中南大學(xué)土力學(xué)課件

1、土的強(qiáng)度理論土的強(qiáng)度理論土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土的壓縮性與地基沉降計(jì)算土體中的應(yīng)力計(jì)算土體中的應(yīng)力計(jì)算土的滲透性與水的滲流土的滲透性與水的滲流土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力擋土結(jié)構(gòu)物上的土壓力地基承載力地基承載力土力學(xué)土力學(xué)張升張升 教材及參考書教材及參考書教教 材：材： 馬建林主編，馬建林主編，土力學(xué)土力學(xué)（第三版），中國鐵道出版社（第三版），中國鐵道出版社 阮波，張向京主編，阮波，張向京主編，土力學(xué)試驗(yàn)土力學(xué)試驗(yàn)，中南大學(xué)出版社，中南大學(xué)出版社參考書：參考書： Arnold Verruijt, SOIL MECHA

2、NICS 陳希哲主編，陳希哲主編，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社 邵光輝主編，邵光輝主編，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)，人民交通出版社，人民交通出版社 陳仲頤主編，陳仲頤主編，土力學(xué)土力學(xué)，清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié) ：講課講課+ +習(xí)題課習(xí)題課 (34(34學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)) ) 實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)課 (3(3次次 6 6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)) )考核及成績(jī)：考核及成績(jī)：7070 （期末考試）（期末考試） 10 10 （作業(yè)完成情況）（作業(yè)完成情況） 1515 （實(shí)驗(yàn)：預(yù)習(xí)操作報(bào)告）（實(shí)驗(yàn)：預(yù)習(xí)操作報(bào)告） 5 5 (平時(shí)表現(xiàn)平時(shí)表現(xiàn))土力學(xué)課程的安排和要求土力學(xué)

3、課程的安排和要求上課、實(shí)驗(yàn)課必須出席上課、實(shí)驗(yàn)課必須出席積極參加課堂討論積極參加課堂討論獨(dú)立按時(shí)完成作業(yè)。抄襲、遲交或不認(rèn)真獨(dú)立按時(shí)完成作業(yè)。抄襲、遲交或不認(rèn)真完成者在平時(shí)成績(jī)中扣分。為鼓勵(lì)個(gè)人獨(dú)完成者在平時(shí)成績(jī)中扣分。為鼓勵(lì)個(gè)人獨(dú)立完成，作業(yè)錯(cuò)誤不扣分。立完成，作業(yè)錯(cuò)誤不扣分。課程要求：課程要求：F 什么是土？什么是土？ F 土及土力學(xué)的特點(diǎn)？土及土力學(xué)的特點(diǎn)？F 學(xué)習(xí)土力學(xué)的重要性？學(xué)習(xí)土力學(xué)的重要性？F 土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容？土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容？F 土力學(xué)的發(fā)展方向？土力學(xué)的發(fā)展方向？ 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 主要內(nèi)容土地系指由地形、水文、局地氣候、土地系指由地形、水文、局地

4、氣候、巖石圈的上層、土壤和生物有機(jī)體等巖石圈的上層、土壤和生物有機(jī)體等相互作用組成的自然地域綜合體，是相互作用組成的自然地域綜合體，是地球表層歷史發(fā)展的產(chǎn)物。地球表層歷史發(fā)展的產(chǎn)物。F什么是土？什么是土？ 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 大氣圈大氣圈水圈水圈巖石圈巖石圈生物圈生物圈風(fēng)化物風(fēng)化物土壤圈土壤圈地下水地下水一、土壤在自然界的位置一、土壤在自然界的位置土壤是巖石圈、大氣圈、土壤是巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈綜合作用水圈和生物圈綜合作用形成的產(chǎn)物。其上界通形成的產(chǎn)物。其上界通常是綠色植物層頂，下常是綠色植物層頂，下界達(dá)植物根分布層。其界達(dá)植物根分布層。其垂直范圍，恰好是巖石垂直

5、范圍，恰好是巖石圈的上層、大氣圈的下圈的上層、大氣圈的下層、水圈及生物圈相互層、水圈及生物圈相互接觸的地方，是生物生接觸的地方，是生物生命及人類生產(chǎn)活動(dòng)最集命及人類生產(chǎn)活動(dòng)最集中的地方。中的地方。 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 二、土壤的剖面和形成二、土壤的剖面和形成土壤有非常復(fù)雜的形成過程，并具有獨(dú)特土壤有非常復(fù)雜的形成過程，并具有獨(dú)特的層狀構(gòu)造。土壤剖面一般包含枯枝落葉的層狀構(gòu)造。土壤剖面一般包含枯枝落葉層、腐殖質(zhì)層、淀積層和母質(zhì)層四個(gè)基本層、腐殖質(zhì)層、淀積層和母質(zhì)層四個(gè)基本層次。層次。FF 地質(zhì)大循環(huán)：地質(zhì)大循環(huán)：巖石巖石 土壤土壤風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積FF 生物小

