土力学（第4版）课件 第0-2章 绪论、土的物理性质指标与工程分类、土的渗透性

《绪论》

0-1本课程的学习目的土与土力学基本定义覆盖在地表由岩石风化形成的松散的、无胶结和弱胶结的颗粒堆积物。与岩石差异在于颗粒间胶结的强弱本质非气、非液、非固体（土颗粒本身是固体），称之为“粒状体”的多相集合体土的定义0-1本课程的学习目的土与土力学土力学的定义基本定义研究土的物理、化学和力学性质及在荷载、水、温度等作用下工程性状的应用科学特殊性土的特殊组成以及粒间复杂的连接特性–源于材料力学,又不同于材料力学注意点理论与假设并存，宏观与细观具察，有别于传统经典力学的经验力学或实践力学

0-1本课程的学习目的土与土力学土力学研究的三大课题，也是工程界所要解决的主要问题土木工程交通工程（农业）水利工程环境工程地质工程港航与近海工程

渗流渗流流土Soilflow管涌Piping污染治理PollutionTreatment

强度强度地基破坏FailureofGround液化Liquefaction坡体滑动LandSlide

变形变形建筑物倾斜InclinationofBuilding基础沉降Settlement墙体开裂WallCracking0-1本课程的学习目的地铁惊魂地点时间事故描述事故分析在用于冷冻法施工的制冷设备发生事故、险情征兆出现、工程已经停工的情况下，未及时采取有效措施，排除险情，导致冻结效果不足以抵御相应部位的水土压力，引发事故。渗流2003年7月1日中国上海－地铁轨道交通4号线越江隧道区间用于连接上下行线的安全联络通道施工作业面内，大量水和流沙涌入,引起隧道部分结构损坏及周边地区地面沉降，造成3栋建筑物严重倾斜，黄浦江防汛墙局部坍塌并引起管涌。0-1本课程的学习目的魂断泥龙2014年5月2日阿富汗巴达赫尚省阿布巴里克村连日的暴雨，在渗流力以及土体软化等一系列作用下，导致山体出现薄弱带，其上的强度无法抵抗山体的滑动力矩，从而引发山体滑坡，重创了阿布巴里克村。当天1小时内接连两次的山体滑坡，造成小村庄上300户房屋被掩埋，至少2500人失踪。第一次山体滑坡发生时，民众正聚集在两座清真寺内进行周五的祈祷，而第二次山体滑坡又将赶来救援的民众吞没。地点时间事故描述事故分析强度0-1本课程的学习目的1250m4370m“金字塔”在沉没？1994年以来日本大阪－关西国际机场这里的软基可能只比豆腐硬一点，也许是超过了填筑法施工的极限，也许这就是过分轻视地基的结果。如果说成田机场在政治上有问题，那么关西机场就是在技术上有着很大的问题。从施工完成起，这个平均厚度为33m的世界第一大人工岛就在下沉，截止2015年沉降了13m，花费190亿美元去加高路堤以及建立隔水墙；2017年前无法摆脱赤字，而也许50年以后，整个岛都会沉入海下。地点时间事故描述事故分析13m变形0-1本课程的学习目的

0-2本学科的发展简史《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、实践与理论，一般力学的思考（1773—1923）1773年法国科学家库伦，发表《极大极小准则在若干静力问题中的应用》，介绍了刚滑楔理论计算挡土墙背粒料土压力的计算方法，奠定了土体破坏理论基础。[法国]Coulomb1857年英国科学家朗肯，发表了土压力塑性平衡理论，从另一个角度阐释土压力的计算公式。[英国]Rankine[德国]Mohr1900年德国科学家莫尔，将最大主应力莫尔圆引入到库仑强度理论中，因而这个破坏准则现在被称为莫尔－库仑准则。1856年法国科学家达西，通过大量实验得出水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律。奠定了水文地质学的基础。[法国]Darcy0-2本学科的发展简史一、实践与理论，一般力学的思考（1773—1923）1.20世纪初随着高层建筑的大量涌现，沉降问题开始突出。2.与土力学紧密相关的学科─弹性力学的发展为沉降问题的研究提供了必要的手段，从而为了Terzaghi开创的土体变形研究提供了客观条件。1885年法国科学家布辛内斯克，求导了弹性半空间表面竖向集中力作用时土中应力、变形的理论解。[法国]Boussinesq0-2本学科的发展简史

