土力学第1-2章.ppt.ppt

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1、土力学第1-2章.ppt Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望课课 程程 简简 介介本本课课程程主主要要讲讲授授土土的的物物理理力力学学性性质质，研研究究土土体体的的分分类类、应应力力、变变形形、强强度度、渗渗流流、稳稳定定性性，以以及及进进行行这这些些研研究究工工作作所所必必需需的的室室内内和和野野外外的的土土工工试试验验技术等。技术等。通通过过学学习习使使学学生生掌掌握握土土的的基基本本物物理理力力学学性性质质和和分分类类方方法法，掌掌握握地地基基承

2、承载载力力、地地基基变变形形和和土土压压力力、边坡稳定性计算方法，熟悉常规的土工实验方法。边坡稳定性计算方法，熟悉常规的土工实验方法。基 础 工 程 土木工程学院教材教材土力学土力学 东南大学等东南大学等重建筑工业出版社重建筑工业出版社参考书参考书地基与基础地基与基础 顾晓鲁等顾晓鲁等 建筑工业出版社建筑工业出版社规规 范范建筑地基基础设计规范（建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）土工试验方法标准土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)基 础 工 程 土木工程学院第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 土的组成土的组成第三章第三章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类第四章第

3、四章 土的渗流土的渗流第五章第五章 土中应力土中应力第六章第六章 土的压缩性土的压缩性第八章第八章 地基变形地基变形第九章第九章 土的抗剪强度土的抗剪强度第十章第十章 土压力土压力第十一章第十一章 地基承载力和土坡稳定性地基承载力和土坡稳定性课程内容课程内容课程内容课程内容 基 础 工 程 土木工程学院第第 0 章章绪论绪论 基 础 工 程 土木工程学院土力学的相关概念土力学的相关概念本学科发展概况本学科发展概况本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求内内容提要容提要 基 础 工 程 土木工程学院基基 础础上部结构上部结构地地 基基建筑物三部分示意图建筑物三部分示意图土力学土力学-研究土的

4、应研究土的应力、变形、强度和稳力、变形、强度和稳定以及土与结构物相定以及土与结构物相互作用等规律的一门互作用等规律的一门力学分支称为土力学。力学分支称为土力学。0-1 0-1 土力学的相关概念土力学的相关概念土力学的相关概念土力学的相关概念 基 础 工 程 土木工程学院 建建筑筑物物的的全全部部荷荷载载均均由由其其下下的的地地层层来来承承担担。受受建建筑筑物物影影响响的的那那一一部部分分地地层层称称为为地地基基；建建筑筑物物向地基传递荷载的下部结构称为向地基传递荷载的下部结构称为基础基础。建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基基础基础地基地基 基 础 工 程 土木工程学院 地基基础设

5、计必须满足的基本条件地基基础设计必须满足的基本条件 建建筑筑物物的的建建造造使使地地基基中中原原有有的的应应力力状状态态发生变化，所以地基基础的设计必须满足：发生变化，所以地基基础的设计必须满足：a.a.作作用用于于地地基基的的荷荷载载不不超超过过地地基基的的承承载载能力（能力（地基土的强度问题地基土的强度问题）；）；b.b.控控制制基基础础沉沉降降使使之之不不超超过过允允许许值值（地地基土的变形问题基土的变形问题）。）。基 础 工 程 土木工程学院土力学的发展可以划分成以下三个历史时期。土力学的发展可以划分成以下三个历史时期。土力学的发展可以划分成以下三个历史时期。土力学的发展可以划分成以下

6、三个历史时期。萌芽期萌芽期萌芽期萌芽期(18-19(18-19(18-19(18-19世纪世纪世纪世纪)，1773177317731773年年年年CoulombCoulombCoulombCoulomb提出了抗剪提出了抗剪提出了抗剪提出了抗剪强度理论为今后的土体破坏理论奠定了基础；强度理论为今后的土体破坏理论奠定了基础；强度理论为今后的土体破坏理论奠定了基础；强度理论为今后的土体破坏理论奠定了基础；1857185718571857年年年年英国人英国人英国人英国人RankineRankineRankineRankine关于土压力的理论等。这一时期的理论关于土压力的理论等。这一时期的理论关于土压力

