土质学与土力学绪论第一二章

桥墩
基础——建筑物向地基传递 荷载的下部结构。
4、工程中需解决的有关土体问题
1)地基沉降问题 2)地基的承载能力及稳定问题 3)地基渗流破坏问题 2018 年10月14日 4)路堤边坡滑移及其他问题
地基—— 受建筑物荷 载影响的部分 土体。 路堤
河滩路堤下的渗流
二、本课程的特点 1、研究对象（土）是一种极为复杂的力学介质。
有关土力学的研究始于18世纪，随着土木工程的发展和土力学理论研究的不断深入， 土力学逐步与土质学相结合，较好地反映了土的工程性质。取得的主要成果如下：
1773年——法国科学家库仑发表了土的抗剪强度和土压力理论 1869年——英国科学家朗金发表了土压力理论 1900年——莫尔-库仑提出了土体抗剪强度的极限平衡理论 1920年——法国学者普朗特尔提出了地基极限承载力理论 1922年——瑞典学者费伦纽斯和比得森提出了土坡稳定分析方法 1925年——美籍奥地利人太沙基写出第一部《土力学》专著 1936年——在美国召开第一届国际土力学与基础工程学术会议此后在其他 国家陆续召开了十四届国际土力学与岩土工程会议 1957年——中国土木工程学会设立了土力学及基础工程委员会 1962年——我国召开第一届全国土力学与基础工程会议, 以后又陆续召开 了十余届全国土力学与基础工程会议 1983年——黄文熙院士出版发行了《土的工程性质》专著 1990年——朱百里、沈珠江出版发行了《计算土力学》专著 1996年——钱家欢、殷宗泽出版发行了《土工原理与计算》专著 2018年10月14日 2000年——沈珠江院士出版发行了《理论土力学》专著
主要表现出以下特性：
a、多样性 b、局部性或地方性 d、结构性强 e、本构非线性 g、表现为剪切破坏 h、剪缩与剪胀性 c、多相介质 f、土中应力分为有效应力和孔隙水压力 i、力学性能与应力历史有关

2、以勘察和试验为基础
由于土的物理力学性质复杂多变, 对每一项工程都要进行现场勘察和土工试 验, 了解土的性质, 然后进行设计和计算。
四、本课程的学习方法和要求
1、理解概念，弄清原理，具体问题，具体分析。 2、切忌死记硬背。 3、按时完成作业，及时消化课堂内容。
第1章 土的物理性质及工程分类
土是由岩石风化(物理风化、化学风化、生物风化)后形成的颗粒堆积物。 岩石经过剥蚀、搬运、沉积后形成土。 不同成因类型的土具有不同的工程性质。 例如：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等等。 土粒相互之间的孔隙中有水和空气。 土体是由颗粒（固相）、水（液相）、空气（气相）三相组成。 土颗粒大小不均匀，形状不规则及其排列、组合千变万化。 土的性质主要由土的三相组成及其比例关系决定。
三等分
二、无黏性土密实度划分的其他方法
１、砂土密实度按标准贯入锤击数 N 分类 ２、碎石土密实度按重型动力触探锤击数 N 63.5 分类
３、碎石土密实度按超重型动力触探锤击数 N120 分类
４、砂土密实度按天然孔隙比 e 分类
2018年10月14日
1.6 土的工程分类
一、概述
不同的工程系统采用不同的分类标准。土的分类在原则上主要考虑了以下三 个因素：(1)土的沉积历史和地质成因；(2)土的组成；(3)土的工程性质。 建筑地基土的分类如下：
3、实践性强
土质学及土力学直接为岩土工程设计和施工服务。
4、综合性强
土质学及土力学主要涉及工程地质学、弹塑性力学、建筑工程施工技术等其 他学科。
5、高度依赖工程经验
由于土的物理力学性质极为复杂, 理论计算误差较大, 需要通过工程经验进 2018年10月14日 行修正。
三、土质学与土力学的发展概况及成果
(1)表格法直接给出各粒组含量或小于某粒径的粒组累计含量。该法简单方便。 (2)累计曲线法用竖坐标表示小于某粒径土的百分含量，用对数横坐标表示粒径绘制土
的级配曲线。并用不均匀系数、曲率系数反映土级配情况。该法直观形象。
2 d 60 d30 不均匀系数： 曲率系数： Cu Cc d10 d10 d 60 式中 d10、d30、d60 — — 累计百分含量为10%、30%、60%的粒径，由累计曲
塑性指数是表示黏性土可塑性大小的指标，用 可塑状态的含水率变化范围定义：I P wL wP 应用中塑性指数以不带“％”的数值表示。 三、液性指数 液性指数是表示黏性土软硬状态的指标，定义 为含水率和塑限的差值与液限和塑限的差值之比：
锥式液限仪
w wP w wP IL 2018年10月14日 IP wL wP
5、土的孔隙率 n
Vv 100% V
6、土的饱和度 Sr
Vw 100% Vv
三、三相比例指标的换算关系
