土力學(xué)全套課件

土力學(xué)的概念土力學(xué)是一門研究土體滲流、壓縮和強(qiáng)度三個(gè)主要課題的學(xué)科土力學(xué)的研究對象研究對象：土

土的性狀變化很大，土力學(xué)理論依靠較多的簡化假設(shè)，因此在處理工程中的土力學(xué)問題時(shí)，不能單憑數(shù)學(xué)和力學(xué)的方法，我們同時(shí)需要室內(nèi)和野外的測試手段，實(shí)地觀察和經(jīng)驗(yàn)判斷土力學(xué)學(xué)習(xí)的基本要求瞭解土的基本物理力學(xué)性質(zhì)、掌握若干主要土工實(shí)驗(yàn)的基本原理和一般方法瞭解土體在承受荷載後或改變其周圍環(huán)境後的性能、變化規(guī)律掌握一般水工建築物設(shè)計(jì)中有關(guān)土力學(xué)內(nèi)容的計(jì)算方法。土力學(xué)的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)土力學(xué)，必須特別注意認(rèn)識土的特點(diǎn)多樣性易變性土力學(xué)密切結(jié)合專業(yè)和實(shí)踐的一門課程，學(xué)習(xí)中不但要著重於基本概念的理解，掌握計(jì)算方法而且要學(xué)會初步解決實(shí)際問題的能力。土力學(xué)與其它課程的關(guān)係土力學(xué)屬於技術(shù)基礎(chǔ)課，它在一般基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起到承上啟下的作用。先行課程：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性理論初步、工程地質(zhì)學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)、水力學(xué)後續(xù)課程：水工結(jié)構(gòu)、地基及基礎(chǔ)土力學(xué)是一門邊緣學(xué)科，它所設(shè)計(jì)的自然科學(xué)範(fàn)圍很廣，除了和力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)各鄰近學(xué)科有密切關(guān)係外，它還涉及到普通地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的知識領(lǐng)域。土力學(xué)的發(fā)展簡史土力學(xué)是一門既古老、又新興的學(xué)科，人類很早就懂得廣泛利用土進(jìn)行工程建設(shè)（我國的長城、南北大運(yùn)河）直到十八世紀(jì)中葉，人類對土在工程建設(shè)方面的特性，尚停留在感性認(rèn)識階段。土力學(xué)的發(fā)展簡史十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命後，提出了大量與土力學(xué)有關(guān)的問題和不少成功的經(jīng)驗(yàn)，特別是一些工程事故的教訓(xùn)，迫切促使人們?nèi)で罄碚摰慕忉?，並要求永通過實(shí)踐檢驗(yàn)的理論來直到以後的工程實(shí)踐。築城學(xué)（歐洲）牆後土壓力問題鐵路、公路、水利工程土坡穩(wěn)定問題半經(jīng)驗(yàn)分析階段土力學(xué)的發(fā)展簡史二十世紀(jì)，隨著土建規(guī)模的擴(kuò)大，促使人們?nèi)娴叵到y(tǒng)地對土的力學(xué)性質(zhì)作理論和實(shí)踐研究，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，世界不少國家分分成立專門土力學(xué)研究機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)研究。十八世紀(jì)二十年代，著名的土力學(xué)家太沙基的土力學(xué)專著《土力學(xué)》問世，標(biāo)誌著土力學(xué)作為一門獨(dú)立的較系統(tǒng)而完整的學(xué)科，自1936年以來，已召開了十一屆國際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會議。近四十年來，由於尖端科學(xué)、生產(chǎn)發(fā)展的需要，土力學(xué)的研究領(lǐng)域又有了明顯的擴(kuò)大土動(dòng)力學(xué)、凍土力學(xué)、海洋土力學(xué)、月球土力學(xué)同時(shí)巖石力學(xué)也已與土力學(xué)分離而單獨(dú)稱為一門學(xué)科。第二章土的物理性質(zhì)與工程分類

第一節(jié)土的形成

土的概念：在土木工程領(lǐng)域，土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物，土與巖石的區(qū)分僅在於顆粒膠結(jié)的強(qiáng)弱，所以，有時(shí)也會遇到難以區(qū)分的情況。

土的來源土根據(jù)來源可分為無機(jī)土：巖石風(fēng)化天然土土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物有機(jī)土：腐殖土，由植物完全或部分分解的堆積物具有高壓縮性、低強(qiáng)度，為不良建築物地基風(fēng)化：物理風(fēng)化：溫度應(yīng)力巖石開裂水的凍脹裂縫張開巖石開裂波浪衝擊地震風(fēng)沙礫衝擊巖石破裂化學(xué)風(fēng)化：巖石與空氣、水和各種溶液相接觸經(jīng)氧化炭化作用分解成細(xì)小的顆粒致使巖石的礦物成分發(fā)生變化水化在自然界，物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化是同時(shí)或交替進(jìn)行的，所以任何一種天然土通常既是物理風(fēng)化的產(chǎn)物，又是化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。土的種類殘積土：巖石風(fēng)化後仍然留在原地的堆積物。殘積土的厚度和風(fēng)化程度主要取決於氣候條件和暴露時(shí)間，其明顯特徵是顆粒多為角粒，且母巖種類對殘積土的性質(zhì)有顯著影響。(優(yōu)良母巖、質(zhì)地不良母巖)運(yùn)積土：經(jīng)流水、風(fēng)和冰川等動(dòng)力搬運(yùn)離開產(chǎn)地的堆積物?？煞譃楹恿鬟\(yùn)積土風(fēng)積土冰川沉積土沼澤土（腐植土）河流沉積土

水沖積形成的，上游顆粒粗，下游顆粒細(xì)，故：

上游：強(qiáng)透水，引起滲漏和滲透變形問題

下游：地基土的高壓縮性和低強(qiáng)度引起的基礎(chǔ)沉降和穩(wěn)定問題，同時(shí)要考慮滲透變形問題風(fēng)積土黃土典型特點(diǎn)：濕陷性，所謂濕陷性指黃土未浸水時(shí)，含水率低，一般10%左右，仍能維持陡壁或承受較大的建築物荷載，可一旦濕水，其膠結(jié)強(qiáng)度會迅速降低，會在自重或建築物荷載下劇烈下沉，黃土的這種性質(zhì)稱為濕陷性。冰川沉積土未經(jīng)水流搬運(yùn)，直接從冰層中擱置下來的冰磧土。其特點(diǎn)是：不成層，性質(zhì)一般不均勻，可作為土石壩的不透水材料，而化學(xué)膠結(jié)的冰磧土具有很高的密實(shí)性，常常是極好的建築物地基。冰水沖積土：由冰川融化水搬運(yùn)、堆積在冰層週邊的沖積土，具有與河流沖積土類似的性質(zhì)，是優(yōu)良的透水材料和混凝土骨料第二節(jié)土的三相組成土是由固體顆粒和顆粒之間的孔隙所組成，而孔隙中通常存在著水和空氣兩種物質(zhì)，因此，土是固體顆粒、水、空氣組成的混合物，常稱為土的三相系。根據(jù)研究組成土的三個(gè)部分固相、液相和氣相所佔(zhàn)用的比例不同對土的工程性質(zhì)有著很大的影響。固相：土粒、粒間膠結(jié)物、有機(jī)質(zhì)骨架液相：水及其溶解物氣相：空氣及其他氣體飽和土：土骨架孔隙全部被水占滿時(shí)。幹土：土骨架的孔隙僅含空氣濕土：地下水位以上，地面以下一定深度內(nèi)兼含空氣和水，屬三相系，稱為濕土。土的三相組成土力學(xué)系列講座一一、土的固相

（一）、成土礦物（二）、土粒的粒組（三）、土粒的分析方法（四）、土粒的級配成土礦物土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決於成土母巖的礦物成分風(fēng)化後的風(fēng)化作用，一般可分為兩類：原生礦物：石英、長石、雲(yún)母；巖石物理風(fēng)化生成的土粒，土粒較粗，多呈渾圓狀、塊狀或板狀，吸附水的能力較弱，性質(zhì)穩(wěn)定，無塑性次生礦物：化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，性質(zhì)與母巖完全不同，一般為粘土礦物

成土礦物砂粒一般由石英構(gòu)成，其次是長石、雲(yún)母，當(dāng)砂土中含有大量呈片狀的雲(yún)母時(shí)將

粘粒包含由次生礦物構(gòu)成的極細(xì)土粒，粘粒含量增加，土的透水性減小，可塑性和壓縮性增高。

土粒的粒組

天然土由無數(shù)大小不同的土粒組成，逐個(gè)研究它們的大小是不可能的，統(tǒng)稱是將工程性質(zhì)相近的土粒合併成一組稱為粒組

漂石粒卵石粒

礫

粒砂

粒粉

粒粘

粒膠

粒巨粒組

d>60mm粗粒組60mm～0.075mm細(xì)粒組

d<0.075mm土粒的粒組土粒的分析方法

土的性質(zhì)取決於各不同粒組的相對含量。為了確定各粒組的相對含量，必須用試驗(yàn)方法（顆分試驗(yàn)）將各粒組區(qū)分開來，最常用的顆分試驗(yàn)方法有篩分法和比重計(jì)法兩種。

篩分法：

適用於粒徑大於0.075mm的土

利用一套孔徑由大到小的篩子，將事先稱過品質(zhì)的幹試樣放入篩中，經(jīng)過充分震搖後，把留在各級篩上的土粒分別稱量，算出小於某粒徑的土粒含量，用以確定土中各粒組的土粒含量

