路面结构教案

五家渠职业技术学校（2014～2015学年第一学期）教研室：_建筑教研室________课程名称：__土力学___________任课班级：_水利17班、路桥17班_任课教师：____秦大娟__________教案书写说明教案又称课时授课计划，是任课教师的教学实施方案。任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据、教材为蓝本，在熟悉教材，了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好每堂课的全部教学活动。教案书写应包括以下内容：1、课题：授课题（章节）名。2、课型：分理论讲授课、实验（实训）课，实习（见习）课等。讲授课又分新授课或复习课。3、教学目标：本课题教学应达到的目标。4、教学重点：本课题（章节）的教学重点分别列出。5、教学难点：本课题（章节）的教学难点分别列出。6、教学方法：指本课题使用的教学方法和手段。7、课时安排：本课题（章节）总计划课时数。8、教学内容：本课题（章节）主要内容。9、作业及实践：包括思考题、讨论题、实验题目、实训题目等。10、教学分析：授课结束后的教学小结、心得体会。五家渠职业技术学校理论教学教案NO：1课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节1.1土的形成1.2土的结构1.3土的三相组成教学目标1、对土的特点进行详细解释和定量描述2、理解土的生成过程、主要特征3、理解土的三相成分4、理解土的结构与构造教学重点与难点重点：土的结构、土的三相成分难点：土的三相组成引入主体课程绪论1、什么是土？工程上的土是如何形成的？答：由完整、坚硬、连续的岩石经风化作用而形成的碎散颗粒堆积体。它由土颗粒、水和空气组成的三相体。2、工程与土有什么关系？答：在工程建设中，土被广泛用作建筑物的地基、建筑材料和建筑物周围的介质。3、需要研究和解决的工程中土的哪些问题？答：土体稳定或强度问题——广州海珠区江南大道南海珠广场深基坑南边发生滑坡土体变形问题——比萨斜塔渗流，渗透变形与渗透稳定——墨西哥城的下沉土的形成1.1地表岩石长期在不同温度、水、大气、生物活动及其他外力作用的影响下，不断破碎，并发生化学变化，这种变化称为岩石的风化。土是由岩石经过长期的风化、搬运、沉积作用而形成的未胶结的、覆盖在地球表面的沉积物。土的分类：①残积物——岩石经风化作用而残留在原地的屑碎堆积物。②坡积物——高处的风化物在雨水、雪水或本身的重力作用下搬运后，沉积在较平缓的山坡上的堆积物。③洪积物—在山区高地由暂时性山洪急流作用而形成的山前堆积物。④冲积物—由河流流水作用在平原河谷或山区河谷中形成的沉积物。⑤淤积物——在静水或缓慢的水流作用下的沉积物。⑥冰积土——是由冰川或冰水作用形成的沉积物。⑦风积土——是由风力搬运形成的堆积物。1．2土的结构★定义：土的结构主要包括土粒的外表特征及粒径组成、土粒的排列和土粒间的联结等三个方面。解释：1.这里讨论的主要是土的微观结构。（须通过光学或电子显微镜才能观察）2.土的结构是反映土的三相组成之间相互作用和关系的堆积方式3．它综合反映了土体的物理性质和状态对其力学性质的影响。类型：粗粒土（无黏性土）、细粒土（黏性土）(a)单粒结构(b)蜂窝结构(c)絮状结构(1)单粒结构如图(a)所示。由颗粒大的土粒在自重作用下沉积形成的。粗粒土都具有单粒结构。单粒结构可以分为疏松的和紧密的。疏松单粒结构的土孔隙大，骨架不稳定，在外载作用下容易发生错位，产生很大的变形或沉降，因此，这种土未经处理一般不宜作为建筑物的地基。紧密单粒结构的土，由于颗粒排列紧密，强度高，压缩性小，在动、静载作用下都不会发生较大的沉降，是良好的天然地基。单粒结构(a)松散的单粒结构(b)密实的单粒结构(2)蜂窝结构如图(b)所示。这种结构是由于粘粒或粉粒在沉积过程中土粒表面上的水膜作用使颗粒互相连结而成的。特点：孔隙大，变形大，强度低(3)絮状结构如图(c)所示。直径小于0.002mm的极细粘粒，在水中能够长期悬浮而不下沉蜂窝结构絮状结构以上三种结构中，密实的单粒结构工程性质最好；蜂窝结构和絮状结构如果受到扰动，强度就会降低，压缩性变大，难以作为天然地基。1.3土的三相组成1、三相体的定义：土是由固体颗粒、液体水和气体三部分组成的，这就是三相体的概念；有的时候，土只有二相：如1）饱和土：只有固相和液相（孔隙完全充满水）；2）干土：只有固相和气相（液体蒸发，孔隙中充满气体）。2、三相组成与工程性质的关系干粘土：坚硬；干砂：松散；湿粘土：具有可塑性；饱和细砂：受振动荷载后可产生液化,厂房地基、地震区地基应避免采用这种地基，因这种地基的承载力可能会突然丧失饱和粘土：这种地基完成固结沉降需要的时间很长，因排水期长。☆由此可见，土的三相组成不同，其工程性质差异很大。一、土的固相土的固体颗粒是土的三相组成的主体，是决定土的工程性质的主要成分1.土粒的矿物成份原生矿物、次生矿物以及有机质2.粒组划分：★粒组划分原则：工程性质相似的划为一组。也即在某粒组范围内，土的工程性质相近（超过该范围，其性质产生质的变化）★粒组界限（见教材P4表1-1）★土的颗粒分析方法筛分法——适用于粒径大于0.1mm的土颗粒比重计法——适用于粒径小于0.1mm的土颗粒问题：土体的颗粒大小如何组成(搭配)，其工程性质越佳呢？颗粒级配曲线不均匀系数曲率系数CcC上列式中d60、d30、d10分别为限定粒径、连续粒径、有效粒径——与曲线上纵坐标分别为60％、30％、10％所对应的粒径土性判别判别标准：Cu≥5且Cc=1～3为级配良好；Cu<5且Cc<1或Cc>3为级配不良。3、例题讲解二、土的液相1.结合水:受静电引力等作用而吸附于土粒表面的孔隙水。解释现象：土中的粗颗粒不会吸附孔隙中的水，只有细小的粘粒才会将孔隙水分子牢牢吸附在颗粒周围，形成一层水膜。可分为：强结合水：显示固体的性质，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不传递静水压力。弱结合水：呈粘滞状态，不传递静水压力，不能自由流动2、自由水：是指不受土粒表面引力作用，而受重力作用，能传递静水压力的一种普通水。①重力水:指在土孔隙中受重力作用而自由流动的水。存在于地下水位面以下的透水中。传递静水压力并具有浮力②毛细水:指由毛细力作用（土粒的分子引力和水与空气界面的表面张力共同作用引起）而与土粒结合，存在于地下水面以上的透水层中。三、土的气相土的孔隙中未被水占据的部分都是气体。包括：1)自由气体：指土的孔隙中与大气相连通的气体，当土体压缩时，自由气体逸出，对工程无很大影响。2)封闭气体：:这部分气体呈封闭状态存在于孔隙中，通常由于地下水面上升，孔隙中部分气体没能逸出而被水包围，以封闭气泡的形式存在于孔隙中，它对土的工程性质影响较大。老师提问学生思考例举工程实例土的三相图图标讲解五家渠职业技术学校理论教学教案NO：2课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节1.4土的物理性质指标教学目标1、土的物理性质指标及状态指标教学重点与难点重点：理解土的物理性质难点：土的物理性质指标指标引入主体课程土的物理性质指标确定(1)土的重度γ老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：3课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节1.5土的物理状态指标1.6土的工程分类教学目标1、掌握土的物理状态指标，及土的工程分类教学重点与难点重点：掌握土的物理状态指标难点：掌握土的工程分类及应用范围引入主体课程1.5土的物理状态指标1.5.1无粘性土的密实度土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒充满的程度。