西南交大土力学课件

1、11.1 概述概述1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标1.4 土的分类土的分类1.5 土的压实特性土的压实特性1.6 地基勘察地基勘察2（1）土是地壳表层的岩石在长期经受风化作用和水流、冰川、风等自然力的剥蚀、搬运及堆积作用而生成的松散堆积物。 （2）土是离散颗粒的混合体 （3）土是天然产物高岭土在电子显微镜下的照片高岭土在电子显微镜下的照片1.1 概述概述3书中各章对土性的假定书中各章对土性的假定 章节章节 第第2章章 第第3章章 第第4章章 第第68章章基本基本方程方程土土土土颗颗粒粒骨骨架架孔孔隙隙水水拉普拉斯方程拉普拉斯方程0222222zh

2、yhxh22zuCtuv热传导方程热传导方程弹性理论弹性理论滑移线理论滑移线理论粘性流体粘性流体粘性流体粘性流体刚体刚体弹性体弹性体弹性体弹性体刚塑性体刚塑性体应变应变应变应变应变应变应变应变应应力力应应力力应应力力应应力力4一、按成因分类1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类5二、按粒径分类1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类6氢氧氢氧 铝铝氧氧 硅硅n H2OK K蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石高岭石高岭石粘土矿物构造单元示意图粘土矿物构造单元示意图硅氧四面体硅氧四面体硅氧晶片硅氧晶片 铝氢氧晶片铝氢氧晶片粘土矿物的晶片示意图粘土矿物的晶片示意图三、粘土颗粒与粘土矿物铝氢氧八面体铝氢氧八面

3、体1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类7蒙脱石：颗粒较细、易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力强）、蒙脱石：颗粒较细、易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力强）、 强度低、压缩性强度低、压缩性 比表面积比表面积6/d 其中，其中，d土粒粒径土粒粒径伊利石：居中伊利石：居中高岭石：颗粒较粗、不易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力差）、高岭石：颗粒较粗、不易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力差）、 强度高、压缩性低强度高、压缩性低1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类三、粘土颗粒与粘土矿物8四、超灵敏土 (St16)灵敏度灵敏度 =utuqSq2低灵敏24中灵敏48 灵敏重塑土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度(

4、kPa)(kPa)uq1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类 原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度(kPa)(kPa)uq原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗压强度度重塑土的无侧限抗压强重塑土的无侧限抗压强度度816 特别灵敏16 超灵敏9名词解释： 原状土从地层中取出，能保持原有结构及含水量的土。 扰动土指土体结构受到破坏或/和含水量发生变化的土。 重塑土将扰动的粘性土进行 风干、碎散、过筛、匀土、分样和烘干等工序，再按一定的密度和含水量制备成的试样，称为重塑土。10 粘聚性 塑性 膨胀与收缩 触变 冻结与融化 离子交换离子交换作用 （p18）1.2 土的成分及其分类土的成分及其分

5、类五、粘性土的物理化学性质 111.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三项比例指标 气相固相液相+ + +构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用12气水土粒m质量质量体积体积VVvVsVaVw土的三相图土的三相图msmw1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三相比例指标 131、孔隙比（void ratio) evSVeV孔隙体积土粒体积孔隙比 孔隙体积与土颗粒体积之比。1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三相比例指标体积体积Va气水土粒VvVsVw142、孔隙率（ porosity) nV100%VnV孔隙体积总体积孔

6、隙率 孔隙体积与土体体积之比， 用百分数表示100%1ene1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三相比例指标体积体积气水土粒VvV15ws100(%)mwm水质量土粒质量含水量土中水的质量与土颗粒质量之比烘干法测定含水量1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三相比例指标m质量质量气水土粒msmw3、含水量（ water content) w164、饱和度（degree of saturation) SrwrV100(%)VSV水体积孔隙体积饱和度孔隙中水的体积与孔隙体积之比1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三相比例指标体积体积Va气水土粒VvVsVw171、

7、土颗粒密度和土的比重(1)土颗粒密度ssssmV土粒质量土粒体积土粒密度土颗粒单位体积的质量（g/cm3)1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw181、土颗粒密度和土的比重（2）土粒比重 Gs土粒比重土颗粒质量与同体积的4oC时的纯水的质量之比。ssssw11wmGV纯水在纯水在4oC时的密度，时的密度，等于等于1g/cm3或或1t/m3。1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw19比重瓶法求土粒比重比重瓶s+-G 土粒质量同体积纯水质量干土质量干土质量 瓶加水质量 瓶加土加水质量ss

8、abmmmm1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度202、天然密度和天然重度（1）天然密度ttmV土 质 量总 体 积天然密度土单位体积质量（g/cm3或t/m3)求天然密度 实验室：环刀法 现 场：置换法(灌砂法、灌水法)1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw21（2）天然重度t天然重度土单位体积重量（kN/m3)ttWmggVV土重量总体积1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度2、天然密度和天然重度22sdmV土粒质量总体积干密度土单位体积土粒质量（g/cm3或t/m3)3、干密度和干重度（

