土力学教案

北京建筑大学地下工程系《土力学》教案适用专业：土木工程（岩土工程）教学年度：2015－2016学年第一学期教学班级：土133-134班主讲教师：刘飞北京建筑大学地下工程系2015年9月北京建筑大学地下工程系2《土力学》教案授课教师刘飞课程名称土力学授课专业班级土133\134班授课时间第1次（1）（章节）题目绪论职业素质教育教学目的让学生牢固树立专业思想，有良好的职业道德。建立土力学、地基、基础的基本概念。了解本课程的特点和在本专业中的地位及重要性。了解本学科的学习方法及发展概况。教学重点绪论重点放在开拓视野、结合事例来介绍本课程的性质、特点，建立土力学、地基、基础的基本概念。教学难点本课程的性质、特点，土力学、地基、基础的基本概念。教学方法启发式、案例式教具多媒体与板书结合教学内容一、先提出1～２个与土力学有关的工程问题。引起学生学习兴趣，再介绍本课程学习目的、要求和内容、参考书。二、地基及基础的概念1．土——地球表面的大块岩石经风化、搬运、沉积而形成的松散堆积物。土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的三相体。土的特征：多孔性和散粒性。2．土力学——利用力学的一般原理和土工测试技术，研究土的物理性质以及在所受外力发生变化时的应力、变形、强度、稳定性和渗透性及其规律的一门科学；它是力学的一个分支，但由于它的复杂性，必须借助工程经验、现场试验、室内试验等多种专门的土工试验技术进行研究，所以它是一门强烈依赖于实践的科学。3．地基及基础4．基本条件：(1)地基强度(2)地基变形(3)基础强度、刚度、稳定性和耐久性。5．基础结构形式6．地基形式三、本学科发展概况四、本课程的特点和学习要求五、教材及参考书六、专业思想教育、职业道德教育教学过程1.采用多媒体教学，结合工程实例介绍土力学发展该概况、对土力学做出贡献的著名学者和著作，提高学生学习兴趣。2.强调土力学学习过程中对基本概念掌握的重要性。3.强调土力学课程研究的两大重要问题：强度、变形。4.强调本课程研究的对象——土体。后记课后五分钟学生提出问题，老师解答。北京建筑大学地下工程系3《土力学》教案授课教师刘飞课程名称土力学授课专业班级土133\134班授课时间第1次课（2）第2次课（3）（章节）题目第1章土的物理性质及工程分类1.1概述1.2土的三相组成1.3土的三相比例指标1.4无黏性土的密实度1.5黏性土的物理特征教学目的掌握土的形成过程；掌握土粒粒组的划分、粒度成分分析、三种粘土矿物、土中水的类型；熟悉矿物成分与粒组的关系、粘土颗粒与水相互作用。了解土的结构构造。教学重点土粒粒组的划分、粒度成分分析、三种粘土矿物、土中水的类型教学难点土粒粒组的划分、粒度成分分析、三种粘土矿物、土中水的类型教学方法讨论式、启发式教具多媒体及板书教学内容1.1土的概念与基本特征1．2土的生成：岩石的风化产物1．3土的组成土＝土粒（固相）＋水（液相）＋空气（气相）一、土的固体颗粒1.土的粒径和粒组概念2.土的颗粒级配（1）确定各粒组相对含量的方法——颗粒分析试验mmdmmd0.075075.0——筛分法——比重计法试验成果——颗粒级配曲线【课堂讨论】为什么土的级配曲线用半对数坐标？（2）级配曲线的特点：半对数坐标土质量含量（％）纵坐标－小于某粒径的）粒粒径（横坐标－对数坐标－土mm（3）判别土体级配好坏的指标10602301060dddCddCcu＝曲率系数＝不均匀系数当同时满足Cu≥5,Cc=1~3时，土的级配良好，否则，级配不良。3.土粒的矿物成分原生矿物次生矿物二、中的水和气北京建筑大学地下工程系4（1）土中水强结合水—对土性质影响大—弱结合水结合水用—受重力和表面张力作—毛细水—受重力作用自由流动—重力水自由水（2）土中气体非封闭气体—对土的性质影响大—封闭气体三、土的结构和构造1.土的结构)005.0005.0~075.0(mmmm形式（粒径—是粘性土的主要结构—絮状结构）粒径—以粉粒为主的土—蜂窝结构—常见于砂土、碎石土—单粒结构2.土的构造层理构造裂隙构造教学过程1.重点介绍土形成的两种过程：物理风化作用和化学风化作用，及两种作用形成的土的物理性质和力学性质的差异。2.土的颗粒级配的含义及颗粒级配累积曲线的绘制、用途。