篩分法：

適用於粒徑大於0.075mm的土比重計(jì)法：

適用於粒徑小於0.075mm的土

比重計(jì)法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小於某粒徑的土粒含量。將一定品質(zhì)土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止後，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特製的密度計(jì)，在不同時(shí)刻測懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小於該粒徑的土粒品質(zhì)，繪出級配曲線。

比重計(jì)法：

適用於粒徑小於0.075mm的土顆粒分析試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)結(jié)果可繪製在半對數(shù)紙上縱坐標(biāo)：小於某粒徑的土粒含量橫坐標(biāo)：使用對數(shù)尺度表示土的粒徑，可以把粒徑相差上千倍的粗粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對土的性質(zhì)可能有總要影響的顆粒部分清楚地表達(dá)出來

顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析試驗(yàn)曲線顆粒分析的先進(jìn)方法－鐳射顆分土粒的級配－級配的概念

土的級配指土中各粒組的相對含量，用土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù)表示

正常級配：土的顆粒大小分佈是連續(xù)的，曲線坡度是漸變的

不連續(xù)級配：土中缺乏某些粒徑的土粒，曲線出現(xiàn)水準(zhǔn)段

級配良好：粒徑分佈曲線形狀平緩，土粒大小分佈範(fàn)圍廣，土粒大小不均勻

級配不良：粒徑分佈曲線形狀較陡，土粒大小分佈範(fàn)圍窄，土粒均勻

土粒的級配－級配的概念

為了判別土粒級配是否良好，常用不均勻係數(shù)Cu和曲率係數(shù)Cc兩個(gè)指標(biāo)來描述粒徑曲線的坡度和形狀。分別為粒徑曲線縱坐標(biāo)上小於某粒徑含量60％、30％、10％時(shí)所對應(yīng)的粒徑有效粒徑控制粒徑土粒的級配－顆分曲線分析

土的粒徑範(fàn)圍窄，分佈曲線陡，d10和d60靠近，土的不均勻係數(shù)小，表示土粒均勻

土的粒徑範(fàn)圍寬，分佈曲線緩，d10和d60相距遠(yuǎn)，土的不均勻係數(shù)大，表示土粒不勻Cu大

不均勻

有細(xì)粒土填空

壓密度大

Cu小

均勻

無細(xì)粒土填空

壓密度小

土粒的級配－顆分曲線分析對於級配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但並不表明土粒級配良好，還要用Cc來衡量，Cu和Cc描述了級配曲線整體特徵，可描述土級配的好壞。Cc大Cc小臺階分佈在臺階分佈在土粒的級配－顆分曲線分析級配的好壞由土粒的均勻程度和粒徑分佈曲線的形狀去定。

規(guī)範(fàn)規(guī)定：

同時(shí)滿足，級配良好

土粒的級配－粒組頻率曲線

土粒的級配－粒組頻率曲線土的級配的連續(xù)性也可用粒組頻率曲線來反應(yīng)。若土的頻率曲線呈單峰，則土的級配是連續(xù)的，若粒組頻率曲線呈雙峰，則土的級配既有可能是連續(xù)的，也有可能是不連續(xù)的。連續(xù)與否取決於雙峰之間穀點(diǎn)對應(yīng)粒組的土粒含量。當(dāng)大於3%時(shí)，是連續(xù)的，否則是不連續(xù)的。缺乏中間粒徑的土是級配不連續(xù)的典型情況。這時(shí)，穀點(diǎn)對應(yīng)粒組的土粒含量為零。

二、土的液相

土的液相是水及各離子的溶液，其含量及性質(zhì)明顯地影響土，尤其是粘性土的性質(zhì)，如增加水準(zhǔn)，可使土地狀態(tài)由堅(jiān)硬變?yōu)榭伤?，甚至成為流?dòng)狀態(tài)的土漿。

土中水可分為下列各類：結(jié)晶水、吸著水、自由水結(jié)晶水：土粒礦物內(nèi)部的水

存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大於105℃）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。

吸著水：與土粒表面結(jié)合的水吸著水是指附著在土粒表面呈薄膜狀的水，受土粒表面引力作用而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點(diǎn)低於零度。它比普通水有較大的粘滯性，較小的能動(dòng)性和不同的密度。粘土礦物顆粒具有較強(qiáng)的與水相互作用的能力，稱之為親水性。這種親水性的土粒表面常常帶有負(fù)電荷，電荷的大小與土粒表面積大小有關(guān)。常用比表面積來表示電荷對土粒性能的影響。比表面積大電荷作用能力強(qiáng)

吸著水：強(qiáng)吸著水土粒表面的負(fù)電荷吸引著周圍極化了的水分子，靠近土粒表面的地方引力最大，土粒周圍的水分子和離子被吸引在土粒表面附近，排列十分緊密，失去常見水的某些特性，通常把靠近土顆粒表面的一層水稱為強(qiáng)吸著水。吸著水：弱吸著水土粒表面的引力隨離開土粒表面的距離增大而迅速降低，距土粒表面稍遠(yuǎn)的地方，水分子雖仍為定向排列，但不如強(qiáng)吸著水那麼緊密和嚴(yán)格，因此這層水有可能由水膜較厚處緩慢地遷移到另一土粒上去，這種運(yùn)動(dòng)與重力無關(guān)。這層水不能傳遞靜水壓力，稱之為弱吸著水。

吸著水與土的物理力學(xué)性質(zhì)土粒為弱吸著水分隔時(shí)，由於土粒相互受到土粒表面引力的作用，因而在土顆粒間表現(xiàn)一定的聯(lián)接強(qiáng)度。弱吸著水越薄，土粒間距越小，引力越高，這時(shí)聯(lián)接性就越強(qiáng)，土粒就越不易發(fā)生移動(dòng)。反之弱吸著水越厚，引力降低，聯(lián)接性間拖，就越易於移動(dòng)。弱吸著水厚度的變化，會使土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。

吸著水示意圖自由水（毛細(xì)管水、重力水）

自由水指土粒表面引力作用範(fàn)圍意外的水，與普通水一樣，受重力支配，能傳遞靜水壓力並具有融解作用。自由水－毛細(xì)管水土中孔隙細(xì)水通道自由水上升毛細(xì)管水表面張力重力毛細(xì)管水上升高度的影響因素孔隙大小和形狀

粒徑尺寸

水的表面張力毛細(xì)管水－假凝聚力毛細(xì)管壓力負(fù)孔隙水壓力可使土粒相互擠緊，可使無粘性土也象有粘聚力似得。由毛細(xì)管壓力所造成無粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力。沙坑倒塌重力水

重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水。它是土中其他類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，並對土粒起浮力作用。應(yīng)當(dāng)指出，水是土的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時(shí)，說的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力範(fàn)圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì)

三、土的氣相

與大氣相通無影響，易擠出與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）

壓力作用下可壓縮或融解

封閉氣體對土的性質(zhì)有較大影響，導(dǎo)致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展過程。土的結(jié)構(gòu)

土力學(xué)系列講座二土的結(jié)構(gòu)－概念土的結(jié)構(gòu)是指土粒相互排列及粒間聯(lián)結(jié)能力，土的結(jié)構(gòu)是在成土過程中逐漸形成的，它與礦物成份、顆粒形狀、沉積條件相關(guān)。

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用外力內(nèi)力土顆粒平衡荷載重力場化學(xué)鍵分子鍵

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用在組成土的顆粒中，大多數(shù)粘土顆粒是呈片狀或針狀的，有非常大的比表面積，在一定條件下粒間作用力與其重力相比將佔(zhàn)優(yōu)勢，從而影響到細(xì)粒土在沉積過程中的組構(gòu)和性狀。

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用範(fàn)得華力轉(zhuǎn)動(dòng)相吸短程力

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用在兩個(gè)土粒相互靠近時(shí)，使顆粒表面吸著水層相互搭接，吸著水層中的陽離子不足以平衡土粒上的淨(jìng)負(fù)電荷就發(fā)生粒間斥力。其大小取決於溶液的性質(zhì)，並隨粒間間距的指數(shù)函數(shù)遞減。

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用當(dāng)溶液中陽離子濃度高（吸著水?。r(shí)，只有在粒間間距較小時(shí)，才會產(chǎn)生粒間斥力。當(dāng)溶液中陽離子濃度低（吸著水厚）時(shí)，則較大的粒間間距就產(chǎn)生了粒間斥力，而且相同粒間間距斥力也較大。

土的結(jié)構(gòu)－土粒間的相互作用粒間間距較小時(shí)，不管溶液中的陽離子濃度如何，粒間力總是淨(jìng)引力。隨著粒間間距的增加，溶液中的陽離子濃度高時(shí)，粒間力還是淨(jìng)引力；當(dāng)陽離子濃度低時(shí)，粒間力就成為淨(jìng)斥力。土的結(jié)構(gòu)－類型單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)

單粒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸，隨著它的形成條件的不同，可形成密實(shí)的或者疏鬆的狀態(tài)。

單粒結(jié)構(gòu)－疏鬆狀態(tài)疏鬆狀態(tài)：在荷載作用下，特別是在震動(dòng)荷載作用下會使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實(shí)，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形

單粒結(jié)構(gòu)－密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)：比較穩(wěn)定，力學(xué)性質(zhì)好，粗砂土如砂土、礫石等土類的結(jié)構(gòu)特徵

