第1章土力學.ppt

1、第1章 土的組成,1.1 概述 1.2 土中固體顆粒 1.3 土中水和土中氣 1.4 土的結構和構造,本章學習要求：（P45） 了解土的形成、三相組成及常見的成因類型、土的 三個特點 掌握粒組劃分、粒度成分（顆粒級配）定義和分析方法、級配曲線的應用、三種親水性的粘土礦物 土中水的類型、定義和特征 熟悉土的三種結構定義、土的構造的主要特征,土的形成 土是由巖石經過風化、剝蝕、搬運、沉積作用所形 成的各類松散沉積物（即土是巖石風化的產物）,1.1 概述,根據(jù)土的形成條件，土常見的成因類型有：（P11）,殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、 湖積土、海積土、風積土、冰積土,了解上述土是如何形成的？各有何

2、工程特征？,基巖 覆蓋土,地殼表層,（P10）,與一般建筑材料相比，土具有三個重要特點：P11 散體性：顆粒之間存在大量孔隙，可透水透氣 多相性：土一般是三相體（土粒、水和氣體） 自然變異性：土的性質復雜，不均勻，各向異性， 且隨時間和荷載條件的變化而不斷變化,都是反映土的孔隙性規(guī)律 基本內容（P1）,土的滲透性 土的壓縮性 抗剪強度特性 土的壓實性,土體具有與一般連續(xù)固體材料不同的孔隙特性,固體顆粒（固相）構成土骨架,水（液相）,氣體（氣相）,填充在孔隙中,在一定條件下，土為二相體,干土 完全飽和土,如,各相本身的性質及相對含量的大小直接影響土的物 理力學性質,一般土是由土粒、水和氣所組成的

3、三相體（即濕土）,土的組成（P1）,土粒的大小、形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學性質的重要因素,1.2 土中固體顆粒,一、土粒的粒度成分 1、土粒粒度與粒組（P12）,粒度 指土粒的大小，通常以粒徑表示 粒組 指介于一定粒徑范圍內的土粒,注意： 土粒粒組 土的顆粒級配 土粒的礦物成分,常用的粒組劃分方法： 根據(jù)5個界限粒徑：200、20、2、0.075、 0.005 將土粒分成六大粒組（注意：粒組名稱和特征）,P12,常用土的粒度成分（土的顆粒級配）來表示土粒的大小及其組成情況 土的粒度成分（土的顆粒級配）（P13） 指土中各個粒組的相對含量 （用土樣各粒組的質量占土粒總質量的百分

4、數(shù)來表示）,土的顆粒級配是通過土的顆粒分析試驗測定的 2、土的顆粒分析試驗（P13）,篩分法：用于粒徑0.075的巨粒組和粗粒組 沉降分析法：用于粒徑0.075的細粒組,如密度計法（比重計法）或移液管法,常用的測定方法,當土內兼含大于和小于0.075的土粒時，兩種方法 聯(lián)合使用,例如P28習題1-10 甲、乙兩土樣的顆粒分析試驗結果,20mm 2mm 0.5mm 0.25mm 0.1mm 0.075mm,振篩機,篩分法,密度計法（比重計法） （P1314） 根據(jù)土粒大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用斯托克斯定律計算出土粒的水力當量直徑di，由ti時的密度計讀數(shù)，計算出小于粒徑di的土粒

5、百分含量（詳見土工試驗講義）,比重計,顆粒分析試驗結果常采用粒徑累計曲線表示 3、粒徑累計曲線（顆粒級配曲線）（P14圖1-3）,土的顆粒級配曲線采用單對數(shù)坐標繪制,橫坐標為土粒粒徑d（mm），用對數(shù)坐標表示 縱坐標為小于（或大于）某粒徑的土重（累計百 分）含量，用普通坐標表示,為什么？,例如P28習題1-10 甲土： 粒徑小于2mm的顆粒含量為100% 粒徑小于0.5mm的顆粒含量為 粒徑小于0.25mm的顆粒含量為 由此繪出甲土的顆粒級配曲線,由曲線上可確定顆粒級配的兩個定量指標Cu、 Cc， 用于判定土的級配是否良好和填方土料的選擇,顆粒級配曲線的應用：（P1415） 由級配曲線的坡度（

6、陡緩），可大致判斷土粒均勻 程度或級配是否良好（P14） 如：顆粒級配曲線較陡，表示土粒較均勻，級配不良 顆粒級配曲線平緩，表示土粒不均勻，級配良好 由級配曲線可了解土粒的組成情況（即顆粒級配），用于粗粒土的分類定名（如P5354）,不均勻系數(shù),不均勻系數(shù)Cu反映了土粒大小的均勻程度（P15） Cu越大，表示粒度的分布范圍越大，土粒越不均勻， 級配曲線越平緩，級配越良好（P15）,Cc反映的是級配曲線的整體形狀（P15） Cc過大或過小，均表示土中缺少中間粒徑，級配變差,（P14）,曲率系數(shù),式中：d60限制粒徑， （P15）d30中值粒徑， d10有效粒徑，,如何從曲線上確定？,工程上： （

7、P15） 對于級配連續(xù)的土:（僅用Cu即可判定土的級配） 一般：Cu10的土，級配良好 Cu5的土，是均粒土，級配不良 對于級配不連續(xù)的土（級配曲線出現(xiàn)臺階狀）： 單用Cu難以有效判定土的級配優(yōu)劣，與Cc共同判定 更合理 對砂、礫類土：當同時滿足 Cu5，Cc=13時， 級配良好；若不同時滿足時，則級配不良（P15） 顆粒級配是決定粗粒土工程性質的重要因素 級配良好的土適宜作填方土料,為什么？（P15）,級配良好的土，易獲得較大的密實度，此時地基土的強度和穩(wěn)定性較好，透水性和壓縮性較?。≒1516）,臺階狀,曲線c出現(xiàn)臺階狀，表明土缺乏中間粒徑（d60與d10 之間某粒徑區(qū)段的土粒），即為級配

