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1、土力学配套精品完整课件土力学配套精品完整课件 绪论 一、基本概念：（专业基础课）（）一、基本概念：（专业基础课）（） 一、基本概念：（专业基础课）一、基本概念：（专业基础课） 土力学：土力学：土力学是利用力学知识和土工试验技术 来研究土的应力、强度变形和稳定以及土与结构物相 互作用及其规律的一门学科。（是力学分支是力学分支） 力学知识力学知识-材料力学、结构力学、弹性力学。 土工试验土工试验-物性、压缩、渗透、强度等试验。 一、基本概念：（专业基础课）（）一、基本概念：（专业基础课）（） 地基地基：受建筑物荷载影响 的那一部分地层称为地基。 即建筑物荷载使地层一定 范围内的应力和应力状态 发生

2、变化。 基础基础：建筑物向地基传递 荷载的下部结构是基础。 基础是建筑物的一部分， 起到扩散应力的作用。 一、基本概念：（专业基础课）一、基本概念：（专业基础课） （）（） 一、基本概念：（专业基础课）一、基本概念：（专业基础课） （）（） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工 程专业）中的重要性程专业）中的重要性（）（） （一）（一） 土的特点土的特点： 散粒体-离散性、孔隙性、多相性 三相体-固相、液相、气相 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程 专业）中的重要性。（）专业）中的重要性。（）

3、 这些性质大大的增加了研究土体力学性质的复杂程 度。而其他的固体材料钢材、混凝土等。钢材的晶格 之间发生错位，就说明钢材已破坏。而土颗粒在外力作 用下发生错位移动，但这并不意味着土的破坏。土的破 坏标准与典型固体材料的破坏的标准是不相同的。由以 上的这些特殊性质，影响到土的物理力学性质抗剪强 度（较一般建筑材料）低，具有较大的压缩性和对水的 渗透性。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （3） （二）重要性：（二）重要性： 钢材与土的破坏特征的不同 强度（举例）强度（举例）：加拿大特朗斯康谷仓长54.9m

4、宽 23.5m高31m，钢砼筏基原2m自重2万吨，第一次装 谷27000t，下沉，24小时后西沉8.8m，东上抬1.5m， 倾斜26.53。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （4） 事故原因：地表以下3m为高塑性软粘土R=32t/而 Pu=28.1t/处理：在16m将基岩上做70多根砼支柱用 388个50t千斤顶纠正，但降低4m多。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （5） 变形（举例）变形（举例）：苏州虎丘塔

5、：建于宋朝（961年）， 七层高47.5m，现倾斜，（偏2.31m）产生裂缝。原因： 地基土层度不一（西南2.8m东北5.8m）（深山深水港 码头库区填土变形控制）。 稳定（举例）稳定（举例）：码头失稳 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （6）该谷仓平面呈矩形，南北向 长59.44m，东西向宽23.47m，高 31.00m，容积36368立方米，容仓 为圆筒仓，每排13个圆仓，5排共 计65个圆筒仓。谷仓基础为钢筋 混凝土筏板基础，厚度61cm，埋 深3.66m。 图片：加拿大特朗斯康谷仓 二、土力学在

6、工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （7） 谷仓于1911年动工，1913年完工，空仓自重20000T， 相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。1913年9月装谷物， 10月17日当谷仓已装了31822 谷物时，发现1小时内竖向 沉降达30.5cm，结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾斜， 倾斜度离垂线达2653，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬 1.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （

7、8） 谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽 开挖试验结果，计算地基承载力为352kPa，应用到此谷仓。 1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为 （193.8-276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力 329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （9） 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩， 使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正 过来，但其位置比原来降低了米。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程

8、专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （0） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （1） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （2） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （3） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专

9、业）中的重要性。 （4） 盾构隧道适用于 软土地区埋深大 的隧道工程，可 穿越江河、湖泊、 海底、地面建筑 物和地下管线密 集区的下部。 盾构隧道示意图 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （5） 盾构是这种施工方法中最主要的施工机具，它是一个 既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体-隧道 掘进机。 目前，盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地 铁区间隧道、电力电讯隧道、 市政管线隧道和进水排水隧 道等地下工程。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（

