第二章土物理性質(zhì)

1、第二章第二章 土的工程地質(zhì)性質(zhì)土的工程地質(zhì)性質(zhì)1 1 土的組成土的組成巖石巖石 風(fēng)化 剝蝕 碎塊碎塊 搬運(yùn)（重力，風(fēng)，水，冰川）松散沉積層（土）松散沉積層（土）土的三相組成：土的三相組成：土顆粒土顆粒( (固相），孔隙（充填水，氣）固相），孔隙（充填水，氣）土的特點(diǎn)：土的特點(diǎn)：強(qiáng)度低，變形大，可透水，對(duì)工程影響極大強(qiáng)度低，變形大，可透水，對(duì)工程影響極大一一. .土的固體顆粒土的固體顆粒 土的固體顆粒土的固體顆粒( (土粒土粒) )構(gòu)成了土的骨架構(gòu)成了土的骨架. .它是由大小不等、形狀不同、成分不一的它是由大小不等、形狀不同、成分不一的礦物顆粒組成的礦物顆粒組成的( (一一) )土的礦物成分土的

2、礦物成分礦物：構(gòu)成地層物質(zhì)的化合物或單一元素礦物：構(gòu)成地層物質(zhì)的化合物或單一元素1.1.原生礦物原生礦物: :由巖石經(jīng)物理風(fēng)化而成由巖石經(jīng)物理風(fēng)化而成, ,其成分與母巖相同其成分與母巖相同. .如石英如石英, , 長(zhǎng)石長(zhǎng)石, ,角閃石等。原生礦物一般顆粒較粗角閃石等。原生礦物一般顆粒較粗, ,性質(zhì)穩(wěn)定性質(zhì)穩(wěn)定2.2.次生礦物次生礦物: :由巖石經(jīng)化學(xué)、生物風(fēng)化而成由巖石經(jīng)化學(xué)、生物風(fēng)化而成, ,其成分與母巖不同其成分與母巖不同. .如如 AlAl2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3, ,腐殖質(zhì)腐殖質(zhì), ,粘土礦物等。次生礦物一般顆粒細(xì)粘土礦物等。次生礦物一般顆粒細(xì) 小小, ,性質(zhì)不

3、穩(wěn)定性質(zhì)不穩(wěn)定粘土礦物的特性粘土礦物的特性: : 顆粒很細(xì)顆粒很細(xì), ,粒徑小于粒徑小于0.005mm,0.005mm,顆粒的比表面積很大顆粒的比表面積很大, ,由于其特有由于其特有的晶胞結(jié)構(gòu)的晶胞結(jié)構(gòu), ,使其顆粒表面帶有負(fù)電荷使其顆粒表面帶有負(fù)電荷, ,故具有很強(qiáng)的與水作用能力故具有很強(qiáng)的與水作用能力粘土礦物的類型粘土礦物的類型: :蒙脫石蒙脫石: :是堿性條件下形成的粘土礦物是堿性條件下形成的粘土礦物, ,具有三層晶胞結(jié)構(gòu)具有三層晶胞結(jié)構(gòu), ,親水性親水性 大大, ,遇水膨脹遇水膨脹, ,失水收縮失水收縮伊利石伊利石: :具有三層晶胞結(jié)構(gòu)具有三層晶胞結(jié)構(gòu), ,但晶胞間由于離子置換而出現(xiàn)但

4、晶胞間由于離子置換而出現(xiàn)K K+ +, K, K+ +在在 晶胞間起連接作用晶胞間起連接作用, ,減小了其親水性減小了其親水性高嶺石高嶺石: :是酸性條件下形成的粘土礦物是酸性條件下形成的粘土礦物, ,具有不活動(dòng)的雙層晶胞結(jié)構(gòu)具有不活動(dòng)的雙層晶胞結(jié)構(gòu), , 親水性較弱親水性較弱, ,遇水膨脹量不大遇水膨脹量不大土的礦物成分決定了土的性質(zhì)土的礦物成分決定了土的性質(zhì)( (二二) )土的粒度成分土的粒度成分粒徑粒徑: :以其直徑來表示土顆粒的大小以其直徑來表示土顆粒的大小. .單位單位mmmm1.1.土的粒組劃分土的粒組劃分 隨著顆粒粒徑的變化隨著顆粒粒徑的變化, ,土的礦物成分和性質(zhì)也逐漸發(fā)生變化

5、土的礦物成分和性質(zhì)也逐漸發(fā)生變化, ,但但是是, ,當(dāng)土粒的粒徑在某一大小范圍內(nèi)變化時(shí)當(dāng)土粒的粒徑在某一大小范圍內(nèi)變化時(shí), ,土的成分和性質(zhì)變化土的成分和性質(zhì)變化不大不大, ,可以認(rèn)為具有大致相同的成分和性質(zhì)可以認(rèn)為具有大致相同的成分和性質(zhì). .為了便于研究為了便于研究, ,工程上工程上常把大小相近的土粒合并為一組常把大小相近的土粒合并為一組, ,稱為稱為粒組粒組2.2.土的粒度成分土的粒度成分( (顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配) )顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配: :指土中各種不同粒組的相對(duì)含量指土中各種不同粒組的相對(duì)含量(1)(1)粒度成分分析方法粒度成分分析方法: : 粒徑大于粒徑大于0.1mm (0.1mm (

