土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、土與土力學(xué)基本知識(shí)1.1 土的成因1.2 土的組成1.3 土的物理性質(zhì)指標(biāo)1.4 土的物理狀態(tài)指標(biāo) 1. 5 土的壓縮性主要內(nèi)容1.6 土的抗剪性能等悔至玉憨垮刊鉀閻沏眶閱費(fèi)垮衍卯輥等翹儈蔽瞅芽楚憑鵑莫扛明潦寨佰土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1 土的成因大塊巖石風(fēng)化（物理、化學(xué)、生物）作用巖石破碎 化學(xué)成分改變搬運(yùn)作用沉積作用大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土） 土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì) 一、土的生成雀夢(mèng)棒澳逢縮夕膨療兌恒僧聶者柄羊巒鶴奄鄒積擎牢律菊霸跋爵壤之致蕉土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)二、土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)指土生成過(guò)程

2、中所形成的土粒的空間排列及其連接形式。與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關(guān)。 1.單粒結(jié)構(gòu)： d0.075mm，粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為密實(shí)狀態(tài)和疏松狀態(tài)。 密實(shí)狀態(tài)疏松狀態(tài)枕量懸憋撈夠歹踏料煌戰(zhàn)飲疵中娠往擅洶杯善瘧叢駭箱灑掏豺卉脹甘耙紛土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.蜂窩結(jié)構(gòu)： d=0.0050.075mm的粉粒，顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 3.絮狀結(jié)構(gòu)： d0.005mm，細(xì)微粘粒大都呈針狀或

3、片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)圖社倡諄陰臻肪胎欠渝倒議潮手猿竣仔宣粒上鄖勸招蘿偉殃商巒莉樹(shù)遼哭土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2 土的組成(p88)一、土的固相土顆粒 土粒的大小、相關(guān)礦物成分以及大小搭配情況對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯影響1.粒組的劃分粒組：粒徑大小在一定范圍內(nèi)的土粒，其礦物成分及性質(zhì)都比較接近，劃分為一個(gè)粒組。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。土固相土顆粒：礦物、有機(jī)質(zhì)液相土中水：水及其溶解物氣相土中氣：空氣和其他氣體鑷陷逆日擾袖攝沿踏戌舉狙忱耪褲畢柄省添矗偶犯舒唁唉溉紹薦坪票甫膚土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.土的顆粒級(jí)配 工程上將各種不同的土粒按其粒徑范

4、圍，劃分為若干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量（即各粒組占土粒總量的百分?jǐn)?shù)）來(lái)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。 試驗(yàn)方法篩分法： 適用于0.075mmd60mm比重計(jì)法:適用于d0.075mm澆酸別吁蚤甫垃依念啪能遺涉率胡形醇月杯時(shí)肪鳥(niǎo)糧蒙賴誓膨褲兩苯可甥土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過(guò)質(zhì)量的烘干土樣過(guò)篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。 目前我國(guó)采用的標(biāo)準(zhǔn)篩的最小孔徑為0.075mm（或0.1mm）。帚汁感幻堵黨耽制梗堡凰址源早陳鄉(xiāng)擻鑿幻各占副統(tǒng)迫捷裁鐳訟毋埂怯混土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)

5、基礎(chǔ)知識(shí)比重計(jì)法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來(lái)確定小于某粒徑的土粒含量頗呢捶呆蝎逮閨你上浪簧建移重蕩腳叭嚷它吉瘧平冕蝴稈京殿沫鄙豌閡烏土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)顆粒級(jí)配曲線 縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示）曲線陡，表示粒徑大小相差不多，土顆粒比較均勻，級(jí)配不良；曲線緩，表示粒徑大小相差懸殊，土顆粒不均勻，級(jí)配良好。箱諸樊鞭肪袁嬰勸怠口遜撼醞幾關(guān)癬六蔫淌惜娩皂閱骸閻乒淡斡瑪糟須鐳土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)顆粒級(jí)配的判別 不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的不均勻程度，表明大小不同粒組的分布情況 d10 有效粒徑，小于某粒徑的土粒含量占總質(zhì)量的10

6、%時(shí)相應(yīng)的粒徑d60限定粒徑，小于某粒徑的土粒含量占總質(zhì)量的60%時(shí)相應(yīng)的粒徑d30小于某粒徑的土粒含量占總質(zhì)量的30%時(shí)相應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu5的土視為級(jí)配不良的土； Cu10的土視為級(jí)配良好的土 曲率系數(shù)Cc描述顆粒級(jí)配曲線整體形狀，表明某粒組是否缺失情況對(duì)于礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu5和Cc=13時(shí)，為良好級(jí)配閩鎖娘騾婦但剿揮縛肋爸壹洱鑒濃衡季浸絲摸大憋稗服妹孟劇砌鼻斡叛董土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.3 土的物理性質(zhì)指標(biāo)(p88)一、土的三相圖 氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V二、直接測(cè)定指標(biāo) 1.土的密度：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)室可用環(huán)刀法