(1)孔隙比e为标准(2)相对密实度Dr(3)根据现场标准贯入试验判定1.5.2粘性土的稠度稠度指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，它反映了土的软硬程度或土对外力引起的变化或破坏的抵抗能力的性质。(1)界限含水量的测定方法1)液、塑限联合测定法2)液限的锥式液限仪测定法3)液限的碟式液限仪测定法(2)粘性土的塑性指数Ip(3)粘性土的液性指数IL1.6土的工程分类目的：便于研究、交流及应用依据：能反映土的物理力学性质－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SL237-001-1999分类法1.6.1岩石1.6.2碎石土老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：4课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节试验1颗粒分析教学目标1、掌握土的颗粒分析试验目的及试验从操作方法教学重点与难点重点：颗粒分析试验操作方法难点：理解试验目的及应用引入主体课程土的颗粒分析试验筛析法一、试验目的测定小于某粒径的颗粒或粒组占砂土质量的百分数，以便了解土的粒度成分，并作为砂土分类及土工建筑选料的依据。二、基本原理筛析法是利用一套孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组，而后称量，计算各粒组的相对含量，确定砂土的粒度成分。此法适用于分离粒径大于0.075mm的粒组。三、仪器设备1、标准筛一套(图1-1)；顶盖2mm1mm0.5mm0.25mm0.1mm0.075mm顶盖2mm1mm0.5mm0.25mm0.1mm0.075mm底盘123取走取走4图1－1标准筛图1－2四分法图解3、磁钵及橡皮头研棒；4、毛刷、白纸、尺等。四、操作步骤1、制备土样(1)风干土样，将土样摊成薄层，在空气中放1～2天,使土中水分蒸发。若土样已干，则可直接使用。(2)若试样中有结块时，可将试样倒入磁钵中，用橡皮头研棒研磨，使结块成为单独颗粒为止。但须注意，研磨力度要合适，不能把颗粒研碎。(3)从准备好的土样中取代表性试样，数量如下：最大粒径小于2mm者，取100～300g；最大粒径为2～10mm之间的，取300～1000g；最大粒径为10～20mm之间的，取1000～2000g；最大粒径为20～40mm之间的，取2000～4000g；最大粒径大于40mm者，取4000g以上。用四分法来选取试样，方法如下：将土样拌匀，倒在纸上成圆锥形(图1-2.1),然后用尺以圆锥顶点为中心，向一定方向旋转(图1-2.2),使圆锥成为1～2cm厚的圆饼状。继而用尺划两条相互垂直的直线，把土样分成四等份，取走相同的两份(图1-2.3、图1-2.4),将留下的两份土样拌匀；重复上述步骤，直到剩下的土样约等于需要量为止。2、过筛及称量(1)用普通天平称取一定量的试样,准确至0.1g；(2)检查标准筛叠放顺序是否正确(大孔径在上，小孔径在下)，筛孔是否干净，若夹有土粒，需刷净。将已称量的试样倒入顶层筛盘中，盖好盖，用手或摇筛机摇振，持续时间一般为10～15min,然后按从上至下的顺序取下筛盘，在白纸上用手轻叩筛盘，摇晃，直到筛净为止。将漏在白纸上的土粒倒入下一层筛盘内，按此顺序，直到最末一层筛盘筛净为止。(3)称量留在各筛盘上的土粒质量，准确至0.1g,并测量试样中最大颗粒的直径。若大于2mm的颗粒超过50%，再用粗筛进行分析。五、成果整理1、某粒径的试样质量占试样总质量的百分比按下式计算，准确至小数后一位。(1-1)式中，X为小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比,%；mA为小于某粒径的试样质量,g；mB为所取试样总质量,g。各筛盘上土粒的质量之和与筛前所称试样的质量之差不得大于1%，否则应重新试验。若两者差值小于1%,应分析试验过程中误差产生的原因，分配给某些粒组；最终，各粒组百分含量之和应等于100%，将试验数据填写在记录表中。2、查土类若粒径小于0.075mm的含量大于50%则该土不是砂土，而是细粒土，将这一部分用密度计法(见第二节)继续分析。3、在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，求不均匀系数和曲率系数，说明该土的均一性,并确定土的名称。4、填写试验报告。六、注意事项1、在筛析中，尤其是将试样由一器皿倒入另一器皿时，要避免微小颗粒的飞扬。2、过筛后，要检查筛孔中是否夹有颗粒，若夹有颗粒，应将颗粒轻轻刷下，放入该筛盘上的土样中，一并称量。七、思考题1、“粒组”与“粒度成分”两术语有什么区别？2、试分析试验过程中误差产生的原因及误差如何分配。密度计法一、试验目的测定小于某粒径的颗粒占细粒土质量的百分数，以便了解土粒组成情况；并作为粉土和粘性土的分类和建筑选料之用。二、基本原理密度计法是依据斯托克斯(Stokes)定律进行测定的。当土粒在液体中靠自重下沉时，较大的颗粒下沉较快，而较小的颗粒下沉则较慢。一般认为，对于粒径为0.2～0.002mm的颗粒，在液体中靠自重下沉时，作等速运动，这符合斯托克斯定律。密度计法是静水沉降分析法的一种，只适用于粒径小于0.075mm的土样。密度计法，是将一定量的土样(粒径<0.075mm)放在量筒中，然后加纯水，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，制成一定量的均匀浓度的土悬液(1000mL)。静止悬液，让土粒沉降，在土粒下沉过程中，用密度计测出在悬液中对应于不同时间的不同悬液密度，根据密度计读数和土粒的下沉时间，就可计算出粒径小于某一粒径d(mm)的颗粒占土样的百分数。用密度计进行颗粒分析须作下列三个假定：1、斯托克斯定律能适用于用土样颗粒组成的悬液。2、试验开始时,土的大小颗粒均匀地分布在悬液中。3、所采用量筒的直径较比重计直径大得多。三、仪器设备1、密度计目前通常采用的密度计有甲、乙两种，这两种密度计的制造原理及使用方法基本相同,但密度计的读数所表示的含义则是不同的，甲种密度计读数所表示的是一定量悬液中的干土质量；乙种密度计读数所表示的是悬液比重。(1)甲种密度计，刻度单位以在20ºC时每1000mL悬液内所含土质量的克数来表示，刻度为-5～50，最小分度值为0.5。(2)乙种密度计，刻度单位以在20ºC时悬液的比重来表示，刻度为0.995～1.020，最小分度值为0.0002。2、量筒：容积1000mL；3、漏斗式洗筛：孔径0.075mm；4、搅拌器：轮径50mm，孔径3mm；5、煮沸设备：电热器、锥形烧瓶；6、分散剂：4%六偏磷酸钠或其他分散剂；7、其他：温度计、研钵、秒表、烧杯、瓷皿、天平等。四、操作步骤1、密度计的校正密度计在制造过程中,其浮泡体积及刻度往往不易准确,况且,密度计的刻度是以20°C的纯水为标准的。由于受实验室多种因素的影响，密度计在使用前应对刻度、弯液面、土粒沉降距离、温度、分散剂等的影响进行校正。(1)土粒沉降距离校正①测定密度计浮泡体积在250mL量筒内倒入约130mL纯水，并保持水温为20°C，以弯液面上缘为准，测记水面在量筒上的读数并划一标记，然后将密度计缓慢放入量筒中，使水面达密度计的最低刻度处(以弯液面上缘为准)时，测记水面在量筒上的读数并再划一标记，水面在量筒上的两个读数之差即为密度计的浮泡体积，读数准确至1mL。②测定密度计浮泡体积中心在测定密度计浮泡体积之后,将密度计垂直向上缓慢提起，并使水面恰好落在两标记的中间，此时，水面与浮泡的相切处(弯液面上缘为准)，即为密度计浮泡的中心，将密度计固定在三角架上，用直尺量出浮泡中心至密度计最低刻度的垂直距离。③测定1000mL量筒的内径（准确至1mm），并计算出量筒的截面积。④量出密度计最低刻度至玻璃杆上各刻度的距离,每5格量距1次。