土力学课件(1. 土的组成)
合集下载
《土力学》第1章土的组成
第1章 土的组成
1.1 概述
1.1.1、土的形成
风化 剥蚀 搬运 沉积 松散堆积物 重力、 风力、 水流、 冰川等
岩石(体)
物理、化 学、生物
破碎 或分解
土体
风化
搬运 沉积
母岩 （Parent rock）
岩石破碎 化学成分改变
大小、形状和 成分都不相同 的松散颗粒集 合体（Soil）
1. 散体性 2. 多相性 3. 自然变异性
d<0.075mm
密度计法
密度计法 d<0.075mm
三、 粒度成分的表示方法
表示方法：表格法、粒径级配曲线
100 80 60 40 20 0 100 10 1 0.1 0.01 0.001
小于某粒径的土重含量 （%）
粒径（mm) (对数坐标）
工程应用 （1）计算土中各粒组的百分含量，用于粗粒 土的分类和大致评估土的工程性质； （2）评价土的均匀性及土级配的好坏，用于 建筑材料的选择。
砂类土
粒径(mm) 级配良好
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
d60
d30
d10
1.2.2 土粒的矿物成分
原生矿物 石英、长石、云母等 粘土矿物：蒙脱石、 伊利石、高岭石等 可溶盐：NaCl、 CaCO3等 无定型氧化物胶体 有机质
矿 物 质
固 体 颗 粒
次生矿物
土的结构 + 土的构造 影响
力学特性
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
2、土的结构
分类： (1)单粒结构 (2)蜂窝结构 (3)絮状结构
*指土颗粒的大小、形状、表
1.1 概述
1.1.1、土的形成
风化 剥蚀 搬运 沉积 松散堆积物 重力、 风力、 水流、 冰川等
岩石(体)
物理、化 学、生物
破碎 或分解
土体
风化
搬运 沉积
母岩 （Parent rock）
岩石破碎 化学成分改变
大小、形状和 成分都不相同 的松散颗粒集 合体（Soil）
1. 散体性 2. 多相性 3. 自然变异性
d<0.075mm
密度计法
密度计法 d<0.075mm
三、 粒度成分的表示方法
表示方法：表格法、粒径级配曲线
100 80 60 40 20 0 100 10 1 0.1 0.01 0.001
小于某粒径的土重含量 （%）
粒径（mm) (对数坐标）
工程应用 （1）计算土中各粒组的百分含量，用于粗粒 土的分类和大致评估土的工程性质； （2）评价土的均匀性及土级配的好坏，用于 建筑材料的选择。
砂类土
粒径(mm) 级配良好
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
d60
d30
d10
1.2.2 土粒的矿物成分
原生矿物 石英、长石、云母等 粘土矿物：蒙脱石、 伊利石、高岭石等 可溶盐：NaCl、 CaCO3等 无定型氧化物胶体 有机质
矿 物 质
固 体 颗 粒
次生矿物
土的结构 + 土的构造 影响
力学特性
同一土层中物质成分、 颗粒大小相近的各部分 之间的相互关系的特征
2、土的结构
分类： (1)单粒结构 (2)蜂窝结构 (3)絮状结构
*指土颗粒的大小、形状、表
土力学1-土的组成
d60 : 限制粒径 d10 : 有效粒径
小于某粒径之土质量百分数（％） 小于某粒径之土质量百分数（％）
斜率: 斜率: 某粒径范围内颗 粒的含量 陡-相应粒组含量多 缓-相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
》
冲积物：河流两岸的基岩及其上部覆盖
的松散物质被河流流水剥蚀后，经搬运、 沉积于河流坡降平缓地带而形成的沉积 土；包括平原河谷冲积土、山区河谷冲 积土、三角洲冲积土。
7
第一章 土的组成
土体的三相构成
《
《土 土 力力 学学 》
固体颗粒 土中水 土中气体 固相 液相 气相 构成土体骨架 起决定作用 重要影响 次要作用
《
《土 土 力力 学学 》
粒组含量用于土的分类定名； 粒组含量用于土的分类定名； 分类定名 不均匀程度： 不均匀系数C 用于判定土的不均匀程度 不均匀系数 u用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5为不均匀土； Cu < 5为 均匀土 为不均匀土； 为不均匀土 为 曲率系数Cc用于判定土的连续程度： 连续程度： 曲率系数 用于判定土的连续程度 Cc =1~3为级配连续土；Cc>3 或 Cc<1为级配不连续土 为级配连续土； 为级配连续土 为级配不连续土 不均匀系数C 和曲率系数C 用于判定土的级配优劣 级配优劣： 不均匀系数 u和曲率系数 c 用于判定土的级配优劣： Cu ≥ 5且 Cc=1~3为级配 良好的土；如果 u< 5 或Cc>3 且 为级配 良好的土；如果C 或Cc<1为 级配 不良的土 为
》
细粒
10
第一章 土的组成
二、粒度成分分析试验（颗粒级配） 粒度成分分析试验（颗粒级配）
小于某粒径之土质量百分数（％） 小于某粒径之土质量百分数（％）
斜率: 斜率: 某粒径范围内颗 粒的含量 陡-相应粒组含量多 缓-相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
》
冲积物：河流两岸的基岩及其上部覆盖
的松散物质被河流流水剥蚀后，经搬运、 沉积于河流坡降平缓地带而形成的沉积 土；包括平原河谷冲积土、山区河谷冲 积土、三角洲冲积土。
7
第一章 土的组成
土体的三相构成
《
《土 土 力力 学学 》
固体颗粒 土中水 土中气体 固相 液相 气相 构成土体骨架 起决定作用 重要影响 次要作用
《