土力学之父奥地利人，生于捷克。逝世前为美国哈佛大学教授。国际土力学与地基基础学会一至三届主席。经典土力学诞生的标志是太沙基教授于1923年提出了一维固结理论和有效应力原理。（尽管后者的正式名称于1936年才被提出）

《理论土力学》《工程实用土力学》[美国]KarlVonTerzaghi（1883-1963）

0-2本学科的发展简史二、总结与开创，古典土力学的创立（1923－1963）土体破坏理论方面的主要成就1Fellenius，Taylor等滑弧稳定分析方法的建立与完善（20~30年代）2Terzaghi关于极限土压力的研究和提出承载力公式（40年代）3Соколовский散粒体静力学的建立（40年代）4Drucker和Shield等结合静力场和运动场提出的极值原理（50年代）土体变形理论方面的主要成就1地基沉降计算方法的建立与完善2Mindlin公式的提出及其在桩基沉降计算中的应用（30年代）3弹性地基梁板的计算4砂井固结理论（40年代）5Biot固结理论的提出和完善（40~50年代）0-2本学科的发展简史二、总结与开创，古典土力学的创立（1923－1963）

古典土力学可以归结为：一个原理——有效应力原理（古典土力学的核心）两个理论——以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论以刚塑性模型为出发点的破坏理论（极限平衡理论）0-2本学科的发展简史三、传统中的创新，现代土力学的发展（1963～）[英国]KennethRoscoe（1914-1970）

现代土力学的开端著名的剑桥粘土模型的提出，能够对土体特有的压硬性和剪胀性这两个特性进行描述，进而揭开了现代土力学的序幕，这个模型是基于临界状态概念所建立的，因此这个概念也被当作是一个里程碑式的发现。《临界状态土力学》0-2本学科的发展简史三、传统中的创新，现代土力学的发展（1963～）现代土力学可以归结为一个模型、三个理论和四个分支。一个模型：本构模型，特别是指结构性模型。三个理论：一个变形理论和两个破坏理论（1）非饱和土固结理论（2）液化破坏理论（3）渐进破坏理论四个分支：理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学0-2本学科的发展简史

0-3本学科的学习基础《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023土力学水力学理论力学弹性力学材料力学高等数学假设理论理论学习、课堂讨论、结合工程和实验现象分析一、学以致用，协调统一0-3本课程的学习基础第一章土的物理性质与工程分类

二、百家之长，有序学习第二章土的渗透性

第三章地基中的应力计算第四章土的压缩性与地基的沉降计算

第五章土的抗剪强度

第六章土压力第七章土坡稳定分析第八章地基承载力

黄文熙先生钱家欢先生0-3本课程的学习基础12345二、百家之长，有序学习弹性理论土体均质、各向同性线弹性体，以此为基础，采用弹性理论进行土体的应力和变形(或沉降)计算。达西定律通过岩土体的渗流符合Darcy定律，土体本身的渗透固结过程按Terzaghi和Biot固结理论计算。有效应力原理对饱和土体，施加总应力

等于土骨架承受有效应力(

)和孔隙水应力(u)之和，即：

＝

+u莫尔库仑强度条件土体强度破坏服从Mohr－Coulomb强度条件，即：τ＝

tan

＋c静力极限平衡法或极限分析法分析土压力，岩土边坡稳定及地基承载力等强度与稳定问题时，采用假设滑动面的静力极限平衡法或塑性力学的沿移线场解与极限分析法。0-3本课程的学习基础《土力学》（第2版）：河海大学出版社，钱家欢《土力学》（英文版·原书第8版）：机械工业出版社，BrajaM.Das《土力学》（第2版）：河海大学出版社，卢廷浩《土力学原理十记》：中国建筑工业出版社，沈扬《土力学》（第2版）

：清华大学出版社，李广信二、百家之长，有序学习《土力学》（第3版）

：高等教育出版社，河海大学《土力学》教材编写组0-3本课程的学习基础

第一章《土的物理性质指标与工程分类》1-1土的形成

一、风化作用1-1土的形成土物理风化化学风化颗粒大小形状改变，但是成分未变氧化、碳化或水化等化学作用后成分改变原岩矿物成分非原岩矿物成分岩石一、风化作用1-1土的形成土坡积土水，颗粒分选现象明显,顶粗底细残积土温度湿度气候条件：黏粒与砂的区分残积土棱角分明的特质（角粒）、母岩威力冲积土水流搬运作用,有颗粒分选风积土砂土和黄土,无明显层理，湿陷性冰碛土不成层沼泽土腐植土和泥炭土运积土不同搬运作用二、形成类型1-1土的形成1-1土的形成2土的类型（堆积土和运积土）三、本堂小结1土的成因（物理风化和化学风化）1-2土的组成（矿物）

