巖土力學(xué)教案：第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類

1、緒論 第一章 土的物理性質(zhì)及分類課堂教學(xué)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)62內(nèi)容提要1本門學(xué)科的重要性2土的組成與土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造3土的物理性質(zhì)指標(biāo)4土的物理狀態(tài)指標(biāo)5土的工程分類6土的壓實(shí)性能力培養(yǎng)要求1了解土的形成過程及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)；2理解各種物理性質(zhì)指標(biāo)和狀態(tài)指標(biāo)的定義及表達(dá)式，能根據(jù)指標(biāo)判別土的性狀；3利用三相簡圖進(jìn)行指標(biāo)間的相互換算；4掌握用規(guī)范法對土進(jìn)行工程分類、定名；5了解土的壓實(shí)機(jī)理。6掌握測定土的容重、比重、含水量的方法，掌握顆分試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)原理，能夠正確使用液塑限聯(lián)合測定儀。教學(xué)形式教師主講、課堂討論、學(xué)生講評、提問答疑、工程案例分析等教案表頭日期班級課室時(shí)間90min復(fù)習(xí)舊課時(shí)間min新課題

2、目緒論第一節(jié) 土的組成與土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造教學(xué)目標(biāo)1了解本門課主要特點(diǎn)、內(nèi)容及重要性；2熟悉土的定義及其形成過程；3能夠根據(jù)顆粒級配曲線判別土粒級配好壞；4了解土的各組成部分對土工程性質(zhì)的影響；5熟悉土的三種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。教學(xué)輔助資料工程圖片、文字資料等教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及安排緒論一、土力學(xué)學(xué)科的重要性土是地殼巖石經(jīng)受強(qiáng)烈風(fēng)化的產(chǎn)物，是各種礦物顆粒的集合體，由固體顆粒、水、和空氣三相組成。 PAGE 1土力學(xué)學(xué)科研究和解決工程中兩大類問題：【工程實(shí)例】二、本課程的主要特點(diǎn)、內(nèi)容及學(xué)習(xí)建議第一節(jié) 土的組成與土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造【基本內(nèi)容】土土粒（固相）水（液相）空氣（氣相）一、土的固體顆粒土粒的大小、形狀、礦物成分和

3、級配對土的物理性質(zhì)有明顯影響。1土的顆粒級配 粒組的概念： 各粒組的界限粒徑：200mm，20mm，2mm，0.075mm，0.005mm 確定各粒組相對含量的方法顆粒分析試驗(yàn)試驗(yàn)成果顆粒級配曲線【課堂討論】為什么土的級配曲線用半對數(shù)坐標(biāo)？ 級配曲線的特點(diǎn)：半對數(shù)坐標(biāo) 判別土體級配好壞的指標(biāo)當(dāng)同時(shí)滿足Cu5,Cc=13時(shí)，土的級配良好，否則，級配不良。2土粒的礦物成分二、土中水三、土中氣體 PAGE 2四、土的結(jié)構(gòu)五、土的構(gòu)造【校園現(xiàn)場觀察土的特點(diǎn)】【現(xiàn)場提問答疑】【本次課總結(jié)】1土是由固體（土粒）、液體（水）和氣體（空氣）三相所組成；2粒徑級配曲線的特點(diǎn)及用途；3常見土的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形式?！緩?fù)

4、習(xí)思考】1粘土顆粒表面哪一層水膜對土的工程性質(zhì)影響最大，為什么？2為什么土的級配曲線用半對數(shù)坐標(biāo)？【課后作業(yè)】課后反饋意見 PAGE 3教案表頭日期班級課室時(shí)間90min復(fù)習(xí)舊課土的特點(diǎn)顆粒級配曲線特點(diǎn)及用途時(shí)間min新課題目第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)教學(xué)目標(biāo)理解物理性質(zhì)指標(biāo)的定義及表達(dá)式；2、能夠利用土的三相簡圖進(jìn)行指標(biāo)間的相互換算。教學(xué)輔助資料多媒體課件、三角板等教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及安排第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)【基本內(nèi)容】反映著土的物理狀態(tài),如干濕軟硬松密等。表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo),統(tǒng)稱為土的三相比例指標(biāo)。一、土的三相圖 【注意】土的三相圖只是理想化地把土體中的三相分開，并不表示實(shí)際土體三

5、相所占的比例。二、物理性質(zhì)指標(biāo)1基本指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)中有三個(gè)基本指標(biāo)可直接通過土工試驗(yàn)測定,亦稱直接測定指標(biāo)。土的密度或土的天然重度：，（kg/m3），（kN/m3）。試驗(yàn)測定方法：環(huán)刀法土粒相對密度（土粒比重）Gs：土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量與同體積4oC純水的質(zhì)量之比。，無量綱。試驗(yàn)測定方法：比重瓶法 PAGE 4【課堂討論】相對密度（比重）與天然密度（重度）的區(qū)別注意：從公式可以看出，對于同一種土，在不同的狀態(tài)（重度、含水量）下，其比重不變；土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示： 試驗(yàn)測定方法：烘干法【討論】含水量能否超過100？從公式可以看出，含水量可以超出100。

