第一章 土的结构与分类.
土力学第一章
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土；
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同时满足Cu≥5和Cc=1～3时， 定名为良好级配土
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颗粒粒径级配曲线
纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐 标表示土粒的粒径(对数坐标）
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2.土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
m s
m s
测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒
精燃烧法
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m ms mw Vs Vw Va
VV
三、换算指标
质量m 气 水
土粒
体积V 1.孔隙比e和孔隙率n 孔隙比e ：土中孔隙体积与 土粒体积之比
e Vv Vs
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百 分数表示
n Vv 100% V
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§1.2 土的物理性质指标
一、土的三相图
质量m
体积V
气
Vw Va Vv
mw
水
二、直接测定指标 1.土的密度ρ：单位体积土的质
量 m ms mw
V Vs VwVa
m
Vs V
ms
土粒
特殊情况下土的密度ρd, ρsat,
ρ’
实验方法：环刀法
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工程中常用重度来表示单位体积土的重力
质量极轻，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
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五、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关 系。
1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的
物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层 特征
第1章 土的物理性质及分类
筛分法
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 P % 95 87 78 66 55 36
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
第1章 土的物理性质及工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 土的形成与三相组成 土的三相比例指标 无粘性土的密实度 粘性土的物理特征 土的工程分类
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
决定
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土 的 压 实 性：如何获得较好的土
知识要点
1.掌握土体的三相组成及三相比例 指标之间的换算 2.领会无粘性土密实度概念、判别 方法及砂土相对密度的计算 3.掌握粘性土的塑限、液限、塑性 指数和液性指数的概念及其物理状态评价 4.掌握无粘性土和粘性土的分类依据 和分类方法 5.掌握土的工程分类
§1.1 土的形成与三相组成 一、土的形成
固体颗粒 – 颗粒级配
土的三相组成 – 固体颗粒
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用 原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物
成分与母岩相同。
例：石英、云母、长石等 特征：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
第一章土的物理性质及分类
第⼀章⼟的物理性质及分类第⼀章⼟的物理性质及分类1—1 概述⼟的定义：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，在各种⾃然环境中⽣成的沉积物。