7、的理论等。这一时期的理论关于土压力的理论等。这一时期的理论研究为土力学发展成为一门独立学科奠定了基础。研究为土力学发展成为一门独立学科奠定了基础。研究为土力学发展成为一门独立学科奠定了基础。研究为土力学发展成为一门独立学科奠定了基础。0-2 0-2 本学科发展概况本学科发展概况本学科发展概况本学科发展概况 基 础 工 程 土木工程学院 古典土力学古典土力学古典土力学古典土力学(19-20(19-20(19-20(19-20世纪世纪世纪世纪)，1923192319231923年年年年TerzaghiTerzaghiTerzaghiTerzaghi提出了土体一提出了土体一提出了土体一提出了土体一维

8、固结理论和著名的有效应力原理，从而建立起一门独立的学维固结理论和著名的有效应力原理，从而建立起一门独立的学维固结理论和著名的有效应力原理，从而建立起一门独立的学维固结理论和著名的有效应力原理，从而建立起一门独立的学科科科科土力学。此后，随着弹性力学的研究成果被大量吸引过土力学。此后，随着弹性力学的研究成果被大量吸引过土力学。此后，随着弹性力学的研究成果被大量吸引过土力学。此后，随着弹性力学的研究成果被大量吸引过来，变形问题的研究越来越成为重要的内容，但是，土体的破来，变形问题的研究越来越成为重要的内容，但是，土体的破来，变形问题的研究越来越成为重要的内容，但是，土体的破来，变形问题的研究越来越

9、成为重要的内容，但是，土体的破坏问题始终是当时土力学研究的主流。这一时期在土体坏问题始终是当时土力学研究的主流。这一时期在土体坏问题始终是当时土力学研究的主流。这一时期在土体坏问题始终是当时土力学研究的主流。这一时期在土体破坏理破坏理破坏理破坏理论论论论研究方面的主要成就有：研究方面的主要成就有：研究方面的主要成就有：研究方面的主要成就有：FelleniusFelleniusFelleniusFellenius，TaylorTaylorTaylorTaylor和和和和BishopBishopBishopBishop等关等关等关等关于滑弧稳定分析方法的建立与完善；于滑弧稳定分析方法的建立与完善；

10、于滑弧稳定分析方法的建立与完善；于滑弧稳定分析方法的建立与完善；TerzaghiTerzaghiTerzaghiTerzaghi关于极限土压力关于极限土压力关于极限土压力关于极限土压力的研究和提出承载力公式；的研究和提出承载力公式；的研究和提出承载力公式；的研究和提出承载力公式；ShieldShieldShieldShield和沈珠江等关于土体破坏的和沈珠江等关于土体破坏的和沈珠江等关于土体破坏的和沈珠江等关于土体破坏的运动方程和极限平衡理论的建立；运动方程和极限平衡理论的建立；运动方程和极限平衡理论的建立；运动方程和极限平衡理论的建立；地基沉降地基沉降地基沉降地基沉降计算方法的建立与计算方法

11、的建立与计算方法的建立与计算方法的建立与完善；完善；完善；完善；MindlinMindlinMindlinMindlin公式的提出及其在桩基沉降计算中的应用；弹公式的提出及其在桩基沉降计算中的应用；弹公式的提出及其在桩基沉降计算中的应用；弹公式的提出及其在桩基沉降计算中的应用；弹性地基梁板的计算；砂井固结理论；性地基梁板的计算；砂井固结理论；性地基梁板的计算；砂井固结理论；性地基梁板的计算；砂井固结理论；BiotBiotBiotBiot固结理论的提出和完固结理论的提出和完固结理论的提出和完固结理论的提出和完善。善。善。善。基 础 工 程 土木工程学院古典土力学可以归结为古典土力学可以归结为古典

12、土力学可以归结为古典土力学可以归结为一个原理一个原理一个原理一个原理有效应力原理和有效应力原理和有效应力原理和有效应力原理和两个理论两个理论两个理论两个理论以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论和以刚以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论和以刚以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论和以刚以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论和以刚塑性模型为出发点的破坏理论塑性模型为出发点的破坏理论塑性模型为出发点的破坏理论塑性模型为出发点的破坏理论(极限平衡理论极限平衡理论极限平衡理论极限平衡理论)。但是，真实。但是，真实。但是，真实。但是，真实的土体决不是理想弹性体，也不是理想刚塑性体。的土