6、循環(huán)：生物小循環(huán)： 生物活動(dòng)所造成的土壤生物活動(dòng)所造成的土壤 有機(jī)質(zhì)的循環(huán)有機(jī)質(zhì)的循環(huán)地質(zhì)成巖作用地質(zhì)成巖作用土壤帶土壤帶腐殖質(zhì)層腐殖質(zhì)層淀積層淀積層母質(zhì)層母質(zhì)層傳統(tǒng)巖土工程的范疇傳統(tǒng)巖土工程的范疇 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 巖石因物理風(fēng)化作用破碎，巖石因物理風(fēng)化作用破碎，在重力作用下堆積到山腳在重力作用下堆積到山腳三、土的形成過程三、土的形成過程風(fēng)蝕蘑菇風(fēng)蝕蘑菇 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 高山下的沖積錐群高山下的沖積錐群黃河沖積三角洲 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 礫石料礫石料 卵卵 石石 砂砂 粘粘 土土（人工破碎）（人工破碎）四、工程與土力學(xué)中

7、的土四、工程與土力學(xué)中的土地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用而形地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。粒堆積物。 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 一、土體的特點(diǎn)一、土體的特點(diǎn)FF 一般一般固體：固體：FF 液體：液體：FF 土體（散粒）：土體（散粒）：可保持固定的形狀可保持固定的形狀不具有特定的形狀不具有特定的形狀具有一定但不固具有一定但不固定的形狀定的形狀F土及土力學(xué)的特點(diǎn)？土及土力學(xué)的特點(diǎn)？ 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 巖石風(fēng)化或破巖石風(fēng)化或

8、破碎的產(chǎn)物，是碎的產(chǎn)物，是非連續(xù)體非連續(xù)體 受力以后易變形，強(qiáng)度低受力以后易變形，強(qiáng)度低 體積變化主要是孔隙變化體積變化主要是孔隙變化 剪切變形主要由顆粒相對(duì)剪切變形主要由顆粒相對(duì) 位移引起位移引起固相固相- -土骨架土骨架液相液相- -水水氣相氣相- -空氣空氣 受力后由土骨架、孔隙受力后由土骨架、孔隙 介質(zhì)共同承擔(dān)介質(zhì)共同承擔(dān) 相間存在復(fù)雜的相互作用相間存在復(fù)雜的相互作用 孔隙流體流動(dòng)孔隙流體流動(dòng)自然界的產(chǎn)物，自然界的產(chǎn)物，存在自然變異性存在自然變異性 非均勻性非均勻性 各向異性各向異性 時(shí)空變異性時(shí)空變異性 碎散性碎散性 三相性三相性 天然性天然性 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特

9、點(diǎn) 學(xué)科學(xué)科研究對(duì)象研究對(duì)象理論力學(xué)理論力學(xué) 質(zhì)點(diǎn)或剛體質(zhì)點(diǎn)或剛體材料力學(xué)材料力學(xué) 單個(gè)彈性桿件（桿、軸、梁）單個(gè)彈性桿件（桿、軸、梁）連續(xù)固體連續(xù)固體結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué) 若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu)若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)彈性力學(xué) 彈性實(shí)體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu)彈性實(shí)體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu)水力學(xué)水力學(xué)不可壓縮的連續(xù)流體（水）不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體連續(xù)流體土力學(xué)土力學(xué)天然的三相碎散堆積物天然的三相碎散堆積物碎散材料碎散材料二、土力學(xué)與其他學(xué)科的比較二、土力學(xué)與其他學(xué)科的比較 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 三、土力學(xué)的特點(diǎn)三、土力學(xué)的特點(diǎn) 土力學(xué)土力學(xué)研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)以

10、及土體在荷載、研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)以及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應(yīng)用科學(xué)。水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應(yīng)用科學(xué)。連續(xù)介質(zhì)力學(xué)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本知識(shí)的基本知識(shí)描述碎散體描述碎散體特性的理論特性的理論實(shí)驗(yàn)規(guī)律及工實(shí)驗(yàn)規(guī)律及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 四、土力學(xué)的發(fā)展歷史四、土力學(xué)的發(fā)展歷史1773 Coulomb1773 Coulomb（后（后MohrMohr發(fā)展）：摩爾發(fā)展）：摩爾- -庫侖強(qiáng)度理庫侖強(qiáng)度理論論 有關(guān)土力學(xué)的第一個(gè)理論有關(guān)土力學(xué)的第一個(gè)理論17761776 CoulombCoulomb：庫侖土壓力理論：庫侖土

11、壓力理論1856 Darcy1856 Darcy：達(dá)西滲流定律：達(dá)西滲流定律1857 Rankine 1857 Rankine ：朗肯土壓力理論：朗肯土壓力理論1920 Prandtl1920 Prandtl：普朗特極限承載力公式：普朗特極限承載力公式1921-1923 Terzaghi1921-1923 Terzaghi：有效應(yīng)力原理及固結(jié)理論：有效應(yīng)力原理及固結(jié)理論1925 Terzaghi 1925 Terzaghi ：出版：出版土力學(xué)土力學(xué) 土力學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科的標(biāo)志土力學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科的標(biāo)志1936 1936 第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會(huì)議第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會(huì)議19601

