土力学和土质学PPT课件
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土质学与土力学
3、絮凝状结构：土粒或聚粒以边——边、边 ——面方式相联结在一起的结构形式（又称蜂窝状 结构）。这种结构具大孔隙，在外力作用下有较大 的变形。
4、土的结构性与灵敏度
土的性质由于其结构的破坏而改变的特性称为 qu 土的结构性。土的结构性用灵敏度表示：
St q0
灵敏度 St
低灵敏土 St=1~2
中等灵敏土 St=2~4
灵敏土 St=4~8
特别灵敏土 St=8~16
《土质学与土力学》多媒体课件
人防工程教研室 赵佩胜 制作
中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件
第四节 土的三相比例指标
土的三相（固相、液相、气相）组成物质在重量和体积
上的比例关系，反映出土的一些物理性质，如干湿、紧密等， 也可以间接地评价土的工程性质，可用三相图来表示土的物 质组成。 在三相图中，各相组成部分在重量和体积方面的关系如
Cu<5 Cu>10
土粒均匀，其级配不良 级配良好
3、三角坐标法
三角坐标可以表示三种粒组的含量，一般把土 粒分成砂粒、粉粒、粘粒三类。 利用几何上，等边三角形内任一点到三角形三 个边的垂直距离之和为一常数（图1-3）。
，
令：
h1 h 2 h 3 H 1 0 0 %
《土质学与土力学》多媒体课件
1、单粒结构：主要为碎石类土、砂类土等大颗粒土的 结构形式。
2、聚粒结构：若干个片状土粒以面——面方式聚合在 一起，形成较大的叠片状集合体。 据研究认为：较小的粘土颗粒为片状的，表面带负电荷，
边角断口处带正电荷。
《土质学与土力学》多媒体课件 人防工程教研室 赵佩胜 制作
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土质学与土力学：第1章《绪言》PPT教学课件
60年代以后，现代土力学阶段。
本构关系模型、计算方法、计算机技术的应用。
第一章 绪言
Charles- Auguste de Coulomb (1736-1806) 法国科学家
土力学成为一门独立学科的 重要标志Terzaghi是土力学 的奠基人(1883-1963)
1776 1856 1857 1925 1936 1949
岩石风化 的产物
分散性
非连续介质
▽复杂性 ▽易变形 ▽分散性
第一章 绪言
1.3 土力学的发展和展望
1776年，库仑（Coulomb）提出挡土墙理论标志着土力学的开始； 1925年太沙基出版《土力学》，标志着土力学阶段； 研究土作为刚性体，弹性体的性质，代表理论为太沙基原理 、 有效应力原理、渗透固结理论和极限平衡理论
物理—力学性质及它们之间的相互关系
土的形成 与演化
土质学
三大特性的 理论和参数
连续介质力学 的理论与方法
土力学
分散介质力学 的理论与计算
土的变形、强度、稳定 以及与其有关的工程问题
第一章 绪言
1.2 土及其特点
地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作 用而形成的，覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结 很弱的颗粒堆积物。
Coulomb 强度定律，土压力理论(1736-1806)) Darcy 定律 Rankine 新的土压力理论 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 第一届国际土力学及基础工程会议 中国土力学研究的兴起
第一章 绪言
土力学之父
Karl Von Terzaghi (1883-1963)
1925年，《土力学》 1943年，《理论土力学》
《土质学与土力学》
第一章 绪言 主讲教师: XXX
本构关系模型、计算方法、计算机技术的应用。
第一章 绪言
Charles- Auguste de Coulomb (1736-1806) 法国科学家
土力学成为一门独立学科的 重要标志Terzaghi是土力学 的奠基人(1883-1963)
1776 1856 1857 1925 1936 1949
岩石风化 的产物
分散性
非连续介质
▽复杂性 ▽易变形 ▽分散性
第一章 绪言
1.3 土力学的发展和展望
1776年，库仑（Coulomb）提出挡土墙理论标志着土力学的开始； 1925年太沙基出版《土力学》，标志着土力学阶段； 研究土作为刚性体，弹性体的性质，代表理论为太沙基原理 、 有效应力原理、渗透固结理论和极限平衡理论
物理—力学性质及它们之间的相互关系
土的形成 与演化
土质学
三大特性的 理论和参数
连续介质力学 的理论与方法
土力学
分散介质力学 的理论与计算
土的变形、强度、稳定 以及与其有关的工程问题
第一章 绪言
1.2 土及其特点
地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作 用而形成的，覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结 很弱的颗粒堆积物。
Coulomb 强度定律，土压力理论(1736-1806)) Darcy 定律 Rankine 新的土压力理论 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 第一届国际土力学及基础工程会议 中国土力学研究的兴起
第一章 绪言
土力学之父
Karl Von Terzaghi (1883-1963)
1925年，《土力学》 1943年，《理论土力学》
《土质学与土力学》
第一章 绪言 主讲教师: XXX
土质学与土力学最新版精品课件第1章
1.1 土的形成
(4)湖积土(Lacustrine Soil) 湖积土体在内陆分布广 泛,一般分为淡水湖积土和咸水湖积土。淡水湖积土分为湖 岸土和湖心土两种。湖岸土多为砾石土、砂土或粉质砂土 ;湖心土主要为静水沉积物,成分复杂,以淤泥、黏性土为主 ,可见水平层理。咸水湖积土以石膏、岩盐、芒硝及RCO3 岩类为主,有时以淤泥为主。
2)河漫滩相冲积土是由洪水期河水将细粒悬浮物质带 到河漫滩上沉积而成。一般为细砂土或黏土,覆盖于河床相 冲积土之上。常为上下两层结构,下层为粗颗粒土,上层为 泛滥的细颗粒土。