⑤按下式计算土粒有效沉降距离(1-2)式中，L为土粒有效沉降距离，cm；为水面至密度计浮泡中心的距离，cm；L1为最低刻度至玻璃杆上各刻度的距离，cm；L0为密度计浮泡中心至最低刻度的距离，cm；Vb为密度计浮泡体积，cm3；A为1000mL量筒的截面积，cm。⑥用所量出的最低刻度至玻璃杆上各刻度的不同距离L1值代入式(1-2),可计算出各相应的土粒有效沉降距离L值，并绘制密度计读数与土粒有效沉降距离的关系曲线，从而根据密度计的读数就可得出土粒有效沉降距离。图1图1-3弯液面校正试验时密度计的读数应以弯液面的上缘为准，而密度计制造时其刻度是以弯液面的下缘为准(图1-3)，因此应对密度计刻度及弯液面进行校正。将密度计放入20ºC纯水中，此时密度计上弯液面的上、下缘的读数之差即为弯液面的校正值。因弯液面上缘刻度永远大于下缘刻度，故此值永远为正。某些密度计出厂时已注明以弯液面上缘为准，即校正值为零。(3)温度校正密度计刻度是在20ºC时刻制的,但试验时的悬液温度不一定恰好等于20ºC,而水的密度变化及密度计浮泡体积的膨胀，会影响到密度计的准确读数，因此需要加以温度校正。密度计读数的温度校正值可从表1-1查得。(4)分散剂校正为了使悬液充分分散，常加一定量的分散剂，悬液的密度则比原来的增大，因此应考虑分散剂对密度计读数的影响。具体方法是：将量筒内1000mL的纯水恒温至20ºC,先测出密度计在20ºC纯水中的读数,然后再加试验时采用的分散剂,用搅拌器在量筒内沿整个深度上下搅拌均匀,并将密度计放入溶液中测记密度计读数,两者之差,即为分散剂校正值。(5)土粒比重校正密度计刻度系假定悬液内土粒的比重为2.65制作的，若试验时土粒的比重不是2.65，则必须加以校正，甲、乙两种密度计的比重校正值可由表1-1温度校正值悬液温度（℃）甲种密度计温度校正值乙种密度计温度校正值悬液温度（℃）甲种密度计温度校正值乙种密度计温度校正值悬液温度（℃）甲种密度计温度校正值乙种密度计温度校正值10.0-2.0-0.001217.0-0.8-0.000524.01.30.000810.5-1.9-0.001217.5-0.7-0.000424.51.50.000911.0-1.9-0.001218.0-0.5-0.000325.01.70.001011.5-1.8-0.001118.5-0.4-0.000325.51.90.001112.0-1.8-0.001119.0-0.3-0.000226.02.10.001312.5-1.7-0.001019.5-0.1-0.000126.52.20.001413.0-1.6-0.001020.00027.02.50.001513.5-1.5-0.000920.50.10.000127.52.60.001614.0-1.4-0.000951.00.30.000228.02.90.001814.5-1.3-0.000821.50.50.000328.53.30.001915.0-1.2-0.000822.00.60.000429.03.30.002115.5-1.1-0.000722.50.80.000529.53.50.002216.0-1.0-0.000623.00.90.000630.03.70.002316.5-0.9-0.000623.51.10.0007表1-2查得。表1-2土粒比重校正值土粒比重2.502.522.542.562.582.602.622.642.66校正值甲种密度计1.0381.0321.0271.0221.0171.0121.0071.0020.998乙种密度计1.6661.6581.6491.6411.6321.6251.6171.6091.603土粒比重2.682.702.722.742.762.782.802.822.84校正值甲种密度计0.9930.9890.9850.9810.9770.9730.9690.9650.961乙种密度计1.5951.5881.5811.5751.5681.5621.5561.5491.5432、处理土样及制备悬液(1)取代表性试样200～300g,风干并测定试样的风干含水率，放入研钵中，用带橡皮头的研棒研散。(2)称风干试样30g，倒入500mL锥形瓶，注入纯水200ml,浸泡过夜。(3)将盛土液的锥形瓶稍加摇晃后放在煮沸设备上进行煮沸，煮沸时间宜为40min。(4)将冷却后的悬液全部冲入烧杯中，用带橡皮头研棒研磨；静止约1min，将上部悬液倒在0.075mm洗筛上，经漏斗注入1000mL的大量筒内，遗留杯底沉淀物用橡皮头研棒研散，再加适量纯水搅拌，倒出上部悬液过筛入量筒内。如此反复，直至悬液澄清后将烧杯中全部试样过筛，冲洗干净；将筛上砂粒移入蒸发皿内，烘干后，按试验一步骤2过筛称量，并计算各粒组百分含量。(5)在大量筒中加入4%浓度的六偏磷酸钠10mL，再注入纯水至1000mL。3、按时测定悬液的密度及温度(1)将搅拌器放入量筒中，沿悬液深度上下搅拌1min，使土粒完全均布到整个悬液中。注意搅拌时勿使悬液溅出量筒外。(2)取出搅拌器，同时立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测记0.5、1、2、5、15、30、60、120和1440min时的密度计读数，并测定其相应的悬液温度。根据试验情况或实际需要，可增加密度计读数次数，或缩短最后一次读数时间。(3)每次读数时均应在预定时间前10～20s将密度计徐徐放入悬液中部，不得贴近筒壁，并使密度计竖直，还应在近似于悬液密度的刻度处放手，以免搅动悬液。(4)密度计读数以弯液面上缘为准。甲种密度计应准确至0.5,估读至0.1；乙种密度计应准确至0.0002,估读至0.0001。每次读数完毕，立即取出密度计，放入盛有清水的量筒中。(5)测定悬液温度，应准确至0.5ºC。 五、成果整理1、试样颗粒粒径按斯托克斯公式(1-3)计算：(1-3)式中，d为土颗粒粒径，mm；h为水的动力粘滞系数（kPa·s×10－6）；Gs为土粒比重；Gwt为tºC时水的比重；ρwt为4ºC时纯水的密度，g/cm3；L为土粒下沉距离，cm；t为土粒下沉时间，s；g为重力加速度(cm/s2)；A为粒径计算系数，与悬液温度和土粒比重有关，可由表1-3查得。粒径计算系数A值表温度t(℃)土粒比重Gs2.452.502.552.602.652.702.752.802.8550.13850.13600.13990.13180.12980.12790.12610.12430.122660.13650.13420.13200.12990.12800.12610.12430.12250.120870.13440.13210.13000.12800.12600.12410.12240.12060.118980.13240.13020.12810.12600.12410.12230.12050.11880.118290.13050.12830.12620.12420.12240.12050.11870.11710.1164100.12880.12670.12470.12270.12080.11890.11730.11560.1141110.12700.12490.12290.12090.11900.11730.11560.11400.1124120.12530.12320.12120.11930.11750.11570.11400.11240.1109130.12350.12140.11950.11750.11580.11410.11240.11090.1094140.12210.12000.11800.11620.11490.11270.11110.10950.1080150.12050.11840.11650.11480.11300.11130.10960.10810.1067160.11890.11690.11500.11320.11150.10980.10830.10670.1053170.11730.11540.11350.11180.11000.10850.10690.10470.1039180.11590