土力学-第一章-土的物理状态2 张丙印
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土力学第一章（物理力学性质）
土力学第一章（物理力学性质）第一章：土的物理性质及工程分类名词解释1、土粒级配：是指土中各粒组的相对百分含量，或土中中各粒组占总质量的百分数。
2、不均匀系数：用来描述土粒的不均匀性大小的指标。
用公式表示 1060d d C u =3、曲率系数：用来反映颗分曲线的整体形状和细粒含量多少的指标。
用公式表示1060230)(d d d C c =4、液限：是指土体处于可塑态和流动态的界限含水率，用w l 表示。
5、塑限：是指土体处于可塑态和半固态的界限含水率。
用w p 表示。
6、塑性指数：表示粘性土呈可塑状态的含水率的变化范围，其大小等于液限与塑限的差值（去百分号）。
用公式表示100)(?-=p l p w w I7、液性指数：表征了粘性土的天然含水率和界限含水率之间的相对关系，用来区分天然土所处的状态。
用公式表示ppp l p l I w w w w w w I -=--=8、最大干密度：在击实曲线中，当土的含水率增加到某一值时，干密度可以达到了最大值，这一干密度称为最大干密度，用ρdmax 表示。
9、最优含水率：在击实曲线中，当土的含水率增加到某一值时，干密度可以达到了最大值，这一含水率称为最优含水率，用w op 表示。
10、灵敏度：原状土的单轴抗压强度与重塑土的单轴抗压强度之比。
用公式表示uu t q q S =简答1、A 土样的孔隙比小于B 土样的孔隙比，那么A 土样一定比B 土样密实么？为什么？答：不一定；如果对于同一种土来说，孔隙比的大小可以反映出土的密实程度；而对于不同土来说，仅仅用孔隙比是无法判断土的密实程度的，还与土样的物理性质有关。
2、什么是颗分试验？有几种方法？适用范围是什么？答：测定土体中各粒组的质量占总土重百分数，确定各粒径分布范围的试验。
常用方法有：筛分法，适用于粒径d ≥0.075mm 且P ≥90%的粗粒土；密度计法，适用于粒径d ≤0.075mm 且P ≥90%的细粒土。
第一章土的物理性质与工程分类
土的基本特征
☆土是自然历史的产物 ☆土是相系组合体 ☆土是分散体系 ☆土是多矿物组合体
第一节 土的形成
土的主要成因类型
残积土(体) 坡积土(体) 洪积土(体) 湖积土(体) 冲积土(体) 冰积土(体) 崩积土(体) 风积土(体) 海洋沉积土(体) 火山沉积土(体)
第二节 土的组成
土体三相组成示意图
透水性大，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，而压缩性增大；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
组
细粒
粉粒
划
分
粘粒
0 .0 7 5 ～ 0 .0 0 5
< 0 .0 0 5
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
粒组统称 粒组名称
粒径范围 一般特征
表
巨粒
（mm） 漂 石 或 块 石 颗 粒 >200
透水性很大，无粘性，无毛细水
格
卵 石 或 碎 石 颗 粒 200～ 60
法
粗粒
表
示
的
粒
圆砾或 粗
角砾颗 粒
中
细
砂粒 粗
中
细
60～ 20 20～ 5 5～ 2 2～ 0.5 0.5～ 0.25 0.25～ 0.75
生物风化
有机质
动植物活动引起的岩石和土体粗颗 粒的粒度或成分的变化
第一节 土的形成
沉积与搬运
残积土 无搬运
运积土 有搬运
母岩表层经风化作用破碎 成岩屑或细小颗粒后， 未经搬运残留在原地的 堆积物
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
土力学-土的物理性质与土的渗透性习题课2 张丙印
h
A
B 土1
C
D 土2
E
Q
滤网
智者乐水 仁者乐山
对图所示的双层土渗透试验， 试讨论下列情况下可能发生 流土的位置。
1. 渗透系数 k1 << k2 (A、B、C) 2. 渗透系数 k1 >> k2 (E) 3. 其它情况 (A、B、C）或（E）
流土发生位置的判别
13
方法及讨论 – 流网
智者乐水 仁者乐山
智者乐水 仁者乐山
基坑开挖中常遇到的 上层滞水的情况
画出作用在板桩墙上 的水压力分布。
如图中二土层的渗透 性对换则发生什么情 况？
基坑的渗流问题
6
方法及讨论 –水头分布计算方法
基坑
k=5.0×10-6 m/s
相对不 透水层
潜水位
k=5.0×10-3 m/s
相对透水层
10m
智者乐水 仁者乐山
