土力学02
土力学课程学习指南
土力学课程学习指南《土力学》是清华大学土木水利学院的院级平台课，授课对象为水利水电工程系、土木工程系、建设管理系和工程力学系的本科生，开设时间为第五学期，总学时48学时。
《土力学》是水利和土建专业的核心课程，也是交通、港口、环境、核电站和矿山等相关专业的重要专业基础课程。
1．课程总体安排清华大学《土力学》课程共包含80总学时，分秋季和春季两个学期进行。
其中，《土力学1》包括第一至第十二单元，安排在秋季学期；《土力学2》包括第十三至第二十单元，安排在春季学期。
按照课程的特点和定位以及对学生能力培养的需求，将《土力学》课程教学组合为三个模块：1）《土力学》的理论，以土的渗透、变形和强度三大基本特性为核心内容，注重培养学生理性思维和分析能力。
对应的课程是《土力学1》中的课堂授课部分，40学时/学年。
2）《土力学》的应用，主要介绍土力学基本理论在各种工程问题中的应用，注重培养学生的实用计算和工程判断能力。
对应的课程是《土力学2》，32学时/学年。
此外，还配合《城市岩土工程》、《城市水环境工程》和《地球与人类环境》等选修课。
3）《土力学》的实验，以土的物性试验、三轴试验和固结试验等为核心教学内容，注重培养学生土工试验的动手能力。
土力学实验部分与土力学基本理论部分紧密结合，安排在《土力学1》课程中，8学时/学年。
此外，还配合本科学生的SRT、自选试验和综合论文训练等环节。
2．课程基础要求学生的先修课程包括微积分、工程力学和水力学等。
3．课程基本内容第一单元绪论和土的物理性质（秋季学期6学时，第1~2教学周）了解土的三大工程问题，也即渗透问题、变形问题和强度问题；了解土的形成，掌握土的碎散性、多相性和天然性这三大特点；掌握土的物理性质，包括土的三相组成、物理状态和结构；掌握土的压实性；掌握土的工程分类标准，了解土的工程分类方法。
第二单元试验课1：土的基本物性试验（秋季学期3学时，第2~6教学周）要求学生独立完成：1）密度测定试验；2）含水量测定试验；3）液塑限测定试验；4）颗粒分析试验。
教学课件：第0章-土力学绪论
02
土力学的重要性在于，它是工程 实践中不可或缺的基础学科，对 于保障工程安全、提高工程质量 、降低工程风险具有重要意义。
土力学的研究内容与特点
土力学的研究内容包括土的物理性质 、力学性质、变形特性、强度理论等 ，以及土体在各种外力作用下的稳定 性分析。
掌握土力学的基本原理和方法对 于土木工程师来说是必不可少的。
课程目标与内容
01
02
03
04
掌握土力学的基本概念、 原理和方法。
了解土的物理性质和工 程分类。
熟悉土的应力、应变和 强度等基本力学性质。
掌握土压力、地基承载 力和边坡稳定性等工程 问题分析方法。
02 土力学简介
土力学的定义与重要性
01
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01
基础工程
土力学在土木工程中广泛应用于基础设计，如桩基、扩基、土钉墙等。
它提供了土的力学性质和行为的知识，帮助工程师更好地理解和设计基
础结构。
02
边坡工程
土力学在边坡工程中发挥着关键作用，涉及到边坡的稳定性分析、加固
设计等方面。通过土力学理论，工程师可以评估边坡的稳定性，并采取
适当的措施来确保安全。
土力学的基本假设与简化
连续性假设
土体被视为连续介质，物质无 穷小部分之间无空隙。
各向同性假设
土体的物理力学性质在不同方 向上相同。
均匀性假设
同一类型的土体具有相同的物 理力学性质。
确定性假设
土体的物理力学性质可以用确 定的数值表示，不考虑随机性
土力学-基本理论
地基稳定性分析
稳定评估
通过对土体的应力应变关系、强度特性以及变形特性进行分析，评估地基在受到竖向压力作用下的稳定性。
影响因素
主要包括土的物理性质、地下水位、施工方法以及环境条件等。
地基沉降计算
沉降预测
通过对地基土的压缩性、应力分布以及变形历史进行分析，预测地基在未来荷载作用下的沉降量。
计算方法
土的压缩性对于工程设计 和施工具有重要意义，特 别是在地基沉降计算和桩 基设计等方面。
土的动力性质
01
土的动力性质是指土在动荷载作用下的力学性质，包括动强度、动模 量和阻尼等。
02
土的动力性质与静力性质不同，需要考虑动荷载的特性以及土的动力 响应。
03
土的动力性质可以通过振动台试验、离心机试验和动三轴试验等方法 进行测定。
通过测量土的孔隙体积和固体颗粒体积来计算土的孔隙比，常用的方 法有压汞法、核磁共振法等。
03 土的力学性质
土的抗剪强度
土的抗剪强度是指土抵抗剪切 破坏的极限能力，是土的重要
力学性质之一。
土的抗剪强度通过剪切试验来 测定，包括直接剪切试验、三 轴压缩试验和无侧限抗压试验
等。
土的抗剪强度取决于土的粒度 、矿物成分、含水率和温度等 因素，其中粒度分布和矿物成 分是主要的影响因素。
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02 土的物理性质
土的密度
定义
土的密度是指单位体积内土的质量，通常用ρ表示，单位 为克/立方厘米（g/cm³）或吨/立方米（t/m³）。
01
影响因素
土的密度受其矿物成分、含水量、孔隙 比等因素影响。
