最新土力学教案

1、辅品好文档.推荐学习交流辅品好文档.推荐学习交流土力学教案第一章土的物理性质及分类11概述土是由固体颗粒、水、气体三部分组成的三相体系。土二土粒（固相）+水（液相）+空气（气相）-固相包括多种矿物成分组成的土的骨架。.液相主要是水（溶解有少量的可溶盐类）。-气相主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等。各相的性质及相对含量的大小直接影响土体的性质，土粒大小和形状、矿物成 分及排列和联结特征是决定土的物理力学性质的重要因素。土粒矿物成分与土粒大小有关：粗大土粒：往往保留原生矿物，多呈块状或柱状。细小土粒：主要是次生矿物，多呈片状。无粘性土当土样中巨粒（土粒粒径大于60mm）和粗粒（60 0.075mm

2、）的含量超过全重50%时属无粘性土。土中水影响粉性土和粘性土的可塑性、胀缩性、湿陷性、冻胀性等物理特征。1.2 土的组成一、 固体颗粒（土粒）I无机矿物颗粒:由原生矿物和次生矿物组成有机质原生矿物：由岩石经物理风化生成的颗粒，它的成分与母岩的相同，如：石英、长 石、辉石、角闪岩、云母等。特性：颗粒一般较粗，多呈浑圆形、块状或板状；吸附水的能力弱，性质比较 稳，无塑性。次生矿物：由原生矿物经化学风化生成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同。如：由长石风化成的高岭石、由辉石或角闪石风化成的绿泥石等。特性：颗粒极细，且多呈片状；性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙 脱石组成的颗粒），具塑性。遇水膨

3、胀。粗大土粒一般是化学性质较稳定的原生矿物颗粒，有单矿物颗粒和多矿物颗粒 两种形态。细小土粒主要是次生矿物颗粒和生成过程中介入的有机物质。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站田除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113二、土粒粒度分析方法土是由大小不同的土粒组成的。土粒的大小、形状、矿物成分和级配对土的物 理性质有明显影响。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。 例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。(-)几个概念粒度土粒的大小称为粒度，常以粒径表示。粒组

4、界于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。界限粒径划分粒组的分界尺寸。常用粒组的界限粒径：(根据国标土的分类标准(GBJl45-90)200mm. 60mm. 2mm? 0.075Inml 0.005mm200、 60、 2、0.0750.005 nn20、50.5 s 0.25 s 0.10.01漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾、砂砾、粉粒、粘粒。(二)土的颗粒级配- 土的颗粒级配(粒度成分)土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总重的 百分数)。土粒的组合情况大大小小土粒含量的相对数量关系-确定各粒组相对含量的方法颗粒分析试验1筛分法，0.075mm 粒径60mm的粗粒组将风干、分散的代表性土样

5、通过一套自上而下孔径由大到小的标准筛，称出留 在各个筛子上的干土重，经计算可得小于某一筛孔直径土粒的累积重量及累计百分 含量。沉降分析法，比重计法和移液管法,粒径0.075mm的细粒组(下沉速度) 土粒下沉速度与粒径的理论关系，用比重计法或移液管法测得颗粒级配。土粒下沉时的速度与土粒形状、粒径、质量密度以及水的粘滞雯有关。土粒的沉降速度可以用G.G.斯笃克斯(Stokes. 1845)定律计算：式中p土粒在水中的沉降速度，cm/s；g重力加速度，981cms2P*、d 土粒的密度，g/cm：-和直径，cm?久、水的密度,gcm3和粘滞度JO-JPa s Q =霁脣=彳和仇= G、p.,/ 1的

6、 IT上式可变换为：一7 （Gi-I） gv t水的0值由温度确定土粒沉降距离厶处悬液密度，可采用密度计法（即比更计法）或移液管法测得,并可由此计 算岀小于该粒径d的累计百分含虽。采用不同的测试时间即可测得细颗粒各粒组的相对沉降法假定土粒为球体颗粒，实际上土粒并不是球体颗粒，因此计算得的粒径 并不是实际土粒尺寸，而是与实际土粒在液体中的相同沉降速度的理想球体的直径 （称为水力当量直径）。（2）试验成果颗粒级配累积曲线级配累积曲线采用半对数坐标：土粒粒径相差常在百倍、千倍以上，宜采用半 对数坐标表示。_ 纵坐标一小于某粒径的土质量含量（X或称累计百分含甸半对数坐标1横坐标一对数坐标一上粒粒径S加

7、） 曲线分析：曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀；曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。判别土体级配好坏的指标曲率系数CC=为-“6Odlo（有效粒径）一一小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时相应的粒 径；% （中值粒径）小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时相应的粒 径；% （限制粒径）小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时相应的粒径。不均匀系数C“反映大小不同粒组的分布情况。C“越大表示土粒大小的分布范 围越大、其级配越好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度。曲率系数G描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。般工程上Q v5为均粒土，

8、属级配不良；辅品好文档.推荐学习交流辅品好文档.推荐学习交流C“10的土，属级配良好。级配连续土 ：曲线平滑，没有台阶；采用指标C“即可判断级配好坏；级配不连续：曲线呈台阶状；采用单一指标C“难以判断级配好坏。砾类土和砂类土当同时满足C“刁5, C, = l3时则为良好级配砾或良好级配砂。 否则，级配不良。级配良好：曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。颗粒级配可以在一定 程度上反映土的某些性质。对于级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所 填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较好透水性和压缩 性也较小，可用作堤坝或其它土建工程的填方土料。1 - 土中水强结合水 .弱结