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粒、孔隙中的⽔及其溶解物质以及⽓体。
因此，⼟是由颗粒(固相)、⽔(液相)和⽓(⽓相)所组成的三相体系。
第⼆节⼟的⽣成⼀、地质作⽤的概念地质作⽤--导致地壳成分变化和构造变化的作⽤。
根据地质作⽤的能量来源的不同，可分为内⼒地质作⽤和外⼒地质作⽤内⼒地质作⽤: 由于地球⾃转产⽣的旋转能和放射性元素蜕变产⽣的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发⽣变化的地质作⽤。
如岩浆作⽤、地壳运动(构造运动)和变质作⽤。
外⼒地质作⽤：由于太阳辐射能和地球重⼒位能所引起的地质作⽤。
它包括⽓温变化、⾬雪、⼭洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、⽣物等的作⽤。
风化作⽤--外⼒(包括⼤⽓、⽔、⽣物)对原岩发⽣机械破碎和化学变化的作⽤。
沉积岩和⼟的⽣成--原岩风化产物（碎屑物质），在⾬雪⽔流、⼭洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等外⼒作⽤下，被剥蚀，搬运到⼤陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代⾥，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压⼒和含有碳酸钙、⼆氧化硅、氧化铁等胶结物的作⽤下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱⽔、胶结、硬化⽣成新的岩⽯，称为沉积岩。
未经成岩作⽤所⽣成的所谓沉积物，也就是通常所说的“⼟”。
风化、剥蚀、搬运及沉积--外⼒地质作⽤过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。
⼆、矿物与岩⽯的概念岩⽯--⼀种或多种矿物的集合体。
矿物--地壳中天然⽣成的⾃然元素或化合物，它具有⼀定的物理性质、化学成份和形态．(⼀) 造岩矿物组成岩⽯的矿物称为造岩矿物。
矿物按⽣成条件可分为原⽣矿物和次⽣矿物两⼤类。
区分矿物可以矿物的形状、颜⾊、光泽、硬度、解理、⽐重等特征为依据。
（⼆）岩⽯岩⽯的主要特征包括矿物成分、结构和构造三⽅⾯。
01.注册岩土--土力学重点知识笔记整理 -第一章
第一章土的物理性质和工程分类1.1 土的形成1、工程上遇到的大多数土都是在第四纪地质历史时期内所形成的。
第四纪地质年代的土又可划分为更新世、全新世两类。
其中第四纪全新世（Q4）中晚期沉积的土，亦即在人类文化期以来所沉积的土称为新近代沉积土，一般为欠固结土（未完全固结的土，会有持续的沉降），强度较低。
表1 土的生成年代2、土的分类：第四纪土由于其搬运和堆积方式不同，又可分为残积土（通常为粗粒土）、运积土（通常为细粒土）两大类；3、残积土：残积土是指母岩表层经风化作用破碎成为岩屑或细小矿物颗粒后未经搬运，残留在原地的堆积物。
他的特征是颗粒粗细不均、表面粗糙、多棱角、无层理。
4、运积土：是指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。
其特点是颗粒经过滚动和相互摩擦，颗粒因摩擦作用而变圆滑，具有一定的浑圆度。
5、根据搬运的动力不同，运积土又可分为如下几类：坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沼泽沉积土、海相沉积土、冰碛土、风积土。
6、风化作用包括：物理风化（原生矿物）、化学风化（次生矿物）、生物风化。
7、物理风化：岩石和土的粗颗粒受机械破坏积各自气候因素影响的作用，产生的矿物称为原生矿物（土颗粒/土块的大小发生变化，成分未发生变化）。
8、化学风化：岩石和土受环境作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物，也称次生矿物。
9、土的主要特点：碎散性、三相性、自然变形性（性质复杂、不均匀、各向异性且随时间变化）。
1.2土的三相组成1、土颗粒骨架构成的三要素：颗粒级配、矿物成分、颗粒的形状和比表面积。
2、土的粒组分类：表1-2土的粒组分类备注：1、摘自水利行业标准《土工试验规程》（SL237-1999）2、属于粒径范围指该范围粒径占总颗粒50%以上；3、粒径级配分析方法：主要有：筛分法、水分法（比重计法）。
粗粒组应采用筛分法，细粒组应采用水分法；4、级配曲线：d10--有效粒径、d30--用于描述级配曲线的特征粒径、d50--平均粒径、d60--控制粒径（或限制粒径）；5、不均匀系数Cu：Cu=d60/d10，（表征土颗粒的均匀性）（1）Cu=d60/d10，Cu越大、d60与d10的差距越大→土体越不均匀、级配曲线越平缓→故一般级配良好的土要求Cu≤5；→Cu≥5的土称为不均匀土，反之称为均匀土。