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、土的三相系固相液相气相空气次要作用水溶液重要作用矿物和有机质构成骨架，主导地位土的微观结构照片1-2土的组成（矿物）氧化物矿物硅酸盐矿物原生矿物种类包括石英长石、云母、角闪石吸附水能力弱，性质稳定，无塑性次生矿物主要是黏土矿物，高岭石，蒙脱石，伊利石等吸附水能力强，性质不稳定，塑性硅酸盐矿物二、土的固相（成土矿物）1-2土的组成（矿物）三、黏土矿物的晶体结构O2-Si+4OH-Al3+从结构上可以分晶体和非晶体矿物，前者为主1晶体矿物基本组成单元：晶胞2由硅－氧四面体和铝－氢氧八面体构成1-2土的组成（矿物）中国江西高岭山：长石和云母在酸介质中形成，1层4、1层8晶格；层组表面的氧离子和氢氧离子结合，结合力较强OH-O2-高岭石美国伊利诺伊州：云母的水化产物，2层4、1层8晶格；硅离子部分被铝，铁离子替代，损失化学价为层间增加钾离子补充伊利石OH-O2-K＋法国蒙脱城：2层4、1层8组成晶格；层间同为氧离子，斥力大，之间水分子多，体积易膨胀蒙脱石O2-OH-三、黏土矿物的晶体结构1-2土的组成（矿物）1-2土的组成（矿物）2成土矿物类型（原生与次生矿物）四、本堂小结1土的三相系（固、液、气）3黏土矿物的晶体结构1-2土的组成（级配）

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023粒组统称粒组划分粒径d的范围（mm）

巨粒组漂石（块石）组d>200卵石（碎石）组200≥d>60

粗粒组砾粒（角砾）粗砾60≥d>20中砾20≥d>5细砾5≥d>2砂粒粗砂2≥d>0.5中砂0.5≥d>0.25细砂0.25≥d>0.075

细粒组粉粒0.075≥d>0.005黏粒0.005≥d一、土粒的大小和级配1-2土的组成（级配）粒径均匀＝级配良好土粒含量粒组土粒的质量与干土总质量之比1土的级配土中各种大小的粒组中土粒的相对含量2强度渗透性×压实密度与水结合能力一、土粒的大小和级配1-2土的组成（级配）1-2土的组成（级配）1111112222223333334444445555556666661000ml司托克斯定律：足够小的球体粒径下沉速率匀速,且与粒径平方成正比1随时间推移，越上层溶液，先缺失大粒径，只剩某个粒径以下的颗粒2ABCDEF二、土的颗粒大小分析试验（密度计法）1-2土的组成（级配）1000ml1121212343123412342535453~664~665~66v＝L/tABCDEF司托克斯定律：足够小的球体粒径下沉速率匀速,且与粒径平方成正比1随时间推移，越上层溶液，先缺失大粒径，只剩某个粒径以下的颗粒2搅拌后计时，放入密度计，密度计将在某一时刻t时停留在某一位置3此时密度计所在位置处，只有B号粒径以下的颗粒41二、土的颗粒大小分析试验（密度计法）1-2土的组成（级配）1111122222333334444455555666661000ml×1000ml=ABCDEF1000ml1121212343123412342535453~664~665~66v＝L/tABCDEF二、土的颗粒大小分析试验（密度计法）三、土的级配曲线

Cu＝

d60

d10不均匀系数

Cc＝

（d30）2

d10·d60曲率系数≥51~31-2土的组成（级配）2粗粒土、细粒土的典型颗粒大小分析方法3级配曲线的绘制和辨识方法四、本堂小结1土粒大小的基本类别和级配定义1-2土的组成（级配）1-2土的组成（液相）