13、体决不是理想弹性体，也不是理想刚塑性体。的土体决不是理想弹性体，也不是理想刚塑性体。的土体决不是理想弹性体，也不是理想刚塑性体。现代土力学现代土力学现代土力学现代土力学（20202020世纪世纪世纪世纪-至今）：一方面，随着认识的深化，至今）：一方面，随着认识的深化，至今）：一方面，随着认识的深化，至今）：一方面，随着认识的深化，人们已越来越不满足于理想弹性介质和理想刚塑性介质这样人们已越来越不满足于理想弹性介质和理想刚塑性介质这样人们已越来越不满足于理想弹性介质和理想刚塑性介质这样人们已越来越不满足于理想弹性介质和理想刚塑性介质这样简单化的描述，另一方面，现代电子计算技术的发展为采用简单化的

14、描述，另一方面，现代电子计算技术的发展为采用简单化的描述，另一方面，现代电子计算技术的发展为采用简单化的描述，另一方面，现代电子计算技术的发展为采用复杂的模型提供了手段，从而为现代土力学的建立创造了客复杂的模型提供了手段，从而为现代土力学的建立创造了客复杂的模型提供了手段，从而为现代土力学的建立创造了客复杂的模型提供了手段，从而为现代土力学的建立创造了客观条件。观条件。观条件。观条件。1963 1963 1963 1963年，年，年，年，RoscoeRoscoeRoscoeRoscoe发表了著名的剑桥模型，提出第一发表了著名的剑桥模型，提出第一发表了著名的剑桥模型，提出第一发表了著名的剑桥模型

15、，提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，因而可以个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，因而可以个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，因而可以个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，因而可以看作现代土力学的开端。经过多年的努力，现代土力学已越看作现代土力学的开端。经过多年的努力，现代土力学已越看作现代土力学的开端。经过多年的努力，现代土力学已越看作现代土力学的开端。经过多年的努力，现代土力学已越过重要的阶段而渐趋成熟。过重要的阶段而渐趋成熟。过重要的阶段而渐趋成熟。过重要的阶段而渐趋成熟。基 础 工 程 土木工程学院特点：特点：特点：特点：(1)(1)(1)(1)课

16、程涉及工程地质学、材料力学、弹性力学和水力学课程涉及工程地质学、材料力学、弹性力学和水力学课程涉及工程地质学、材料力学、弹性力学和水力学课程涉及工程地质学、材料力学、弹性力学和水力学等几个学科领域，内容广泛、综合性强；等几个学科领域，内容广泛、综合性强；等几个学科领域，内容广泛、综合性强；等几个学科领域，内容广泛、综合性强；(2)(2)(2)(2)课程理论性和实践性较强。课程理论性和实践性较强。课程理论性和实践性较强。课程理论性和实践性较强。要求：要求：要求：要求：(1)(1)(1)(1)学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学习和掌握土的

17、应力、变形，强度和地基计算等土力学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学基本原理；学基本原理；学基本原理；学基本原理；(2)(2)(2)(2)熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法；试验方法；试验方法；试验方法；(3)(3)(3)(3)重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的程序和方法，注意阅

18、读和使用工程地质勘察资料能力的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养。培养。培养。培养。0-3 0-3 本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求 基 础 工 程 土木工程学院第第 一一 章章土土 的的 组组 成成 基 础 工 程 土木工程学院岩石岩石风化（风化（物理、物理、化学化学）作用）作用岩石破碎岩石破碎 化学成分改变化学成分改变搬运搬运沉积沉积大小、形状和大小、形状和成分都不相同成分都不相同的松散颗粒集的松散颗粒集合体合体（土）（土

19、）土土固相固相液相液相气相气相土中颗粒的大小、成分及三相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质反映出土的不同性质 1-1 1-1 概述概述概述概述 基 础 工 程 土木工程学院土的定义：土的定义：土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。各种自然环境中生成的沉积物。土的三相组成：土的三相组成：土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及

20、气体。因此，粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒土是由颗粒(固相固相)、水、水(液相液相)和气和气(气相气相)所组所组成的三相体系。成的三相体系。基 础 工 程 土木工程学院土的常见成因：土的常见成因：1 1残积物残积物 残积物是残留在原地未残积物是残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另一部分剥蚀后的产物，而另一部分则被风和降水所带走。则被风和降水所带走。2 2坡积物坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉

21、积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。基 础 工 程 土木工程学院 3 3洪积物洪积物 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物。斜平原而形成洪积物。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。如果逐由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。如果逐渐扩大以至连接起来，则形成洪积冲积平原的地貌渐扩大以至连接起来，则形成洪积冲积平原的地貌单元。单元。洪积

22、物常呈现不规则交错的层理构造，如具有洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状。夹层、尖灭或透镜体等产状。基 础 工 程 土木工程学院 基 础 工 程 土木工程学院4.4.冲积物冲积物 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。河流坡降平缓地带形成的沉积物。基 础 工 程 土木工程学院5.5.其它沉积物其它沉积物 除了上述四种成因类型的沉积物外，还有除了上述四种成因类型的沉积物外，还有海洋沉积物、海洋沉积物、湖泊沉积物、冰

23、川沉积物及风湖泊沉积物、冰川沉积物及风积物等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风积物等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的等的地质作用形成的 基 础 工 程 土木工程学院 土土土土的的的的三三三三相相相相组组组组成成成成是是是是指指指指土土土土由由由由固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒、液液液液体体体体水水水水和和和和气气气气体体体体三三三三部部部部分分分分组组组组成成成成。土土土土中中中中的的的的固固固固体体体体矿矿矿矿物物物物构构构构成成成成土土土土的的的的骨骨骨骨架架架架,骨骨骨骨架架架架之之之之间间间间贯贯贯贯穿穿穿穿着着着着大量的孔隙大量的孔隙大量的孔隙大量的孔隙,孔隙中

24、充满着液体水和气体。孔隙中充满着液体水和气体。孔隙中充满着液体水和气体。孔隙中充满着液体水和气体。土土土土体体体体三三三三相相相相比比比比例例例例不不不不同同同同，土土土土的的的的状状状状态态态态和和和和工工工工程程程程性性性性质质质质也也也也随随随随之之之之各各各各异异异异，例如：例如：例如：例如：固固固固体体体体+气气气气体体体体（液液液液体体体体=0=0=0=0）为为为为干干干干土土土土，此此此此时时时时粘粘粘粘土土土土呈呈呈呈坚坚坚坚硬硬硬硬状状状状态态态态，砂土呈松散状态；砂土呈松散状态；砂土呈松散状态；砂土呈松散状态；固体固体固体固体+液体液体液体液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑

25、状态；气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；固固固固体体体体+液液液液体体体体（气气气气体体体体=0=0=0=0）为为为为饱饱饱饱和和和和土土土土，此此此此时时时时粉粉粉粉细细细细砂砂砂砂或或或或粉粉粉粉土土土土遇遇遇遇强强强强烈烈烈烈地地地地震震震震，可可可可能能能能产产产产生生生生液液液液化化化化，而而而而使使使使工工工工程程程程遭遭遭遭受受受受破破破破坏坏坏坏；粘粘粘粘土土土土地地地地基基基基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。受建筑物

26、荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。土的三相组成土的三相组成土的三相组成土的三相组成 基 础 工 程 土木工程学院 土土土土是是是是由由由由固固固固相相相相、液液液液相相相相、气气气气相相相相组组组组成成成成的三相分散系。的三相分散系。的三相分散系。的三相分散系。固固固固相相相相包包包包括括括括多多多多种种种种矿矿矿矿物物物物成成成成分分分分组组组组成成成成土土土土的的的的骨骨骨骨架架架架，骨骨骨骨架架架架间间间间的的的的空空空空隙隙隙隙为为为为液液液液相相相相和和和和气气气气相相相相填填填填满满满满，这这这这些些些些空空空空隙隙隙隙是是是是相相相相互连通的，形成多孔介质；互连通的，形成多孔介质