.11400.11210.11030.10860.10710.10550.10400.1026190.11450.11250.11080.10900.10730.10580.10310.10880.1014200.11300.11110.10930.10750.10590.10430.10290.10140.1000210.11180.10990.10810.10640.10430.10330.10180.10030.0990220.11030.10850.10670.10500.10350.10190.10040.09900.0977230.10910.10720.10550.10380.10230.10070.09930.09790.0966240.10780.10610.10440.10280.10120.09970.09820.09600.0956250.10650.10470.10310.10140.09990.09840.09700.09570.0943260.10540.10350.10190.10030.09880.09730.09590.09450.0933270.10410.10240.10070.09920.09770.09620.09480.09350.0923280.10320.10140.09980.09820.09670.09530.09390.09260.0913290.10190.10020.09860.09710.09560.09410.09280.09140.0903300.10080.09910.09750.09600.09450.09310.09180.09050.08932、小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比可按式(1-4)或式(1-5)计算：(1)甲种比重计(1-4)式中，X为小于某粒径的试样质量的百分比，％；ms为土样干质量，g；CG为土粒比重校正值,查表1-2；R为甲种密度计读数；mt为悬液温度校正值，查表1-1；为弯液面校正值；为分散剂校正值。(2)乙种比重计(1-5)式中，为土粒比重校正值，查表1-2；为乙种密度计读数；为悬液温度校正值，查表1-1；为弯液面校正值；为分散剂校正值；Vx为悬液体积(＝1000mL)；ρw20为20℃时纯水的密度，取0.9982g/cm3。3、在半对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，求不均匀系数Cu和曲率系数Cc，说明该土的均一性。必须指出的是,当试样中既有小于0.075mm的颗粒,又有大于0.075mm的颗粒,需进行密度计法和筛析法联合分析时,应考虑到小于0.075mm的试样质量占试样总质量的百分比,即应将按式(1-4)或式(1-5)所得的计算结果,再乘以小于0.075mm的试样质量占试样总质量的百分数,然后再分别绘制密度计法和筛析法所得的颗粒大小分布曲线,并将两段曲线连成一条平滑的曲线。4、填写试验报告。六、注意事项1、每次测得悬液密度后，均应将密度计轻轻放在盛水的量筒中。2、读数要迅速准确，不宜将密度计在悬液中放置时间过久。在正式试验前，必须多次练习密度计的准确读数方法。 3、试验前，应将量筒放在固定平稳的地方，试验中不得移动，并保持悬液温度稳定。老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：5课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时4班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节2.1土的渗透定律渗透系数及其确定方法2.2动水力及渗透破坏教学目标1、掌握土的渗透性2达掌握西定律的使用范围和适用条件3理解渗透系数的测定4理解渗透力与渗透破坏形式教学重点与难点重点：掌握达西定律及其适用范围;渗透破坏形式难点：渗透系数的确定方法渗流破坏的形式引入主体课程土的渗透性及举例一、概念由于土是具有连续孔隙的介质，当土中两点存在着能量差时，也就是存在水位差时，水就在土的孔隙中从能量高的点（水位高的点）向能量低的点流动。这种水透过土体孔隙的现象就叫做渗透（渗流）。土具有被水等液体透过的性质叫渗透性。二、渗透危害土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形的问题。工程举例：土石坝坝基坝身渗流板桩围护下的基坑渗流渠道渗流水井渗流渗流滑坡2.1达西定律及其适用范围一、达西渗透定律由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流。著名的达西(Darcy)渗透定律：渗透速度：或渗流量为：式中：υ--水在土中的渗透速度，cm/s。它不是地下水的实际流速，而是在单位时间内流过单位土截面的水量,是土体断面的平均渗透速度；i--水力梯度，即土中两点的水头差与两点间的流线长度（L）之比；k--土的渗透系数，cm/s，与土的渗透性质有关的待定系数。二、达西渗透定律的适用条件只有当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律。达西渗透定律的适用界限可以考虑为：满足达西渗透定律的土的平均粒径:对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般是适用的，而对粗粒土来讲，只有在水力坡降很小的情况下才能适用。三、两种特殊情况1、粘性土对于粘性很大的密实粘土，有一起始坡降i0，当i<i0时没有渗流发生。2、砾土只有在水力坡降很小的情况下才能适用;在较大水力梯度下，水在土中的流动进入湍流状态，渗流速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律不能适用。2.2渗透系数及其确定方法渗透系数是直接衡量土的透水性强弱的一个重要的力学性质指标。一、实验室内测定渗透系数可分为：常水头试验和变水头试验（一）常水头法是在整个试验过程中，水头保持不变。常水头法适用于透水性强的无粘性土。土的渗透系数：、（二）变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，适用于透水性弱的粘性土。二、渗透系数的影响因素（一）土粒大小与级配土粒大小与级配对土的渗透系数影响极大。颗粒愈大、愈浑圆、愈均匀，土的渗透系数愈大。（二）水的动力粘滞系数渗透系数与水的动力粘滞系数成反比，二动力粘滞系数随水温发生明显的变化，故密度相同的土，温度不同时，渗透系数也不同。三、成层土的渗透系数通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和，即整个土层与层面平行的平均渗流系数为：2.3渗透力与临界水力坡降一、概念1、渗透力由于水的渗流作用对土粒产生的力。j=fs=iγω注：如水流方向自上而下，与土重方向一致时，渗透力起增大重量的作用，对土体稳定有利；反之与土重方向相反，渗透力起减轻土重作用，不利于土体稳定。渗透力是一种体积力，其作用方向与渗透方向一致。二、临界水力坡降使土体开始发生渗透变形的水力坡降称为临界水力坡降。2.4渗透变形一、流土与管涌的比较流土：土体局部范围的颗粒同时发生移动只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等管涌：土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口二、防止措施防治流土减小i：上游延长渗径；下游减小水压增大[i]：下游增加透水盖重防治管涌改善几何条件：设反滤层等改善水力条件：减小渗透坡降老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：6课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时4班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节3.1土的自重应力3.2地面荷载作用下地基中的附加应力3.3基础底面应力及基底下土中的附加应力计算教学目标掌握土的自重应力理解基底压力3了解影响土中应力分布的因素教学重点与难点重点：土的自重应力难点：土的自重应力基底压力的分布于计算引入主体课程бczбcz1σcz2бcz3(IL≥1)Zh3h2h1бczбcz3(IL≤0)Zwσcz=γzZ土中应力是指土体在自重、建筑物荷载、土中水的渗流力以及地震力作用下产生的应力。