《土力学与地基基础》教案
《土力学与地基基础》教案第一章：土的性质与分类1.1 教学目标了解土的组成、性质和分类，掌握土的三相指标及土的密度、含水率和塑性指数的概念。
学会使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
理解土的工程特性及其对地基基础的影响。
1.2 教学内容土壤的组成与结构土壤的物理性质：密度、含水率、塑性指数土壤的力学性质：抗剪强度、压缩性、渗透性土的分类与工程特性土工试验：密度试验、含水率试验、塑性指数试验1.3 教学方法课堂讲授：讲解土壤的性质、分类和工程特性。
实验教学：指导学生使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
案例分析：分析实际工程案例，理解土壤性质对地基基础的影响。
第二章：土力学基本理论2.1 教学目标掌握土力学的基本概念、原理和定律，包括剪切强度理论、压缩理论和小应变弹性理论。
学会运用土力学理论分析土壤的力学行为。
土力学的基本概念：应力、应变、应力路径剪切强度理论：抗剪强度、库仑定律、莫尔-库仑准则压缩理论：压缩性、压缩系数、压缩模量小应变弹性理论：弹性模量、泊松比、弹性应变2.3 教学方法课堂讲授：讲解土力学的基本概念、原理和定律。
数值分析：运用数值方法分析土壤的力学行为。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学理论解决问题。
第三章：地基基础设计原理3.1 教学目标掌握地基基础的设计原理和方法，包括浅基础、深基础和地下工程的设计。
学会运用土力学和结构力学的知识进行地基基础的设计。
3.2 教学内容浅基础设计原理：承载力计算、基础尺寸确定、沉降计算深基础设计原理：桩基础、沉井基础、地下连续墙地下工程设计原理：隧道、地铁、地下室3.3 教学方法课堂讲授：讲解地基基础的设计原理和方法。
数值分析：运用数值方法分析地基基础的设计问题。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学和结构力学的知识进行地基基础设计。
第四章：地基承载力与稳定性分析掌握地基承载力和稳定性的分析方法，包括极限平衡法、数值方法和实验方法。
学会运用地基承载力和稳定性分析方法解决实际工程问题。
地基与基础课件第一章
稍湿
很湿
饱和
饱和度Sr（%）
Sr≤50
50<Sr≤80
Sr>80
*
结束 谢谢！
Keep Connecting In The Future
二）、颗粒级配（粒度成分）
细筛：孔径：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074
1、筛分法
*
用一套不同孔径的标准筛，把已知质量的土样放入按孔径大小依次排列好的筛子顶层，振动筛子，粗粒留在筛子上，细粒漏下，将各粒组分离。称各筛上的土粒质量Wi,则各粒组的％即可求出：
X=Wi/W * %
粗筛：孔径：100,80,60,40,20,10,5,2
*
2、静水沉降法
*
大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同，大－快，小－慢。经过时间T后，粒径大于D的颗粒都沉淀到L深以下，
1
吸出L段悬液 烘干，即可得粒径<D的粒组累计质量。
2
*
3、粒度成分的表示方法
1）、表格法 2）粒度累计曲线图
表明土粒度分布特征的几个参数：
01
d10、d30、d60: (dx代表一个特殊的粒径，小 于等于此粒径的粒组累计含量＝x)
*
土的三相比例
自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模型进行分析。
表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。 研究土的性质，不仅要研究单项，还要研究三相比例关系。下面，首先介绍各单项。
土的三相组成
土的三相， 土粒为 固相； 土中的水为液相； 土中的气为气相。
*
粒 组 名 称
粒径范围（mm）
漂 石 或 块 石 颗 粒
土力学与地基基础第一章
1.5 粘性土的稠度
1.5.1 界限含水量
粘性土的土粒很细，单位体积的颗粒总表面积较大， 土粒表面与水相互作用的能力较强，土粒间存在粘结力。 稠度就是指土的软硬程度，是粘性土最主要的物理状态 特征。当含水量较大时，土粒被自由水所隔开，表现为 浆液状；随着含水量的减少，土浆变稠，逐渐变为可塑 状态，这时土中水主要表现为弱结合水；含水率再减少， 土就变为半固态；当土中主要含强结合水时，土处于固 体状态，如图1.4所示。
图1.5 土的结构