总水头 位置水头
三相组成
22
概念及难点讨论
智者乐水 仁者乐山
土的物理性质指的是什么？ 为描述土的物理性质，引入了哪些指标？ 这些指标中哪些是基本试验指标？ 通常情况下需要几个已知量就能推算出其他物理
量？为什么？什么情况下只需要2个？ 土的各种不同的容重之间有何关系？此关系是否
跟土的含水量有关？
土的物理状态
A O
相对不
C
D
透水层
B 承压水层
E
F
相对不 相透对水不层 透水层
O’
18
方法及讨论 –达西定律
智者乐水 仁者乐山
分析：v = ki k相同时，
➢ v大，i大，水头线陡 ➢ v小，i小，水头线缓 ➢ v增，i增，水头线上凸 ➢ v减，i减，水头线下凹
土力学1
原生矿物 在物理风化作用下，土粒保持与
成土原岩相同的矿物成分。
如：长石、石英、云母颗粒
次生矿物 在化学风化作用下，由于改变了
成土原岩原来的矿物成分，形成 了新矿物。主要是粘土矿物。 如：蒙脱石、伊利石、高岭石
土的三相组成
粘土矿物:
一9面. 克积固蒙大体脱约颗土粒与的一总个表 足球场一样大
高岭石
伊利石
便于研究和应用
变形特性 强度特性 渗透特性
土的组成 土体
固相 + 液相 + 气相
土粒
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
思考
1.土是如何产生的?
2.土由哪几部分组成?
土的三相组成
一. 固体颗粒
1. 土的固体颗粒（固相）
颗粒形状
矿物成分
颗粒级配
物理状态 力学特性
土的三相组成
一. 固体颗粒
1) 土粒的矿物成分
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d30
d10
粒径(mm)
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
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 )
2
0.075 0.005
土的三相组成
一. 固体颗粒
颗粒级配
——土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重量百分数来表示
•确定方法 颗粒分析试验
•
筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm或>0.1 mm)
土力学-第一章-土的三相组成 张丙印
黏土矿物的带电特性
18
§1.2 土的三相组成–固体颗粒
智者乐水 仁者乐山
原生矿物：一般颗粒较粗，呈粒状。 有圆状、浑圆状、棱角状等。
次生矿物：颗粒较细，多呈针状、片 状、扁平状。
比表面积：单位质量土颗粒所拥有的 总表面积。对于黏性土，其大小直接 反映土颗粒与四周介质,特别是水,相 互作用的强烈程度,是代表黏性土特 征的一个很重要的指标。 高岭石的比表面积为：10-20m2/g,伊 利石：80-l00m2/g,蒙特石：800m2/g
第一章：土的物理性质与工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6
土的形成 ✓ 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
§1.2 土的三相组成
智者乐水 仁者乐山
固体颗粒 土中水
固相 液相
构成土体骨架 起决定作用
重要影响
土中气体 气相 次要作用
饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
8
§1.2 土的三相组成–固体颗粒
智者乐水 仁者乐山
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
土的粗细度：用d50 表示
土的不均匀程度：
不均匀系数 Cu = d60 / d10 Cu 5 为不均匀土，反之 称为均匀土
连续程度:
§1.2 土的三相组成–固体颗粒
100
曲线 d60 d10 d30 Cu Cc
90 80
L
0.081
3.98
70
M 0.33 0.005 0.063 66 2.41
60
土力学-第一章(1)PPT课件
1.在填土工程中注意控制土的含水量，在土较干 或较湿时都不容易将土击实到最密实状态。 2.含水量过高或过低对填土工程都是不利的。
（二）击实功能的影响： 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密 也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到 的最大干密度也大，最优含水率小
.