9、合水 毛细水 重力水三、土中的水和气-对土性质影响大受重力和表而张力f何 受重力作用自由流动廿土粒有浮力作用结合水是受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。强结合水（吸着水）紧靠土粒表面的结合水膜，牢固地结合在土粒表面， 其性质相当于固体。没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，只有吸 热变成蒸汽时才能移动。弱结合水（薄膜水）紧靠强结合水外围的结合水膜，不能传递静水压力， 但较厚的弱结合水膜能向邻近较薄的水膜缓慢转移。当土中有较多弱结合水时具有 定的强塑性。弱结合水离土粒表面愈远，受到的电分子吸引力愈弱，并逐渐过渡 到自由水。弱结合水的厚度，对粘性土的粘性特征及工程性质影响很大。自由水不受土粒表面

10、电场影响，能传递静水压力。重力水存在于地下水位以下，重力水的渗流特征，是地下工程排水和防水 工程的主要控制因素，对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑 地下构筑物有重要影响。毛细水存在于地下水位以上，毛细水的上升高度与土粒粒度成分有关；上 升高度和速度对于建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸湿、冻胀 等有影响。土中台体非封闭（体工屮rs封闭气体_一对土的性质影响大封闭气体为与大气隔绝的气体，它使土在外力作用下的弹性变形増加，透水性 减小。非封闭气体在外力作用下，连通气体排出，对土的性质影响不太。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站田除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请

11、联系网站曲除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113四、粘土颗粒与水的相互作用P14五、土的结构和构造1 - 土的结构指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小、形状、相互排 列及其联结关系等因素形成的综合特征。单粒结构常见于砂土、碎石土土的结构蜂窝结构以粉粒为主的土絮状结构是粘性土的主要结构形式单粒结构由粗大土粒在水中或空气中下沉形成的。为碎石类土和砂类土 的结构特征。紧密的单粒结构的土在荷载作用下沉降小、强度较大、压缩性较小，是良好 的天然地基。疏松的单粒结构土，在外力作用下易移动，孔隙减少，变形大，需处理做为 人工地基。蜂窝结构粒径0.075 -

12、 0.005mm的土粒在水中沉积时以单个土粒下沉，当碰上已沉积土 粒时(它们之间的相互引力大于其重力)就停在最初接触点不再下沉，逐渐形成土 粒链，组成弓架结构，最后形成孔隙大的蜂窝结构；当承受较高荷载时，结构破 坏，产生严重沉降。絮状结构细小的粘粒(粒径小于0.005mm)或胶粒(粒径小于0.002mm)重力小，在水 中不因自重而下沉，主要受粘土颗粒与水作用产生的粒间作用力。粒间作用力有排 斥力和吸引力，且均随粒间距离减小而増加，但増长速率不相同。总的吸引力大于 排斥力时为净吸力，反之为净斥力。J层理构造 裂隙构造土的构造指土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的 特征。层理

13、构造土在生成过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不 同，而沿竖向呈现的成层特征，有水平层理构造和交错层理构造。裂隙构造如，柱状裂隙。强度和稳定性降低，透水性大，对工程不利。【本次课总结】1 . 土是由固体（土粒）、液体（水）和气体（空气）三相所组成；粒径级配曲线的特点及用途；常见土的结构及构造形式。【复习思考】1 -粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？2.为什么土的级配曲线用半对数坐标？1.3 土的三相比例指标反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。表示土的三相组成比例关系的指标, 统称为土的三相比例指标。1 -土的三相图质虽加体枳F土的三相图【注意】土的三相图只

14、是理想化地把土体中的三相分开，并不表示实际土体三相所 占的比例。一、指标的定义1 -三项基本物理性质指标土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定,亦称直接测定指 标。1 土的密度P土单位体积的质量（单位为g/cr或）mP=-Y = P试验测定方法：环刀法一般粘性土P = I.8 2.0gc/ ；砂土P=I.6 2.0gcJ ；腐殖土P = I.5 1.7 g cm ；辅品好文档.推荐学习交流辅品好文档.推荐学习交流土粒比重（土粒相对密度）G,土粒的质量与同体积4。C纯水的质量之比。Q=牛X丄=厶，无量纲。VS PMI PmIPi土粒密度（gsJ）PWX纯水在QC时的密度（单位体积

15、的重量）I等于lgcm3或1,沪。试验测定方法：比重瓶法实际上：土粒比重在数值上等于土粒密度，前者无因次。同一类土，其比重变化幅 度很小，通常可按经验数值选用。见下表。土粒比审参考值土的名弥矽土粉粘性土粉质站土粘土土料比*2652692. 702712. 72-2.732. 742 76【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别注意：从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比 重不变； 土的含水量 一土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示：6y = 100%叫般：同一类土，当其含水量増大时，其强度就降低。试验测定方法：烘干法（湿，干土质量之差与干土质量的比值

