四川大学 土力学 课件 第1+2章

第二章
土的物理性质及工程分类
Chapter 2 Physical property and engineering classification of soil 第一节 概 述 Section 1 Introduction
1.土的形成历史（Formation history of soil）
（1）物理风化（Physical weathering） ——原生矿物（Original mineral） （2）化学风化（Chemical weathering） ——次生矿物（Secondary mineral ） （3）生物风化（Biological weathering） ——有机质（Organic matter ）
Ms Ws = Gs = Vs ρ w Vs γ w
(2-4)
（3）测定方法——比重瓶法（Pyknometer method）
3.土的含水量（Water content）
（1）定义 土中水的质量（重量）与土粒的质量（重量）之比，称为土的相对 含水量，简称土的含水量，用w表示，常以百分数计。 （2）表达式
孔隙体积 Vv e= = 土粒体积 Vs
（2）孔隙率（Porosity）
第三节 土力学在水电工程中的地位
Section 3 Status of soil mechanics in hydropower engineering
1.水工建筑物设计和施工应满足的基本条件：
（1）使用要求（Using request） （2）强度和可靠性（Strength and reliability） （3）施工期限短，建筑物造价低 (Short construction time, low cost)
3.
土粒的级配（Grading）
（1）土粒的级配 （2）粒径分布曲线（Particle size distribution curve）—级配曲线 ① 粒组范围及各粒组含量（如图2-1） ② 粒径分布情况（如图2-2）
（3）不均匀系数Cu和曲率系数Cc Coefficient of uniformity Cu and coefficient of curvature Cc d Cu = 60 (2-1) d10
第三节 土的物理性质指标 Section 3 Index properties of soil
一、直接测定指标（Direct measured index）
1.土的密度与容重（Bulk density and unit weight）
（1）密度定义及表达式
ρ=
（2）容重定义及表达式
M Ms + Mw + Ma = (g/cm 3 ) V V
第一章 绪 论 Chapter 1 Introduction
第一节 土力学的研究对象与研究内容
Section 1 Study objects and contents of soil mechanics 一、土力学的研究对象 (Objects)
1.土的概念、岩石和土的性质 Concept of soil，properties of rock and soil 2.土和岩石的联系与区别 Relation and difference between soil and rock 3.土的分类 (Classification of soil)
4.上部结构、基础和地基之间的关系 Relationship between superstructure, footing and foundation 5.土力学的概念 (Concept of soil mechanics)
二、土力学的研究内容 (Contents)
1.变形问题 (Deformation problem) 2.稳定性计算 (Stability problem) 3.土与建筑物相互作用分析 Analysis for interaction between soil and structures
2.土的性状的描述——物理性质和状态指标 (Index property)
第二节 土的三相组成
土的三相（Three phases of soil）
（1）固相（Solid phase） ——土颗粒骨架（skeleton of soil particles） （2）液相（Liquid phase）——水（Water） （3）气相（Gaseous phase）——空气（Air）
1.感性认识阶段（18世纪中叶以前） 2.理性认识阶段（18世纪中叶～1925年）
（1）库伦理论（Coulomb theory） （2）达西定律（Darcy’s law） （3）朗肯土压力理论（Rankine earth pressure theory） （4）布辛奈斯克课题（Boussinesq problem） （5）圆弧滑动法（Method of circle slip） （6）地基承载力计算方法 （Calculation method of foundation bearing capacity）
粗颗粒（Coarse particle）——砾石（Gravel） 、砂（Sand）等 细颗粒（Fine particle）——粘土（Clay）矿物 亲水性 尺寸 （1）蒙脱石（Montmorillonite） 强 小 （2）伊里石（Illite） （3）高岭石（Kaolinite） 弱 大
1.土粒粒组（Particle size group）（表2-2）
W W s + W w + Wa (kN/m 3 ) = V V
(2-3,a)
γ =
(2-3,b)
（3）容重和密度的关系 ∵ W=M g ∴γ=ρg γ = 9.81 ρ ≈ 10 ρ (kN/m3)
2.土粒的比重（Specific gravity）
（1）定义 体积为Vs 的土粒的质量与同体积水的质量（在4℃时的纯水）之 比，称为土粒的比重，用Gs表示。 （2）表达式
3.形成独立学科（1925年）
（1）太沙基（Terzaghi）的土力学专著问世 （2）Bishop的土坡稳定（Slope stability）计算方法 （3）Janbu和Morgenstern的土坡稳定计算方法 （4）古典塑性理论（Plastical theory）的引进
4.新的发展阶段
（1）非线性本构模型（Nonlinear constitutive model）的建立 （2）土的微观结构的研究 （Study for the microstructure of soil） （3）非饱和土的研究（Study of the unsaturated soil） （4）国际性土工刊物和会议 （International geotechnical journal and conference）
1.结晶水（Crystal water）
存在于矿物结晶构造中的水。
2.结合水（Bound water） （见 图2-3）
指吸附于土粒表面成薄膜状的水。
3.自由水（Free water）
指在土粒表面引力作用范围以外的水。 （1）毛细管水 （2）重力水
三、 土的气相（Gaseous phase）
土中气体 (Gases in soil)： 与大气相通的（Connected air） 与大气不相通的（Occluded air）
（1）按有机质含量（Organic matter content）： 有机土（Organic soil）；无机土（Inorganic soil）
（2）按粒间粘聚程度（Cohesion degree between particles）： 粘性土（Cohesive soil）；无粘性土（Cohesionless soil）
2.建筑物失稳的原因
（1）设计时对地基条件错误的估计 (False estimation of the foundation) （2）不规范的施工（Nonstandard construction）
3.水工建筑物破坏实例 (沟后混凝土面板堆石坝) 第四节 土力学课程的特点及学习方法（自学）
沟后混凝土面板堆石坝溃坝后的残留体

Fig. 2-1 Particle size fraction content and grain-size distribution curve
1
0.1
0.01
图 2-2
几种土的粒径分布曲线
二、土的液相（Liquid phase）
土中水： （1）结晶水（Crystal water） （2）结合水（Bound water） 强（Strong）结合水 弱（Weak）结合水 （3）自由水（Free water） 毛细管水（Capillary water） 重力水（Gravity water）
本课程的学习要求和安排
1. 2. 3.
课堂要求 作业、实验课和考试 学习方式 讲课＋自学＋作业＋答疑 参考书目
书名 1. 土力学地基基础 2. 土力学 3. 土力学
作者 陈希哲主编 龚晓南主编 王泽云等编
出版社和出版时间 清华大学出版社，2001. 中国建筑工业出版社，2002. 重庆大学出版社，2002.
无粘性，透水性大，不能保持水分，毛细管水上升 高度小
无粘性，无可塑性，易透水，毛细管水上升高度不 大 湿润时微有可塑性或无可塑性，透水性很小，毛细 管水上升高度较大，在水中的结构不稳定，易悬浮 有可塑性和粘性，透水性极微，毛细管水上升高度 大，遇水膨胀大，干时收缩性显著、坚硬
2.土粒大小分析方法
（1）筛分（Sieving）法 —— ＞0.075 mm 的粗粒土（Coarse-grained soil） （2）比重计（Sedimentation）法 —— ＜ 0.075 mm 的细粒土（Fine-grained soil）
具体可概括为三部分： （1）土的基本特性 (basic properties) （2）土体变形和稳定问题 (Deformation and stability Problems) （3）工程措施（Engineering measures）