土质学与土力学分析
土质学与土力学：第1章《绪言》PPT教学课件
本构关系模型、计算方法、计算机技术的应用。
第一章 绪言
Charles- Auguste de Coulomb (1736-1806) 法国科学家
土力学成为一门独立学科的 重要标志Terzaghi是土力学 的奠基人(1883-1963)
1776 1856 1857 1925 1936 1949
岩石风化 的产物
分散性
非连续介质
▽复杂性 ▽易变形 ▽分散性
第一章 绪言
1.3 土力学的发展和展望
1776年，库仑（Coulomb）提出挡土墙理论标志着土力学的开始； 1925年太沙基出版《土力学》，标志着土力学阶段； 研究土作为刚性体，弹性体的性质，代表理论为太沙基原理 、 有效应力原理、渗透固结理论和极限平衡理论
物理—力学性质及它们之间的相互关系
土的形成 与演化
土质学
三大特性的 理论和参数
连续介质力学 的理论与方法
土力学
分散介质力学 的理论与计算
土的变形、强度、稳定 以及与其有关的工程问题
第一章 绪言
1.2 土及其特点
地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作 用而形成的，覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结 很弱的颗粒堆积物。
Coulomb 强度定律，土压力理论(1736-1806)) Darcy 定律 Rankine 新的土压力理论 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 第一届国际土力学及基础工程会议 中国土力学研究的兴起
第一章 绪言
土力学之父
Karl Von Terzaghi (1883-1963)
1925年，《土力学》 1943年，《理论土力学》
《土质学与土力学》
第一章 绪言 主讲教师: XXX
土质学与土力学
土质学与土力学1. 引言土质学和土力学是土木工程中非常重要的两门学科，它们研究土壤的结构、性质和力学行为。
土壤是构筑工程基础的基本材料，对于土木工程的设计和施工具有重要影响。
了解土质学和土力学的基本概念和原理，对于工程师来说至关重要。
2. 土质学土质学是研究土壤成因、组成、结构、性质和分类的学科。
土壤是由无机颗粒（矿物质）和有机质组成的，并且含有水分和空气。
土壤的粒径范围从粘粒、细粒到粗粒，不同粒径的颗粒在土壤中起到不同的作用。
2.1 土壤成因土壤的形成是一个长期的物理、化学和生物过程。
主要的土壤成因有： - 岩石破碎：由于大地运动和气候变化，岩石会发生破碎，形成岩屑。
- 物理风化：由于温度变化、冰雪作用等，岩石会发生物理性质的变化。
- 化学风化：岩石中的矿物质会与水和大气中的化学物质发生反应，产生新的物质。
- 有机质的积累：植物的生长和腐烂会导致有机质在土壤中积累。
2.2 土壤组成土壤的主要组成部分包括： - 矿物质：土壤中的无机颗粒，包括石英、长石、云母等。
- 有机质：土壤中的有机物，包括植物残渣、动物尸体等。
- 水分：土壤中的水分，对于土壤的性质和力学行为具有重要影响。
- 空气：土壤中的孔隙中充满了空气，土壤中气体的含量和种类也会影响土壤的性质。
2.3 土壤结构土壤的结构是指土壤颗粒之间的排列方式。
常见的土壤结构有团聚结构、面聚结构和砂砾结构等。
土壤的结构决定了土壤的透水性、保水性和持水性。
2.4 土壤性质土壤的性质包括物理性质和化学性质。
常见的土壤性质有： - 颗粒大小：土壤颗粒的大小直接影响土壤的透水性和保水性。
- 比重：土壤颗粒的密度和单位体积质量。
- 含水量：土壤中含水量的多少会影响土壤的强度和可塑性。
- 孔隙度：土壤中孔隙的大小和分布对于土壤的透水性和空气渗透性具有重要影响。
3. 土力学土力学是研究土壤的力学性质和行为的学科。
土力学在工程中应用广泛，用于土壤的承载能力分析、边坡稳定性分析、地基设计等。
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