02
03
测量方法
通过测量土的质量和体积来计算土的 密度，常用的方法有环刀法、灌砂法 等。
土力学答案完整版(河海大学出版社)
土力学(河海大学第二版)所有章节完整答案第一章 土的物理性质指标与工程分类1-1 解：(1) A 试样100.083d mm = 300.317d mm = 600.928d mm =60100.92811.180.083u d C d === 22301060()0.317 1.610.0830.928c d C d d ===⨯(1) B 试样100.0015d mm = 300.003d mm = 600.0066d mm =60100.0066 4.40.0015u d C d === 22301060()0.0030.910.00150.0066c d C d d ===⨯1-2 解：已知：m =15.3g S m =10.6g S G =2.70饱和 ∴r S =1又知：wSm m m =-= 15.3-10.6=4.7g(1) 含水量 w Smmω==4.710.6=0.443=44.3% (2) 孔隙比 0.443 2.71.201.0Sre G Sω⨯=== (3) 孔隙率1.20.54554.5%111.2e e η====++ (4) 饱和密度及其重度32.71.21.77/111.2S s a t wG e g cm e ρρ++===++ 31.771017.7/s a t s a t g k N m γρ=⨯=⨯= (5) 浮密度及其重度 3' 1.77 1.00.77/s a t w g c m ρρρ=-=-= 3''0.77107.7/g k N mγρ=⨯=⨯= (6) 干密度及其重度32.71.01.23/111.2S w d G g cm e γρ⨯===++31.231012.3/d d g kN m γρ=⨯=⨯= 1-3 解：31.601.51/110.06d g cm ρρω===++ ∴ 2.70 1.01110.791.51s s w d d G e ρρρρ⨯=-=-=-=∴ 0.7929.3%2.70sat s e G ω===1.60100150.91110.06s m V m g ρωω⨯====+++ ∴ (29.3%6%)150.935.2w s m m g ω∆=∆=-⨯= 1-4 解：w Sm mω=w Sm m m =-sSm m mω=-∴ 1000940110.06s m m g ω===++ 0.16ω∆= ∴ 0.16940150w s m m g ω∆=∆=⨯= 1-5 解：(1) 31.771.61/110.098d g cm w ρρ===++∴ 0 2.7 1.01110.681.61s s w d d G e ρρρρ⨯=-=-=-=(2) 00.6825.2%2.7sat s e G ω===(3) max 0max min 0.940.680.540.940.46r e e D e e --===--1/32/3r D <<∴ 该砂土层处于中密状态。
土力学-第一章土的物理性质2
土耳其 1999.8.17, 7.4级
1964年6月16日日本新瀉7.5级地震
振冲法加固地基 vibroflotation ,vibro-compaction
21
砂土的液化及其原因
砂土的液化：
饱和细砂在突然振动而排水不畅的情况下，土粒受到 孔隙水的反作用力而处于悬浮状态，这时砂土突然转
质量 单元土三相图 体积
Vv (1 w)Gs w e 1 Vs
(1 w)Gs w
气体
wGs w
水
e
e n 1 e
2. 饱和度
n e 1 n
Gs w
土颗粒
1
Vw wGs w / w wGs Sr 100% Vv e e
35
质量
单元土三相图
16
3. 粘性土的结构及其联结
粘性土的结构比粗粒土复杂得多，这主要是由于粘性土结构的 联结十分复杂，并决定着粘性土的结构。
粘性土结构的联结和粘聚力
粘性土结构的联结主要表现在粘粒的黏着和聚合作用。
粘性土结构的联结力 是土粒中存在的内力
内力的总和称为粘聚力
粘聚力
粘性土和粗粒土之间重要的区别标志 确定土体抗剪强度的重要指标
重力，毛细力
点与点、点与面
15
2. 粉土的蜂窝结构 蜂窝结构：
粉土颗粒质量小，当单颗粒下沉时 碰到已沉积的土粒，就可能因粒间 引力而停留在接触点上不再下沉， 从而形成孔隙很大的蜂窝结构。
特点： 土体骨架不稳定，易沉降变形，强 度低，高压缩性，水作用敏感，蠕 变等等。
粉 土：蜂窝结构 honeycomb structure
Va Vv Vw
《土力学》（第二版）卢廷浩主编河海大学出版社
《⼟⼒学》（第⼆版）卢廷浩主编河海⼤学出版社第⼀章⼟的物理性质与⼯程分类[1-1]：有A 、B 两个⼟样，通过室内试验测得其粒径与⼩于该粒径的⼟粒质量如表所⽰，试绘制出它们的粒径分布曲线并求出u C 和c C 值。
