普通版中文土力学全套课程教学课件.ppt

1、 土力学 绪论 需要研究和解决的工程中的三大类问题：需要研究和解决的工程中的三大类问题： 土体土体稳定或强度问题稳定或强度问题； 土体土体变形问题变形问题； 渗流：渗流：渗透变形与渗透稳定渗透变形与渗透稳定。 土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下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力学研究对象是:土土 A F 基坑开挖基坑开挖 宝冶高炉工程地下基础施工宝冶高炉工程地下基础施工 南京地铁火车站基坑施工现场南京地铁火车站基坑施工现场 2005年年7月月21日在广州海珠区江南大道南海珠广场深

2、日在广州海珠区江南大道南海珠广场深 基坑南边发生滑坡基坑南边发生滑坡 建成后的盾构隧道建成后的盾构隧道 直径达直径达11.38米的盾构机正在制造中米的盾构机正在制造中 穿黄工程隧洞盾构机掘进始发穿黄工程隧洞盾构机掘进始发 每条隧洞长米，每条隧洞长米， 单洞直径米，采用目单洞直径米，采用目 前世界上较为先进的盾前世界上较为先进的盾 构技术进行挖掘施工构技术进行挖掘施工， 盾构法施工动画盾构法施工动画 机械化出渣作业线 机械化衬砌作业线 四臂凿岩台车作业 比萨斜塔是意大利比萨斜塔是意大利 比萨比萨城大教堂的独城大教堂的独 立式钟楼，位于立式钟楼，位于比比 萨大教堂萨大教堂的后面的后面 钟楼始建于钟

3、楼始建于1173年，年， 设计为垂直建造，但设计为垂直建造，但 是在工程开始后不久是在工程开始后不久 便由于地基不均匀和便由于地基不均匀和 土层松软而倾斜土层松软而倾斜 比萨比萨 (Pisa) 斜塔斜塔 该城市人口密集。该城市人口密集。1850年开始抽取地下水，年开始抽取地下水，18911973年，年， 整个老城下沉达整个老城下沉达8.7m造成地面道路、建筑及其他建筑设施的造成地面道路、建筑及其他建筑设施的 破坏。破坏。 墨墨 西西 哥哥 城城 的的 下下 沉沉 土层中地下水位的下降，使有效应力增加，使地基进一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。步固结沉降。 圣母教堂

4、，因地表不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房圣母教堂，因地表不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房 这两个筒仓是农场用来储这两个筒仓是农场用来储 存饲料的，建于加拿大红存饲料的，建于加拿大红 河谷的河谷的 粘土层上，由于两粘土层上，由于两 筒之间的距离过近，在地筒之间的距离过近，在地 基中产生的应力发生叠加，基中产生的应力发生叠加， 使得两筒之间地基土层的使得两筒之间地基土层的 应力水平较高，从而导致应力水平较高，从而导致 内侧沉降大于外侧沉降，内侧沉降大于外侧沉降， 仓筒向内倾斜。仓筒向内倾斜。 地震引起的砂土液化地震引起的砂土液化 地震引起的砂土液化地震引起的砂土液化 La Conchi

5、ta 滑坡滑坡 1996年发生在美国加年发生在美国加 州的州的La Conchita ，因，因 居民已提前撤离固未造居民已提前撤离固未造 成人员伤亡成人员伤亡 Santa Tecla 滑坡滑坡 2001年年1月月13日，萨尔日，萨尔 瓦多发生了瓦多发生了7.6级的强震，级的强震， 震中位于震中位于Santa Miguel 西南西南60英里。因此在英里。因此在 Santa Tecla 造成造成 山体山体 滑坡，最终导致滑坡，最终导致700多人多人 遇难遇难 Santa Tecla 滑坡滑坡 边坡支护工程照片边坡支护工程照片 第一章第一章 土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类 1.1 (土