12、960s s后后 現(xiàn)代土力學(xué)現(xiàn)代土力學(xué)萌萌芽芽時(shí)時(shí)期期古古典典時(shí)時(shí)期期現(xiàn)現(xiàn)代代 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 土是工程中應(yīng)用最廣泛的建筑材料。由土層所土是工程中應(yīng)用最廣泛的建筑材料。由土層所構(gòu)成的廣袤大地構(gòu)成的廣袤大地 是工程建設(shè)的基地是工程建設(shè)的基地 是建筑物的地基是建筑物的地基 是地下建筑的環(huán)境是地下建筑的環(huán)境 為土工構(gòu)筑物提供填筑材料為土工構(gòu)筑物提供填筑材料因此，對(duì)土工程性質(zhì)認(rèn)識(shí)的偏差可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p因此，對(duì)土工程性質(zhì)認(rèn)識(shí)的偏差可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p失巨大的事故。失巨大的事故。F學(xué)習(xí)土力學(xué)的重要性？學(xué)習(xí)土力學(xué)的重要性？ 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗

13、斯康谷倉 事故：事故：19131913年年9 9月開始裝谷物，月開始裝谷物，至至1010月月1717日共裝入日共裝入3 3萬多萬多谷物，但此時(shí)發(fā)生破壞：谷物，但此時(shí)發(fā)生破壞： 1 1小時(shí)豎向沉降達(dá)小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm30.5cm 24 24小時(shí)傾斜小時(shí)傾斜26265353 西端下沉西端下沉7.32m7.32m 東端上抬東端上抬1.52m1.52m 上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損概況：概況：長(zhǎng)長(zhǎng)59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565個(gè)圓筒倉。鋼混個(gè)圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚筏板基礎(chǔ)，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.6

14、6m。19131913年完工，自重年完工，自重2 2萬萬T T。 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 處理：處理：事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，使用使用388388個(gè)個(gè)50t50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了米。但其位置比原來降低了米。 原因：原因：谷倉的地基承載谷倉的地基承載力按鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開力按鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算。挖取土試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算。19521952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉破

15、壞時(shí)發(fā)生的小于谷倉破壞時(shí)發(fā)生的基底壓力。因此谷倉基底壓力。因此谷倉地地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)而滑動(dòng)。2653失事后1913.10.181952.10.5 試驗(yàn)孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 試驗(yàn)孔 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 香港寶城滑坡香港寶城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過一幢高殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過一幢高層住宅層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并寶城大廈

16、，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過土土體滑動(dòng)力超過土的強(qiáng)度的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 香港寶城滑坡現(xiàn)場(chǎng)香港寶城滑坡現(xiàn)場(chǎng) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 阪神大地震中的地基液

17、化阪神大地震中的地基液化神戶碼頭：神戶碼頭：地震引起大面積砂地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷損傷 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 地基液化造成的路面塌陷地基液化造成的路面塌陷 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 1964年日本新瀉地震地基的大面積液化 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) F 加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn)加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn)F 香港寶城滑坡香港寶城滑坡F 阪神等大地震中地基液化阪神等大地震中地基液化案例總結(jié)（一） 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：

18、土力學(xué)及其特點(diǎn) 可歸結(jié)為與土有關(guān)的可歸結(jié)為與土有關(guān)的 強(qiáng)度問題強(qiáng)度問題 比比 薩薩 斜斜 塔塔11731173年：動(dòng)工年：動(dòng)工13601360年：再復(fù)工，至年：再復(fù)工，至13701370年竣工，年竣工， 全塔共全塔共8 8層，高度為層，高度為55m55m12721272年：復(fù)工，經(jīng)年：復(fù)工，經(jīng)6 6年，至年，至7 7層，層， 高高48m48m，再停工，再停工11781178年：至年：至4 4層中，高約層中，高約29m29m， 因傾斜停工因傾斜停工 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 目前：塔向南傾斜，南北兩端沉目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)，塔頂離中心線

19、已達(dá)5.27m，傾斜，傾斜5.5原因：原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度低，變形大。和粘土層，強(qiáng)度低，變形大。15901590年年: : 伽利略在此塔做伽利略在此塔做 自由落體實(shí)驗(yàn)自由落體實(shí)驗(yàn) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 1838-18391838-1839：挖環(huán)形基坑卸載：挖環(huán)形基坑卸載1933-19351933-1935：基坑防水處理：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固19901990年年1 1月月: : 封閉封閉19921992年年7 7月：加固塔身，用壓重月：加固塔身，用壓重 法和取土法進(jìn)行地法和取土法進(jìn)行地 基處理基處理

20、 目目 前前 : : 已向游人開放。已向游人開放。 處理措施處理措施 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔F概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年祖建隆二年( (公元公元961年年) )。塔高。塔高47.5m，平面呈八角形。平面呈八角形。F問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線達(dá)頂離中心線達(dá)2.31m，底層塔身發(fā)生，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn)建筑物。不少裂縫，成為危險(xiǎn)建筑物。F原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層，原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層， 產(chǎn)生不均勻沉降。產(chǎn)生不均勻沉降。F處理：在四周建造圈樁排

21、式地下連續(xù)處理：在四周建造圈樁排式地下連續(xù)墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身。打設(shè)樹根樁加固塔身。 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 19861986年：開工年：開工19901990年：人工島完成年：人工島完成19941994年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營面積：面積：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m世界最大的人工島世界最大的人工島 日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)日本關(guān)西機(jī)場(chǎng) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 問題：沉降大且不均勻問題：沉降大且不均勻 設(shè)計(jì)沉降：設(shè)