10、包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （6） 上海影像图 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （7） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （8） 一期工程一期工程 二期工程二期工程合计合计 南线堤（南线堤（kmkm）1.61.61.61.6 潜潜 堤（堤（kmkm）3.23.23.23.2 南导堤（南导堤（kmkm）303018.0818.0848.0848.08 北导堤（北导堤（kmkm）27.9127.912

11、1.2921.2949.2049.20 丁坝（丁坝（km/km/座）座）11.19/1011.19/1018.9/1418.9/1430.9/1930.9/19 表2.5 整治建筑物工程各阶段建设规模 注：二期工程曾将一期工程已完4座丁坝接长， 故总数为19座丁坝。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （19） 海港新城一期市政道路及雨 水管道工程 道路示意图 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （0） 二、土力学在

12、工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （1） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （2） 一期工程总体布置图 工程概况 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （3） 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （4） 一般建筑物的设计可分为三个部：从上而下由上部结

13、 构、基础、地基三个部分组成，这三个部分虽然各自的功 能不同，研究方法相异，但却是彼此互相联系相互制约的 整体。上部结构是根据人们的需要的具体条件所设计的， 可以做出各种各样和选择而且在使用阶段可以看得见，可 以了解到结构破坏前的预兆。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （5） 而地基和基础却不同，基础属于地下隐蔽工程，不能 直观地显示出来，尤其地基是一个确定的因素，不是可以 任意选择的，要了解地基的工程情况，就要通过勘案的手 段来完成，所有不同，往往会导致事故的发生。 二、土力学在工程建设（包括港口航

14、道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （6） 通过许多工程实践可以了解到，建筑物的事故许多与 地基基础有关，地基基础事故很不容易发现预兆，事故发 生后补救也相当困难，而且要耗费大量的人力财力，所以 地基基础的勘案、设计的施工质量直接关系到建筑物的安 危与工程师所设计的作品是否成功有着主要的关系。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （7） 地基的变形较大，包括沉降量、沉降差倾斜和局部倾斜 超过了人们所能接受的程度。 地基的强度问题：当建筑物荷载超过地

15、基承载力时，地 基在外荷作用下有可能发生失稳，产生剪切破坏。 地基基础的事故一般容易在下面两个方面发生： 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。 （8） 这两个问题可以通过以下工程实例看到。 通过以上的工程实例可以看到基础工程在整个建筑工 程中占有重要位置，不论做什么事往往我们都强调要打 好基础，现在真的学到地基基础这门课了，一定要重视 起来。 三、本课程的学习目的、学习方法和要求三、本课程的学习目的、学习方法和要求（1 1） 目的目的：通过本课程的学习，掌握土力学的基本理 论和计算方法，了解土地的一般物理性

16、质、力学 这性质和土的有关指标的测定方法，能在工程设 计、计算中正确应用土力学理论和土性指标，解 决一般的疑难问题。 三、本课程的学习目的、学习方法和要求三、本课程的学习目的、学习方法和要求 （）（） 内容内容：土性、渗透、应力、变形、强度、土压 力、土坡、承载力 学习要求学习要求：土力学-专业基础课，共54学时，讲 +习+实=38+8+8 学习方法学习方法：要转变（中学-大学基础-大学专业 部分）选一位课代表：教-学相长 三、本课程的学习目的、学习方法和要求（）三、本课程的学习目的、学习方法和要求（） 成绩成绩：考试课=期终考试+作业+试验报告。本门课是一门专 业基础课，在学习方法上要注意，

17、课前要预习，听课时可 以抓住重点。 大纲规定大纲规定：土力学为考试课。 大课大课：56学时，讲课学时（40） 习题习题、讨论课讨论课：8学时 工程造价主要取决于材料所需的资金。材料费占工程投资的大部分。 三、本课程的学习目的、学习方法和要求（三、本课程的学习目的、学习方法和要求（4 4） 实验课实验课：8学时 课后留课后留：思考题（帮助弄清大课中讲的基本概念）和习题： （进一步掌握概念进一步掌握概念并熟悉有关计算方法）；质疑； 成绩成绩：作业两个本子，实验报告按时交（到期末考试前未未 完成作业者不能参加完成作业者不能参加其中考试），并算成绩的一部分。 （其中测验）期末考试 三、本课程的学习目的

