土力學第一章1.ppt

1、2020/8/25,1,土力學與地基基礎(chǔ),土木系,第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1,2020/8/25,2,本次授課內(nèi)容,1、土的生成 2、土的三相相組合關(guān)系 2、土的組成成分：（固相） 3、土中的水 和氣體 4、土的基本物理性質(zhì)指標概述： 土的密度（容重）、土的含水量、土粒的比重,2020/8/25,3, 、土的生成,我們把地球最外層的堅硬固體物質(zhì)稱為地殼，地殼厚度一般為30-60km，人類生存與活動范圍僅限于地殼表層。在漫長的地質(zhì)年代中，由于內(nèi)動力地質(zhì)作用和外動力地質(zhì)作用，地殼表層的巖石經(jīng)歷風化、剝蝕、搬運、沉積生成大小懸殊的顆粒，稱之為土，在不同的自然環(huán)境中，由各種營力的地質(zhì)作用生成了不

2、同類型的土；而土歷經(jīng)壓密固結(jié)、膠結(jié)硬化也可再生成巖石。而現(xiàn)在所見到的土是近期地質(zhì)歷史-第四紀以來生成的尚未固結(jié)的松散物質(zhì)。,2020/8/25,4,二、土的三相比例,自然界中的土體結(jié)構(gòu)組成十分復雜，為了分析問題方便，將其看成是三相，簡化成一般的物理模型進行分析。 表示土的三相組成部分質(zhì)量、體積之間的比例關(guān)系的指標，稱為土的三相比例指標。 研究土的性質(zhì)，不僅要研究單項，還要研究三相比例關(guān)系。下面，首先介紹各單項。,2020/8/25,5,第一節(jié)：土的三相組成,土的三相， 土粒為 固相； 土中的水為液相； 土中的氣為氣相。,2020/8/25,6,一）、礦物成分： 包括： 原生礦物： 次生礦物：

3、有機質(zhì)。,一、固相：包括： 粒度成分、 礦物成分,石英、長石、云母等。,蒙脫石、伊利石、高嶺石等。,2020/8/25,7,二）、土的粒度成分： 包括：顆粒大小 級配關(guān)系 一）、顆粒大?。阂粤＝M劃分。 為了研究土中各種大小土粒的相對含量及其與土的工程地質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，就有必要將工程地質(zhì)性質(zhì)相似的土粒歸并成組。,2020/8/25,8,2020/8/25,9,二）、顆粒級配（粒度成分）,工程上常以土中各個粒組的相對含量即各粒組占土?？傊氐陌俜謹?shù)表示土中顆粒的組成情況，這種相對含量稱為顆粒級配。對于粒徑大于0.075mm的粗粒組可用篩分法測定。 粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分，一般可以根

4、據(jù)土粒在水中勻速下沉時的速度與粒徑的理論關(guān)系，用比重計或移液管法測得顆粒級配。,2020/8/25,10,1、篩分法,用一套不同孔徑的標準篩，把已知質(zhì)量的土樣放入按孔徑大小依次排列好的篩子頂層，振動篩子，粗粒留在篩子上，細粒漏下，將各粒組分離。稱各篩上的土粒質(zhì)量Wi,則各粒組的即可求出： X=Wi/W * % 粗篩：孔徑：100,80,60,40,20,10,5,2,細篩：孔徑：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074,2020/8/25,11,2、靜水沉降法,大小不同的顆粒在靜水中沉降的速度不同，大快，小慢。經(jīng)過時間T后，粒徑大于D的顆粒都沉淀到L深以下，,吸出L段懸液 烘干，即可得粒徑

5、D的粒組累計質(zhì)量。,2020/8/25,12,3、粒度成分的表示方法,1）、表格法 2）粒度累計曲線圖,2020/8/25,13,2020/8/25,14,3）、表明土粒度分布特征的幾個參數(shù)： a:d10、d30、d60: (dx代表一個特殊的粒徑，小 于等于此粒徑的粒組累計含量x)b：不均勻系數(shù):cu=d60/d10c：曲率系數(shù): cc=d30d30/（d10d60）,2020/8/25,15,cu10 不均勻土。 對于缺少中間成分的土，還要輔助cc作為分類指標。一般認為，cu5，且cc13的土為級配好的土。,2020/8/25,16,二：液相土中的水 一）、土中的水的分類： 1、結(jié)合水 強