6、或或0.075mm):0.075mm):采用篩分法采用篩分法, ,套篩孔徑為套篩孔徑為10-5-2-110-5-2-1-0.5-0.25-0.1-0.075-0.5-0.25-0.1-0.075 粒徑小于粒徑小于0.1mm(0.1mm(或或0.075mm):0.075mm):比重計(jì)法比重計(jì)法斯托克斯公式：斯托克斯公式：d:d:土粒直徑（土粒直徑（mm)mm)h:h:比重計(jì)讀數(shù)比重計(jì)讀數(shù)t:t:靜置時(shí)間靜置時(shí)間( (秒）秒）G:G:土粒比重（土粒比重（g/cmg/cm3 3) )Gw:Gw:水的比重（水的比重（g/cmg/cm3 3) )：水的動(dòng)力粘滯系數(shù)（克：水的動(dòng)力粘滯系數(shù)（克. .秒秒/

7、/厘米厘米3 3）tGwGhd)(1800(2)(2)粒度成分表示方法粒度成分表示方法: :A:A:表格法表格法B:B:累計(jì)曲線法累計(jì)曲線法: :縱坐標(biāo)表示小于某粒徑土占總重的百分比縱坐標(biāo)表示小于某粒徑土占總重的百分比, ,橫坐標(biāo)橫坐標(biāo) 為土的粒徑為土的粒徑, ,用對(duì)數(shù)尺度用對(duì)數(shù)尺度(3)(3)累計(jì)曲線的用途累計(jì)曲線的用途: :A:A:根據(jù)曲線的形態(tài)根據(jù)曲線的形態(tài), ,判斷土的均勻性判斷土的均勻性 曲線越陡曲線越陡, ,則表示土顆粒大小相差不多則表示土顆粒大小相差不多, ,土粒較均勻土粒較均勻; ;曲線越緩曲線越緩, ,則表示土顆粒大小相差懸殊則表示土顆粒大小相差懸殊, ,土粒不均勻土粒不均勻

8、B:B:根據(jù)曲線根據(jù)曲線, ,確定相應(yīng)參數(shù)確定相應(yīng)參數(shù) 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù) C Cu u=d=d6060/d/d1010C Cu u值越大值越大, ,土粒越不均勻土粒越不均勻, ,級(jí)配良好級(jí)配良好, C, Cu u10,10,稱為級(jí)配良好的非均稱為級(jí)配良好的非均 勻土勻土C Cu u值越小值越小, ,土粒越均勻土粒越均勻, ,級(jí)配不良級(jí)配不良, C, Cu u5,5,稱為級(jí)配不良的均粒土稱為級(jí)配不良的均粒土 曲率系數(shù)曲率系數(shù) C Cc c=d=d30302 2/(d/(d1010d d6060) )C Cc c1 1或或C Cc c 3,3,稱為級(jí)配不良的土稱為級(jí)配不良的土1 1 C Cc

9、c 3,3,稱為級(jí)配良好的土稱為級(jí)配良好的土二二. .土中水土中水 按照水與土顆粒相互作用的強(qiáng)弱按照水與土顆粒相互作用的強(qiáng)弱, ,土中水可分為土中水可分為: :( (一一) )結(jié)合水結(jié)合水結(jié)合水結(jié)合水: :細(xì)小的土粒表面帶有負(fù)電荷細(xì)小的土粒表面帶有負(fù)電荷, ,在其作用下在其作用下, ,與土粒表面接與土粒表面接 觸部分的水分子可以被極化觸部分的水分子可以被極化, ,并吸附在土粒周圍形成水膜并吸附在土粒周圍形成水膜結(jié)合水的特點(diǎn)結(jié)合水的特點(diǎn): : 不受重力影響不受重力影響, ,密度大密度大, ,不傳遞靜水壓力不傳遞靜水壓力, ,冰點(diǎn)低冰點(diǎn)低, ,有粘滯性和有粘滯性和一定的抗剪強(qiáng)度一定的抗剪強(qiáng)度( (

10、二二) )自由水自由水1.1.毛細(xì)水毛細(xì)水: :由于毛細(xì)作用保持在土孔隙中的水由于毛細(xì)作用保持在土孔隙中的水毛細(xì)水的特點(diǎn)毛細(xì)水的特點(diǎn): :冰點(diǎn)低于冰點(diǎn)低于0 0C, ,有極微弱的抗剪強(qiáng)度有極微弱的抗剪強(qiáng)度, ,能傳遞靜水能傳遞靜水 壓力壓力, ,在外力較小情況下就可以發(fā)生流動(dòng)在外力較小情況下就可以發(fā)生流動(dòng)2.2.重力水重力水: :不受顆粒吸附和毛細(xì)作用控制不受顆粒吸附和毛細(xì)作用控制, ,在重力作用下能自由在重力作用下能自由 流動(dòng)的水流動(dòng)的水重力水的特點(diǎn)重力水的特點(diǎn): :能傳遞靜水壓力能傳遞靜水壓力, ,具有溶解固體物質(zhì)的能力具有溶解固體物質(zhì)的能力, ,無抗無抗 剪強(qiáng)度剪強(qiáng)度, ,在孔隙中流動(dòng)時(shí)