《土 土 力力 学学 》
粒组含量用于土的分类定名； 粒组含量用于土的分类定名； 分类定名 不均匀程度： 不均匀系数C 用于判定土的不均匀程度 不均匀系数 u用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5为不均匀土； Cu < 5为 均匀土 为不均匀土； 为不均匀土 为 曲率系数Cc用于判定土的连续程度： 连续程度： 曲率系数 用于判定土的连续程度 Cc =1~3为级配连续土；Cc>3 或 Cc<1为级配不连续土 为级配连续土； 为级配连续土 为级配不连续土 不均匀系数C 和曲率系数C 用于判定土的级配优劣 级配优劣： 不均匀系数 u和曲率系数 c 用于判定土的级配优劣： Cu ≥ 5且 Cc=1~3为级配 良好的土；如果 u< 5 或Cc>3 且 为级配 良好的土；如果C 或Cc<1为 级配 不良的土 为
》
细粒
10
第一章 土的组成
二、粒度成分分析试验（颗粒级配） 粒度成分分析试验（颗粒级配）
土力学-第1章土组成
1.1 概述
残积土
无搬运
运积土
有搬运
母风岩化表所层形经成风的化土作颗用粒破，碎受成自然力的 岩作屑用或搬细运小到颗远粒近后不，同未的经地搬点所沉积 运的残堆留积在物原地的堆积物
• 坡残积积土土：土粒粗细• 不颗同粒，表性质面不粗均糙
• • • •
洪冲湖海强弱微积积泊相风风风土土沼沉化化化：泽积：沉 物浑有积圆分：土度选颗分性粒：••• 选，细含多 粗 无性近，有棱 细 明明粗表机角 不 显显远层物，细松淤均 层土软泥理层，，交土土迭性性差差
第一章 土的组成
主要内容：
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
本章学习要求：
了解土的形成、三相组成及常见的成因类型、土的三个特点 掌握粒组划分、粒度成分（颗粒级配）定义和分析方法、级
配曲线的应用、三种亲水性的粘土矿物 掌握土中水的类型、定义和特征 了解土的三种结构定义、土的构造的主要特征
1.1 概述
过程、条件
土的组成、结构 和物理力学性质
风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土的形成过程
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 决定 土的结构
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土
1.1 概述
物理风化 化学风化
生物活动
•• 包岩母括石岩植和表物土面、的和动粗碎物颗散和粒的土受颗壤各粒微种受气环 生候境物等因的物素作理的用因作素用的而影改响变产其生矿胀物 缩的而化发学生成裂分缝，,形或成在新运的动矿过物
固体颗粒 – 筛分实验
1.2 土中固体颗粒
实验原理：
分散于水中后，土 粒下沉速度与土粒形状、 粒径、密度及水的粘滞 度有关。实验时假定土 粒为理想球体。根据 G.G.斯托克斯定律计算。
著名大学土力学教学课件-第一-二章-土的三相组成
学 2．胶结连结，是指颗粒之间存在着许多胶结物质，将颗 粒胶结连结在一起。 3．结合水连结，是指通过结合水膜而将相邻土粒连结起 来的连结形式，又叫水胶连结，这种连结在一般粘性 土中普遍存在。 4．冰连结
二、土的结构类型
土 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式， 与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有 关 （一）巨粒土与粗粒土的结构类型
学 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是 一定的粒径区段，以毫米表示。
土 粒组的划分的原则 1. 符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每 个粒组的成分与性质无质的变化，具相同或
力 相似的成分与性质；
2. 与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小
学 的土粒可采用不同的适用方法进行分析； 3. 粒组界限值力求服从简单的数学规律。
三、
筛分法
土
用一套孔径不同的筛子，按 从上至下筛孔逐渐减小放置。
将事先称过质量的烘干土样
力
过筛，称出留在各筛上的土 质量，然后计算其占总土粒
质量的百分数
学
静水沉降分析原理：Stokes公式
土
Vg swd 2 1800
(- 1 1)
式中： V—土粒的沉降速度，cm/s；
力
d—土粒直径，mm；（等效直径）
粘粒
20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075
d≤0.005
筛 透水性大，压缩性小，无 粘性，有一定毛细性。
分
法
静水 沉降 原理
透水性小，压缩性中等， 毛细上升高度大，微粘性。
透水性极弱，压缩性变化 大，具粘性和可塑性。
二、土的结构类型
土 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式， 与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有 关 （一）巨粒土与粗粒土的结构类型
学 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是 一定的粒径区段，以毫米表示。
土 粒组的划分的原则 1. 符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每 个粒组的成分与性质无质的变化，具相同或