3)牛轭湖相冲积土是在废河道形成的牛轭湖中沉积下 来的松软土。由含有大量有机质的粉质黏土、砂质粉土、 细砂土组成,没有层理。
河口冲积土由河流携带的悬浮物质,如粉砂、黏粒和胶 体物质在河口沉积的淤泥质黏土、粉质黏土或淤泥,形成河 口三角洲,往往作为港口建筑物的地基。
1.2 土的结构和构造
图1-1 土的结构基本类型 a)单粒结构 b)蜂窝状结构 c)絮状结构
1.2 土的结构和构造
1.2.2 土的构造 土的构造是指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或
颗粒集合体相互关系的特征。常见的有下列几种: (1)层状构造 土层由不同颜色,不同粒径的土组成层
理,平原地区的层理通常为水平层理。层状构造是细粒土 的一个重要特征。
另外,还有很多土体类型,如冰川、崩积、风积、海洋沉 积、火山等。
1.2 土的结构和构造
1.2.1 土的结构
1.单粒结构 单粒结构是碎石土和砂土的结构特征,如图1-1a所示。
其特点是土粒间没有联结存在,或联结非常微弱,可以忽略 不计。疏松状态的单粒结构在荷载作用下,特别在振动荷 载作用下会趋向密实,土粒移向更稳定的位置,同时产生较 大的变形;密实状态的单粒结构在剪应力作用下会发生剪 胀,即体积膨胀,密度变松。单粒结构的紧密程度取决于其 矿物成分、颗粒形状、粒度成分及级配的均匀程度。片状 矿物颗粒组成的砂土最为疏松;浑圆的颗粒组成的土比带 棱角的颗粒组成的土容易趋向密实;土粒的级配越不均匀, 结构越紧密。
土力学与土质学PPT-土压力及挡土结构
适合渗透性小的粘性土层情况。
7.4 库伦土压力理论
库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔 体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。
基本假设 ① 墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c＝0)； ② 墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜； ③ 滑动破坏面为一平面（墙背AB和土体内滑动面BC）； ④ 刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件； ⑤ 楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面
临界深度z作用点位于墙底以上h11无粘性土主动土压力强度分布无粘性土主动土压力作用点位于墙底以上h合力集中力12土的极限平衡条件被动土压力系数13粘性土被动土压力方向垂直墙背作用点位于梯形面积的重心上粘性土被动土压力分布无粘性土被动土压力分布粘性土被动土压力方向垂直墙背作用点位于作用点位于墙底以上h141土体表面有均布荷载q作用当墙后土体表面有连续均布荷载q作用时均布荷载q在土中产生的上覆压力沿墙体方向矩形分布分布强度为q如下图
三、静止土压力的应用
1、地下室外墙 2、拱桥的桥台 3、基岩上挡土墙；
关于计算主动土压力和被动土压力的 理论有多 种，常用的有两种理论：朗肯土压力理论和库仑土 压力理论，均以极限平衡为基础，现分述如下：
7.3 朗肯土压力理论
●朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态和土的极限平衡理论得出的 土压力计算理论。 ●朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙背直立、光滑，墙 后填土面水平。 这时，墙背与填土界面上的剪应力为零。不改变右边土体 中的应力状态。当挡土墙的变位符合上述主动或被动极限平衡条件时，作 用在挡土墙墙背上的土压力即为朗肯主动土压力或朗肯被动土压力。
2、土楔体静力平衡
土楔体在W、E、R三力作用下处于静力平衡状态，构成一闭
7.4 库伦土压力理论
库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔 体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。
基本假设 ① 墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c＝0)； ② 墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜； ③ 滑动破坏面为一平面（墙背AB和土体内滑动面BC）； ④ 刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件； ⑤ 楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面
临界深度z作用点位于墙底以上h11无粘性土主动土压力强度分布无粘性土主动土压力作用点位于墙底以上h合力集中力12土的极限平衡条件被动土压力系数13粘性土被动土压力方向垂直墙背作用点位于梯形面积的重心上粘性土被动土压力分布无粘性土被动土压力分布粘性土被动土压力方向垂直墙背作用点位于作用点位于墙底以上h141土体表面有均布荷载q作用当墙后土体表面有连续均布荷载q作用时均布荷载q在土中产生的上覆压力沿墙体方向矩形分布分布强度为q如下图
三、静止土压力的应用
1、地下室外墙 2、拱桥的桥台 3、基岩上挡土墙；
关于计算主动土压力和被动土压力的 理论有多 种，常用的有两种理论：朗肯土压力理论和库仑土 压力理论，均以极限平衡为基础，现分述如下：
7.3 朗肯土压力理论
●朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态和土的极限平衡理论得出的 土压力计算理论。 ●朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算时。假设墙背直立、光滑，墙 后填土面水平。 这时，墙背与填土界面上的剪应力为零。不改变右边土体 中的应力状态。当挡土墙的变位符合上述主动或被动极限平衡条件时，作 用在挡土墙墙背上的土压力即为朗肯主动土压力或朗肯被动土压力。