52
（三）土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指 数越大，越难于压实。
.
4
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
《铁路桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5-99）对粒组的划分见表1—1。
圆粒 卵石 漂石
黏土粒 粉粒 砂粒 角粒 碎石 块石 粒径
0.005 0.05 2
20 200 单位：mm
.
5
(二)用筛析法作土的颗粒大小分析
强度、节理
级配、形状
塑性指数 或塑性图
46
二、特殊土
红黏土：易引起不均匀沉降
湿陷性黄土：遇水易引起湿陷
特殊土
软土：压缩性高承载力与强度低 膨胀土：遇水膨胀，失水收缩
冻土：冻胀融沉
三、特殊土的野外鉴别方法
.
47
三、特殊土的野外鉴别方法
.
48
第六节 土的压实性
一、概述
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度 的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足 够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中 常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀 性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
孔隙中充满水时为饱和土，为二 相体系；
（二）击实功能的影响： 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密 也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到 的最大干密度也大，最优含水率小
.
52
（三）土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指 数越大，越难于压实。
.
4
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
《铁路桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5-99）对粒组的划分见表1—1。
圆粒 卵石 漂石
黏土粒 粉粒 砂粒 角粒 碎石 块石 粒径
0.005 0.05 2
20 200 单位：mm
.
5
(二)用筛析法作土的颗粒大小分析
强度、节理
级配、形状
塑性指数 或塑性图
46
二、特殊土
红黏土：易引起不均匀沉降
湿陷性黄土：遇水易引起湿陷
特殊土
软土：压缩性高承载力与强度低 膨胀土：遇水膨胀，失水收缩
冻土：冻胀融沉
三、特殊土的野外鉴别方法
.
47
三、特殊土的野外鉴别方法
.
48
第六节 土的压实性
一、概述
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度 的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足 够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中 常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀 性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
孔隙中充满水时为饱和土，为二 相体系；
土力学1第一章 土的物理性质-新修
6
§1 土的物性与分类 §1.1土的形成 1. 搬运与沉积
运积土
有搬运
重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀
洪积土 有分选性，近粗远细
流水:
冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥，土性差
海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差
冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大，性质不均匀
风：风积土 颗粒均匀，层厚而不具层理
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 )
— 曲率系数
较大颗粒缺少 Cc 减小 较小颗粒缺少 Cc 增大
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d30
d10
Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
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
26
§1 土的物性与分类 §1.2土的三相组成 二. 土中水
自由水
要点：名称、概念或定义、符号、表达式、 单位或量纲、常见值或范围、联系与区别
基本方法: 三相草图法
37
§1 土的物性与分类 §1.3 土的物理状态 一. 物理性质指标
1. 三相草图
ma=0
m
mw
Air Water
土力学1-第一章资料
• 坡积土：土粒粗细不同，性质不均 • 洪积土：有分选性，近粗远细 • 冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭 • 湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差 • 海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差 • 冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀 • 风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理
搬运与沉积