力 相似的成分与性质；
2. 与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小
学 的土粒可采用不同的适用方法进行分析； 3. 粒组界限值力求服从简单的数学规律。
三、
筛分法
土
用一套孔径不同的筛子，按 从上至下筛孔逐渐减小放置。
将事先称过质量的烘干土样
力
过筛，称出留在各筛上的土 质量，然后计算其占总土粒
质量的百分数
学
静水沉降分析原理：Stokes公式
土
Vg swd 2 1800
(- 1 1)
式中： V—土粒的沉降速度，cm/s；
力
d—土粒直径，mm；（等效直径）
粘粒
20<d≤60 2<d≤20 0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075
d≤0.005
筛 透水性大，压缩性小，无 粘性，有一定毛细性。
分
法
静水 沉降 原理
透水性小，压缩性中等， 毛细上升高度大，微粘性。
透水性极弱，压缩性变化 大，具粘性和可塑性。
土力学课件
§ 1.4 土的结构和构造
1.4.1 土的结构
1.单粒结构 单粒结构 • 粗大土粒在水或空气中下沉 • 颗粒间位置稳定 • 碎石土和砂土的结构特征 • 密实的单粒结构土是良好的天然地基 2.蜂窝结构 蜂窝结构 • 粉粒（0.075～0.005mm）的结构形式 粉粒（ ～ ） • 孔隙大 • 受动力荷载，结构破坏 受动力荷载，
蜂窝结构 单粒结构
3.絮状结构 絮状结构 • 黏粒（0.005～0.0001mm）的结构形式 黏粒（ ～ ） • 结构不稳定
絮状结构
在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动， 在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动， 避免破坏土的原状结构。 避免破坏土的原状结构。
1.4.2 土的构造
物理风化 化学风化 生物风化
原生矿物 次生矿物 有 机 质
无粘性土 粘性土
动植物活动引起的岩石和土体 粗颗粒的粒度或成分的变化
2. 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用 构成土骨架，
重要影响
次要作用
§1-2 土中固体颗粒
1.2.1 土粒的粒度成分
1. 基本概念
• 粒度 —— 土粒的大小，以粒径表示。 土粒的大小，以粒径表示。
1. 土的特点 2. 土粒粒组的划分 3. 级配的判别
1.2.2 土粒的矿物成分
1. 矿物成分分类 原生矿物 （物理风化） 物理风化） 石英 长石 云母 高岭石 次生矿物 化学风化） （化学风化）
高 岭 石
9克蒙脱土的总表 面积大约与一个足 粗粒土 性质稳定 球场一样大
伊利石 蒙脱石
伊 利 石
细粒土
3.自由水 自由水
重力水: 重力水 •在重力或水头压力作用下运动的自由水 在重力或水头压力作用下运动的自由水 •对土粒有浮力作用 对土粒有浮力作用 •渗流对土体稳定有重大影响 渗流对土体稳定有重大影响 毛细水: 毛细水 • 存在于水与空气交界面 • 在重力和表面张力作用下自由移动 • 上升高度与颗粒粒径有关
土力学 第一章 土的组成和土的性质
主要特征：连结强度弱于高岭石而 高于蒙特石，其特征也介于两者之 间。
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
土力学
土是在各种地质作用过程和生成条件下形成的，其矿物成分 与粒组大小之间具有明显的内在联系，大致反应在下图中。
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
硅片 铝片
氧离子O2硅离子Si4+
Si Si
硅-氧四面体 硅片的结构 硅片简图
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
土力学
粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅 片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和 蒙特石三种类型。
硅片
OH1铝离子Al3+
铝片
Al Al
粘土颗粒
玻璃皿
水分子 阳离子
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 土中水
土力学
结合水：受颗粒表面电场作用力 粘土
砾粒
砂粒
粗中 细 粗中 细
20 5 2 0.5 0.25
粉粒 黏粒
0.005
建筑、铁路部门 20
公路部门 0.002
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
土力学
粒组划分方案
粒组的粒径范围 （mm）
d>200 200≥d＞60 60≥d＞20
20≥d＞2 2≥d＞0.5 0.5≥d＞0.25 0.25≥d＞0.075 0.075≥d＞0.005 0.005＞d
连续程度:
60
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
土力学
土是在各种地质作用过程和生成条件下形成的，其矿物成分 与粒组大小之间具有明显的内在联系，大致反应在下图中。
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
硅片 铝片
氧离子O2硅离子Si4+
Si Si
硅-氧四面体 硅片的结构 硅片简图