解：对A ⼟样：d 10＝0.085mm ；d 30＝0. 38 mm ；d 60＝0.96 mm ，则 29.11085.096.01060===d dC u()77.196.0085.038.026010230=?==d d d C c对B ⼟样：d 10＝0.0012 mm ；d 30＝0.0028 mm ；d 60＝0.005 mm ，则17.40012.0005.01060===d dC u()31.1005.00012.00028.026010230=?==d d d C c[1-2]从地下⽔位以下某粘⼟层中取出⼀⼟样做试验，测得其质量为15.3g ，烘⼲后质量为10.6g ，⼟粒⽐重为2.70。
求试样的含⽔量、孔隙⽐、孔隙率、饱和密度、浮密度、⼲密度、及其相应的重度。
解：(1) 已知：m ＝15.3g, m s =10.6g, G s =2.70, S r =100%，则m w =m-m s =4.7gSr =100% 37.417.4cm m V V w w w v ====ρws s s V m G ρ= 393.3170.26.10cm G m V w s s s =?==ρ V=V s +V v =8.63(2) %3.44%1006.107.4%100=?=?=s w m m w 20.193.37.4===s v V V e %5.54%10063.87.4%100=?=?=V V n v 3/77.163.83.15cm g V m sat ===ρ; 3/73.1m kN g sat sat =?=ργ 3/77.0cm g w sat =-='ρρρ; 3/5.7m kN g =?'='ργ3/23.163.86.10cm g V m s d ===ρ; 3/1.12m kN g d d =?=ργ [1-3]某⼟样的含⽔率为6.0%，密度为1.60g/cm 3, ⼟粒⽐重为2.70,若设孔隙⽐不变，为使⼟样饱和，问100cm 3⼟样中应加多少⽔？解：已知 w=6.0%, ρ=1.60g/cm 3, G s =2.70, e 1=e 2, V=100cm 3 g V m 160==ρg w m m s 94.150%0.611601=+=+= g w m m s w 06.9==390.55170.294.150cm G m V w s s s =?==ρ 310.44cm V V V s v =-=所以，饱和时⼟中⽔总重为：g V m w v wsat 10.44==ρ需加⼊的⽔重为：g m m m w wsat w 04.3506.910.44=-=-=?[1-4]有⼟料1000g ，它的含⽔率为6%，若使它的含⽔率增加16%。
《土力学》重点、难点及主要知识点
《土力学》重点、难点及主要知识点一、课程重点、难点1、土的物理性质及工程分类1.1概述、1.2土的组成、1.3土的三相比例指标、1.4无粘性土的密实度、1.5粘性土的物理性质、1.6土的击实性、1.7土的工程分类。
掌握重点：土的物理性质指标、无粘性土和粘性土的物理性质、土的击实性、土的工程分类原则难点：土的物理状态。
2、土的渗透性与渗流2.1概述、2.2土的渗透性、2.3土中二维渗流及流网简介、2.4渗透力与渗透破坏掌握重点：土的渗透规律、二维渗流及流网、渗透力与渗透破坏难点：土的渗透变形。
3、土的压缩性和固结理论3.1土的压缩特性、3.2土的固结状态、3.3有效应力原理、3.4太沙基一维固结理论。
掌握重点：土的压缩性，有效应力原理难点：有效应力原理、一维固结理论4、土中应力和地基沉降计算4.1地基中的自重应力、4.2地基中的附加应力、4.3常用沉降计算方法、4.4地基沉降随时间变化规律的分析掌握重点：地基自重应力及附加应力的计算方法、不同变形阶段应力历史的沉降计算方法、地基最终沉降量计算方法、地基沉降随时间变化规律。
难点：角点法计算附加应力，分层总和法计算地基沉降量。
5、土的抗剪强度5.1土的抗剪强度理论和极限平衡条件、5.2土的剪切试验、5.3三轴压缩试验中孔隙压力系数、5.4饱和粘性土的抗剪强度、5.5应力路径在强度问题中的应用、5.6无粘性土的抗剪强度掌握重点：库仑定律的物理意义、极限平衡条件式、直剪试验测定土的抗剪强度指标、不同排水条件下测定土的抗剪强度指标的方法、剪切试验的其它方法、剪切试验方法的选用、砂土的振动液化、应力路径的概念难点：极度限平衡条件式、抗剪强度指标的选用、应力路径6、土压力6.1土压力类型和静止土压力计算、6.2朗肯土压力理论、6.3库仑土压力理论、6.4几种常见情况下土压力计算。
掌握重点：静止土压力、主动土压力、被动土压力的形成条件、朗肯和库伦土压力理论难点：有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算7、地基极限承载力7.1地基变形和破坏类型、7.2地基的临塑荷载及临界荷载、7.3地基承载力的确定掌握重点：握地基承载力确定方法、地基变形和破坏的类型、地基临塑荷载及临界荷载确定地基承载力、根据试验方法确定地基承载力。
《土力学》2版部分习题解答
p1
=
P A
+
Mx I
=
6000 30
+
6000 × 0.7 × 2.7 87.3
=
329.90kPa
p2
=
P A
−
Mx I
=
6000 30
−
6000 × 0.7 × 3.3 87.3
=
41.24kPa
p2
=
P A
+
Mx I
=
6000 30
+
6000 × (x1 − 0.7) × 3.3 87.3