6、的形成土的形成) 土：是岩石风化的产物土：是岩石风化的产物 岩石 风化，剥蚀 水、风的搬运或就地沉积 土 (i) 物理风化物理风化 岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、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。整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。 风化风化 化学风化化学风化 是指岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶是指岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶 液相接触液相接触,经氧化、碳化和水化作用分解为极细颗粒的过经氧化

7、、碳化和水化作用分解为极细颗粒的过 程，岩石发生质的变化。程，岩石发生质的变化。 在在石灰岩石灰岩里面，含有里面，含有二氧化碳二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中，的水，渗入石灰岩隙缝中， 会溶解其中的碳酸钙。这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时，会溶解其中的碳酸钙。这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体(称为固化称为固化)。 由上而下逐渐增长而成的，称为“钟乳石”。由上而下逐渐增长而成的，称为“钟乳石”。 土从其堆积或沉积的条件来看可分为：土从其堆积或沉积的条件来看可分为： 沼泽土 冰碛土 风

8、积土 河流冲积土 运积土 残积土 土 (1)残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。 basalt 玄武岩玄武岩 ：岩石风化后经流水、风和冰川：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、下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、 冰碛土和沼泽土等。冰碛土和沼泽土等。 (2)运积土运积土 冲积土冲积土 冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑 河床、河漫滩、阶地河床、河漫滩、阶地 风积土风积土 风积土：由风力带动土粒经过一段

9、搬运距离后沉积下来风积土：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；黄土的堆积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土 冰碛土冰碛土 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物； 1.2 土的三相组成土的三相组成 土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。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；固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水；液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。气相：孔隙中的空气。 （3）一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔）一般在地下水位以上地面以下一定深度内

10、的土的孔 隙中含空气和水，此时的土体属三相系，称为隙中含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土湿土。 （1）当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为）当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土饱和土； （2）当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为）当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土干土； 1.2.1 固相固相 一、土的固相一、土的固相 （一）成土矿物（一）成土矿物 原生矿物（原生矿物（：由物理风化生成的土粒；颗粒较粗，一：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、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；块状；吸水力弱

11、、稳定、无塑性； 角闪石角闪石 石英石英 长石长石 云母云母 次生矿物：次生矿物：由原生矿物经化由原生矿物经化 学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，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；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。粘土矿物的带电性质吸水力强、活泼、有塑性。粘土矿物的带电性质 高岭石高岭石 : 亲水能力差亲水能力差 伊利石伊利石 : 介于二者之间介于二者之间 蒙脱石蒙脱石 : 亲水能力强吸水膨胀亲水能力强吸水膨胀 高 岭 石高 岭 石 伊 利 石伊 利 石 蒙 脱 石 富含伊

12、利石、蒙脱石富含伊利石、蒙脱石 常使建筑物产生不常使建筑物产生不 均匀的竖向或水平均匀的竖向或水平 的胀缩变形，造成的胀缩变形，造成 位移、开裂、倾斜位移、开裂、倾斜 甚至破坏，且往往甚至破坏，且往往 成群出现，尤以低成群出现，尤以低 层平房严重，危害层平房严重，危害 性很大性很大 膨胀土膨胀土 地基地基 基础 F G 基坑基坑 （二）土粒的大小和土的级配（二）土粒的大小和土的级配 块石漂石块石漂石 土粒大小在一定程度上反映了土性质的差异，土粒大小在一定程度上反映了土性质的差异， 土粒大小通常用土粒大小通常用粒径粒径表示。表示。 粒组粒组：通常把工程性质相近的：通常把工程性质相近的 土粒合并为

13、一组土粒合并为一组 粘粒粘粒 粉粒粉粒 砂粒砂粒 砾石砾石 卵石卵石 0.005mm 0.075mm 2mm 60mm 200mm 1.土颗粒的大小与形状土颗粒的大小与形状 2.土的粒径级配土的粒径级配 工程中常用土中各粒组的相对含量，占干土总质量的工程中常用土中各粒组的相对含量，占干土总质量的 百分数来表示，称为土的百分数来表示，称为土的粒径级配粒径级配。 土的级配的好坏将直接影响到土的性质。土的级配的好坏将直接影响到土的性质。 级配良好的土级配良好的土，压实时能达到较高的密实度，压实时能达到较高的密实度， 因而透水性小，强度高，压缩性低。因而透水性小，强度高，压缩性低。 级配不良的土级配不