22、計(jì)沉降：5.7-7.5 m 完成時(shí)完成時(shí)(1990年年)實(shí)際沉降：實(shí)際沉降：8.1 m，5cm/月月 預(yù)測(cè)主固結(jié)需：預(yù)測(cè)主固結(jié)需：20年年 比設(shè)計(jì)多超填：比設(shè)計(jì)多超填：3m 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) F 意大利比薩斜塔意大利比薩斜塔F 蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔F 日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)案例總結(jié)（二） 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 可歸結(jié)為與土有關(guān)的可歸結(jié)為與土有關(guān)的 變形問題變形問題土壩，土壩，高高90m90m，長(zhǎng)長(zhǎng)1000m1000m，19751975年建成年建成次年次年6 6月失事月失事 Teton壩（美國）壩（美國） 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 緒

23、論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 上午上午10:3010:30 11 11：000011:3011:3011:5711:57 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 損失損失直接直接80008000萬美元，萬美元，起訴起訴55005500起，起，2.52.5億美元，死億美元，死1414人，人，受災(zāi)受災(zāi)2.52.5萬人，萬人，6060萬畝土地，萬畝土地，3232公里公里鐵路被沖鐵路被沖原因原因滲透破壞：沖蝕滲透破壞：沖蝕 水力劈裂水力劈裂 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 1998年長(zhǎng)江大堤 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 九江

24、大堤決口九江大堤決口1998年年8月月7日日13:10發(fā)生管涌發(fā)生管涌險(xiǎn)情，險(xiǎn)情，20分鐘后，在堤外迎分鐘后，在堤外迎水面找到水面找到2處進(jìn)水口。處進(jìn)水口。又過又過20分鐘，防水墻后的土分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出堤突然塌陷出1個(gè)洞，個(gè)洞，5 m寬寬的堤頂隨即全部塌陷，并很的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約快形成寬約62m的潰口。的潰口。潰口原因：潰口原因：堤基管涌堤基管涌 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 溝后面板砂礫石壩溝后面板砂礫石壩位于青海省，高位于青海省，高7171米，長(zhǎng)米，長(zhǎng)265265米，建米，建于于19891989年。年。19931993年年8 8月月7 7日突然日突

25、然發(fā)生潰壩，瞬間沖發(fā)生潰壩，瞬間沖毀毀10001000多戶房舍，多戶房舍，288288人喪生，上千人喪生，上千人受傷。人受傷。潰壩原因：潰壩原因：面板止水失效，下游壩體排水不暢，面板止水失效，下游壩體排水不暢，造成壩坡失穩(wěn)造成壩坡失穩(wěn) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) F 美國美國TetonTeton壩失事壩失事F 9898洪水長(zhǎng)江堤防險(xiǎn)情洪水長(zhǎng)江堤防險(xiǎn)情F 溝后面板砂礫石壩潰壩溝后面板砂礫石壩潰壩案例總結(jié)（三） 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 可歸結(jié)為與土有關(guān)的可歸結(jié)為與土有關(guān)的 滲透問題滲透問題土工結(jié)構(gòu)物或地基土工結(jié)構(gòu)物或地基 土 強(qiáng)度問題強(qiáng)度問題 變形問題變形問題 滲透

26、問題滲透問題 強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性 變形特性變形特性 滲透特性滲透特性土力學(xué)可以解決工程實(shí)踐問題，這正是土力學(xué)可以解決工程實(shí)踐問題，這正是土力學(xué)存土力學(xué)存在的價(jià)值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。在的價(jià)值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。 學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 基礎(chǔ)和先導(dǎo)基礎(chǔ)和先導(dǎo) 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 土中應(yīng)力計(jì)算土中應(yīng)力計(jì)算工程應(yīng)用工程應(yīng)用 土壓力土壓力 土坡穩(wěn)定土坡穩(wěn)定 地基承載力地基承載力 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)核心理論核心理論 滲透特性滲透特性 變形特性變形特性 強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性土力學(xué)土力學(xué)F土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及

27、其特點(diǎn) 土的物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)土的滲透性土的滲透性 地基土的變形性質(zhì)地基土的變形性質(zhì) 地基土的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性地基土的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性 土壓力土壓力 土動(dòng)力學(xué)土動(dòng)力學(xué)其他問題其他問題 土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) F 設(shè)計(jì)理論方面設(shè)計(jì)理論方面F 土的本構(gòu)模型土的本構(gòu)模型F 土動(dòng)力學(xué)研究土動(dòng)力學(xué)研究F 土力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)和研制土力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)和研制F 復(fù)合地基和復(fù)合土體的設(shè)計(jì)和改進(jìn)復(fù)合地基和復(fù)合土體的設(shè)計(jì)和改進(jìn)F土力學(xué)的發(fā)展方向土力學(xué)的發(fā)展方向 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) F 重大交通運(yùn)