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
土的三相组成 土的物理状态 决定 土的结构
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土
仁者乐山 智者乐水
1-1，1-2，1-3，1-5，1-6 1-4 （假定两种土的活性指数相同） 1-8，1-9，1-10，1-12
提醒：请同学们上教育在线2003年
仁者乐山 智者乐水
母岩表层经风化作用破碎成 岩屑或细小颗粒后，未经搬 运残留在原地的堆积物
残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体
• 颗粒表面粗糙 • 多棱角 • 粗细不均 • 无明显层理
搬运与沉积
§1.2 土的形成
残积土
无搬运
运积土
有搬运
仁者乐山 智者乐水
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
第一章：土的物理性质与工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6
土的形成 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
• 风化作用 • 搬运与沉积
§1.2 土的三相组成
仁者乐山 智者乐水
固体颗粒
土中水 土中气体
固相
液相 气相
构成土体骨架 起决定作用
重要影响
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
搬运与沉积
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
土的三相组成 土的物理状态 决定 土的结构
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土
仁者乐山 智者乐水
1-1，1-2，1-3，1-5，1-6 1-4 （假定两种土的活性指数相同） 1-8，1-9，1-10，1-12
提醒：请同学们上教育在线2003年
仁者乐山 智者乐水
母岩表层经风化作用破碎成 岩屑或细小颗粒后，未经搬 运残留在原地的堆积物
残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体
• 颗粒表面粗糙 • 多棱角 • 粗细不均 • 无明显层理
搬运与沉积
§1.2 土的形成
残积土
无搬运
运积土
有搬运
仁者乐山 智者乐水
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
第一章：土的物理性质与工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6
土的形成 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
• 风化作用 • 搬运与沉积
§1.2 土的三相组成
仁者乐山 智者乐水
固体颗粒
土中水 土中气体
固相
液相 气相
构成土体骨架 起决定作用
重要影响
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
土力学复习完美笔记----珍藏打印版
第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 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。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
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；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：如果 Cu ≥ 5且C c = 1 ~ 3，级配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 级配不良的土。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
土力学-第一章-土的三相组成2 土的物理状态 张丙印
三相草图 16
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
智者乐水 仁者乐山
为了确定三相草图诸量中的三个量，通 常进行三个基本的物理性质试验：
土的密度试验 土粒比重试验 土的含水量试验
基本物理性质试验
17
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
土的密度
• 定义：土单位体积的质量 • 表达式： m ms 山
结晶水 结合水 自由水
矿物内部的水 吸附在土颗粒表面的水 电场引力作用范围之外的水
土中冰 由自由水冻成，冻胀融沉 水蒸气 存在孔隙空气中
土中水
1
§1.2 土的三相组成–土中水
水分子的结构：
水分子的正负电荷总体是平衡的， 但在空间分布上却是不平衡的。 因此，水分子是极性分子
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
智者乐水 仁者乐山
土粒比重Gs
• 定义：土粒的密度与4˚C时
纯蒸馏水密度的比值
ma=0 m mw
空气 水
Va
Vv Vw V
• 表达式：Gs
ms
Vs
(
4C w
)
s w4C
ms
固体
Vs
• 单 位: 无量纲
质量
体积
• 一般范围：黏性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
智者乐水 仁者乐山 毛细水
hc
重力水
土中水 – 自由水
4
§1.2 土的三相组成–土中水
水黾
智者乐水 仁者乐山
收缩膜 内压 > 外压
生活在水面收缩膜 顶面和地面的昆虫
界面张力
界面张力
液体1
液体2
5
§1.2 土的三相组成–土中水
空气
土力学(二) 课件清华大学 张丙印
§6.3 库仑土压力理论
• 如果墙背不垂直，光滑 • 墙后填土任意 如何计算挡土墙后的土压力？
§3 库仑土压力理论
(一) 主动土压力
当b=d=a=0时，即：
