土质学和土力学共23页
土质学与土力学
3、絮凝状结构：土粒或聚粒以边——边、边 ——面方式相联结在一起的结构形式（又称蜂窝状 结构）。这种结构具大孔隙，在外力作用下有较大 的变形。
4、土的结构性与灵敏度
土的性质由于其结构的破坏而改变的特性称为 qu 土的结构性。土的结构性用灵敏度表示：
St q0
灵敏度 St
低灵敏土 St=1~2
中等灵敏土 St=2~4
灵敏土 St=4~8
特别灵敏土 St=8~16
《土质学与土力学》多媒体课件
人防工程教研室 赵佩胜 制作
中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件
第四节 土的三相比例指标
土的三相（固相、液相、气相）组成物质在重量和体积
上的比例关系，反映出土的一些物理性质，如干湿、紧密等， 也可以间接地评价土的工程性质，可用三相图来表示土的物 质组成。 在三相图中，各相组成部分在重量和体积方面的关系如
Cu<5 Cu>10
土粒均匀，其级配不良 级配良好
3、三角坐标法
三角坐标可以表示三种粒组的含量，一般把土 粒分成砂粒、粉粒、粘粒三类。 利用几何上，等边三角形内任一点到三角形三 个边的垂直距离之和为一常数（图1-3）。
，
令：
h1 h 2 h 3 H 1 0 0 %
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1、单粒结构：主要为碎石类土、砂类土等大颗粒土的 结构形式。
2、聚粒结构：若干个片状土粒以面——面方式聚合在 一起，形成较大的叠片状集合体。 据研究认为：较小的粘土颗粒为片状的，表面带负电荷，
边角断口处带正电荷。
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土力学和土质学PPT课件
得出：流量Q与过水面积A和 水头（h1-h2）成正比与渗透路 径L成反比，即达西定律：
Q=KA (h1-h2)/L
达西渗透实验装置
达西定律的适用范围
达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广 应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。
(a) 细粒土的v-i关系 (b) 粗粒土的v-i关系
①砂土、一般粘土 ;②颗粒极细的粘土
到一定程度，土体将发生失稳破坏，这种现象称为渗透变形。
※主要有两种形式，即流砂与管涌。渗流水流将整个土体带走
的现象称为流砂；渗流中土体大颗粒之间的小颗粒被冲出的 现象称为管涌。
动水压力及流砂现象
3.流砂现象、管涌和临界水力梯度
※在粘性土中，渗透力的作用往往使渗流逸出处某一 范围内的土体出现表面隆起变形；而在粉砂、细砂及 粉土等粘聚性差的细粒土中，水力梯度达到一定值后， 渗流逸出处出现表面隆起变形的同时，还可能出现渗 流水流夹带泥土向外涌出的砂沸现象，致使地基破坏， 工程上将这种流土现象称为流砂。
渗透系数的确定
渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个 指标，其数值的正确确定对渗透计算有着 非常重要的意义。影响渗透系数大小的因 素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大 小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立
土质学与土力学绪论 第一章土的物质组成和结构构造
土质学与土力学与其他课程的关系
❖ 土质学与土力学属于技术根底课，它在一般根底课 和专业课之间起到承上启下的作用。
❖ 先行课程：材料力学、结构力学、弹性理论初步、 工程地质学与水文地质学、水力学
❖ 后续课程：水工结构、地基及根底 ❖ 土质学与土力学是一门边缘学科，它所设计的自然
❖ Cu大
不均匀
压密度大
有细粒土填空
❖ Cu小
均匀
密度小
无细粒土填空 压
❖ 土粒的级配——颗分曲线分析
❖ 对于级配不连续的情况，有时Cu虽然大， 但渗透稳定性一样不好，故Cu虽大，但并 不说明土粒级配良好，还要用Cc来衡量， Cu和Cc描述了级配曲线整体特征，可描述 土级配的好坏。
Cc
d d 台阶分布在 10 30
成土矿物
砂粒
❖ 一般由石英构成，其次是长石、云母。
粘粒
❖ 包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含 量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩 性增高。