11、在孔隙中流動(dòng)時(shí), ,產(chǎn)生動(dòng)水壓力產(chǎn)生動(dòng)水壓力, ,能帶走土能帶走土 中細(xì)顆粒中細(xì)顆粒三三. .土中的氣體土中的氣體 與大氣連通的與大氣連通的, ,對(duì)工程性質(zhì)無較大影響對(duì)工程性質(zhì)無較大影響 與大氣不連通的與大氣不連通的( (密閉的密閉的),),對(duì)工程性質(zhì)有影響對(duì)工程性質(zhì)有影響, ,如增大了土的如增大了土的彈性和壓縮性彈性和壓縮性, ,同時(shí)降低了土的透水性同時(shí)降低了土的透水性四四. .土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)：指土顆粒或集合體的大小和形狀、表面特征、排列土的結(jié)構(gòu)：指土顆?；蚣象w的大小和形狀、表面特征、排列 形式以及它們之間的連接特征。常見的土的結(jié)構(gòu)有：形式以及它們之間的連接特征。常見的土的結(jié)構(gòu)有

12、：2 2 土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)：土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系土的三相比例指標(biāo)：土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系按獲取指標(biāo)的方法按獲取指標(biāo)的方法: :一一. .試驗(yàn)指標(biāo)：通過試驗(yàn)直接測(cè)定試驗(yàn)指標(biāo)：通過試驗(yàn)直接測(cè)定1.1.土的密度土的密度()()：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量，：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量，g/cm3它的大小取決于礦物成分，孔隙數(shù)量和含水情況它的大小取決于礦物成分，孔隙數(shù)量和含水情況試驗(yàn)方法：環(huán)刀法試驗(yàn)方法：環(huán)刀法 幾種常見土天然密度（平均值）幾種常見土天然密度（平均值）2.2.土的含水量土的含水量(w)(w)：土中水的質(zhì)量與固體：土中水的質(zhì)量與固體( (

13、土粒土粒) )質(zhì)量之比質(zhì)量之比試驗(yàn)方法：烘干法試驗(yàn)方法：烘干法vswsvvmmvm100%mmwsw土的名稱土的名稱砂土砂土粉土粉土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土粘土粘土天然密度（天然密度（g/cm3）1.401.601.60-1.751.80-2.003.3.土粒相對(duì)密度土粒相對(duì)密度( (土粒密度土粒密度Gs)Gs)：?jiǎn)挝惑w積土粒的質(zhì)量與同體積：?jiǎn)挝惑w積土粒的質(zhì)量與同體積 4 4 c c時(shí)純水的質(zhì)量之比，無量綱時(shí)純水的質(zhì)量之比，無量綱它的大小取決于組成土的各礦物密度的平均值它的大小取決于組成土的各礦物密度的平均值試驗(yàn)方法：煮沸法試驗(yàn)方法：煮沸法ws1GswssVm二二. .換算指標(biāo)換算指標(biāo) 通過試驗(yàn)指標(biāo)換

14、算得到通過試驗(yàn)指標(biāo)換算得到1.1.干密度干密度(d d) )：?jiǎn)挝惑w積土粒的質(zhì)量，：?jiǎn)挝惑w積土粒的質(zhì)量，g/cmg/cm3 3 此指標(biāo)常用作填土密實(shí)度的施工控制指標(biāo)此指標(biāo)常用作填土密實(shí)度的施工控制指標(biāo)2.2.土的飽和密度土的飽和密度(satsat) )：土中孔隙被水充滿時(shí)土的密度，：土中孔隙被水充滿時(shí)土的密度，g/cmg/cm3 3 3.3.土的浮密度土的浮密度() () ：地下水位以下，土單位體積中土粒的質(zhì)量：地下水位以下，土單位體積中土粒的質(zhì)量 與同體積水的質(zhì)量之差與同體積水的質(zhì)量之差4.4.土的孔隙比土的孔隙比(e)(e)：土中孔隙體積與土粒體積之比。常見值：土中孔隙體積與土粒體積之比。

15、常見值0.5-1.00.5-1.0 vmsdvvmwsvsatvvmwssVsVve 砂土按孔隙比分類砂土按孔隙比分類5.5.孔隙率孔隙率(n)(n)：孔隙體積與土的總體積之比：孔隙體積與土的總體積之比 常見值為常見值為(33-50)%(33-50)%6.6.飽和度飽和度(Sr)(Sr)：土中孔隙被水充填的體積與孔隙總體積之比：土中孔隙被水充填的體積與孔隙總體積之比根據(jù)根據(jù)S Sr r的大小，對(duì)土的飽和狀態(tài)進(jìn)行分類：的大小，對(duì)土的飽和狀態(tài)進(jìn)行分類： S Sr r50% 50% 稍濕稍濕50%50%S Sr r 80% 80% 很濕很濕 S Sr r80% 80% 飽和飽和%100VVnvvwr

16、VVS 密實(shí)度密實(shí)度密實(shí)密實(shí)中密中密稍密稍密松散松散礫砂土礫砂土 粗、中砂粗、中砂e0.600.60e0.750.75e0.85e0.85細(xì)砂土細(xì)砂土 粉砂土粉砂土e0.700.70e0.850.85e0.95e0.957.7.砂土的相對(duì)密度砂土的相對(duì)密度(Dr)(Dr) 砂土的密實(shí)度狀態(tài)砂土的密實(shí)度狀態(tài) 砂土密實(shí)度劃分砂土密實(shí)度劃分密實(shí)度狀態(tài)密實(shí)度狀態(tài)密實(shí)的密實(shí)的中密的中密的松散的松散的Dr1Dr0.670.67Dr0.330.33Dr0minmaxmaxeeeeDr砂土密實(shí)度砂土密實(shí)度松散松散稍密稍密中密中密密實(shí)密實(shí)標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)N1010N1515N30N30三三. .指標(biāo)