14、良的土，往往压实密度低，或者渗透稳定性差。，往往压实密度低，或者渗透稳定性差。 3.粒径分析方法粒径分析方法 筛分法（筛分法（d0.075mm的土）的土） 密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土） （2）.密度计法密度计法 利用不同大小的土粒利用不同大小的土粒 在水中的沉降速度不在水中的沉降速度不 同来确定小于某粒径同来确定小于某粒径 的土粒含量的方法。的土粒含量的方法。 通过通过密度计密度计测定土测定土 水悬浊液的密度来确定。水悬浊液的密度来确定。 4 颗粒级配的表示方法颗粒级配的表示方法 表示方法表示方法：表格法、表格法、粒径级配曲线 按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：

15、（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和）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；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）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土 级配的好坏。级配的好坏。 根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不 均匀系数均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc，它们的定义为：，它们的定义为： 粒径 10 60 d d Cu（12） 6010 2 30 dd d Cc（13） 式中：式中：d10，d30和和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的为粒径分布曲线上小于某粒径的 土

16、粒含量分别为土粒含量分别为10，30和和60时所对应的粒径。时所对应的粒径。 d10称为有效粒径；称为有效粒径；d60称为限制粒径。称为限制粒径。 小 于 某 粒 径 土 的 含 量 （ % ） d30 60 d10 图图1-1 土的粒径级配累计曲线土的粒径级配累计曲线 30 10 d60 若土的颗粒级配曲线是连续的，若土的颗粒级配曲线是连续的， Cu愈大，愈大，d60与与d10相距愈远，相距愈远， 则曲线愈平缓，表示土中的粒则曲线愈平缓，表示土中的粒 组变化范围宽，土粒不均匀；组变化范围宽，土粒不均匀； 反之，反之，Cu愈小，愈小，d60与与d10相距相距 愈近，曲线愈陡，表示土中的粒愈近，

17、曲线愈陡，表示土中的粒 组变化范围窄，土粒均匀。组变化范围窄，土粒均匀。 若土的颗粒级配曲线不连续，在该曲线上出现水平段若土的颗粒级配曲线不连续，在该曲线上出现水平段, 水平段粒组范围不包含该粒组颗粒。这种土缺少中间水平段粒组范围不包含该粒组颗粒。这种土缺少中间 某些粒径在同样的压实条件下，密实度不如级配连续某些粒径在同样的压实条件下，密实度不如级配连续 的土高，其它工程性质也较差。的土高，其它工程性质也较差。 判断判断好级配土好级配土： 5Cu31Cc 10 60 d d Cu 6010 2 30 dd d Cc 1.2.2 液相液相 （一）吸着水（结合水）大多数粘土颗粒表面带有净的（一）吸

18、着水（结合水）大多数粘土颗粒表面带有净的 负电荷阳粒子负电荷阳粒子: (二）自由水二）自由水 离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力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。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）（分为毛细管水和重力水） 1.毛细管水毛细管水 土中存在许多大小土中存在许多大小 不同的相互连通的不同的相互连通的 弯曲孔道，由于水弯曲孔道，由于水 分子与土粒分子之分子与土粒分子之 间的附着力和水气间的附着力和水气 界面上的表面张力，界面上的表面张力， 使地下水上升某一使地下水上升某一 高度。高度。 2.重力水重力水 在重力或

19、水位差作用下能在土中流动的自由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。动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。 三、土的气相三、土的气相 存在土中的气体分为两种基本类型：一种是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

20、的封闭气体。的以气泡形式存在的封闭气体。 1.3 土的结构土的结构 单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构 粘土粘土 砂土砾石砂土砾石 粉土粉土 角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征 是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式 为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙，为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙， 其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感 土的构造土的构造 对于第四纪的沉积层最主要的构造特征是成层对于第四纪的沉积层最主要的