2、土楔体静力平衡
土楔体在W、E、R三力作用下处于静力平衡状态，构成一闭
土质学与土力学第1章土的物理性质及工程分类
第一章 土的物理性质及工程分类§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 §1.7 土的形成 土的三相组成 土的结构和构造 土的三相比例指标 土的物理状态指标 土的工程分类 土的击实特性§1.1 土的形成土的形成示意图 岩石 地球风化搬运、 搬运、沉积土 地球31 风化物理风化 化学风化 生物风化地表或接近地表条件下，岩石、 在地表或接近地表条件下，岩石、矿 物发生机械破碎的过程。
物发生机械破碎的过程。
主要因素是 岩石的失重和温度变化， 岩石的失重和温度变化，岩石裂隙中 水的结冰等。
水的结冰等。
原生矿物 次生矿物在地表或接近地表条件下， 在地表或接近地表条件下， 岩石、 岩石、矿物发生化学变化并 生成新矿物的过程。
生成新矿物的过程。
主因是 水和氧，前者引起溶解、 水和氧，前者引起溶解、水 化，后者引起氧化等化学反 应。
动植物及微生物 引起的岩石风化。
动植物活动有 机 质物理风化5石灰岩里面 含有二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中， 里面， 二氧化碳的水 在石灰岩里面，含有二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中， 会溶解其中的碳酸钙。
这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 会溶解其中的碳酸钙。
这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体(称为固化 称为固化)。
由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体 称为固化 。
由上而下逐渐增长而成的，称为“钟乳石 钟乳石”。
由上而下逐渐增长而成的，称为 钟乳石 。
化学风化62 搬运 由风力、水流、重力等完成 搬运—由风力 水流、 由风力、 沉积—残积 坡积、 残积、 3 沉积 残积、坡积、冲积等根据形成过程，可将土分为两大类： 根据形成过程，可将土分为两大类：残积土 无搬运母岩表层经风化作用破碎 成岩屑或细小颗粒后， 成岩屑或细小颗粒后， 未经搬运残留在原地的 堆积物运积土 有搬运风化所形成的土颗粒， 风化所形成的土颗粒， 受自然力的作用搬运到 远近不同的地点所沉积 的堆积物坡积土洪积物（层）断面 洪积物河流形成冲击土河床、河漫滩、 河床、河漫滩、阶地（平原河谷）冲击物 平原河谷）风积土风积土： 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来 的堆积物。
土质土力学教学PPT
❖ 土的粒径范围宽，分布曲线缓， d10和d60 相距远，土的不均匀系数大，表示土粒 不均匀。
❖ C压u大密度大 不均匀
有细粒土填空
曲率系数:
土的粒径级配累积曲线
小于某粒径之土质量百分数 （％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
Vw Vv
100 %
❖ 土的基本物理指标
三项测定值, 其余可进行指标换算。
例：某工程地基勘探中，取原状50cm3,重95.15g,烘干后重
75.05g,土粒比重为2.67。求： , d , sat， '，，e，n，Sr
解：绘制三相比例图：
m 95.15g V 50cm3 ms 75.05g
wP
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随 着含水率的减小而体积开始不变的含水率。
ws
❖ 粘性土从一种状态转变为另外一种状态 是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前 工程上只是根据某些通用的试验方法测 定这些界限含水率。
塑性指数
❖ 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号） 成为塑性指I数p
三、土的气相
与大气相通
无影响，易挤出
与大气不相通（空气、水气、天然气）
压力作用下可压缩或融解
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小， 弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。
第三节、土的三项比例指 标
土的三相组成示意图
三个实验指标
❖ 1、天然密度和天然重
度
❖ （1）天然密度 （ g/cm3或t/m3)
固体状态
含水率减小,丧失可塑 性，在外力作用下， 易于发生破裂
❖ C压u大密度大 不均匀
有细粒土填空
曲率系数:
土的粒径级配累积曲线
小于某粒径之土质量百分数 （％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
Vw Vv
100 %
❖ 土的基本物理指标
三项测定值, 其余可进行指标换算。
例：某工程地基勘探中，取原状50cm3,重95.15g,烘干后重
75.05g,土粒比重为2.67。求： , d , sat， '，，e，n，Sr
解：绘制三相比例图：
m 95.15g V 50cm3 ms 75.05g
wP
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随 着含水率的减小而体积开始不变的含水率。
ws
❖ 粘性土从一种状态转变为另外一种状态 是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前 工程上只是根据某些通用的试验方法测 定这些界限含水率。
塑性指数
❖ 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号） 成为塑性指I数p
三、土的气相
与大气相通
无影响，易挤出
与大气不相通（空气、水气、天然气）
压力作用下可压缩或融解