2、土的颗粒级配 对于土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的 相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土 的颗粒级配。 (1)土的颗粒级配测定方法 ①筛分法----适用于粒径小于等于60mm而大于0.075mm ②比重瓶法-----适用于粒径小于0.075mm (2)颗粒级配表达方式
(1.11) (1.12) (1.12)
同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系，即
(1.13)
(4)土的孔隙比和孔隙率 土中孔隙体积与土粒体积之比称为孔隙比，用符 号e（小数）表示，用以评价天然土层的密实程度。
(1.14)
土中孔隙体积与土的总体积的比值称为孔隙率，用 符号n表示。
(1.15)
(5)饱和度 土中水的体积与孔隙体积之比称为饱和度，用符 号Sr表示。反映土体的潮湿程度。
图1.10 含水量与干密度关系曲线
1、可以总结出如下的特性： (1)、峰值(ωop＝ ωp +2)； (2)、击实曲线位于理论饱和曲线左侧
(3)、击实曲线的形态 2、 影响击实效果的因素 (1)、含水量的影响 (2)、击实功能的影响 (3)、不同土类和级配的影响 3、压实特性在现场填土中的应用 为了便于工地压实质量的控制，可采用压实系数λ来表示,即
第一章土的物理性质与工程分类-第一章土的物理性质及工程分
第一章土的物理性质及工程分类第一节土的组成与结构一、土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相）⑴固相：土颗粒--构成土的骨架,决定土的性质--大小、形状、成分、组成、排列⑵液相：水和溶解于水中物质⑶气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）二、土的固相——矿物颗粒土粒粒径大小及矿物成分不同，对土的物理力学性质有着较大影响。
如当土粒粒径由粗变细时，土的性质可从无粘性变化到有粘性。
（一）土的粒组划分工程上将物理力学性质较为接近的土粒划分为一个粒组，粒组与粒组之间的分界尺寸称为界限粒径。
土颗粒根据粒组范围划分不同的粒组名称：六大粒组：块石（漂石）、碎石（卵石）、角粒（圆粒）、砂粒、粉粒、粘粒界限粒径分别是：200mm、20mm、2mm、0.075mm、0.005mm,见下表。
表1-1 粒组划分标准（GB 50021—94）（二）土的颗粒级配自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。
1.颗粒大小分析试验方法（1）筛分法：适用60—0.075mm的粗粒土（2）密度计法：适用小于0.075mm的细粒土2.颗粒级配曲线——半对数坐标系3.级配良好与否的判别1)定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配（级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配（1）曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好（2） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 2) 定量判别：不均匀系数 1060d d C u =103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径 不均匀系数越大，土粒越不均匀，工程上把5<u C 的看作是均匀的，级配不好；把10>u C 大于的土看作是不均匀的，级配良好。
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§1.1 土的形成
对土的生成贡献最大的地质作用是风化作用。
物理作用：雨雪、冰川、风、热胀冷缩、冻融交替等的剥 蚀破坏作用（不改变颗粒的矿物成份，只改变 其大小和形状。量变） 风化作用 化学作用：水解、离子交换、氧化还原、碳化等作用 （改变颗粒的矿物成分，并使其更细。质变）
生物作用：微生物、植被等对岩石的破坏作用
§1.1 土的形成
严格地说，土是由地质作用而生成的。
岩石→ 风化→ 土 （占90% 以上） 天然土
动植物→ 分解→ 泥炭土、腐殖土
人类活动→
生活垃圾 工业垃圾 建筑垃圾
→杂填(人工)土
§1.1 土的形成
地质作用——导致地壳（30～80km）成分变化和构造变化的作用。是土 的生成的根本原因和动力。
§1.1 土的形成