18、、学习方法和要求（三、本课程的学习目的、学习方法和要求（5 5） 选一课代表，以便在教学和学习上有问题进 行联系定答疑和（质疑）时间 主讲 辅导 试验 四、本学科的国内外发展概况四、本学科的国内外发展概况（）（） （一）国内（一）国内 既古老又新兴的学科 土力学是人们在在长期工程实践中形成发展起 来的一门学科。我国劳动人民从远古时代就能利用 土石作为地基和建筑材料修筑房屋了。 四、本学科的国内外发展概况（）四、本学科的国内外发展概况（） 如西安新石器时代的半坡村遗址，就发现有土台和石 础，这就是古代的“堂高三尺、茅茨土阶”（语见韩非 子）的建筑。我国举世闻名的秦万里长城逾千百年而留 存至今，充

19、分体现了我国古代劳动人民的高超水平。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（3） 隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观， 至今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂层上，一千三百 多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力约 500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接 近。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（4）根据梦溪笔谈记载，北宋初著名木工喻皓（公元 989年）在建造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风， 便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力 的长期断续作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考 虑到建筑物地基的沉降问题了

20、。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（5） 墙内竖有 木柱 茅草下密排 树枝起龙骨 作用。 d=56m 四、本学科的国内外发展概况四、本学科的国内外发展概况（6） （二）国外（二）国外 而作为本学科理论基础的土力学的发端，始于 十八世纪兴起了工业革命的欧洲。随着资本主义工 业化的发展，为了满足向国内外扩张市场的需要， 陆上交通进入了所谓“铁路时代”，因此，最初有 关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（7） 1773年，法国的C.A.库伦（Coulomb）根据试验创立了 著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙

21、土压力的滑楔 理论。 1869年英国的W.G.M.朗肯（Rankine）又从不同角度 提 出了挡土墙土压力理论。 1885年法国J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了弹性半 无限空间在竖向集中力作用下的应力和变形的Boussinesq解。 1922年瑞典W.费兰纽斯（Fellenius）为解决铁路塌方 问题提出了土坡稳定分析法。 以上这些方法至今仍广泛应用。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（8） 1925年美国K.太沙基（Tezarghi）归纳发展了以往的 理论，发表了土力学一书，他被认为是土力学的奠基 人。从1936年在美国召开的第一届国际土力学与基础工程 会议

22、起，土质土力学方面的国际学术交流日益活跃。世界 各地包括中国在内的许多国家也都交流和总结了本学科新 的研究成果和实践经验，促进了该学科的发展。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（9） 时至今日，伴随着工程建设事业突飞猛进的发展，土质 土力学围绕从宏观到微观结构、本构关系与强度理论、物理 模拟与数值模拟、测试与监测技术、土质改良等方面取得了 长足进展。电子技术的应用为这门学科注入了新的活力，实 现了测试技术的自动化和理论分析的准确性，标志着本学科 进入一个新的时期。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（10） 对土力学发展作出巨大贡献科学家 Terzag

23、hi,K 太沙基 Rankine,W.J.M 朗肯 Coulomb,C.A 库仑 Bishop,A.W 毕肖普 Boussinesq,J 布辛奈斯克 Jaky,J 杰克 Fellenius,W 费尔纽斯Janbu,N 简布 Skempton,A.W 斯开普登 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（11） 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（2）总结总结 国外国外： 18世纪工业革命： 1773年（法）库仑 1869年（英）朗肯 1885年（法）布辛涅斯克 1892年（瑞）费仑纽斯 土坡稳定 1925年 Tezarghi土力学近代土力学学科的形成 四、本学科