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小， 弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。
第三节、土的三项比例指 标
土的三相组成示意图
三个实验指标
❖ 1、天然密度和天然重
度
❖ （1）天然密度 （ g/cm3或t/m3)
固体状态
含水率减小,丧失可塑 性，在外力作用下， 易于发生破裂
土质学和土力学课件
透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小
易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大， 随粒径变小而增大
粉粒 粘粒
粗 细
0.05～0.01 0.01～0.005
透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀 小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大 较快，极易出现冻胀现象
土中水
土中水处于不同位置和温度条件下，可具 有不同旳物理状态——固态、液态、气态。液 态水是土中孔隙水旳主要存在状态，因其受土 粒表面双电层影响程度旳不同可分为结合水、 毛细水、重力水。后两者也称为非结合水（自
由水）。
水的类型
主要作用力
结合水
物理化学力
毛细水 非结合水
重力水
表面张力和重力 重力
1．结合水
土力学与土质学
(第1章）
第1章 土旳物理性质和工程分类
学习要求：
了解土旳成因和三相构成，掌握土旳物理性 质和物理状态指标旳定义、物理概念、计算公式 和单位。要求熟练地掌握物理指标旳三相换算。 了解地基土旳工程分类根据与精拟定名。
基本内容：
1.1 土旳形成与特征 1.2 土旳三相构成 1.3 土旳物理性质指标 1.4 土旳物理状态指标 1.5 土旳工程分类
化学风化——指岩石碎屑与空气、水和多种水溶液相接触， 经氧化、碳化和水化作用，变化原来矿物成份，形成新 旳矿物（次生矿物）。生成旳土为细粒土，粘性土。
生物风化——由动物、植物和人类对岩体旳破坏称~。
土旳构造和构造
1.定义： 指土颗粒旳大小、形状、表面特征， 相互排列及其联结关系旳综合特征。
2.分类：
水溶盐
●有有机高质岭石、伊利石和蒙脱石
土力学与土质学课件第3章ppt
3.2
土中自重应力计算
3.2.3 有地下水土时自重应力计算 当计算地下水位以下土的自重应力时，应根据土的性质确定 是否需要考虑水的浮力 浮力作用。通常认为水下的砂性土是应该考 浮力 虑浮力作用的。粘性土 粘性土则视其物理状态而定，一般认为，若水 粘性土 下的粘性土其液性指数IL＞ 1，则土处于流动状态，土颗粒之 间存在着大量自由水，可认为土体受到水浮力作用；若IL≤0， 则土处于固体状态，土中自由水受到土颗粒间结合水膜的阻碍 不能传递静水压力，故认为土体不受水的浮力作用；若0＜IL＜ 1，土处于塑性状态，土颗粒是否受到水的浮力作用就较难肯定， 在工程实践中一般均按土体受到水浮力作用来考虑。若地下水 位以下的土受到水的浮力作用，则水下部分土的重度按有效重 有效重 度γ’计算，其计算方法同成层土体情况。
3.4
土中附加压力
3.4.1 竖向集中力作用土中附加应力计算 在均匀的、各向同性的半无限弹性体表面作用一竖向集中 布西奈斯克解计算， 力P时，半无限体内任意点M的应力可由布西奈斯克 布西奈斯克 如下图所示。工程中常用的竖向正应力sz及地表上距集中 力为r处的竖向位移w（沉降）可表示成如下形式： P
3.3
基底压力计算
3.3.3 基底附加压力计算 ※一般情况下，建筑物建造前天然土层在自重作用下 的变形早已结束。因此，只有基底附加压力才能引起地 基的附加应力和变形。 ※基底附加压力 基底附加压力是基础底面处地基土在初始应力基础 上增加 增加的压力。该处的初始应力为基础底面处土的自重 增加 应力σcd，现有压力为基底压力p，所以基底附加压力p0 等于基底压力p与自重应力σcd的差，即：
K—土的竖向附加应力系数，是r/z的函数，可由表3.3查得。
3.4
土中附加压力
土质学与土力学 土的渗透性与渗流44页PPT
液体流动必须满足的条件： 连续原理 能量守恒原理(伯努里D.Bernoulli方程)
为了研究的方便，常用水头的概念来研究水体流动中的位能和动能。
水头：单位重量水体所具有的能量。
按照伯努里方程，液流中一点的总水头由三部分组成：
1. 位置水头 z
2. 压力水头 u/w 3. 流速水头 v2/2g
h=z+u/w+v2/2g
1.正常毛细水带（毛细饱和带） 2.毛细网状水带 3.毛细悬挂水带
土质学与土力学
41-4
吉林大学建设工程学院
土的冻胀（形成原因）
1. 土的因素 2. 细粒土中—粉砂，粉土，粉质粘土 3. 粘土因为毛细空隙小，对水分迁移阻力
大，反倒不易产生冻胀 2. 水的因素 3. 温度的因素
土质学与土力学
41-5
定高度，毛管直径愈细上升高度愈高。在常温下毛细上升高度hc与毛管半
径r有以下关系：
hc
15 r
当r=0.1m时，hc=150mm，这与砂土(粒径为0.5~l mm)中的情况大致相当。粘 土的孔隙直径约为0.1m，按上式计算毛细上升高度将达150m
土质学与土力学
41-3
吉林大学建设工程学院
土层毛细水带的类型：
土粒本身是不能透水的，故真实的过水面积Av应小于A，从而实际平 均流速认应大于v。一般称v 为假想渗流速度v与vs的关系可通过水流连续 原理建立:
Vs= v/n
为了研究的方便，渗流计算中均采用假想的平均流速。
土质学与土力学
41-11
吉林大学建设工程学院
No Image
达西定律的适用范围
达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失关系的规律， 即渗流速度v与水力坡降i成线性关系只适用于层流范围。在土木 工程中，绝大多数渗流，无论是发生砂土中或一般的粘性土中， 均介于层流范围，故达西定律均可适用。
为了研究的方便，常用水头的概念来研究水体流动中的位能和动能。
水头：单位重量水体所具有的能量。
按照伯努里方程，液流中一点的总水头由三部分组成：
1. 位置水头 z
2. 压力水头 u/w 3. 流速水头 v2/2g
h=z+u/w+v2/2g
