土的力学性质

关于土的力学性质第1页，课件共40页，创作于2023年2月一、土的压缩性

1.土压缩的本质

土的压缩性是指土在压应力作用下,体积压缩变小的性能。土体压缩性受三相物质压缩性及土体结构的控制。土体压缩原因：①土粒本身的压缩变形；②水和气体压缩变形；③孔隙中水和气体被排出，颗粒位移，孔隙变小，造成的压缩变形—结构变化。一般情况下，在建筑荷载作用下（0.1—0.6Mpa）水和土粒的压缩变形可忽略不计，气体被排挤出。

土压缩的本质是：土孔隙中的水分和气体被挤出，土粒产生位移，孔隙体积减小引起的。第2页，课件共40页，创作于2023年2月2.压密定律与压缩系数用环刀取一块土样，在压缩仪中进行压缩，如下图：土样原始高为ho，面积为A，原始孔隙比为eo，在压缩过程中，A不变（无侧胀），在压力P1作用下，土样变形，压缩量为△h1。△h1=ho-h1。∵引起土变形△h1的根本原因是由于孔隙体积的减少，即孔隙比的减少，而土粒体积不变∴加压前土粒体积加压后土粒体积1e0e孔隙固体颗粒h0h1

e第3页，课件共40页，创作于2023年2月

根据该公式：只要测记在某一压力Pi下的土样压缩量△hi，就可以算出相应的孔隙比ei：就可在e—P坐标系内得到一曲线（如图）。叫压缩曲线。这一曲线反映了土的压缩过程。它是一下凹的曲线。说明土在压力P作用下开始变形较大，然后逐渐变小。即：开始压缩容易，到后来难。各类土的曲线及压缩量不同。取决于如土的类型等等一系列因素。在该曲线上取一段较平缓的曲线M1、M2，若压力变化不太大，就可用直线近似地代替它。两点的坐标为M1（P1，e1），M2（P2, e2）。通过这两点的直线方程为：

土的压密定律：在压力作用下，土的孔隙比变化与压力的变化成正比。ee2P1M2PKPaM1P2e1eo第4页，课件共40页，创作于2023年2月其中：叫压缩系数

表征土压缩性的重要指标。越大，土的压缩性越高，反之，就低。不是常数,为了统一标准,常用0.1-0.2MPa压力段的压缩系数1-2,评价土压缩性的高低。1-2<0.1MPa-1低压缩性土；1-2=0.1-0.5MPa-1中压缩性土；1-2≧0.5MPa-1高压缩性土第5页，课件共40页，创作于2023年2月3.土的压缩模量

是指在有侧限条件下，压应力与相应的应变之比值。即：

Es也是评价土变形性质的重要指标。第6页，课件共40页，创作于2023年2月Es也是评价土变形性质的重要指标Es>15MPa低压缩性土；Es=4-15MPa中压缩性土；

Es

<4MPa高压缩性土第7页，课件共40页，创作于2023年2月4.土的荷载试验和变形模量OPPaSaSabP如果在现场进行压缩试验，即荷载试验。是在土体表面，选择代表性试验点,分级施工压力如图。通过测记各级压力下的沉降变形S，可得到P—S曲线如图。这条曲线也是一曲线。

特点：开始随P，S增大较慢,随后逐渐随P增大S增加越来越快。它反映了地基土体在无侧限压缩条件下的变形过程。第8页，课件共40页，创作于2023年2月

变形模量是指在无侧限条件下，压应力与压应变之比即：

Eo与Es的区别是有无侧限条件，Es压缩模量是有侧限的，而E0则没有。

确定方法：根据弹性理论，利用现场实验曲线s—P曲线中的直线段，可求得：式中：为泊松比，侧膨胀系数；Pi为荷载（N）；Si为与P相应的压缩量（cm）；d为圆形承压板的直径。

通过室内压缩试验指标Es确定Eo。在土的压密阶段，假定土为弹性材料，就可求出Eo。式中的可查经验值（表3-1）或用室内试验的方法求得。第9页，课件共40页，创作于2023年2月从上式可以看出：由于土的<0.5，系数所以总有Eo<Es。表中：第10页，课件共40页，创作于2023年2月5.土的受力历史与前期固结压力先期固结压力先期固结压力：土层历史上所经受到的最大压力pp=s：正常固结土p>s：超固结土p<s：欠固结土OCR=1：正常固结OCR>1：超固结OCR<1：欠固结超固结比：如土层当前承受的自重压力为s相同s

时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小第11页，课件共40页，创作于2023年2月ep(lg)正常固结土的原位压缩曲线：直线正常固结土初始压缩曲线第12页，课件共40页，创作于2023年2月ep(lg)在先期固结压力p附近发生转折，据此可确定p先期固结压力BACDpAB：沉积过程，到B点应力为pBC：取样过程，应力减小，先期固结压力为pCD：压缩试验曲线，开始段位于再压缩曲线上，后段趋近原位压缩曲线原位压缩曲线沉积过程取样过程压缩试验第13页，课件共40页，创作于2023年2月ep(lg)CD在e-lgp曲线上，找出曲率最大点m作水平线m1作m点切线m2作m1,m2的角分线m3m3与试验曲线的直线段交于点BB点对应于先期固结压力pmrmin123p先期固结压力p的确定Casagrande法AB第14页，课件共40页，创作于2023年2月水位上升土层剥蚀冰川融化引起卸载，使土处于

回弹状态正常固结土:超固结土:沉积ab取样bb室内试验bcdep(lg)d第15页，课件共40页，创作于2023年2月二、土的抗剪性1.土体剪切破坏与剪切强度的本质（1）