第一章土的物质组成和结构第一节土的形成一、土和土体的概念1．土(soil)地球表面30－80km厚的范围是地壳。
地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、剥蚀搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。
土是由固体相、液相、气体三相物质组成；或土是由固体相、液体相、气体相和有机质（腐殖质）相四相物质组成。
不同的风化作用，形成不同性质的土。
风化作用有下列三种：物理风化、化学风化、生物风化。
2．“土体”(soil mass)土体不是一般土层的组合体，而是与工程建筑的稳定、变形有关的土层的组合体。
土体是由厚薄不等，性质各异的若干土层，以特定的上、下次序组合在一起的。
二、土和土体的形成和演变地壳表面广泛分布着的土体是完整坚硬的岩石经过风化、剥蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒，再经水流、风力或重力作用、冰川作用搬运在适当的条件下沉积成各种类型的土体。
再搬运过程中，由于形成土的母岩成分的差异、颗粒大小、形态，矿物成分又进一步发生变化，并在搬运及沉积过程中由于分选作用形成在成分、结构、构造和性质上有规律的变化。
土体沉积后：a.将经过生物化学及物理化学变化，即成壤作用，形成土壤（1）靠近地表的土体b. 未形成土壤的土，继续受到风化、剥蚀、侵蚀而再破碎、再搬运、再沉积等地质作用。
（2）时代较老的土，在上覆沉积物的自重压力及地下水的作用下，经受成岩作用，逐渐固结成岩，强度增高，成为“母岩”。
总之，土体的形成和演化过程，就是土的性质和变化过程，由于不同的作用处于不同的作用阶段，土体就表现出不同的特点。
三、土的基本特征及主要成因类型（一）土的基本特征从工程地质观点分析，土有以下共同的基本特征：1．土是自然历史的产物土是由许多矿物自然结合而成的。
它在一定的地质历史时期内，经过各种复杂的自然因素作用后形成各类土的形成时间、地点、环境以及方式不同，各种矿物在质量、数量和空间排列上都有一定的差异，其工程地质性质也就有所不同。
2．土是相系组合体土是由三相（固、液、气）或四相（固、液、气、有机质）所组成的体系。
土质学与土力学复习总结
土质学与土力学复习总结一、土质学土质学是研究土壤的物理性质、化学性质和工程性质的学科。
在土质学中，我们需要了解土壤的颗粒组成、孔隙结构、水分特性、含水量与干密度的关系、体积稳定性和胶结性等。
1.颗粒组成：土壤由颗粒、水和气体组成。
颗粒主要分为粉状颗粒（泥粒）、砂状颗粒（砂粒）和粒状颗粒（粉粒）。
不同颗粒的比例决定了土壤的颗粒分布。
2.孔隙结构：土壤中存在许多孔隙，包括毛细孔隙、总孔隙和非饱和孔隙。
毛细孔隙是土壤中含水量较低时形成的微小孔隙，决定了土壤的毛细吸力和可透水性。
3.水分特性：土壤中的水分包括毛管水和自由水。
土壤的水分特性曲线描述了不同水势下土壤的含水量与含水率之间的关系，可以通过渗透试验来确定。
4.含水量与干密度关系：土壤的含水量与干密度之间存在反比关系。
随着含水量的增加，干密度逐渐降低。
5.体积稳定性：土壤的体积稳定性是指土壤在湿润和干燥过程中是否容易发生体积变化。
常用指标有线膨胀比和线收缩比。
6.胶结性：胶结是土壤中含粘土颗粒的胶结物质与水分反应形成的胶状状况。
土壤的胶结性会影响土壤的剪切强度和水分渗透性。
二、土力学土力学是研究土壤的力学性质和变形特性的学科。
在土力学中，我们需要了解土壤的力学参数、力学性质和受力行为等。
1.力学参数：土壤的力学参数包括弹性模量、剪切模量、泊松比、内摩擦角等。
这些参数是描述土壤力学特性的重要指标，常用于土木工程中的计算和分析。
2.力学性质：土壤的力学性质包括剪切强度、压缩性和不均匀性等。
剪切强度是指土壤抵抗剪切破坏的能力，压缩性是指土壤在承受垂直应力时的变形特性，不均匀性是指土壤的颗粒分布不均匀程度。