土中应力按其产生的原因可分为自重应力和附加应力。3-1土的自重应力一、概念土自身重量产生的应力称为自重应力。二、基本假定：1.地基为一半无限弹性体；2．近似按一维弹性变形考虑，即只有垂直向变形，无侧向变形；3．土体在自重力作用下任一竖直切面上无剪应力存在（τ=0）；三、自重应力计算式бcz1σcz2бcz3бczZh3бcz1σcz2бcz3бczZh3h2h1所以均质土的自重应力分布图为三角形注：当有不透水层时，在该层面上自重应力等于全部上覆土层和水的总重，所以在该层面上有一个突变。例题3-1、补充思考题3.2地面荷载作用下地基中的附加应力一、土中附加应力的分布特点土中应力的扩散范围随深度逐渐增大应力随深度变化的总趋势是越深越小在同一水平面上，离集中力作用线的水平距离越远，应力越小，位于作用线上者最大二、地面受竖向集中荷载作用下的附加应力计算三、地面受矩形均布荷载作用下的附加应力计算3-2基底压力基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。一.影响因素1、荷载条件主要有大小、方向和力的分布2、基础条件主要有刚度、形状、大小、埋深3、地基条件主要有土类、密度、土层结构等二．基底压力分布1、砂性土地基2、粘性土地基三、基础受铅直中心荷载作用1、矩形面积中心荷载长条形基础：指基础的长度L是宽度B的5倍以上，此时2、矩形面积偏心荷载e<B/6:梯形e=B/6:三角形e>B/6:出现拉应力区，因为土不能承受拉应力，所以此时要压力调整注：水平荷载引起的基底水平应力视为均匀分布。影响土中应力分布的因素：1、成层土地基和下卧层对土中应力的影响若上层为坚硬的粘土，而下层土为软土，因硬粘土可以起到类似基础的作用，产生应力扩散现象，则使软土层中的附加应力比均质土小，反之软土层的应力比均质土大。2、土的各向异性和变形模量随深度增大对土中应力分布的影响土层由于长期受到自重应力的影响，在铅直方向上的变形模量大于水平方向的变形模量。3、基础埋深对附加应力的影响P0=p-γD显然埋深越大，则附加应力越小。因此，加大基础埋深是减小土体应力和变形的工程措施之一。老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：7课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节3.4土的压缩性教学目标掌握土体压缩的概念掌握室内压缩试验及压缩指标教学重点与难点重点：土体压缩的概念和原因及压缩指标土体受荷历史对压缩性的影响土体的孔隙水压力与有效应力的转换过程土体变形随时间变化计算难点：土体的压缩指标土体的孔隙水压力与有效应力的转换过程土体变形随时间变化计算引入主体课程3.4土的压缩性概述土体在外力作用下总会产生变形，主要的竖向的压缩变形。变形的大小与荷载大小、土的压缩特性、地基厚度有关。地基沉降，一般包括：瞬时沉降：指加荷瞬间仅由土体的形状变化产生的沉降；固结沉降：是由于土体排水压缩产生的沉降；次固结沉降：是由土体骨架蠕变产生的变形。土体变密的过程称为土的固结。土的压缩性一、土压缩性的概念1、土的压缩性是指土体在压力作用下体积减小的性能。2、土体的变形实质：主要为土孔隙体积的减少——土体的压缩3、地基产生沉降或变形的内因和外因:内因:地基土自身存在有孔隙外因:建筑物荷载在地层中引起附加应力（外荷载→基础→基底→土颗粒骨架→颗粒移动→孔隙体积减少→土体压缩→地表沉降）二、侧限压缩试验和压缩指标(一)、室内（侧限压缩）试验侧限压缩试验:固结试验侧限条件的含义:指侧向受到限制不能变形，只有竖直方向的压缩。3、试验仪器：侧限压缩仪（小型固结仪）4、试验内容：用杠杆砝码分级加载，用百分表测出相应的竖向变形Si，然后反算出孔隙比ei。★反算过程：由（二）、侧限压缩性指标1．压缩系数av：e--p曲线上割线的斜率;表示在单位压力增量下土的孔隙比的减小。工程应用：用a1-2（以P1=0.1MPa~P2=0.2MPa压力段）判别土的压缩性高低。a1-2<0.1MP-1时，为低压缩性土0．1≤a1-2<0.5MP-1,为中压缩性土a1-2≥0.5MP-1时，为高压缩性土讨论：影响土的压缩性高低的因素？2．压缩指数Cc：工程评价：Cc愈大，土的压缩性愈高。Cc<0.2低压缩性土0.2<Cc<0.4中等压缩性土Cc>0.4高压缩性土3.压缩模量Es：表示侧限条件下，竖向应力增量与竖向应变增量的比值，其表达式为：Es<4MPa高压缩性土4≤Es≤15MPa中压缩性土Es>15MPa低压缩性土4、变形模量是在无侧限条件下的应力与应变的比值。一般通过现场原位测试确定。三、土的弹性变形与残余变形土体在荷载作用下受到压缩，卸荷后可以恢复的那部分变形，称为弹性变形；不能恢复的那部分变形称为残余变形。四、土体的受荷历史对压缩性的影响pc=ss：正常固结土土层固结后应力未发生明显变化pc>ss：超固结土土层受过比现在大的应力作用pc<ss：欠固结土土层还未达到完全固结的状态老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：9课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节3.5地基最终沉降量教学目标掌握地基最终沉降量及相关知识教学重点与难点重点：地基最终沉降量及相关知识难点：地基最终沉降量计算引入主体课程地基的最终沉降量计算一、概念定义：地基的最终沉降量是指地基土层在建筑物荷载作用下，达到压缩稳定时地基表面的沉降量。计算方法：分层总和法和建筑地基基础规范法二、分层总和法1、计算公式2、计算步骤:(a)计算原地基中自重应力分布σsz从天然地面算起；(b)基底中心点下附加压力p0Pe=p-gd(c)确定地基中附加应力sz分布σz从基底算起；σz是由基底附加应力p-γd引起的(d)确定计算深度zn①一般土层：σz=0.2σsz；②软粘土层：σz=0.1σsz；③一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)；④基岩或不可压缩土层。(e)地基分层Hi①不同土层界面；②地下水位线；③每层厚度不宜大于0.4B或4m；④sz变化明显的土层，适当取小。(f)计算每层沉降量Si(g)各层沉降量叠加SSi