24、的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（3） 国内国内： 5050年代年代6060年代初年代初：土力学的一个大的发展。 7070年代末以后上世纪末年代末以后上世纪末：多项工程、重大工程建设。 岩土工程岩土工程：土力学为核心内容之一。 展望展望：土力学理论，勘察与实验技术，设计与施工。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（4） 土力学的应用行业土力学的应用行业： 地下、近海、深海 环境保护，生态恢复 建设与生态环 境相协调、相适应 航天、航宇 工程建设的大发展为土力学的发展带来了前所未有机遇。 土的物理性质和工程分类（） 土的物理性质和工程分类（） 本章主要讨论土的物质

25、组成以及定性、定量描述其物质 组成的方法，包括: 土的三相组成土的三相指标* 土的结构构造 粘性土的界限含水量* 砂土的密实度* 土的工程分类* 这些内容是学习土力学原理和基础工程设计与施工技术 所必需的基本知识，也是评价土的工程性质、分析与解决 土的工程技术问题时讨论的最基本的内容。 1.1 1.1 土的形成（生成）土的形成（生成） 土是由岩石经风化、搬运、堆积的产物 自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成。 影响土的组成的主要因素影响土的组成的主要因素: 母岩成分(原生矿物，次生矿物) 风化性质（物理、化学、生物风化） 搬运过程（水、风、重力） 堆积的环境（河、湖、海、沙漠） 1.2

26、1.2 土的（三相）组成土的（三相）组成 固体颗粒水气体 （a）实际土体；（b）土的三相图；（c）各相的质量与体积 图 1-1 土的三相图 一、土的固相一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒无机矿物颗粒和有机质有机质，是构成土 的骨架最基本的物质，称为土粒土粒。对土粒应从其矿物成分、 颗粒的大小和形状来描述。 （一）土的粒度成分（一）土的粒度成分 （土粒级配（土粒级配）（）（） 天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为土粒的大小称为 粒度粒度。 土颗粒的大小相差悬殊，从大于几十厘米大于几十厘米的漂石到小小 于几微米于几微米的胶粒。 土粒的形状是不规则的，很难直接测量土粒的大小， 只能

27、用间接的方法来定量地描述土粒的大小及各种颗粒 的相对含量。 （一）土的粒度成分（一）土的粒度成分 （土粒级（土粒级 配）（）配）（） 粒度成分：粒度成分：用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗 粒组成。粒组成。 粒度成分测定常用方法: 1）筛分法：对粒径大于0. 075mm的土粒 2）沉降分析法：对小于0. 075mm的土粒 1 1土的粒组划分土的粒组划分（）（） 天然土的粒径一般是连续变化的，为了描述方便，工工 程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。 粒组间的分界线是人为划定分界线是人为划定的，划分时应使粒组界限 与

28、粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分 粒组的界限值。 1 1土的粒组划分（）土的粒组划分（） 粒径粒径d:d:= =200200，200-60200-60，60-260-2，2-0.0752-0.075，0.075-0.005,0.075-0.005,0.0050.005 粒组：粒组： 漂石漂石 卵石卵石 圆砾圆砾 砂粒砂粒 粉粒粉粒 粘粒粘粒 块石块石 碎石碎石 角砾角砾 1 1土的粒组划分（土的粒组划分（3 3） 对粒组的划分，各个国家，甚至一个国家的各个部门有 不同的规定。 从70年代末到80年代末这十年中，我国的粒组划分标准 出现了一些变化。 建筑地基基础设计规范（GBJ

29、7一89）和岩土工程 勘察规范(GB50021一94)在修订和编制过程中经过充分论证， 将砂粒粒组与粉粒组的界限从0.05mm改为0.075mm。 表表1-1 粒组划分标准粒组划分标准(GB50021-94) 粒组名称粒组范围(mm)粒组名称粒组范转(mm) 漂石(块石)粒组200砂粒粒组0.0752 卵石(碎石粒组)20200粉粒粒组0.0050.075 砾石粒粗220粘粒粒组200 20060 粗粒 粗砾 砾粒 细砾 砂粒 6020 202 20.075 细粒粉粒 粘粒 0.0750.005 0.005 2 2粒度成分分析方法粒度成分分析方法（）（） 对于粗粒土可以采用对于粗粒土可以采用筛