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、

土中水的基本分类吸着水自由水毛细管水重力水强吸着水弱吸着水1-2土的组成（液相）根源是土的负电特性二、吸着水的性状与工程影响（一）成因O2-OH-1表面电荷对极性水分子吸引作用2交换阳离子的水化作用3渗透吸附作用以及范德华力4氢键的结合作用1-2土的组成（液相）二、吸着水的性状与工程影响（二）特点1不能传递静水压力2较之普通水有更大黏滞性3强吸着水冰点低，沸点高4弱吸着水影响塑性，黏性，影响压缩性和强度，削弱透水性-78℃150℃1-2土的组成（液相）1原理：毛细管壁对水的吸力和水的表面张力共同作用的结果三、自由水的性状与工程影响（一）毛细管水假黏聚力2影响因素：孔隙大小、形状，矿物成分及水质。3影响范围：近地下水位一部分孔隙，毛细管饱和带。1-2土的组成（液相）1传递静水和动水压力，对土颗粒作用浮力，与有效应力挂钩2溶蚀或析出土中的水溶盐，改变土的性质3流动时的对土体施加渗透力三、自由水的性状与工程影响（二）重力水不同形态水对土体产生不同影响，有时看似微小因素，却会造成巨大问题。1-2土的组成（液相）2吸着水特性及对工程影响（强吸着、弱吸着）3自由水特性及对工程影响（毛细水、重力水）四、本堂小结1土中水的基本分类（吸着水和自由水）1-2土的组成（液相）1-3土的结构

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、土粒间的相互作用作用组成包括：重力、毛细水压力、胶结力、颗粒表面力1粒间作用力吸力与排斥力并存2排斥力阳离子浓度低或低价浓度高或高价吸引力粒间距离排斥力离子浓度低或低价浓度高或高价吸引力粒间距离粒间力随粒间间距和阳离子浓度变化的关系曲线斥力源于土的同性电荷（容易变化）引力源于范德华力（相对固定）1-3土的结构二、土的结构1.单粒结构1碎石、砂砾2重力占主导地位，点点接触，随机性大，性状稳定3但是对松散结构而言容易液化2.分散结构定向排列，密度大，各向异性明显31黏土颗粒（粉砂也有）2单个颗粒下沉，面面接触1-3土的结构二、土的结构3.絮状结构长期悬浮不因自重而下沉，角、边与面接触或者边边搭接。性质均匀的较多，但是孔隙较大，强度低，变形大，对扰动反映明显，触变性土。21极其细小的黏土颗粒，特别是电解质的加入（咸水）1-3土的结构2土的三种基本结构（单粒、分散和絮状）四、本堂小结1土粒间的相互作用1-3土的结构1-4土的物理性质指标

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、试验直接测定的物理性质指标（一）土的密度ρ与重度γ（二）土粒比重Gs（三）土的含水率w万变不离其宗此三个参数是核心土中水的质量与土颗粒质量的比值，以百分率表示，不是含水量土粒mwmamsVwVaVsVvVm水空气1-4土的物理性质指标二、间接换算的物理性质指标（一）土的孔隙比e（二）土的孔隙率n（三）土的饱和度Sr（四）干密度rd和干重度gd（五）饱和密度rsat与饱和重度gsat（六）浮重度g’1-4土的物理性质指标三、物理性质指标间的换算·公式(1)孔隙比e与孔隙率n(2)干密度r

d与湿密度r和含水率w的关系(4)饱和度Sr与含水率w、比重Gs和孔隙比e的关系(3)孔隙比e与比重Gs和干密度rd的关系(5)浮重度g’与比重Gs和孔隙比e的关系1-4土的物理性质指标空气水土粒体积eSr1（1－Sr

）e三、物理性质指标间的换算·方法质量0rweSrrwGs1-4土的物理性质指标长石和云母在酸介质中形成，1层4面体、1层8面体；表面氧离子和氢氧离子分布，吸水结合力较强OH-O2-四、黏土矿物的晶体结构高岭石1-4土的物理性质指标塑态时的土在外力作用下可以揉塑成任意形状而不破坏土粒间的连结，外力除去后能保持形状不变。（塑性）稠度：黏性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，黏性土最主要的物理状态指标。随含水率的变化处于不同稠度状态——流态、塑态、固态五、黏性土的稠度状态（一）基本定义1-4土的物理性质指标缩限（ws）从半固态转变为固体状态的界限含水率，即含水率减小而体积不再改变对应的含水率3ws固态半固态塑态流态V收缩膨胀wpwLO液限（wL）从流动状态转变到可塑状态的界限含水率，即塑性上限的含水率1w塑限（wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，即塑性下限的含水率2黏性土的状态转变过程五、黏性土的稠度状态（二）界限含水率1-4土的物理性质指标液限（wl）从流动状态转变到可塑状态的界限含水率，即塑性上限的含水率1塑限（wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，即塑性下限的含水率2缩限（ws）从半固态转变为固体状态的界限含水率，即含水率减小而体积不再改变对应的含水率3含水率

