土力学培训

交通工程系河道修防工培训土力学基本知识部分黄河水利职业技术学院孙其龙电子信箱：[e-mail]电话：[phone]交通工程系1、土的成因第一土的形成岩石地球风化颗粒堆积物地球搬运、沉积形成过程和形成条件不同使物理力学性质不同影响影响交通工程系第一土的形成生物风化物理风化化学风化矿物成分未变无粘性土原生矿物矿物成分改变粘性土次生矿物风化作用分类动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化交通工程系土的组成第二土的组成气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体三相组成次要作用土体中也有两相土：干土、饱和土都是两土。交通工程系土的液相根据土体中水分子受到电场力的作用大小,土体中的水主要可以分为:结合水:吸附在土颗粒表面的水自由水:电场引力作用范围之外的水土中的水即为土体中的液相,其含量及性质明显地影响土的性质.重力水毛细水强结合水弱结合水交通工程系土中气体自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道交通工程系第三土的物理性质指标1.三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积室内测定的三个物理性质指标WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积－土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度awswsVVVmmVm土的容重（重度）γ=ρg单位:kg/m3g/cm3单位:kN/m3一般范围:1.60—2.20g/cm3定义:单位体积土的质量表达式:相关指标:三相草图有助于直观理解物性指标的概念试验方法:环刀法交通工程系室内测定的三个物理性质指标土粒比重单位:无量纲土粒比重一般范围:粘性土2.70—2.75砂土2.654˚C时纯蒸馏水的密度C4w=1.0g/cm3定义:土在105°~110˚C烘干至恒重时的质量与同体积4˚C时纯水的质量之比表达式:试验方法:比重瓶法sGwssVm交通工程系室内测定的三个物理性质指标WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的含水率ssswmmmmm(%)w定义:土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示表达式:试验方法:烘干法，酒精燃烧法、核子密度法交通工程系其它常用的物理性质指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙率svVVeVV(%)nv关系:e1enn1ne反映土的密实程度的指标砂类土：28-35%粘性土：30-50%有的可达60-70%定义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表达式:WaterAirSolidVaVwVsVvV体积定义:土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表达式:交通工程系３.其它常用的物理性质指标表示土中含水程度的指标饱和度vwrVVSWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积表达式:定义:土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0:干土Sr=1:饱和土砂土根据饱和度分为三种状态:Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和交通工程系其它常用的物理性质指标干密度饱和密度干容重VmsdgddVVmvwssatgsatsat浮容重wsat饱和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积定义:干燥状态时，单位体积土体的质量表达式:表示土不同状态的密度和容重的指标定义:饱和状态时，单位体积土体的质量定义:土体在水下时，单位体积土的有效质量饱和密度浮密度交通工程系指标间的换算(1)11swswdGGesatdwnsatwnsrdSe土的三相指标中，土粒比重Gs，含水量ω和密度ρ是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标1d1ene交通工程系粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水率不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度，也叫稠度状态。粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水率称为界限含水率。塑限ωp液限ωl粘性土的稠度状态强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水含水率w第四土的物理状态指标粘性土的物理状态指标交通工程系二、塑性指数Ip和液性指数ILpLpI2.反映吸附结合水的能力。能大致反映粘粒含量及其粘性塑性指数Ip工程上常用作粘性土与粉土定名的依据1.反映粘性土可塑状态含水量的变化范围的一个物理状态指标用百分数的绝对值表示：如402020pLpI交通工程系四、粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip≤10的土粒径大于0.075mm的颗粒含量大于全质量50%塑性指数Ip10的土五、粘性土10Ip≤17的土Ip17的土粘土粉质粘土交通工程系pLpLI液性指数ILwpwwlIL0IL=0~1IL1坚硬状态可塑状态流态0.00~0.250.25~0.750.75~1.00硬塑可塑软塑——反映粘性土天然状态的软硬程度工程上作为确定粘性土承载力的重要指标：收缩：失水时体积变小。膨胀：吸水（含水率增加），体积增大。崩解：含水率增加到一定程度，土粒间丧失连接而导致粘性土分解。