17、的換算指標(biāo)的換算 用試驗(yàn)指標(biāo)換算可以得到換算指標(biāo)用試驗(yàn)指標(biāo)換算可以得到換算指標(biāo)3 3 粘性土的物理特性粘性土的物理特性一一. .粘性土狀態(tài)與界限含水量粘性土狀態(tài)與界限含水量界限含水量：隨著含水量的變化，細(xì)粒土可由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤缦藓浚弘S著含水量的變化，細(xì)粒土可由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪?種狀態(tài)，相應(yīng)于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的分界含水量種狀態(tài)，相應(yīng)于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的分界含水量 固固( (半半) )態(tài)態(tài) 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài) 流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài) 塑限塑限w wp p 液限液限 w wl l W W工程中常用的界限含水量工程中常用的界限含水量1.1.液限液限(w(wl l) )：流動(dòng)狀態(tài)與可塑狀態(tài)間的分界含水量：流動(dòng)狀態(tài)與可塑

18、狀態(tài)間的分界含水量 試驗(yàn)方法：液限儀測(cè)定（液塑限聯(lián)合測(cè)定法）試驗(yàn)方法：液限儀測(cè)定（液塑限聯(lián)合測(cè)定法）2.2.塑限塑限(w(wp p) )：可塑狀態(tài)與固：可塑狀態(tài)與固( (半半) )態(tài)間的分界含水量態(tài)間的分界含水量 試驗(yàn)方法：搓條法（液塑限聯(lián)合測(cè)定法）試驗(yàn)方法：搓條法（液塑限聯(lián)合測(cè)定法） 我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范還可用聯(lián)合測(cè)定法，通過作圖，確定液塑限我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范還可用聯(lián)合測(cè)定法，通過作圖，確定液塑限二二. .塑性指數(shù)（塑性指數(shù)（I Ip p）塑性指數(shù)：液限含水量與塑限含水量之差塑性指數(shù)：液限含水量與塑限含水量之差 I Ip p=W=Wl l-W-Wp p 此指標(biāo)用來衡量土的可塑性大小。此指標(biāo)用來衡量土的可塑

19、性大小。IpIp越大，意味著土處于塑態(tài)越大，意味著土處于塑態(tài)的含水量范圍越大，則可塑性越強(qiáng)的含水量范圍越大，則可塑性越強(qiáng)影響影響I Ip p的因素：的因素：礦物成分、粒度成分、土中水的化學(xué)成分、濃度和礦物成分、粒度成分、土中水的化學(xué)成分、濃度和PHPH值等值等三三. .液性指數(shù)（液性指數(shù)（I Il l）液性指數(shù)：土的天然含水量與塑限含水量的差值與塑性指數(shù)之比液性指數(shù)：土的天然含水量與塑限含水量的差值與塑性指數(shù)之比 此指標(biāo)用來鑒別土的天然物理狀態(tài)此指標(biāo)用來鑒別土的天然物理狀態(tài) ppplplwwwwwwII狀態(tài)狀態(tài)堅(jiān)硬堅(jiān)硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑液性指數(shù)液性指數(shù)I Il l 0 00 0

20、I Il l 0.25 5 I Il l 0.75 0.750.750.75 I1.0I1.0I Il l 1.01.0 四四. .粘性土的靈敏性與觸變性粘性土的靈敏性與觸變性（一）粘性土靈敏度（一）粘性土靈敏度靈敏性：粘性土受到外力擾動(dòng)作用，結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的強(qiáng)度降靈敏性：粘性土受到外力擾動(dòng)作用，結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的強(qiáng)度降 低，壓縮性增高的性質(zhì)低，壓縮性增高的性質(zhì)靈敏度（靈敏度（s st t) )：粘性土原狀樣和重塑樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比：粘性土原狀樣和重塑樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比q qu u，q qu u：分別為原狀樣與重塑樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度：分別為原狀樣與重塑樣的無側(cè)限

21、抗壓強(qiáng)度粘性土靈敏性分類：粘性土靈敏性分類：（二）粘性土的觸變性（二）粘性土的觸變性觸變性：飽和粘性土受到擾動(dòng)后，結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的強(qiáng)度降低，觸變性：飽和粘性土受到擾動(dòng)后，結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的強(qiáng)度降低， 土的強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的性質(zhì)土的強(qiáng)度隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的性質(zhì)uutqqs靈敏性靈敏性低靈敏性土低靈敏性土中靈敏性土中靈敏性土高靈敏性土高靈敏性土 s st t1.01.0s st t2.02.02.02.0s st t4.04.0S St t4.04.0五五. .細(xì)粒土的脹縮性和崩解性細(xì)粒土的脹縮性和崩解性（一）細(xì)粒土的脹縮性（一）細(xì)粒土的脹縮性1.1.基本概念基本概念膨脹性：細(xì)粒土由于含水率增加而

