《土力学第一章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学第一章.ppt（40页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、土的组成土的组成第一章第一章11.1 概述概述1.2 土中固体颗粒土中固体颗粒1.3 土中水和土中气土中水和土中气1.4 黏土颗粒和水的作用黏土颗粒和水的作用1.5 土的结构和构造土的结构和构造 第一章第一章 土的组成土的组成2土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的三相组成土的物理状态土的结构土的工程分类土的压实性 决定决定影响如何获得较好的土如何获得较好的土便于研究和应用便于研究和应用1.1 1.1 概概 述述3土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学
2、物理力学性质性质 风化风化土土地球影响影响岩石岩石地球1.1 概述4生物循环生物循环物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物一.风化有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物新的矿物1.1 概述水解作用水解作用水化作用水化作用氧化作用氧化作用动植物
3、的活动动植物的活动5二.搬运与沉积残积土残积土无搬运运运/沉积土沉积土有搬运土土质质较较好好残积土残积土强风化强风化弱风化弱风化微风化微风化母岩体母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物1.1 概述6沉积土沉积土有搬运风：风：风积土风积土重力重力:坡积土坡积土 流水流水:洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川:冰积土冰积土土粒粗细不同，性质不均匀土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显
4、，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理2.搬运与沉积1.1 概述71.1 概述概述1.2 土中固体颗粒土中固体颗粒1.3 土中水和土中气土中水和土中气1.4 黏土颗粒和水的作用黏土颗粒和水的作用1.5 土的结构和构造土的结构和构造 第一章第一章 土的组成土的组成81.2 1.2 土中的固体颗粒土中的固体颗粒气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用91.2
5、.1 土粒的粒度成分物理状态力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 1.2 土中的固体颗粒10颗粒大小粒度 土粒的大小土粒的大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径1.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分d(mm)d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细0.1粗粒粗粒细粒细粒1.2 土中的固体颗粒巨粒巨粒11颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的颗粒级配影响土性的主因颗粒级配1.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度
6、成分1.2 土中的固体颗粒12颗粒级配确定方法确定方法 筛分法：筛分法：适用于粗粒土适用于粗粒土 (0.075 mm)沉降分析法：沉降分析法：适用于细粒土适用于细粒土 (0.075 mm)各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法表述方法 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线1.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分1.2 土中的固体颗粒13105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100
7、.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线沉降分析法沉降分析法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.5101.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分1.2 土中的固体颗粒筛分法筛分法141009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线沉降分析法沉降分析法粒径粒径(mm)(mm)0.050
8、.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.5101.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分1.2 土中的固体颗粒0t1t2t3t4151009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径:d50:平均平均粒径粒径d60:控制控制粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30:中值中值粒径粒径不均匀程度不均
9、匀程度：Cu=d60/d10 连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀粗细程度粗细程度：用用d50 表示 1.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分1.2 土中的固体颗粒161009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.030
10、0.545斜率斜率:某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大Cc =1 3,级配连续性好级配连续性好1.2.1 1.2.1 土粒的粒度成分土粒的粒度成分1.2 土中的固体颗粒17粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均
11、匀程度：用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土不均匀土；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 1 1g/cmg/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的特性具有固体的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水/吸着水吸着水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移