水成沉积土：雨、雪水从河流发源地向四面八方流向江河，最后汇入 大海。一路上侵蚀、搬运土层，形成各种新的沉积土： （1）坡积土：岩石风化物经雨水、雪水冲刷、侵蚀携带，沉积在较 平缓的山坡上形成的沉积物。土质不均匀（搬运距离很短），厚度变化 大（新坡积土疏松、压缩性高） （2）洪积土：山洪急流冲刷地表土层，形成泥石流，在山谷冲沟山 口或山前倾斜平原上形成的堆积物。有不规则交错的层理构造，如夹层 、透镜体等。土质不均匀。（由于山洪是周期性产生的，每次大小均不 同，故每次堆积物的性质都不一样） （3）冲积土：河流水力将坡积土、洪积土侵蚀、搬运，沉积在河流 、坡降变小的平缓地带形成的沉积物。搬运距离长，带棱角颗粒（如块 石、砾石、角砾）经滚磨碰撞变圆、变细。 可分为：平原河谷冲积土（颗粒较细）和山区河谷冲积土（颗粒较粗 ）；有的经多次搬运分为：
无粘性土：物理风化形成，颗粒较粗、相互无 粘性、松散（如碎石、卵石、砂 等。） 土 粘性土：物理风化+化学风化形成，颗粒极细、相互粘结，湿呈粘性， 干则结硬（如粘土、淤泥）
岩石经风化剥蚀作用而形成的碎散颗粒，有的存留在原地，有的 则进一步经自然力的搬运而在别处沉积，就形成了性质千差万别的各 种土。
土
§1.1 土的形成
残积土：性质与母岩类似，与基岩无明显界限(强风化—弱风化—鲜 岩)、粗颗粒且未被磨圆和分选（因未经搬运）、无层理构造、孔隙大、 均匀性差。 风成沉积土：（1）黄土：黄色、粉状。具有肉眼可见的大孔隙、结 构强度较高、压缩性小。但有的在自重应力或自重应力和附加应力的联 合作用下，受水浸泡后土体结构迅速破坏而发生显著下沉，称为湿陷性 黄土。（2）砂丘：大面积砂性土→烈风搬运→风速减小时落下形成。可 在地面上移动（风力作用下）；砂丘中砂颗粒大小极不均匀（由于风的 选分作用）。
§1 土的结构与分类Structure and Classification of Soil
§1.1 土的形成 §1.2 土的组成 §1.3 土骨架 §1.4 土中水 §1.5 无粘性土的密实度 §1.6 粘性土的稠度（软硬程度） §1.7 土的分类 §1.8 有效应力原理 §1.9 粘性土的灵敏度和触变性 §1.10非饱和土的压实原理-道路等工程
§1.1 土的形成
内力地质作用——由于地球自转的旋转能和放射性元素的蜕变产生 的热能所引起。 外力地质作用——由于太阳的辐射能和地球的自重能所引起。 内力与外力地质作用彼此独立又相互依存，前者对地壳的发展占主 导地位。 总之，地质作用形成了各种成因的地形，造就了岩浆岩、变质岩、 沉积岩，也生成了土。
岩浆活动：岩浆从地球深处喷出地表，冷凝而成岩浆 岩
内力地质作用
（生成岩浆岩和 变质岩） 地质作用 地壳运动
升降运动：地壳的上拱 或下拗
水平运动：使岩层产生形 态各异的褶皱和断裂
形成各种类型 的地质构造和 地表的基本形 态
外力地质作用：包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、 风、生物等的作用；可概括为风化、剥蚀、搬运、沉积等 （生成土和沉 作用 积岩）
§1.1 土的形成
按沉积地理历史，土可分为：
残积土：未经自然力（水力、风力、冰川活动等）剥蚀和搬 运，留存原地的散碎体、碎屑物。分布于山坡、山顶，近基 岩。 风成沉积土：因风力的剥蚀和搬运作用在别处沉积的土。包 括黄土和沙丘。 水成沉积土：因水力的侵蚀和搬运作用在别处沉积的土。可 分为：坡积土、洪积土、冲积土、湖相沉积土、三角洲沉积 土、海相沉积土等 冰川沉积土：因冰川活动的剥蚀和搬运作用在别处沉积的土。
——谢康和
高等土力学Advanced Soil Mechanics
课时安排 §1 土的结构与分类（1周） §2 土的渗透性和渗流（1周） §3 固结（2周） §4 沉降分析（1周） §5 抗剪强度（1周）
高等土力学Advanced Soil Mechanics 参考文献
1.《土的工程性质》,黄文熙主编,中国水利水电出版社,1983年 2.《土工原理与计算》(第二版),钱家欢、殷宗泽主编, 中国水利水电出 版社,1996年5月 3.《理论土力学》,沈珠江著, 中国水利水电出版社,2000年5月 4.《土工计算机分析》,龚晓南主编,中国建筑工业出版社,2000年10月 5.《岩土工程有限元分析理论与应用》,谢康和、周健编著,科学出版社 ,2002年5月 6.《Advanced Soil Mechanics》,Das,B.J., McGraw-Hill Book Company,1983 7.《高等土力学》,李广信主编,清华大学出版社,2004
§1.1 土的形成
（4）湖泊沉积土：湖泊发育过程中由于湖浪冲蚀湖岸、破坏岸壁等 而在其中形成的沉积物。成分复杂、变化大。湖边（近岸带）粗颗粒 （卵石、圆砾、砂土），远岸带是细颗粒的砂土、粘性土，湖心是粘土 和污泥。 湖泊淤塞后形成沼泽，沼泽沉积物包括泥炭土（动植物残余体，有机 质含量极高）。 （5）三角州沉积土：河水流至海洋时，因流速减小，其中携带的悬 浮物质在河口形成的沉积土。近河口的颗粒较粗，远离河口的近海处颗 粒较细。 （6）海相沉积土：江、河将各种冲积土搬至海洋而形成的沉积土， 按海水深度不同而分为滨海沉积物、浅海沉积物、陆坡沉积物和深海沉 积物。