22、發(fā)生體積增大的性能膨脹性：細(xì)粒土由于含水率增加而發(fā)生體積增大的性能收縮性：由于土中含水率減小而發(fā)生體積縮小的性能收縮性：由于土中含水率減小而發(fā)生體積縮小的性能2.2.表征膨脹性的指標(biāo)表征膨脹性的指標(biāo)1 1）自由膨脹率：人工制備干土，在水中增加的體積與原體積之比）自由膨脹率：人工制備干土，在水中增加的體積與原體積之比 膨脹性分類膨脹性分類2 2）膨脹率：土樣在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后所增加的體積與）膨脹率：土樣在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后所增加的體積與 原體積之比原體積之比%100ooweefVVVefef(%)(%)efef 404040 40 efef 656565 65 efef 909

23、0efef 90 90膨脹性膨脹性 無無 弱弱 中中 強(qiáng)強(qiáng)%100oowephhh3 3）膨脹力：土樣的體積不變時(shí)，由于浸水膨脹產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力）膨脹力：土樣的體積不變時(shí)，由于浸水膨脹產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力2.2.表征收縮的指標(biāo)表征收縮的指標(biāo)1 1）體縮率：土樣收縮減小的體積與原體積之比）體縮率：土樣收縮減小的體積與原體積之比2 2）線縮率：土樣收縮后的高度減小量與原高度之比）線縮率：土樣收縮后的高度減小量與原高度之比3 3）收縮系數(shù)：原狀土樣在直線收縮階段，含水率減少）收縮系數(shù)：原狀土樣在直線收縮階段，含水率減少1%1%時(shí)的豎向時(shí)的豎向 線縮率線縮率（二）細(xì)粒土的崩解性（二）細(xì)粒土的崩解性崩解性：

24、土由于浸水而發(fā)生崩散解體的性能崩解性：土由于浸水而發(fā)生崩散解體的性能崩解性通常用崩解速度、崩解時(shí)間、崩解特征表征崩解性通常用崩解速度、崩解時(shí)間、崩解特征表征六六. .土的透水性和毛細(xì)性土的透水性和毛細(xì)性%100odovVVV%100ooshhhWss（一）土的透水性（一）土的透水性滲透：水在一定壓力差作用下，透過土中的孔隙發(fā)生流動(dòng)的現(xiàn)象滲透：水在一定壓力差作用下，透過土中的孔隙發(fā)生流動(dòng)的現(xiàn)象透水性：水在土孔隙中滲透流動(dòng)的性能透水性：水在土孔隙中滲透流動(dòng)的性能地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律水在孔隙中流動(dòng)形式：層流和紊流水在孔隙中流動(dòng)形式：層流和紊流1.1.對(duì)于層流，其運(yùn)動(dòng)服從達(dá)西定律對(duì)于層流，

25、其運(yùn)動(dòng)服從達(dá)西定律 v=kJv=kJV V：流速，指單位時(shí)間通過單位面積的水量，：流速，指單位時(shí)間通過單位面積的水量，cm/scm/sK K：滲透系數(shù)，：滲透系數(shù)，cm/scm/sJ J：水力坡度，水在空隙中流動(dòng)，由于阻力作用，沿程必然伴隨：水力坡度，水在空隙中流動(dòng)，由于阻力作用，沿程必然伴隨 著能量損失，表現(xiàn)為滲流路徑上的水頭損失著能量損失，表現(xiàn)為滲流路徑上的水頭損失 J=J=h/Lh/Lh h：滲流路徑上的水頭差：滲流路徑上的水頭差L L：滲流路徑長(zhǎng)：滲流路徑長(zhǎng)2.2.對(duì)于紊流，其運(yùn)動(dòng)服從哲才定律對(duì)于紊流，其運(yùn)動(dòng)服從哲才定律 v=kJv=kJ1/21/23.3.少數(shù)粘土，其運(yùn)動(dòng)服從修正的達(dá)

26、西定律少數(shù)粘土，其運(yùn)動(dòng)服從修正的達(dá)西定律 v=kv=k（J-JJ-Jo o）J J0 0：起始水力坡度：起始水力坡度影響土的透水性的因素：影響土的透水性的因素：粒度成分；礦物成分；土的密度；土中的氣體等粒度成分；礦物成分；土的密度；土中的氣體等例例. .如圖所示，觀察孔如圖所示，觀察孔a,ba,b的水位標(biāo)高分別為的水位標(biāo)高分別為23.50m23.50m和和23.20m23.20m，兩孔，兩孔 的水平距離為的水平距離為20m20m，試：，試：1 1）確定）確定abab段的平均水力梯度段的平均水力梯度2 2）如該土層為細(xì)砂）如該土層為細(xì)砂, ,滲透系數(shù)滲透系數(shù)k=5k=51010-2-2mm/sm

27、m/s，確定，確定abab段的地下水流段的地下水流 速度和每小時(shí)通過速度和每小時(shí)通過1m1m2 2截面積截面積( (垂直于紙面垂直于紙面) )的流量的流量3 3）同）同2 2，但該土層為粉質(zhì)粘土，滲透系數(shù)，但該土層為粉質(zhì)粘土，滲透系數(shù)k=5k=51010-5-5mm/smm/s，計(jì)算起始，計(jì)算起始 水力梯度水力梯度i io o=0.005=0.005（二）土的毛細(xì)性（二）土的毛細(xì)性毛細(xì)性：指水通過土的毛細(xì)孔隙在彎液面力作用下向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)毛細(xì)性：指水通過土的毛細(xì)孔隙在彎液面力作用下向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng) 的性能的性能毛細(xì)上升高度：與土的孔隙直徑呈反比。毛細(xì)性對(duì)毛細(xì)上升高度：與土的孔隙直徑呈反比。毛細(xì)性