蜂窩結(jié)構(gòu)土粒下沉過程中，接觸點(diǎn)引力大於下沉土粒重量形成鏈環(huán)狀單元，很多這樣的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來，便形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)常在粉土、粘土類中遇到

絮狀結(jié)構(gòu)

微小的粘粒，重量極輕，靠其自重在水中下沉，極為緩慢，土粒表面常帶有同號電荷，因而懸浮在水中作分子熱運(yùn)動(dòng)，不能相互碰撞結(jié)成粒團(tuán)下沉。在懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土表面的弱吸著水厚度減薄，運(yùn)動(dòng)著的粘粒相互聚合，以面對邊或者面對角的接觸，並凝結(jié)成絮狀物下沉。

絮狀結(jié)構(gòu)－特點(diǎn)孔隙很大，強(qiáng)度低、壓縮性高、對擾動(dòng)比較敏感，土粒間的聯(lián)接強(qiáng)度會由於壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強(qiáng)。絮狀結(jié)構(gòu)－特點(diǎn)粒團(tuán)任意排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒任意排列

土體完全各向同性

粒團(tuán)任意排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒定向排列

土體主體各向同性

絮狀結(jié)構(gòu)－特點(diǎn)粒團(tuán)定向排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒任意排列

土體主體各向異性

粒團(tuán)定向排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒定向排列

土體完全各向異性

土的物理性質(zhì)指標(biāo)

概念所謂土的物理性質(zhì)就是表示土中三相比例關(guān)係的一些物理量。土的物理性質(zhì)指標(biāo)不僅可以描述土的物理性質(zhì)和它所處的狀態(tài)，而且在一定程度上反映了土的力學(xué)性質(zhì)。

土的物理性質(zhì)指標(biāo)的分類一類是必須通過試驗(yàn)測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo)；一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)

土的三相圖為便於說明這些物理性質(zhì)指標(biāo)的定義和它們的換算關(guān)係，常用三相圖表示土體內(nèi)三相的相對含量。

試驗(yàn)直接測定的物理性質(zhì)指標(biāo)

～土的密度ρ和容重γ密度單位體積土的品質(zhì)，用ρ表示定義：單位：Mg/m3或g/cm3運(yùn)算式：容重定義：單位體積土的重量，用γ表示單位：KN/m3運(yùn)算式：土的密度ρ和容重γ測定方法：環(huán)刀法土的比重Gs定義：土的品質(zhì)（或重量）與同體積4℃時(shí)純水的品質(zhì)之比（無因次）運(yùn)算式：土的比重Gs測定方法：比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的品質(zhì)m1。然後把烘乾土若干克(ms)裝入空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加水加土的品質(zhì)m2，按下式計(jì)算土粒比重土的比重Gs土的含水率

含水率：土中水的品質(zhì)與土粒品質(zhì)之比，以百分?jǐn)?shù)表示

運(yùn)算式：

土的含水率測定方法：烘乾法。先稱出天然濕土的品質(zhì)，然後放在烘箱裏，在100～105℃下烘乾，稱幹土的品質(zhì)。

間接換算的物理性質(zhì)指標(biāo)

~土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示運(yùn)算式：

土中孔隙率n定義：土中的孔隙的體積與土的總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示運(yùn)算式：

土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示運(yùn)算式：

幹密度ρd幹容重γd

定義：單位體積內(nèi)土粒的品質(zhì)或重量運(yùn)算式：

幹密度ρd幹容重γd土烘乾，體積要減小，因而土的幹密度不等於烘乾土的密度。土的幹密度或幹容重是評價(jià)土密實(shí)程度的指標(biāo)，幹密度或幹容重越大表明土越密實(shí)，反之越疏鬆。常用它來控制填土工程的施工品質(zhì)。

飽和密度ρsat與飽和容重γsat

定義：土中孔隙完全被水充滿，土處於飽和狀態(tài)時(shí)單位體積土的品質(zhì)或重量運(yùn)算式：

浮密度

與浮容重

定義：單位體積內(nèi)土粒品質(zhì)與同體積水質(zhì)量之差運(yùn)算式：

各種密度之間的比較物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算

常用的物理性質(zhì)指標(biāo)共有9個(gè)，一般說，已知其中任意3個(gè)，通過換算，可以求其餘6個(gè)。

孔隙比與孔隙率的關(guān)係

幹密度與濕密度和含水率的關(guān)係

孔隙比與比重和幹密度的關(guān)係

飽和度與含水率、比重和孔隙比的關(guān)係

當(dāng)土飽和時(shí)，即為Sr=100％則

飽和含水率浮密度與比重和孔隙比的關(guān)係

無粘性土的相對密實(shí)度和

粘性土的稠度及土的壓實(shí)性*土力學(xué)講座系列四*無粘性土的相對密實(shí)度

對無粘性土來說，土體的松密程度對土的工程性質(zhì)影響很大。土的密實(shí)程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好；土的密實(shí)程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差。描述土的鬆緊程度的指標(biāo)有幹密度和孔隙比，密實(shí)度在一定程度上可用其孔隙比來反映*土力學(xué)講座系列四*無粘性土的相對密實(shí)度無粘性土的孔隙比的範(fàn)圍受土粒的大小、形狀和級配的影響很大。因此即便兩種無粘性土具有同樣的孔隙比也未必表明他們處於同樣的狀態(tài)。在工程上一般用相對密實(shí)度Dr來衡量無粘性土的鬆緊程度。它是用無粘性土自身最松和最密兩種極限狀態(tài)作為判別的基準(zhǔn)。*土力學(xué)講座系列四*相對密實(shí)度Dr定義（理論運(yùn)算式）定義（實(shí)用運(yùn)算式）emax無粘性土處於最松狀態(tài)時(shí)的孔隙比，可由其最小幹密度換算

emin無粘性土處於最密狀態(tài)時(shí)的孔隙比，可由其最大幹密度換算e0無粘性土的天然孔隙比或填築孔隙比ρdmax無粘性土的最大幹密度ρdmin無粘性土的最小幹密度

ρd無粘性土的天然幹密度或填築幹密度*土力學(xué)講座系列四*相對密實(shí)度Dr無粘性土處於最密實(shí)的狀態(tài)

無粘性土處於最緊密的狀態(tài)

在工程上，用相對密實(shí)度劃分無粘性土狀態(tài)如下：

疏鬆中密密實(shí)*土力學(xué)講座系列四*粘性土的稠度

定義：指粘性土在某一含水率下對外界引起的變形或破壞的抵抗能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。*土力學(xué)講座系列四*粘性土的稠度*土力學(xué)講座系列四*粘性土的稠度流動(dòng)狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能保持其形態(tài)，極易流動(dòng)

外力作用可改變其形狀，而不改變其體積，並在外力卸除後仍能保持已獲得的形狀水分蒸發(fā)，上覆沉積層厚度增加，含水率減小，體積收縮含水率減小,喪失可塑性，在外力作用下，易於發(fā)生破裂體積不再收縮，空氣進(jìn)入土體，土的顏色變淡

*土力學(xué)講座系列四*粘性土的稠度粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，稠度界限（阿太堡）Atterberg界限定義：*土力學(xué)講座系列四*粘性土的稠度液限流動(dòng)狀態(tài)與可塑狀態(tài)的界限含水率，可塑狀態(tài)的上限含水率

塑限可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水率，可塑狀態(tài)的下限含水率

縮限半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)的界限含水率，即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變的含水率。

*土力學(xué)講座系列四*粘性土的稠度粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)是逐漸過渡的，並無明確的界限。目前工程上只是根據(jù)某些通用的試驗(yàn)方法測定這些界限含水率。*土力學(xué)講座系列四*塑限測定方法：搓滾法和液塑限聯(lián)合測定法*土力學(xué)講座系列四*塑限測定方法：搓滾法：調(diào)製均勻的濕圖樣，在毛玻璃上搓滾成3毫米直徑的土條，若這個(gè)時(shí)刻恰好出現(xiàn)裂縫，就把土條的含水率定為塑限液塑限聯(lián)合測定法：取代表性試樣，加入不同數(shù)量的純水，調(diào)製成三種不同稠度的試樣，用電磁落錐測定圓錐在自重作用下經(jīng)5秒後沉入試樣的深度。以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐入土深度為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)紙上繪製關(guān)係曲線。入土深度2毫米所對應(yīng)的含水率為塑限。*土力學(xué)講座系列四*液限測定方法：液塑限聯(lián)合測定法：

《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）規(guī)定入土深度恰好為17毫米所對應(yīng)的含水率為17毫米液限，入土深度恰好為10毫米所對應(yīng)的含水率為10毫米液限。液塑限聯(lián)合測定法和碟式儀法

*土力學(xué)講座系列四*液限測定方法：*土力學(xué)講座系列四*液限測定方法：*土力學(xué)講座系列四*縮限測定方法：收縮皿法

把土料的含水率調(diào)製到大於土的液限，然後將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘乾，測出幹土樣的體積並稱量至0.1克，按下式計(jì)算

*土力學(xué)講座系列四*塑性指數(shù)

液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號）成為塑性指數(shù)塑性指數(shù)表示處於可塑狀態(tài)時(shí)土的含水率可變化幅度。塑性指數(shù)越大，可塑狀態(tài)含水率變化範(fàn)圍也大。塑性指數(shù)是反映粘性土性質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)。一般地，塑性指數(shù)越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地分類指標(biāo)

*土力學(xué)講座系列四*液性指數(shù)