w（lg）刺入深度hmm

（lg）217液限wl塑限wpws固态半固态塑态流态V收缩膨胀wpwLOw黏性土的状态转变过程建筑部门液限标准10mm水利、公路部门液限标准17mm规范标准五、黏性土的稠度状态（二）界限含水率1-4土的物理性质指标五、黏性土的稠度（三）塑性指数与液性指数1.塑性指数（Ip）2.液性指数（IL）液限与塑限之差（去掉百分号）

Ip＝wL

－wp1反映一个可塑的含水率变化范围，反映土塑性的定量指标，塑性指数越大，塑性也越大。（与液限一样反映了黏性土的保水能力）2反映土的一个当前状况IL＝（w－wp

）/（wL

－wp）状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数≤00～0.250.25~0.750.75~1>11-4土的物理性质指标法国蒙脱城：2层4、1层8组成晶格；层间同为氧离子，斥力大，之间水分子多，体积易膨胀O2-OH-O2-蒙脱石六、黏性土的稠度状态（四）应用拓展知识1-4土的物理性质指标六、黏性土的稠度状态（四）应用拓展知识1-4土的物理性质指标课后思考：用课上所学知识思考一种抑制膨胀土胀缩性的方法长江上游干流、支流黄河上游丹江口水库西线中线华北平原扬州东线华北平原南水北调工程2利用三相图建立土的物理性质指标的关系七、本堂小结1土力学中常用的两类土的物理性质指标1-4土的物理性质指标3黏性土稠度的基本定义与分类1-5土的压实性

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023矿物成分一般由原生矿物组成颗粒较粗（0.075mm）一般由次生矿物组成颗粒较细土的结构颗粒较粗，土粒之间的黏结力很弱或无黏结，往往形成单粒结构颗粒较细，呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构，天然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性工程性质主要取决于其软硬状态及土性稳定性物理状态工程性质主要取决于密实度一、无黏性土和黏性土的基本差别1-5土的压实性二、无黏性土的相对密实度影响无黏性土工程性质的一个指标1相对密实度概念的提出（承载力有关）3粗略的评价标准41疏松0.670.330中密密实2孔隙比这些参数不能起到归一化的作用1-5土的压实性越击越密实的无黏性土特征最大孔隙比emax（最小干密度）最小孔隙比emin（最大干密度）最松状态，试样最轻的、避免压击的调入容器中，测定质量，换算密度最密状态，振动辅助垂击，质量不变时测定，换算密度量筒法漏斗法振动垂击法粒径小于5mm，且能自由排水的砂砾土二、无黏性土的相对密实度1-5土的压实性一、黏性土的击实性定义研究非饱和黏性土在不排水条件的一定压实功作用下，不同含水率时的干密度变化规律黏性土的击实性一定含水率下，以人工或机械方法，使土能够压(击)实到某种密实程度的性质无黏性土对于含水率的改变而引起的压实性变化规律性较差1-5土的压实性二、含水率对黏土压实性的影响水—含水率变化反映饱和度气—真正能压实部分同种黏性土，不同含水率（孔隙比相同，饱和度不同），在相同击实功作用下，干密度呈现不同反映土颗粒—固定不变mV1-5土的压实性ow（％）rdrdmaxwop黏性土击实曲线

理论饱和线解释：水的润滑、减引和阻隔作用同种黏性土，不同含水率（孔隙比相同，饱和度不同），在相同击实功作用下，干密度呈现不同反映最大干密度和最优含水率二、含水率对黏土压实性的影响1-5土的压实性理论饱和曲线大中小击实功含水率w干密度rd击实曲线中击实功的影响同一种土压实功越大，所能达到的最大干密度越大（容易理解）1同一种土压实功越大，所对应的最优含水率越小（较难理解）2击实功的提高使得含水率积极作用显得没有明显效力，但副作用却提前显现解释三、击实功对黏土压实性的影响1-5土的压实性2无黏性土相对密实度的基本概念与计算方法三、本堂小结1无黏性土和黏性土基本力学性状上的差异1-5土的压实性34含水率对黏性土击实性影响（最优含水率）黏性土压实性的基本界定（非饱和排气）5击实功对黏性土击实性影响1-6土的工程分类