28、對(duì)細(xì)砂土細(xì)砂土和和粉土粉土意意 義較大義較大DHc03.04 4 土的力學(xué)性質(zhì)土的力學(xué)性質(zhì)一一. .土的壓縮性土的壓縮性（一）土的壓縮變形特點(diǎn)（一）土的壓縮變形特點(diǎn)土的壓縮性：在外力作用下土體積縮小的特性土的壓縮性：在外力作用下土體積縮小的特性土的壓縮性的特點(diǎn)：土的壓縮性的特點(diǎn)：1.1.在工程壓力作用下（在工程壓力作用下（100kpa-200kpa)100kpa-200kpa)，土的體積縮小，是由于孔，土的體積縮小，是由于孔 隙體積減少而引起的隙體積減少而引起的2.2.對(duì)于飽和土，土的壓縮過程，是孔隙中的水在外力作用下排出，對(duì)于飽和土，土的壓縮過程，是孔隙中的水在外力作用下排出， 土粒發(fā)生位移

29、，相互擠密的過程土粒發(fā)生位移，相互擠密的過程3.3.土的壓縮，是一個(gè)緩慢的過程土的壓縮，是一個(gè)緩慢的過程滲透固結(jié)：在外力作用下，孔隙水隨時(shí)間的遷移而逐步排出，同時(shí)滲透固結(jié)：在外力作用下，孔隙水隨時(shí)間的遷移而逐步排出，同時(shí) 孔隙體積也隨之縮小的過程孔隙體積也隨之縮小的過程（二）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)及指標(biāo)（二）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)及指標(biāo)1.1.室內(nèi)壓縮試驗(yàn)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模毫私馔量紫侗入S壓力變化的規(guī)律，評(píng)定土的壓縮性大小試驗(yàn)?zāi)康模毫私馔量紫侗入S壓力變化的規(guī)律，評(píng)定土的壓縮性大小試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)方法：側(cè)限壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果：任一壓力試驗(yàn)結(jié)果：任一壓力p pi i下的孔隙比下的孔隙比e ei i之間的關(guān)系

30、之間的關(guān)系2.2.壓縮曲線及有關(guān)指標(biāo)壓縮曲線及有關(guān)指標(biāo)（1 1）壓縮曲線）壓縮曲線(e-p(e-p曲線曲線) )（2 2）壓縮系數(shù)）壓縮系數(shù) 用曲線上某點(diǎn)的斜率來表示壓縮性大小用曲線上某點(diǎn)的斜率來表示壓縮性大小a a：壓縮系數(shù)，：壓縮系數(shù)，MPaMPa-1-1 壓縮系數(shù)越大，壓縮性越高。取壓力壓縮系數(shù)越大，壓縮性越高。取壓力100kpa-200kpa100kpa-200kpa對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a a1-21-2作為作為評(píng)價(jià)土的壓縮性大小的指標(biāo)評(píng)價(jià)土的壓縮性大小的指標(biāo) a a1-21-20.1Mpa0.1Mpa-1 -1 低壓縮性土低壓縮性土 0.1Mpa0.1Mpa-1-1aa1-2

31、1-20.5Mpa0.5Mpa-1 -1 中壓縮性土中壓縮性土 a a1-21-20.5Mpa0.5Mpa-1 -1 高壓縮性土高壓縮性土1221ppeepeaddooioie1heeh（2 2）壓縮模量）壓縮模量壓縮模量壓縮模量(E(Es s) )：土在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng)：土在完全側(cè)限的條件下，豎向應(yīng)力增量與相應(yīng)的應(yīng) 變?cè)隽恐茸冊(cè)隽恐?E Es s不是常數(shù)，它隨壓力大小而變化不是常數(shù)，它隨壓力大小而變化（3 3）壓縮指數(shù)）壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)壓縮指數(shù)(C(Cc c) )：壓縮曲線直線段斜率：壓縮曲線直線段斜率 C Cc c0.2 0.2 低壓縮性土低壓縮性土 0.40.

32、4C Cc c0.2 0.2 中壓縮性土中壓縮性土 C Cc c0.4 0.4 高壓縮性土高壓縮性土ae1pE1s1221clgplgpee(lgp)eCdd（三）土的回彈曲線及彈性模量（三）土的回彈曲線及彈性模量 采用室內(nèi)無側(cè)限壓縮試驗(yàn)和室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)，得到土的回彈采用室內(nèi)無側(cè)限壓縮試驗(yàn)和室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)，得到土的回彈曲線曲線. .土的彈性模量為彈性變形階段，土的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽客恋膹椥阅Ａ繛閺椥宰冃坞A段，土的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎龋ㄋ模┈F(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)（四）現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)1.1.試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 通過承載板對(duì)地基土施加壓力和測(cè)定承載板的沉降，得到壓力和通過承載板對(duì)地基土施加壓力和測(cè)定

33、承載板的沉降，得到壓力和沉降的關(guān)系曲線沉降的關(guān)系曲線(p-s(p-s曲線曲線) )，根據(jù)彈性理論公式反算土的變形模量，根據(jù)彈性理論公式反算土的變形模量P Pr r：比例界限荷載（臨塑荷載）：比例界限荷載（臨塑荷載）P P1/41/4：臨界荷載：臨界荷載P Pu u：極限荷載：極限荷載2.2.土的變形模量土的變形模量(E(Eo o) )：泊松比，見：泊松比，見p75p75表表4.14.1：沉降影響系數(shù)：沉降影響系數(shù), ,剛性方形承壓板取剛性方形承壓板取0.88,0.88,圓形承壓板取圓形承壓板取0.790.79s s：p-sp-s曲線直線段上任一點(diǎn)沉降量，如無直線段，對(duì)中高壓縮性曲線直線段上任一