不均匀系数和曲率系数的物理意义，正确理解土级配“良好”和“不良”的概念。3.区分三大类矿物成分(高岭石、伊利石、蒙脱石)的不同性质，及对土的物理和力学性质的影响。4.土中水和气的存在形式、差异及特点，以及对土的物理和力学性质的影响。5.了解双电层理论，深入理解结合水的性质。6.举例引入土的触变概念，增强对土的构造和结构的认识。理解灵敏度的含义。思考：颗粒级配曲线反映的是什么？后记【本次课总结】1．土是由固体（土粒）、液体（水）和气体（空气）三相所组成；2．粒径级配曲线的特点及用途；3．常见土的结构及构造形式。【复习思考】1．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？2．为什么土的级配曲线用半对数坐标？3.颗粒级配曲线反映的是什么？级配良好有什么意义？如何判别级配是否良好？【课后作业】习题1-6北京建筑大学地下工程系5《土力学》教案授课教师刘飞课程名称土力学授课专业班级土133\134班授课时间第2次课(4)第3次课(5)（章节）题目第1章土的物理性质及工程分类1.3土的三相比例指标1.4无黏性土的密实度1.5黏性土的物理特征教学目的掌握三相比例基本指标定义及其换算关系，粘性土的物理特征。教学重点1．土的三相比例指标及其定义换算2．粘性土的界限含水量及其测定教学难点三相比例指标定义教学方法提问式、启发式教具多媒体及板书教学内容第2章土的物理性质及分类2.1概述:反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三相比例指标。2.2土的三项比例指标1.土的三相图【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开，并不表示实际土体三相所占的比例。2.基本指标：由试验直接测定的指标（土粒相对密度、天然密度、含水量）①土的密度或土的天然重度：Vm＝，（kg/m3）g，（kN/m3）。试验测定方法：环刀法②土粒相对密度（土粒比重）Gs：土粒相对密度定义为土粒的质量与同体积4oC纯水的质量之比。sssVmG，无量纲。试验测定方法：比重瓶法【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别注意：从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比重不变；③土的含水量——土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示：水气土粒北京建筑大学地下工程系6%100smm试验测定方法：烘干法【讨论】含水量能否超过100％？——从公式可以看出，含水量可以超出100％。3．间接指标（导出指标）测出上述三个基本试验指标后，就可根据图1-9所示的三相图，计算出三相组成各自的体积上和质量上的含量，并由此确定其它的物理性质指标，即导出指标。①孔隙比——孔隙比为土中孔隙何种与土粒体积之比，用小数表示：svVVe孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标。②孔隙率——土中孔隙体积与土的总体积之比：VVnv100％孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度。③饱和度——土中所含水分的体积与孔隙体积之比,饱和度可描述土体中孔隙被水充满的程度：%100vrVVS显然,干土的饱和度Sr=0,当土被完全饱和状态时Sr=100%。砂土根据饱和度可划分为下列三种湿润状态：Sr≤50%稍湿，50%＜Sr≤80%很湿，Sr＞80%饱和。【讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1或100％？④饱和密度和饱和重度饱和密度sat为土体中隙完全被水充满时的土的密度：VVmvssat，（kg/m3）。饱和重度：sat=satg，（kN/m3）。⑤干密度和干重度干密度——单位体积中土粒的质量：Vmsd，（kg/m3）。干重度——单位体积中土粒的重量：d=dg，（kN/m3）。⑥有效重度（浮重度）VVgmss，（kN/m3）。