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
土力学
粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅 片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和 蒙特石三种类型。
硅片
OH1铝离子Al3+
铝片
Al Al
粘土颗粒
玻璃皿
水分子 阳离子
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 土中水
土力学
结合水：受颗粒表面电场作用力 粘土
砾粒
砂粒
粗中 细 粗中 细
20 5 2 0.5 0.25
粉粒 黏粒
0.005
建筑、铁路部门 20
公路部门 0.002
WangXu
土的物理性质
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
土力学
粒组划分方案
粒组的粒径范围 （mm）
d>200 200≥d＞60 60≥d＞20
20≥d＞2 2≥d＞0.5 0.5≥d＞0.25 0.25≥d＞0.075 0.075≥d＞0.005 0.005＞d
连续程度:
60
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
土力学 第1章-土的组成
土粒的粒度和粒组 土粒的大小称为粒度（granularity） 介于一定粒度范围内的土粒，称为粒（fraction） 目前，常用的土粒粒组划分界限粒径有：200、 60、 2、0.075、0.005mm，从而将土粒分为六大粒组。 土粒的粒度成分分析 土的粒度成分或颗粒级配是通过土的颗粒分析试验 测定的。常用的测定方法有筛分法（sieve analysis method)和沉降分析法（settlement analysis method） 2
绪 论
5. 土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用。
原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与 母岩相同。 例：石英、云母、长石等。 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具 有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点。
次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其 成分与母岩不相同。
绪 论
3. 土的颗粒级配
为了表示土粒的大小及组成情况，工程上通 常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒 总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配
试验方法
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 比重计法:适用于d＜0.075mm
绪 论
筛分法
用一套孔径不同的筛子，按 从上至下筛孔逐渐减小放置。将 事先称过质量的烘干土样过筛， 称出留在各筛上的土质量，然后 计算其占总土粒质量的百分数。
6
土的结构
在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与 组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。 1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成 的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成 条件不同，可分为疏松状态和密实状态。
密实状态
疏松状态
1.土力学基础-土的组成
d、表2-1给出国内常用的粒组划分方法。
表1 粒组的划分
1.1.2土中水(water in soil)
土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的 水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对 土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液 态水对其性质影响最大。 液态水主要有结合水和自由水二种形式 1.结合水:解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水： 强结合水(strong bound water) (吸着水：absorbed water): 紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度＜ 0.003μ m (1μ m=10-3mm)大约几个水分子层厚， 特性：显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不 传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，1000C不蒸发，不能 溶解盐类； 粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含 量极少,仅含强结合水的砂土呈散粒状态；