9、1）干密度d1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw23（2）干重度d干重度土单位体积土粒重量（kN/m3)ssddWm ggVV3、干密度和干重度1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw24sVwsatmVV饱和密度孔隙充满水时土单位体积质量 （g/cm3或t/m3)（1）饱和密度sat4、饱和密度和饱和重度1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw25（2）饱和重度sat饱和重度孔隙充满水时土单位体积 重量（kN/m3)satsat

10、g4、饱和密度和饱和重度1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw26（2）有效重度（浮重度）ssw-mVV 土粒质量 浮力总体积（1）有效密度（浮密度）5、有效密度和有效重度有效密度地下水位以下，单位体积土粒质量扣除 浮力后，即为单位土体积中土粒的有效 密度（g/cm3或t/m3)。g1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度275、比重Gs1、孔隙比e2、孔隙率n4、含水量w3、饱和度St6、天然密度t 天然重度t7、干密度d干重度d8、饱和密度sat饱和重度sat9、浮密度浮重度（烘干法测定）（比重瓶法测定）（环刀法测

11、定）三项测定值基本指标, 其余可进行指标换算。1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度28sw(1)GwswwG气水土粒质量m体积VV=1+eVv=eVs=1土的三项物理指标换算图土的三项物理指标换算图swGe=VV/VsssswmGVwsmwm1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度29sw(1)1GwemVsswd11mGVewsw(1)1Gweswd1GesVwswwswsat()11mVGeGeVeesswswwsw(1)11mVGGVee 1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度30sw(1)1Gwesswswwsw(1)1

12、1mVGGVee sswsVwsvwwsatw()mVmVVmVVVVVV1VenVewwswstVVwwVmGww GSVVee1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度31土的三相比例指标换算公式 1 名称名称 符号符号 三相比例表达式三相比例表达式 常用换算公式常用换算公式 单位单位sG土粒比重土粒比重含水量含水量密密 度度饱和密度饱和密度有效密度有效密度干密度干密度g/cm3g/cm3 g/cm3g/cm3wdsatssswmGVrsS eGwws100%mwmrsS ewGd1wVmsw(1)1Gwed(1)wsVwsatmVVsdw1Ged1wsdmVsVwmVV

13、 sw11Ge satw ssatw1Gee32kN/m3 名称名称 符号符号 三相比例表达式三相比例表达式 常用换算公式常用换算公式 单位单位重度重度干重度干重度饱和重度饱和重度孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率有效重度有效重度 kN/m3 kN/m3 kN/m3饱和度饱和度dsatenrSmggVsw(1)1GwesddmggVsvwsatsatmVggVsswmVggVsdw1Gessatw1GeeeGs11vsVeVv100%VnVwrv100%VSVswd1Gesw(1)1Gweeen1dsw1nG stwGSedtwwSn土的三相比例指标换算公式 233例题例题1.1 1.1 某工程地基勘探

14、中，取原状50cm3，重95.15g，烘干后重75.05g，土粒比重为2.67 。求：dsatr,w e nS解解：绘制三相比例图质量（g)体积(cm3)m = 95.15g95.15V = 50cm350ms = 75.05g75.0520.13www1 /mg cmV3w20.1Vcm20.1ssswmGVssswmVG311.28167. 205.75cm28.11Vv = 5028.11= 21.89cm321.89Va = 21.8920.1= 1.79cm31.791.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度mw = 95.1575.05= 20.1g34质量（g)

15、体积(cm3)95.155075.05121.891.792、计算三相比例指标mgV3/03.19105015.95mkNsdmgV3/01.15105005.75mkNsvwsatmVgV3/39.191050189.2105.75mkNsatw =19.39-10=9.39kN/m3wsmwm%78.262678. 005.751 .20VsVeV78. 011.2889.21VVnV%78.434378. 05089.21wrVVSV%8 .91918. 089.211 .201.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度例题例题1.11.135 某

16、土料孔隙比e=0.9，饱和度Sr=40%，如果在体积不变的情况下，使饱和度增加到Sr=90%，问1m3土料中应加多少水。体积体积(m3)1加水后体积加水后体积(m3)Vs0.9VeVVv+Vs=1m3Vv=0.9Vs=0.474m33s10.52610.9Vm0.4740.526w1r1v0.4VSV加水前3w10.4 0.4740.19Vmw2r2v0.9VSV加水后3w20.9 0.4740.43Vm0.190.43所以所以1m3土加水量为土加水量为0.430.19=0.24(t)解：10.5261.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度例题例题1.21.2361.4 土

17、的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标37干土质量干土质量1.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标（1 1）筛分试验）筛分试验筛分试验示意图m1盘底m275mm3106mm4250mm5425mm6850mm72mm筛孔孔径筛孔孔径38（2）颗粒级配曲线）颗粒级配曲线 （在单对数坐标纸上制图）（在单对数坐标纸上制图）通过质量的百分数（通过质量的百分数（%）0.0010.010.1110100020406080100颗粒级配曲线粒径（粒径（mm) (对数坐标）对数坐标）1.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标39通过质量的百分数（通过质量的百分数（%）0.0010.010.111