28、輸工程重大交通運(yùn)輸工程：高鐵、重載、機(jī)場(chǎng)、地鐵：高鐵、重載、機(jī)場(chǎng)、地鐵F 廢料儲(chǔ)存廢料儲(chǔ)存：核廢料、垃圾、二氧化碳：核廢料、垃圾、二氧化碳F 重大巖土工程災(zāi)害重大巖土工程災(zāi)害：滑坡、地面塌陷：滑坡、地面塌陷F 新能源開發(fā)新能源開發(fā)：可燃冰、深部采礦：可燃冰、深部采礦F土力學(xué)的新領(lǐng)域土力學(xué)的新領(lǐng)域 緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn)緒論：土力學(xué)及其特點(diǎn) 土力學(xué)定義、研究對(duì)象、研究的主要內(nèi)容 土力學(xué)應(yīng)用中的成功經(jīng)驗(yàn) 土力學(xué)應(yīng)用中的失敗教訓(xùn)：建筑物傾斜、地 基嚴(yán)重下沉、地基液化失效、土體滑坡 土力學(xué)理論：古典土力學(xué)、太沙基影響時(shí)期、 計(jì)算機(jī)時(shí)代 土力學(xué)設(shè)計(jì)理論、本構(gòu)模型、動(dòng)力學(xué)、試驗(yàn)設(shè)備第一章：土的物理性質(zhì)與工程

29、分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1.1 1.1 土的形成土的形成1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類1.6 1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性 主要內(nèi)容1.1 土土 的的 形形 成成土土巖石巖石風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積地質(zhì)成巖作用地質(zhì)成巖作用土的組成、結(jié)構(gòu)土的組成、結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)過程、條件過程、條件第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類一、風(fēng)化作用一、風(fēng)化作用 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化 巖石和土的粗顆粒受各種

30、氣巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產(chǎn)生脹候等物理因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫縮而發(fā)生裂縫, ,或在運(yùn)動(dòng)過或在運(yùn)動(dòng)過程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是顆粒大小發(fā)生量的變化是顆粒大小發(fā)生量的變化 礦物成分與母巖相同，稱原礦物成分與母巖相同，稱原生礦物生礦物 產(chǎn)生無粘性土產(chǎn)生無粘性土第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物 顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化 礦物成分與母巖不同，稱次礦物成分與母巖不同，稱次

31、生礦物生礦物 形成十分細(xì)微的土顆粒，最形成十分細(xì)微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類主要為粘性顆粒及可溶鹽類 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 包括植物、動(dòng)物和土壤微包括植物、動(dòng)物和土壤微生物的作用生物的作用 可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化 構(gòu)成土中有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物構(gòu)成土中有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的生物循環(huán)質(zhì)的生物循環(huán) 導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變土壤的結(jié)構(gòu)土壤的結(jié)構(gòu) 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 殘積土殘積土 無

32、搬運(yùn)無搬運(yùn) 運(yùn)積土運(yùn)積土 有搬運(yùn)有搬運(yùn)二、土的沉積類型二、土的沉積類型母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物運(yùn)殘留在原地的堆積物 殘積土殘積土 強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化 弱風(fēng)化弱風(fēng)化 微風(fēng)化微風(fēng)化 母巖體母巖體 顆粒表面粗糙顆粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗細(xì)不均粗細(xì)不均 無明顯層理無明顯層理第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 殘積土殘積土 無搬運(yùn)無搬運(yùn) 運(yùn)積土運(yùn)積土 有搬運(yùn)有搬運(yùn)風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物

33、的堆積物 坡積土：坡積土：土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均 洪積土：洪積土：有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì) 沖積土：沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭渾圓度分選性明顯，土層交迭 湖泊沼澤沉積土：湖泊沼澤沉積土：含有機(jī)物淤泥，土性差含有機(jī)物淤泥，土性差 海相沉積物：海相沉積物：顆粒細(xì)，表層松軟，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差 冰積土：冰積土：土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻 風(fēng)積土：風(fēng)積土：顆粒均勻，層厚而不具層理顆粒均勻，層厚而不具層理第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類土中氣體土中氣體 氣相氣相 次要作用次要作用固體顆粒固體顆

34、粒 固相固相 構(gòu)成土體骨架構(gòu)成土體骨架 起決定作用起決定作用土中水土中水 液相液相 重要影響重要影響1.2土體的三相構(gòu)成土體的三相構(gòu)成飽和土飽和土 ：土體孔隙完全被水充滿：土體孔隙完全被水充滿干干 土土 ：土體孔隙完全被氣充滿：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在非飽和土：孔隙中水和氣均存在第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類一、固體顆粒一、固體顆粒 粒組粒組 按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類 界限粒徑界限粒徑d(mm)礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

35、中 細(xì)粗 中 細(xì)0.075粗粒粗粒細(xì)粒細(xì)粒粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。巨粒巨粒60第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1 1、粒徑級(jí)配、粒徑級(jí)配F 粒徑級(jí)配：粒徑級(jí)配：各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分 數(shù)來表示數(shù)來表示F 分析方法：分析方法： 篩分法：適用于粗粒土篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細(xì)粒土水分法：適用于細(xì)粒土 常采用

36、比重計(jì)法常采用比重計(jì)法F 表述方法表述方法: : 粒徑級(jí)配累積曲線粒徑級(jí)配累積曲線第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類孔徑孔徑105.02.01.0(0.075)200g土土篩余篩余0101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P P（）（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)(mm)P100958778665536土的粒徑級(jí)配土的粒徑級(jí)配累積曲線累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.050.010.010.00

