fā)生滑動(dòng)；在這類地基上修建建筑物易產(chǎn)生滑坡。,三、洪積物： 由于暴雨或融雪形成的臨時(shí)性洪水，具有極強(qiáng)的搬運(yùn)能力，將攜帶大量泥砂和石塊，最后堆積在山谷的出口或山前平原而形成的沉積物。 洪積物的堆積面積大小不一，從幾平方米到數(shù)十平方公里，在許多大山與平原交界處，各條溝的洪積物不斷發(fā)展，相連成片可形成洪積平原。 洪積物特征： （1）具有磨圓分選現(xiàn)象，離山越遠(yuǎn)，顆粒越細(xì)；,（2）分布范圍多為 扇形； 如右圖所示 （3）由于山洪是周期性發(fā)生的，每次大小不盡相同，堆積下來的物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈不規(guī)則的交替層理構(gòu)造，并且有夾層，尖夾等產(chǎn)狀。 （4）作為建筑物的地基，一般認(rèn)為是較理想的。尤其離山前較近的洪積物，具有較高的強(qiáng)度，是良好的天然地基。離山較遠(yuǎn)的地區(qū)，洪積物顆粒較細(xì)，成分均勻，地下水位較深，也屬于良好的地基。但有時(shí)在上述兩地段的中間地帶，常因地下水溢出地表而形成沼澤地，作為地基時(shí)應(yīng)慎重。,四、沖擊物：是河流流水將兩岸巖石及上部覆蓋物剝蝕后，搬運(yùn)沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。 沖擊物在地表分布很廣，主要類型有： 1、平原河谷沖擊物（見下圖） （1）河床沉積物； （2）河慢灘沉積物； （3）河流階地沉積物； （4）古河道沉積物。,2、山區(qū)河谷沖擊物：山區(qū)河流速度大，多為漂石、卵石與圓礫，厚度一般1015m 3、山前平原沖擊物：山前平原沖擊物具有分帶性，近山一帶為粗粒物質(zhì)組成，向平原低地逐漸變?yōu)樯巴梁驼惩痢?4、三角洲沉積物：在河流入海或入湖口處，所搬運(yùn)的大量細(xì)小顆粒土沉積下來，形成面積寬廣，厚度較大（百米以上）的三角洲沉積物，一般以砂、粉質(zhì)粘土和粉土為主。這些物質(zhì)經(jīng)過河流的長(zhǎng)途搬運(yùn)后，一般具有良好的分選性和顆粒磨圓度，斜層理也較發(fā)育。在三角洲地帶，地下水位很高，水系密布，該區(qū)域內(nèi)沉積物形成飽和砂土及軟粘土，承載能力很低，壓縮性很高，作為建筑物地基應(yīng)特別慎重。,五、海相沉積物 海洋按海水深度不同劃分為四個(gè)區(qū)域，濱海地區(qū)是指漲潮時(shí)淹沒、落潮時(shí)落出的地帶；淺海地區(qū)稱為大陸架，水深0200m，寬度100200km；陸坡地區(qū)水深2001000m，寬度200300km；當(dāng)水深超過1000m時(shí)，為深海地區(qū)。不同地區(qū)的沉積物不同。,（1）濱海沉積物：主要由卵石、圓礫和砂等組成，具有基本水平或緩傾斜的層理構(gòu)造，其強(qiáng)度較高，在砂層中常有波浪作用留下的痕跡。 （2）淺海沉積物：主要由細(xì)顆粒砂土，粘性土和淤泥組成，具有層理構(gòu)造，含水量大，強(qiáng)度低，壓縮性大。 （3）陸坡和深海沉積物：主要是有機(jī)淤泥。 六、湖泊沉積物 1