=
329.90kPa
x1 = 1.273m
所以左边压力 p1 为 308.31kPa 和右端压力 p2 为 67.62 kPa ，AB 间距为 1.273m。
3-7．如图 3-46 所示，求均布方形面积荷载中心线上 A、B、C 各点上的垂直荷载应力σ z ，并比较用集中力代
替此分布面积荷载时，在各点引起的误差（用％表示）。
p1 } = P ± M = 100 ± 50 = 25 ± 18.75 = 43.75kPa
p2 A W 4 1 ×1× 42
6.25kPa
6
σ z = k1 p2 + k2 ( p1 − p2 ) = 0.332 × 6.25 + 0.185× (43.75 − 6.25) = 9.01kPa
均匀分布压力
M = 50kN ⋅ m / m ，如图 3-47 所示。
（1） 试用简化法求算基底压力应力的分布，并按此压力分布图形求基础边沿下 6m 处 A 点的竖向荷
载应力σ z （基础埋深影响不计）。
（2） 按均匀分布压力图形（不考虑 M 的作用）和中心线状分布压力图形荷载分别计算 A 点的σ z ，
高等土力学02土的本构关系
3 oct
主应力空间与平面
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
1 R
A
RQ：和之间 与2垂直
： PQ和RQ之间的夹角， 以PQ起逆时针为正
tg 2 2 1 3 3 ( 1 3 ) 3 2b 1 3
x2 x2
x1
x1 x 3
x3
i k ， jl 与为新和原坐标系轴夹角的余弦
其中，a11=cos ，a12=cos ， a13=cos
主应力：1，2，3在三个剪应力为零方向上的正应力
应力张量的坐标转换与主应力
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
• 剪应力q：平面上到Q距离PQ
• 洛德角：平面上的角度
三个独立的应力参数P、q和可以确 定应力点P在应力空间的位置
常用的三个应力不变量
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
三轴应力状态： 3
• 平均主应力 • 广义剪应力
1 1 p (1 2 3 ) (1 23 ) 3 3
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
6个独立变量用 矩阵表示，常用 于数值计算
x y z ＝ xy yz zx
应力分量与应力张量
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
球应力张量与偏应力张量
第二章 土的本构关系
2.2 应力和应变 – 应力
仁者乐山 智者乐水
z
C 等倾面
3 2
z
土力学与地基基础习题集与答案第2章
第2章土的物理性质及分类（答案在最底端）一、简答题1.什么是土的物理性质指标？哪些是直接测定的指标？哪些是计算指标？1.【答】（1）土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，称为土的物理性质指标，可用于评价土的物理、力学性质。
（2）直接测定的指标：土的密度ρ、含水量ω、相对密度d s；计算指标是：孔隙比e、孔隙率n、干密度ρd、饱和密度ρsat、有效密度ρ’、饱和度S r2.甲土的含水量大于乙土，试问甲土的饱和度是否大于乙土？3.什么是塑限、液限和缩限？什么是液性指数、塑性指数？4.塑性指数对地基土性质有何影响？5.什么是土的冻胀性？产生机理是什么？6.说明细粒土分类塑性图的优点。
7.按规范如何对建筑地基岩土进行分类？7. 【答】作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。
8.甲乙两土的天然重度和含水量相同，相对密度不同，饱和度哪个大？9.简述用孔隙比e、相对密实度D r判别砂土密实度的优缺点。
10.简述野外判别碎石土密实度方法？11.什么是土的灵敏度和触变性？试述在工程中的应用。
12.说明下图2-1中各图的横纵坐标，同时标出单位。
（a）级配曲线（b）击实曲线（c）塑性图图2-113.影响土压实性的主要因素什么？14.什么是最优含水量和最大干密度？15.为什么含水量ω<最优含水量ωop时，干密度ρd随ω增加而增大，ω>ωop时，ρd随ω增加而减小？16. 在填方压实工程中，土体是否能压实到完全饱和状态？为什么？（华南理工大学2006年攻读硕士学位研究生入学考试）17.影响土击实效果的因素有哪些？18. 为什么仅用天然含水量说明不了粘性土的物理状态，而用液性指数却能说明？（长安大学2007年硕士研究生入学考试）二、填空题1.粘性土中含水量不同，可分别处于、、、、四种不同的状态。
其界限含水量依次是、、。
2.对砂土密实度的判别一般采用以下三种方法、、。
02-2土质学与土力学-土工程性质于分类
河北理工大学
46
土的工程性质与分类
检测题目
1. 砂土的结构通常是：__________ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构 2. 饱和土的组成为：__________ a.固相 b.固相＋液相 c.固相＋液相＋气相 d.液相
