考研土力学重点1详解

绪 论

● 土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下土体内部的应力变形和强度规律的

一门学科。

● 土力学研究对象是土

● 需要研究和解决的工程中的三大类问题：

● 土体稳定或强度问题；

● 土体变形问题；

渗流：渗透变形与渗透稳定。

第一章 土的物理性质指标与工程分类

1-1 土的形成

土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎;堆石坝的坝壳料；相当于物理风

化）。

土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物

根据来源分：有机土和无机土

岩石风化分为物理风化和化学风化。

物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，

温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。

第一章 土的物理性质指标与工程分类

1-1 土的形成

化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质

相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒

的过程。

● 特征：

● 物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；

化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。

对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。

土从其堆积或沉积的条件来看可分为： ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧沼泽土冰碛土风积土河流冲积土运积土残积土土⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧)(沼泽土有机土冰碛土风积土冲积土运积土残积土无机土土

残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。

特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；

寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。

运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的

堆积物:又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。

冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑

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；没有层理、细

砂或粉粒；黄土

冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到粘粒

沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低

1-2 土的组成

土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。

固相：土的颗粒、粒间胶结物；

液相：土体孔隙中的水；

气相：孔隙中的空气。

当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；

当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土；

一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。

根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细；

无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几十cm甚至1m）一、土的固相

（一）成土矿物

原生矿物：由物理风化生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；石英、长石、云母等；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。

次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。

（二）粘土矿物的晶体结构

粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的水铝硅酸盐矿物。

其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物为主。

硅片：基本单元是硅－氧四面体，底面每个氧离子为2个相邻单元的硅原子共有组成六边形孔硅片；

铝片：铝（镁）－氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为2个相邻单元的铝原子共有组成铝片；

（二）粘土矿物的晶体结构

粘土矿物：

高岭石：长石风化产物，1：1型晶格，一个硅片＋一个铝片＝一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。

伊利石：云母在碱性介质中风化产物， 2：1型晶格，二个硅片＋一个铝片＝一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；

蒙脱石：伊利石进一步风化， 2：1型晶格，晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；（三）土粒的大小和土的级配

粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。

土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。

（四）颗粒大小分析试验

测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。

常用的方法：筛分法：粒径>0.075mm

密度计法：粒径<0.075mm

联合测定：既有粒径>0.075mm，又有粒径>0.075mm

1.筛分法

利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）

式中：m i，m－分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量

2.密度计法

利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。

通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。

3.土的级配曲线

（1）粒径分布曲线

（2）粒组频率曲线

粒径分布曲线

土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。

Cu小，曲线陡；Cu大，易压密；

Cc过大，台阶在d10~d30间； C c过小，台阶在d30~d60间；

土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。双峰，谷点<3％，不连续；

规范：纯净砾、砂，Cu>=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则，不良。

二、土的液相

（一）吸着水

由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。

吸着水可分为强吸着水和弱吸着水。

●二、土的液相

●（一）吸着水

●大多数粘粒表面带有净的负电荷:

●原子替代;吸着水形成原因:土粒表面的负电荷,阳离子,氢键。

强吸着水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。

弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。

吸着水厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性质(阳离子价低,厚; 阳离子浓度高,薄)。

(二）自由水

离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动???的水称为自由水。（分为毛细管水和重力水）

1.毛细管水

土中存在许多大小不同的相互连通的弯曲孔道，由于水分子与土粒分子之间的附着力和水气界面上的表面张力，于是，将引起迫使相邻土粒相互积紧的压力，这个压力称为毛管水压力。