16、）【讨论】含水量能否超过oo% ?从公式可以看出，含水量可以超出100%。2.特殊条件下土的密度0）饱和密度和饱和重度饱和密度几汝一一（土孔隙中充满水时的单位体积质量）土体中孔隙完全 被水充满时的土的密度： = U +严。（PW = PHI =igcm-）饱和重度：sat=salg （kNm）。和干重度仅供学习与交流.如有侵权请联系网站田除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流V1 + 仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113干密度单位体积中土粒的质量：Pd=牛,(kgm3, gcm3) O干重度单位体积中土粒的重量：

17、(kNm3) o在工程上常把干密度作为评定土体密实程度的指标，以控制填土工程的施 工质量。有效重度(浮重度)一一单位土体积中土粒的质量扣除同体积水的质量即 为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度P叫-K Ph-P = g;匕沧(kNm3) O同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系：YSaI mYSat=YY -描述土的孔隙体积相对含量的指标测出上述三个基本试验指标后，就可根据三相图，计算出三相组成各自的体积 上和质量上的含量，并由此确定其它的物理性质指标，即导出指标。孔隙比一一土中孔隙体积与土粒体积之比，用小数表示：e = 孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标。天然状态下土的

18、孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标， 可以用来评价天然土层的密度程度。一般el0的土是疏松的高压缩性土。孔隙率土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分数表示： = 100% 孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度。一般粘性土的孔隙率为3060%,无粘性土为2545%。饱和度一一土中所含水分的体积与孔隙体积之比(以百分率计)，饱和度 可描述土体中孔隙被水充满的程度：5,. =Xlo0%显然汗土的饱和度Sr =A当土被完全饱和状态时Sr=IOO%o砂土根据饱和 度可划分为下列三种湿润状态：5r50%稍湿，50% 80%饱和。【讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1或100% ?二、指标的换

19、算已知：Q (力，0)S ni Sj (曲 Iyai(I)I /等的表达式。推导间接指标的关键在于：熟悉各个指标的定义及其表达式，能熟练利用土的三相简图。令 =P* 匕=1则Vv=e9 V = + el Ini = GySPW = GSPwl加” =MwV = WGyPW, ItI = (I + W)G.、久推导：体积j气4Ur f *IL :iS1土的三相物理指标换算图加 _ (1 + W)GSPW P一 _V=V = = (b)由(b)式一纽亠U jPdPnx+Vpw GSPW+e pw P畑=T一VV VXPWVIPh.注意：此时已是已知円的指标。根据各间接指标的定义，利用三相简图可求得

20、:YSal = + e土的三相比例指标换算化式一并列于下表。【本次课小结】-各指标的定义；2.利用三相图进行指标间的相互换算。【复习思考】1 -在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？用何方法？2.在三相比例指标中，哪些指标的数值可以大于1,哪些不行？轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113土的三相比例指标换算公式名称符号三相比例表达式常用换算公武单位常见的数值范国土锐比做GG.=W粘性土： 272275粉 土，2. 70-2. 71 砂 土： 265269含水StWw= 100%山Wa

21、eG w120% 60%度PTnPtsaPP=Pd (l + u)P=巒“gcmi1620干密度角加*=-Vgcm31.378屯和密度m + v& ZyG, + egcm31823浮密度,m3-VnrP 卩C =Pz-B筈弘g/cm30813度7g/-g* /.kNm216-20干重度ZdYd = Pd grdykNm,13 18总和政度wt*jt g徵kNmi18 23浮虫度尸=0 gVf Gi-IkNm3813孔隙比e叭l=TPAG. (1+s) PW ,粘性土和粉.七：0. 40-1.20 砂： 030090C -(LPn/r令 XIo0%rtrt 1 GS桔性土和粉土： 30%60%砂

22、 土，25%45%饱和度SrSL 存 XH)0%S =学S宀警nJOWSrW50 %稍湿50Sr80 很湿80 yInW _ 180 -135 mx 135In (1 + ?)GVrrw = 0.0kNm3-mIni + UlW法二卡9厂丁不亍g = IOnI s2mw = 180 135 ns = 135gL4无粘性土的密实度无粘性土一般是指砂（类）土和碎石（类）土 ；一般粘粒含量少，不具可塑性, 呈单粒结构。砂土密实度划分方法：1 -按天然孔隙比划分按天然孔隙比e划分砂土密实度（TJ7 74）密实度土 类密实中密稍ft松IS砾砂粗砂、中砂e0. 600. 600. ?50. 750. 85

23、细砂、粉砂e0. 700. 70e0. 850. S50 95要求：采取原状砂土样不足：采样困难，且难以有效判定密实度的相对高低。相对密（实）度Dr =min%,砂土在最松散状态时的孔隙比，即最大孔隙比;Sm砂土在最密实状态时的孔隙比即最小孔隙比； C砂土在天然状态时的孔隙比。当Dr=O,表示砂土处于最松散状态；Dr =t表示砂土处于最密实状态。砂土密实度表（JTJo24-85）分级密实中S松稍松松DrA0. 67O. 670. 33O. 33Df0. 20A30302N1515N10N10按实测平均N划分砂土密实度（JTJO2485）密实度密实中松松标贯击数N50 3029 10953030

24、N63,51515 N,s7N3.57本表适用于卵石、碎石、圆砾、角砾。.野外鉴别（碎石）对于大颗粒含量较多的碎石土，一般对于漂石、块石以及粒径大于20Omm的 颗粒含量较多的碎石类土，密实度很难做室内试验或原位触探试验，一般采用野外 鉴别方法来划分为：密实、中密、稍密、松散。如P 26表。1.5粘性土的物理特征、粘性土的可塑性及界限含水量粘性土由于含水量的不同，分为固态、半固态、可塑状态和流动状态，这即是粘性土的稠度状态。界限含水量粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，也即各稠度 状态间的临界含水量，以百分数表示。可塑性当粘性土在某含水量范围内，用外力塑成任何形状而不发生裂纹， 并当处