墙背光滑 垂直， 填土表面水平时 与朗肯土压力理论一致
§3 库仑土压力理论
(二) 被动土压力
E库伦
求解方法类似主动土压力 变化,取若干滑裂面,使E最小 dE/d =0, 求得，得到：
Rankine (朗肯)
Conlomb (库仑)
0.49 0.218 0.49 0.22
0.49 0.447
0.218 0.199
0.49 0.218 0.43 0.210
§6.4 朗肯和库仑土压力理论的比较
（三） 计算误差---与理论计算值比较
被动土压力系数 Kp(a=b=0)
d=0
d=/2
d=
D D H
D D
E0
H
_D H
Ea
d
+
D H
1~5% 1~5%0
墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极 限平衡状态时所对应 的土压力
(最小)
支撑土坡的 挡土墙 填土
E
§1 概述
3. 被支动撑土土坡的 压力
挡土墙
土压力 E
填土 D
D
墙体内移，
填土
E
E
堤岸挡土土压墙 力逐渐增大，
Ep
当土体破坏，
滑裂面方向：与水平夹角45+f/2
sv s
H/3
gHKa
§2 朗肯土压力理论
(一) 填土为砂土
2.被动土压力
H
90+
H/3
45－/2
土力学-第一章
土的结构类型
• 示意图
单粒结构—松
• 排列形式 • 矿物成分
点与点、点与面 原生矿物
单粒结构—密
粗 粒 土
30 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.4土的结构
土的结构类型
• 示意图
细 粒 土 • 形成环境
颗粒级配 颗粒级配曲线及指标的用途：
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
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： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配不良的土。
重力水
地下水位（浸润线）以下饱和土中； 在重力作用下可在土中自由流动。
（gravitation water）
自由水
（free water）
• 存在于固气之间
毛细水
• 在重力与表面张力作用下
可在土粒间孔隙中自由移动 （capillary water）
26 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.3土的液相
粒径(mm)
∵d60A = d60B= 0.28，d10A=0.15 d10B =0.02 ∴CuA=1.87 <CuB=14
16 岩土工程研究所
郭莹主讲
[精彩]土力学课件--第一章土的物理性质和工程分类
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§1.1 土的生成
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。
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。
10/22/2020
土力学课件
La Conchita 滑坡
绪论
1996年发生在美国加 州的La Conchita ，因 居民已提前撤离固未造
成人员伤亡
10/22/2020
土力学课件
Santa Tecla 滑坡
2001年1月13日，萨尔 瓦多发生了7.6级的强震， 震中位于Santa Miguel 西南60英里。因此在 Santa Tecla 造成 山体 滑坡，最终导致700多人 遇难
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）
10/22/2020
不同类型的土
土力学课件
§1.2 土的三相组成
土力学课件
§ 1.1 土的生成
• 一、土的概念
• 土： 覆盖在地表上的碎散矿物集合体。
• 岩石：构成地壳的基本物质，是一种或多种
矿物的聚合体。
• 统称为大自然的产物 土是岩石经过风化后在不同条风件化下、形搬成运的、自堆然积历史的产物
岩石
土
压密、岩化
10/22/2020
土力学基本知识ppt课件
稠度状态与含水量有关
稠度状态 固态 半固态
强结合水 含水量
塑态 弱结合水
流态 自由水
w
稠度界限 缩限WS 塑限wp
液限wL Ip wl wp
强结合水膜最大
出现自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
吸附弱结合 水的能力
塑性指数
粘性土四种物理状态状态：固态、半固态、可塑状 态及流动状态
界限含水率
粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水 率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限
h hm
Δh x
z k1
v
k2
H1 H2 H
H Hm
等效渗透系数:
hm
vHm km
vm
km
hm Hm
vH h
kz
vH kz
vHm km
k3
H3
承压水
H
1
kz
Hm H
1 km
kz
Hm km
H1 1.0m, k1 0.01m / day
算例
H2 1.0m, k 2 1m / day
(1) 水平渗流
1
2 Δh
x
条件:
im
i h L
qx qmx
q1x
z k1
H1
q2x
k2
H2 H
q3x
k3
H3
H Hm
等效渗透系数:
qx=vxH=kxiH Σqmx=ΣkmimHm
1
L
2 不透
水层
1
kx H
Hmkm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Hm H
km
层状地基的等效渗透系数
土力学课件--第一章土的物理性质和工程分类
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)。
9/22/2019
土力学课件
§1.2 土的三相组成
（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。