21、构造特征是成层 1.4 土的物理性质指标土的物理性质指标 概述概述 土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态， 也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主 要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。 三相指标的定义三相指标的定义 固相固相 液相液相 气相气相 土颗粒土颗粒 土中水土中水 土中气土中气 solid 土颗粒 水 water 气 体 w m a m v m m a V w V v V V 0 w m 气 体 air S V s m 三相图三相图 1.4

22、.1 三个基本试验指标三个基本试验指标 aws ws VVV mm V m 9.8g V mg V W 实验室：环刀法实验室：环刀法 土的密度定义为单位体积土土的密度定义为单位体积土 的质量，用的质量，用表示，单位为表示，单位为 g/cm3。 土的重度亦称为容重，定土的重度亦称为容重，定 义为单位体积土的重量，义为单位体积土的重量， 用用表示，单位为表示，单位为 kN/m3。表达式如下：。表达式如下： 1、土的密度和容重、土的密度和容重 g 3 mKN 3 3 m N 10 23 3 s m m kg 10 263 3 s m 10m 10kg 23 s m cm g w s ws s s V

23、 m G Gs 土粒比重定义为土粒的质量（或重量）土粒比重定义为土粒的质量（或重量） 与同体积与同体积4时水的质量（或重量）之比时水的质量（或重量）之比 事先将比重瓶注满纯水，称瓶加事先将比重瓶注满纯水，称瓶加 水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯 水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重：水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重： 2s1 s s mmm m G 2、土粒比重、土粒比重 土粒比重常用土粒比重常用比重瓶法比重瓶法测定，测定， 式中：式中：m1瓶加水的质量；瓶加水的质量； m2瓶加土加水的质量；瓶加土

24、加水的质量； ms烘干土的质量。烘干土的质量。 3.土的含水率土的含水率w 土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒 的质量之比，以百分数表示，其表达式为：的质量之比，以百分数表示，其表达式为： 测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量，测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量， 然后放在烘箱中，在然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干常温下烘干，称得干 土质量，按上式可算得。土质量，按上式可算得。 100% m m s w 1.4.2、间接换算得物理性质指标、间接换算得物理性质指标 1、孔隙比、孔隙比(e)

25、: 土中孔隙的体积与土粒的体积之比土中孔隙的体积与土粒的体积之比 s v V V e 2、土的孔隙率（、土的孔隙率（ n） 定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比 100% V V n v 3、土的饱和度（、土的饱和度（ Sr） 定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比 100% V V S v w r V m s d 4、干密度、干密度d与干重度与干重度d 土的干密度：单位体积内土粒的质量土的干密度：单位体积内土粒的质量 土的干重度：单位体积内土粒的重量土的干重度：单位体积内土粒的重量 g V gm V W d ss d 土的

26、干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标， 干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。 5、饱和密度、饱和密度sat与饱和重度与饱和重度sat 饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于 饱和状态时单位体积土的质量。饱和状态时单位体积土的质量。 V Vm wvs sat 在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度 g V gVgm V VW sat wvswvs sat （六）浮密度（六）浮密度与浮重度与浮重度（有效重度）有效重

27、度） g V Vm wss wsat 土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差 V Vm wss 土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小， 因此提出了浮重度因此提出了浮重度 V VVm wwVs V )V(Vm wVs gms swgv dsat dsat V Vm wvs sat V mm V m ws V m s d V Vm wss 1.4.3、物理性质指标间的换算、物理性质指标间的换算 常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三 个，通过