◆分层法的优缺点：1.原理直观、概念明确、易于接受2．分层法的不足：（1）计算繁琐（人为分层）（2）精度差误差大，原因多方面：（3）计算理论的几点假设与实际不符合,需要修正。三、例题讲解老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：10课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节三轴压缩实验教学目标掌握土的三轴压缩实验教学重点与难点重点：三轴压缩实验方法步骤难点：三轴压缩实验实验结果处理引入主体课程三轴压缩实验（实验性质：综合性实验）一、概述1910年摩尔（Mohr）提出材料的破坏是剪切破坏，并指出在破坏面上的剪应力是为该面上法向应力的函数，即这个函数在坐标中是一条曲线，称为摩尔包线，如图实线所示。摩尔包线表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑动面上法向应力与剪应力的关系。土的摩尔包线通常可以近似地用直线表示，如图4-1虚线所示，该直线方程就是库仑定律所表示的方程（）。由库仑公式表示摩尔包线的土体强度理论可称为摩尔－库仑强度理论。图4-1摩尔包线当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点也即处于极限平衡状态。根据材料力学，设某一土体单元上作用着的大、小主应力分别为和，则在土体内与大主应力作用面成任意角的平面上的正应力和剪应力，可用坐标系中直径为的摩尔应力圆上的一点（逆时针旋转2,如图4-2中之A点）的坐标大小来表示，即将抗剪强度包线与摩尔应力画在同一张坐标纸上，如图4-3所示。它们之间的关系可以有三种情况：①整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方（圆Ⅰ），说明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；②摩尔压力圆与抗剪强度包线相割（圆Ⅲ），表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，事实上该应力圆所代表的应力状态是不存在的；③摩尔应力圆与抗剪强度包线相切（圆Ⅱ），切点为A点，说明在A点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，即该点处于极限平衡状态，圆Ⅱ称为极限应力圆。图用摩尔圆表示的土体中任意点的应力图摩尔圆与抗剪强度包线之间的关系三轴压缩实验（亦称三轴剪切实验）是以摩尔－库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验，试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样的3～4个试件分别在不同的周围压力下进行实验，可得一组极限应力圆，如图中的圆Ⅰ、圆Ⅱ和圆Ⅲ。作出这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标。a)试样承受作用；b)破坏时土样应力状态；c)土样的极限应力圆与抗剪强度包线三轴压缩实验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内实验方法，可以严格控制排水条件，可以测量土体内的孔隙水压力，另外，试样中的应力状态也比较明确，试样破坏时的破裂面是在最薄弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间，同时三轴压缩试验还可以模拟建筑物和建筑物地基的特点以及根据设计施工的不同要求确定试验方法，因此对于特殊建筑物（构筑物）、高层建筑、重型厂房、深层地基、海洋工程、道路桥梁和交通航务等工程有特别重要的意义。二、实验方法根据土样固结排水条件和剪切时的排水条件，三轴试验可分为不固结不排水剪实验（UU）、固结不排水剪实验（CU）、固结排水剪实验（CD）以及Ko固结三轴实验等。1．不固结不排水剪实验（UU）试样在施加周围应力和随后施加偏应力直至破坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散，可以测得总应力抗剪强度指标，。2．固结不排水剪实验（CU）试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中，测得土体的孔隙水压力，可以测得总应力抗剪强度强度指标，和有效应力抗剪强度指标，。3．固结排水剪实验（CD）试样先在周围压力下排水固结，然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，同时在试验过程中测读排水量以计算试样的体积变化，可以测得有效应力抗剪强度指标，。4．Ko固结三轴实验常规三轴试验是在等向固结压力（）条件下排水固结，而K0固结三轴试验是按施加周围压力，使试样在不等向压力下固结排水，然后再进行不排水剪或排水剪试验。三、实验设备1．三轴仪三轴仪根据施加轴向荷载方式的不同，可以分为应变控制式和应力控制式两种，目前室内三轴试验基本上采用的是应变控制式三轴仪。应变控制式三轴仪由以下几部分组成（如图4-5）：（1）三轴压力室。压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统、体积变形以及孔隙水压力量测系统相连。（2）轴向加荷系统。采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级变速，并通过传动系统使压力室自下而上的移动，从而使试样承受轴向压力，其加荷速率可根据土样性质和试验方法确定。（3）轴向压力测量系统。施加于试样上的轴向压力由测力计量测，测力计由线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表或位移传感器测读。（4）周围压力稳压系统。采用调压阀控制，调压阀控制到某一固定压力后，它将压力室的压力进行自动补偿而达到稳定的周围压力。（5）孔隙水压力量测系统。孔隙水压力由孔压传感器测得。（6）轴向变形量测系统。轴向变形长距离百分表（0~30mm百分表）或位移传感器测得。图应变控制式三轴仪1-调压筒；2-周围压力表；3-周围压力阀；4-排水阀；5-体变管；6-排水管；7-变形量表；8-量力环；9-排气孔；10-轴向加压设备；11-压力室；12-量管阀；13-零位指示器；14-孔隙压力表；15-量管；16-孔隙压力阀；17-离合器；18-手轮；19-马达；20-变速箱（7）反压力体变系统。由体变管和反压力稳压控制系统组成，以模拟土体的实际应力状态或提高试件的饱和度以及量测试件的体积变化。2．附属设备（1）击实筒和饱和器（2）切土盘、切土器、切土架和原状土分样器（3）承膜筒和砂样制备模筒（4）天平、卡尺、乳胶膜等四、试样的制备与饱和1．试样制备试样应切成圆柱性形状，试样直径为Φ39.1mm、Φ61.8mm、Φ101mm、相应的试样高度分别为80mm、150mm、200mm，试样高度与直径的关系一般为2～2.5倍，试样的允许最大粒径与试样直径之间的关系见表4-1。表试样的允许最大粒径与试样直径之间的关系见表试样直径D(mm)允许最大粒径d(mm)39.1d<D/1061.8d<D/10101.0d<D/5对于较软的土样，用钢丝锯或切土刀在切土盘上制样；对于较硬的土，用切土刀和切土器在在切土架上制样。称取切削好试样的质量，准确至0.1g，试样的高度和直径用卡尺量测，并按下式计算平均直径式中D1D2D3分别为试样上、中、下部位的直径。与此同时，取切下的余土，平行测得含水量，取其平均值为试样的含水量。2．试样饱和（1）真空抽气饱和：将试样装入饱和器，置于真空缸内，进行抽气，当真空压力达到1个大气压时，开启管夹，使清水注入真空缸内，待水面超过饱和器后，即可停止抽气，然后静止大约10h左右，使试样充分吸水饱和。（2）水头饱和：将试样装入压力室内，施加20kPa的周围压力，使无气泡的水从试样底座进入，待上部溢出，水头高差一般在1m左右，直至流入水量和溢出水量相等为止。（3）反压力饱和：试样饱和度要求较高时采用（祥见实验规程）。五、操作步骤这里只介绍不固结不排水剪。1．对仪器各部分进行全面检查，周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力系统、轴向压力系统是否能正常工作，排水管路是否畅通，管路阀门连接处有无漏水漏气现象。乳胶膜是否有漏水漏气现象。2．拆开压力室的有机玻璃罩子，将试样方在试样底座的不透水圆板上，在试样的顶部放置不透水试样帽。3．将乳胶膜套在承膜筒上，两端翻过来，用吸咀吸气，使乳胶膜贴紧承膜筒内壁，然后套在试样外放气，翻起乳胶膜，取出承膜筒，用橡皮圈将乳胶膜分别扎紧在试样底座和试样帽上，4．