2.天然含水量w (natural moisture content式： 常见值：砂土：0～40%；粘性土：(20～60)% 土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。 测定方法： 烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样15～20g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控 制105℃-110℃，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。 （湿土＋盒重）－（干土＋盒重）＝水重（mw） （干土＋盒重）－ 盒重 ＝干土重（ms） .酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此 法） 试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针 将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求 解mw , ms 及w .铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样3～5kg，称重 后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及 w，原理直观。
表1 粒组的划分
1.1.2土中水(water in soil)
土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的 水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对 土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液 态水对其性质影响最大。 液态水主要有结合水和自由水二种形式 1.结合水:解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水： 强结合水(strong bound water) (吸着水：absorbed water): 紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度＜ 0.003μ m (1μ m=10-3mm)大约几个水分子层厚， 特性：显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不 传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，1000C不蒸发，不能 溶解盐类； 粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含 量极少,仅含强结合水的砂土呈散粒状态；
2.天然含水量w (natural moisture content式： 常见值：砂土：0～40%；粘性土：(20～60)% 土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。 测定方法： 烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样15～20g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控 制105℃-110℃，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。 （湿土＋盒重）－（干土＋盒重）＝水重（mw） （干土＋盒重）－ 盒重 ＝干土重（ms） .酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此 法） 试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针 将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求 解mw , ms 及w .铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样3～5kg，称重 后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及 w，原理直观。
土力学(全套318页PPT课件)
苏州名胜虎丘塔
土 • 虎丘塔共七层，高47.5m，底层直径13.7m。 呈八角形，全为砖砌，在建筑艺术风格上有独 特的创意，被国务院公布为全国重点文物保护 单位。
力 • 目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线2.31m。经 勘探发现，该塔位于倾斜基岩上，复盖层一边 深3.8m，另一边为5.8m。由于在一千余年前
土 • 作为建筑地基、建筑介质或建筑材料的地壳表 层土体是土力学的研究对象。
• 土力学不仅研究土体当前的性状，也要分析其 性质的形成条件，并结合自然条件和建筑物修
力 建后对土体的影响，分析并预测土体性质的可 能变化，提出有关的工程措施，以满足各类工 程建筑的要求。
学 • 土力学是一门实践性很强的学科，它是进行地 基基础设计和计算的理论依据。
• 土力学研究对象：与工程建设有关的土
上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 • 地基（Ground） 由于建筑