6、結(jié)合水（吸著水） 弱結(jié)合水 （薄膜水） 2、毛細水 3、自由水,2020/8/25,17,2020/8/25,18,結(jié)合水： 極細的土粒表面一般帶有負電荷，圍繞土粒形成電場，由于水分子是極性分子，即一端為正電荷，另一端顯負電荷，在土粒電場范圍內(nèi)的水分子和陽離子一起吸附在土粒表面而定向排列形成一層薄的水膜，這層水就稱為結(jié)合水。 強結(jié)合水是指緊靠土粒表面的結(jié)合水，它沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力； 弱結(jié)合水緊靠于強結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。它仍然不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近較薄的水膜緩慢移動。,2020/8/25,19,毛細水： 毛細力作用下充滿巖土空隙中。毛細孔主要存

7、在于粉粘土中，直徑小于1mm。 自由水： （重力水）： 在弱結(jié)合水的外層，重力吸引力，主要存在砂?？紫吨?。,2020/8/25,20,三、土中的氣體： 1、自由氣體： 不影響土的性質(zhì)。 2、封閉氣體： 增加土的彈性，減小土滲透性，突然溢出時，可引起土的附加沉降。,2020/8/25,21,第二節(jié)：土的三相比例指標,一、直接測定的指標： 1、天然密度：天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量，單位為g/cm3或t/m3，即 ：,2020/8/25,22,天然密度變化范圍較大。 一般粘性土= 1.82.0g/cm3； 砂土 =1.62.0g/cm3； 腐殖土 =1.51.7g/cm3。 天然密度一般用環(huán)刀法測

8、定，用一個圓環(huán)刀（刀口向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。,2020/8/25,23,2、土粒比重與密度： 土粒質(zhì)量與同體積的4時純水的質(zhì)量之比，一般用ds（有些書用Gs）表示，無量綱。即：,另：公式中， ds 為比重，無單位， s稱土粒的密度，單位g/cm3 ，但物理意義與ds相同。,2020/8/25,24,土粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為2.62.8；有機質(zhì)土為2.42.5。同一種類的土，其比重變化幅度很小。土粒比重可在試驗室內(nèi)用比重瓶測定。將置于比重瓶內(nèi)的土樣在10

9、5-110下烘干后冷卻至室溫用精密天平測其質(zhì)量，用排水法測得土粒體積，并求得同體積4純水的質(zhì)量，土粒質(zhì)量與其比值就是土粒比重。由于比重變化的幅度不大，通常可按經(jīng)驗數(shù)值選用。,2020/8/25,25,3、土的含水量： 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，一般用w表示，以百分數(shù)計，即 ：,含水量w是反映土的濕度的一個重要物理指標。天然狀態(tài)下土層的含水量稱天然含水量，其變化范圍很大，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)。,2020/8/25,26,一般干的粗砂土，其值接近于零，而飽和砂土，可達40%；堅硬的粘性土的含水量約小于30%，而飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥），則可達60%或更大。 一般說

10、來，同一類土，當其含水量增大時，強度就降低。土的含水量一般用烘干法測定。先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘干箱內(nèi)維持100-105烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量。,2020/8/25,27,二、計算得到的指標： 1、土的干密度d： 土單位體積中固體顆粒部分質(zhì)量，即 ：,e孔隙比；w含水量,在工程上常把干密度作為評定土體密實程度的指標，以控制填土工程的施工質(zhì)量。,2020/8/25,28,2、的飽和密度sat： 土孔隙中充滿水時，單位體積質(zhì)量，即： 式中w為水的密度，近似等于 w =1g/cm3。,2020/8/25,29,3、土的有效密度：土體中土

11、粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單位體積中土粒的有效質(zhì)量，即： 在實際應用中，經(jīng)常采用土的容重，即土的重力密度,其數(shù)值上等于相應土密度與重力加速度的乘積。一般分為：天然容重 、干容重d、飽和容重sat、有效容重分別按下列公式計算： ； ； ； 式中g(shù) 為重力加速度，各指標的單位kN/m3。,2020/8/25,30,4、土的孔隙比e： 是土中孔隙體積與土粒體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即： ds-土粒比重，d土的干密度土的天然密度，土的含水量；水的密度，近似等于天然狀態(tài)下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個重要的物理性指標，可以用來評價天然土層的密度程度。一般e1.0的土是疏松的高壓縮性土。,2020/8/25,31,5、土的孔隙率n： 土中孔隙所占體積與總體積之比，空隙率用百分數(shù)表示。即： 一般粘性土的孔隙率為3060%，無粘性土為2545%。,2020/8/25,32,7、土的飽和度Sr: