哈工大土力學(xué)一、二章課件

緒論巖石風(fēng)化的產(chǎn)物碎散性受力以后易變形，強(qiáng)度低體積變化主要是孔隙變化剪切變形主要由顆粒相對位移引起非連續(xù)體固相-土骨架液相-水氣相-空氣三相性受力后由土骨架、孔隙介質(zhì)共同承擔(dān)存在復(fù)雜的相互作用孔隙流體流動(dòng)多相體系天然性非均勻性各向異性結(jié)構(gòu)性自然變異土有哪些特點(diǎn)？緒論土有哪些特點(diǎn)？

滲透特性變形特性強(qiáng)度特性碎散性三相性天然性巖漿噴出地表迅速冷凝固結(jié)形成火出巖。巖漿噴出作用§1.1土的形成過程及組成巖漿侵入作用巖漿侵入到地殼一定深度緩慢冷凝形成侵入巖。風(fēng)化作用剝蝕作用沉積作用成巖作用土是由出露地表的巖石經(jīng)風(fēng)化后、堆積形成的。搬運(yùn)作用氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響次要作用土是三相體二、土的組成§1.1土的形成過程及組成物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑、級配礦物成分顆粒形狀一、土粒粒度成分固相：是由難溶于水或不溶于水的各種礦物顆粒和部分有機(jī)質(zhì)所組成§1.２土的顆粒特征土粒又稱為土的固相粒徑、級配顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例狹義的粒徑級配影響土性的主因§1.２土的顆粒特征1.土粒大、小及其粒組劃分粒組

按粗細(xì)分組，粒徑接近的歸一類粗、細(xì)粒分界：0.075§1.２土的顆粒特征二.土粒粒度成分的分析及表示方法（顆粒級配）土中各粒組相對含量百分?jǐn)?shù)為土的粒度或顆粒級配粒徑大于等于0.075mm的顆粒用篩分法區(qū)分。粒徑小于等于0.075mm的顆粒用水分法區(qū)分。篩分法：用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔減小放置。將稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱留在各篩上的土質(zhì)量，計(jì)算其占總土粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在時(shí)間ti內(nèi)，Li深度以上其最大顆粒為di，則該處的最大粒徑為§1.２土的顆粒特征比重計(jì)法：利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量粒徑級配粒徑級配曲線、指標(biāo)用途1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu判定土不均勻程度：Cu≥10,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc判定土【連續(xù)程度】：Cc=1~