3. 下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：__________ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数
半固体状态与固体状态间的分界含水量
河北理工大学
10
土的工程性质与分类
塑限wp 液限wL
用搓条法 平衡锥式液限仪测定 碟式液限仪测定
液塑限联合测定法
河北理工大学
11
土的工程性质与分类
河北理工大学
12
土的工程性质与分类
河北理工大学
13
土的工程性质与分类
H
Wp
河北理工大学
WL
W
14
土的工程性质与分类
9. 已知土样试验数据为：含水量10%，液限38%，塑限
20%，则该土的塑性指数为：_______
a.8 b.13 c.18 d23
10. 同上题条件，则该土的状态为：_______
a.可塑 b.硬塑 c.坚硬 d.软塑
11.在下列指标组中全部直接由试验测定的为：______
a.天然重度、含水量、干重度
4. 筛分法适用的土粒直径为：__________ a.d>0.075 b.d<0.075 c.d>0.005 d.d<0.005
5.某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为：__________ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土
《土力学及地基基础》第02-12章在线测试
、答完题后，请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷，否则无法记录本试卷的成绩。
、在交卷之前，不要刷新本网页，否则你的答题结果将会被清空。
第一题、单项选择题（每题 1分，5道题共5分）《土力学及地基基础》第 02章在线测试 剩余时间：55:47答题须知: 1、本卷满分20分。
1、衡量土的粒径级配是否良好，常用 扌旨标判定。
、不均匀系数C 标贯击数 2、室内测定粘性土天然密度的试验方法是 A 、烘干法 C 比重瓶法 3、物理性质接近固体的土中水是. 「 A 、重力水 C 强结合水 4、标准贯入试验锥击数大于 30时，砂土的密实度处于 A 、松散状态C 中密状态 5、烘干法可用于测定土的' A 、天然含水量 C 饱和度 第二题、多项选择题（每题 2分，5道题共10分） 1、土中自由水包括. 强结合水 B 、 弱结合水重力水毛细水B 、含水量D 、内摩擦角B 、环刀法D 、筛分法B 、毛细水D 、弱结合水B 、稍密状态D 、密实状态B 、天然孔隙比D 、密度18.7kND 水头梯度约为0.25 二JE 、渗流速度约为0.25m/s第三题、判断题（每题1分，5道题共5分） 1、土的灵敏度越小，受扰动后其强度降低越多。
5、具有蜂窝结构和絮凝结构的粘性土，一般不稳定。
《土力学及地基基础》第 04章在线测试答题须知：1、本卷满分20分。
2 、答完题后，请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷，否则无法记录本试卷的成绩。
3、在交卷之前，不要刷新本网页，否则你的答题结果将会被清空。
第一题、单项选择题 （每题 1分，5道题共5分）1、成层地基的自重应力随深度。
aA 、单调增加rB 、单调减小rC 不变「1D 、无规律2、基底压力的实际分布为。
(7A 、非线性分布 rB 、三角形分布rC 梯形分布s D 、均匀分布 3、地下水位的大幅下降会引起。
(7A 、原地下水位以下土层中的自重应力增加cB 、地基中的附加应力增加《土力学及地基基础》第 04章在线测试剩余时间：54:532、无粘性土主要的物理特征是其密实度。
土力学第二章土的渗透性和渗透问题
§2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil
Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil
Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil
A
B
L
h1
h2
zA
zB
Δh
0
0
基准面
水力坡降线
总水头－单位质量水体所具有的能量
流速水头≈0
A点总水头：
B点总水头：
总水头：
水力坡降：
一．渗流中的水头与水力坡降
§2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil
概述
Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil
概述
Teton坝
渗流量
渗透变形
渗水压力
渗流滑坡
土的渗透性及渗透规律
二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
扬压力
土坡稳定分析
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 边坡渗流
