土力学复习笔记

第一章■土是由不同的固体颗粒和水、气组成的千差万别的三相体，是地壳的岩石长期经受风化作用和水流、冰川、风等自然力的剥蚀、搬运及堆积作用而生成的松散堆积物。

■风化作用的分类①物理风化：主要因素是气温变化，引起机械破坏，产物矿物成分与母岩相同。

②化学风化：与水溶液、氧、二氧化碳等物质发生化学反应，产生化学成分改变，性质与母岩不同。

③生物风化：包括生物物理风化和生物化学风化，由生物于岩石相互作用引起。

■土的主要堆积类型①残积土：（1）强风化（2）弱风化（3）微风化（4）母岩体②运积土：（重力）坡积土；（流水）洪积土、冲积土、湖泊沼泽沉淀土、海相沉积物区别：残积土颗粒大小不均匀，多棱角，干寒地区颗粒较粗，无明显层理，土质较好；运积土颗粒分层，磨圆度高，粒径较小。

■土的物理性质的主要影响因素①粒径级配②矿物成分③颗粒形状■土的粒径组成是指土中不同大小颗粒的相对含量（所占比例），也称土的颗粒组成或粒组成分。

■粒径划分见“常用界限值”。

■粒径分析方法①筛分法（0.074 mm ≤ d ≤ 60 mm）②沉淀法（水分法）（d ≤ 0.074 mm）■级配曲线及指标用途①粒组含量用于土的分类定名②不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度③曲率系数Cc 用于判定粒径的连续程度。

曲线斜率越大说明对应粒径所占比例大。

■ d60称控制粒径； d50称平均粒径，反映粗细程度； d10称有效粒径不均匀系数 Cu= d60/ d10曲率系数Cc= d302/( d60·d10)Cu≥5为不均匀土 Cu<5为均匀土Cc 1~3级配良好 <1中间粒径偏少 >3中间粒径偏多■土中的矿物成分①原生矿物代表物：石英、长石、云母性质：无黏性，物理风化形成，圆状、浑圆状、棱角状②次生矿物代表物：高岭石、伊利石、蒙脱石性质：有黏性，化学风化形成，针状、片状、扁平状③有机质代表物：泥炭性质：生物风化形成，可塑性高，吸水性强■ 高岭石、伊利石、蒙脱石详解高岭石伊利石 蒙脱石 粒径 大 ⑥ 小 比表面积 小 ⑤ 大 渗透性 大 ⑥ 小 强度 大 ⑥小晶体结构■ 土中的水①结晶水（矿物内部）②结合水（强结合水、弱结合水）③自由水（电场引力作用之外的水）④毛细水■ 双电层及扩散层、离子交换P17~P18■ 离子交换能力阳离子 Fe 3+ > Al 3+ > H + > Ca 2+ > Mg 2+ > K + > Na + 阴离子 OH - > PO 43- > SiO 32- > SO 42- > Cl - 前者能将后者从扩散层内交换出来。

■ 由于土的结构影响，重塑土的强度低于原状土。

■ 土粒与土粒间的受力类型①重力 ②毛细力（细沙、细粒土） ③胶结力（黏性土）■ 土中气体 ①自由气体（与大气连通）②封闭气体（不与大气连通，能增加土的弹性，阻塞渗流通道）■ 表面作用主要有吸附作用、离解作用和离子交换作用。

■ 结合水的形成土颗粒由于在形成过程中或是破键，或是同晶置换，或是由于吸附作用和离解作用而在表面带有电荷，形成电场，将极性的水分子吸引于表面形成表面结合水。

■ 土的分类①细粒土：黏土、粉土O+②粗粒土：无黏性土、砂土 ■ 砂土的液化在地震作用下，砂土中的孔隙水来不及排出，使超孔隙水压力瞬间增加，土体的有效应力大幅度减少，导致土颗粒之间的嵌挤与摩擦作用减弱，剪切强度趋向于零，土体呈现类似液体的流动状态。

这种现象称之为砂土的液化。

■ 灵敏度是指同一黏性土的原状土和重塑土在土中空隙和水含量不变的情况下的无侧限抗压强度之比（或不排水抗剪强度之比）。

重塑原状Q Q S t =黏性土按灵敏度分为：中等灵敏（2~4），灵敏（4~8），特别灵敏（8~16），超灵敏（流动性黏土，>16）■ 触变性是指土受到扰动后强度减低又再恢复的性质。