3.受力行为：土壤在受力作用下会发生各种不同的变形和破坏形式，包括剪切破坏、液化和沉降等。
了解土壤的受力行为可以帮助工程师设计更合理和安全的土木工程。
总结起来，土质学与土力学是土木工程中重要的基础学科，它们研究土壤的物理性质、化学性质和力学性质，为土木工程的设计和施工提供理论依据。
土力学与土质学
流土型土的临界水力梯度
当竖向渗流力等于土体的有效重量时，土体就处于流土的临界状态。
流土的临界状态对应的水力梯度为
icr
g
gw
(
s 1) 1 e
g
w
gw
s 1 1 e
土的渗透性
流土一般发生在渗流逸出处，根据逸出梯度ie：
ie < icr ie = icr ie > icr
稳定 临界 流土
土的渗透性
土孔隙中的自由水在重力作用下，只要有水头差，就会发生流动。 水透过土孔隙流动的现象。称渗透或渗流，而土被水流透过的性质， 称为土的渗透性。 在高层建筑基础及桥梁墩台基础工程中、深挖基坑排水时，都需计算 涌水量，以配置排水设备和进行支挡结构的设计计算； 在河摊上修筑堤坝或渗水路堤时。需考虑路堤材料的渗透性； 在计算饱和粘性土上建筑物的沉降和时间的关系时，也需掌握土的渗 透性。 因此，土的渗透性及渗流与土体强度、变形问题一样，是土力学中主 要的基本课题之一。
动水压力及流砂现象
动水压力(渗透力）计算
渗透力的大小与计算点的位置有关。根据对渗流网中的孔隙水压力和 土粒间作用力的分析，得出单位体积内土粒受到的单位渗透力为：
f gw i
式中 i 为水力梯度；gw—水的容重。
土的渗透性
验证渗流力存在的流土试验
当容器B提升到一定高度，容 器A与容器B内水位差达到一 定值时，可以看到砂面出现沸 腾那样的景象，这种现象称为 流土或浮冲、砂沸。
Aht 下页所示为基马式渗透仪
土的渗透性
基马式渗透仪
土的渗透性
(二)变水头法 在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。 变水头法适用于透水性弱的粘性土。 透水性较小 (10-7 < k<10-3) 粘性土
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
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_______
A. 偏于危险 B. 偏于安全 C. 不一定
11.
(4 分 ) 现场十字板试验更适用于 ________
A. 砂土 B. 饱和软粘土； C. 粉质粘土； D. 以上均可
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 B 解析
12.
(4 分 ) 条形基础分别建在细砂地基与软粘土地基上，若两种地基的 础的埋深要大一些： ______
筛分法适用的土粒直径为： __________
A. d>0.075 B. d<0.075 C. d>0.005 D. d<0.005
14.
(4 分 )
对施工速度较快， 而地基土的透水性差相排水条件不良时， 计算抗剪强度。
可采用三轴仪的 __________结果
A. 不固结不排水试验 B. 固结不排水试验 C. 固结排水试验 D. 不固结徘水试验
A. 砂土地基 B. 软粘土地基 C. 都一样
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
Pcr 相同，则在哪种地基上，基
答案 B
解析
13.
(4 分 ) 下列哪种说法是错误的 ? __________
A. 稠度状态反映了土的密实程度；
B. 稠度状态描述粘性土的软硬、可塑或流动特性；
C. 砂土常用相对密实度描述其松密程度；
A. 三轴条件下，竖向应力与竖向应变之比； B. 无侧限条件下，竖向应力与竖向应变之比； C. 有侧限条件下，竖向应力与竖向应变之比。
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 C 解析
9.