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023国际通用分类法粗粒土细粒土代表规范相同点不同点相同点不同点第一类按粒度成分分类按两个粒组间相对含量多少，以多的分类依阿太堡界限分类按塑性图分类美国第二类按某一粒组百分含量超过某一界限值分类按塑性指数分类苏联地基基础设计规范

土的工程分类标准有关土的分类方法很多，掌握基本的内容和原则土粒和土，犹如化合物和混合物，土是以其中某土粒组百分含量的多少来决定自身的命名1-6土的工程分类抓大放小对症下药利于推广123一、两种方法基本特征与区别二、《土的工程分类标准》GB/T50145-2007混合土漂石粉土漂石卵石土无机土有机土巨粒土巨粒土混合巨粒土混合土卵石含巨粒土漂石混合土卵石混合土粗粒土砾类土砂类土细粒土黏土1-6土的工程分类粒组统称粒组名称粒组粒径d的范围（mm）巨粒漂石粒（Boulder）d>200卵石粒（Cobble）200≥d>60粗粒砾粒（Gravel）60≥d>2020≥d>55≥d>2砂粒（Sand）2≥d>0.50.5≥d>0.250.25≥d>0.075细粒粉粒（Silt）0.075≥d>0.005黏粒（Clay）0.005≥d二、《土的工程分类标准》GB/T50145-20071-6土的工程分类二、《土的工程分类标准》（一）巨粒土和含巨粒土的分类分类的原则来自粗粒组的基数粗粒组（大于0.075mm）的含量50％以上再依据粗粒组中砾类（2mm）含量50％进一步分为砾类土和砂类土还要考虑土中细粒组的成分进行进一步分级1234第一类分法的粗粒土特点：按两个粒组间相对含量多少，以多的分类二、《土的工程分类标准》（二）粗粒的分类分类的原则来自巨粒组的基数123巨粒组（大于60mm）含量15％～50％，50％～75％，75％以上还有依据巨粒组中各成分的关系进行进一步的分级（相对关系）1-6土的工程分类塑性图，液限wL与塑性指数Ip；行业液限标准有别（卡萨格兰德的贡献）粗分细分基本原则来自细粒组基数再依粗粒组含量25％分级尚有依据有机质含量进行分级1234第一类分法的细粒土特点：按塑性图分类二、《土的工程分类标准》（三）细粒土的分类卡萨格兰德17mm液限所对应的塑性图土的工程分类标准1020304050607080901001100102030405060CHCHOACLCLOMHMHO液限wL（％）塑性指数IpMLMLOA线Ip＝0.73（wL－20）B线wL＝50％BIp＝7Ip＝4CL－ML1-6土的工程分类（一）岩石的分类（二）碎石土的分类1、坚硬程度2、风化程度3、完整性2mm粒径含量50％以上（三）砂土的分类1、大于2mm粒径含量50％以下2、大于0.075mm粒径含量50％以上（四）粉土的分类（五）黏性土的分类Ip≤10且粒径大于0.075mm颗粒含量在50％以下（六）人工填土Ip>10且粒径大于0.075mm颗粒含量在50％以下素填土、杂填土、冲填土、压实填土三、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011有关地基土分类（一）～（六）第二类分法的粗粒土特点：按某一粒组百分含量超过某一界限值分类第二类分法的细粒土特点：按塑性指数分类1-6土的工程分类软土含水率高（接近或大于液限），孔隙比一般大于1，压缩性高红黏土高塑性，液限＞50％，裂隙发育明显膨胀土黏粒成分为亲水性的矿物，吸水膨胀，失水收缩，自由膨胀率≥40％黄土成因特殊，天然状态强度较高，遇水结构性破坏（湿陷性）冻土常年冻土和季节性冻土（冻融循环）盐渍土易溶盐含量＞0.3%，具有较强的吸湿、松胀、溶陷及腐蚀性等工程地质特性。三、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011有关地基土分类（七）特殊土的分类1-6土的工程分类四、本堂小结12两种土的工程分类方法的特色两种土的工程分类方法的区别1-6土的工程分类