27、；互连通的，形成多孔介质；互连通的，形成多孔介质；液液液液相相相相主主主主要要要要是是是是水水水水(溶溶溶溶解解解解有有有有少少少少量量量量的可溶盐类的可溶盐类的可溶盐类的可溶盐类)；气气气气相相相相主主主主要要要要是是是是空空空空气气气气、水水水水蒸蒸蒸蒸气气气气，有时还有沼气等。有时还有沼气等。有时还有沼气等。有时还有沼气等。基 础 工 程 土木工程学院一、土粒粒度和粒组一、土粒粒度和粒组一、土粒粒度和粒组一、土粒粒度和粒组 土粒的土粒的大小大小、相关矿物成分相关矿物成分以及以及大小搭配情况大小搭配情况对土对土的物理力学性质有明显影响。的物理力学性质有明显影响。土粒的大小称为土粒的大小称为

28、粒度粒度，通常由，通常由粒径粒径表示。介于一定表示。介于一定粒度范围的土粒称为粒度范围的土粒称为粒组粒组。工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为来表示，称为土的颗粒级配土的颗粒级配 1-2 1-2 土中固体颗粒土中固体颗粒土中固体颗粒土中固体颗粒1 1 1 1、土粒的粒度成分、土粒的粒度成分、土粒的粒度成分、土粒的粒度成分 基 础 工 程 土木

29、工程学院 基 础 工 程 土木工程学院二、粒度成分试验方法二、粒度成分试验方法二、粒度成分试验方法二、粒度成分试验方法试验方法试验方法筛分法：筛分法：适用于适用于0.075mmd60mm比重计法比重计法:适用于适用于d0.075mm 基 础 工 程 土木工程学院筛分法用一套孔径不同的筛子，按从用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分后计算其占总土粒质量的百分数。数。基 础 工 程 土木工程学院比重计法利用不同大小的土粒在水中

30、的沉降速度不利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量同来确定小于某粒径的土粒含量 基 础 工 程 土木工程学院纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐横坐标表示土粒的粒径标表示土粒的粒径(对数坐标）对数坐标）三、颗粒粒径级配曲线三、颗粒粒径级配曲线三、颗粒粒径级配曲线三、颗粒粒径级配曲线 基 础 工 程 土木工程学院颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述颗粒级配的描述颗粒级配的不均匀程度不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、30%和和60%时所对应的粒径时所对

31、应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把匀。工程上把Cu5的土视的土视为级配不良的土；为级配不良的土；Cu10的土视为级配良好的土的土视为级配良好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态，表明配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况 对于砾类土或砂类土，同时满对于砾类土或砂类土，同时满足足Cu5和和Cc=13时，定名为时，定名为良好级配砂或良好级配砾良好级配砂或良好级配砾 基 础 工 程 土木工程学院矿物成分取决于矿物成分取决于母岩的矿物成分母岩的矿物成分和和风化作用风化作用。原生矿物：原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成由岩石

32、经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同。分与母岩相同。次生矿物：次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同。成分与母岩不相同。例：例：石英、云母、长石等石英、云母、长石等特征：特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点。无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点。例：例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点。遇水易膨胀的特点。2 2 2 2、土粒的

33、矿物成分、土粒的矿物成分、土粒的矿物成分、土粒的矿物成分 基 础 工 程 土木工程学院 原生矿物是岩石物理风化生成的颗粒，其矿物成分原生矿物是岩石物理风化生成的颗粒，其矿物成分原生矿物是岩石物理风化生成的颗粒，其矿物成分原生矿物是岩石物理风化生成的颗粒，其矿物成分与母岩相同，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，比与母岩相同，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，比与母岩相同，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，比与母岩相同，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，比表面积表面积表面积表面积(单位体积内颗粒的总面积单位体积内颗粒的总面积单位体积内颗粒的总面积单位体积内颗粒的总面积)小，吸附水的能力较小，吸附水

34、的能力较小，吸附水的能力较小，吸附水的能力较弱，性质稳定。漂石、卵石、砾石等粗大粒组都是岩石弱，性质稳定。漂石、卵石、砾石等粗大粒组都是岩石弱，性质稳定。漂石、卵石、砾石等粗大粒组都是岩石弱，性质稳定。漂石、卵石、砾石等粗大粒组都是岩石碎屑。碎屑。碎屑。碎屑。次生矿物是指岩石中矿物经化学风化作用后形成的次生矿物是指岩石中矿物经化学风化作用后形成的次生矿物是指岩石中矿物经化学风化作用后形成的次生矿物是指岩石中矿物经化学风化作用后形成的新的矿物，性质与母岩完全不同。由于其粒径非常小，新的矿物，性质与母岩完全不同。由于其粒径非常小，新的矿物，性质与母岩完全不同。由于其粒径非常小，新的矿物，性质与母岩