25、力移去后仍能保持形状的性能。固体状态半固体状态可塑状态流动状态液限土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为，用表示，我国采用 锥式液限仪来测定。其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮 平杯口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉 入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入IOmrn深度.这时杯内土样的含水量就是液限 值。为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。塑限土由半固态到可塑状态的界限含水量，用QP表示，用”搓条法测 定。即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于IOmm） I放在毛玻璃板上 再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为3

26、mm,出现裂纹，自然 断开，这时土条的含水量就是塑限少卩值。缩限土由半固体状态不断蒸发水分到体积不再缩小时土的界限含水量，用 表乔O注意：塑限、液限、缩限是一个含水量二、粘性土的可塑性指标粘性土可塑性指标除了塑限、液限、缩限外，还有塑性指数和液性指数等指 标。塑性指数指液限和塑限的差值（省去号），即土处在可塑状态的含水量 变化范围，用4表示。p=-叫 注意：计算时含水量要去百分号结论：塑性指数表示土处在可塑状态的含水量变化范围，显然，塑性指数愈 大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。塑性指数的大小与土中结合水的可能含 量有关，土中结合水的含量与土的颗粒组成、矿物组成以及土中水的离子成分和浓土的

27、名称粉质粘上粘土23性悟数117粘性土按塑性指数分类注一肉定“时，液限以76克圆维仪机人土样中深度Iomm为准：度等因素有关。其值的大小取决于土颗粒吸 附结合水的能力,亦即与土中粘粒含量有关。 粘粒含量越多,土的比表面积越大,塑性指数 就越高。应用：根据其值大小对粘性土进行分类。液性指数粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。用儿表示。 乙值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。IL L)Il 1流动状态用途：根据其值大小判定土的软硬状态粘性土的状态(GB50007氏态坚W便塑可塑软塑流SS滾性指数ZlOOZlO. 250. 25Zl0. 750. 7510粘性土的状态按液性指数的划分(JTJ

28、O24-85)分级坚硬、半坚唤状态可切状态流塑状斉软SSB液性指数ZlO0Zt0. 50. 5Zt4 高灵敏土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越多。2 .触变性触变性粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强 度又随时间而逐渐増大，粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土 的触变性。四、粘性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性1 .粘性土的胀缩性粘性土由于含水量的増加而发生体积増大的性能称膨胀性；由于土中水分蒸发 而引起体积减少的性能称收缩性；两者统称胀缩性。粘性土的膨胀性和收缩性对基坑、边坡、坑道及地基土的稳定性有着很重要的 意义。(1)膨胀性(expansi

29、bility)粘性土的膨胀性常用下列指标表示：自由膨胀率:原状土样膨胀后体积的増量与原体积之比，以百分率表VO试样初始体积，取量土杯的容积为IOml ；Vm.膨胀稳定后测得50 mL容积的量筒内试样体积，ml。常用线膨胀率：-%o式中：九土样原来的高度，Cmh土样膨胀稳定后的高度，Cm膨胀系数若5目直接以小数表示时，称膨胀系数。爲较小的膨胀土，膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微；為高的土，具有强的膨 胀潜势，则较多建筑物将遭到严重破坏。(2)收缩性(Shrinkage)粘性土的收缩性是由于水分蒸发引起的。当土中含水率小于收缩限WS时，土体积收缩极小；随着含水率的增加，土体 积増大，当含水率大于液限时

30、，土体坍塌。表征粘性土的收缩性指标有：体缩率es :试样收缩减小的体积与收缩前体积的比值。以百分率表之。V -VS =100%式中：V(收缩前的体积，CmMV收缩后的体积，cm3线缩率es :试样收缩后的高度减小量与原高度之比，以百分率表之。S =kzoo%式中：Z0试样原始高度，Cm1试样经收缩后的高度，Cm2 - 土的湿陷性土的湿陷性指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受 水浸湿后，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征，以湿陷系数值衡 量，由室内压缩试验测定。A _叽-叽S hp压缩仪中原状试样加压压缩稳定后的试样高度h；压缩仪中原状试样加压压缩稳定后，再加水浸湿下沉

31、稳定后的高度；九土样的原始高度。对黄土 ：0.015 ,为非湿陷性黄土 ； 0.015 ,为湿陷性黄土。3.土的冻胀性土的冻胀性指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。 危害：使路基隆起，使柔性路面鼓包、开裂、倾斜、甚至倒塌；解冻后土层软化， 强度降低。轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113辅品好文档.推荐学习交流（2）分类巨粒土和含巨粒的土的分类土类粒组含址土代号土名称S 4-巨粒（d60mm）濾石粒(c200mm) 50%B石巳砂工含 MIO0 75%漂石粒50%Cb卵石混合巨氢含锻淑石50IiSI混合土原石巨粒土50%SS石粒50%CbS

32、l混合土卵石巨粒巨粒含1漂石tt99石粒9=6020Omm)SlB澡石滋合土混合土50% 15%諛石粒卵石粒SICb弗石混合土砾类土的分类（2mmV60mm砾粒组含5O）粒组含盘土代号土名称细粒含董级 fi Cu5, G=I 3GW復配艮好砾vs%级不同时溝足上述晏求GP级配卞良砾细粒含15？5%GF含细粒上砾厂匕责砾细粒含舉细鞄为粘土GC粘土质砾15%, =50%細粒为粉土GM粉上质砾&：细粒粒组包括粉粒(0.005mm5. C严3SW级配Ii好砂V5%级配:不同时満足上述要求SP级配不良砂fi砂细程含最5%15%SF含细粒土砂ns 砂绍炖含虽细粒为粘土SC粘土质砂15%, 50%细粒为粉土

33、SMrS 砂2细粒土的分类标准细粒土试样中粗粒组（0.075” V 60/77/77）含量少于25%的土。含粗粒的细粒土试样中粗粒含量为25% 50%的土。当采用我国锥式液限仪测定液限时，利图（或下表）讲行分类：塑性图（釆用锥式液限仪）塑性图（采用碟式液限仪）细粒土的分类土的報性指标在刻性图中的位Js土代号土名祢液限5. (%)p0. 63 (WL-20)和 p10wl40CH高港:限帖土uL40一- 一一CL低液限粘土p0. 63 (WL-20)和 Jr40MH离液限粉土WtV40ML低液限粉土两条经验界限：斜线为A线，作用是区分有机土和无机土、粘土和粉土，A线上侧是粘土，下 侧是粉土，竖线

34、为B线，作用是区分高塑性土（高液限土）和低塑性土（低液 限土）。在A线以上的土为粘土：液限大于40的土称为高塑性粘土 CHI液限小于40的为低塑性粘土 CL ；在A线以下的土为粉土：液限大于40的土称为高塑性粉土 MHI液限小于40的为低塑性粘土 ML ； 若土样处于A线以上，而塑性指数在710之间，则土的分类应给以相应的搭 界分类CL-MLo含粗粒的细粒土分类：按塑性图并根据所含粗粒类型进分分类（1）当粗粒中砾粒占优势，称为含砾细粒土，在细粒土代号后缀加G,例含砾低液限粘土，代号CLG ；（2）当粗粒中砂粒占优势，称为含砂细粒土，在细粒土代号后缀加S,例含砂高液限粘土，代号CHS ；若细粒土

35、内含部分有机质，则土名交加“有机质”，对有机质细粒土的代号后缀 代号为O,例，低液限有机质粉土，代号MLOO7地基土的工程分类-按沉积年代和地质成因划分地基土按沉积年代可划分为：老沉积土 ：第四纪晚更新世G及其以前沉积 的土，一般呈超固结状态。新近沉积土 ：第四纪全新世近期沉积的土，一般呈欠 固结状态。根据地质成因可分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、淤积 土、风积土和冰积土等。.按颗粒级配（粒度成分）和塑性指标划分土按颗粒级配和塑性指标分为：碎石类土、砂土、粉土和粘性土。仅供学习与交流.如有侵权请联系网站田除谢谢113地基土的分类是根据不同的原则将其划分为一定的类别，同一类

36、别的土在工程 地质性质上应比较接近。土的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可 以大致判断土的工程特性、评价土作为建筑材料的适宜性及结合其他指标来确定地 基的承载力等。作为建筑场地和地基的土的分类一般可按下列原则进行：1、根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等。2、根据颗粒级配或塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。3、根据土的工程特性的特殊性质可分为一般土和特殊土。无粘性土无粘性土一般指碎石土和砂土。碎石土粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。碎石土根据粒组含量及形状按下表分类。碎石土分类乂的名称闻鮫形状轅粒级配*石石Sl形及疋匮形为主粒径大于2G0n

37、m的赖检含贵殖过全乐50%陵角形为主布石石Sl形及亚個为主粒軽大于20mm的颗粒传盘超过全重50%綾角形为主3E琛佝砾Ia形及亚弧形为主粒径大于2mm的穎粒含僮超过全陋50%竣角形为主注：定名时应根掛拔粒圾IE由大到小以最先符合若确定.砂土一一粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、且粒径大于0.075mm的颗二的名称颗校级配砂放径大于2m的矽灼念眦占全审25%50%粒超过全重50%的土。/砂Kl径大于O. 5mm的疑粒含SiSii全更50%砂土按粒组含量(颗粒级配)分类如下砂救径大于O. 25mm的颗殺含蚩超过全3( 50%S砂粒径天于O. O75mm的颗垃含做轻过全壇85%不 O安砂占径

38、大于O. O75mm的帳红含依超过全Jft 50%(2)粉土 ：介于无粘性土与粘性土之间,是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%,塑性指数y, 10的土。 可根据颗粒级配分为粘质粉土和砂质粉土：粉土分类土的名称 I顒.粒 级 配二g址丄出夂木工八爲 hM44*K切H壬 ；粉土密实度的分类(GB5OO21)密实度密度中密孔凍比*Y0 75O. 75e0. 90e0 90粉土的颗粒级配中0.050Jmm和0.0050.05mm的粒组占绝大多数，而水与 土粒之间的作用是明显不同于粘性土和砂土，这主要表现“粉粒“的特性。其工程性 质介于粘性土和砂土之间。若用含水量接近饱和的粉土，团成小球