同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系：sat＞＞d＞＋＝sat4．指标间的相互换算北京建筑大学地下工程系7已知：（），Gs，——→e，n，Sr，sat（sat），d（d），等的表达式。推导间接指标的关键在于：熟悉各个指标的定义及其表达式，能熟练利用土的三相简图。推导公式主要步骤：①利用VS作为未知数，将土的三相图中的各相物质的质量用（），Gs，和VS表示出来，填在图中；②先将孔隙比e的表达式求出来，然后将其它指标用（），Gs，和e来表达。依上图，将m＝（1＋）GsVs和V＝（1＋e）Vs代入Vm中可得：11－）＋（＝sGe注意：此时e已是“已知”的指标。根据各间接指标的定义，利用三相简图可求得：①1d或eGsd1②eeGssat1)(，eeGssat1③eGs11④een＋＝1或sdGn－＝1⑤eGSsr【课堂思考】可否用其它简洁方法上述推导公式？如令Vs＝1。【课堂先自习例题后讲解】【例1】某土样经试验测得何种为100㎝3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度Gs为2.66，试求该土样的含水量、密度、重度、干重度d、孔隙比ｅ、饱和重度sat和有效重度＇。解题思路：利用定义先求，，，后根据公式求相关指标。【例2】某完全饱和粘性土的含水量为=40%，土粒相对密度Gs=2.7，试按定义求土的孔隙比ｅ和填密度d。解题思路：①本题给出的条件是饱和土——→Sr＝100％②利用三相图求出各相的质量和体积③用定义求出e和d。北京建筑大学地下工程系82.3粘性土的物理特征（1）性土的稠度状态稠度——指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力。稠度界限——粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量。塑限——土从塑性状态转变为半固体状态时的分界含水量。液限——土从液性状态转变为塑性状态时的分界含水量。注意：塑限、液限是一个含水量塑限、液限的测定方法——液塑限联合测定法。（2）粘性土的塑性指数和液性指数①塑性指数：Ip=L－P注意：计算时含水量要去百分号结论：塑性指数表示土处在可塑状态的含水量变化范围,其值的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,亦即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,土的比表面积越大,塑性指数就越高。应用：根据其值大小对粘性土进行分类。②液性指数：PLpPpLII－－＝－＝用途：根据其值大小判定土的软硬状态。【讨论】液性指数是否会出现IL1.0和IL0的情况？教学过程1.强调土的三相比例指标定义的重要性。2.三相比例指标的相互换算，强调公式之间的换算。3.引入无粘性土和粘性土概念，从土的组成、土的矿物成分差异的对比，加深对两类土的认识。4.引入界限含水量概念，并进一步给出粘性土物理状态的划分标准。后记【本次课小结】1．三相比例指标定义；2．对同一种土其塑限和液限是不变的。【课后作业】习题2-1、2-2、2-3、2-4、2-5北京建筑大学地下工程系9《土力学》教案授课教师刘飞课程名称土力学授课专业班级土133\134班授课时间第3次课(6)第4次（7）（章节）题目第1章土的物理性质及分类1.3土的三相比例指标1.4无黏性土的密实度1.5黏性土的物理特征教学目的掌握无粘性土密实度的判别依据及方法。掌握了解土的压实原理。熟悉地基土的工程分类和意义。教学重点无粘性土密实度的判别依据及方法。土的压实原理。教学难点无粘性土密实度的判别依据及方法。教学方法案例式、启发式。教具多媒体及板书教学内容第2章土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度土的密实度——单位土体中固体颗粒的含量。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系。描述砂土密实状态的指标有：1．孔隙比孔隙比愈大，则土愈松散。缺陷：①取原状砂样和测定孔隙比存