6、2間接指標(biāo)（導(dǎo)出指標(biāo)）測出上述三個(gè)基本試驗(yàn)指標(biāo)后，就可根據(jù)圖1-9所示的三相圖，計(jì)算出三相組成各自的體積上和質(zhì)量上的含量，并由此確定其它的物理性質(zhì)指標(biāo)，即導(dǎo)出指標(biāo)。孔隙比孔隙比為土中孔隙何種與土粒體積之比，用小數(shù)表示：孔隙比是評價(jià)土的密實(shí)程度的重要物理性質(zhì)指標(biāo)?？紫堵释林锌紫扼w積與土的總體積之比：100孔隙率亦可用來表示同一種土的松、密程度。飽和度土中所含水分的體積與孔隙體積之比, 飽和度可描述土體中孔隙被水充滿的程度：顯然,干土的飽和度Sr =0,當(dāng)土被完全飽和狀態(tài)時(shí)Sr =100%。砂土根據(jù)飽和度可劃分為下列三種濕潤狀態(tài)：Sr50% 稍濕，50%Sr80% 很濕，Sr80% 飽和。【討論】

7、孔隙比、孔隙率、飽和度能否超過1或100？飽和密度和飽和重度飽和密度為土體中隙完全被水充滿時(shí)的土的密度：，（kg/m3）。飽和重度：sat=g，（kN/m3）。干密度和干重度干密度單位體積中土粒的質(zhì)量：，（kg/m3）。干重度單位體積中土粒的重量：=dg，（kN/m3）。有效重度（浮重度），（kN/m3）。同樣條件下，上述幾種重度在數(shù)值上有如下關(guān)系： PAGE 5 3指標(biāo)間的相互換算已知：（），Gs，e，n，Sr，sat（sat），d（d），等的表達(dá)式。推導(dǎo)間接指標(biāo)的關(guān)鍵在于：熟悉各個(gè)指標(biāo)的定義及其表達(dá)式，能熟練利用土的三相簡圖。推導(dǎo)公式主要步驟：利用VS作為未知數(shù)，將土的三相圖中的各相物質(zhì)的

8、質(zhì)量用（），Gs，和VS表示出來，填在圖中；先將孔隙比e的表達(dá)式求出來，然后將其它指標(biāo)用（）， Gs，和e來表達(dá)。依上圖，將m（1）Gs Vs和V（1e）Vs代入中可得： 注意：此時(shí)e已是“已知”的指標(biāo)。根據(jù)各間接指標(biāo)的定義，利用三相簡圖可求得： 或 ， 或 【課堂思考】可否用其它簡潔方法上述推導(dǎo)公式？如令Vs1?！菊n堂先自習(xí)例題后講解】【例11】某土樣經(jīng)試驗(yàn)測得何種為1003，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167 g。若土粒的相對密度Gs為2.66，試求該土樣的含水量、密度、重度、干重度d、孔隙比、飽和重度sat和有效重度。解題思路：利用定義先求， ，后根據(jù)公式求相關(guān)指標(biāo)。【例21】

9、某完全飽和粘性土的含水量為=40%，土粒相對密度Gs =2.7，試按定義求土的孔隙比和填密度。 PAGE 6解題思路：本題給出的條件是飽和土Sr100利用三相圖求出各相的質(zhì)量和體積用定義求出e和d。 【現(xiàn)場提問答疑】【本次課小結(jié)】1各指標(biāo)的定義；2利用三相圖進(jìn)行指標(biāo)間的相互換算?！緩?fù)習(xí)思考】1在土的三相比例指標(biāo)中，哪些指標(biāo)是直接測定的？用何方法？2在三相比例指標(biāo)中，哪些指標(biāo)的數(shù)值可以大于1，哪些不行？【課后作業(yè)】課后反饋意見 PAGE 7教案表頭日期班級課室時(shí)間90min復(fù)習(xí)舊課各物性指標(biāo)的定義及公式時(shí)間min新課題目第三節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)第四節(jié) 土（巖）的工程分類第五節(jié) 土的壓實(shí)性 習(xí)題復(fù)