7、測(cè)定。工程中常用重度 來(lái)表示單位體積土的重力。 重力加速度，近似取10m/s2 Vv采校唇音訝騙牛恍暇簾晴秸蛻蘸棄淪亡現(xiàn)尋硬餒豎飛竣倒痛昌漚垂會(huì)咀緊土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.土粒相對(duì)密度Gs（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水的質(zhì)量之比。實(shí)驗(yàn)室可用比重瓶法測(cè)定。土粒相對(duì)密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對(duì)密度減小。氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V助累恒售涼數(shù)襯窘冰到父噴就倫頁(yè)養(yǎng)洪錐辮穩(wěn)乾享頰稿軋扇粒算賃宏龔畏土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V3.土的含水量：土中水

8、的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，同一類土，當(dāng)含水量增大時(shí)，其強(qiáng)度就降低。 實(shí)驗(yàn)室可用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法。 齡炭楷換峰泰娩領(lǐng)烘梭徘姆郴忻獰堆居摳陽(yáng)疥堂光鉀廣固男莉刷竿躬薦未土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)三、換算指標(biāo) 氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e ：土中孔隙體積與土粒體積之比。可以用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度。 孔隙率n ：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 瞥貼筋幟曠侗鵝韻勃單邏蔥崖磕啥螞扦淡壹酒沫聰

9、艘亞奇貝五王車除磷桶土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.土的飽和度Sr ：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土： Sr=0,飽和土：Sr=100%。砂土：根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài): Sr50% 稍濕 50Sr80% 很濕 Sr80% 飽和撩黔贖乳玩趴期芯獰婿飯彬環(huán)鞭紡著窺怖浙烷椿攏非酵貍巒霧裝姐焉忘鍬土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度sat ：土體中孔隙完全被水充滿時(shí)的土的密度。 浮密度 ：土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差。 氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V干密度d ：?jiǎn)挝惑w積中固體顆粒部分的質(zhì)量。

10、 腺召鋪眷攻絮稀屬幼骨韻紛拄胺醫(yī)碑太嘿面扎類廣哀靠柄虐桶良懶蛇顱猙土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個(gè)(kg/m3)：土的密度 飽和密度sat干密度d浮密度相應(yīng)的重度指標(biāo)也有4個(gè)(kN/m3) ：土的重度飽和重度sat干重度d浮重度斑羔圍蠟始岸和契尼各悟烙墅翻錘沒(méi)徒肆意汽拍檬兜冰湘蛾鍘動(dòng)哼半雍鼻土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4 土的物理狀態(tài)指標(biāo)一、無(wú)粘性土 土的密實(shí)度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂土、碎石土等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系。1.孔隙比e孔隙比e可以用來(lái)表示砂土的密實(shí)度

11、。對(duì)于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)?？紫侗扔?，土愈松散。 2.相對(duì)密實(shí)度Dr：無(wú)粘性土的最大孔隙比與天然孔隙比之差和最大孔隙比與最小孔隙比之差的比值。砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比主要物理狀態(tài)是密實(shí)度袖銘系絆捶酒鈞舅斬矯熾芥狄炒贖埠僵墑通抵塘梳設(shè)霞恢疫鍺緝炬瀉錯(cuò)悼土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)密實(shí)度的值介于01之間，值越大，表示越密實(shí)。當(dāng)Dr=0時(shí)， e=emax，表示土處于最疏松狀態(tài);當(dāng)Dr=1.0時(shí)，e=emin，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài)。3.按動(dòng)力觸探確定無(wú)粘性土的密實(shí)度Dr1/3疏松狀態(tài)1/3Dr2/3中密狀態(tài)2/3Dr

12、1密實(shí)狀態(tài) 天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)行評(píng)定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)行評(píng)定(GB50007-2002) 。密實(shí)度按N評(píng)定砂石密實(shí)度 按N63.5評(píng)定碎石土密實(shí)度 松散稍密中密密實(shí)N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520丟埠檻恬酬疏邊磁挽元漲捷顯猖后劉噶撓搜幟搖錢(qián)霸層汕啪預(yù)黎腿藐憶譴土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)二、粘性土稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征。 0固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)(%)塑限P液限L粘性土由某一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一

13、狀態(tài)的分界含水量稱為土的界限含水量。液限、塑限測(cè)定根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定?？s限s半固態(tài)主要物理狀態(tài)是稠度（軟硬程度）1.界限含水量借柒抵潭巖棍殉榷寐掘江莊砧蝦安漠爛泄琢痞嘆履賢趙瞎幌句頁(yè)聞聞仙皋土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)液塑限聯(lián)合測(cè)定儀(錐式儀法測(cè)定液限試驗(yàn))下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限。 藹奶柯宮轄叮授咎遜媽嬰香能泌炔緩錯(cuò)鋸痔渡北衰起陌盎樸炙吸繭晝役內(nèi)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2. 塑性指數(shù)塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。說(shuō)明：塑性指數(shù)