m ms 利用三相草图换算，取 Vs 1 并假定 w1 w ，则 Vv e，V 1 e ，由 ， Gs w w Vs w1 ws ms VsGs w1 Gs w ，mw wms wGs w ，按定义有： V e G (1 w) w G m G (1 w) w n v e s 1 s w 1 s V 1 e d V 1 e m Vv w Gs e m G mw wGs w sat s w d s s w V 1 e V 1 e 1 w Vw w w wGs S r ms 年 V10 ms (V Vv ) w ms Vv w V w s 月 w 14日 Vv e e e 2018 ' sat w V V V
土质学及土力学的研究对象都是土，主要研究土的工程性质，为解决与土有关的工 程问题提供分析方法、为工程设计提供土的计算指标。它是土木专业的技术基础课。
2、土体
土是岩石矿物固体颗粒集合体，也称为土体。土体的物理力学性能与其生成 条件、环境条件、所处位置等密切相关。
3、土体在工程中的作用
1)传力介质——地基 2)建筑材料——堤坝、路基、路面等
• 参考书： 《土质学与土力学》洪毓康编
绪
论
一、土质学及土力学的基本概念和研究对象 1、土质学及土力学
土质学是研究土物质的物理化学性质的科学。例如研究土成因及分布、土粒 的大小、形状、排列方式及其相互连接以及与地下水发生物理化学作用等。 土力学是研究土体的力学。主要研究土体的应力、应变、强度、稳定性以及 渗流规律等等。
1.1 土的三相组成
1、土的固相 组成土粒的物质一般分两类： 原生矿物——母岩矿物,存在于粗大的土粒中,例如：砂粒、砾石、碎石等。 次生矿物——原生矿物经化学风化后生成的新矿物,存在于细粒土，例如： 黏土颗粒或称黏土矿物。常见的有:高岭石、伊利石、蒙脱石等。 2018年10月14日 土的固相中除土粒外，还有部分腐殖质矿物和有机物等。
(3)三角坐标法用等腰三角形的三条边表示砂粒、粉粒、黏粒粒组的坐标，以三角形内
一点的三个高分别表示土中三个粒组的含量。该法主要用于路面选料设计。
线测得。当Cu 5，Cc 1 ~ 3 时，土的级配良好。 d 60 为限定粒径。 d10 为有效粒径；
2018年10月14日
三、土的颗粒分析方法
土中各粒组的分布情况可通过试验测定。对于粒径 d 0.075 mm 的土，采用筛分法。对粒径 d 0.075 mm 时采用比重计法(沉降分析法)。其原理：根据Stokes定律， L 液体中下降的颗粒直径： d i 1.126 vi 1.126 i ti
1.2 土的颗粒特征
一、土粒粒组的划分
天然土中土粒的大小相差很大，因此土的性能千差万别。为了研究土的性能，需进 行粒组划分：将大小相近性能变化不大的土粒划为同一组。由于各粒组的性能易于确定， 所以可按各粒组在土中的相对含量综合确定土的性能。不同系统的粒组划分有所不同。
二、土粒组成的表示方法 土体由各粒组混合而成，则土粒大小及其分布情况可用各粒组在土中的相对 含量(各粒组干土重量百分比)表示，称为土的颗粒级配或粒度成分。 2018年10月14日 土的颗粒级配有三种表示方法：表格法、累计曲线法、三角坐标法
1.3 土的三相比例指标
土的性质主要由土的三相组成及其比例关系决定。土的三相比例指标可以定量描述 土的物理性质。土的三相比例指标可以分为试验指标和换算指标两类：
一、试验指标
1、土的密度 m g / cm3 由环刀法测试 重度 g V ms 2、土粒比重Gs s 由比重瓶法测试 Vs w1 w1
土质学与土力学
哈尔滨理工大学 土木工程系
课程安排
• 授课时间： 1 ～ 11周 44 学时
• 课程性质：主干课及考试课
• 考试形式：实行累加式，平时考核占10% ，平时作业
占20%，期末考试占70%，缺席达到10课时取消期末
考试资格。 • 授课教师：王幼清 • 教材： 《土质学与土力学》袁聚云等编
1.4 黏性土的界限含水率
一、黏性土的状态与界限含水率 黏性土的状态随含水量的增大而变软:
wS wP wL
固态 半固态 可塑状态
I P wL wP
w
流动状态
1、液限 wL ——由可塑状态转到流动状态的界限含水量。 2、塑限 wP ——由半固态转到可塑状态的界限含水量。 3、缩限 wS ——体积不再缩小对应的界限含水量。 二、塑性指数
2、土的液相 土中水是一种成分复杂的电解质水溶液，按土粒矿物的亲水性一般分两类： 结合水——受电荷引力作用而吸附在土粒表面的水膜。按引力的强弱又 分为强结合水(吸附层)和弱结合水(扩散层)。 自由水——电荷引力作用以外的水，包括毛细水和重力水。毛细水受重力和 表面张力控制，不能流动；重力水受重力或水压差作用能流动。 3、土的气相 土中气体分为连通气体和封闭气体两种。连通气体对土的性质影响不大，封 闭气体会增加土体的弹性，使土的工程性质复杂化。
比重计测点处的密度： i 则 Wsi 1000
Wsi 1 W 1000 si 1000 s w