30、分法筛分法，而对于细粒土则，而对于细粒土则 必须用必须用沉降分析法（比重计法）沉降分析法（比重计法）分析粒度成分。分析粒度成分。 （）（）筛分法是用一套不同孔径的标准筛把各种粒组分 离出来，这和建筑材料的粒径级配筛分试验是一 样的。 2 2粒度成分分析方法（）粒度成分分析方法（） 按我国原有的标准，最小孔径 的筛是0.1mm,但是新的筛孔标准已 改为0.075mm,这相当于美国ASTM标 准的200号筛（即在1平方英寸面积 上共有200个筛孔）。 图2细筛 2 2粒度成分分析方法（粒度成分分析方法（3 3） （）沉降分析法是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的 平方成正比的司笃克斯公式来确定各粒

31、组相对含量的 方法。（比重计法）但实际上，土粒并不是球形颗粒， 因此用上述公式计算的并不是实际土粒的尺寸，而是 与实际土粒有相同沉降速度的理想球体的直径，称为 水力直径。 2 2粒度成分分析方法（粒度成分分析方法（4 4） 用沉降分析法测定土的粒度成分可用两种方法，即比用沉降分析法测定土的粒度成分可用两种方法，即比 重计法和移液管法。重计法和移液管法。 ）比重计是用测定液体密度的一种仪器，对于不均匀的液 体，从比重计读出的密度只表示浮泡形心处的液体密度。 ）移液管法是用一种特定的装置在一定深度处吸出一定量 的悬液，用烘干的方法求出其密度。用上述二种方法都可 以求出土粒的粒径和累计百分含量。 3

32、 3粒度成分及其表示方法粒度成分及其表示方法（）（） 土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干 土质量的百分比表示），它可用以描述土中不同粒径土粒的 分布特征。 常用的粒度成分的表示方法有表格法、累计曲线法和三常用的粒度成分的表示方法有表格法、累计曲线法和三 角坐标法。角坐标法。 （）表格法：（）表格法：是以列表形式直接表达各粒组的相对 含量。它用于粒度成分的分类是十分方便的，例如表 1-3给出了3种土样的粒度成分分析结果。 表表1-3 粒度成分分析结果粒度成分分析结果(%) 粒组(mm)土样 A 土样 B 土样 C 0.100.0759.04.614.4 0.0750.018.137

33、.6 0.010.0054.211.1 0.0050.0015.218.9 = 5 = 5、 =1-3 =1-3的土级配良好，其余情况为级配不良。的土级配良好，其余情况为级配不良。 10的土级配良好 但如 过大，表示有可能缺失中间粒径，属不连续 级配，故需同时用曲率系数来评价。曲率系数则是描述 累计曲线整体形状的指标。 u C c C u C u C u C u C c C u C 3 3粒度成分及其表示方法（粒度成分及其表示方法（6 6） （）（）三角坐标法：这也是一种图示法，它利用等边三角形等边三角形 内任意一点至三个边内任意一点至三个边 ( ( 、 、 ) )的垂直距离的总的垂直距离的总

34、 和恒等于三角形之高和恒等于三角形之高 的原理的原理，用表示组成土的三 个粒组相对含量，即土中的三个垂直距离可以确定一 点的距离。三角形坐标只适用于划分为三个粒组的情 况。例如当把粘性土划分为砂土、粉土和粘土粒组时, 就可以用图1 - 2所示的三角形坐标图来表示。 1 h 2 h 3 h H 3 3粒度成分及其表示方法（粒度成分及其表示方法（7 7） 三种方法特点和适用条件三种方法特点和适用条件 （）表格法能很清楚的用数量说明土样的个粒组含量， 但对于大量土样之间的比较就显得过于冗长，且无直观 概念，使用比较困难。 （）累计曲线法能用一条曲线表示一种土的粒度成分， 而且可以在一张图上同时表示多