物的修建，使一定范围内土层
的应力状态发生变化，这一范
力
围内的地层称为地基。
• 基础（Foundation）指与地基
接触的建筑物下部结构。
学 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两 部分组成。
坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。
力 • 如果土受力超过了它所能承受的能力，土便要 被破坏，建筑物将随之倒毁或不能使用。土体 的破坏，在力学中亦称为稳定性丧失。研究土
学 体是否会破坏这一类问题称为稳定问题，土的 稳定性取决于它的强度。
二、土力学研究特点.内容与方法
土 • 土力学是研究与工程建筑有关的土的变形和强度 特性，并据此计算土体的固结与稳定，为各项专 门工程服务。
学 • 掌握土体变形与强度指标的测定方法及在工程实践中 的应用。 • 掌握土的动力特性的基本概念。来自三、土力学发展简史与趋势
土力学基本知识ppt课件
稠度状态与含水量有关
稠度状态 固态 半固态
强结合水 含水量
塑态 弱结合水
流态 自由水
w
稠度界限 缩限WS 塑限wp
液限wL Ip wl wp
强结合水膜最大
出现自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
吸附弱结合 水的能力
塑性指数
粘性土四种物理状态状态：固态、半固态、可塑状 态及流动状态
界限含水率
粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水 率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限
h hm
Δh x
z k1
v
k2
H1 H2 H
H Hm
等效渗透系数:
hm
vHm km
vm
km
hm Hm
vH h
kz
vH kz
vHm km
k3
H3
承压水
H
1
kz
Hm H
1 km
kz
Hm km
H1 1.0m, k1 0.01m / day
算例
H2 1.0m, k 2 1m / day
(1) 水平渗流
1
2 Δh
x
条件:
im
i h L
qx qmx
q1x
z k1
H1
q2x
k2
H2 H
q3x
k3
H3
H Hm
等效渗透系数:
qx=vxH=kxiH Σqmx=ΣkmimHm
1
L
2 不透
水层
1
kx H
Hmkm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Hm H
km
层状地基的等效渗透系数
土力学土的组成和土的性质PPT培训课件
• 是颗粒大小发生量的变化
• 矿物成分与母岩相同，称原生矿物
• 产生无黏性土
§1.1 土的形成 一. 风化
物理风化 化学风化
生物活动
• 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的 作用而改变其矿物的化学成分，形成 新的矿物
• 颗粒成分发生质的变化
• 矿物成分与母岩不同，称次生矿物
• 形成十分细微的土颗粒，最主要为粘 性颗粒及可溶盐类
斜率:某粒径范围内颗粒的含量
100
陡—相应粒组质量集中
90
缓--相应粒组含量少
80
平台--相应粒组缺乏
70
连续程度:
60
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
50 40
— 曲率系数
30
较大颗粒缺少 较小颗粒缺少
Cc 减小 Cc 增大
20
10 0
d60
d30
d10
Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
结构上都进行了重整，软件的功2能≥较其d以＞前版0本.5更加实用化。
粗
粗粒
粗
日资企业通常专门发展日式的服务，然后利用策略联盟，企业与企业之间实现交叉式的行销。日系百货公司的服务，其环境的色系非常清爽，看起来永远能给人很舒适的感觉。在
东南亚，日系百货公司的服务0体.5系≥ 也完d全＞是一0样.2的5，让人觉得“服砂务是粒一种天职”、“服中 务是一种高尚行为”、“让顾客带着砂 满意粒 的笑容离开，是我生中 命存在的价值”。因此，日系服务的
助的。
3．全体员工的教育训练
6.1 生产方面的统计方法关于通用性的生产、消耗等指标，执行国家颁布的统计方法，以确保指标的可比性、统一性。主要过程生产能力方面的统计方法按国家统一标准执行。
• 矿物成分与母岩相同，称原生矿物
• 产生无黏性土
§1.1 土的形成 一. 风化
物理风化 化学风化
生物活动
• 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的 作用而改变其矿物的化学成分，形成 新的矿物
• 颗粒成分发生质的变化
• 矿物成分与母岩不同，称次生矿物
• 形成十分细微的土颗粒，最主要为粘 性颗粒及可溶盐类
斜率:某粒径范围内颗粒的含量
100
陡—相应粒组质量集中
90
缓--相应粒组含量少
80
平台--相应粒组缺乏
70
连续程度:
60
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
50 40
— 曲率系数
30
较大颗粒缺少 较小颗粒缺少
Cc 减小 Cc 增大
20
10 0
d60
d30
d10
Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
结构上都进行了重整，软件的功2能≥较其d以＞前版0本.5更加实用化。
粗
粗粒
粗