28、换算可以求出其余的六个个，通过换算可以求出其余的六个 浮密度与比重和孔隙比得关系浮密度与比重和孔隙比得关系 V Vm wss vs wsss VV VV sv ws VV1 e1 1 wws = = = = e1 1G ws v v n v vs v vv v ss s evv ev s v v v e e1 e 【例题例题13】某一块试样在天然状态下的某一块试样在天然状态下的体积为体积为60cm3， 称得其称得其质量为质量为108g，将其，将其烘干后烘干后称得质量为称得质量为96.43g， 根据试验得到的土粒比重根据试验得到的土粒比重Gs为为2.7，试求试样的湿密度、，试求试样的湿密度、 干

29、密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。 解：（解：（1）已知）已知V60cm3，m=108g， =m v=108 60=1.8g/cm3 （2）已知）已知ms=96.43g， 则则 mw=mms=10896.43=11.57g w= mw ms11.5796.43=12% （3）已知）已知Gs=2.7，则，则 Vs= ms s=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3 e= Vv Vs24.3 35.7=0.68 （4） n= Vv V24.3 60=40.5 （5） Vw = mw w=11.57 1

30、11.57cm3 St= Vw Vv=11.57 24.348 （6） 3 s d 1.6g/cm 60 96.43 V m （7） 3 wvs sat 2.0g/cm 60 124.396.43 V Vm 1.5 无粘性土的相对密实度、无粘性土的相对密实度、 粘性土得稠度及土的压实性粘性土得稠度及土的压实性 反映土的物理状态反映土的物理状态 无粘性（砂土粗粒土等）土用相对密实度来衡量无粘性（砂土粗粒土等）土用相对密实度来衡量 粘性土用稠度来衡量粘性土用稠度来衡量 1.5.1无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度 常用相对密实度常用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度来衡量无粘性土的松紧程

31、度 minmax 0max r ee ee D 式中：式中：Dr相对密实度；相对密实度； emax无粘性土处在最松状态时的孔隙比；无粘性土处在最松状态时的孔隙比； emin无粘性土处在最密状态时的孔隙比；无粘性土处在最密状态时的孔隙比； e0无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。 在工程上，用相对密实度在工程上，用相对密实度Dr划分无粘性土的状态如下：划分无粘性土的状态如下： 0Dr1/3 疏松的疏松的 1/3Dr2/3 中密的中密的 2/3Dr1 密实的密实的 （2）标准贯入试验击数）标准贯入试验击数N为标准为标准 30 15 10 松散松散 中密中密 密实密实

32、 稍密稍密 卷扬机将卷扬机将63.5kg的钢锤提升的钢锤提升76cm高度，使其自由下高度，使其自由下 落打击贯入器，当贯入器贯入落打击贯入器，当贯入器贯入30cm深所需的锤击数深所需的锤击数N 1.5.2、粘性土的物理特性、粘性土的物理特性 1.5.2、粘性土的稠度、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态 稠度指粘性土的干湿程度或在稠度指粘性土的干湿程度或在 某一含水率下抵抗外力作用而某一含水率下抵抗外力作用而 变形或破坏的能力，是粘性土变形或破坏的能力，是粘性土 最主要的物理状态指标。最主要的物理状态指标。 流动、软、可塑、硬等描述四种状态流动、软、可塑、硬等描述四种状态 可塑性

33、：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开 裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。 1.界限含水率界限含水率 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率来区分，这种界限含水率称为稠度界限 wS Wp WL 液态液态 固态固态 塑态塑态 半固态半固态 0 缩限（缩限（Ws）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦 即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。

34、即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。 液限（液限（WL）：从流动状态转变为可塑状态的界限含水率）：从流动状态转变为可塑状态的界限含水率 塑限（塑限（Wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率 Wp (plastic limit)试验室用搓条法（经验法）试验室用搓条法（经验法） WL (liquid limit)在试验室用锥式液限仪在试验室用锥式液限仪 10mm 测试结果整理测试结果整理 液塑限联合测定法液塑限联合测定法 缩限（缩限（Ws）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦 即粘性土随着含水率