34、點(diǎn)沉降量，如無直線段，對(duì)中高壓縮性 土，取土，取0.02b0.02b；對(duì)砂土和低壓縮性土，?。粚?duì)砂土和低壓縮性土，取(0.01-0.015)b(0.01-0.015)bP P：p-sp-s曲線上對(duì)應(yīng)于沉降曲線上對(duì)應(yīng)于沉降s s的壓力值的壓力值3.3.土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系 E E0 0=E=Es s：取值見：取值見p75p75表表4.14.1s21pbEo二二. .土的抗剪性土的抗剪性（一）土的抗剪強(qiáng)度（一）土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度：土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力土的抗剪強(qiáng)度：土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力剪切破壞：當(dāng)土中某點(diǎn)由于外力所

35、產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度剪切破壞：當(dāng)土中某點(diǎn)由于外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度 時(shí)，土沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，土沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)工程實(shí)踐中，與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程問題：工程實(shí)踐中，與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程問題：1.1.由土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題由土作為材料構(gòu)成的土工構(gòu)筑物的穩(wěn)定性問題 如土壩、路堤、天然土坡的穩(wěn)定性問題如土壩、路堤、天然土坡的穩(wěn)定性問題2.2.土作為工程構(gòu)筑物環(huán)境的問題土作為工程構(gòu)筑物環(huán)境的問題 如土壓力問題如土壓力問題3.3.土作為建筑物地基的承載力問題土作為建筑物地基的承載力問題土的抗剪強(qiáng)度研究方法：土的抗剪強(qiáng)度研究方法： 主

36、要是模擬土的剪切破壞時(shí)的應(yīng)力和工作條件，利用室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)主要是模擬土的剪切破壞時(shí)的應(yīng)力和工作條件，利用室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)儀器進(jìn)行土的剪切試驗(yàn)儀器進(jìn)行土的剪切試驗(yàn)庫侖定律庫侖定律庫侖通過試驗(yàn)，得到了土的抗剪強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式：庫侖通過試驗(yàn)，得到了土的抗剪強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式：砂性土：砂性土： f f=tg=tg粘性土：粘性土： f f=tg+c=tg+cf f：土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度,kpa,kpa：剪切面上的法向應(yīng)力：剪切面上的法向應(yīng)力,kpa,kpa：土的內(nèi)摩擦角：土的內(nèi)摩擦角C C：土的粘聚力：土的粘聚力,kpa,kpa 、C C：稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。通過試驗(yàn)測(cè)定：稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。通過試驗(yàn)測(cè)定土的

37、抗剪強(qiáng)度構(gòu)成：土的抗剪強(qiáng)度構(gòu)成：1.1.內(nèi)摩阻力內(nèi)摩阻力(tg)(tg) 來自土粒之間表面摩擦力和土粒之間的咬合力來自土粒之間表面摩擦力和土粒之間的咬合力影響因素：影響因素：土的原始密度、土粒形狀大小、堅(jiān)硬程度、表面粗糙度、顆粒級(jí)配土的原始密度、土粒形狀大小、堅(jiān)硬程度、表面粗糙度、顆粒級(jí)配2.2.粘聚力粘聚力(c)(c) 由土粒之間的膠結(jié)作用和分子引力所形成由土粒之間的膠結(jié)作用和分子引力所形成影響因素：影響因素： 粘粒含量、礦物成分、含水量等粘粒含量、礦物成分、含水量等（二）抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法（二）抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法1.1.直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)（1 1）試驗(yàn)原理）試驗(yàn)原理 剪切破壞時(shí)，剪切

38、面上有：剪切破壞時(shí)，剪切面上有：=f f 對(duì)同一種土，取對(duì)同一種土，取4 4個(gè)試樣，分別在不同的法向應(yīng)力個(gè)試樣，分別在不同的法向應(yīng)力作用下剪切作用下剪切破壞。根據(jù)庫侖定律，在破壞。根據(jù)庫侖定律，在-坐標(biāo)中，抗剪強(qiáng)度包線為直線，通坐標(biāo)中，抗剪強(qiáng)度包線為直線，通過作圖，得到過作圖，得到、c c值值（2 2）試驗(yàn)方法）試驗(yàn)方法1 1）快剪）快剪 對(duì)試樣施加法向應(yīng)力后，立即以對(duì)試樣施加法向應(yīng)力后，立即以0.8mm/min0.8mm/min剪切速度快速施加水剪切速度快速施加水平剪應(yīng)力，使試樣剪切破壞。平剪應(yīng)力，使試樣剪切破壞。q q、c cq q2 2）固結(jié)快剪）固結(jié)快剪 對(duì)試樣施加法向應(yīng)力后，讓其充分