35、种土的粒度成分，能直 观的比较其级配情况。 3 3粒度成分及其表示方法（粒度成分及其表示方法（8 8） （）三角坐标法能用一点表示一种土的粒度成分，在一 张图上能同时表示许多种土的粒度成分，便于进行土料 的级配设计。三角坐标图中不同的区域表示土的不同组 成，因而还可以用来确定按粒度成分菜蜘住名。 （）在工程上可根据使用的要求选用适合的表示方法， 也可以在不同的场合选用不同的方法。 3 3粒度成分及其表示方法（粒度成分及其表示方法（9 9） 图1-3 三角坐标图 （二）土的矿物成分（二）土的矿物成分（）（） 土中的矿物成分： 1原生矿物：原生矿物原生矿物：原生矿物是指岩浆在冷凝岩浆在冷凝过程中形

36、成的矿物， 如石英、长石、云母石英、长石、云母等。 单矿物颗粒：石英、长石、云母等。单矿物颗粒：石英、长石、云母等。 多矿物颗粒：母岩碎屑、卵石、碎石。多矿物颗粒：母岩碎屑、卵石、碎石。 （二）土的矿物成分（）（二）土的矿物成分（） 2次生矿物：粘土矿物，难溶盐次生矿物：粘土矿物，难溶盐 ）次生矿物）次生矿物是由原生矿物经过风化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）。 次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、难溶的易溶的、难溶的 和不溶和不溶的，次生矿物的水溶性对土的性质有重要的影次生矿物的水溶性对土的性质有重要的影 响响。 （二）土的矿物成分（

37、）（二）土的矿物成分（） ）粘土矿物主要有两种原子结构单元组成）粘土矿物主要有两种原子结构单元组成： 硅氧四面体硅氧四面体 铝氢氧八面体铝氢氧八面体 粘土矿物的主要代表性矿物为 高岭石：高岭石： 蒙脱石蒙脱石：具强烈的吸水膨胀、失水收缩特性：具强烈的吸水膨胀、失水收缩特性 伊利石：伊利石： （二）土的矿物成分（）（二）土的矿物成分（） 由于其亲水性不同，当其含量不同时土的工程性质 就各异。 在以物理风化为主的过程中，岩石破碎而并不改变 其成分，岩石中的原生矿物得以保存下来。 在化学风化的过程中，有些矿物分解成为次生的粘 土矿物。粘土矿物是很细小的扁平颗粒，表面具有极强 的和水相互作用的能力。颗

38、粒愈细，表面积愈大，这种 亲水的能力就愈强，对土的工程性质的影响也就愈大。 （二）土的矿物成分（二）土的矿物成分（5） 3 3有机质：腐殖质，泥炭有机质：腐殖质，泥炭 在风化过程中，在微生物作用下，土中产生复杂 的腐殖质，此外还会有动植物残体等有机物，如泥炭 等。有机颗粒紧紧地吸附在无机矿物颗粒的表面形成 了颗粒间的连接，但是这种连接的稳定性较差。 （二）土的矿物成分（二）土的矿物成分（6） 4 4粘土矿物的带电性粘土矿物的带电性 粘土矿物带电性在19世纪就为列依斯通过实验发现 了，称为电渗电泳试验（列依斯试验）：如图，接通电 源后，发现阳极筒中水位不断下降，变混浊，阴极筒内 水位上升说明：粘

39、土颗粒带负电 正极=电泳 水分子 阳离子 负极=电渗 细颗粒 （二）土的矿物成分（二）土的矿物成分（7） 在工程上可以利用这一物理现象处理一些地基问题。 带电的原因：从组成：组成粘土矿物晶片的边面处 为负离子，带负电，面棱角处带电，了解作用：矿物一 般在水中要离解的正负离子，正离子一向扩散到水中，所 以矿物果粒带负电：吸附作用及置换作用低价阳离子， 置换晶体中的高价阳离子土里粒带负电。 （二）土的矿物成分（）（二）土的矿物成分（） （三）土粒的形状（三）土粒的形状（）（） 土粒的形状是多种多样的，卵石接近于圆形卵石接近于圆形而碎石碎石 颇多棱角颇多棱角，云母是薄片状云母是薄片状而石英砂却是颗粒