❖ 土粒的粒组
❖ 天然土由无数大小不同的土粒组成，逐个 研究它们的大小是不可能的，统称是将工 程性质相近的土粒合并成一组称为粒组。
❖ 漂石粒 ❖ 卵石粒 ❖砾 粒 ❖砂 粒 ❖粉 粒 ❖粘 粒 ❖胶 粒 ❖ 巨粒组 d>60mm ❖ 粗粒组 60mm～0.075mm ❖ 细粒组 d<0.075mm
毛细管压力 Pc hcw
负孔隙水压力
沙
坑
倒
可使土粒相互挤紧，可使无粘性土也象有粘 聚力似得。由毛细管压力所造成无粘性土间的
塌
连接力，称之为假粘聚力 。
❖ 重力水
❖ 重力水是在重力和水位差作用下能在土中 流动的自由水。它是土中其它类型水的来 源。重力水具有融解能力，能传递静水和 动水压力，并对土粒起浮力作用 。
土质学与土力学
土质学与土力学
土质学是研究不同类型的土壤的性质、结构、性能和力学性质的科学，是地质学的一个分支。
土质学研究土壤的物理性质、化学性质、生物性质、结构和力学性质，它涉及到土壤的不稳定性、流变性、坡（角）能等问题，因此，作为一门集地质学、矿物学、化学、物理学、微生物学、工程学和农业生态学于一体的多学科交叉学科，土质学对工程施工提供了重要的理论支持。
土力学是建筑材料的分支，主要用于研究地基、桩基和建筑物的抗压和抗拉性能。
土力学的研究围绕土力的性质、力学模型、稳定性问题、变形、破坏等展开，它包括多种复杂的物理机制、力学原理和数学模型。
土力学的研究为提高土壤的工程性质、诊断其变形行为等提供了实践性的依据。
土质学和土力学是一体的，它们共同为土壤工程、建筑材料、基础设施和建筑物等提供了重要理论支持，它们对建筑结构在变形、破坏等方面的研究有重大影响。
通过对土壤力学特性和工程特性的研究，可以保证土壤不被破坏，从而确保建筑安全稳定。
土质学与土力学
土的层流渗透定律 — 达西定律
若土中孔隙水在压力梯度下发生渗流，如图：
测压 管
△H
h1
a
H1
水流
b
z1 l
基准线
h2 H2
z2
由于土中孔隙较小，因此在大多数情况下水在孔隙中的
流速较小，可认为是层流。那么土中水的渗流规律可认为是
符合层流渗透定律，即达西定律——水在土中的渗透速度与
水头梯度成正比。
v =k ΔH =kI l
➢蒙脱石类黏土矿物：以O-O分子间作用力 联结，联结力极弱，表面有多余的负电荷可 吸附其它阳离子来补偿。这种阳离子吸引极 性水分子成为水化离子，充填于结构单位层 间，使蒙脱石的晶格活动性极大，在层间能吸附大量水分子， 使蒙脱石的膨胀性及压缩性均大。甚至层间可能完全分解，成 为高度分散的横向延伸极大的薄膜片状粒子； ➢伊利石类黏土矿物：矿物晶格结构与蒙脱石相似，但在单位 层面之间嵌有带正电荷钾离子，似以离子间 力联结，使其联结介于高岭石与蒙脱石之间， 故伊利石晶格活动性膨胀性及压缩性均介于 二者之间，属过渡型。
正常毛细水带：由于与地下潜水连通，毛细水几乎充满了
毛细水带
全部孔隙，会随地下水位的升降而作相应的移动
毛细网状水带：位于中部，当地下水位急剧下降时，它也
急剧下降，在较细的毛细孔隙中有一部分毛细水来不及移动， 而较粗的孔隙中毛细水下降后充满空气。使得毛细水呈网状分
布，并可在表面张力和重力作用下移动
毛细悬挂水带：由地表水下渗而形成的水悬挂在土颗粒之
土的毛细性
土的毛细性：是指土能够产生毛细现象的性质。
土的毛细现象：是指土中水在表面张力作用下，沿着细
的孔隙向上及向其它方向移动的现象。土的细微孔隙中的
土质学及土力学
用GDS及其它动静三轴仪研究土的力学问题，用土工离 心机研究高土石坝、高路堤、桩与基础的相互作用、轻型支 挡结构等的受力变形及稳定问题，甚至有人提出了用大型的 振动台研究土工构筑物的动力效应问题。
地基土的不均匀性，地基中初始应力条件和荷载条件的 不确定性，土工试验的误差，使土工参数带有一定的随机性， 故在边坡稳定分析，地基基础的设计方面，应考虑可靠度和 风险分析。在路基工程中，存在土质改良问题。总之在以上 领域还需要进行深入的研究。
四、土力学理论的发展
古典理论时期：土力学的基本理论也有一个发展过程，
18世纪以前，在土建中许多土力学问题只凭经验解决， 1773-1776年法国库伦（coulomb）提出抗剪强度和土压 力的滑动土楔理论，土力学才进入古典理论时期。其后，彭