粘性土即使具有相同的含水率，也未必處於同樣的狀態(tài)，與無粘性土的相對密實(shí)度相似，粘性土的狀態(tài)用液性指數(shù)來判別。液性指數(shù)表徵了土的天然含水率與界限含水率之間的相對關(guān)係，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。*土力學(xué)講座系列四*判定土處於堅(jiān)硬狀態(tài)

土處於可塑狀態(tài)

土處於流動(dòng)狀態(tài)

*土力學(xué)講座系列四*注意由於液限和塑限目前都是用擾動(dòng)土測定的，土的結(jié)構(gòu)已徹底破壞，而天然土一般在自重作用已有很長的歷史，它獲得了一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以至於土的天然含水率大於它的液限也未必一定會發(fā)生流動(dòng)。含水率大於液限只是意味著：若土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，它將轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿酀{。*土力學(xué)講座系列四*土的壓實(shí)性

人們很早就用土作為建築材料，而且知道要把松土擊實(shí)。西元前200多年，我國秦朝修築馳實(shí)（行車大道），就有用“鐵錐築土堅(jiān)實(shí)”的記載，說明那時(shí)人們已經(jīng)認(rèn)識到土的密度和土的工程特性有關(guān)。*土力學(xué)講座系列四*土的壓實(shí)性

土的壓實(shí)性指在一定的含水率下，以人工或機(jī)械的方法，使土體能夠壓實(shí)到某種密實(shí)程度的性質(zhì)。土工建築物，如土壩、土堤及道路填方是用土作為建築材料填築而成，為了保證填土有足夠的強(qiáng)度，較小的壓縮性和透水性。在施工中常常需要壓密填料，以提高土的密實(shí)度和均勻性。填土的密實(shí)度常以其幹密度來表示。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究土的密實(shí)性是通過擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行的。*土力學(xué)講座系列四*擊實(shí)試驗(yàn)

輕型：粒徑小於5毫米重型：粒徑小於40毫米25下，分三層擊實(shí)56下，分5層擊實(shí)*土力學(xué)講座系列四*擊實(shí)儀*土力學(xué)講座系列四*影響土的壓實(shí)性的因素含水率的影響對同一種土料，分別在不同的含水率下，用同一擊數(shù)將他們分層擊實(shí)，測定土樣的含水率和密度，然後以含水率為橫坐標(biāo)，幹密度為縱坐標(biāo)，繪製擊實(shí)曲線。從圖中可以看出，當(dāng)含水率較小時(shí)，土的幹密度隨著含水率的增加而增大，而當(dāng)幹密度增加到某一值後，含水率繼續(xù)增加反而使幹密度減小。幹密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大幹密度，此時(shí)對應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。*土力學(xué)講座系列四*影響土的壓實(shí)性的因素?fù)魧?shí)功能的影響實(shí)驗(yàn)室中的擊實(shí)功能是用擊數(shù)來反映的，對同一種土，壓實(shí)功能小，則能達(dá)到的最大幹密度也小，最優(yōu)含水率大；壓實(shí)功能大，則能達(dá)到的最大幹密度也大，最優(yōu)含水率小用同一種土料在不同含水率下分別用不同的擊數(shù)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，就能得到一組隨擊數(shù)而異的含水率與幹密度關(guān)係曲線。*土力學(xué)講座系列四*影響土的壓實(shí)性的因素1、土料的最大幹密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。最大幹密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大，最優(yōu)含水率則逐漸減小。但是這種增大或減小的速率是遞減的，因而光靠增加擊實(shí)功能來提高土的幹密度是有一定限度的。2、含水率較低時(shí)擊數(shù)的影響顯著。當(dāng)含水率較高時(shí)，含水率與幹密度的關(guān)係曲線趨近於飽和線，也就是說，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的。填料的含水率過高和過低都是不利的，過高惡化土體的力學(xué)性質(zhì)，過低則填土遇水後容易引起濕陷。*土力學(xué)講座系列四*影響土的壓實(shí)性的因素土類和級配的影響同樣的含水率情況下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指數(shù)越大，越難於壓實(shí)對於無粘性土，含水率對壓實(shí)性的影響沒有像粘性土那麼敏感，其擊實(shí)曲線與粘性土是不同的，在含水率較大時(shí)得到較高的幹密度。因此在無粘性土的實(shí)際填築中，同時(shí)需要不斷灑水使其在較高含水率下壓實(shí)。無粘性土的填築標(biāo)準(zhǔn)，通常是用相對密實(shí)度來控制的，一般不進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)級配良好的土易於壓實(shí)，反之則不易壓實(shí)*土力學(xué)講座系列四*影響土的壓實(shí)性的因素粗粒含量的影響由於擊實(shí)儀尺寸的限制，實(shí)際試驗(yàn)中可能剔除超出粒徑的部分，然後進(jìn)行試驗(yàn)。這樣測得的最大幹密度和最有含水率與實(shí)際土料在相同擊實(shí)功能下的最大幹密度和最有含水率不同。對於輕型擊實(shí)試驗(yàn)，可按下式修正*土力學(xué)講座系列四*土的工程分類

土力學(xué)講座系列五土的工程分類

對天然形成的土來說其成份、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)千變?nèi)f化，其工程性質(zhì)也千差萬別。為了能大致判別土的工程特性和評價(jià)土作為地基或建築材料的適宜性，有必要對土進(jìn)行科學(xué)的分類。分類體系的建立是將工程性質(zhì)相近的土歸為一類，以便對土作出合理的評價(jià)和選擇恰當(dāng)?shù)姆椒▽ν恋奶匦赃M(jìn)行研究。為了能通用，這種分類體系應(yīng)當(dāng)是簡明的，而且盡可能直接與土的工程性質(zhì)相聯(lián)系。土的工程分類我國的分類方法至今尚未統(tǒng)一，不同的部門根據(jù)各自行業(yè)特點(diǎn)建立了各自的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般對粗粒土主要按顆粒組成進(jìn)行分類，粘性土則按塑性指數(shù)分類。目前國內(nèi)應(yīng)用於對土進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程（規(guī)範(fàn)）主要有以下幾種：（1）建設(shè)部《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）（2）建設(shè)部《建築地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》（GBJ7-89）（3）交通部《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051-93）（4）水利部《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》

該分類體系與一些歐、美國家的土分類體系在原則上沒有大的差別，只是在某些細(xì)節(jié)上作了一些變動(dòng)。土的總分類體系如下表。

《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》需要掌握的英文單詞：漂石：boulder礫石：gravel卵石：cobble粉土：mealy粘土：clay細(xì)粒土：fine-grained級配良好：well-graded級配不良：

poorly-graded《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》巨粒土和含巨粒土的分類

《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》粗粒土的分類《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》細(xì)粒土的分類

《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》《建築地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》

中的地基土分類

碎石土的分類

《建築地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》

中的地基土分類砂土的分類

《建築地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》

中的地基土分類粉土

若土的塑性指數(shù)小於或等於10，粒徑大於0.075的顆粒含量超過總量的50％，則該土屬於粉土

《建築地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》

中的地基土分類粘性土的分類

土的滲透性

土力學(xué)講座系列六一概述土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)。當(dāng)土作為建築物的地基和直接用作建築材料時(shí)，水就會在水位差的作用下，從水位較高的一側(cè)透過土的孔隙流向水位較低的一側(cè)。關(guān)於防滲牆防滲牆射水法施工防滲牆滲透的定義及土的滲透性水透過土體孔隙的現(xiàn)象成為滲透土具有被水透過的性能稱為土的滲透性水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建築物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時(shí)還會釀成破壞事故。土的滲透性的強(qiáng)弱，對土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響水的問題水的問題指在工程中由於水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會由於滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問題；另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開採引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也就是說，說自身的量（湧水量，滲水量）、質(zhì)（水質(zhì)）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問題。土的問題土的問題是指由於水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建築物或地基地穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的影響，在坡面、擋土牆等結(jié)構(gòu)物中常常會由於水的滲透而造成內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化而失穩(wěn)；土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會由於管湧逐漸改變地基土內(nèi)的結(jié)構(gòu)而釀成破壞事故；非飽和的坡面會由於水分的滲透而造成土的強(qiáng)度的降低而引起滑坡。由於滲透而引起的代表性例子就是地下水開採造成的地面下沉問題。二Darcy滲透定律由於土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大，流速緩慢層流水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲徑長度成反比

Darcy滲透定律v滲透速度（cm/s或m/s）q滲流量（cm3/s後m3/s）i水力梯度，沿滲流方向單位距離的水頭損失，無因此h試樣兩端的水位差，即水頭損失L滲徑長度k滲透係數(shù)（cm/s或m/s,m/d）A試樣截面積（cm2或者m2）流速與水力梯度的關(guān)係－砂土砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)係，符合達(dá)西滲透定律。流速與水力梯度的關(guān)係－粘土對於密實(shí)的粘土，由於吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當(dāng)水力梯度達(dá)到某一數(shù)值後，克服了吸著水的粘滯阻力以後，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始發(fā)生滲透時(shí)的水力梯度成為粘性土的起始水力梯度ib粘性土不但存在起始水力梯度，而且當(dāng)水力梯度超過起始水力梯度後，滲透速度與水力梯度的規(guī)律還偏離達(dá)西滲透定律而呈非線性關(guān)係。為方便，用虛直線來描述密實(shí)粘土地滲透速度與水力梯度的關(guān)係，用以下形式表示。流速與水力梯度的關(guān)係－粘土流速與水力梯度的關(guān)係－礫土在粗粒土中（礫、卵石等），只有在小的水力梯度下，滲透速度與水力梯度才呈非線性關(guān)係，而在較大的水力梯度下，水在土中流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力梯度呈非線性關(guān)係，此時(shí)達(dá)西定律同樣不能適用