37、50.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)262613.513.51010篩篩分分法法第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)(mm) 土的粒徑級(jí)配累積曲線土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30特征粒徑特征粒徑: 斜率斜率: : 某粒徑范圍內(nèi)顆某粒徑范圍內(nèi)顆 粒的含量粒的含量 陡陡- -相應(yīng)粒組含量多相應(yīng)粒組含量多 緩緩- -相應(yīng)粒組含量少相應(yīng)粒組含量少 平臺(tái)平臺(tái)- -相應(yīng)粒組缺乏相應(yīng)粒組缺

38、乏d50 : 平均粒徑平均粒徑d60 : 控制粒徑控制粒徑d10 : 有效粒徑有效粒徑d30; 中間中間粒徑粒徑第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 土的粗細(xì)度：土的粗細(xì)度：用用d50 表示表示 土的不均勻程度：土的不均勻程度：用不用不均勻系數(shù)：均勻系數(shù)： Cu = d60 / d10 表示，表示，Cu 5，稱為不均，稱為不均勻土，反之稱為均勻土勻土，反之稱為均勻土 連續(xù)程度連續(xù)程度: 用曲率系數(shù)用曲率系數(shù) Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13為連續(xù)級(jí)為連續(xù)級(jí)配配, 33或或13 或或 Cc1為級(jí)配不連續(xù)土為級(jí)配不連續(xù)土F 不均勻系數(shù)不均

39、勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)和曲率系數(shù)Cc 用于判定土的用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣級(jí)配優(yōu)劣： Cu 5且且 Cc=13為級(jí)配為級(jí)配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰點(diǎn)處于零下幾十度冰點(diǎn)處于零下幾十度 完全不能移動(dòng)，具有固體的特性完全不能移動(dòng)，具有固體的特性 溫度略高于溫度略高于100C時(shí)可蒸發(fā)時(shí)可蒸發(fā)- 弱結(jié)合水：弱結(jié)合水： 受電場(chǎng)引力作用，為粘滯水膜受電場(chǎng)引力作用，為粘滯水膜 外力作用下可以移動(dòng)外力作用下可以移動(dòng) 不因重力而流動(dòng)，有粘滯性不因重力而流動(dòng)，有粘滯性粘土粘土顆粒顆粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子陽離子陽離

40、子強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水自由水自由水n 結(jié)合水：結(jié)合水：受顆粒表面電場(chǎng)作用力受顆粒表面電場(chǎng)作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)的水壓力，不能任意流動(dòng)的水第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類- 毛細(xì)水：毛細(xì)水：由于土體孔隙的毛細(xì)由于土體孔隙的毛細(xì)作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛細(xì)水承受表面張力和重力的毛細(xì)水承受表面張力和重力的作用作用- 重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流動(dòng)中自由流動(dòng)n 自由水：自由水：不受顆粒電

41、場(chǎng)引不受顆粒電場(chǎng)引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛細(xì)水毛細(xì)水重力水重力水第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類三、土三、土 中中 氣氣F自由氣體：自由氣體：與大氣連通的氣體，對(duì)土的與大氣連通的氣體，對(duì)土的性質(zhì)影響不大性質(zhì)影響不大F封閉氣體：封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體被土顆粒和水封閉的氣體其體積與壓力有關(guān)。會(huì)增加土的彈性；其體積與壓力有關(guān)。會(huì)增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性阻塞滲流通道，降低滲透性F溶解在水中的氣體溶解在水中的氣體F吸附于土顆粒表面的氣體吸附于土顆粒表面的氣體第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類一、粗粒土的結(jié)構(gòu)一、粗粒土

42、的結(jié)構(gòu)F粒間作用力：粒間作用力：重力起重力起決定性的作用決定性的作用。在非。在非飽和土中，還受到毛飽和土中，還受到毛細(xì)力的作用細(xì)力的作用F排列形式：點(diǎn)與點(diǎn)排列形式：點(diǎn)與點(diǎn) 點(diǎn)與面點(diǎn)與面單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)示意圖示意圖1.3 土土 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類二、細(xì)土顆粒間的作用力二、細(xì)土顆粒間的作用力 范德華力：范德華力：接觸點(diǎn)處的分子引力，作用范圍為接觸點(diǎn)處的分子引力，作用范圍為幾個(gè)分子的距離，是細(xì)粒土粘結(jié)在一起的主因幾個(gè)分子的距離，是細(xì)粒土粘結(jié)在一起的主因 庫侖力：庫侖力：顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離衰減的速度

43、比范德華力慢衰減的速度比范德華力慢 膠結(jié)力：膠結(jié)力：土粒間通過膠體連結(jié)在一起，作用力土粒間通過膠體連結(jié)在一起，作用力是化合鍵，具有較高的強(qiáng)度是化合鍵，具有較高的強(qiáng)度 毛細(xì)力：毛細(xì)力：土中毛細(xì)作用形成的力土中毛細(xì)作用形成的力 土中細(xì)顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的土中細(xì)顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的作用，其他粒間力起主導(dǎo)作用：作用，其他粒間力起主導(dǎo)作用：第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類三、細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)三、細(xì)粒土的結(jié)構(gòu) 形成環(huán)境形成環(huán)境 粒間作用力粒間作用力 排列形式排列形式淡水中沉積淡水中沉積表面力、膠結(jié)力表面力、膠結(jié)力（粒間斥力占優(yōu)勢(shì)（粒間斥力占優(yōu)