35、完全不同。由于其粒径非常小，具有很大的比表面积，与水作用能力很强，能发生一系具有很大的比表面积，与水作用能力很强，能发生一系具有很大的比表面积，与水作用能力很强，能发生一系具有很大的比表面积，与水作用能力很强，能发生一系列复杂的物理、化学变化。因此次生矿物对土体工程性列复杂的物理、化学变化。因此次生矿物对土体工程性列复杂的物理、化学变化。因此次生矿物对土体工程性列复杂的物理、化学变化。因此次生矿物对土体工程性质影响很大。质影响很大。质影响很大。质影响很大。基 础 工 程 土木工程学院土中水的含量明显地影响土的性质土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土尤其是粘性土)。1.结合水结合水强结合

36、水：强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体。几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体。弱结合水：弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱。受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱。2.自由水自由水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传递水压力，冰点为传递水压力，冰点为0，有溶解能力，有溶解能力 以两种形式存在：以两种形式存在：毛细水、重力水毛细水、重力水1-2 1

37、-2 土中水土中水土中水土中水 基 础 工 程 土木工程学院土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封闭气体与大气连通的非封闭气体和和与大气不连通的封闭气与大气不连通的封闭气体体。1.非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。土的性质影响不大。2.封闭气体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大质有较大的影响，使土的渗透性

38、减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时。和延长土体受力后变形达到稳定的历时。1-3 1-3 土中气土中气土中气土中气 基 础 工 程 土木工程学院土的结构包括土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒土的结构包括土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。1.单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。不同

39、，可分为疏松状态和密实状态。密实状态密实状态疏松状态疏松状态1-4 1-4 土的结构和构造土的结构和构造土的结构和构造土的结构和构造1 1 1 1、土的结构、土的结构、土的结构、土的结构 基 础 工 程 土木工程学院2.蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构。环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构。3.絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态

40、。当悬液介质发生变化时，土粒表在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构。下沉，形成孔隙较大的絮状结构。蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构 基 础 工 程 土木工程学院 单粒结构单粒结构 砂层，砾石层砂层，砾石层 土的结构土的结构 蜂窝结构蜂窝结构 粉粒粉粒 絮状结构絮状结构 粘粒粘粒 基 础 工 程 土木工程学院土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构

41、造，二者即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性都造成了土的不均匀性 1.层理构造：层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成而沿竖向呈现出成层特征。层特征。2.裂隙构造：裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割土体被许多不连续的小裂隙所分割,在在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。2 2 2 2、土的构造、土的构造、土的构造、土的构造 基 础 工 程 土木工程学院第第 二二 章章土的物理性质土的物理性质及分类及分类 基 础 工 程 土木工程学院土土

42、固相固相液相液相气相气相土中颗粒的大小、成分及三相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质反映出土的不同性质 2-1 2-1 概述概述概述概述 掌握土的物理性质和物理状态指标的定义、物理概念、掌握土的物理性质和物理状态指标的定义、物理概念、计算公式和单位。要求熟练地掌握物理指标的三相换算。计算公式和单位。要求熟练地掌握物理指标的三相换算。了解地基土的工程分类依据与准确定名。了解地基土的工程分类依据与准确定名。基 础 工 程 土木工程学院2-2 2-2 土的三相比例关系土的三相比例关系土的三相比例关系土的三相比例关系气气水水土粒土粒msmw

43、mVsVwVVa质量质量m体积体积VVv1 1 1 1、土的三相比例关系图、土的三相比例关系图、土的三相比例关系图、土的三相比例关系图 基 础 工 程 土木工程学院2 2 2 2、指标的定义、指标的定义、指标的定义、指标的定义 三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。三相比例指标可分为两种，一种是三相比例指标可分为两种，一种是试验指标（基本指标）试验指标（基本指标）；另一种是；