1.正常毛细水带（毛细饱和带） 2.毛细网状水带 3.毛细悬挂水带
土质学与土力学
41-4
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土的冻胀（形成原因）
1. 土的因素 2. 细粒土中—粉砂，粉土，粉质粘土 3. 粘土因为毛细空隙小，对水分迁移阻力
大，反倒不易产生冻胀 2. 水的因素 3. 温度的因素
土质学与土力学
41-5
定高度，毛管直径愈细上升高度愈高。在常温下毛细上升高度hc与毛管半
径r有以下关系：
hc
15 r
当r=0.1m时，hc=150mm，这与砂土(粒径为0.5~l mm)中的情况大致相当。粘 土的孔隙直径约为0.1m，按上式计算毛细上升高度将达150m
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土层毛细水带的类型：
土粒本身是不能透水的，故真实的过水面积Av应小于A，从而实际平 均流速认应大于v。一般称v 为假想渗流速度v与vs的关系可通过水流连续 原理建立:
Vs= v/n
为了研究的方便，渗流计算中均采用假想的平均流速。
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达西定律的适用范围
达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失关系的规律， 即渗流速度v与水力坡降i成线性关系只适用于层流范围。在土木 工程中，绝大多数渗流，无论是发生砂土中或一般的粘性土中， 均介于层流范围，故达西定律均可适用。
第七章-土的抗剪强度--土质学与土力学教学课件
第七章 土的抗剪强度
★ 概述 ★抗剪强度的基本理论 ★抗剪强度的试验方法
概述
剪切破坏
土工建筑物（如： 路堤、土坝等）
沉降过大 强度破坏
土体破坏
建筑物事故
研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性
概述
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力
概述
大阪的港口码头档土墙由于液化前倾
剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的 相对位移，这个面通常称为剪切面。
tg
45
2
1 3
2
f c tan
c
O
3
c ctg 1 3
2
1f
抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准
强度线
极限应力圆
应力圆与强度线相离： σ1<σ1f 应力圆与强度线相切： σ1=σ1f 应力圆与强度线相割： σ1>σ1f
弹性平衡状态 极限平衡状态 破坏状态
抗剪强度的基本理论
应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线
抗剪强度包线
c
抗剪强度的基本理论
2.三轴剪切试验 量表
四、抗剪强度的试验方法 无侧限抗压强度试验
量力环
qu
试
加压框
样
架
升降
螺杆
qu
无侧限压缩仪
无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，
只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承
概述
广州京光广场基坑塌方
使基坑旁办公室、民 工宿舍和仓库倒塌， 死3人，伤17人。
概述
2000年西藏易贡巨型滑坡
黄崖沟
龙观嘴
★ 概述 ★抗剪强度的基本理论 ★抗剪强度的试验方法
概述
剪切破坏
土工建筑物（如： 路堤、土坝等）
沉降过大 强度破坏
土体破坏
建筑物事故
研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性
概述
土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力
概述
大阪的港口码头档土墙由于液化前倾
剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的 相对位移，这个面通常称为剪切面。
tg
45
2
1 3
2
f c tan
c
O
3
c ctg 1 3
2
1f
抗剪强度的基本理论
三、莫尔～库仑破坏标准
强度线
极限应力圆
应力圆与强度线相离： σ1<σ1f 应力圆与强度线相切： σ1=σ1f 应力圆与强度线相割： σ1>σ1f
弹性平衡状态 极限平衡状态 破坏状态
抗剪强度的基本理论
应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线
抗剪强度包线
c
抗剪强度的基本理论
2.三轴剪切试验 量表
四、抗剪强度的试验方法 无侧限抗压强度试验
量力环
qu
试
加压框
样
架
升降
螺杆
qu
无侧限压缩仪
无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，
只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承
概述
广州京光广场基坑塌方
使基坑旁办公室、民 工宿舍和仓库倒塌， 死3人，伤17人。
概述
2000年西藏易贡巨型滑坡
黄崖沟
龙观嘴
土质土力学土的物理性质优秀PPT
土质土力学土的物 理性质
物理性质分为基本物理性质和水理性质：
土的固、液（水）、气三相在质量和体积 之间的相互比例关系称为土的基本物理性 质，主要反映在土的密实程度和干湿状况 等。
液相（水）水与固相之间的相互作用所表 现出来的性质称为土的水理性质，主要研 究土的稠度与塑性、土的膨胀性与收缩性、 土的透水性和毛细性等。
为土的天然密度（通常所说的密度 即指天然密度），相应的重度为天 然重度，以区别于其他条件下的密 度。
土的密度是实测指标，可采用环刀法、蜡封法、灌水法和灌
砂法等方法测定。 环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于易破裂土和形状不规则
的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。
环刀