39、排水、固結(jié)后，以對(duì)試樣施加法向應(yīng)力后，讓其充分排水、固結(jié)后，以0.8mm/min0.8mm/min剪切速度快速施加水平剪應(yīng)力，使試樣剪切破壞。剪切速度快速施加水平剪應(yīng)力，使試樣剪切破壞。cqcq、c ccqcq3 3）慢剪）慢剪 對(duì)試樣施加法向應(yīng)力后，讓其充分排水、固結(jié)后，以小于對(duì)試樣施加法向應(yīng)力后，讓其充分排水、固結(jié)后，以小于0.02mm/min0.02mm/min剪切速度施加水平剪應(yīng)力，使試樣剪切破壞。剪切速度施加水平剪應(yīng)力，使試樣剪切破壞。s s、c cs s2.2.三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)（1 1）試樣原理）試樣原理 對(duì)同一土樣，取對(duì)同一土樣，取3-43-4個(gè)試樣，在不同的個(gè)試樣，在不

40、同的1 1、3 3組合下，使試樣剪組合下，使試樣剪切破壞，得到的幾個(gè)極限摩爾圓公切線即為抗剪強(qiáng)度包線切破壞，得到的幾個(gè)極限摩爾圓公切線即為抗剪強(qiáng)度包線（2 2）試驗(yàn)方法）試驗(yàn)方法1 1）不固結(jié)不排水剪（）不固結(jié)不排水剪（UUUU試驗(yàn)）試驗(yàn)）2 2）固結(jié)不排水剪（）固結(jié)不排水剪（CUCU試驗(yàn)）試驗(yàn)）3 3）固結(jié)排水剪（）固結(jié)排水剪（CDCD試驗(yàn)）試驗(yàn)）3.3.無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)4.4.十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)思考題思考題1.用哪些指標(biāo)評(píng)價(jià)土的抗剪強(qiáng)度大小用哪些指標(biāo)評(píng)價(jià)土的抗剪強(qiáng)度大小2.簡(jiǎn)述土的抗剪強(qiáng)度理論及影響土抗剪強(qiáng)度的因素簡(jiǎn)述土的抗剪強(qiáng)度理論及影響土抗剪強(qiáng)度的因素三三

41、. .土的壓實(shí)性及動(dòng)力特性土的壓實(shí)性及動(dòng)力特性（一）土的壓實(shí)原理（一）土的壓實(shí)原理土的壓實(shí)性：指擾動(dòng)土在壓實(shí)功能作用下的特性土的壓實(shí)性：指擾動(dòng)土在壓實(shí)功能作用下的特性1.1.擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)試驗(yàn)從擊實(shí)曲線上可以得到擾動(dòng)土的最大干密度從擊實(shí)曲線上可以得到擾動(dòng)土的最大干密度2.2.影響粘性土擊實(shí)效果的因素影響粘性土擊實(shí)效果的因素（1 1）含水量）含水量 在最優(yōu)含水量情況下在最優(yōu)含水量情況下, ,才能達(dá)到最大干密度才能達(dá)到最大干密度. .細(xì)粒土最優(yōu)含水量細(xì)粒土最優(yōu)含水量一般為塑限或液限的一般為塑限或液限的0.58-0.620.58-0.62倍倍（2 2）土質(zhì)）土質(zhì) 顆粒越粗顆粒越粗, ,則干密度越大則干

42、密度越大（3 3）擊實(shí)功能）擊實(shí)功能 壓實(shí)機(jī)具重量、碾壓次數(shù)、壓實(shí)機(jī)具重量、碾壓次數(shù)、作用時(shí)間有關(guān)作用時(shí)間有關(guān)3.3.壓實(shí)特性在人工填土工程中的應(yīng)用壓實(shí)特性在人工填土工程中的應(yīng)用 壓實(shí)度（壓實(shí)系數(shù)壓實(shí)度（壓實(shí)系數(shù)） maxd（二）土的振動(dòng)液化（二）土的振動(dòng)液化砂土液化：飽水砂土因地震而受到強(qiáng)烈振動(dòng)，使砂粒處于懸浮狀砂土液化：飽水砂土因地震而受到強(qiáng)烈振動(dòng)，使砂粒處于懸浮狀 態(tài)，喪失強(qiáng)度，致使地基失效的現(xiàn)象態(tài)，喪失強(qiáng)度，致使地基失效的現(xiàn)象砂土液化最常見的表現(xiàn)：地表出現(xiàn)砂土液化最常見的表現(xiàn)：地表出現(xiàn)“噴砂冒水噴砂冒水”，引起地表塌陷，引起地表塌陷影響土液化的主要因素：影響土液化的主要因素：1.1.土的類型和性質(zhì)土的類型和性質(zhì)粉砂土、細(xì)沙土、松砂、粉土宜液化；粉砂土、細(xì)沙土、松砂、粉土宜液化；級(jí)配均勻的砂土比級(jí)配良好的砂土宜液化：級(jí)配均勻的砂土比級(jí)配良好的砂土宜液化：疏松飽水狀態(tài)下宜液化疏松飽水狀態(tài)下宜液化2.2.砂土的埋藏深度砂土的埋藏深度砂土埋藏越淺，砂層厚度越厚，則液化的可能性越大；砂土埋藏越淺，砂層厚度越厚，則液化的可能性越大；3.3.地震振動(dòng)強(qiáng)度和歷時(shí)長(zhǎng)短地震振動(dòng)強(qiáng)度和歷時(shí)長(zhǎng)短地震越強(qiáng)，歷時(shí)越長(zhǎng)，則宜液化，且波及范圍廣，破壞嚴(yán)重地震越強(qiáng)，歷時(shí)越長(zhǎng)，則宜液化，且波及范圍廣，破壞嚴(yán)重5 5