18、01000204060801001.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标粒径（粒径（mm) (对数坐标）对数坐标）40小于某粒径的土重含量小于某粒径的土重含量（%）0.0010.010.11100204060801001001.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标粒径（粒径（mm) (对数坐标）对数坐标）411009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10（3 3）有效粒径）有效粒径d d101

19、0：（4 4）限定粒径）限定粒径d d6060：小于某粒径的土粒质小于某粒径的土粒质量累计百分数为量累计百分数为10%时时相应的粒径。相应的粒径。小于某粒径的土粒质小于某粒径的土粒质量累计百分数为量累计百分数为60%时时相应的粒径。相应的粒径。1.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标421009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10d301.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标（5 5）不均匀

20、系数）不均匀系数C Cu u：（6 6）曲率系数）曲率系数C Cc c：Cu 5，级配良好砾类土砂类土Cc=13级配良好Cu 5，匀粒土，级配不良Cu51060ddCu6010230dddCc43注： Cc过小（3）,d10 d30范围内有台阶即缺少该段粒径的土44PwLw稠度稠度固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限液限液限wsw01、液限Lw粘性土由可塑状态转到流动状态的界限含水量。测定：(2)碟式液限仪(3)联合测定仪圆锥沉入10mm时的含水量圆锥沉入10mm时的含水量(1)锥式液限仪锥式液限仪粘性土因含水量不同表现出来的各种不同的物理状态。粘性土因含水量不同表现出

21、来的各种不同的物理状态。1.4 土的分类土的分类二、稠度界限缩限缩限452、塑限Pw粘性土由半固态转到可塑状态的界限含水量。 (1)搓条法:土条搓到3mm时 刚好断裂,此时的含水量.(2)联合测定仪:圆锥沉入 2mm时的含水量.测定： 取不同含水量做几次(一般3次)试验,试验结果绘在双对数坐标纸上,试验点连成直线,可在图上直接查得塑限和液限.圆锥入土深度与含水量关系1.4 土的分类土的分类二、稠度界限463、缩 限sw粘性土由固态转到半固态的界限含水量。4、塑性指数 IP5、液性指数 ILPLPIww(省去%号)10 17 粉质粘土 17 粘 土PPLLPPwwwwIwwI表示粘性土的软硬状态

22、L0I 坚硬L00.25I硬塑L0.250.75I可塑粘性土处于可塑状态的变化范围。1.4 土的分类土的分类二、稠度界限L0.751.00I软塑L1.0I流塑固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态wPwLwsw0缩限缩限塑限塑限液限液限47(一）岩石的工程分类一）岩石的工程分类1、岩石按坚固性分类2、岩石按风化程度分类 类别 强度（MPa) 代表性岩石 硬质岩石 大于等于30 花岗岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英岩等软质岩石 小于30 页岩、粘土岩、云母片岩等微风化、中等风化、强风化1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类48（二）碎石土（二）碎石土（三）砂土（三）砂土1.4 土

23、的分类土的分类三、土的工程分类土的名称土的名称颗粒级配颗粒级配砾砂砾砂粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的25255050粗砂粗砂粒径大于粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的5050中砂中砂粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的5050细砂细砂粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的8585粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的505049（四）粉土（四）粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%，塑性指数P10I （五）粘土（五）粘土塑性

24、指数 IP10 (岩勘规) 或7(铁桥规)的土。1、按沉积年代分2、按塑性指数分（1）老粘土 粉质粘土：粘土：P1017IP17I（2）一般粘性土（3）新近沉积粘性土1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类50（六）特殊土（六）特殊土1、软土(soft clay)主要由细粒土组成；软土分布于沿海、内陆河流下游及湖泊与沼泽地区。分类淤 泥：淤泥质土：泥 炭：有机质含量 60%有机质土：有机质含量 50%L,1.5wweL,1.0 1.5wwe特性e大，一般e1；压缩性高；天然含水量高，天然含水量接近或大于液限；强度低，透水性差，变形稳定时间长。1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类512、人工

25、填土3、黄土(loess）（六）特殊土（六）特殊土由人类活动堆积而成的土。(1)素填土：(2)杂填土：(3)冲填土： 老黄土土质密实，一般无湿陷性 新黄土大孔发育，有湿陷性水压力湿陷 由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的 填土，不含杂质或杂质很少。由含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组成的填土。是由水力冲填泥砂形成的填土。1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类52（六）特殊土（六）特殊土4、膨胀土 （expansive clay）5、红粘土 (laterite soil) 膨胀土是指粘粒成分主要由亲水性粘粒矿物组成的粘性土。具有吸水膨胀，失水收缩的特性。 红粘土是指碳酸盐系出露的岩石，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。液限一般大于50，上硬下软，具明显收缩性，裂隙发育。6、冻土(frozen ground)季节性冻土与多年冻土 三年以上温度低于00C而不融化的土为多年冻土。虽冻土本身强度高，但受建筑物的影响，气温等自然条件变化可使其冻融或冻胀。1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类53（六）特殊土六）特殊土7、盐渍土(saline soil)地表土层中易溶盐含量大于0.5%的土。吸水膨胀性强、对混凝土和金属材料有腐蚀性1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类54（七）细粒土按塑性图分类（七）细粒