（3）饱和密度(重度)
[无量纲]
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
土粒比重与土粒密度在数值上是相 等的。
一般土的土粒密度值见下表：
土名
砂土 砂质粉土 粘质粉土 粉质黏土 黏土
s(g/cm3) 2.65~2.69 2.70
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
土粒密度是实测指标，小于5mm的
用小数表示
A ma(0)
mw
W
m
Va Vv
Vw V
计算指标
孔隙比常用以表示土的密实 程度，并用于计算地基沉降 量。e越大，孔隙越发育，结 构越松散。 粉土按孔隙比e的分类： 密实（e<0.75）； 中密（0.75e<0.90）； 稍密（e0.90）。
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
(1) 孔隙度（孔
隙率） n Vv 100%
物理性质分为基本物理性质和水理性质：
土的固、液（水）、气三相在质量和体积 之间的相互比例关系称为土的基本物理性 质，主要反映在土的密实程度和干湿状况 等。
液相（水）水与固相之间的相互作用所表 现出来的性质称为土的水理性质，主要研 究土的稠度与塑性、土的膨胀性与收缩性、 土的透水性和毛细性等。
为土的天然密度（通常所说的密度 即指天然密度），相应的重度为天 然重度，以区别于其他条件下的密 度。
土的密度是实测指标，可采用环刀法、蜡封法、灌水法和灌
砂法等方法测定。 环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于易破裂土和形状不规则
的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。
环刀
（3）饱和密度(重度)
[无量纲]
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
土粒比重与土粒密度在数值上是相 等的。
一般土的土粒密度值见下表：
土名
砂土 砂质粉土 粘质粉土 粉质黏土 黏土
s(g/cm3) 2.65~2.69 2.70
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
土粒密度是实测指标，小于5mm的
用小数表示
A ma(0)
mw
W
m
Va Vv
Vw V
计算指标
孔隙比常用以表示土的密实 程度，并用于计算地基沉降 量。e越大，孔隙越发育，结 构越松散。 粉土按孔隙比e的分类： 密实（e<0.75）； 中密（0.75e<0.90）； 稍密（e0.90）。
ms
S
Vs
质量 mass
体积 volume
土的三相图
(1) 孔隙度（孔
隙率） n Vv 100%
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水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头 逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力， 导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作 用对土骨架产生的拖曳力称为~。用GD表示(kN/m3)。 ※在许多水工建筑物、土坝及基坑工程中，渗透力的 大小是影响工程安全的重要因素之一。实际工程中， 也有过不少发生渗透变形(流砂或管涌)的事例，严重 的使工程施工中断，甚至危及邻近建筑物与设施的安 全。因此，在进行工程设计与施工时，对渗透力可能 给地基土稳定性带来的不良后果应该具有足够的重视。
得出：流量Q与过水面积A和 水头（h1-h2）成正比与渗透路 径L成反比，即达西定律：
Q=KA (h1-h2)/L
达西渗透实验装置
达西定律的适用范围
达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广 应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。
(a) 细粒土的v-i关系 (b) 粗粒土的v-i关系
①砂土、一般粘土 ;②颗粒极细的粘土
到一定程度，土体将发生失稳破坏，这种现象称为渗透变形。
※主要有两种形式，即流砂与管涌。渗流水流将整个土体带走
的现象称为流砂；渗流中土体大颗粒之间的小颗粒被冲出的 现象称为管涌。
动水压力及流砂现象
3.流砂现象、管涌和临界水力梯度
※在粘性土中，渗透力的作用往往使渗流逸出处某一 范围内的土体出现表面隆起变形；而在粉砂、细砂及 粉土等粘聚性差的细粒土中，水力梯度达到一定值后， 渗流逸出处出现表面隆起变形的同时，还可能出现渗 流水流夹带泥土向外涌出的砂沸现象，致使地基破坏， 工程上将这种流土现象称为流砂。
渗透系数的确定
渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个 指标，其数值的正确确定对渗透计算有着 非常重要的意义。影响渗透系数大小的因 素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大 小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立
计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，
通常可通过试验方法(包括实验室测定法和 现场测定法)或经验估算法来确定k值。
动水压力及流砂现象
2.动水压力(渗透力）计算
渗透力的大小与计算点的位置有关。根据对渗流网中的孔
隙水压力和土粒间作用力的分析，得出单位体积内土粒受到
的单位渗透力为：
G T i
D
w
式中 i 为水力梯度；γw—水的容重。 ※当水力梯度超过一定界限值后，土中的渗流水流会把部分
土体或土颗粒冲出、带走，导致局部土体发生位移，位移达
实验室测定法
K QL AH t
K
2.3
aL
lg
H 0
At H
1
1
a常水头试验装置;
b.变水头试验装置。
k >10-3 为细砂到中等卵石;透水性较小 (10-7 < k<10-3) 粘性土.