日资企业通常专门发展日式的服务，然后利用策略联盟，企业与企业之间实现交叉式的行销。日系百货公司的服务，其环境的色系非常清爽，看起来永远能给人很舒适的感觉。在
东南亚，日系百货公司的服务0体.5系≥ 也完d全＞是一0样.2的5，让人觉得“服砂务是粒一种天职”、“服中 务是一种高尚行为”、“让顾客带着砂 满意粒 的笑容离开，是我生中 命存在的价值”。因此，日系服务的
助的。
3．全体员工的教育训练
6.1 生产方面的统计方法关于通用性的生产、消耗等指标，执行国家颁布的统计方法，以确保指标的可比性、统一性。主要过程生产能力方面的统计方法按国家统一标准执行。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）弱结合水 弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜， 所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱 不传递静水压力 密度1.0-1.7g/cm3 特征 具有较大粘滞性、弹性、抗剪强度 较厚的水膜向较薄的水膜迁移
重力水 自由水 毛细水
存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异
能传递水压力 特征 重力作用 有溶解能力 冰点为0℃
§1.1概述
物理风化 化学风化 搬运 沉积
生物风化 岩石破碎 化学成分改变
岩石
大小、形状和 成分都不相同 的松散颗粒集 合体（土）
固相 土 液相 气相
土中颗粒的大小、成分及三相 之间的相互作用和比例关系， 反映出土的不同性质
土体
固相 + 液相 + 气相
次要作用 重要影响 构成土骨架，起决定作用
从而决定土的
土的毛细现象对工程的影响 ◆建筑物地基冻害 地基冻结 地基冻融 冻胀力 融陷
◆建筑物地下结构侧壁过分潮湿 ◆建筑物地下钢筋混凝土结构侵蚀 ◆引起沼泽化 ◆引起盐渍化 耐久性降低
（4）重力水 是存在于地下水位以下透水层孔隙中自由流动的水 能传递水压力 对土体产生浮力作用 在压力差作用下产生渗流 重力水 流土 管涌 孔隙率增大 溶解土中盐类 压缩性增大 抗剪强度降低 动水压力 渗透破坏
天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另 一种结构。
蜂窝结构
颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力， 接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联 结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构
蜂窝结构
细砂、粉粒土的结构
• 粒间作用 力 • 排列形式 • 矿物成分
重力，表面力 蜂窝状 主要是原生矿物
(3)絮状结构： <0.005mm细小粘粒结构特征
絮状结构
不均匀系数
C
u
d 60 d 10
Cu愈大，坡度较缓，曲线连续，粒组分布越广， 表示土粒愈不均匀，土的级配良好
曲率系数
Cc
d
2 30
d 10 d 60
Cc描述
颗粒级配曲线整体形态 某粒组是否缺失
在工程中 Cu＞10 C c= 1 ～ 3 Cu< 5 砾类土或砂类土 Cu≥5 C c= 1 ～ 3 同时满足为良好级配砂（砾） 匀粒土 为级配不良 同时满足为级配良好
比表面
单位体积（质量）颗粒的总表面积
比表面积:
蒙脱石 伊利石 高岭石 800m2/g 80m2/g 15m2/g
边长1mm的土颗粒立方体 体积1mm3 总表面积6mm2 比表面 6mm2/1mm3=6mm-1
将边长分割为0.0001mm（缩小10000倍） 表面积 6*104mm2
体积1mm3 比表面6*104mm-1（增大了10000倍） 土颗粒由大 小, 比表面增大使土的性质发生突变
§ 1.5 土的结构和构造 1.5.1土的结构 土的结构性直接影响土的工程性质的好坏 重塑土的强度 < 原状土的强度
土的结构 + 土的构造
影响
力学特性
土的工程性质从本质上看主要受控 于土的微观结构
1925年太沙基出版了《土力学》一书， 标志着岩土工程学科的诞生。
土的微观结构
空间排列 联结形式 在成土过程中所形成土粒单元的 颗粒大小 颗粒形状 矿物成分 沉积条件 综合特征
2、分子间键（第二价键） 分子间键也称范德华键 定向作用 该键力的出现与 诱导作用 分散作用 氢键 是第二价键 特殊的键 有关
如H2O水分子间，氢键是一个重要的键力组成部分
矿物颗粒本身的强度主要由
第一价键形成
土粒与土粒间 的联结强度主要由第二价键形成 土粒与水分子间 粒间和土粒与水之间的联结力远比土粒本身的强度小
细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻， 在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变 化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘 粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔 隙较大的絮状结构
絮状结构
细粒土的结构
• 示意图
海水中沉积 表面力、胶结力 • 粒间作用力 表面力、胶结力 （斥力减小引力增加） （粒间斥力占优势） 边、角与面 • 排列形式 面与面 边、角与边 • 形成环境 淡水中沉积 • 矿物成分 次生矿物 次生矿物
渗透特性 变形特性 强度特性
§1.2
土中固体颗粒
1.2.1土粒的矿物成分
