土力学第一章优秀课件
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土力学第一章
—本次授课内容—
1、土的生成 2、土的三相相组合关系 2、土的组成成分：（固相） 3、土中的水 和气体 4、土的基本物理性质指标概述： 土的密度 （容重）、土的含水量、土粒的比重…
— 、土的生成
我们把地球最外层的坚硬固体物质称为地壳， 地壳厚度一般为30-60km，人类生存与活动范 围仅限于地壳表层。在漫长的地质年代中，由 于内动力地质作用和外动力地质作用，地壳表 层的岩石经历风化、剥蚀、搬运、沉积生成大 小悬殊的颗粒，称之为土，在不同的自然环境 中，由各种营力的地质作用生成了不同类型的 土；而土历经压密固结、胶结硬化也可再生成 岩石。而现在所见到的土是近期地质历史--第四 纪以来生成的尚未固结的松散物质。
粘性土
粉质粘土
粘土
2.72－2.73 2.74－2.76
3、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 ：
土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重 瓶内的土样在105-110℃下烘干后冷却至室温用精密 天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体 积4℃纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。
由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。
土的 名称
土粒 比重
砂土 2.65－2.69
粉土 2.70－2.71
3、粒度成分的表示方法
1）、表格法 2）粒度累计曲线图
3）、表明土粒度分布特征的几个参数：
a:d10、d30、d60:
(dx代表一个特殊的粒径，小 于等于此粒径的粒组累计含量＝x)
c b：不均匀系数: u=d60/d10 c c：曲率系数: c=d30×d30/（d10×d60）
cu<5 均匀土（级配不良的土） cu＝5～10，中等均匀土， cu>10 不均匀土。
•
X=Wi/W * %
• 粗筛：孔径：100,80,60,40,20,10,5,2
细筛：孔径：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074
2、静水沉降法
大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同， 大－快，小－慢。经过时间T后，粒径大于D 的颗粒都沉淀到L深以下，
吸出L段悬液 烘干，即可得 粒径<D的粒组 累计质量。
对于缺少中间成分的土，还要辅助cc作为 分类指标。一般认为，cu≥5，且cc＝1～3
的土为级配好的土。
二：液相－土中的水
一）、土中的水的分类： 1、结合水
强结合水（吸着水） 弱结合水 （薄膜水） 2、毛细水 3、自由水
结合水：
极细的土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形
成电场，由于水分子是极性分子，即一端为正电 荷，另一端显负电荷，在土粒电场范围内的水分 子和阳离子一起吸附在土粒表面而定向排列形成 一层薄的水膜，这层水就称为结合水。
二、土的三相比例
• 自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析 问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模 型进行分析。
•表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系 的指标，称为土的三相比例指标。
研究土的性质，不仅要研究单项，还要研究三相比例关系。 下面，首先介绍各单项。
第一节：土的三相组成
•土的三相， 土粒为 固相；
• 土中的水为液相； • 土中的气为气相。
一、固相：包括： 粒度成分、 矿物成分
一）、矿物成分： 包括： 原生矿物： 石英、长石、云母等。 次生矿物： 蒙脱石、伊利石、高岭石等。 有机质。
二）、土的粒度成分：
包括：颗粒大小 级配关系
一）、颗粒大小：以粒组划分。 为了研究土中各种大小土粒的相对含量及 其与土的工程地质性质的关系，就有必要 将工程地质性质相似的土粒归并成组。
对于粒径大于0.075mm的粗粒组可用筛 分法测定。
粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒难以筛分， 一般可以根据土粒在水中勻速下沉时的速度 与粒径的理论关系，用比重计或移液管法测 得颗粒级配。
1、筛分法
• 用一套不同孔径的标准筛，把已知质量的 土样放入按孔径大小依次排列好的筛子顶 层，振动筛子，粗粒留在筛子上，细粒漏 下，将各粒组分离。称各筛上的土粒质量 Wi,则各粒组的％即可求出：
2、土粒比重与密度：
土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之