39、，放在掌上左右 反复摇幌，并以另一手震击，则土中水迅速渗出，并呈现光泽，这是野外鉴别时常 用方法之一。粘性土粘性土是指塑性指数po的土。粘性土，粉质粘土 10pS17.粘土: p17特殊土特殊土具有一定分布区域或工程意义，具有特殊成分状态和结构特征的 土。有湿陷性土、红粘土、软土(包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土、泥炭等)、混 合土、填土、冻土、膨胀岩土、盐渍岩土、风化岩和残积土、污染土等。二、公路桥涵地基土的分类三、公路路基土的分类第二章土的渗透性及渗流2.1概述渗透性(透水性)土体被液体透过的性质。渗透在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象。渗流液体在土孔隙或其他透水性介质中的流动。土的渗透性研

40、究包括三个方面：渗流量：如渗水量及排水量计算；渗透破坏问题：渗流力渗流对土颗粒施加的作用力。渗流力过大使土体产生渗透变形，甚至渗透破坏，如边坡破坏，地面隆起，堤 坝失稳等。渗流控制问题：如降低水位差，防渗等。2 土的渗透性、土的层流渗透定律达*a试喩筑賈达西定律试验发现：单位时间内的渗出水量G与水力梯度i和圆筒断面积A成正比，且与土的透水性能有关，即仅供学习与交流，如有侵权请联系网站田除谢谢113q = kiAq F I AL/试样两端的水头差，Cm或m；L渗径长度；Cm或m ；k渗透系数，cm/s或m/d ；其物理意义是当水力梯度f等于1时的渗透速度；（2）达西定律的适用范围与起始水力坡降对

41、于密实的粘土：由于结合水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一 数值，克服了结合水的粘滞阻力后才能发生渗透。起始水力梯度使粘性土开始发生渗透时的水力坡降。粘性土渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系，如图（b）中的实线所示，常用虚直线来描述密实粘土的渗透规律。v = k（i_ij式中ib密实粘土的起始水力坡降；对于粗粒土中（如砾、卵石等）：在较小的F下，V与i才呈线性关系，当渗透 速度超过临界流速如时，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈 非线性关系，如图（C）所示，此时，达西定律不能适用。土的渗透速度与水力梯度的关系（）砂土；（6）密实粘土（）硏土【注意】由上式求

42、出的U是一种假想的平均流速假定水在土中的渗透是通过整个 土体截面来进行的。土粒本身是不能透水的，故真实的过水断面面积人应小于整 个断面积A,所以实际平均流速耳大于卩（假想平均流速），关系如下：q = VA = VrAr若均质砂土的孔隙率为“ I则Ar =VA VV =r nA U二、渗透试验与渗透系数dt =?两边积分得（It = 一严 aL dh变水头试验装普渗透系数是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗透计算时必须用到的一个 基本参数。1 .渗透系数的确定主要分现场试验和室内渗透试验两大类，一般说，现场试验比室内试验所得到 的成果要准确可靠。实验室测定法：常水头试验法，透水性大的砂性土

43、变水头试验法，透水性小的无粘性土 常水头试验适用：透水性大(k10%ms)的土，例如砂土。常水头试验就是在整个试验过程中，水头保持不变。试验 时测出某时间间隔/内流过试样的总水量O ,根据达西定律Q = qt = IdAf= k-At即k =常水头试验装置MIAt变水头试验适用：渗透系数很小的土，如粘土。粘性土由于渗透系数很小，流经试样的总水量也很小，不易准确测定。因此, 应采用变水头试验。变水头试验就是在整个试验过程中，水头随时间而变 化的一种试验方法。设细玻璃管的内截面积为，试验开 始后任一时刻/变水头的水位差为，经过时段力，细玻 璃管中水位下落必则 Q = mlh (负号表不渗水量随力减

44、小而増加)得到渗透系数抽水试脸如用常用对数表示，上式可写为现场测定法实测流速法：色素法、电解质法、食盐法仅供学习与交流.如有侵权请联系网站田除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113注水法：抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法水位恢复法抽水试验：如图，在现场打一口试验井，贯穿要测定值的砂土层，并在距井中心不同距 离处设置一个或两个观测孔。以不变的速率连续抽水，水位稳定后，测定试验井和 观测孔中的稳定水位，假定水流是水平流向时，流现水井的渗流过水断面应是一系 列同心圆柱面。待出水量和

45、井中的动水位稳定一段时间后，若测得的抽水量为S 如图测出斤七和水位高度,21由达西定律可求出土层的平均k值。q = Aki = 2h k-= q = 2tkhdhdr r两边积分q牛=2町- hdh得 qn = 7tkh; -12)k_q l(r2r1) 兀(局- h：)或用常对数表示：R = 2.3#黑嘤兀(竝一衍)影响渗透系数的因素影响渗透系数的主要有：土的粒度成分和矿物成分土的颗粒大小，形状及级配，影响土中空隙大小及形状，因而影响渗透性。上粒越粗，越浑圆，越圆滑，越均匀时，渗透性越大。砂上中含有较多粉上，或粘上颗粒 时，其渗透系数就大大降低。丄中含有亲水性较大的粘土矿物或有机质时，也大大