44、勢(shì)) )面與面面與面天然通常不是單一結(jié)構(gòu)，可能是呈多種類型的綜天然通常不是單一結(jié)構(gòu)，可能是呈多種類型的綜合結(jié)構(gòu)。往往先形成團(tuán)粒合結(jié)構(gòu)。往往先形成團(tuán)粒凝聚結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)海水中沉積海水中沉積表面力、膠結(jié)力表面力、膠結(jié)力（斥力減小引力增加（斥力減小引力增加) )邊、角與面邊、角與面邊、角與邊邊、角與邊示意圖示意圖分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu) 第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類四、砂土的振動(dòng)密實(shí)和液化四、砂土的振動(dòng)密實(shí)和液化振動(dòng)密實(shí)：松砂受振動(dòng)時(shí)土顆粒在振動(dòng)中調(diào)振動(dòng)密實(shí)：松砂受振動(dòng)時(shí)土顆粒在振動(dòng)中調(diào) 整相互位置，土的結(jié)構(gòu)趨于更加整相互位置，土的結(jié)構(gòu)趨于更加 密實(shí)和穩(wěn)定。密實(shí)和穩(wěn)定。振動(dòng)液化

45、：顆粒比較細(xì)小的砂土被水飽和，在振動(dòng)液化：顆粒比較細(xì)小的砂土被水飽和，在 突然振密而排水不暢的情況下，土突然振密而排水不暢的情況下，土 顆粒受到孔隙水的反作用而處于懸顆粒受到孔隙水的反作用而處于懸 浮狀態(tài)，變成液體狀，稱為液化。浮狀態(tài)，變成液體狀，稱為液化。第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類五、粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)五、粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo) 靈敏度靈敏度 觸變性觸變性S St t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616粘性土粘性土不靈敏不靈敏低靈敏低靈敏中等靈敏中等靈敏靈敏靈敏很靈敏很靈敏流動(dòng)流動(dòng) 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ原

46、狀土原狀土重塑土重塑土靈敏度靈敏度St：原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu和重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu之比之比第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性觸變性。 土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。宏觀表現(xiàn)。 目前尚沒有合理的描述土觸變性的方目前尚沒有合理的描述土觸變

47、性的方法和指標(biāo)。法和指標(biāo)。 靈敏度靈敏度 觸變性觸變性第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) )表表示示影響影響力學(xué)特性力學(xué)特性第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類一、物理性質(zhì)指標(biāo)一、物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系和質(zhì)量上的比例關(guān)系密實(shí)程度密實(shí)程度干濕程度干濕程度 特點(diǎn)特點(diǎn): : 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量

48、很多 要點(diǎn)：要點(diǎn)： 名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、 單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別 基本方法基本方法:定義定義三相草圖法三相草圖法第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類空氣空氣 Air三三 相相 草草 圖圖水水 Water固體固體 Solidma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積1 1、土的三相圖、土的三相圖第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類九個(gè)物理量九個(gè)物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指標(biāo)是比物性指標(biāo)是比例關(guān)系例關(guān)系: 可假

49、設(shè)可假設(shè)任一參數(shù)為任一參數(shù)為1wavwasVVVVVVV wwwaawsVm0mmmmm 物理量關(guān)系物理量關(guān)系:空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積三個(gè)獨(dú)立變量，三個(gè)獨(dú)立變量，干土或飽和土二干土或飽和土二個(gè)獨(dú)立變量個(gè)獨(dú)立變量其它指標(biāo)：其它指標(biāo)：三相草圖法計(jì)算三相草圖法計(jì)算實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室測(cè)定測(cè)定第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類2 2、基本物理性質(zhì)試驗(yàn)、基本物理性質(zhì)試驗(yàn)為了確定三相草圖諸量中的三個(gè)量，通為了確定三相草圖諸量中的三個(gè)量，通常進(jìn)行三個(gè)基本的物理性質(zhì)試驗(yàn)：常進(jìn)行三個(gè)基本的物理性質(zhì)試驗(yàn)：F 土的密度試驗(yàn)土的密度試驗(yàn)F 土粒比重試

50、驗(yàn)土粒比重試驗(yàn)F 土的含水量試驗(yàn)土的含水量試驗(yàn)第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 定義：土單位體積的質(zhì)量定義：土單位體積的質(zhì)量 表達(dá)式：表達(dá)式： 單單 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范圍一般范圍: 1.602.20 g/cm3awswsVVVmmVm n 土的密度土的密度 空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積 相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo): : 土的容重土的容重 = g 單位單位: kN/m3 工程上更常用工程上更常用, 用于計(jì)算土的用于計(jì)算土的自重應(yīng)力自重應(yīng)力第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 定義：土粒

51、的密度與定義：土粒的密度與4C時(shí)時(shí)純蒸餾水密度的比值純蒸餾水密度的比值 表達(dá)式：表達(dá)式： 單單 位位: 無量綱無量綱 一般范圍：粘性土一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65C4wsC4wsss)(VmGn 土粒比重土粒比重GsC4w =1.0 g/cm3土粒比重在數(shù)值上土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度等于土粒的密度空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì) 量之比，用百分?jǐn)?shù)表示量之比，用百分?jǐn)?shù)表示 表達(dá)式：表達(dá)式： 單單 位位: 無量綱