注意按照達(dá)西定律求出的滲透速度是一種假想的平均流速，它假定水在土中的滲透是通過土體截面來進(jìn)行的。實(shí)際上，水在土體中的實(shí)際流速要比用達(dá)西定律求出的流速要大得多。，他們之間的關(guān)係為Darcy滲透定律的適用條件太沙基通過大量試驗(yàn)證明從砂土到粘土達(dá)西滲透定律在很大的範(fàn)圍內(nèi)都能適用，其適用範(fàn)圍是由雷諾係數(shù)來決定的，也就是說只有當(dāng)滲流為層流的時(shí)候才能適用。根據(jù)水的密度ρ，流速v，水的粘滯係數(shù)η，土粒粒子平均粒徑d，可以算出雷諾數(shù)ReDarcy滲透定律的適用條件從層流轉(zhuǎn)換為紊流時(shí)的Re數(shù)一般為0.1~7.5的範(fàn)圍，而一般認(rèn)為在土的孔隙內(nèi)水流只要雷諾數(shù)<1.0，達(dá)西定律就可以滿足。因此達(dá)西定律的適用界限可以考慮為Darcy滲透定律的適用條件如果考慮水的密度ρ＝1.0（g/cm3）水溫10℃時(shí)水的粘滯係數(shù)η＝0.0131(g/sec·cm)，而一般的流速可以考慮v＝0.25（cm/sec）可以算出滿足達(dá)西定律的土的平均粒徑d

對於比粗砂更細(xì)的土來說，達(dá)西滲透定律一般是適用的，而對於粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。三滲透係數(shù)的測定滲透係數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。滲透係數(shù)的測定可以分為現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)兩大類。一般，現(xiàn)場試驗(yàn)比室內(nèi)試驗(yàn)得到的結(jié)果要準(zhǔn)確可靠。因此，對於重要工程常需進(jìn)行現(xiàn)場測定。室內(nèi)測定土地滲透係數(shù)的儀器和方法很多，但就其原理來講，可分為常水頭試驗(yàn)和變水頭試驗(yàn)兩種，前者適用於透水性強(qiáng)的無粘性土，後者適用於透水性弱的粘性土。常水頭法常水頭法就是在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭保持不變，試驗(yàn)裝置如圖用量筒和碼錶測出某一時(shí)刻t內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，即可求出流過土體的流量，再根據(jù)達(dá)西定律求解k變水頭法粘性土，滲透係數(shù)小，流經(jīng)水量少變水頭法在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭是隨著時(shí)間而變化的，試驗(yàn)裝置如圖，試樣的一端與細(xì)玻璃管相接，在試驗(yàn)過程中測出某一時(shí)段內(nèi)細(xì)玻璃管中水位的變化，就可根據(jù)達(dá)西定律求出水的滲透係數(shù)。變水頭法設(shè)玻璃管的內(nèi)截面積為a，試驗(yàn)開始以後任一時(shí)刻t的水位差為h，經(jīng)時(shí)段dt，細(xì)玻璃管中水位下落dh，則在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量變水頭法土的滲透係數(shù)參考值土類滲透係數(shù)k(cm/s)滲透性純礫>10-1高滲透性純礫與礫混合物10-3~10-1中滲透性極細(xì)砂10-5~10-3低滲透性粉土、砂與粘土混合物10-7~10-5極低滲透性粘土<10-7幾乎不透水

影響滲透係數(shù)的因素很多，諸如土的種類、級配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準(zhǔn)確地測定土的滲透係數(shù)，必須盡力保持土的原始狀態(tài)並消除人為因素的影響成層土的滲透係數(shù)天然沉積土往往由滲透性不同的土層組成。對於與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當(dāng)各層的滲透係數(shù)和厚度已知時(shí)，我們可以求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均滲透係數(shù)，作為進(jìn)行滲透計(jì)算的依據(jù)。與層面平行的情況達(dá)西定律與層面垂直的情況與層面垂直的情況水流連續(xù)原理達(dá)西定律任一土層流量整個(gè)土層的水頭損失結(jié)論對於成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性相差懸殊時(shí)與層向平行的平均滲透係數(shù)將取決於最透水土層的厚度和滲透性與層向垂直的平均滲透係數(shù)將取決於最不透水土層的厚度和滲透性二向滲流和流網(wǎng)特徵一、穩(wěn)定滲流場中的拉普拉斯方程單位時(shí)間內(nèi)流入單元體的總水量必等於流出的總水量流網(wǎng)及其特徵滲流場中任一點(diǎn)的水頭是其座標(biāo)的函數(shù)，因此求解滲流問題的第一步就是先確定滲流場中各點(diǎn)的水頭，亦即求解滲流基本微分方程滿足拉普拉斯方程的將是兩組彼此正交的曲線，一組稱為等勢線（各點(diǎn)水頭相等），另一組稱為流線（表示滲流的方向），等勢線和流線交織在一起形成的網(wǎng)格叫流網(wǎng)只有滿足邊界條件的那一種流線和等勢線的組合形式才是拉普拉斯方程的正確解答流網(wǎng)及其特徵求解方法解析法數(shù)值法電擬法比較精確，但只有在邊界條件簡單的情況下才能求解有限差分法（FDM）有限單元法（FEM）電網(wǎng)絡(luò)模擬邊界條件比較複雜的滲流典型流網(wǎng)分析接近壩底，流線密集，水力梯度大，滲透速度大遠(yuǎn)離壩底，流線稀疏，水力梯度小，滲透速度小流網(wǎng)特徵流線與等勢線彼此正交每個(gè)網(wǎng)格的長度比為常數(shù)，為了方便常取1，這時(shí)的網(wǎng)格就成為正方形或曲邊正方形相鄰等勢線間的水頭損失相等各流槽的滲流量相等滲流力及滲透穩(wěn)定滲流土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化土體的局部穩(wěn)定問題土體的整體穩(wěn)定問題管湧、流土等水庫塌岸岸坡、土壩在水位降落時(shí)引起的滑動(dòng)滲流力的概念水在土中流動(dòng)能量消耗力圖拖曳土粒水頭損失滲透水流施於單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力稱為滲流力滲透力、動(dòng)水壓力滲流力的概念流土、浮沖、砂沸滲流力存在abcdUw1Uw2FsWw滲流力的概念滲流力的概念滲流力的概念滲流力的概念1點(diǎn)，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利2點(diǎn)，3點(diǎn)，滲流力與重力方向正交，對穩(wěn)定不利3點(diǎn)，滲流力與重力方向相反，對穩(wěn)定特別不利滲透變形的形式按照滲透水流引起的局部破壞特徵，滲透變形可分為流土和管湧兩種基本形式流土是指在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流逸出處。基坑或管道開挖時(shí)所出現(xiàn)的流砂現(xiàn)象是流土的一種常見形式流土流土管湧管湧指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動(dòng)並被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。管湧管湧管湧管湧的治理反濾倒?jié)B管湧的治理反濾圍井管湧的治理蓄水反壓整體破壞－水庫塌岸按滲透變形劃分土的類型管湧土非管湧土在很大的水力梯度下也不會發(fā)生管湧在不大的水力梯度下就可以發(fā)生管湧流土型管湧型管湧土的劃分管湧土發(fā)展性管湧土非發(fā)展性管湧土管湧型土過渡型土流土型土非管湧土土土的類型與滲透變形型式粘性土無粘性土過渡型土只有流土而無管湧與土的顆粒組成、級配和密度等因素有關(guān)與密度有關(guān)，大密度流土，小密度管湧土的臨界水力梯度抗?jié)B強(qiáng)度：土體抵抗?jié)B透破壞的能力，通常以瀕臨滲透破壞時(shí)的水力梯度表示，一般稱為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度流土型土的臨界水力梯度逸出處單位土體臨界水力梯度流土型土的臨界水力梯度

流土的臨界水力梯度決定於土的物理性質(zhì)，當(dāng)土的比重和孔隙率已知時(shí)，則土的臨界水力梯度是一定值，一般在0.8~1.2之間

根據(jù)豎向滲流不考慮周圍土體的約束作用情況下推得的，因此，按此式求得臨界水力梯度偏小，一般比試驗(yàn)值要小15％～20％粘性土的臨界水力梯度粘性土由於粒間粘結(jié)力的存在，其臨界水力梯度較大。粘性土與無粘性土的流土破壞機(jī)理不同，後者是由於滲流力的作用，前者則還與土體表面的水化崩解作用（水穩(wěn)性）以及滲流出口臨空面的孔徑有關(guān)。水科院建議對粘性土逸出梯度與滲透穩(wěn)定流土一般發(fā)生在滲流逸出處。因此只要求出滲流逸出處的水力梯度，就可判別流土的可能性。土處於穩(wěn)定狀態(tài)土處於臨界狀態(tài)土處於流土狀態(tài)逸出梯度與滲透穩(wěn)定滲透逸出的水力梯度實(shí)際上是不可求出的，通常是把滲流逸出處的流網(wǎng)網(wǎng)格的平均水力梯度作為逸出梯度。在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證建築物的安全，通常要求將逸出梯度限制在容許梯度之內(nèi)管湧型土的臨界水力梯度管湧是單個(gè)土粒在土體中移動(dòng)和帶出，水科院提出的管湧土臨界水力梯度的計(jì)算公式為根據(jù)滲流場中單個(gè)土粒收到的滲流力、浮力以及自重作用時(shí)的極限平衡條件，並結(jié)合試驗(yàn)資料分析而得到管湧土的臨界水力梯度流速與水力梯度的關(guān)系臨界水力梯度與不均勻係數(shù)的關(guān)係土的不均勻係數(shù)越大，臨界水力梯度越小。結(jié)論不是絕對的臨界水力梯度與細(xì)料含量的關(guān)係滲透變形特性主要取決於細(xì)料的含量，或者說取決於細(xì)料填充粗料孔隙的程度。臨界水力梯度與滲透係數(shù)的關(guān)係無粘性土的滲透性與滲透變形特性有著直接的關(guān)係，對於不均勻土，如果透水性強(qiáng)，抵抗?jié)B透變形的能力就差，如果透水性弱，抵抗?jié)B透變形的能力就強(qiáng)防止?jié)B透變形的方法減小水力梯度（降水頭，增加滲徑）