§2.3 渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton
学习目标
学习基本要求
参考学习进度
学习指导
学习目标
掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具备对地基渗透变形进行正确分析的能力。
掌握土的渗透定律
01
掌握二维渗流及流网绘制
土力学与基础工程-第二章
1
2
无粘性土的密实度
无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。 密实度的评价方法有三种： 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 利用标准贯入试验等原位测试方法 野外观测方法 （用于碎石土）
1.2 土的物理性质指标－天然密度
土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：
01
含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用“烘干法”确定。
土中水
自由水
结合水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
结晶水
结晶水：土粒矿物内部的水。
土中水和气
弱结合水
2.2.2 土中水和气
强结合水-具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。 自由水-可以传递静水压力 、能溶解盐类。
颗粒堆积物
土： 狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 广义：土则是将整体岩石也视为土
岩石
地球
地球
搬运、沉积
1 土的形成
1.1 土的形成与组成
构成土骨架，起决定作用1.1 土的形成与组成 Nhomakorabea气相
武汉理工大学专升本土力学基础工程 (2)题库
一、计算( 每题参考分值5分)1、地面下有一层6 m厚黏土层，地下水位在地表处，黏土的饱和重度为γsat=18 kN/m3，孔隙比与应力之间的关系为e =1.25－0.001 6p。
若地面施加q = 100 kPa 的无限均布荷载，80天后测得6 m厚土层压缩了14.5 cm，试求黏土层的固结度。
正确答案：解以地面下3 m处单元应力变化为计算标准自重应力p1 = (18－10)×3 kPa=24 kPae1 = 1.25－0.001 6×24=1.212e2 = 1.25－0.001 6×(24+100)=1.052∆e = e1－e2 = 0.16最终沉降量U t = ×100%=33.4%2、某砂样，原取样位置处于水下，取样时已有部分水流失，此时测得土样重度为18 kN/m3，含水量为20%，土粒相对密度为2.7。
试求：该砂样的孔隙比、失水后得饱和度和原砂土的天然含水量。
正确答案：解失水后饱和度为S r =×100% = 67.5%原砂处于饱和状态，则w =×100% = 30%3、地表下有一层10 m厚的黏土层，饱和重度γsat = 18 kN/m3，地下水位在地表处，双面排水。
已知土的固结系数C v = 4.54×10－3 cm2/s，若地面瞬时施加一无线均布荷载p = 50 kPa，求100天后地面下5 m深处总的有效应力和孔隙水压力。
正确答案：解时间因数T v = = 4.54×10－3×100×86 400/5002 = 0.156 9超孔压为4、某挡土墙高6 m，墙背垂直、光滑，墙后填土面水平，作用有连续均布荷载q = 10 kPa，填土各项指标为γ = 18 kN/m3、C = 15 kPa、ϕ = 20°，试计算被动土压力。
正确答案：解h' ==10/18=0.56 m土层顶：土层底：被动土压力合力：合力作用点位于梯形形心处，距墙底2.36 m。
第二章土力学
方法一：判断静水压力与土总重量之间的平衡 ? ?ihi ? ?wHw
解：设测压管水位高出地面 x m，
则砂土层上界面b以上：
总静水压力
?wH w ? ?w ? (3 ? 1.5 ? 1.5 ? x)
T = - Gd ? 大小： T =γw i (KN/m3) ? 方向：自上而下、自下而上、水平 ? 作用：冲刷作用、影响土体渗流稳定性
T （ Gd ）公式的推导：
γwh1F
α
TLF γwLF cos α
α
γwLF
γwh2F
对水柱体BA受力分析：
前提：水头差(H1-H2)；长度 L；截面积F 忽略渗流水惯性力。
? 毛细压力（毛细粘聚力） 在土粒接触面上由于空气和水分界面产生的表面张力。
§2.2 土的水理性质（三）
? 2.2.2 土的冻胀融陷特性
? 冻胀：未冻结区水分不断向冻结区迁移和积聚，使冰晶体不断扩 大，土层中形成冰夹层，土体发生隆起。
? 融陷：土层解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷。 ? 冻融对工程影响
成层土渗流示意图
n
n
? ? qx ? qix ? kii ?Hi
i?1
i?1
qx ? kxi ?H
达西 定律
? kx
?