35、的减小而体积开始不变时的含水率。即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。 12 100% sw s VV ww m 1 V 2 V 湿土体积湿土体积 干土体积干土体积 （三）塑性指数和液性指数（三）塑性指数和液性指数 1.塑性指数塑性指数 塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。 p pL Lp p w ww wI I 塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。 17I10 P Ip是细粒土分类的依据是细粒土分类的依据。 粘土粘土 粉质粘土粉质粘土 17IP 01I3

36、 P 粉土粉土 wS Wp WL 液态液态 固态固态 塑态塑态 半固态半固态 0 2.液性指数液性指数 w土的天然含水率。土的天然含水率。 p p pL p L I ww ww ww I 当当wwp时，时，IL0，土处于坚硬状态；，土处于坚硬状态； wpwwL时，时，0IL0.25，土处于硬塑状态；，土处于硬塑状态； 0.25IL0.75，土处于可塑状态；，土处于可塑状态； 0.75IL1.0，土处于软塑状态；，土处于软塑状态； wLw时，时，IL1.0，土处于流动状态。，土处于流动状态。 粘性土的状态可用液性指数来判别。粘性土的状态可用液性指数来判别。 3.稠度指数稠度指数 L c LP w

37、w I ww Ic越小，土体越稀，土处于流动状态。越小，土体越稀，土处于流动状态。 Ic越大，土体越稠，越硬越干。越大，土体越稠，越硬越干。 粘土的活动度粘土的活动度 P I A m m为粘土中胶粒（为粘土中胶粒（d0.002mm）含量的百分率）含量的百分率 A越大，土体活性越强越大，土体活性越强 粘土的结构性与灵敏度粘土的结构性与灵敏度 某些粘土在含水率不变的条件下经搓捏使其原有结构彻某些粘土在含水率不变的条件下经搓捏使其原有结构彻 底扰动，它的强度将降低。这种搓捏过程称为灵敏度。底扰动，它的强度将降低。这种搓捏过程称为灵敏度。 对于灵敏度高的粘土，经重塑后停止扰动，静置一段时对于灵敏度高的

38、粘土，经重塑后停止扰动，静置一段时 间后其强度又会部分恢复。在含水率不变的条件下粘土间后其强度又会部分恢复。在含水率不变的条件下粘土 因重塑而软化（强度降低），软化后又随静置时间的延因重塑而软化（强度降低），软化后又随静置时间的延 长而硬化（强度增长）的这种性质称为粘土的触变性长而硬化（强度增长）的这种性质称为粘土的触变性。 u t u q S q u q u q原状土无侧限抗压强度原状土无侧限抗压强度 扰动土无侧限抗压强度扰动土无侧限抗压强度 土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械 的方法，使土能够压实到某种密实度的性质。的方法，使土能够压实

39、到某种密实度的性质。 1.5.3、土的压实性、土的压实性 填土的密实程度常以干密度表示 填土的密实程度常以干密度表示 填土的密实程度常以干密度表示填土的密实程度常以干密度表示 土太干，太湿都不能压实土太干，太湿都不能压实 土的压实性影响因素：土的压实性影响因素： 击实功能的影响击实功能的影响 1、击实数最大最大干密度增大，最优含水率减、击实数最大最大干密度增大，最优含水率减 2、当含水率较低时击数的影响较显著，、当含水率较低时击数的影响较显著， 当含水率较高时，提高击实功是无效的当含水率较高时，提高击实功是无效的 土类和级配的影响土类和级配的影响 粘粒含量高，难压密；粘粒含量高，难压密； 级配

40、良好，易压密；级配良好，易压密； 土的压实性影响因素：土的压实性影响因素： （一）含水率的影响（一）含水率的影响 最大干密度，最优含水率最大干密度，最优含水率wop V m s d （1）w wop土偏湿，土粒中存在大量的自由水，在击实过程中土偏湿，土粒中存在大量的自由水，在击实过程中 不易很快的排除，这阻止了颗粒的靠扰，因引击实效果差。不易很快的排除，这阻止了颗粒的靠扰，因引击实效果差。 1.6 土的工程分类土的工程分类 一、建筑地基基础设计规范分类一、建筑地基基础设计规范分类 )/()6( )()5( ),()4( )() 3( )()2( )() 1 ( soilartificalfil