3,級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥10且

Cc=1~3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土1、密度

2、土粒比重3、土的含水量1、孔隙比2、孔隙率3、飽和度4、干密度5、飽和密度6、有效密度小結(jié)基本指標(biāo)導(dǎo)出指標(biāo)e常見值：砂土——0.5～1.0，e<0.6時(shí)呈密實(shí)狀態(tài)，為良好地基粘性土——0.5～1.2，e>1.0時(shí)，為軟弱地基§1.4粘性土的物理特性指標(biāo)一、粘性土的界限含水量ω%0固體狀態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流塑狀態(tài)含水量很小時(shí)，較硬，外力壓碎成粉沫，固體狀態(tài)水過多就成了流塑狀態(tài)的泥漿狀。含水量變化后狀態(tài)：固態(tài)半固態(tài)可塑態(tài)流塑態(tài)強(qiáng)度：下降很多，可達(dá)10倍以上可塑性是物體在外力作用下，可塑成任何形狀，當(dāng)外力撤除后，能保持既得形狀而不變化的特性，粘性土只要含水量適當(dāng)就有這種特性，稱具可塑性ω%0固體狀態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流塑狀態(tài)WLWpWs液限塑限縮限粘性土液、塑限差值【去掉百分號】稱為塑性指數(shù)，記為Ip。ω%固體狀態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流塑狀態(tài)WsWLWp塑性指數(shù)反映粘性土【可塑狀態(tài)】時(shí)含水量變化范圍；礦物成份上看：粘土礦物中的蒙脫土礦物與水作用能力最強(qiáng)，因此這段范圍越大，說明土體中【蒙脫土礦物】越多；粘性土與水作用能力大小與粒徑密切相關(guān)這段范圍越大，土體中【細(xì)粒土】越多§1.4粘性土的物理特性土體可塑性是含弱結(jié)合水的緣故，因此這段范圍越大，土體中【弱結(jié)合水】越多同時(shí)，土粒表面吸附陽離子層厚度越厚，土中低價(jià)離子含量越多，土滲透性越差、阻水性越好因此，塑性指數(shù)Ip反映粘性土的工程性質(zhì)。用塑性指數(shù)Ip對粘性土分類，是粘性土命名依據(jù)§1.4粘性土的物理特性指標(biāo)液性指數(shù)IL：稠度指標(biāo)，反映粘性土的軟、硬程度,IL值處于0～1.0之間時(shí)，土體處于可塑狀態(tài),將粘性土的軟硬狀態(tài)分為土堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑等幾種狀態(tài)§1.5砂土的密實(shí)度孔隙比是反映土體密實(shí)程度指標(biāo)，但土體孔隙比與土粒徑組成有關(guān)。粘土顆粒間有粘聚力，呈團(tuán)聚狀態(tài)；砂土則不然，顆粒間無聯(lián)結(jié)，其顆粒排列緊密程度直接決定它承載能力；砂土密實(shí)程度決定砂土承載能力也就是說在某一固定粒度條件下，以最疏松狀態(tài)制樣可以達(dá)到其最大孔隙比emax，當(dāng)振動(dòng)、加壓、搗實(shí)后可以獲得最小孔隙比emin；六大類巖石，碎石土，砂土，粉土，粘性土，人工填土以及特殊土?！?.6土的工程分類一、巖石1.定義：顆粒間牢固聯(lián)接，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體粗粒土按粒徑及粒度分類2.分類依據(jù)堅(jiān)硬程度——巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度frk巖石完整程度劃分按風(fēng)化程度劃分微風(fēng)化中等風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化§1.6土的工程分類1.定義：土的粒徑d>2mm的顆粒含量大于50%的土2.分類依據(jù):顆粒級配+顆粒形狀二、碎石土3.碎石土的密實(shí)度：按重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N63.54.常見碎石土的工程性質(zhì)強(qiáng)度高,滲透性大,壓縮性低——優(yōu)良地基2.工程性質(zhì)密實(shí)——良好地基飽和稍密——地震時(shí)易液化——不良地基四、粉土1.定義：塑性指數(shù)Ip

>10的土2.分類塑性指數(shù)土的名稱Ip

>17粘土10<Ip

≤

17粉質(zhì)粘土五、粘土1.按Ip分§1.6土的工程分類3.工程性質(zhì)——與含水量密切相關(guān)密實(shí)、硬塑——良好地基疏松、流塑——軟弱地基§1.6土的工程分類【粗粒土】一般按粒度（顆粒級配）分類命名，【粘性土】按塑性指數(shù)分類，【特殊土】按其特定的工程性質(zhì)分類。3.工程性質(zhì)——通常強(qiáng)度低，壓縮性大，不均勻——壓實(shí)土相對較好——雜填土最差<一>.淤泥和淤泥質(zhì)土幾類特殊土§1.6土的工程分類<二>、紅粘土、膨脹土、濕陷性土礦物：存在于地殼中具有一定的化學(xué)成分與物理性質(zhì)的自然元素與化合物

§2.1粘土礦物顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)礦物成分為原生礦物和次生礦物。原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物石英、長石、云母等一.土粒的礦物成份次生礦物次生礦物是原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后發(fā)生變化而形成所以原生礦物是【巖漿】形成的，而次生礦物是【原生礦物】形成的！！粗粒土：原巖直接破碎，基本上是【原生礦物】，其成份同生成它們的母巖?！?.1粘土礦物顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)硅片的結(jié)構(gòu)基本單元：硅-氧四面體§2.1粘土礦物顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)二、粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)鋁片的結(jié)構(gòu)基本單元：鋁-氫氧八面體粘土礦物本身是極小的扁平顆粒，與水的作用能力除了與【礦物成份】有關(guān)外，還與它的【表面積大小】密切相關(guān)。粘土粒向陽極移動(dòng)，水分子向陰極移動(dòng)。粘土顆粒本身帶負(fù)電！高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）粘土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面積：單位質(zhì)量土顆粒的總表面積§2.1粘土礦物顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)二、雙電層的概念它存在于土體的孔隙中或土粒表面，分【自由水】和【結(jié)合水】。自由水就是地下水，結(jié)合水是指受到電分子引力作用而吸附在土粒表面的水。前已述及：粘土礦物本身帶負(fù)電荷，因而在土粒表面形成電場?！?.2粘土顆粒的膠體化學(xué)性質(zhì)粘土中含大量水——土中水結(jié)合水定義受到【電分子引力】作用而吸附在【土粒表面】的水土粒表面空間有限，一層排不下就兩、三層各層水分子到土粒表面距離不同，電分子引力大小隨距離增加迅速衰減?！緩?qiáng)結(jié)合水】從性質(zhì)上可看成是固體顆粒的一部分——固定層