恩莱(Poncelet，1840年)对线性滑动土楔作了完善了解； 兰金（Rankine，1857年）在塑性应力场基础上提出新的 土压力理；布辛尼斯克（Boussinesq，1885年）提出一点 集中荷载下弹性地基中应力和位移计算；法国（Darcy， 1856年）通过水在砂中渗流试验，建立达Darcy公式，这 对以后研究渗流和固结打下了基础，芬兰纽斯（Fellenius， 1922年）在处理铁路路基滑坡问题提出土坡稳定分析方法。
土中的水
结合水 自由水
强结合水 弱结合水 毛细水
重力水
当土粒与水相互作用时，土粒会吸附一部分水分子，在土 粒表面形成一定厚度的水膜，由于受表面引力作用，而不服 从静水力学规律，结合水的密度，粘滞度均比一般正常水为 高，冰点比O℃低。
在结合水膜以外的水，为正常的液态水溶液，它受重力 的控制而流动，能传递静水压力，为自由水。自由水又分为 毛细水和重力水。
土质学与土力学,钱建固
土质学与土力学，钱建固土质学与土力学是土木工程学科中非常重要的两个分支。
土质学是研究土壤物理特性、化学性质和构造特征的学科，而土力学则是研究土壤力学特性和力学行为的学科。
这两个学科的研究成果对于土木工程的设计和施工具有重要的指导作用。
土质学研究的对象是土壤，土壤是由矿物质、有机质、水和空气组成的自然界的一种多相材料。
土壤的物理特性包括颗粒组成、孔隙结构和密度等；化学性质包括土壤的酸碱度、养分含量和有机质含量等；构造特征则包括土壤的均质性、层理性和颜色特征等。
土壤的物理特性决定了土壤的孔隙结构和水分运移特性，化学性质与土壤的肥力和环境影响有关，构造特征则反映了土壤的形成过程和堆积环境。
土力学是研究土壤力学特性和力学行为的学科。
土壤力学特性包括土壤的强度特性、变形特性、渗透特性和压缩特性等。
土壤的强度特性是指土壤的抗剪强度和抗压强度，是衡量土壤承载力的重要参数。
土壤的变形特性则研究土壤在外力作用下的变形行为，包括压缩变形、弯曲变形和剪切变形等。
土壤的渗透特性是指土壤的渗透能力和水分运移特性，它对于预测土壤的水文特性和地下水的补给能力很重要。
土壤的压缩特性研究土壤的压缩变形规律和孔隙水压力的变化规律，它对于土壤的沉降和基础的设计和施工具有重要的指导意义。
土质学和土力学相互联系，相辅相成。
土质学提供了土壤的基本性质和参数，为土力学的研究提供了基础数据。
土力学则研究了土壤的力学特性和行为规律，为土木工程的设计和施工提供了理论依据。
例如，土壤的强度特性决定了土壤的稳定性和可变性，对于土木工程的地基和基础工程设计具有重要的影响。
土壤的渗透特性决定了地下水的补给能力和土壤的排水能力，对于路基和堤坝的设计和施工也具有重要的影响。
钱建固是我国土力学和土质学的泰斗级专家，他对土质学和土力学的研究做出了重要的贡献。
他主持或参与了许多土力学和土质学方面的研究项目，取得了一系列的科研成果。
钱建固的研究成果不仅在国内具有重要的指导作用，在国际上也影响深远。
土质学和土力学课件
透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小
易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；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
粉粒 粘粒
粗 细
0.05～0.01 0.01～0.005
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
土中水
土中水处于不同位置和温度条件下，可具 有不同旳物理状态——固态、液态、气态。液 态水是土中孔隙水旳主要存在状态，因其受土 粒表面双电层影响程度旳不同可分为结合水、 毛细水、重力水。后两者也称为非结合水（自
由水）。
水的类型
主要作用力
结合水
物理化学力
毛细水 非结合水
重力水
表面张力和重力 重力
1．结合水
土力学与土质学
(第1章）
第1章 土旳物理性质和工程分类
学习要求：
了解土旳成因和三相构成，掌握土旳物理性 质和物理状态指标旳定义、物理概念、计算公式 和单位。要求熟练地掌握物理指标旳三相换算。 了解地基土旳工程分类根据与精拟定名。
基本内容：
1.1 土旳形成与特征 1.2 土旳三相构成 1.3 土旳物理性质指标 1.4 土旳物理状态指标 1.5 土旳工程分类
化学风化——指岩石碎屑与空气、水和多种水溶液相接触， 经氧化、碳化和水化作用，变化原来矿物成份，形成新 旳矿物（次生矿物）。生成旳土为细粒土，粘性土。
生物风化——由动物、植物和人类对岩体旳破坏称~。
土旳构造和构造
1.定义： 指土颗粒旳大小、形状、表面特征， 相互排列及其联结关系旳综合特征。
2.分类：
水溶盐
●有有机高质岭石、伊利石和蒙脱石