52、無量綱 一般范圍：變化范圍大一般范圍：變化范圍大ssswmmmmm(%)w 注意注意: : 其實(shí)是含水比其實(shí)是含水比, ,可達(dá)到或超過可達(dá)到或超過100100n 土的含水量土的含水量W空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類n 可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：3、換算指標(biāo)、換算指標(biāo)e1en n1ne 砂類土：砂類土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%，的可達(dá)，的可達(dá)60-70%svV/Ve n 孔隙比孔隙比e：土中孔隙體積與固土中孔隙體積與固體顆粒體

53、積之比體顆粒體積之比, 為無量綱為無量綱V/V(%)nvn 孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙體土中孔隙體積與總體積之比積與總體積之比, 用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示可用三相草圖推出可用三相草圖推出空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類對(duì)干土：對(duì)干土：Sr=0對(duì)飽和土：對(duì)飽和土：Sr=1 vwrVVS n 飽和度：飽和度：土中水的體積與孔土中水的體積與孔隙體積的比值隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水飽和度表示孔隙中充滿水的程度：的程度：空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV

54、體積體積第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類n 干密度：干密度：土被烘干時(shí)的密度，土被烘干時(shí)的密度， 干容重：干容重：gddV/msdn 天然密度天然密度 天然容重天然容重awswsVVVmmVm gn 飽和密度：飽和密度：土被飽和時(shí)的密度，土被飽和時(shí)的密度， 飽和容重：飽和容重：VVmvwssat gsatsat wsat n 浮容重：浮容重：靜水下的靜水下的有效容重有效容重空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類dsatdsatn 天然密度天然密度n 干密度干密度n 飽和密度

55、飽和密度VmmVmwsVVmvwssat V/msdn 天然容重天然容重n 干容重干容重n 飽和容重飽和容重n 浮容重浮容重gdd g gsatsat wsat 空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類eGVmws1)1 (11eGVmwssd1)1 (1wsdwsGGeeeGVVmwswVssat1)(eGwssat1) 1(eGVmVVSsWVwVwr空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積4、各種指標(biāo)的換算、各種指標(biāo)的換算第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物

56、理性質(zhì)與工程分類【例】某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得體積為某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)，烘干后，干土質(zhì)量為量為167g。若土粒的相對(duì)密度。若土粒的相對(duì)密度Gs為為2.66，求該土樣的含水量，求該土樣的含水量、密度、密度、重度重度 、干重度、干重度d 、孔隙比、孔隙比e、飽和重度、飽和重度sat和有效重度和有效重度 【解解】%98.11167167187%100smm3/87. 1100187cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66. 21)1 (sGe%7

57、.53593. 066. 21198. 0eGSsr3/4 .2010593. 01593. 066. 21mkNeeGssat3/4 .10104 .20mkNwsat第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類二、土的物理狀態(tài)指標(biāo)二、土的物理狀態(tài)指標(biāo)1、粗粒土的密實(shí)狀態(tài)、粗粒土的密實(shí)狀態(tài)簡(jiǎn)單方便，但只能用于同一種簡(jiǎn)單方便，但只能用于同一種土，不能反映級(jí)配的影響土，不能反映級(jí)配的影響 l 物理性質(zhì)指標(biāo)物理性質(zhì)指標(biāo)：孔隙比：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干密度干密度 d demin = 0.35emin = 0.20minmaxmaxreeeeD l 相對(duì)密度相對(duì)密度：

58、e emaxmax與與e emin min ：最大與最小孔隙比：最大與最小孔隙比第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類F最大孔隙比最大孔隙比e emaxmax: : 將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)頸漏將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比F最小孔隙比最小孔隙比emin : 將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小提高，求

59、得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比孔隙比理論上的最大與最小孔隙比理論上的最大與最小孔隙比在室內(nèi)的測(cè)定有時(shí)很困難在室內(nèi)的測(cè)定有時(shí)很困難粗粒土的最大與最小孔隙比粗粒土的最大與最小孔隙比第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類l 相對(duì)密度相對(duì)密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 粗粒土的相對(duì)密度粗粒土的相對(duì)密度l 粗粒土密粗粒土密 實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)實(shí)度標(biāo)準(zhǔn) Dr = 0 最松狀態(tài)最松狀態(tài) Dr 1/3松散狀態(tài)松散狀態(tài)1/3 Dr 0.4 稍密狀態(tài)稍密狀態(tài)0.4 2/3密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài) Dr = 1最密狀態(tài)最密狀態(tài)l 相對(duì)密度指標(biāo)主要用于

60、人工填土，對(duì)天然相對(duì)密度指標(biāo)主要用于人工填土，對(duì)天然砂土層采用砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法測(cè)定法測(cè)定第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類n 粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度稠度，稠度，稠度是指土的軟硬程度或土對(duì)外力引起變形或破壞的是指土的軟硬程度或土對(duì)外力引起變形或破壞的抵抗能力抵抗能力稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性土粘性土含水量含水量較硬較硬變軟變軟流動(dòng)流動(dòng)2、粘性土的稠度狀態(tài)、粘性土的稠度狀態(tài)第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類塑限塑限w wp p液限液限w wl l粘性土的稠