排列致密、定向性強(qiáng),【沒有溶解能力，不能傳遞靜水壓力】只有吸熱變成蒸汽時(shí)才能移動(dòng)密度>1g/cm3

冰點(diǎn)處于零下-78℃

具有【固體特性】，極大粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度強(qiáng)結(jié)合水

位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場引力作用范圍內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性弱結(jié)合水我們稱其為強(qiáng)結(jié)合水§2.2粘土顆粒的膠體化學(xué)性質(zhì)弱結(jié)合水亦稱擴(kuò)散層或薄膜水層，是在強(qiáng)結(jié)合水的外層，隨著其到土顆粒表面的距離的增加，電分子引力越來越弱，直到與自由水相接【仍不能傳遞靜水壓力】，冰點(diǎn)從-78～０°C逐漸變化，具粘滯度和抗剪強(qiáng)度。土粒表面的【固定層】、【擴(kuò)散層】合稱雙電層。水膜厚的弱結(jié)合水可以向鄰近膜薄地方轉(zhuǎn)移。當(dāng)土中含有較多【弱結(jié)合水】時(shí)才具可塑性。§2.2粘土顆粒的膠體化學(xué)性質(zhì)一電滲排水和電化學(xué)加固二軟土地基注漿加固中的電滲灌漿天然地面注漿§2.3粘性土工程性質(zhì)和利用注漿井管二、利用離子交換改良粘土的工程性質(zhì)增加滲透性——擴(kuò)散層變薄——用高價(jià)離子置換低價(jià)離子減少滲透性——擴(kuò)散層變薄——用低價(jià)離子置換高價(jià)離子增加土的水穩(wěn)性增加土的阻水性三、土的結(jié)構(gòu)土結(jié)構(gòu)的分類工程性質(zhì)單粒結(jié)構(gòu)>蜂窩、絮狀結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，壓縮性高不可作為天然地基蜂窩結(jié)構(gòu)0.02~0.002mm絮狀結(jié)構(gòu)（二級蜂窩結(jié)構(gòu)）<0.005mm§2.3粘性土工程性質(zhì)和利用和改良絮凝結(jié)構(gòu)聚粒結(jié)構(gòu)密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)是良好的天然地基四、粘性土的結(jié)構(gòu)性與靈敏度粘性土顆粒小，顆粒間存在電分子引力、顆粒間膠結(jié)作用，使顆粒間具【聯(lián)結(jié)強(qiáng)度】，呈“團(tuán)聚”狀態(tài)，稱為土的結(jié)構(gòu)性；當(dāng)外界因素使這種【顆粒間聯(lián)結(jié)】遭到破壞，土強(qiáng)度就降低。用靈敏度來反映靈敏度=原狀土的強(qiáng)度/重塑土的強(qiáng)度§2.3粘性土工程性質(zhì)和利用和改良qu——原狀土的強(qiáng)度，kPa，（抗剪強(qiáng)度或無側(cè)限抗壓強(qiáng)度）qur——重塑土（含水量不變的擾動(dòng)土）強(qiáng)度，kPa，（抗剪強(qiáng)度或無側(cè)限抗壓強(qiáng)度）St——粘性土的靈敏度，St<2

不靈敏的粘土St=2～４中等靈敏粘土或一般粘土St=4～8靈敏性粘土St>