装上受压室外罩，安装时应先将活塞提高，以防碰撞试样，然后将活塞对准试样帽中心，并旋紧压力室密封螺帽，再将测力环对准活塞。5．向压力室充水，当压力室快注满水时，降低进水速度，当水从排水孔溢出时，关闭排水孔。6．开空压机和周围压力阀，施加所需的周围压力，周围压力的大小应根据土样埋深和应力历史来决定，也可按100、200300kPa施加。7．旋转手轮，当测力环的量表微动，表示活塞与试样接触，然后将测力环的量表和和轴向位移量表的指针调整到零位。8．启动电动机开始剪切，剪切速率宜为每分钟应变0.5%～1.0%。80mm高的试样速率为0.4～0.8mm/min。开始阶段，试样每产生垂直应变0.3～0.4%时记测力环量表读数和垂直位移量表读数各一次。当接近峰值时应加密读数，如果试样特别松软和硬脆，可酌情减少或加密读数。9．当出现峰值后，再进行3%～5%的垂直应变或剪至总垂直应变的15%后停止试验，若测力环读数无明显减少则垂直应变应进行到20%。10．试验结束后，关闭电动机，关周围应力阀，拔开离合器，倒转手轮，然后打开排气孔，排去压力室内的水，拆去压力室外罩，取出试验，描述试样破坏的形状，并测得试验后的密度和含水量。11．重复以上步骤分别在不同的围压下进行第二、三、四个试样的试验。六、成果整理1．计算轴向应变式中－轴向应变（％）；－轴向变形(mm)；－土样初始高度（mm）。2．计算剪切过程中试样的平均面积：式中－剪切过程中平均断面积（cm2）－土样初始断面积（cm2）－轴向应变（％）3.计算主应力差式中－主应力差（kPa）―大主应力（kPa）－小主应力（kPa）－测力计率定系数（N/0.01mm）－测力计读数（0.01mm）10－单位换算系数。4．绘制主应力差与轴向应变关系曲线以主应力差（）为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制主应力差与轴向应变关系曲线（图4-5），若有峰值时，取曲线上主应力差的峰值作为破坏点；若无峰值时，则取15％轴向应变时的主应力差值作为破坏点。图主应力差与轴向应变关系曲线图不固结不排水剪强度包线5．绘制强度包线以剪应力为纵坐标，法向应力为横坐标，在横坐标轴上以破坏时的为圆心，以为半径，在坐标系上绘制破坏总应力圆，并绘制不同周围应力下诸破坏总应力圆的包线（图4-6），包线的倾角为内摩擦角，包线在纵坐标上的截距为粘聚力。七、思考题什么是土的抗剪强度？土的抗剪强度是不是一个定值？什么是土的抗剪强度指标？对于一种土，其抗剪强度指标是否为一个定值？为什么？分别简述直剪实验和三轴实验的原理。比较二者之间的优缺点和适用范围？八、实验报告此报告格式仅供参考，同学可以参照此原则自定报告形式。在实验报告的最后部分，同学要综合所学知识及实验所得结论，认真回答思考题并可以提出自己的见解、讨论及存在的问题。实验目的：实验设备实验记录及成果分析（1）三轴实验记录周围压力(kPa)量力环读数(0.01mm)轴向荷重(N)轴向变形(0.01mm)轴向应变(%)校正后试样面积(cm2)主应力差(kPa)轴向应力(kPa)(2)主应力差与轴向应变关系曲线(3)不固结不排水剪强度包线老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：11课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节4.1土的抗剪强度的定义4.2土的抗剪强度理论教学目标掌握土的抗剪强度的定义及抗剪强度理论教学重点与难点重点：掌握土的抗剪强度的定义难点：抗剪强度理论引入主体课程4.1土的强度定义一、土的强度特点：1．碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用——主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力；.2．三相体系：三相承受与传递荷载——有效应力原理；3．自然变异性：土的强度的结构性与复杂性。二、工程中土体的破坏类型1.挡土结构物的破坏2.各种类型的滑坡3.地基的破坏土体的破坏除渗透破坏外都属于剪切破坏。土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力4.2土的抗剪强度理论一、库仑定律库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力s的线性函数1、粘性土f=tan砂土f2、砂性土c:土的粘聚力j:土的内摩擦角f=c+tan粘土cf该图表示的就是库仑线，它表示出土的抗剪强度随剪切面上的铅直压力的加大而增长的规律。二、抗剪强度指标与主要影响因素（一）土的抗剪强度标、c:是土的内摩擦角，包括土颗粒和颗粒接触表面的摩擦力及颗粒和颗粒之间的咬合力。一般土愈密实，颗粒愈粗，其值也愈大，反之就愈小。C：粘聚力是由于颗粒之间的胶结作用、结合水膜以及分子引力作用等形成。一般土的颗粒愈细小，塑性愈大，愈紧密，其值也就愈大。（二）影响土的抗剪强度的因素1、土粒是矿物成分、形状、颗粒大小与颗粒级配2、土的密度3、含水量4、土体结构的扰动情况5、有效应力土的强度理论(极限平衡条件)一、概述土体的主要破坏形式：剪切破坏莫尔强度理论认为：材料发生破坏主要是由于某一截面上的剪应力达到一定的限度所致，但材料破坏也和该受剪截面上的法向应力有关。土体中某点任意平面上的剪应力如果等于该平面上土的抗剪强度时，表明该点的任意平面土体已处于极限平衡状态，即：二、土中某点的应力状态Oz+zx-xzx213rR莫尔圆：代表一个土单元的应力状态；圆周上一点代表一个面上的两个应力s与t。老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：12课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节4.3土的剪切试验教学目标掌握土的剪切试验教学重点与难点重点：土的剪切试验操作步骤难点：土的剪切试验结果处理引入主体课程确定土的抗剪强度指标的试验称为剪切试验。测定土的抗剪强度的设备与方法很多。常用的室内试验有直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验，野外常用的有十字板剪切试验等。(1)直接剪切试验直接剪切试验是最简单的抗剪强度测定方法。直接剪切试验所用仪器，按加荷方式不同可分为：①应变控制式；②应力控制式。(2)三轴压缩试验三轴压缩仪是针对直剪仪的缺点而发展起来的，是测定土的抗剪强度的较为完善的一种方法。它由加载系统(对试样施加周围压力及竖向应力增量)、量测系统(量测孔隙水压力及试样排水量)、压力室(底座和有机玻璃罩等组成的密封容器)等组成。如图5.8所示。(3)无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验实际上是三轴试验的一个特例(σ3=0)。三轴压缩仪1—调压筒；2—周围压力表；3—周围压力阀；4—排水阀；5—变体阀；6—排水管；7—百分表；8—量力环；9—排气孔；10—轴向加压设备；11—压力室；12—量管阀；13—零位指示器；14—孔隙水压力表；15—量管；16—孔隙水压力阀；17—离合器；18—微调手轮；19—粗调手轮(4)十字板剪切试验十字板剪切仪是一种使用方便的抗剪强度原位测试仪器。