水準(zhǔn)防滲在滲流逸出處加蓋壓重或設(shè)置反濾層垂直防滲飽和土體中的孔隙水應(yīng)力孔隙水應(yīng)力：飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常用u表示?？紫端畱?yīng)力的特性與通常的靜水壓力一樣，方向始終垂直於作用面，任一點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力在各個(gè)方向是相等的。飽和土體中的有效應(yīng)力有效應(yīng)力：通過粒間接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，只有有效應(yīng)力才能使得土體產(chǎn)生壓縮（或固結(jié)）和強(qiáng)度。把研究平面內(nèi)所有粒間接觸面上接觸力的法向分力之和除以所研究平面的總面積所得的平均應(yīng)力來定義有效應(yīng)力飽和土體中的有效應(yīng)力太沙基有效應(yīng)力原理對飽和土體內(nèi)某一研究平面有效應(yīng)力原理當(dāng)總應(yīng)力保持不變時(shí)，孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力可以相互轉(zhuǎn)化，即孔隙水應(yīng)力減?。ㄔ龃螅┑褥队行?yīng)力的等量增加（減小）非常重要??！靜水條件下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力穩(wěn)定滲流作用下

水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力向下滲流穩(wěn)定滲流作用下

水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力向上滲流流土臨界條件當(dāng)a-a平面上的孔隙水應(yīng)力增加到與總應(yīng)力相等，即有效應(yīng)力降為零，有上式為流土的臨界條件，所以可以認(rèn)為流土的臨界條件為那裏的有效應(yīng)力等於零根據(jù)流網(wǎng)確定孔隙水應(yīng)力超孔隙水壓力由滲流或荷載引起的超過靜水位的孔隙水壓力稱為超孔隙水壓力對於穩(wěn)定滲流，由於水頭是常數(shù)，因而起超孔隙水壓力將不隨時(shí)間變化對於荷載引起的超孔隙水壓力，將隨時(shí)間而變化，其變化規(guī)律仍然服從有效應(yīng)力原理。土的滲透性

土力學(xué)講座系列六一概述土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)。當(dāng)土作為建築物的地基和直接用作建築材料時(shí)，水就會在水位差的作用下，從水位較高的一側(cè)透過土的孔隙流向水位較低的一側(cè)。關(guān)於防滲牆防滲牆射水法施工防滲牆滲透的定義及土的滲透性水透過土體孔隙的現(xiàn)象成為滲透土具有被水透過的性能稱為土的滲透性水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建築物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時(shí)還會釀成破壞事故。土的滲透性的強(qiáng)弱，對土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響水的問題水的問題指在工程中由於水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會由於滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問題；另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開採引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也就是說，說自身的量（湧水量，滲水量）、質(zhì)（水質(zhì)）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問題。土的問題土的問題是指由於水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建築物或地基地穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的影響，在坡面、擋土牆等結(jié)構(gòu)物中常常會由於水的滲透而造成內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化而失穩(wěn)；土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會由於管湧逐漸改變地基土內(nèi)的結(jié)構(gòu)而釀成破壞事故；非飽和的坡面會由於水分的滲透而造成土的強(qiáng)度的降低而引起滑坡。由於滲透而引起的代表性例子就是地下水開採造成的地面下沉問題。二Darcy滲透定律由於土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大，流速緩慢層流水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲徑長度成反比

Darcy滲透定律v滲透速度（cm/s或m/s）q滲流量（cm3/s後m3/s）i水力梯度，沿滲流方向單位距離的水頭損失，無因此h試樣兩端的水位差，即水頭損失L滲徑長度k滲透係數(shù)（cm/s或m/s,m/d）A試樣截面積（cm2或者m2）流速與水力梯度的關(guān)係－砂土砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)係，符合達(dá)西滲透定律。流速與水力梯度的關(guān)係－粘土對於密實(shí)的粘土，由於吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當(dāng)水力梯度達(dá)到某一數(shù)值後，克服了吸著水的粘滯阻力以後，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始發(fā)生滲透時(shí)的水力梯度成為粘性土的起始水力梯度ib粘性土不但存在起始水力梯度，而且當(dāng)水力梯度超過起始水力梯度後，滲透速度與水力梯度的規(guī)律還偏離達(dá)西滲透定律而呈非線性關(guān)係。為方便，用虛直線來描述密實(shí)粘土地滲透速度與水力梯度的關(guān)係，用以下形式表示。流速與水力梯度的關(guān)係－粘土流速與水力梯度的關(guān)係－礫土在粗粒土中（礫、卵石等），只有在小的水力梯度下，滲透速度與水力梯度才呈非線性關(guān)係，而在較大的水力梯度下，水在土中流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力梯度呈非線性關(guān)係，此時(shí)達(dá)西定律同樣不能適用

注意按照達(dá)西定律求出的滲透速度是一種假想的平均流速，它假定水在土中的滲透是通過土體截面來進(jìn)行的。實(shí)際上，水在土體中的實(shí)際流速要比用達(dá)西定律求出的流速要大得多。，他們之間的關(guān)係為Darcy滲透定律的適用條件太沙基通過大量試驗(yàn)證明從砂土到粘土達(dá)西滲透定律在很大的範(fàn)圍內(nèi)都能適用，其適用範(fàn)圍是由雷諾係數(shù)來決定的，也就是說只有當(dāng)滲流為層流的時(shí)候才能適用。根據(jù)水的密度ρ，流速v，水的粘滯係數(shù)η，土粒粒子平均粒徑d，可以算出雷諾數(shù)ReDarcy滲透定律的適用條件從層流轉(zhuǎn)換為紊流時(shí)的Re數(shù)一般為0.1~7.5的範(fàn)圍，而一般認(rèn)為在土的孔隙內(nèi)水流只要雷諾數(shù)<1.0，達(dá)西定律就可以滿足。因此達(dá)西定律的適用界限可以考慮為Darcy滲透定律的適用條件如果考慮水的密度ρ＝1.0（g/cm3）水溫10℃時(shí)水的粘滯係數(shù)η＝0.0131(g/sec·cm)，而一般的流速可以考慮v＝0.25（cm/sec）可以算出滿足達(dá)西定律的土的平均粒徑d

對於比粗砂更細(xì)的土來說，達(dá)西滲透定律一般是適用的，而對於粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。三滲透係數(shù)的測定滲透係數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。滲透係數(shù)的測定可以分為現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)兩大類。一般，現(xiàn)場試驗(yàn)比室內(nèi)試驗(yàn)得到的結(jié)果要準(zhǔn)確可靠。因此，對於重要工程常需進(jìn)行現(xiàn)場測定。室內(nèi)測定土地滲透係數(shù)的儀器和方法很多，但就其原理來講，可分為常水頭試驗(yàn)和變水頭試驗(yàn)兩種，前者適用於透水性強(qiáng)的無粘性土，後者適用於透水性弱的粘性土。常水頭法常水頭法就是在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭保持不變，試驗(yàn)裝置如圖用量筒和碼錶測出某一時(shí)刻t內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，即可求出流過土體的流量，再根據(jù)達(dá)西定律求解k變水頭法粘性土，滲透係數(shù)小，流經(jīng)水量少變水頭法在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭是隨著時(shí)間而變化的，試驗(yàn)裝置如圖，試樣的一端與細(xì)玻璃管相接，在試驗(yàn)過程中測出某一時(shí)段內(nèi)細(xì)玻璃管中水位的變化，就可根據(jù)達(dá)西定律求出水的滲透係數(shù)。變水頭法設(shè)玻璃管的內(nèi)截面積為a，試驗(yàn)開始以後任一時(shí)刻t的水位差為h，經(jīng)時(shí)段dt，細(xì)玻璃管中水位下落dh，則在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量變水頭法土的滲透係數(shù)參考值土類滲透係數(shù)k(cm/s)滲透性純礫>10-1高滲透性純礫與礫混合物10-3~10-1中滲透性極細(xì)砂10-5~10-3低滲透性粉土、砂與粘土混合物10-7~10-5極低滲透性粘土<10-7幾乎不透水