12、动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水弱结合水/薄膜水薄膜水1.3.1 1.3.1 土中水土中水1.3 土中水和土中气 受到电分子吸引力吸附受到电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。于土粒表面的土中水。23自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水在重力作用下可在土中自由流动，在重力作用下可在土中自由流动，对土粒有浮力对土粒有浮力 存在于固气之间存在于固气之间 在重力与表面张力作用下在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动可在土粒间空隙中自由移动1.3.1 1.3.1 土中水土中水1.3 土中水和土中气 分为毛细悬挂水和毛细上升水分为毛细悬挂水和毛细上升水 毛细水的上升高
13、度和速度对建毛细水的上升高度和速度对建 筑物地下部分的防潮和地基土的浸筑物地下部分的防潮和地基土的浸湿和冻胀有重要影响。湿和冻胀有重要影响。盐渍土盐渍土24 =湿润角湿润角 空气空气固体固体水水 lT=界面张力界面张力d d=毛管直径毛管直径Td=2rua-uwua-uw=压力差压力差毛细水毛细现象毛细现象毛毛细细管管hc1.3.1 1.3.1 土中水土中水1.3 土中水和土中气25土中毛细现象土中毛细现象上升高度上升高度:r2hcw=2rTcos毛细水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管
14、通的毛细管毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石分析对象分析对象:水柱水柱1.3.1 1.3.1 土中水土中水1.3 土中水和土中气26对砂土强度的影响对砂土强度的影响:毛细边角毛细边角水水,假凝聚力假凝聚力 毛细压力毛细压力2rTcos+ucr2 =0毛细压力 非饱和土中毛细张力影响非饱和土中毛细张力影响分析对象分析对象:水膜水膜1.3.1 1.3.1 土中水土中水1.3 土中水和土中气27v自由气体：自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大与大气连通，对土的性质影响不大v封闭气体：封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道增加土的弹性；阻塞渗流通道v安全防范：安
15、全防范：O2含量的降低、可燃气体的存在含量的降低、可燃气体的存在1.3.2 土中气1.3 1.3 土中水和土中气土中水和土中气281.1 概述概述1.2 土中固体颗粒土中固体颗粒1.3 土中水和土中气土中水和土中气1.4 黏土颗粒和水的作用黏土颗粒和水的作用1.5 土的结构和构造土的结构和构造 第一章第一章 土的组成土的组成291.4.1 黏土矿物的结晶结构和亲水性1.4 1.4 黏黏土颗粒与水的相互作用土颗粒与水的相互作用30高岭石高岭石（氢键联结）（氢键联结）粘土矿物的粘土矿物的晶格构造晶格构造蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石粒径粒径比表面积比表面积胀胀 缩缩 性性渗渗 透透 性性强度强度压压 缩
16、缩 性性大大10-20m2/g小小大大大大小小中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大小小小小大大比表面积：单位质量土颗粒所拥有的总表面积9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大311.4.2 黏土颗粒与水的相互作用1.4 1.4 黏黏土颗粒与水的相互作用土颗粒与水的相互作用1、粘土矿物的带电性t=0t 0电动现象电动现象电泳与电渗电泳与电渗32研究表明：研究表明：粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷1.4.2 1.4.2 黏土颗粒与水的相互作用黏土颗粒与水的相互作用1.4 黏土颗粒与水的相互作用-+粘土颗粒粘土颗粒水分子水分子阳
17、离子阳离子产生不平衡电荷的原因：产生不平衡电荷的原因：a.离解作用；离解作用；b.吸附作用；吸附作用；c.同晶置换；同晶置换；d.边缘断裂边缘断裂33反离子层与土粒表反离子层与土粒表面负电荷一起构成面负电荷一起构成双电层双电层1.4.2 1.4.2 黏土颗粒与水的相互作用黏土颗粒与水的相互作用1.4 黏土颗粒与水的相互作用2、双电层的概念34土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结1.5 1.5 土的结构和构造土的结构和构造土粒间的作用力土粒间的作用力粘性土的结构性指标粘性土的结构性指标力学特性力学特性土的结构影响粗粒土的结构粗粒土的结构细粒土的结构细粒土的结构重塑土的
18、强度重塑土的强度原状土的强度原状土的强度351.1 概述概述1.2 土中固体颗粒土中固体颗粒1.3 土中水和土中气土中水和土中气1.4 黏土颗粒和水的作用黏土颗粒和水的作用1.5 土的结构和构造土的结构和构造 第一章第一章 土的组成土的组成36微观结构：微观结构：土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结1.5 1.5 土的结构和构造土的结构和构造力学特性力学特性土的结构影响重塑土的强度重塑土的强度原状土的强度原状土的强度宏观结构：宏观结构：土层在空间的赋土层在空间的赋存状态存状态371.5.1 土的结构土的结构1.5 土的结构和构造 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形
19、式 矿物成分矿物成分单粒结构单粒结构 示意图示意图重力，毛细力重力，毛细力点与点、点与面点与点、点与面原生矿物原生矿物粗粒土的结构粗粒土的结构38 粒间作用力粒间作用力 形成环境形成环境 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加）（斥力减小引力增加）片架结构片架结构(凝聚结构凝聚结构)片堆结构片堆结构(分散结构分散结构)示意图示意图表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势）（粒间斥力占优势）淡水中沉积淡水中沉积海水中沉积海水中沉积次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。面与面面与面边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边力学特性有何差异？1.5.1 土的结构土的结构1.5 土的结构和构造细粒土的结构细粒土的结构 还有其他形式还有其他形式391.5.2 土的构造土的构造1.5 土的结构和构造表征土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。表征土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。40