44、另一种是换算指标（导出指标）换算指标（导出指标）。三项基本指标：三项基本指标：重度重度、比重比重ds、含水量含水量w；其它换算指标：其它换算指标：孔隙比孔隙比e、孔隙率孔隙率n、饱和度饱和度Sr等等 基 础 工 程 土木工程学院定义：单位体积土的质量。定义：单位体积土的质量。（1 1）土的重度）土的重度一、直接指标一、直接指标一、直接指标一、直接指标工程中常用重度工程中常用重度 来表示单位体积土的重力。来表示单位体积土的重力。重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 单位：单位：kN/m3范围：范围：1622测定方法：环刀法。测定方法：环刀法。基 础 工 程 土木工程学院 基 础 工

45、程 土木工程学院定义：土粒重度与同体积定义：土粒重度与同体积定义：土粒重度与同体积定义：土粒重度与同体积44时纯水的重度比值。时纯水的重度比值。时纯水的重度比值。时纯水的重度比值。土的名称土的名称砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土土粒比重土粒比重2.652.69 2.702.71 2.722.75（2 2）土的土粒比重（相对密度）土的土粒比重（相对密度）单位：无量纲单位：无量纲换算公式：换算公式：范围：范围：测定方法：比重瓶法测定方法：比重瓶法 基 础 工 程 土木工程学院 基 础 工 程 土木工程学院定义：土中水的重量与土粒重量之比。定义：土中水的重量与土粒重量之比。定义：土中水的重量与土粒重量之

46、比。定义：土中水的重量与土粒重量之比。（3 3）含水量）含水量单位：单位：无，无，%常见值：砂土常见值：砂土=（040)%;粘性土粘性土=（2060)意义：表示湿度的物理指标，与土的种类，埋意义：表示湿度的物理指标，与土的种类，埋 藏条件及其藏条件及其所处的自然地理环境等有关。所处的自然地理环境等有关。测定方法：烘干法。测定方法：烘干法。基 础 工 程 土木工程学院 基 础 工 程 土木工程学院定义：单位体积土中固体颗粒的重量。定义：单位体积土中固体颗粒的重量。定义：单位体积土中固体颗粒的重量。定义：单位体积土中固体颗粒的重量。（1 1）干重度干重度单位：单位：kN/m3 范围：范围：1318

47、二、特殊条件下土的重度二、特殊条件下土的重度二、特殊条件下土的重度二、特殊条件下土的重度 基 础 工 程 土木工程学院定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。（2 2）饱和重度饱和重度单位：单位：kN/m3 范围：范围：1823 基 础 工 程 土木工程学院定定定定义义义义：地地地地下下下下水水水水位位位位以以以以下下下下，土土土土体体体体受受受受水水水水的的的的浮浮浮浮力力力力作作作作用用用用时时时时，扣扣扣扣除除除除 水的浮力后单位体积土的重量。水

48、的浮力后单位体积土的重量。水的浮力后单位体积土的重量。水的浮力后单位体积土的重量。（3 3）浮重度浮重度单位：单位：kN/m3 范围：范围：813 基 础 工 程 土木工程学院 土的三相比例指标中的质量密度指标共有土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密个，土的密度度，饱和密度，饱和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3),相应的相应的重度指标也有重度指标也有4个，土的重度个，土的重度，饱和重度，饱和重度 sat，干重度，干重度 d，浮，浮重度重度 (kN/m3)几种重度之间的内在联系几种重度之间的内在联系 基 础 工 程 土木工程学院定义：土中孔隙所占总体积之比，

49、用百分数表示。定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。物理意义：表示土中孔隙大小的程度。物理意义：表示土中孔隙大小的程度。物理意义：表示土中孔隙大小的程度。物理意义：表示土中孔隙大小的程度。（1 1）土的孔隙率）土的孔隙率三、换算指标三、换算指标三、换算指标三、换算指标单位：单位：%范围：粘性土和粉土范围：粘性土和粉土:(3060);砂土砂土:(2545)。基 础 工 程 土木工程学院定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。定义：土中孔隙体积

50、与土粒体积之比。（2 2）土的孔隙比）土的孔隙比 基 础 工 程 土木工程学院定义：土中水的体积与孔隙体积之比，用定义：土中水的体积与孔隙体积之比，用%表示。表示。物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。（3 3）土的饱和度）土的饱和度范围：范围：Sr=01工程应用：饱和度可以反映土的干湿程度，工程应用：饱和度可以反映土的干湿程度，砂土砂土根据饱根据饱和度和度Sr的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，其划分标准见下表：其划分标准见下表：基 础 工 程 土木工程学院气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积