40、状石英砂却是颗粒状的。 土粒形状对于土的密实度和土的强度有显著的影响， 棱角状的颗粒互相嵌挤咬合形成比较稳定的结构，强度棱角状的颗粒互相嵌挤咬合形成比较稳定的结构，强度 较高较高；磨圆度好的颗粒之间容易滑动，土体的稳定性比磨圆度好的颗粒之间容易滑动，土体的稳定性比 较差较差。 （三）土粒的形状（）（三）土粒的形状（） 土粒的形状与土的矿物成分有关，也与土的形成条件及 地质历史有关。 原生矿物：粒状 片状 次生矿物：片状 针状 颗粒的比表面积颗粒的比表面积定义定义： 比表面积 砂 高岭土 蒙脱土 c A 2 颗粒的总表面积/土的总重量（m /g） 2 110/mg 2 24.9/mg 2 (0.

41、250.5)0.75/dmmmg中砂 二、土的液相二、土的液相 结晶水结晶水 （强、弱）结合水（强、弱）结合水 自由水自由水 土的液相是指存在于土孔隙中的水。 通常认为水是中性的，在零度时冻结。 但实际上土中的水是一种成分非常复杂的电解质水 溶液，它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理化学 作用。 水-极性分子。 结合水结合水（）（） 按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水分为土中水分为 结合水和自由水两大类结合水和自由水两大类。 结合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，受到表面 引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。其冰点低于零度。 结合水又可分为：结合水又可分为： 强结合水弱结合水

42、强结合水弱结合水。 结合水（）结合水（） （）强结合水在最靠近土颗粒表面处强结合水在最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子 排列得非常紧密，以致其密度大于1，并有过冷现象，即 温度降到零度以下不发生冻结的现象。 结合水（）结合水（） （）在距土粒表面较远地方的结合水称为弱结合水。在距土粒表面较远地方的结合水称为弱结合水。 由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结 合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢 地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个土粒 迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传 递静水压力的水定义为弱结合水。 结合水（）结合水（） 图 1-4 吸着水示意图 结

43、合水（）结合水（） 图 1-5 土粒、结合水、自由水示意图 自由水（）自由水（） .自由水包括自由水包括： 毛细水重力水毛细水重力水 ）毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支 配配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。这 种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮 有重要影响有重要影响。 2）重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流渗流，对于 土颗粒和结构物都有浮力浮力作用，在土力学计算中应当考 虑这种渗流及浮力的作用力。在以后的章节中将进一步 讨论重力水的渗流及浮力的作用与计算问题。 自

44、由水（自由水（2） 图 1-6 土层内的毛细管水带图1-7 毛细管水压示意图 三、土的气相三、土的气相（）（） 土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括 与大气连通的和不连通大气连通的和不连通的两类。 与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的 影响影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时， 这种气体很快从孔隙中挤出； 三、土的气相（）三、土的气相（） 密闭的气体对土的工程性质有很大的影响密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，密闭气体 的成分可能是空气、水汽或天然气。在压力作用下这种气 体可被压缩或溶解于水中压缩或溶解于水中，而当压力减小时，气泡会恢复

45、气泡会恢复 原状或重新游离出来原状或重新游离出来。 含气体的土称为非饱和土含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质研究 已成为土力学的一个新分支。 1.3 1.3 土的结构与构造土的结构与构造 一、 土的结构 在漫长的地质年代里，由各种物理的、化学的、物 理一化学的及生物的因素综合作用形成土的各种结构， 使得大自然的土具有各种各样的工程特征。研究土的工 程性质必须重视对土的结构性的分析，学习土力学也必 须掌握有关土的结构构造的知识。 一、一、 土的结构（）土的结构（） 土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排 列及联结的特征列及联结的特征