第二章《土的渗透性》

2-1概述一、渗流的基本概念2-1概述渗透：在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象奥罗维尔大坝泄洪道事故图土力学三大特性变形特性强度特性渗透特性二、渗流中的水头与水力坡降2-1概述透水层不透水层基坑板桩墙ABL二、渗流中的水头与水力坡降2-1概述二、渗流中的水头与水力坡降ABLhAhBzAzBΔh00基准面水力坡降线A点总水头B点总水头水头差水力坡降总水头：单位重量水体所具有的能量2-1概述

2-2达西渗透定律《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，20231856年法国工程师达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验试验装置LAh1h2QQ△h一、渗透试验与达西定律渗流量：1.达西渗流试验水力坡降i：单位渗流长度上的水头损失试验前提：层流试验条件：h1；A；L=const量测变量：h2

；Q

；t2-2达西渗透定律2.达西定律一、渗透试验与达西定律渗透定律单位：mm/s,cm/s,m/s,m/d物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度注意：在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。Av2-2达西渗透定律岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般黏土，均属层流范围。在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。故可用雷诺数Re进行判断：雷诺数Re

：流体力学中用来判别流体流动状态的重要参数。

一、渗透试验与达西定律Re≤1~5之间某一数值的层流运动才服从达西定律。3.适用条件层流（线性流）2-2达西渗透定律vovcrivoi0一、渗透试验与达西定律两种特例

粗粒土

黏性土3.适用条件①砾石类土中的渗流常不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/s①致密的黏土i>i0,v=k(i-i0)i2-2达西渗透定律达西定律及其适用条件二、本堂小结渗流问题中基本概念212-2达西渗透定律

《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、概述室内试验测定方法常水头试验法变水头试验法野外试验测定方法井孔抽水试验井孔压水试验井孔注水试验二、室内试验—常水头试验法适用土类：透水性较大的砂性土

hL土样AQq试验装置：如图试验条件：Δh，A，L=const量测变量：

Q，t二、室内试验—变水头试验法适用土类：透水性较差的黏性土试验装置：如图试验条件：Δh变化，A、L=const量测变量：Δh

，t土样At=t1

h1t=t2

h2LQ水头测管开关a理论依据：t时刻：

Δhdtdh二、室内试验—变水头试验法土样At=t1

h1t=t2

h2LQ水头测管开关a流入量：dVe=-adh流出量：dV0=kiAdt=k(Δh/L)Adt连续性条件：dVe=dV0结果整理：选择几组Δh1，Δh2，

t

，计算相应的k，取平均值三、渗透系数的影响因素渗透系数：k=f（土粒特征、流体特征）粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构土粒特征流体特征饱和度（含气量）流体的动力黏滞系数流体密度四、成层土的渗透系数天然土层多呈层状—渗透性不同土层组成表观的等效渗透系数已知各层的km各层厚度考虑渗流方向H1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水层五、水平渗流等效渗透系数条件六、竖直渗流条件等效渗透系数H1H2H3Δhk1k2k3zv承压水按层厚加权平均（由较大值控制）倒数按层厚加权平均（由较小值控制）七、算例八、野外测定方法－抽水试验和注水试验法优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数缺点：费用较高，耗时较长实验方法：如图理论依据：如下积分地下水位≈测压管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层观察井渗透系数的影响因素九、本堂小结室内试验——常水头试验和变水头试验21抽水试验和注水试验法成层土的渗透系数计算43

2-4二向渗流和流网特征《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023一、概述流网：由流线（实）和等势线（虚）组成的网格

基本特征：流线和等势线正交，流网中的网目在局部为曲边正方形。等势线流线2-4二向渗流和流网特征一、概述流网基本性质I：表示各正方形网格的水头损失相等,各等势线间水头损失相等。依据达西定律：q=kiA，可得：最终可得：等势线流线2-4二向渗流和流网特征一、概述流网基本性质II：各流管内流量相等q=q′分别计算各流管流量，可得：等势线流线2-4二向渗流和流网特征平面问题：渗流剖面和产生渗流的条件沿某一个方向不发生变化，则在垂直该方向的各个平面内，渗流状况完全一致。对平面问题，常取dy=1m单位宽度的一片来进行分析与时间无关Δh二、平面稳定渗流稳定渗流：流场不随时间发生变化的渗流2-4二向渗流和流网特征dxdzvxvzxz三、渗流的连续性方程单位时间流入单元的水量单位时间内流出单元的水量连续性条件渗流的连续性方程：2-4二向渗流和流网特征渗流的连续性方程：渗流的运动方程：特例：各向同性均质土体四、渗流运动方程Laplace方程:描述渗流场内水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程达西定律k：2-4二向渗流和流网特征H1H2123{54渗流域不透水层五、渗流的边界条件课堂讨论：土石坝渗流问题的边界条件2-4二向渗流和流网特征H1H2123{14五、渗流的边界条件水头边界条件在边界