触变过程分为胶溶与再凝聚两大阶段。

胶溶阶段的触变性由灵敏度评价，再凝聚过程的触变性用触变强度比（触变强度恢复系数）来评价。

触变强度比（触变恢复系数）= 恢复到的强度 / 破坏后的即测强度■ 土的三相指标 轻重程度：密度V m =ρ 重度V Wg ==ργ 土粒重度s s s V g m =γ 土粒比重ws s G γγ=， 饱和重度ee ws sat ++=1 · γγγ 浮重度w sat γγγ-=' 干重度eV g m s s d +==1γγ 松密程度：空隙比s v V V e =孔隙率V V n v = 相对密实度min max max e e ee D r --=干湿程度：含水量ss ww s w s w V V W W m m w γγ · · ===饱和度eG w ew V V ssv w ··1·S wr ===γγ 物理性质：液限L w 塑限P w 塑性指数P L P w w I -= 液性指数PPL I w w I -=活性指数)(002.0矿物黏粒含量p I A P=■ 土力学常用参数水密度ρw = 1000 kg/m 3 土密度 ρs = 1600~2200 kg/m 3 水重度γw = 9.8 N/m 3 砂类土空隙率 n = 28% ~ 35% 黏性土n = 30% ~ 50%（有的可达60% ~ 70%）■ 粗粒土压实曲线 细粒土压实曲线■ 击实能量越大，最佳含水量越小，干密度越大；级配越好，最佳含水量越小，干密度越大。

■ 粗粒土压实性①粗粒土不存在最佳含水量 ②在完全干和饱和两种状态易于压实 ③在潮湿状态下ρd 明显降低。

■常用界限值 ① 粒径划分漂石 卵石（碎石） 粗砂 中砂 细砂 粉粒 黏粒 胶粒 200 2 0.5 0.25 0.075 0.005 0.002 mm② 粉土密实度：稍密（e > 0.9），中密（0.75 < e < 0.9），密实（e < 0.75） 砂土密实度：极松（D r < 1/5），稍松（1/5 < D r <1/3），中密（1/3 < D r < 2/3），密实（D r > 2/3）③黏土的稠度状态稠度状态 固态或半固态 塑态 流态 土中水的形态 强结合水为主 弱结合水为主 自由水为主含水量w P w L④按液性指数确定黏性土的状态坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑液性指数I L0 0.25 0.75 1 含水量w P w L⑤黏土活动性：非活动性（A < 0.75），正常活动性（0.75 < A < 1.25），活动性（A > 1.25）⑥粉土：粒径>0.075mm 的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数I P ≤10的土 黏土：I P ≥17的土■液限测定方法：锥式液限仪、碟式液限仪 塑限测定方法：搓条法第二章γγ■ 水头及水力坡度①总水头 = 位置水头 + 压力水头 + 速度水头（ v p h h z h ++=） 渗流速度很小，故可忽略速度水头v h 。

②总流程（路程）总水头差水力坡度=（ L hi ∆= ）■ 达西定律水在土中流动形态为层流时，流速与水力坡度成正比。

i k v · =k ——渗透系数 cm/s v ——水流过全截面的平均流速（包含孔道与土体） 由 A v A v n · · =' 和 nA A n = 可推出 v n v ='，故v v >'A n ——孔隙面积，A ——全截面面积，n ——孔隙率，v ’——孔隙流速讨论：当Re > 200 时，水在土中为紊流状态，Re < 5时为层流状态，5 < Re < 200 为过渡状态。

故对与砂土而言，达西定律适用的范围为v < v cr =0.3 ~ 0.5 cm/s ；对于黏土，只有水力坡度超过临界值时才会发生渗流，)(0i i k v -=，i 0为临界水力坡度。

■ 常用渗透系数估值砾石 10-1 量级 砂 10-3 量级 粉土 10-4 量级 黏土 10-6 量级■ 影响渗透系数的主要因素 ①土的粒径、级配和矿物成分 ②土的孔隙比 ③ 土的结构和构造 ④土的饱和度（气体影响，Sr 越大k 越大） ⑤水的动力粘滞系数■ 成层土总渗透系数■ 渗透系数的换算T T k k ηη⋅=⋅2020 k 20——20℃时的换算渗透系数，η——为水的动力粘滞系数■ 渗透系数的测定水平向总渗透系数k x 主要决定于k 大的土层 竖直向总渗透系数k y 主要取决于k 小的土层①常水头试验 h At QLL h t A Q i v k T ∆=∆⋅== ②变水头试验 A a q q = => A Lhk dt h d a ⋅∆⋅=∆⋅-)(（a —观测管截面积，A —土样截面积） 分离变量后积分得 )l n ()(1001h h t t A aLk T ∆∆⋅-=③抽水法原位测量)ln()(122122r r h h qk T ⋅-=π q ——单位时间抽水量，可用r 0、h 0代替r 1、h 1。