现场测定法
有野外注水试验和抽水试验等，是在现场 钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时， 量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相 应的理论公式求出渗透系数k值。
物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。
土层中毛细水分布
土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带， 根据其形成条件和分布状况分成3带： （1）正常毛细水带（毛细饱和带）。位于毛细
水带的下部，与地下潜水相通。主要是由潜水 面直接上升而形成的。随水位升降而移动。 （2）毛细网状水带。位于毛细水带的中部，可 在表面张力和重力作用下移动。 （3）毛细悬挂水带。位于毛细水带的上部，主 要是由地表水渗入而成的。在重力作用下移动。
(a) 无压完整井抽水试验;(b) 无压非完整井抽水试验
经验估算法
●1991年 哈森提出用有效粒径d10计算较均匀砂土的
公式:
K d2
10
●1955年，太沙基提出考虑土体孔隙比e的经验公式:
K 2d 2 e2 10 动水压力及流砂现象
1.动水压力(渗透力）定义：
土力学和土质学
(第2章）
土中水的运动规律——工程背景
土中水并非处于静止不变的状态，而是运动着 的。土中水的运动原因和形式很多，例如： ●在重力的作用下，地下水流动（渗透问题）； ●由于表面现象产生的水分移动（毛细现象）； ●在土颗粒分子引力作用下结合水移动（冻结）； ● 由于孔隙离子浓度的差别产生的渗附现象。
※存在于地基中的地下水，在一定的压力差作 用下，将透过土中孔隙发生流动，这种现象 称为渗流或渗透。
※下面讨论四个问题： 1.渗透模型 ； 2. 层流渗透定律； 3.渗透系数的确定； 4.动水压力及流砂现象。
渗透模型
考虑到实际工程可对渗流作如下简化：一是 不考虑渗流路径的迂回曲折；二是不考虑土体 中颗粒的影响，这种假想的渗流模型
(1) 模型的流量等于真实的流量； (2) 模型的压力等于真实的压力 (3) 模型所受到的阻力与真实渗
流所受到的阻力相等。
对于渗透速度，用单位时间内通过土体单位面 积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度。
层流渗透定律
装置中①是面积为A的直立圆 筒，其侧壁装有两支相距为L 的侧压管。滤板②填放颗粒均 匀的砂土。水由上端注入圆筒， 多余的水从溢水管③溢出，使 筒内的水位维持恒定。渗透过 砂层的水从短水管④流入量杯 ⑤中，并以此来计算渗流量Q。
地下水上升原理
毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的 “湿润现象”产生的。 由于液体与空气的分界面上存在 着表面张力，因而在液体表面表 面任意划一条线，线两侧的液体 都会和拢；另外，毛细管管壁的 分子和水分子之间有引力作用， 这个引力使与管壁接触部分的水 面呈向上弯曲状，这种现象称为~
2.2 土的渗透性
2.1 土的毛细性 2.2 土的渗透性 2.3 动水压力及流砂现象 2.4 流网及其应用
2.1 土的毛细性
土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。 土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的 孔隙向上及其它方向移动的现象。 毛细现象在以下四个方面对工程有影响： （1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一； （2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿； （3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化； （4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑
土中水运动对许多工程实践问题，如流砂、 冻胀、渗透固结、渗透时边坡稳定等。
第2章 土中水的运动规律
学习要求：
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。
1．掌握土的渗透定律、土中渗流量计算； 2. 了解二维渗流及流网绘制、掌握土中水的渗 透力与地基渗透变形分析.