46、土的结构是在成土过程中逐渐形成的，它反映了土的 成分、成因和年代对土的工程性质的影响。例如西北黄土 的大孔隙结构是在干旱的气候条件下形成的，而西南的红 粘土是在湿热的气候条件下形成的。 这二种土虽然都具有大孔隙，但成因不同，土粒间的 胶结物质不同，工程性质也就截然不同。土的结构对土的 工程性质有重要的影响，但到目前为止还未能提出满意的 定量方法来描述土的结构。 一、一、 土的结构（土的结构（2 2） 土的结构按其颗粒的排列和联结可分为图1-8所示的 三种基本类型。 土的单粒结构 土的蜂窝结构 土的絮状结构 图1-8 土的结构的基本类型 一、一、 土的结构（土的结构（3 3） 一、一、 土的结构

47、（土的结构（4 4） 5 m 2 m S = 57 MPa A S = 38 MPa S = 0 围压为4MPa时的结构复形照片 剪切带断面 放大系数为12 放大系数为35 单粒结构单粒结构（）（） 单粒结构这是碎石土和砂土的结构特征单粒结构这是碎石土和砂土的结构特征。其特点是土其特点是土 粒间没有联结存在，或联结非常微弱，可以忽略不计。粒间没有联结存在，或联结非常微弱，可以忽略不计。 疏松状态疏松状态的单粒结构在荷载作用下，特别在振动荷载特别在振动荷载 作用下会趋向密实作用下会趋向密实，土粒移向更稳定的位置，同时产生较 大的变形； 单粒结构（）单粒结构（） 密实状态的单粒结构在剪应力作用下会

48、发生剪胀，即密实状态的单粒结构在剪应力作用下会发生剪胀，即 特点体积膨胀，密度变松特点体积膨胀，密度变松。 单粒结构的紧密程度取决于矿物成分、颗粒形状、粒 度成分及级配的均匀程度。 片状矿物颗粒组成的砂土最为疏松；浑圆的颗粒组成 的土比带棱角的容易趋向密实；土粒的级配愈不均匀，结 构愈紧密。 蜂窝状结构蜂窝状结构 这是以粉粒为主粉粒为主的土的结构特征，粒径在0.02- 0.002mm左右的土粒在水中沉积时，基本上是单个颗粒下 沉，在下沉过程中碰上已沉积的土粒时，如土粒间的引力 相对自重而言已经足够地大，则此颗粒就停留在最初的接 触位置上不再下沉，形成大孔隙的蜂窝状结构。 絮状结构絮状结构 这是

49、粘土颗粒特有的结构这是粘土颗粒特有的结构，悬浮在水中的粘土颗粒 当介质发生变化时，土粒互相聚合，以边一边、面一边以边一边、面一边 的接触方式形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。的接触方式形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。 一、一、 土的结构（土的结构（5 5） 卸载时土体的膨胀（如钻探取土时土样的膨胀或基 坑开挖时基底的隆起）会松动土的结构； 当土层失水干缩或介质变化时，盐类结晶胶结能增 强土粒间的联结； 土的结构形成以后，当外界条件变化时，土的结构会土的结构形成以后，当外界条件变化时，土的结构会 发生变化。发生变化。 土层在上覆土层作用下压密固结时，结构会趋于更紧密 的排列； 一、

50、一、 土的结构（土的结构（6 6） 在外力作用下（如施工时对土的扰动或剪应力的长期作 用）会弱化土的结构，破坏土粒原来的排列方式和土粒间 的联结，使絮状结构变为平行的重塑结构，降低土的强度， 增大压缩性。因此，在取土试验或施工过程中都必须尽量 减少对土的扰动，避免破坏土的原状结构。 二、土的构造二、土的构造 非层理构造非层理构造 层理构造层理构造：正常层理 薄层 透镜体 尖灭体 斜层面 1.4 1.4 土的物理性质指标（三相比例指标土的物理性质指标（三相比例指标 ）（）（） 土的三相物质在体积和质量体积和质量上的比例关系称为三相比 例指标。 三相比例指标反映: 土的干燥与潮湿疏松与紧密干燥与潮