比，一般用ds（有些书用Gs）表示，无
量纲d。s即：vsm *s
,s
ms vs
另：公式中， ds 为比重，无单位，
ρs称土粒的密度，单位g/cm3 ，但物理意义与
ds相同。
土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.6 －2.8；有机质土为2.4－2.5。同一种类的土，其比重 变化幅度很小。
天然密度变化范围较大。 一般粘性土ρ= 1.8－2.0g/cm3；
砂土 ρ=1.6－2.0g/cm3； 腐殖土 ρ=1.5－1.7g/cm3。 天然密度一般用"环刀法"测定，用一个圆 环刀（刀口向下）放在削平的原状土样面上， 徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土 样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密 度。
在弱结合水的外层，重力>吸引力，主要存在砂 粒孔隙中。
三、土中的气体：
1、自由气体： 不影响土的性质。
2、封闭气体： 增加土的弹性，减小土渗透性，突然
溢出时，可引起土的附加沉降。
第二节：土的三相比例指标
一、直接测定的指标：
1、天然密度ρ：天然 状态下，单位体积土的 质量，单位为g/Hale Waihona Puke Baidum3或 t/m3，即 ：
粒组名称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒
圆砾或角砾颗粒
砂粒 粉粒 粘粒
粒径范围（mm）
>200
200-20
20-10 （大） 10-5 （中） 5-2 （小） 2-0.5 （大） 0.5-0.25 （中） 0.25-0.075 （小）
0.075-0.005
<0.005
二）、颗粒级配（粒度成分）
工程上常以土中各个粒组的相对含量即各粒 组占土粒总重的百分数表示土中颗粒的组成 情况，这种相对含量称为颗粒级配。
强结合水是指紧靠土粒表面的结合水，它没有 溶解盐类的能力，不能传递静水压力；
弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合 水膜。它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚的 弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢移动。
毛细水：
毛细力作用下充满岩土空隙中。 毛细孔主要存在于粉粘土中，直径小于1mm。
自由水： （重力水）：
—本次授课内容—
1、土的生成 2、土的三相相组合关系 2、土的组成成分：（固相） 3、土中的水 和气体 4、土的基本物理性质指标概述： 土的密度 （容重）、土的含水量、土粒的比重…
— 、土的生成
我们把地球最外层的坚硬固体物质称为地壳， 地壳厚度一般为30-60km，人类生存与活动范 围仅限于地壳表层。在漫长的地质年代中，由 于内动力地质作用和外动力地质作用，地壳表 层的岩石经历风化、剥蚀、搬运、沉积生成大 小悬殊的颗粒，称之为土，在不同的自然环境 中，由各种营力的地质作用生成了不同类型的 土；而土历经压密固结、胶结硬化也可再生成 岩石。而现在所见到的土是近期地质历史--第四 纪以来生成的尚未固结的松散物质。
粘性土
粉质粘土
粘土
2.72－2.73 2.74－2.76
3、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 ：
土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重 瓶内的土样在105-110℃下烘干后冷却至室温用精密 天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体 积4℃纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。
由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。
土的 名称
土粒 比重
砂土 2.65－2.69
粉土 2.70－2.71
3、粒度成分的表示方法
1）、表格法 2）粒度累计曲线图
3）、表明土粒度分布特征的几个参数：
a:d10、d30、d60:
(dx代表一个特殊的粒径，小 于等于此粒径的粒组累计含量＝x)
c b：不均匀系数: u=d60/d10 c c：曲率系数: c=d30×d30/（d10×d60）
cu<5 均匀土（级配不良的土） cu＝5～10，中等均匀土， cu>10 不均匀土。
•
X=Wi/W * %
• 粗筛：孔径：100,80,60,40,20,10,5,2
细筛：孔径：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074
2、静水沉降法
大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同， 大－快，小－慢。经过时间T后，粒径大于D 的颗粒都沉淀到L深以下，