如：塌陷、滑坡如：土中冰由自由水冻成，冻胀融陷第四土的物理状态指标含水率的变化显现一些特征交通工程系影响无粘性土的松密程度力学特性密实度大结构稳定、强度大、压缩变形小密实度小结构疏松、不稳定、压缩变形大衡量无粘性土的密实度方法孔隙比e或孔隙率n相对密度Dr现场标准贯入试验测定土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量定义:第四土的物理状态指标交通工程系第四节土的物理状态指标一、无粘性土的物理状态指标1.孔隙比e孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散2.相对密实度DrminmaxmaxeeeeDr砂土在天然状态下孔隙比砂土在最密实状态时的孔隙比砂土在最松散状态时的孔隙比交通工程系一、无粘性土的物理状态指标当Dr=0时，e=emin，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时，e=emax，表示土体处于最密实状态3.按动力触探确定无粘性土的密实度0≤Dr≤0.33疏松状态0.33＜Dr≤0.67中密状态0.67＜Dr≤1密实状态天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002)密实度按N评定砂石密实度按N63.5评定碎石土密实度松散稍密中密密实N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20第五土的击实性土的击实性土的击实性就是指土体在一定的击实功能作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生位移，颗粒重新排列，使土的孔隙比减小、密实度增大，提高强度，改变土的工程性质。以最小的能量消耗获得最大的压实密度第五土的击实性击实筒护筒击锤导筒以最小的能量消耗获得最大的压实密度,为实际工程提供技术可靠经济合理的理论依据。时间的控制被困回弹效应。击锤拉到最高处，自由下落击实筒底板放至坚硬的底面进行击实第五土的击实性第五土的击实性交通工程系(一)、土的粒组划分•粒组将土的性质接近的归成一类，构成一组，•各粒组占重质量的百分数为土的颗粒级配dmm卵石砾石砂粒粉粒粘粒胶粒2020.0750.0050.0020.250.5510粗中细粗中细极细0.1粗粒土细粒土一、土的固体颗粒交通工程系粒组名称粒径范围／mm一般特征漂石、块石颗粒200透水性很大，无粘性，无毛细水卵石、碎石颗粒200～20圆砾、角砾颗粒粗20～10透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小中10～5细5～2砂粒粗2～0.5易透水，当混有云母等杂质时透水性减小，而压缩性增大；无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大中0.5～0.25细0.25～0.1极细0.1～0.075粉粒粗0.075～0.01透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象细0.01～0.005粘粒0.005透水性很小，湿时有粘性和可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度较大，但速度较慢交通工程系105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图筛分法交通工程系粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510典型颗分级配曲线沉降分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)颗粒级配曲线表示法交通工程系d101009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:d60:控制粒径d10:有效粒径d30:中值粒径不均匀程度：Cu=d60/d10连续程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率系数—不均匀系数Cu≥5,级配不均匀交通工程系1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30斜率:某粒径范围内颗粒的含量陡—相应粒组质量集中缓--相应粒组含量少平台--相应粒组缺乏Cc=d302/(d60×d10)—曲率系数较大颗粒缺少Cc减小较小颗粒缺少Cc增大Cc=1~3,级配连续性好曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545压实度在工程实践中常用压实度P来控制施工质量，压实度是设计填筑干密度与室内击实试验的最大干密度之比值即：未经压实的松土的干密度一般为1.12~1.33g/cm3，压实后可达1.58~1.83g/cm3，填土一般压实后约1.63~1.73g/cm3。dmaxd密度标准击实试验的最大干设计填筑干密度P为了保证压实质量，土料压实后要进行干密度的实测1.环刀法（200-500cm3）灌砂法压实质量的控制核子密度第六土的渗透性土是一种松散的固体颗粒集合体，土体内具有互相连通的孔隙，当有水头差作用时，水就会从水位高的一侧渗向水位低的一侧，水在水位差作用下穿过土中连通孔隙发生流动的现象，称为渗流。土体被水透过的性能，称为土的渗透性。kiLhkv或Q=kiA式中：v—断面平均渗透流速，cm/s或m/day；i—水力坡降，表示单位渗流长度上的水头损失(i=h/L)；k—土的渗透系数，其物理意义是：当水力坡降i=1时的渗透流速，与渗透流速的量纲相同，是表示土的渗透性强弱的指标；Q—渗透流量，cm3/s；A—垂直于渗流方向的土样截面面积，cm2。2.1.7.1达西定律影响渗透系数的主要因素：渗透系数表明了水在土中流动的难易程度，大小受土的颗粒级配、密实程度、水温等因素的影响。达西定律渗透力及渗透变形渗透力是一种体积力，单位为kN/m3，其大小与水力坡降成正比，方向与渗流方向一致。2.1.7.2渗透变形流土是指在渗流作用下，局部土体隆起、浮动或颗粒群同时发生起动而流失的现象。流土一般发生在无保护的渗流出口处，而不发生在土体内部。开挖基坑或渠道时出现的所谓流砂现象，就是流土的常见形式。管涌是指在渗流作用下，土中的细颗粒通过粗颗粒的孔隙被带出土体以外的现象。管涌可以发生在土体的所有部位。目的：依据：土的工程分类将工程性质相近的土进行分类,工程技术交流中人员对土有一个共同的认识。便于研究及应用能反映土的物理力学性质－土的组成土的状态土的结构土的目测法鉴别表1.3土的工程分类土类