第一章-土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)課件

土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)

土力學(xué)體系一、土的三相理論二、土的滲透理論三、土的強度理論四、土的變形理論土的物理性質(zhì)與工程分類第一章對土的特點進行詳細解釋和定量描述本章特點:看起來零散學(xué)習(xí)要點:

理清各節(jié)間聯(lián)系各節(jié)內(nèi)層次§1土的物性與分類§1.1土的三相組成§1.2土的物理狀態(tài)§1.3土的工程分類第1節(jié)土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱為三相系。固相:土的顆粒，構(gòu)成土的骨架；液相:土體孔隙中的水及其溶解物；氣相:孔隙中的空氣固相氣相液相一.固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級配§1土的物性與分類§1.2土的三相組成礦物成分顆粒形狀1.粒徑級配一.固體顆?！?土的物性與分類§1.2土的三相組成顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例粒徑級配影響土性的主因顆粒大小粒組

按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑P13一.固體顆粒0.075dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細粗

中

細

極細粗粒土細粒土§1土的物性與分類§1.2土的三相組成土的分類標準粒徑級配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

水分法：適用于細粒土(<0.075mm)——各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分數(shù)來表示表述方法

粒徑級配累積曲線、列表法§1土的物性與分類一.固體顆粒§1.2土的三相組成一.固體顆?！?土的物性與分類105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)§1.2土的三相組成P%958778665536土的粒徑級配累積曲線水分法粒徑(mm)0.0750.010.005百分數(shù)P(%)2613.510一.固體顆?！?土的物性與分類§1.2土的三相組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:限定粒徑d10

:有效粒徑d30

;不均勻程度：Cu=d60/d10連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級配不均勻粗細程度：用d50

表示

一.固體顆?！?土的物性與分類§1.2土的三相組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量

陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中

緩--相應(yīng)粒組含量少

平臺--相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級配連續(xù)性好粒徑級配粒徑級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(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≥5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土的物性與分類一.固體顆粒§1.2土的三相組成結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水

結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷§1土的物性與分類§1.2土的三相組成二.土中水（液相）§1土的物性與分類§1.2土的三相組成二.土中水結(jié)合水排列致密、定向性強密度>1g/cm3(1.5-1.8)冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)強結(jié)合水位于強結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性弱結(jié)合水自由水重力水毛細水在重力作用下可在土中自由流動存在于固氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動§1土的物性與分類§1.2土的三相組成二.土中水§1土的物性與分類§1.2土的三相組成二.土中水土中毛細現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細管毛細升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對象:

水柱三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道§1土的物性與分類§1.2土的三相組成

土有三個組成部分：固相、液相和氣相

小結(jié)1.固體顆粒2.土中水3.土中氣體粒徑級配礦物成分顆粒形狀結(jié)合水(強結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細水)自由氣體封閉氣體§1土的物性與分類§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)§1土的物性與分類土的物理性質(zhì)指標(三相間的比例關(guān)系)力學(xué)特性影響表示一.物理性質(zhì)指標土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系§1土的物性與分類§1.3土的物理狀態(tài)密實程度干濕程度……特點:指標概念簡單，數(shù)量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義基本方法:三相草圖法1.

三相草圖§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)三相草圖§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個:共有九個參數(shù):

VVvVsVaVω

/msmωmam剩下三個獨立變量三相草圖法物性指標是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參數(shù)為1對于飽和土,Va=0剩下兩個獨立變量實驗室測定其它指標是一種簡單而實用的方法§1.3土的物理狀態(tài)§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標2.室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積----土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的容重γ=ρg工程上更常用,用于計算土的自重應(yīng)力單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60—2.20

g/cm3定義:土單位體積的質(zhì)量有時也稱土的天然密度§1.3土的物理狀態(tài)表達式:相關(guān)指標:§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒比重s:

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無量綱土粒比重一般范圍:

粘性土2.70—2.75砂土2.654?C時純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義:土粒的密度與4?C時純蒸餾水的密度的比值§1.3土的物理狀態(tài)表達式:土粒比重常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒比重：式中：m1——瓶加水的質(zhì)量；

m2——瓶加土加水的質(zhì)量；

ms——烘干土的質(zhì)量。§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水量定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,

用百分數(shù)表示注意:

其實是含水比,可達到或超過100％§1.3土的物理狀態(tài)表達式:一.物理性質(zhì)指標表示土中孔隙含量的指標孔隙比孔隙率(孔隙度)§1土的物性與分類３.其它常用的物理性質(zhì)指標關(guān)系:在某種程度上反映土的松密砂類土：28-35%粘性土：30-50%有的可達60-70%§1.3土的物理狀態(tài)定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分數(shù)表示表達式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積三相草圖可用于確定物性指標之間的關(guān)系一.物理性質(zhì)指標表示土中含水程度的指標§1土的物性與分類含水量飽和度§1.3土的物理狀態(tài)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達式:定義:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:

干土Sr=1:

飽和土§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標表示土中密度和容重的指標天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重浮密度有效容重飽和容重§1.3土的物理狀態(tài)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:

土被完全烘干時的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達式:各種密度容重之間的大小關(guān)系：§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標§1.3土的物理狀態(tài)天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1土的物性與分類二.土的物理狀態(tài)指標§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(三相間的比例關(guān)系)力學(xué)特性影響表示emax與emin：最大與最小孔隙比1.粗粒土的密實狀態(tài)§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標密實度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少優(yōu)點：簡單方便缺點：不能反映級配的影響只能用于同一種土對策2、相對密度§1.3土的物理狀態(tài)1、孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20粗粒土的密實狀態(tài)指標

判別標準：Dr

=1,最密狀態(tài)

Dr

=0,最松狀態(tài)

Dr≤1/3,疏松狀態(tài)1/3<

Dr≤2/3,中密狀態(tài)

Dr>2/3,密實狀態(tài)§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標§1.3土的物理狀態(tài)相對密度3、標準貫入錘擊數(shù)N2.粘性土的軟硬狀態(tài)§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標也稱稠度狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性土含水量較硬變軟流動塑限ωp液限ωl§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標§1.3土的物理狀態(tài)縮限ωs測定塑限的方法：搓滾法和液塑限聯(lián)合測定法。測定液限的方法：液限儀法和液塑限聯(lián)合測定法測定縮限的方法：收縮皿法，把土料的含水率調(diào)制到大于土的液限，然后將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測出干試樣的體積并稱量準確至0.1g后，按下式計算式中：ws—土的縮限；

w—制備時的含水率；

V1—濕試樣的體積；

V2——干試樣的體積。液限ωL通常采用平衡錐式液限儀測定平衡錐重76g，錐角為30°，試驗時使平衡錐在自重作用下沉入土樣中，當達到沉入深度（公路標準17mm）時土樣含水量即為液限ωL.塑液限聯(lián)合測定儀砂類土細粒土——吸附結(jié)合水的能力；粘性大小；大致反映粘土顆粒含量

§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標§1.3土的物理狀態(tài)塑性指數(shù)相對稠度§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標§1.3土的物理狀態(tài)對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同液性指數(shù)不同的粘土，ωp、ωl

大小不同定義：wpww