1 H
n
ki ?Hi
i?1
§2.5 渗透系数的测定（四）
? 与土层面垂直时的平均渗流系数
成层土渗流示意图
qy
?
ky
h H
?A
qiy
?
ki
? hi Hi
?A
qy ? qiy
? ky ? H
? 按水流在空间上的分布状况 一维、二维、三维流动
土力学(中英文对照)-- Earth Pressure Part 2
5m
Pa
Pp
5m
Example 2 (例题二)
(i) Behind the wall (墙背)
5m
Soil 1
Pa
K a(soil1)
tan2 45
' 2
tan2 45
38 2
0.24
Pp
5 m Soil 2
K a(soil2)
tan 2 45
' 2
tan 2 45
28 2
(ii) In front of the wall the wall (墙前)
5m
Pp
Pa
5 m Soil 2
Kp
tan2 45
' 2
tan2 45
28 2
2.77
'hpSoil25m 2 10 2.77 33.3 kN /m2 'hpSoil210m 2.7710.2 5 2 10 2.77 174.6 kN /m2
Example 2 (例题二)
The soil conditions adjacent to a sheet pile wall are given in the following figure. Calculate the total active force behind the wall and the total passive force in front of the wall. 计算板桩墙上总主动土压力和总被动土压力.
is unit weight of soil and z is depth of soil
Wall Movement (墙体的移动)
Earth Pressure At-Rest (静止土压力) ▪ when a wall does not move at all, i.e. it is “at rest” [AA’] (墙体没有位移)
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特点
2.2
土的三相组成
q土由固相、液相与气相等三相物质组成 q三相物质各自的性质、三者之间的比例关系及其相互作用，决定了土的物理性 质与力学性质
固相
q构成土骨架 q起决定作用
液相
q起重要作用
气相
q起次要作用
三相各自的性质 三相之间的相互作用
土的物理性质 土的力学性质
2.2.1 土中的固体颗粒
从什么角度出发来描述和分析土中的固体颗粒？
— 曲率系数
较小颗粒缺少
Cc 增大
粒径(mm) L M R
曲线 d60 d10 d30 Cu Cc
Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100
Pd1
0 100 10
d1
1
0.1
d /mm
2.2.1 土中的固体颗粒
如何测定土的颗粒级配？
q颗粒分析试验（简称颗分试验）：确定土中各个粒组的相对含量 q两种主要的颗分试验方法：筛分法 + 密度计法，配合使用
q筛分法 适用于分析粗粒组的土颗粒含量
q密度计法(水分法) 适用于分析细粒组的土颗粒含量
V Vs Va Vw Vv Va Vw
Solid
物性指标是比例关系:
质量
体积
可假设任一参数为1
其它指标
实验室测定
剩下三个独立变量 对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量
三相草图法 是一种简单而实用的方法
2.3.2 土的物性指标
室内测定的三个物理性质指标
－土的密度、土粒的比重、土的含水量
2.1
q残积土 q强风化 q弱风化 q微风化 q未风化
土的形成与演化
岩石 暴露于 地表 风 化 土 胶结 高温 成岩 高压 地表岩石在风化作用下形 成的碎散的、没有胶结或 胶结很弱的颗粒堆积物 冰：冰积土 风：风积土 按搬运动力 性质划分 水 湖相沉积土 洪积土 冲积土 海相沉积土
残积土
运积土
动水条件 坡积土
2.3.1 三相草图
ma=0
m
Air Water
Va
Vv
mw ms
质量
Vw Vs
体积
V
Solid
2.3.1 三相草图
三相草图
ma=0 m Air Water Va Vw Vs
共有九个参数: V V v V s Va Vw / m s m
w
ma
m
mw
ms
Vv
V
已知关系五个:
m ms m w ma ma 0 m w w Vw
ma=0 m
Air
Va
土的密度 有时也称土的天然密度
定义: 单位体积土的质量
ms m w m V Vs Vw Va
mw
ms
Water
Solid
Vw
Vs
Vv V
表达式:
质量
体积
单位: kg/m3 或 g/cm3
一般范围: 1.60—2.20
g/cm3
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念
2T cos hc r
毛细压力
uc hc
非饱和土中毛细张力影响
分析对象: 水膜
对砂土强度的影响: 毛细边角水, 假凝聚力
2.2.3 土中气
自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大 封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
2.2.3 土中气
小结 土有三个组成部分：固相、液相和气相 1. 固体颗粒
2.2.1 土中的固体颗粒
小于某粒径之土质量百分数P（％）
200g
10 5.0 2.0 1.0
10 16
18 24
P%
95 87
78 66 55
0.5 0.25 0.1
38
72
36
粒径(mm)
水分法