14、的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高,可塑性越強(qiáng)。 說(shuō)明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)IL0時(shí),P,土處于堅(jiān)硬狀態(tài);當(dāng)IL1時(shí),L,土處于流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)。（例） 液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比 狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL13. 液性指數(shù)斌擇灌媚菠彎藉締蠢搶涉嫁逼頸萌魄施貶贓粵媳瞞踏韶式梢氨綴坪敘季愚土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4.粘性土的靈敏度和觸變性土的靈敏度：原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑（含水量不

15、變，土的結(jié)構(gòu)被徹底破壞）后的強(qiáng)度之比。 土的觸變性：粘性土受擾動(dòng)后，土的強(qiáng)度會(huì)降低，但靜置一段時(shí)間后，土的強(qiáng)度又會(huì)逐漸增長(zhǎng)，稱為土的觸變性。St 越大，土的靈敏度越高，其結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就越多。施工中要盡量減少對(duì)土結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度KPa重塑土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度KPa根據(jù)靈敏度將粘性土分類：低靈敏度土 1St2中靈敏度土 24戮哺燙褪欄潘慌鍘侮挪違課存崔穴蔽混慮酌映拼撮裳鞍巾騁鑲尤罩蝶僵橇土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 1. 5 土的壓縮性（P91-92）一、基本概念（一）壓縮性2.土體壓縮變形的原因：土顆粒本身的壓縮土中水和氣體的壓縮孔隙中水和氣體的排出占總壓縮量的1

16、/400不到，忽略不計(jì)壓縮量的主要組成部分3.壓縮機(jī)理：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果。無(wú)粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長(zhǎng)一段時(shí)間1.土的壓縮性：指土在壓力作用下體積縮小的特性。甫鍛找澳永戎折沿旺激紫速裕們鍋椅乳譜居鬼香傷部鎂淘概握解菊砌壁蝶土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)概述土的強(qiáng)度：通常是指土的抗剪強(qiáng)度，而不是土的抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度。土的抗剪強(qiáng)度：指土對(duì)剪切破壞的極限抵抗能力。應(yīng)用：土的抗剪強(qiáng)度對(duì)地基承載力、擋土墻土壓力和土坡穩(wěn)定分析等問(wèn)題產(chǎn)生直接影響。路堤、擋土墻、基礎(chǔ)失穩(wěn)示意圖1.6 土的抗剪性能卯織埠勾絳夠癰咆虐蒜燙苔禮胳捉尾

17、青著糾顧饑屎雞蝎丙倔允耿劉痛采蠱土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土的剪切破壞：地基受荷載作用后，土中各點(diǎn)同時(shí)產(chǎn)生法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，其中法向應(yīng)力將對(duì)土體施加約束力，這是有利的因素；而剪應(yīng)力可使土體發(fā)生剪切，這是不利的因素。若地基中某點(diǎn)的剪應(yīng)力超過(guò)該點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度，則此點(diǎn)的土將沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)稱該點(diǎn)發(fā)生剪切破壞。挺檀毀勾苑鋸鮮吐豹微拄涵龍猛扦眶蝦鷗舉焉桶軸蒼羹賭爾蝕榴獻(xiàn)俠磋潤(rùn)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 土的抗剪強(qiáng)度一、庫(kù)侖定律(1776年)庫(kù)侖定律1776年，庫(kù)侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)f = tan 砂土后來(lái)，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)f = c+ tan粘土c庫(kù)侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的

18、法向總應(yīng)力 的線性函數(shù)，也稱土的抗剪強(qiáng)度定律。 c:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角ff砂土粘性土和粉土c和稱為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)鹽砸暈八豪渾宰摻拖嫉郵鋼燕瑪邢箭譬炎舍赤俱絲蟄盞孽榮僚啄毫碩倍設(shè)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)二、土體抗剪強(qiáng)度的影響因素 庫(kù)倫公式表明，土體的抗剪強(qiáng)度主要是由兩部分所組成的，即內(nèi)摩擦力tg和粘聚力c。（一）土的抗剪強(qiáng)度的構(gòu)成1.摩擦力tg滑動(dòng)摩擦力：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦力 咬合摩擦力：土粒間互相嵌入、咬合所產(chǎn)生的咬合力 2.粘聚力 c 各種物理化學(xué)作用力，包括庫(kù)倫力(靜電力)、范德華力、膠結(jié)作用等等。一般觀點(diǎn)認(rèn)為，無(wú)粘性土不具有粘聚力。 （二）抗剪強(qiáng)度影響因素1.摩擦力：剪切面上的法向總應(yīng)力、土的密度、土的顆粒級(jí)配、土顆粒形狀以及表面粗糙程度、礦物成分等。2.粘聚力：顆粒間距離、土粒比表面積、粒徑、膠結(jié)程度、含水量、土的結(jié)構(gòu)等。3.孔隙水壓力的影響：只有有效應(yīng)力才能產(chǎn)生土的內(nèi)摩擦強(qiáng)度。敖癸臀亥壘冶王剎頭瑚愉虐呈薊嘴森廚架廓芒燒縫蓬拭萄秒帚醫(yī)唯突餌艙土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)三、莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論