三轴固结排水试验和直剪慢剪试验(1)三轴固结排水试验(CD试验)(2)慢剪试验老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：13课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节4.4地基承载力教学目标掌握地基承载力及相关知识教学重点与难点重点：地基承载力的基本概念及确定方法难点：按原位测试确定地基的承载力引入主体课程地基破坏的模式地基破坏的3种模式及其特征地基破坏的三个阶段地基承载力的确定方法P681根据原位测试确定2根据设计规范确定3根据地基承载力理论公式确定老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：14课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节5.1土压力及挡土墙概述5.2静止土压力计算教学目标掌握静止土压力、主动土压力、被动土压力的概念及区别理解土压力计算教学重点与难点重点：静止土压力、主动土压力、被动土压力的概念及区别难点：土压力计算引入主体课程第一节概述静止土压力主动土压力被动土压力第二节静止土压力计算静止土压力系数确定的方法有3中P85老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：14课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节5.3朗肯土压力理论教学目标掌握朗肯土压力理论及相关知识教学重点与难点重点：朗肯土压力理论难点：用朗肯土压力理论计算主动土压力和被动土压力引入主体课程朗肯(Rankine，1857)土压力理论是经典土压力理论之一，它是根据半空间土体的应力状态和土体极限平衡条件导得的。朗肯土压力理论假定墙背垂直、光滑，填土面水平。根据这一假定可知墙后填土中的应力状态与半无限空间土体中的应力状态相一致，即水平面和铅垂面上的剪应力为零，正应力分别为大、小主应力。一、主动土压力二、被动土压力三、其他情况下土压力的计算老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：14课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节5.4库仑土压力理论教学目标掌握库仑土压力理论及相关知识教学重点与难点重点：理解库仑土压力理论难点：用库仑土压力理论计算主动土压力和被动土压力引入主体课程一、主动土压力计算二、被动土压力计算老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：14课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节5.5挡土墙教学目标掌握挡土墙的概念及应用教学重点与难点重点：重力式挡土墙的构造难点：挡土墙施工的要点引入主体课程一、挡土墙的概念及应用二、挡土墙的类型三、轻型挡土墙的简介1、加筋挡土墙2、锚杆挡土墙3、锚定板挡土墙4、钢筋混凝土悬臂式和扶壁式挡土墙5、对拉式挡土墙6、桩板式挡土墙四、重力式挡土墙的构造老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节6.1人工地基概述6.2砂砾垫层教学目标掌握人工地基概念，理解砂砾垫层作用及施工要点教学重点与难点重点：掌握人工地基难点：砂砾垫层作用及施工要点引入主体课程地基与基础的概念（1）基础：1）定义：建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间的连接作用。2）分类：按埋深可分为：浅基础：埋深较小，可采用深基础：桩基础、地下连续墙（2）地基1）定义：基底以下的土体中因修建建筑物而引起的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层。持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层下卧层：持力层下部的土层2）分类：天然地基：在天然土层上修建，土层要符合修建建筑物的要求（强度条件、变形条件）人工地基：经过人工处理或加固过的地基：第一节概述人工地基按不同的加固原理，可分为如下几种类型1、换土法2、机械密实法3、浆液灌注胶结法4、排水固结法5、深层搅拌桩6、加筋法第二节砂砾垫层一、砂砾垫层的作用1、减小压应力承载力提高2、减小基础的总沉降值3、加速软土层的固结排水4、防治冻胀二、砂砾垫层的设计计算1、砂砾垫层设计尺寸的确定2、基础沉降量的计算三、砂砾垫层施工要点1、就地取材，满足质量要求和基地压力的要求，宜用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂或砾砂2、施工关键是将砂砾加密到设计要求的密实度3、基坑开挖铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动，基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或水浸。五家渠职业技术学校理论教学教案NO：课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节6.3砂（碎石）桩教学目标掌握砂桩作用和构造，掌握砂桩施工工艺教学重点与难点重点：掌握砂桩作用和构造难点：砂桩施工工艺引入主体课程一、概述砂桩也称为挤密砂桩或砂桩挤密法，是指用震动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后再将砂挤入土中，形成密实砂柱体的加固地基的方法二、作用于构造1、砂桩的作用提高地及强度和减少地基变形2、构造直径一般为30~70cm，砂桩中心距为（3~5）d三、砂桩设计要点首先要根据工程对地基加固的要求，确定要求达到的密实度和孔隙比，并考虑桩位布置形式和桩径大小，计算桩数及桩的间距。四、砂桩施工工艺1、振冲法2、沉管法振动成桩法冲击成桩法老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节6.4加固地基的其他方法教学目标掌握加固地基的机械密实法、化学加固法、灰土桩挤密法、排水固结法、加筋法教学重点与难点重点：机械密实法、化学加固法、灰土桩挤密法、排水固结法、加筋法难点：机械密实法、化学加固法、灰土桩挤密法、排水固结法、加筋法引入主体课程一、机械密实法1、重锤夯实和振动压实2、强夯二、化学加固法1、高压喷射注浆法2、深层搅拌法三、灰土桩挤密法四、排水固结法1、基本原理：软黏土地基在荷载作用下，土孔隙水满满排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增强2、排水固结法的排水与预压排水首先打设沙井包括袋装沙井、塑料排水板等，在砂井之上铺设砂垫或者砂沟，增加土层排水通道，加速固结。预压：堆载预压法通过临时填土石方等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力真空预压法在黏土层上铺设砂垫层，搭设排水板，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵抽气，使地下水位下降，同时在大气压力作用下加速地基固结五、加筋法加筋法是指在软弱地基中加入特殊材料。常见的种类有三种即土工合成材料、土钉墙技术、加筋土老师提问学生思考五家渠职业技术学校理论教学教案NO：课程名称土力学教学方法板书与多媒体课件相结合授课学时2班级水利17班教学形式讲授时间8月班级路桥17班教学章节7.1天然地基上的浅基础概述7.2明挖基础的尺寸教学目标掌握地基基础概念及相关知识教学重点与难点重点：地基基础概念难点：明挖基础的尺寸确定引入主体课程地基：指在外荷载作用下所产生的附加应力与应变都不能忽略的那部分土层，即主要受力层。地基要求：地基应有足够的强度地基不能产生过大的变形天然地基：地基土的承载力较高，变形量小，可以直接进行建筑物修建的地基。人工地基：由于地基土层较软弱，必须经过工程加固处理后才能进行建筑的地基。浅基础埋深<5m深基础埋深>5m浅基础定义:埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础。浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。浅基础特点:由于埋深浅