§1.1 土的生成 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（qi）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）
9/22/2019
Cu
d 60 d 10
土力学课件
§1.2 土的三相组成
式中：d10，d30和d60为粒径Cc分布d曲d103线d0 6上20 小于某粒(1径－的3)土粒含量分别为10％，30％和
60％时所对应的粒径。d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。
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； Cc过小，台阶在 d30~d60间； 规范：纯净砾、砂，Cu>=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则，不良。
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。
9/22/2019
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§1.2 土的三相组成
（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。
§1.1 土的生成 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（qi）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）
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Cu
d 60 d 10
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§1.2 土的三相组成
式中：d10，d30和d60为粒径Cc分布d曲d103线d0 6上20 小于某粒(1径－的3)土粒含量分别为10％，30％和
60％时所对应的粒径。d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。
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； Cc过小，台阶在 d30~d60间； 规范：纯净砾、砂，Cu>=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则，不良。
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。
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智者乐水 仁者乐山
强结合水 土颗粒 强结合水 弱结合水 强结合水 弱结合水
示意图
稠度状态 土中水的形态
含水量 稠度界限
土颗粒
固态或半固态 强结合水
可塑状态 弱结合水
塑限wp
土颗粒
自由水
流动状态
自由水
w
液限wL
强结合水膜最大
出现相当数量自由水
黏性土的稠度反映土中水的形态
黏性土的稠度状态
14
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
智者乐水 仁者乐山
土粒比重Gs
• 定义：土粒的密度与4˚C时
纯蒸馏水密度的比值
ma=0 m mw
空气 水
Va
Vv Vw V
• 表达式：Gs
ms
Vs
(
4C w
)
s w4C
ms
固体
Vs
• 单 位: 无量纲
质量
体积
• 一般范围：黏性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
土的物理 性质指标
土的三个组成相的体积和质 定义 量上的比例关系
室内测定三个基本 物理性质指标：
土的密度 土粒比重 土的含水量
三相草图法
其它物理性质指标 孔隙含量 含水程度 密度和重度
• 特点: 指标概念简单，数量很多 • 要点：名称、概念或定义、符号、表达式、
单位或量纲、常见值或范围、联系与区别
小结 8
智者乐水 仁者乐山
不同的黏土，wp、wL 大小不同。对于不同的黏 土，含水量相同，稠度可能不同
液性指数：
IL
w wp wL wp
wp w
wl
IL 0 坚硬(半固态)
0< IL 0.25 硬塑
0.25 < IL 0.75 可塑
0.75 < IL 1
软塑
IL >1
流塑
液性指数是表征土的含水量与分界含水量之
4C w
=1.0
g/cm3
土粒比重在数值上 等于土粒的密度
基本试验指标-土粒比重 1
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
土的含水量W ma=0
• 定义：土中水的质量与土粒质
量之比，用百分数表示
m
mw
• 表达式：
w(%) mw m ms
ms
ms
ms
质量
• 单 位: 无量纲
• 一般范围：变化范围大
间相对关系的指标。对重塑土较为合适。
土的稠度状态–液性指数
15
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
智者乐水 仁者乐山
定义： Ip wL wp 大体上表示土的弱结合水含量
• 反映吸附结合水的能力，即黏性大小 • 大致反映黏土颗粒含量 • 常作为细粒土工程分类的依据
问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的能力，不能 充分反映黏土矿物表面活性的高低
固体
Vs
体积
浮密度
表示土体密度和重度的指标
5
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
天然密度 干密度 饱和密度
m ms mw
VV
d ms / V
sat
ms
wVv V
天然重度 干重度 饱和重度 浮重度
g
d dg
sat satg
sat w
智者乐水 仁者乐山
sat d
积与总体积之比, 用百分数表示
ms
n(%) Vv / V
砂类土：28-35%
质量
黏性土：30-50%，有的可达60-70%
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：