土体剪切破坏

原因：土颗粒间的连接强度远小于颗粒本身的强度，在剪应力作用下，土的变形表现在土粒之间发生相互位移、错动，从而引起土的一部分相对于另一部分产生滑动。

实质：沿剪切破坏面上的颗粒产生了位错。（2）土的剪切强度

概念：土体抵抗剪切破坏的能力。

原因：无粘性土：颗粒间的摩擦力；粘性土：颗粒间的连接力和摩擦力；粘性土颗粒间的摩擦力比无粘性土小的多。第16页，课件共40页，创作于2023年2月法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。1773年发表了关于土压力方面论文，成为土压力的经典理论库仑（C.A.Coulomb）(1736-1806)2土的抗剪强度理论–

直剪试验与库伦公式第17页，课件共40页，创作于2023年2月直剪试验PT土样下盒上盒S面积A直剪试验法向应力：剪应力：剪切变形S1S23第18页，课件共40页，创作于2023年2月直剪试验的强度包线S123Oc库仑公式：（1776）f1f2f3f

：土的抗剪强度tg：摩擦强度-正比于压力：土的内摩擦角c：粘聚强度-与所受压力无关第19页，课件共40页，创作于2023年2月土的抗剪强度指标c和是决定土的抗剪强度的两个指标，称为抗剪强度指标c：粘聚力：内摩擦角对无粘性土通常认为，粘聚力C=0库仑公式:第20页，课件共40页，创作于2023年2月可以看出：剪切强度参数C、与一系列因素，如土的粒度成分、矿物成分、密实度有关。另外，据研究，C、还与土的成因、形成时代密切相关。第21页，课件共40页，创作于2023年2月从表可以看出：无粘性土的在25-41o之间变化。粒度越粗、越密实，越大。对于松散砂来说，常可用砂的天然休止角代替，所以，一般松散砂，不必测定，用天然休止角代替，而天然休止角的测定方法可在野外进行。第22页，课件共40页，创作于2023年2月从表可以看出：粘性土的C在0—0.1MPa之间变化。而且与天然含水率及IL和土类型密切相关。IL，C，粘土粉土，C由大小。

变化在6-28o间，有的甚至小于6o，也随IL和土类型不同而不同，IL，，粘土粉土，。第23页，课件共40页，创作于2023年2月直剪试验的优缺点设备和操作简单人为固定剪切面剪切面应力状态复杂应力、应变不均匀主应力方向旋转剪切面积逐渐减小排水条件不明确PT土样TP试样内的变形分布第24页，课件共40页，创作于2023年2月试样围压

力3阀门阀门马达横梁量力环百分表量水管孔压量测三轴试验3、土的三轴试验第25页，课件共40页，创作于2023年2月1-313=100kPa3=300kPa3=500kPa三轴试验确定土的强度包线O31f强度包线c由不同围压的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f分别绘制破坏状态的应力摩尔圆，其公切线即为强度包线，可得强度指标c与15%(1-3)f第26页，课件共40页，创作于2023年2月固结排水试验（CD试验）

ConsolidatedDrainedTriaxialtest(CD) 总应力抗剪强度指标：cdd（c）试验类型与强度指标固结不排水试验（CU试验） ConsolidatedUndrainedTriaxialtest(CU) 总应力抗剪强度指标：ccucu不固结不排水试验（UU试验） UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest(UU) 总应力抗剪强度指标：cuu（

cuuuu）第27页，课件共40页，创作于2023年2月

课程小结第28页，课件共40页，创作于2023年2月土的形成土岩石风化、搬运、沉积地质成岩作用土的组成、结构和物理力学性质过程、条件第29页，课件共40页，创作于2023年2月土体有三个组成部分：固相、液相和气相土的三相组成固体颗粒土中水土中气体粒径级配（粒度成分）矿物成分结合水：强结合水、弱结合水自由水：重力水、毛细水自由气体封闭气体第30页，课件共40页，创作于2023年2月土的组成土的状态土的结构建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法水利部SL237-1999分类法目的：便于调查研究；便于分析评价；便于交流(基于共同的概念)依据：最能反映土的物理力学性质的指标土的工程分类第31页，课件共40页，创作于2023年2月岩石碎石土砂土粉土粘性土人工填土土建筑场地基基础规范GB50007-2002粉土：粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土粘性土：塑性指数Ip>10的土粉质粘土：10<Ip17的土粘土：Ip>17的土表2-7第32页，课件共40页，创作于2023年2月水利部SL237-1999分类法土的分类巨粒土和含巨粒土粗粒土：砾类土、砂类土细粒土：根据塑性图分类特殊土：黄土、膨胀土、红粘土图2-2第33页，课件共40页，创作于2023年2月土的结构土颗粒或粒团的空间排列和相互联结粗粒土的结构单粒结构重力起主导作用粒间力起主导作用粘性土的结构性指标细粒土的结构分散结构凝聚结构土的结构第34页，课件共40页，创作于2023年2月物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系定义三相草图法室内测定三个基本物理性质指标：土的密度土粒密度土的含水量其它物理性质指标孔隙含量含水程度密度和容重密实程度干湿程度……第35页，课件共40页，创作于2023年2月粗粒土的密实状态指标:

相对密度Dr

细粒土的稠度状态指标:

液性指数IL定义判别标准界限含水量

wP、wL土中水形态塑性指数Ip

吸附结合水的能力定义判别标准物理状态指标第36页，课件共40页，创作于