土力学全套课件

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，只不过哪种占优势而已。
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，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大， 但随粒径变小而增大
砂粒
粉粒
粗 细
0.05~0.01 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 0.01~0.005 快，极易出现冻胀现象
§ 1.2
土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
§1.2 土的三相组成
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。
§1.2 土的三相组成
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）
§ 1.3
一、土的结构
土的结构、构造
1. 定义 土粒或土粒集合体在空间的排列和互相联结形式称为土的结构. 2. 类型
(a) 单粒结构
(b) 峰窝结构
(c) 絮状结构
§1.3 土的结构、构造
(1)单粒结构 如图(a)所示。由颗粒大的土粒在水或 空气中下沉堆积而成。粗粒土都具有单粒结构。 单粒结构可以分为疏松的和紧密的。疏松单粒结 构的土孔隙大，骨架不稳定，在外载作用下容易 发生错位，产生很大的变形或沉降，因此，这种 土未经处理一般不宜作为建筑物的地基。紧密单 粒结构的土，由于颗粒排列紧密，强度高，压缩 性小，在动、静载作用下都不会发生较大的沉降， 是良好的天然地基。
土力学全套课件
土力学
绪论
土力学是力学的一个分支，是以土为研究对象的学科。
研究内容： 通过研究土的物理、力学、物理化学性质及微观结构，进一步认 识土和土体在荷载、水、温度等外界因素作用下的反应特性即土 的压缩性、剪切性、渗透性及动力特性。
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1章 土的物理性质及工程分类
本章主要内容
• • • • • • • • 1.1 土的生成 1.2 土的三相组成 1.3 土的结构、构造 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算 1.5 无粘性土的特性 1.6 粘性土及粉土的特性 1.7 粘性土水-土系统的工程（物理-化学）特性 1.8 土的工程分类
§1.2 土的三相组成
图 土的颗粒级配曲线
§1.2 土的三相组成
二、土的液相 （一）结合水 强结合水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高， 且不能传递压力。
弱结合水也称为薄膜水，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。
§1.2 土的三相组成
2.重力水 在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称微重力水。 具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作 用。 当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力（亦称 动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。 三、土的气相 存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连通的 气体；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气 体。
§1.2 土的三相组成
土粒粒组的划分
粒组名称
漂石或块石 卵石或碎石 圆砾或 角砾 粗 中 细 粗 中 细 极细
表1-1
粒径范围 (mm)
> 200 200~60 60~20 20~5 5~2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.1 0.1~0.05
一 般 特 征
透水性很大，无粘性，无毛细水
§1.2 土的三相组成
（二）土粒的大小和土的级配 粒度，粒径 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
随着颗粒大小的不同，土的性质可以有很大的差异。因 此，人们常常按照粒径的范围，将土粒分为若干组，粒 组之间的分界尺寸称为界限粒径。表1-1是国内常用的 一种粒组划分。
§1.2 土的三相组成
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（％）
mi X 100 m
式中：mi，m－分别为小于某粒径的土粒质 量及试样总质量
§ 1.1 一、土的概念
土的生成
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件下形成的自然历史的产物
风化、搬运、堆积
岩石 压密、岩化 土
岩石风化分为物理风化、化学风化和生物风化。
§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。
§1.2 土的三相组成
小于某粒径之土质量百分数P（％）
200g
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
10 16 18 24 22 38 72 水分法
P % 95 87 78 66 55 36
粒径(mm)
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.01 0.005
§1.1 土的生成
土从其堆积或沉积的条件来看可分为：
残积土 河流冲积土 风积土 土 运积土 冰碛土 沼泽土 残积土 冲积土 无机土运积土风积土 土 冰碛土 有机土(沼泽土)
§1.2 土的三相组成
3.土的级配曲线
1-1 颗粒分析试验曲线
§1.2 土的三相组成
(四)颗粒分析试验曲线的主要用途
按粒径分布曲线可求得：
（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评 估土的工程性质； （2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的 好坏。 根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数 Cu和曲率系数Cc，它们的定义为：
绪论
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
舟曲泥石流
绪论
舟曲泥石流
绪论
绪论
舟曲发生泥石流的主要因素：
一、是三眼峪沟内部有滑坡、崩塌等大量的松散固体物质存 在，为泥石流的发生提供了充分的物质条件，其中多数为 1879年7月1日甘肃文县8级地震所诱 发。同时舟曲位于龙 门山地震活动带北缘，又临近天水地震活动带，此前也曾受 汶川地震波及，土质相对疏松，一遇强降雨容易形成泥石流。 二、是三眼峪沟流域上游植被以幼林为主，灌草比例高，局 部裸露，储水能力较弱，在经历今年入夏以来长时间严重干 旱后，表层土变得更加干松。 三、是在近期强降雨作用下，土体强度极大地降低，形成坡 面泥石流，并逐步带动沟坡崩滑岩土形成冲击力巨大的泥石 流，在从中上游汇流至中下游过程中，使得因地震形成的天 然堆石坝逐级溃决，并最终导致泥石流流量的增大和破坏力 的增强。
0.005
0.002
§1.2 土的三相组成
（三）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
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 。
§1.1 土的生成
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（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
< 0.005 透水性很小；湿时有粘性、可塑性，遇 水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升 高度大，但速度不快
粘 粒
§1.2 土的三相组成
颗粒大小
•粒组
按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径 0.1
粗粒
(mm)
细粒
粉粒 0.05
粘粒
dFra Baidu bibliotek
砾石
粗 中
砂粒
细 粗 中 细 极细
胶粒
60
20
5
2
0.5 0.25
2005年7月21日在广州海珠区江南大道南海珠广场深基坑南边发生滑坡
绪论
绪论
比萨斜塔是意大利 比萨城大教堂的独 立式钟楼，位于比 萨大教堂的后面
钟楼始建于1173年， 设计为垂直建造，但 是在工程开始后不久 便由于地基不均匀和 土层松软而倾斜
绪论
比萨 (Pisa) 斜塔
绪论
墨 西 哥 城 的 下 沉
不同类型的土
§1.2 土的三相组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成 土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物 成分、颗粒的大小来描述。 （一）成土矿物：原生矿物，次生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
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)。
§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。
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
§1.2 土的三相组成
2.密度计法 用于分析粒径小于0.1mm（0.075mm）的土，根据粗
颗粒下沉速度快，细颗粒下沉速度慢的原理，可以把
颗粒按下沉速度进行粗细分组。实验室常用比重计来 进行细粒土的粒径分析，称为密度计法。
该城市人口密集。1850年开始抽取地下水，1891－1973年，整个 老城下沉达8.7m造成地面道路、建筑及其他建筑设施的破坏。 土层中地下水位的下降，使有效应力增加，使地基进一步固结沉降。
绪论
圣母教堂，因地表不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房
绪论
La Conchita 滑坡
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
d 60 Cu d10
（1－2）
§1.2 土的三相组成
2 d30
Cc
d10 d 60
(1－3)
式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分 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。