8、不連續(xù)的土,二、土粒的礦物成分 1、土粒的礦物成分（P16）,固體顆粒,有機質：如腐殖質、泥炭等（P17）,礦物質,原生礦物：石英、長石、云母等,次生礦物,粘土礦物 可溶鹽 無定形氧化物膠體,次生礦物和有機質對土的工程性質影響很大 可溶鹽濃縮沉淀成膠結物，可在粒間產生膠結作用，增強土的結構強度，壓縮性降低；但可溶鹽在浸水溶解后會削弱土粒之間的連結及增大孔隙，降低土的強度和穩(wěn)定性，增大壓縮性，如濕陷性土（P16、47）,粘土礦物的種類、含量對粘性土的工程性質影響很 大，如對膨脹土往往起決定作用,三種常見的粘土礦物：（P2122）,蒙脫石親水性最強，具極大脹縮性與可塑性,伊利石親水性、脹縮性與可塑

9、性居中,高嶺石親水性最弱，脹縮性與可塑性小,比表面 單位體積（或質量）顆粒的總表面積(P22),親水性 指礦物顆粒表面與水相互作用的能力,土粒越小，比表面越大，親水性越強,有機質比粘土礦物有更強的膠體特性和更高的親水性，例如在天然狀態(tài)下有機質含量超過5%的粘性土，其含水量顯著增大，呈現(xiàn)高壓縮性和低強度等,土中粘土礦物越多，土的粘性、塑性和脹縮性越大,2、土粒礦物成分與粒組的關系（P17）,（P16圖1-6）,粗粒主要是物理化學性質較穩(wěn)定的原生礦物 細粒主要是次生礦物和有機質,（補充）,顆粒大小、形狀,1.3 土中水和土中氣,P24圖1-14,P17表1-2,一、土中水（P17）,強結合水,弱結

10、合水,土中水與土粒有著復雜的相互作用，土中細粒越 多，土中水對土性影響越大（P17）,水溶液,當粘性土含較多弱結合水時，水膜受力后可變形、轉移，使土具有可塑性，或加劇土的凍脹,1、結合水（P17） 指受電分子吸引力作用吸附于土粒表面的水 性質：如不能傳遞靜水壓力，冰點低于00C等（P17） 按電分子引力強弱又分為： 強結合水（吸著水） 特征：（P18） 弱結合水（薄膜水） 特征：（P18）,弱結合水對粘性土的粘性和塑性特征及工程性質影響很大（P18、P24）,自學：P2324粘土顆粒與水的相互作用 注意： 何謂雙電層？ 工程中如何使擴散層變薄，改良土質？,重力水（P19） 指受重力作用而移動的

11、自由水 存在于地下水位以下的透水土層中 在重力或水頭壓力下流動時，對土粒產生滲流力(P79) 對土粒和結構物（如基礎）有浮力作用 重力水對土中應力狀態(tài)和開挖基坑排水及修筑地下構 筑物防水等均有重要影響,注意其對地基基礎工程的不利影響,2、自由水 是存在于土粒表面電場影響范圍以外的水（P18）,性質：如能傳遞靜水壓力等（P1819） 按其移動所受作用力的不同，又分為：,工程中，須注意毛細水的上升高度和速度 毛細水上升能引起地下室過分潮濕，地基土浸濕、加 劇凍脹等；在干旱地區(qū)形成鹽漬土,毛細水（P19） 指受表面張力及重力作用的自由水 存在于地下水位以上透水土層中 毛細壓力使?jié)裆熬哂小八普尘哿Α爆F(xiàn)

12、象,毛細水飽和帶,在粉土中，毛細水上升較高較快,毛細水分為：（P19） 毛細懸掛水（與地下水無直接聯(lián)系） 毛細上升水（與地下水相連）,靠近地下水位的部分為毛細水飽和帶,重力水,二、土中氣（P20）,與大氣連通的流通氣體常見于粗粒土中，對土的 性質影響不大 與大氣隔絕的封閉氣泡常見于細粒土中，對土的 工程性質影響較大，使土的彈性增加，透水性減小,是指土?；蛲亮＜象w的大小、形狀、相互排列與聯(lián)結關系等綜合特征,一般分三種基本類型,單粒結構 蜂窩結構 絮狀結構,1.4 土的結構和構造,土的結構和構造對土的透水性、壓縮性、強度等性 質也有很大影響 一、土的結構（P25）,疏松狀態(tài) 緊密狀態(tài),1、單粒結

13、構（P2526） 是由粗大土粒組成 為碎石土和砂土的結構特征 呈緊密狀態(tài)單粒結構的土一般是良好的天然地基 呈疏松狀態(tài)單粒結構的土未經處理一般不宜作為地 基或路基,飽和疏松狀態(tài)的粉細砂，在振動下，產生液化（P285）,土骨架不穩(wěn)定,2、蜂窩結構（P26） 主要是由粉?；蚣毶傲＝M成的,具有大孔隙，當其承受高應力水平荷載或動力 荷載時，結構將破壞，強度降低，導致嚴重的 地基變形,土粒鏈組成弓架結構,3、絮狀結構（P26） 由細小粘?；蚰z粒集合體組成的,具有絮狀結構的粘性土，其土粒之間的聯(lián)結強度（結構強度）在長期壓密和膠結作用下得到加強,絮凝結構（片架結構）P27 具有大孔隙，結構不穩(wěn)定， 擾動下結構破壞，強度迅速 降低，產生較大變形，滲透 性降低（P69） 分散型結構（片堆結構） P2