影響滲透係數(shù)的因素很多，諸如土的種類、級配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準(zhǔn)確地測定土的滲透係數(shù)，必須盡力保持土的原始狀態(tài)並消除人為因素的影響成層土的滲透係數(shù)天然沉積土往往由滲透性不同的土層組成。對於與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當(dāng)各層的滲透係數(shù)和厚度已知時(shí)，我們可以求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均滲透係數(shù)，作為進(jìn)行滲透計(jì)算的依據(jù)。與層面平行的情況達(dá)西定律與層面垂直的情況與層面垂直的情況水流連續(xù)原理達(dá)西定律任一土層流量整個(gè)土層的水頭損失結(jié)論對於成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性相差懸殊時(shí)與層向平行的平均滲透係數(shù)將取決於最透水土層的厚度和滲透性與層向垂直的平均滲透係數(shù)將取決於最不透水土層的厚度和滲透性二向滲流和流網(wǎng)特徵一、穩(wěn)定滲流場中的拉普拉斯方程單位時(shí)間內(nèi)流入單元體的總水量必等於流出的總水量流網(wǎng)及其特徵滲流場中任一點(diǎn)的水頭是其座標(biāo)的函數(shù)，因此求解滲流問題的第一步就是先確定滲流場中各點(diǎn)的水頭，亦即求解滲流基本微分方程滿足拉普拉斯方程的將是兩組彼此正交的曲線，一組稱為等勢線（各點(diǎn)水頭相等），另一組稱為流線（表示滲流的方向），等勢線和流線交織在一起形成的網(wǎng)格叫流網(wǎng)只有滿足邊界條件的那一種流線和等勢線的組合形式才是拉普拉斯方程的正確解答流網(wǎng)及其特徵求解方法解析法數(shù)值法電擬法比較精確，但只有在邊界條件簡單的情況下才能求解有限差分法（FDM）有限單元法（FEM）電網(wǎng)絡(luò)模擬邊界條件比較複雜的滲流典型流網(wǎng)分析接近壩底，流線密集，水力梯度大，滲透速度大遠(yuǎn)離壩底，流線稀疏，水力梯度小，滲透速度小流網(wǎng)特徵流線與等勢線彼此正交每個(gè)網(wǎng)格的長度比為常數(shù)，為了方便常取1，這時(shí)的網(wǎng)格就成為正方形或曲邊正方形相鄰等勢線間的水頭損失相等各流槽的滲流量相等滲流力及滲透穩(wěn)定滲流土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化土體的局部穩(wěn)定問題土體的整體穩(wěn)定問題管湧、流土等水庫塌岸岸坡、土壩在水位降落時(shí)引起的滑動(dòng)滲流力的概念水在土中流動(dòng)能量消耗力圖拖曳土粒水頭損失滲透水流施於單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力稱為滲流力滲透力、動(dòng)水壓力滲流力的概念流土、浮沖、砂沸滲流力存在abcdUw1Uw2FsWw滲流力的概念滲流力的概念滲流力的概念滲流力的概念1點(diǎn)，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利2點(diǎn)，3點(diǎn)，滲流力與重力方向正交，對穩(wěn)定不利3點(diǎn)，滲流力與重力方向相反，對穩(wěn)定特別不利滲透變形的形式按照滲透水流引起的局部破壞特徵，滲透變形可分為流土和管湧兩種基本形式流土是指在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流逸出處。基坑或管道開挖時(shí)所出現(xiàn)的流砂現(xiàn)象是流土的一種常見形式流土流土管湧管湧指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動(dòng)並被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。管湧管湧管湧管湧的治理反濾倒?jié)B管湧的治理反濾圍井管湧的治理蓄水反壓整體破壞－水庫塌岸按滲透變形劃分土的類型管湧土非管湧土在很大的水力梯度下也不會發(fā)生管湧在不大的水力梯度下就可以發(fā)生管湧流土型管湧型管湧土的劃分管湧土發(fā)展性管湧土非發(fā)展性管湧土管湧型土過渡型土流土型土非管湧土土土的類型與滲透變形型式粘性土無粘性土過渡型土只有流土而無管湧與土的顆粒組成、級配和密度等因素有關(guān)與密度有關(guān)，大密度流土，小密度管湧土的臨界水力梯度抗?jié)B強(qiáng)度：土體抵抗?jié)B透破壞的能力，通常以瀕臨滲透破壞時(shí)的水力梯度表示，一般稱為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度流土型土的臨界水力梯度逸出處單位土體臨界水力梯度流土型土的臨界水力梯度

流土的臨界水力梯度決定於土的物理性質(zhì)，當(dāng)土的比重和孔隙率已知時(shí)，則土的臨界水力梯度是一定值，一般在0.8~1.2之間

根據(jù)豎向滲流不考慮周圍土體的約束作用情況下推得的，因此，按此式求得臨界水力梯度偏小，一般比試驗(yàn)值要小15％～20％粘性土的臨界水力梯度粘性土由於粒間粘結(jié)力的存在，其臨界水力梯度較大。粘性土與無粘性土的流土破壞機(jī)理不同，後者是由於滲流力的作用，前者則還與土體表面的水化崩解作用（水穩(wěn)性）以及滲流出口臨空面的孔徑有關(guān)。水科院建議對粘性土逸出梯度與滲透穩(wěn)定流土一般發(fā)生在滲流逸出處。因此只要求出滲流逸出處的水力梯度，就可判別流土的可能性。土處於穩(wěn)定狀態(tài)土處於臨界狀態(tài)土處於流土狀態(tài)逸出梯度與滲透穩(wěn)定滲透逸出的水力梯度實(shí)際上是不可求出的，通常是把滲流逸出處的流網(wǎng)網(wǎng)格的平均水力梯度作為逸出梯度。在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證建築物的安全，通常要求將逸出梯度限制在容許梯度之內(nèi)管湧型土的臨界水力梯度管湧是單個(gè)土粒在土體中移動(dòng)和帶出，水科院提出的管湧土臨界水力梯度的計(jì)算公式為根據(jù)滲流場中單個(gè)土粒收到的滲流力、浮力以及自重作用時(shí)的極限平衡條件，並結(jié)合試驗(yàn)資料分析而得到管湧土的臨界水力梯度流速與水力梯度的關(guān)系臨界水力梯度與不均勻係數(shù)的關(guān)係土的不均勻係數(shù)越大，臨界水力梯度越小。結(jié)論不是絕對的臨界水力梯度與細(xì)料含量的關(guān)係滲透變形特性主要取決於細(xì)料的含量，或者說取決於細(xì)料填充粗料孔隙的程度。臨界水力梯度與滲透係數(shù)的關(guān)係無粘性土的滲透性與滲透變形特性有著直接的關(guān)係，對於不均勻土，如果透水性強(qiáng)，抵抗?jié)B透變形的能力就差，如果透水性弱，抵抗?jié)B透變形的能力就強(qiáng)防止?jié)B透變形的方法減小水力梯度（降水頭，增加滲徑）

水準(zhǔn)防滲在滲流逸出處加蓋壓重或設(shè)置反濾層垂直防滲飽和土體中的孔隙水應(yīng)力孔隙水應(yīng)力：飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常用u表示?？紫端畱?yīng)力的特性與通常的靜水壓力一樣，方向始終垂直於作用面，任一點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力在各個(gè)方向是相等的。飽和土體中的有效應(yīng)力有效應(yīng)力：通過粒間接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力，只有有效應(yīng)力才能使得土體產(chǎn)生壓縮（或固結(jié)）和強(qiáng)度。把研究平面內(nèi)所有粒間接觸面上接觸力的法向分力之和除以所研究平面的總面積所得的平均應(yīng)力來定義有效應(yīng)力飽和土體中的有效應(yīng)力太沙基有效應(yīng)力原理對飽和土體內(nèi)某一研究平面有效應(yīng)力原理當(dāng)總應(yīng)力保持不變時(shí)，孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力可以相互轉(zhuǎn)化，即孔隙水應(yīng)力減小（增大）等於有效應(yīng)力的等量增加（減?。┓浅Ｖ匾?！靜水條件下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力穩(wěn)定滲流作用下

水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力向下滲流穩(wěn)定滲流作用下

水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力向上滲流流土臨界條件當(dāng)a-a平面上的孔隙水應(yīng)力增加到與總應(yīng)力相等，即有效應(yīng)力降為零，有上式為流土的臨界條件，所以可以認(rèn)為流土的臨界條件為那裏的有效應(yīng)力等於零根據(jù)流網(wǎng)確定孔隙水應(yīng)力超孔隙水壓力由滲流或荷載引起的超過靜水位的孔隙水壓力稱為超孔隙水壓力對於穩(wěn)定滲流，由於水頭是常數(shù)，因而起超孔隙水壓力將不隨時(shí)間變化對於荷載引起的超孔隙水壓力，將隨時(shí)間而變化，其變化規(guī)律仍然服從有效應(yīng)力原理。&4地基中的附加應(yīng)力計(jì)算第二章土體應(yīng)力計(jì)算概述附加應(yīng)力：由外荷（靜的或動(dòng)的）引起的土中應(yīng)力。只討論靜荷載引起的地基附加應(yīng)力動(dòng)載由土動(dòng)力學(xué)研究基本假定地基土是各向同性、均質(zhì)、線性變形體地基土在深度和水準(zhǔn)方向都是無限的地表臨空地基：均質(zhì)各向同性線性變形半空間體應(yīng)用彈性力學(xué)關(guān)於彈性半空間的理論解答問題類型空間問題矩形基礎(chǔ)、圓形基礎(chǔ)平面問題條形基礎(chǔ)一、附加應(yīng)力的基本解答