1上给定水头12流速边界条件在边界

2上给定法向流速3渗出面在边界

3上H=z，vn>04自由水面

在边界

4上H=z，vn=02-4二向渗流和流网特征运动方程或：六、平面稳定渗流问题描述边界条件水头边界条件在边界

1上给定水头12流速边界条件在边界

2上给定法向流速3渗出面在边界

3上H=z，vn>04自由水面

在边界

4上H=z，vn=02-4二向渗流和流网特征1.确定边界条件：边界流线和首尾等势线2.研究水流的方向：流线的走向3.判断网格的疏密大致分布4.初步绘制流网的雏形：正交性、曲边正方形5.反复修改和检查

H=H1-H20H1H2不透水层要点：边界条件、正交性、曲边正方形、多练习lsabcdefgh七、流网的画法2-4二向渗流和流网特征流槽数八、流网的应用测管水头h水力坡降i确定孔压u确定流速v确定流量q

H=H1-H20H1H2不透水层f

h

h

hH1-hH1H1-2h

q

q

q

q2-4二向渗流和流网特征流网的特征九、本堂小结渗流的边界条件及方程212-4二向渗流和流网特征

2-5渗流力和渗透稳定性《土力学》，河海大学《土力学》教材编写组，高等教育出版社，2023Δh=0

静水中，土骨架会受到浮力作用。Δh>0

水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。渗流力j

渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。一、渗流力1.试验观察h1Δhh200hwL土样滤网贮水器ab2-5渗流力和渗透变形土粒渗流j一、渗流力h1Δhh200hwL土样滤网贮水器ab2.物理本质2-5渗流力和渗透变形h200hwL土样滤网贮水器ab一、渗流力静水中的土体P2WP1R=?A=13.计算方法—土水合算2-5渗流力和渗透变形h1Δhh200hwL土样滤网贮水器ab一、渗流力静水中的土体渗流中的土体P2WP1R=？3.计算方法—土水合算2-5渗流力和渗透变形静水中的土体一、渗流力渗流中的土体总渗流力渗流力向上渗流存在时，滤网支持力减少的部分由谁承担？水与土之间的作用力－渗流的拖曳力3.计算方法—土水合算h1Δhh200hwL土样滤网贮水器abP2WP1RA=12-5渗流力和渗透变形渗流中的土体所受滤网支持力临界水力坡降一、渗流力3.计算方法—土水合算h1Δhh200hwL土样滤网贮水器abP2WP1A=12-5渗流力和渗透变形P2WP1R水体的平衡条件W’JWwJ’=R+P2P13、计算方法—土水分算一、渗流力h1Δhh200hwL土样滤网贮水器abA=12-5渗流力和渗透变形物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，是体积力大小：与i

方向一致（均质土与渗流方向一致）作用对象：土骨架一、渗流力方向：4.渗流力的性质2-5渗流力和渗透变形总渗流力一、渗流力流网较密处i较大，该处渗流力也大不同位置的渗流力对土体稳定性的影响不同大小：j

网目面积方向：与i方向一致作用点：形心5.利用流网求渗流力H△h0lsls2-5渗流力和渗透变形流土管涌二、渗透变形（渗透破坏）土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏基本类型形成条件防治措施2-5渗流力和渗透变形发生条件在向上的渗流作用下，表面土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。二、渗透变形（渗透破坏）流土（流砂

、翻砂）水位冲溃口砂层黏土层河堤2-5渗流力和渗透变形（2）级配（1）无黏性土（3）水力梯度级配连续i=0.15～0.25级配不连续i=0.10～0.20Cu>5，且满足一定的级配条件二、渗透变形（渗透破坏）细粒流失孔隙增大，渗流速度增加粗粒流走贯通的水流通道土体塌陷

在渗流作用下管涌2-5渗流力和渗透变形流土管涌现象土体局部范围的颗粒