基本内容：
得出：流量Q与过水面积A和 水头（h1-h2）成正比与渗透路 径L成反比，即达西定律：
Q=KA (h1-h2)/L
达西渗透实验装置
达西定律的适用范围
达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广 应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。
(a) 细粒土的v-i关系 (b) 粗粒土的v-i关系
①砂土、一般粘土 ;②颗粒极细的粘土
到一定程度，土体将发生失稳破坏，这种现象称为渗透变形。
※主要有两种形式，即流砂与管涌。渗流水流将整个土体带走
的现象称为流砂；渗流中土体大颗粒之间的小颗粒被冲出的 现象称为管涌。
动水压力及流砂现象
3.流砂现象、管涌和临界水力梯度
※在粘性土中，渗透力的作用往往使渗流逸出处某一 范围内的土体出现表面隆起变形；而在粉砂、细砂及 粉土等粘聚性差的细粒土中，水力梯度达到一定值后， 渗流逸出处出现表面隆起变形的同时，还可能出现渗 流水流夹带泥土向外涌出的砂沸现象，致使地基破坏， 工程上将这种流土现象称为流砂。
渗透系数的确定
渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个 指标，其数值的正确确定对渗透计算有着 非常重要的意义。影响渗透系数大小的因 素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大 小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立
计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，
通常可通过试验方法(包括实验室测定法和 现场测定法)或经验估算法来确定k值。
动水压力及流砂现象
2.动水压力(渗透力）计算
渗透力的大小与计算点的位置有关。根据对渗流网中的孔
隙水压力和土粒间作用力的分析，得出单位体积内土粒受到
的单位渗透力为：
G T i
D
w
式中 i 为水力梯度；γw—水的容重。 ※当水力梯度超过一定界限值后，土中的渗流水流会把部分
土体或土颗粒冲出、带走，导致局部土体发生位移，位移达
实验室测定法
K QL AH t
K
2.3
aL
lg
H 0
At H
1
1
a常水头试验装置;
b.变水头试验装置。
k >10-3 为细砂到中等卵石;透水性较小 (10-7 < k<10-3) 粘性土.
现场测定法
有野外注水试验和抽水试验等，是在现场 钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时， 量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相 应的理论公式求出渗透系数k值。
物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。
土层中毛细水分布
土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带， 根据其形成条件和分布状况分成3带： （1）正常毛细水带（毛细饱和带）。位于毛细
水带的下部，与地下潜水相通。主要是由潜水 面直接上升而形成的。随水位升降而移动。 （2）毛细网状水带。位于毛细水带的中部，可 在表面张力和重力作用下移动。 （3）毛细悬挂水带。位于毛细水带的上部，主 要是由地表水渗入而成的。在重力作用下移动。
(a) 无压完整井抽水试验;(b) 无压非完整井抽水试验
经验估算法
●1991年 哈森提出用有效粒径d10计算较均匀砂土的
公式:
K d2
10
●1955年，太沙基提出考虑土体孔隙比e的经验公式:
K 2d 2 e2 10 动水压力及流砂现象
1.动水压力(渗透力）定义：
土力学和土质学
(第2章）
土中水的运动规律——工程背景
土中水并非处于静止不变的状态，而是运动着 的。土中水的运动原因和形式很多，例如： ●在重力的作用下，地下水流动（渗透问题）； ●由于表面现象产生的水分移动（毛细现象）； ●在土颗粒分子引力作用下结合水移动（冻结）； ● 由于孔隙离子浓度的差别产生的渗附现象。
※存在于地基中的地下水，在一定的压力差作 用下，将透过土中孔隙发生流动，这种现象 称为渗流或渗透。
※下面讨论四个问题： 1.渗透模型 ； 2. 层流渗透定律； 3.渗透系数的确定； 4.动水压力及流砂现象。
渗透模型
考虑到实际工程可对渗流作如下简化：一是 不考虑渗流路径的迂回曲折；二是不考虑土体 中颗粒的影响，这种假想的渗流模型
(1) 模型的流量等于真实的流量； (2) 模型的压力等于真实的压力 (3) 模型所受到的阻力与真实渗
流所受到的阻力相等。
对于渗透速度，用单位时间内通过土体单位面 积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度。
层流渗透定律
装置中①是面积为A的直立圆 筒，其侧壁装有两支相距为L 的侧压管。滤板②填放颗粒均 匀的砂土。水由上端注入圆筒， 多余的水从溢水管③溢出，使 筒内的水位维持恒定。渗透过 砂层的水从短水管④流入量杯 ⑤中，并以此来计算渗流量Q。
地下水上升原理
毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的 “湿润现象”产生的。 由于液体与空气的分界面上存在 着表面张力，因而在液体表面表 面任意划一条线，线两侧的液体 都会和拢；另外，毛细管管壁的 分子和水分子之间有引力作用， 这个引力使与管壁接触部分的水 面呈向上弯曲状，这种现象称为~
2.2 土的渗透性
2.1 土的毛细性 2.2 土的渗透性 2.3 动水压力及流砂现象 2.4 流网及其应用
2.1 土的毛细性
土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。 土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的 孔隙向上及其它方向移动的现象。 毛细现象在以下四个方面对工程有影响： （1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一； （2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿； （3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化； （4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑
土中水运动对许多工程实践问题，如流砂、 冻胀、渗透固结、渗透时边坡稳定等。
第2章 土中水的运动规律
学习要求：
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。
1．掌握土的渗透定律、土中渗流量计算； 2. 了解二维渗流及流网绘制、掌握土中水的渗 透力与地基渗透变形分析.
基本内容：