土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭 配情况对土的物理力学性质有明显影响 土粒分析 无机矿物颗粒—是构成土最基本性质 有机质—腐殖质含量较多形成 淤泥(质)土、泥炭土
原生矿物—物理风化—粗粒土
砾石 砂土 粉土
石英 长石 云母
单粒 结构
(1)单粒结构
粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒
结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件 不同，可分为 疏松状态 密实状态
密实状态
疏松状态
单粒结构
粗粒土的结构
• 粒间作用力 • 排列形式 • 矿物成分
重力、毛细力 点与点、点与面 原生矿物
(2)蜂窝结构
粉粒为主的结构特征 粒径在0.002-0.02mm
大 土颗粒由 粗 无粘性
小 细 粘性 土的性质发生质的变化
1、颗粒分析试验
筛分法：
适用于粗颗粒 0.075mm≤d≤60mm
试验方法 比重计法: 适用于细颗粒 d＜0.075mm
工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组 土的颗粒级配
土粒的大小及组成情况 土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总 量的百分数）来表示
第一章
土
的
组
成
• • • •
主 要 内 §1.2土中固体颗粒 容 §1.3土中水和土中气 §1.4黏土颗粒与水相互作用 §1.5土的结构和构造
第一章
土的组成
重 点 掌 • 土粒粒组的划分、结构、构造 握 内 • 粒度成分分析方法 容 • 三种亲水性的黏土矿物、土中水的类型 • 熟悉土粒矿物成分与粒组的关系、黏土 颗粒与水相互的作用、土的微观结构和 构造
1.3.2土中气 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分， 分为与大气连通的自由气体、与大气不连通 的封闭气体 (1)自由气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土
的性质影响不大
(2)封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或
溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性 质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大 和延长土体受力后变形达到稳定的历时
粘粒
粉粒
砂粒 园粒角粒 卵石碎石 漂石块石 2 60 200 d mm
0.005 0.075
界限粒径
划分粒组的分界尺寸
粘土和砂土比较
土名 风化 矿物 大小 粘性 结构 透水 压缩 强度 冻胀 地震 砂土 物理 原生 粗 粘土 化学 次生 细 生物 无 有 单粒 蜂窝 絮壮 大 小 小 大 大 小 小 液化 大 不会
表示小于某粒径的土粒含量百分比 表示土粒的粒径(对数坐标）
0.01
粒径(mm)
0.005
0.001
0.10
0.05
5.0
1.0
0.5
10
d60
d50
d30
d10
小于 某粒 径的 土重 含量 %
A C B
d（mm）
不均匀系数
C
u
d 60 d 10
d
2 30
曲率系数
小于某粒径之土质量百分数（％）
1.4粘土颗粒与水的相互作用 粘性 塑性 土的 压缩性 胀缩性 强度
受土颗粒间的各种相互作用力所制约 与矿物颗粒本身的结晶格架特征有关 与组成矿物的原子和分子的排列有关 与原子分子间的键力有关
1、原子间键（第一价键） 离子键 原子间的键 共价键 金属键 离子键 共价键 金属键 是化学联结由阳离子与阴离子 之间的静电引力形成的键力 其原子不带电荷是两个原子核 共有的外层电子构成的联结 由金属的自由电子及离子组成 的结晶格架之间相互作用构成
1.3土中水和土中气 1.3.1土中水
土中水含量变化明显影响土的性质(尤其是粘性土)
结合水 液态水 土 中 水 自由水 气态水 固态水（冻结） 毛细水 重力水 强结合水(吸着水) 弱结合水(薄膜水)
自由水
结合水 薄膜水 ห้องสมุดไป่ตู้化阳离子 吸着水
正电荷H+
土粒
负电荷OH极化水分子 颗粒表面
电 分 子 引 力
d 10 d 60
粒径(mm)
d10、d30、d60-----小于某粒径的土粒含量为10%、 30%、60%时所对应的粒径
0.01 0.005
Cc
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
d60 d50 d30
d10
Cu描述 颗粒级配曲线的坡度 粒组的分布范围 颗粒级配不均匀程度
1.4.2黏土颗粒与水相互作用 1、黏土颗粒带电性 黏土颗粒表面带有负电荷 在电场作用下带有负电荷 的黏土颗粒向阳极移动 电泳 电动现象 电渗 阳离子 极性水分子 形成水化离子在电场 作用下向负极移动
2、双电层的概念 黏土颗粒表面带有负电荷 双电层 反离子层 固定层（强结合水） 扩散层（弱结合水） 扩散层所含阳离子与土粒表面负电荷电位相反 扩散层（弱结合水）厚度大 土的塑性、胀缩性大
硅片和铝片构成两种类型晶胞 两层型晶胞1：1 一层硅片 一层铝片 两层硅片中间夹一层铝片 两层型晶胞 三层型晶胞 叠结成 蒙脱石 伊利石 高龄石
三层型晶胞2：1
黏土矿物颗粒基本有
蒙脱石
伊利石 火山灰
风化而成
结构单元三层型晶胞
晶胞间只有氧原子间的范德华键力联结 没有氢键 键力很弱