n e
e n
1e
1n
可用三相草图推出
表示土中孔隙含量的指标
3
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
活性指数： A Ip p0.002
A < 0.75
非活性黏土
A = 075 – 1.25 正常黏土
A > 1.25
活性黏土
粒径小于0.002mm颗粒的质量 占总土总质量的百分比
塑性指数
16
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
智者乐水 仁者乐山
粗粒土的密实状态指标: 相对密度Dr
• 定义 • 判别标准
智者乐水 仁者乐山
相对密度
Dr
emax e emax emin
Dr
(d dmin )dmax (dmax dmin )d
粗粒土的密 实度标准
Dr = 0 Dr 1/3 1/3 < Dr 2/3 Dr > 2/3
Dr = 1
最松状态 疏松状态 中密状态 密实状态
最密状态
相对密度指标主要用于人工填土，对天
智者乐水 仁者乐山
含水量： w(%) mw ms
ma=0
饱和度：土中水的体积与孔
m mw
隙体积的比值
Sr
Vw Vv
ms
质量
饱和度表示孔隙中充满水的程度：
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
对干土：Sr=0 对饱和土：Sr=1
表示土中含水程度的指标
4
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
天然密度 m ms mw
Dr
Байду номын сангаас
emax e emax emin
细粒土的稠度状态指标:
• 定义 • 判别标准
IL
w wp wL wp
液性指数IL
• 界限含水量 • 塑性指数
wP、wL
土中水形态
Ip
吸附结合水的能力
小结
17
第一章：土的物理性质与工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6
土的形成 ✓ 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
然砂土层采用原位标准贯入试验法测定
粗粒土的相对密度
12
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
智者乐水 仁者乐山
黏性土最主要的物理状态特征是它的稠度。稠度 是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的 抵抗能力
稠度状态与含水量有关
黏性土 含水量
较硬 变软 流动
黏性土的稠度状态
13
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
简单方便，但只能用于同一种 土，不能反映级配的影响
emin = 0.35
相对密度：
Dr
emax e emax emin
emax与emin ：最大与最小孔隙比
emin = 0.20
粗粒土的密实状态
10
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
智者乐水 仁者乐山
最大孔隙比emax: 将松散的风干土样通过长颈漏
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
智者乐水 仁者乐山
密实度 稠度
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度
影响
黏性土的软硬状态
力学特性
土的物理状态指标
9
§1.3 土的物理状态–物理状态指标
智者乐水 仁者乐山
密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少
物理性质指标：孔隙比e（孔隙率n） 干重度d
sat d
各种密度重度间的大小关系
6
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
智者乐水 仁者乐山
常用的物理性质指标间的换算关系：
教科书 P23 表1-9
学习要点：
从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导
小结
7
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
智者乐水 仁者乐山
智者乐水 仁者乐山
空气 水
Va
Vv Vw V
固体
Vs
体积
注意: 其实是含水比,可达到或超过100％
基本试验指标 - 含水量 2
§1.3 土的物理状态–物理性质指标
智者乐水 仁者乐山
孔隙比e：土中孔隙体积与固
体颗粒体积之比, 为无量纲
ma=0
e Vv / Vs
m mw
孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙体
§1.4 土的结构
• 原状土和重塑
土的强度
• 沉积或碾压土
的各向异性
智者乐水 仁者乐山
土颗粒或粒团的空间排 列和相互联结
土的结构
土体 的性质
• 土粒间的作用力 • 粗粒土的结构 • 细粒土的结构 • 黏性土的结构性指标
土的结构
19
V Vs Vw Va
天然重度 g
ma=0
干密度：土被烘干时的密度，
d ms / V
干重度： d dg
m mw ms
饱和密度：土被饱和时的密度，
sat
ms
wVv V
质量
饱和重度： sat satg
浮重度： sat w
静水下的 有效重度
智者乐水 仁者乐山
空气 水
Va
Vv Vw V
斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的 最小干密度再经换算得到最大孔隙比
最小孔隙比emin : 将松散的风干土样装入金属容
器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再 提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小 孔隙比
理论上的最大与最小孔隙比 在室内的测定有时很困难
粗粒土的最大与最小孔隙比
11
§1.3 土的物理状态–物理状态指标