豎向集中力作用下地基附加應(yīng)力彈性力學(xué)解答B(yǎng)oussinesq解豎向集中力作用下地基附加應(yīng)力豎向集中力作用下地基附加應(yīng)力豎向集中力作用豎向附加應(yīng)力係數(shù)豎向集中力作用下地基附加應(yīng)力在豎向集中力作用下，地基附加應(yīng)力越深越小，越遠(yuǎn)越小，Z=0為奇異點(diǎn)，無法計(jì)算附加應(yīng)力等代荷載法－基本解答的初步應(yīng)用由於集中力作用下地基中的附加應(yīng)力σz是荷載的一次函數(shù)，因此當(dāng)若干豎向集中力Fi作用於地表時(shí)，應(yīng)用疊加原理，地基中z深度任一點(diǎn)M的附加應(yīng)力σz應(yīng)為各集中力單獨(dú)作用時(shí)在該點(diǎn)所引起的附加應(yīng)力總和。等代荷載法－基本解答的初步應(yīng)用將基底面基底淨(jìng)壓力的分佈劃分為若干小塊面積並將其上的分佈荷載合成為小的集中力，即可應(yīng)用等代荷載法進(jìn)行計(jì)算。這種方法適用於基底面不規(guī)則的情況，每塊面積劃分得越小，計(jì)算精度就越高。二、空間問題條件下地基附加應(yīng)力

豎直均布壓力作用舉行基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力根據(jù)等代荷載法原理，將基底面積劃分成無窮多塊，每塊面積趨向於無窮小，將σz用積分表示豎直均布壓力作用舉行基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力將代入並沿整個(gè)基底面積積分，即可得到豎直均布壓力作用矩形基底角點(diǎn)O下z深度處所引起的附加應(yīng)力豎直均布壓力作用舉行基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力Ks是豎直均布壓力矩形基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力係數(shù)，它是m，n的函數(shù)，其中m=l/b，n=z/b。l是矩形的長邊，b是矩形的短邊，z是從基底起算的深度，pn是基底淨(jìng)壓力。Ks可直接查表豎直均布壓力作用舉行基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力角點(diǎn)法對於實(shí)際基底面積範(fàn)圍以內(nèi)或以外任意點(diǎn)下的豎向附加應(yīng)力，可按疊加原理求得。豎直均布壓力作用舉行基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力豎直均布壓力作用舉行基底角點(diǎn)下的附加應(yīng)力矩形面積基底受三角形分佈荷載時(shí)角點(diǎn)下的附加應(yīng)力矩形面積基底受三角形分佈荷載時(shí)角點(diǎn)下的附加應(yīng)力矩形面積基底受水準(zhǔn)荷載角點(diǎn)下的豎向附加應(yīng)力圓形面積均布荷載作用中心的附加應(yīng)力三、平面問題條件下的地基附

加應(yīng)力理論上，當(dāng)條形基礎(chǔ)的長度l/b趨向於無窮大時(shí)，地基中的應(yīng)力狀態(tài)屬於平面問題實(shí)際工程中，當(dāng)l/b≥10視為平面問題有時(shí)當(dāng)l/b≥5時(shí)，按平面問題計(jì)算，也能保證足夠的精度。豎直線荷載作用下的地基附加應(yīng)力線荷載是作用於半無限空間表面寬度趨近於零沿?zé)o限長直線均布的荷載著名的Flamant解豎直線荷載作用下的地基附加應(yīng)力豎直線荷載作用下的地基附加應(yīng)力由於線荷載沿y座標(biāo)無限延伸，因此與y軸垂直，平行於xoz任何平面上的應(yīng)力狀態(tài)完全相同。這種情況屬於彈性力學(xué)平面問題。平面問題只有三個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量條形基底均布荷載作用下地基附加應(yīng)力條形基底三角形分佈荷載作用下地基附加應(yīng)力條形基底受水準(zhǔn)荷載作用時(shí)附加應(yīng)力討論土的壓縮與固結(jié)土力學(xué)系列講座九4－1概述自重應(yīng)力壓縮穩(wěn)定附加應(yīng)力導(dǎo)致地基土體變形體積變形形狀變形由正應(yīng)力引起，會使土的體積縮小壓密，不會導(dǎo)致土體破壞形狀變形主要由剪應(yīng)力引起，當(dāng)剪應(yīng)力超過一定限度時(shí)，土體將產(chǎn)生剪切破壞，此時(shí)的變形將不斷發(fā)展。通常在地基中是不允許發(fā)生大範(fàn)圍剪切破壞的。本章討論重點(diǎn)4－1概述沉降：在附加應(yīng)力作用下，地基土產(chǎn)生體積縮小，從而引起建築物基礎(chǔ)的豎直方向的位移（或下沉）稱為沉降某些特殊性土由於含水量的變化也會引起體積變形，如濕陷性黃土地基，由於含水量增高會引起建築物的附加下沉，稱濕陷沉降。相反在膨脹土地區(qū)，由於含水量的增高會引起地基的膨脹，甚至把建築物頂裂。4－1概述除此之外某些大城市，如墨西哥、上海等由於大量開採地下水使地下水位普遍下隊(duì)從而引起整個(gè)城市的普遍下沉。這可以用地下水位下降後地層的自重應(yīng)力增大來解釋。當(dāng)然，實(shí)際問題也是很複雜的，還涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)方面的問題。4－1概述如果地基土各部分的豎向變形不相同，則在基礎(chǔ)的不同部位會產(chǎn)生沉降差，使建築物基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。基礎(chǔ)的沉降量或沉降差(或不均勻沉降)過大不但會降低建築物的使用價(jià)值，而且往往會造成建築物的毀壞。4－1概述為了保證建築物的安全和正常使用，我們必須預(yù)先對建築物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最大沉降量和沉降差進(jìn)行估算。如果建築物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最大沉降量和沉降差，在規(guī)定的允許範(fàn)圍之內(nèi)，那麼該建築物的安全和正常使用一般是有保證的；否則，是沒有保證的。對後一種情況，我們必須採取相應(yīng)的工程措施以確保建築物的安全和正常使用。4－1概述基礎(chǔ)沉降量或沉降差的大小首先與土的壓縮性有關(guān)，易於壓縮的土，基礎(chǔ)的沉降大，而不易壓縮的土，則基礎(chǔ)的沉降小?；A(chǔ)的沉降量與作用在基礎(chǔ)上的荷載性質(zhì)和大小有關(guān)。一般而言，荷載愈大，相應(yīng)的基礎(chǔ)沉降也愈大；而偏心或傾斜荷載所產(chǎn)生的沉降差要比中心荷載為大。在這一章裏，我們首先討論土的壓縮性；然後介紹目前工程中常用的沉降討算方法；最後介紹沉降與時(shí)間的關(guān)係。4－2土的壓縮特性

一、土的壓縮與固結(jié)壓縮：土在壓力作用下，體積將縮小。這種現(xiàn)象稱為壓縮。固結(jié)：土的壓縮隨時(shí)間增長的過程稱為固結(jié)一、土的壓縮與固結(jié)目前我們在研究土的壓縮性，均認(rèn)為土的壓縮完至是由於孔隙中水和氣體向外排出而引起的。飽和砂土透水性強(qiáng)，在壓力作用下，固結(jié)很快完成飽和粘土透水性弱，在壓力作用下，固結(jié)需要很長時(shí)間完成一、土的壓縮與固結(jié)暫態(tài)沉降主固結(jié)沉降次固結(jié)沉降一、土的壓縮與固結(jié)暫態(tài)沉降指在加荷後立即發(fā)生的沉降飽和粘土在很短的時(shí)間內(nèi)，孔隙中的水來不及排出，加之土體中的土粒和水是不可壓縮的，因而暫態(tài)沉降是在沒有體積變形的條件下發(fā)生的，它主要是由於土體的側(cè)向變形引起的暫態(tài)沉降一般不予考慮一、土的壓縮與固結(jié)對於控制要求較高的建築物，暫態(tài)沉降可用彈性理論估算。對於飽和粘土在局部均布荷載作用下，地基地暫態(tài)沉降可用下式計(jì)算影響係數(shù)，表4－1一、土的壓縮與固結(jié)暫態(tài)沉降主固結(jié)沉降次固結(jié)沉降一、土的壓縮與固結(jié)主固結(jié)與主固結(jié)沉降

在荷載作用下飽和土體中孔隙水的排除導(dǎo)致土體體積隨時(shí)間逐漸減小，有效應(yīng)力逐漸增加，這一過程稱為主固結(jié)

隨著時(shí)間的增加，孔隙水應(yīng)力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸增加並最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，此時(shí)孔隙水應(yīng)力消散為零，主固結(jié)沉降完成，這一過程所產(chǎn)生的沉降為固結(jié)沉降。一、土的壓縮與固結(jié)暫態(tài)沉降主固結(jié)沉降次固結(jié)沉降一、土的壓縮與固結(jié)次固結(jié)沉降土體在主固結(jié)成將完成之後有效應(yīng)力不變得情況下還會隨時(shí)間的增長進(jìn)一步產(chǎn)生沉降，稱為次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降對某些土如軟粘土是比較重要的，對於堅(jiān)硬土或超固結(jié)土，這一分量相對較小。4－2土的壓縮特性

二、土的壓縮指標(biāo)為了研究土的壓縮特性，通常需要進(jìn)行試驗(yàn)室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)現(xiàn)場原位試驗(yàn)（荷載試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)）室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)與壓縮曲線室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)與壓縮曲線用環(huán)刀切取扁園柱體，一般高2釐米，直徑應(yīng)於高度2．5倍，面積為30cm2或50cm2,試樣連同環(huán)刀一起裝入護(hù)環(huán)內(nèi)，上下有透水石以便試樣