46、降低上的渗 透性。密实度(孔隙比)由e = $可知，孔隙比e越大，匕越大，渗透系数越大，而孔隙比的影响，主 要决定于土体中的孔隙体积，而孔隙体积又决定于孔隙的直径大小，决定于土粒的 颗粒大小和级配。饱和度般饱和度越低，值越小，因为低饱和土的孔隙不存在较多气泡会减小过水 断面积，甚至堵塞小孔道，同时由于气体因孔隙水压力的变化而胀缩，因而饱和度 的影响是一个不定因素，所以，要求试样必须充分饱和，以保持试验的精度。土的结构同时，扰动土样与击实土样的k值通常经同一密度的原状土样的R值为小。土的构造天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土特别是具湿陷性黄土，具有竖直方向的渗透系数要比

47、水平方向大得多。 层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。水的温度试验表明，斤值与渗流液体(水)的重度人以及粘滞度有尖，水温不同时， 人相差不多，便变化较大。水温越高，越低；斤与基本上成线性关系。因 此，在戸C时测得的心值应加以温度修正，使其成为标准温度下的值。一般采用 20 C为标准温度。k = k2t) = -k结合水膜厚度的影响粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。土中气体的影响当土孔隙中存在密闭气泡时，会阻塞水的渗流，从而降低了的渗透性。这种密 闭气泡有时是由溶解于水中的气体分离而形成的，故水的含水量也影响土的渗透系 数。影响因素：

48、水温，试验表明，与渗透液体的容重心及粘滞系数有关；水温不 同，几相差不大，但粘滞系数变化较大，水温升高，粘滞系数降低，R增大。此外，渗透水的性质对值的影响。成层土的等效渗透系数平行层面渗透系数两个基本条件：总渗流量心等于各分层渗流量之和ClX =IX + +- - + X总水力坡降人等于各分层的水力梯度右 TOC o 1-5 h z I = /: I= = /= =IIX IlXIlXIiXIlIX由条件得:kxixHkliixHl 2+ i +由条件代入上式得1 nHpiHi整个土层的平均渗透系数 kx = (%H +k2H2 +-+kiHi+ + knHn)H =【讨论】对于成层土，如果各

49、土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时,与层向平行的平均渗透系数将取决于最透水层的厚度和渗透性。并近似表示为 k=k,-oH垂直层面渗透系数两个基本条件：总渗流量办等于各分层渗流量你QV =%、 =Qly = = qiy = . = q町总水头损失力等于各分层水头损失人之和。h = A1 + h2 + + %+ hn 由条件得：kJ、L = klilyL = k2i2yL =kiiiyL =knittyLk k、.k - .v Iny=TlyiyH=iiyHl+i2yH2+ - +iiyHi+- + inyHll 由条件得_kk=I +-H,整个土层的平均渗透系数斤【讨论】对于成层土，如果各

50、土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层面垂直的平均渗透系数将取决于最不透水层的厚度和渗透性。2-3 土中二维渗流及流网简介一、流网特征辅品好文档.推荐学习交流辅品好文档.推荐学习交流流线水质点的流动路线，流线上任一点的切线方向就是流速失量的方向等势线渗流场中势能或水头的等 值线流网由流线和等势线所组成的曲 线正交网格。图中，实线为流线，虚线为等势线。 流网特征：流线与等势线互相正交；每个网格的长宽比为常数；相邻等势线间的水头损失相等；各个流槽的渗流量相等。结论：流网中等势线越密的部位，水力梯度越大，流线越密的部位流速越大。 二、流网的应用 求相邻等势线间的水头损彌吩；(Nd为流场中总等

51、势线间隔数，10根等势线N(I=9)2 .求i网格平均水力梯度ii= ；3-求每一流槽的渗流量：流速 vi=kit=k- 流量Qi = v4, (E为网格的苑度)求网格中某点孔隙水应力心WJ= YWKi静的孔隙水应力：由下游静水位所产生的孔隙水应力I Ui=YWKi超静孔隙水应力：接由外荷载和渗流引起的超出下游静水位的那一部分测压管 水头所产生的孔隙水应力，人(Q -)5 .求渗流力丿(见下节)2. 4渗透破坏与控制、渗流力1 概念：渗流力(动水力)单位体积土颗粒所受到的渗流作用力。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站田除谢谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢

52、谢113轻品好文档.推荐学习交流仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢1132 -渗流时的受力分析在如图所示渗透破坏试验中，对土样假想将土骨架和水分开取隔离体，对水柱 隔离体受力分析。水柱重力Gw=土中水重力+ 土粒浮力的反 力GW = VVrW + VxrW = VrW = LAWrW水柱上下两端面的边界水压力人九和 r ；土柱内土粒对水流的阻力，其大小与渗流 力相等，方向相反。设单位土体内的渗流力为J、土粒对水流阻力为丿，则总阻力为丿方向竖直向下。 由平衡条件得:/JwAw + GW + J,lAw = whAwSi渗流力特征：(1)渗流力是一种体积力，KNIm3渗流力丿与水力坡降/成

53、正比，J=ki ；渗流力方向与流向一致，作用在土粒上。-利用流网计算渗流力(1)对流网中某网格i,求得其水力坡降乙 求i网格总渗流力,ji = YWii, Ji = jiyi = Yjihhi(3)求整个流网渗流合力，J = XJi-渗流力对工程的影响(渗透变形两种形式：流土和管涌)。二、渗透变形1 -渗透破坏形式：流土(流砂)和管涌。(1)概念流土指在向上渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的 现象。多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中.它主要发生在地基或土 坝下游渗流溢出处。基坑或渠道开挖时所出现的流砂现象是流土的一种常见形式。 细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏。般