41、l clay mosilt sand stonecrushed rock 人工填土 粘土 粉土 砂土 碎石土 岩石 总结总结 1.土：是岩石风化的产物土：是岩石风化的产物 2 土的三相组成土的三相组成 土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。 3 颗粒级配的表示方法颗粒级配的表示方法 粒径级配曲线粒径级配曲线 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc， 10 60 u d d C 6010 2 30 c dd d C 判断判断好级配土好级配土： 5Cu 31Cc 4 土的物理性质指标土的物理性质指标 V m g 土的密度和容重土的

42、密度和容重 w s s G 土粒比重土粒比重 土的含水率土的含水率 100% m m s w 孔隙比孔隙比: s v V V e 土的孔隙率土的孔隙率 100% V V n v 土的饱和度（土的饱和度（Sr） 100% V V S v w r V m s d 干密度干密度d与干重度与干重度d g dd 饱和密度饱和密度sat与饱和重度与饱和重度sat V Vm wvs sat g satsat 浮密度浮密度与浮重度与浮重度（有效重度）有效重度） g V Vm wss wsat dsat dsat 5无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度 常用相对密实度常用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程

43、度来衡量无粘性土的松紧程度 minmax 0max r ee ee D 在工程上，用相对密实度在工程上，用相对密实度Dr划分无粘性土的状态如下：划分无粘性土的状态如下： 0Dr1/3 疏松的疏松的 1/3Dr2/3 中密的中密的 2/3Dr1 密实的密实的 6、粘性土的含水率、粘性土的含水率 液限（液限（WL）：从流动状态转变为可塑状态的界限含水率）：从流动状态转变为可塑状态的界限含水率 塑限（塑限（Wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率 缩限（缩限（Ws）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦 即粘性土

44、随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。 7.塑性指数塑性指数 p pL Lp p w ww wI I 塑性指数越高，吸着水含量可塑性指数越高，吸着水含量可 能高，土的粘粒含量越高。能高，土的粘粒含量越高。 8.液性指数液性指数 p p pL p L I ww ww ww I 液性指数判别粘性土的软硬状态。液性指数判别粘性土的软硬状态。 9、土的压实性、土的压实性 （1）w wop土偏湿，土粒中存在大量的自由水，在击实过程中土偏湿，土粒中存在大量的自由水，在击实过程中 不易很快的排除，这阻止了颗粒的靠扰，因引击实效果差。不易很快的排除，这阻止

45、了颗粒的靠扰，因引击实效果差。 第二章第二章 土的渗透性土的渗透性 渗流渗流 水在土体孔隙中流动的现象水在土体孔隙中流动的现象 渗透性渗透性 土具有被水等液体透过的性质土具有被水等液体透过的性质 土石坝土石坝 防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖 浸润线浸润线 透水层透水层 不透水层不透水层 土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流 透水层透水层 不透水层不透水层 基坑基坑 板桩墙板桩墙 板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流 透水层透水层 不透水层不透水层 天然水面天然水面 水井渗流水井渗流 Q 渗流滑坡渗流滑坡 由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、 地基变

46、形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗地基变形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗 透稳定问题。透稳定问题。 2.2渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降 A B L h1 h2 zA w A u w B u zB h h 0 0 基准面基准面 g2 vu zh 2 w w A A1 u zh w B B2 u zh hhh 21 w u zh L h i 总水头总水头:单位重量（容重）水体所具有的能量单位重量（容重）水体所具有的能量 z：位置水头：位置水头 u/u/w w：压力水头：压力水头 V2/(2g)：流速水头流速水头00 A A点总水头：点总水头： B B点总水头：点总水头： 总水头：总水头： 水力坡降：水力坡降： 2.3、达西渗透定律、达西渗透定律 1856年，法国学者达西（年，法国学者达西（Darcy,H.）根据砂土）根据砂