吸出L段悬液 烘干，即可得 粒径<D的粒组 累计质量。
对于缺少中间成分的土，还要辅助cc作为 分类指标。一般认为，cu≥5，且cc＝1～3
的土为级配好的土。
二：液相－土中的水
一）、土中的水的分类： 1、结合水
强结合水（吸着水） 弱结合水 （薄膜水） 2、毛细水 3、自由水
结合水：
极细的土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形
成电场，由于水分子是极性分子，即一端为正电 荷，另一端显负电荷，在土粒电场范围内的水分 子和阳离子一起吸附在土粒表面而定向排列形成 一层薄的水膜，这层水就称为结合水。
二、土的三相比例
• 自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析 问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模 型进行分析。
•表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系 的指标，称为土的三相比例指标。
研究土的性质，不仅要研究单项，还要研究三相比例关系。 下面，首先介绍各单项。
第一节：土的三相组成
•土的三相， 土粒为 固相；
• 土中的水为液相； • 土中的气为气相。
一、固相：包括： 粒度成分、 矿物成分
一）、矿物成分： 包括： 原生矿物： 石英、长石、云母等。 次生矿物： 蒙脱石、伊利石、高岭石等。 有机质。
二）、土的粒度成分：
包括：颗粒大小 级配关系
一）、颗粒大小：以粒组划分。 为了研究土中各种大小土粒的相对含量及 其与土的工程地质性质的关系，就有必要 将工程地质性质相似的土粒归并成组。
对于粒径大于0.075mm的粗粒组可用筛 分法测定。
粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒难以筛分， 一般可以根据土粒在水中勻速下沉时的速度 与粒径的理论关系，用比重计或移液管法测 得颗粒级配。
1、筛分法
• 用一套不同孔径的标准筛，把已知质量的 土样放入按孔径大小依次排列好的筛子顶 层，振动筛子，粗粒留在筛子上，细粒漏 下，将各粒组分离。称各筛上的土粒质量 Wi,则各粒组的％即可求出：
2、土粒比重与密度：
土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之
比，一般用ds（有些书用Gs）表示，无
量纲d。s即：vsm *s
,s
ms vs
另：公式中， ds 为比重，无单位，
ρs称土粒的密度，单位g/cm3 ，但物理意义与
ds相同。
土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.6 －2.8；有机质土为2.4－2.5。同一种类的土，其比重 变化幅度很小。
天然密度变化范围较大。 一般粘性土ρ= 1.8－2.0g/cm3；
砂土 ρ=1.6－2.0g/cm3； 腐殖土 ρ=1.5－1.7g/cm3。 天然密度一般用"环刀法"测定，用一个圆 环刀（刀口向下）放在削平的原状土样面上， 徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土 样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密 度。
在弱结合水的外层，重力>吸引力，主要存在砂 粒孔隙中。
三、土中的气体：
1、自由气体： 不影响土的性质。
2、封闭气体： 增加土的弹性，减小土渗透性，突然
溢出时，可引起土的附加沉降。
第二节：土的三相比例指标
一、直接测定的指标：
1、天然密度ρ：天然 状态下，单位体积土的 质量，单位为g/Hale Waihona Puke Baidum3或 t/m3，即 ：
粒组名称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒
圆砾或角砾颗粒
砂粒 粉粒 粘粒
粒径范围（mm）
>200
200-20
20-10 （大） 10-5 （中） 5-2 （小） 2-0.5 （大） 0.5-0.25 （中） 0.25-0.075 （小）
0.075-0.005
<0.005
二）、颗粒级配（粒度成分）
工程上常以土中各个粒组的相对含量即各粒 组占土粒总重的百分数表示土中颗粒的组成 情况，这种相对含量称为颗粒级配。
强结合水是指紧靠土粒表面的结合水，它没有 溶解盐类的能力，不能传递静水压力；
弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合 水膜。它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚的 弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢移动。
毛细水：
毛细力作用下充满岩土空隙中。 毛细孔主要存在于粉粘土中，直径小于1mm。
自由水： （重力水）：