54、说来，任何类型的土，只要坡降达到一定的大小，都会发生流土破坏，特点：发生于地基或土坝下游渗流出逸处，而不发生于土体内部。一般突发性发 生，对工程危害极大。管涌指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙孔道中发生移动 并被带出的现象。管涌破坏一般有时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。按其发展的过程，可分 为两类：一种土，一旦发生渗透变形就不能承受较大的水力坡降，这种土称为危险 性管涌土；另一种土，当出现渗透变形后，仍能承受较大的水力坡降，最后试样表 面出现许多大泉眼，渗透量不断増大，或者发生流土，这种土称为非危险性管涌 土。一般来说，粘性土只有流土而无管涌无粘性土渗透变形的形式主要取决于颗粒

55、级配曲线的形状，其次是土的密度。 特点：既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处。它的发展一般有个时间 过程，是一种渐进性的破坏。2.土的临界水力坡降抗渗强度土体抵抗渗透破坏(变形)的极限能力，通常以濒临渗透破坏时 的水力梯度表示，称为临界水力梯度或抗渗梯度，以口表示。(1)流土的 it如片三“)如图，当j = ,时，土体处于极限平衡临界状态渗流逸出处单 位土体的受力 情况所以七=ZF 常用逸出处某点所在网格的水力梯度代替该点 当r icr 土体处于稳定状态；J=- 土体处于临界状态； H不安全。(2)管涌的i“方法:(1)有关经验公式:icr = 2.2(GJ 一1)(1_仍2字“20试

56、验测定；容许水力坡降同前。3渗管变形的防治原则流土减小或消除水水差，如降低地下水位；增长渗流路径，如打板桩；在渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力；土层加固处理，如注浆法。管涌在渗流逸出部位铺设反滤层；降低水力梯度。例题：如图所示，若地基土的土粒比得G,为2.68,孔隙率为38.0%t试求：点的孔隙水应力和有效应力；渗流逸出处1-2是否会发生流土？图中网格9、10、11、12上的渗流力是多力？解：(1)由图中可知.卜厂週的水位差Em,等势线的间隔数N=IOl则相邻两 等势线间的水头损失o=Io=o8 mo 点在第二根等势线上，因此，该点的测压管水位应比上游水位低4 = 0 8 m,从图

57、中直接量得下游静水位至点的高差乩=Io m,而超过下游静水位的高度应为础=IQI = 8-0.8刁2叫 则点测压管 中的水柱高度hv=hltt+ha=7. 2 mo所以点的孔隙水应力为U = Ywha = 98 X 17,2 = 168. 56 kPa其中由下游静水位引起的静孔隙水应力为IIf = 7Jta = 98 X 10 = 98 kPa由渗流引起的超孔隙水应力为r = ywhna = 9 8 X 7 2 = 70 56 kPa闸基下的渗流点的总应力为O = Khi 7hI 一 A2)其中土的饱和容量Z14U =PUd 9. 8 = PWCI +(G 1(1 刀)X 9 8=1 + (2

58、. 68 1X1 一 0 38) X 9- 8 = 20 kPa代入上式得总应力为 = 9. 8 X 10 20 (10 - 2) = 98 + 160 = 258 kPa于是，根据有效应力原理，点的有效应力为* = G U = 258 16& 56 = 89. 44 kPa从图中直接量得网格1、2、3、4的平均渗径长度=8rn1而任一网格上的水头损失均为M = 08rn,则该网格的平均水力梯度为 h 0.8 A It = ZZ = V01该梯度即近似代表地面1-2处的逸出梯度讥流土的临界水力梯度为itr = (G 1)(1 一 )= (2. 68 -I)(I- 0. 38) = 1 04 i

59、f所以，渗流逸出处1-2不会发生流土现象D从图中直接量得网格9、10、11、12的平均渗径长度L=50m两流线间的 平均距离方=44m,网格的水头损失A=0.8m1所以作用在该网格上的渗流 力为仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113仅供学习与交流.如有侵权请联系网站曲除谢谢113推 J =ZW l = 3= 9.8 X 0.8 X 4 4 = 34 5 kN/m第三章土中应力3.1概述土中应力按其起因分为：自重应力和附加应力。自重应力由土体本身有效重量产生的应力称为自重应力。两种情况：（1）在自重作用下已经完成压缩固结，自重应力不再引起土体或地基 的变形；（2） 土体在自重作用下尚未

60、完成固结，它将引起土体或地基的变形。 自重压力土中竖向自重应力附加压力土中竖向附加应力某点总应力=土中某点的自重应力+附加应力3.2 土中自重应力自重应力：由土体本身有效重量产生的应力称为自重应力。一般而言，土体在 自重作用下，在漫长的地质历史上已压缩稳定，不再引起土的变形（新沉积土或近 期人工充填土除外）。一、竖直向自重应力自重应力土体初始应力，指由土体自身的有效重力产生的应力。土体具有水平表面的槪限弹性体骸疋（土体中所有竖直面和册面均不存在剪应力1、竖直自重应力rj （称为自重应力，用6表示）设地基中某单元体离地面的距离z, 土的容重为八 则单元体上竖直向自重应(6)均质土中竖向自？R应力