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.005 10
0.01 0.005
0.001
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
d60 d50 d30
d10
2.2.1 土中的固体颗粒
小于某粒径之土质量百分数（％）
斜率: 某粒径范围内颗粒的含量
陡 — 相应粒组质量集中
缓
-- 相应粒组含量少
平台 -- 相应粒组缺乏
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
较大颗粒缺少
Cc 减小
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
d60
d30
d10
2.2.1 土中的固体颗粒
粒径级配累积曲线及指标的用途：
1）粒组含量用于土的分类定名 2）不均匀系数Cu 用于判定土的不均匀程度
Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
2.1
土的形成与演化
按搬运动力 分类 坡积土 洪积土 冲积土
运积土
q 土粒粗细不同，性质不均匀 q 有分选性，近粗远细 q 浑圆度分选性明显，土层交迭 水
湖泊沼泽沉积土 q 含有机物淤泥，土性差 海相沉积土 冰积土 风积土 q 颗粒细，表层松软，土性差 q 土粒粗细变化较大，性质不均匀 q 颗粒均匀，层厚而不具层理 冰川 风
2.土的组成、性质和工程分类
土的形成演化 土的三相组成 土的物理状态 土的结构 土的工程分类 土的压实性
2.2
土的三相组成
地表岩石 土
完整性
相对 暴露于大气圈 与水圈中
碎散性
三相性 固相 + 液相 + 气相
多孔，透气，透水
土的三相性的表现
组成
q 固相：固体颗粒组成的土骨架 q 液相：水 + 可溶性矿物/污染物 q 气相：空气 q 外力由土骨架、孔隙介质共同承担 q 三相之间存在复杂的相互作用 q 孔隙介质可在孔隙内流动
颗粒级配
q固体颗粒粒径的大小 q各种粒径所占的比例
颗粒形状
矿物成分
2.2.1 土中的固体颗粒
土颗粒的形状
•原生矿物 •次生矿物
圆状、浑圆状、棱角状 针状、片状、扁平状
2.2.1 土中的固体颗粒
从什么角度出发来描述和分析土中的固体颗粒？ q大小 q形状 q成分
颗粒级配
q固体颗粒粒径的大小 q各种粒径所占的比例
土的容重 工程上更常用,用于计算土的自重应力 γ=ρg 单位: kN/m3
2.3.2 土的物性指标
土粒比重
定义: 土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值
表达式:
Gs
C 4 w
s
单位: 无量纲
C 4˚C时纯蒸馏水的密度 4 w s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量
s ms Vs
包括三种类型： 高岭石、伊里石、蒙脱石
粘土矿物:
由硅片和铝片构成的晶包所组合而成
2.2.1 土中的固体颗粒
硅片的结构
基本单元： 硅-氧四面体
铝片的结构
基本单元： 铝-氢氧八面体
2.2.1 土中的固体颗粒
粘土矿物的 晶格构造
（氢键联结）
高岭石
伊利石
蒙脱石
粒 径 比表面积 胀 缩 性 渗 透 性 强 度 压 缩 性
颗粒形状
矿物成分
2.2.2 土中水
结晶水 矿物内部的水
结合水 吸附在土颗粒表面的水
自由水 电场引力作用范围之外的水 土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷
2.2.2 土中水
结合水
强结合水 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的特性 温度高于100°C时可蒸发 弱结合水 位于强结合水之外，电场引力 作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性
3）曲率系数Cc 用于判定土的连续程度
C c = 1 ~ 3, 级配连续土；
Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土 4）不均匀系数Cu 和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣
Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ，级配 良好的土；
Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
不均匀程度：
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
粒径(mm)
连续程度:
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
d60
d10
d30
Cu
66
0.01 0.005
Cc
2.41
0.33 0.005 0.063
0.001
Cu ≥5,级配不均匀
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
m m ms w(%) w ms ms
ma=0
m mw ms
Air
Water
Va
Vw Vs
Vv
V
Solid
质量
体积
注意: 其实是含水比,ຫໍສະໝຸດ 可达到或超过100％2.3.2 土的物性指标
其它常用的物理性质指标
表示土中孔隙含量的指标
孔隙比
定义: 土中孔隙体积与固体颗粒体积 之比, 无量纲 在某种程度上反映土的松密
土力学
2.
土的组成、性质和工程分类
主讲：张连卫
2.土的组成、性质和工程分类
土的形成演化 土的三相组成 土的物理状态 土的结构 土的工程分类 土的压实性