10、習(xí)課教學(xué)目標(biāo)1了解土和碎石土密實(shí)度的評定方法；2理解粘性土隨含水量變化時(shí)的分界含水量（稠度界限）；3能夠按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50072002）對土進(jìn)行工程分類；4領(lǐng)會土的擊實(shí)機(jī)理；5清楚最優(yōu)含水量與最大干密度關(guān)系，及影響它們的因素；6提高學(xué)習(xí)積極性及表達(dá)能力。教學(xué)輔助資料多媒體課件教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及安排第三節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)【基本內(nèi)容】一、無粘性土的密實(shí)度土的密實(shí)度單位土體中固體顆粒的含量。無粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系。描述砂土密實(shí)狀態(tài)的指標(biāo)有：1孔隙比孔隙比愈大，則土愈松散。缺陷：取原狀砂樣和測定孔隙比存在實(shí)際困難，故在實(shí)用上也存在問題。沒有考慮到顆粒級配這一重要因素對砂土

11、密實(shí)狀態(tài)的影響。2相對密度Dr：將現(xiàn)場土的天然孔隙比e與該種土所能達(dá)到最密實(shí)時(shí)的孔隙比和最疏松時(shí)的孔隙比相對比的方法，來表示孔隙比為e時(shí)土的密實(shí)度。【討論】相對密度是否會出現(xiàn)Dr1.0和Dr1.0和IL0的情況？【例題先自習(xí)后講解】【例13】某砂土試樣,通過試驗(yàn)測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量 =9.43%,天然天然密度=1.66/3。已知砂樣牌最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62,牌最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45。試求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)。解題思路：先利用三個(gè)基本指標(biāo)求出天然孔隙比e土最密實(shí)時(shí)有最大干密度dmax和最小孔隙比emin，土最疏松時(shí)有最

12、小干密度dmin和最 PAGE 9大孔隙比emax。利用公式d和e求得emin與emax。利用相對密度的定義式求得其密實(shí)度。第四節(jié) 土（巖）的工程分類【基本內(nèi)容】一、土工試驗(yàn)規(guī)程中土的分類1一般程序2巨粒土和含巨粒土的分類和命名3粒土的分類和命名4細(xì)粒土分類和命名5特殊土分類6土的簡易鑒別、分類和描述注意：各類土的定義；利用塑性圖對細(xì)粒土進(jìn)行分類的方法。二、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50072002）中地基土的分類作為建筑地基的土(巖),可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。注意：各類土的定義；對碎石土、砂土進(jìn)行分類時(shí)，應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定；依塑性指數(shù)對粉土、粘性

13、土進(jìn)行分類：粉土指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50% 、塑性指數(shù)IP10的土。粘性土是指塑性指數(shù)IP10的土。粘性土【例題先自習(xí)后講解】【例15】接例14,試按塑性指數(shù)IP確定A、B、C土的名稱。解題思路：先計(jì)算塑性指數(shù)；依塑性指數(shù)對粉土、粘性土進(jìn)行命名?！纠?6】圖115為某三種土A、B、C的顆粒級配曲線,試按地基規(guī)范分類法確定三種土的名稱。解題要點(diǎn)：能看懂顆粒級配曲線圖熟悉地基規(guī)范分類法； PAGE 10對碎石土、砂土進(jìn)行分類時(shí)，應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。第五節(jié) 土的壓實(shí)性【基本內(nèi)容】一、擊實(shí)試驗(yàn)土的擊實(shí)機(jī)理（粘性土）二、影響土（粘性土）的壓實(shí)性的因素1含水

14、量的影響：只有在某一含水量（最優(yōu)含水量）下才能獲得最佳的擊實(shí)效果。注意：在填土工程中注意控制土的含水量，在土較干或較濕時(shí)都不容易將土擊實(shí)到最密實(shí)狀態(tài)。含水量過高或過低對填土工程都是不利的。2擊實(shí)功能的影響：由擊實(shí)試驗(yàn)可知：土粒的最大干密度和最優(yōu)含水量不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大，最優(yōu)含水量則逐漸減少。但是這種增大或減少是遞減的，因此，光靠增加擊實(shí)功能來提高土的最大干密度是有一定限度的。當(dāng)含水量較低時(shí)擊數(shù)的影響較顯著。當(dāng)含水量較高時(shí)，含水量與干密度關(guān)系曲線趨近于飽和線，也就是說，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的。土的類型和級配的影響無粘性土的擊實(shí)特性與粘性土有很大不同。【工程經(jīng)驗(yàn)】在工地現(xiàn)場要判別土料是否在最優(yōu)含水量附近時(shí)，可按下述方法：用手抓起一把土，握緊后松開，如土成團(tuán)一點(diǎn)都不散開，說明土太潮濕；如土完全散開，說明土太干燥；如土部分散開，中間部分成團(tuán)，說明土料含水量在最優(yōu)含水量附近。粗粒含量的影響【課堂練習(xí)】【學(xué)生講臺解答】【學(xué)生討論、互評】【教師點(diǎn)