(4 分 ) 采用分层总和法计算地基最终沉降计算时，采用的地基土压缩模量：
A. 与地基应力水平无关 B. 随地基应力水平增大 C. 随地基应力水平减小
_
______。
A. 结合水；
B. 自由水； C. 强结合水；
D. 弱结合水。
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 D
解析
3.
(4 分 ) 砂土地基的最终沉降量在建筑物施工期间已 _________。
A. 基本完成 B. 完成 50 ％－ 80 ％ C. 完成 20 ％－ 50 ％ D. 完成 5％－ 20 ％
A. 抗剪强度 B. 抗压强度 C. 抗拉强度 D. 抗弯强度
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 A 解析
17.
(4 分 ) 何种土中最容易发生流土： ______
A. 粉质粘土 B. 粘质粉土
C. 砂质粉土 D. 粘土
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 C 解析
一、单选题
1.
(4 分 ) 当双层地基上硬下软时（ ）
A. 产生应力扩散现象
B. 产生应力集中现象
C. 附加应力不随深度变化
D. 附加应力分布与双层地基无关
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 A
解析
2.
(4 分 )
土中所含“不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为
D. 塑性指数与土中结合水的含量有关。
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 A
解析
随着挡墙高度的增加， 主动土 压力强度将： ______
A. 增大 B. 不变 C. 减小 D. 或减小或增大
只有 ___________才能引起 地基的附加应力和变形。
A. 基底压力； B. 基底附加压力； C. 有效应力； D. 有效自重应力
_______
A. 基底附加压力
B. 基底总压力
C. 二者相等
D. 无法确定
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 B
解析
6.
(4 分 ) 处的自重应力为： _______
A. 36kPa
=18.0kN/m 3，基坑开挖深度 2m,则基坑底面以下 2m
B. 54kPa
C. 72kPa
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 A
解析
15.
(4 分 ) 砂类土的重要特征是 ______。
A. 灵敏度与活动度；
B. 塑性指数与液性指数；
C. 饱和度与含水量； D. 颗粒级配与密实度。
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 D 解析
16.
(4 分 ) 土的强度指（ ）
D. 90Pa
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 C
解析
7.
(4 分 ) 饱和土的渗透固结实际上是： _____
A. 土中颗粒体积逐渐减小 B. 土中孔隙水体积逐渐减小 C. 土体孔隙体积逐渐减小
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 C 解析
8.
(4 分 ) 所谓土的压缩模量是指 ________。
A. 主动土压力 B. 被动土压力
C. 静止土压力
D. 静止水压力
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
答案 C
解析
20.
(4 分 ) 在下列指标组中全部直接由试验测定的为：
_______
A. 天然重度、含水量、干重度
B. 土粒密度、天然重度、含水量
C. 土粒密度、天然重度、孔隙比
D. 含水量、干重度、孔隙比
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 A 解析
4.
(4 分 ) 地基中附加应力 σ X的影响范围（ ）。
在基础的边缘 B. 在基础两侧 C. 较深 D. 较浅
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 D
解析
5.
(4 分 ) 基底总压力与基底附加压力哪一个大？
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 A 解析
10.
(4 分 ) 粘性土坡滑动面的形状一般为： ______
A. 斜面 B. 近似圆弧面 C. 水平面 D. 垂直平面
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 B 解析
按条形基础推导的极限荷载 计算公式， 用于计算方形基础 下的地基极限荷载时，结果 将： _______
18.
(4 分 ) 下列说法中，错误的是（ ）
A. 土的自重应力一般不会引起地基变形 B. 地基中的附加应力会引起地基变形 C. 饱和土中的总应力等于有效应力与孔隙水压力之和 D. 孔隙水压力会使土体产生体积变形
得分： 0 知识点： 土质学与土力学作业题 收起解析 答案 D 解析
19.
(4 分 ) 地下室外墙所受的土压力可视为（ ）