土力学第一章
第一章土力学绪论上
日本大阪关西机场
该机场自从施工完成后就不 断下沉，截至2015年，这个 吹填厚度约为33m的人工岛， 其平均沉降已超过13m，沉 降量远超之前的预测
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比萨斜塔
第三类问题是渗流问题。渗流问题主要有两类： 一类是蓄水构筑物地基渗流量是否超过其允许 值。如：水库坝基渗流。另一类是地基中水力 比降是否超过其允许值。当地基中水力比降超 过其允许值时，地基土会因管涌等产生稳定性 破坏。当出现流土、管涌等渗透破坏时，将给 工程建设带来极大的灾难。
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分类 方法
沉积条件
有机质 颗粒级配或 含量 塑性指数
工程特殊 性质
自然界中的土 那么多，它是 如何分类的呢？
残积土、坡 积土、洪积 土、冲积土、 湖积土、海 积土和风积
土
无机土、 有机土、 泥炭质 土和泥
炭
碎石土、砂 土、粉土和
粘性土
软粘土、杂填土、 冲填土、素填土、 黄土、红粘土、 膨胀土、多年冻 土、盐渍土、垃
上午10:30 11:30
Байду номын сангаас
11:00
11:57
原因分析： 渗透破坏
第一章 绪论（上）
本章主要内容
研究对象
研究内容
学科特点
发展概况
课程特色
学习方法
土力学是土木工程学的一个分支，是应用理论力学、 材料力学、流体力学等基础知识研究土的工程性质以及研 究与土有关的工程问题的工程技术学科，其主要任务是研 究、分析地基承载能力、土体的变形和稳定问题，以及土 中渗流问题。土力学也被认为是工程力学的一个分支，但 它与其他工程力学分支不同。土力学学科的特殊性主要由 土力学研究对象的特殊性决定的。
高等土力学第一章 课件
土的动应力-应 变关系
土的动力性质分 类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质：土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等 地震工程中的土动力学问题：地震引起的土体液化、震陷、滑坡等 土的动力学模型：土的动力学本构模型、数值模拟方法等 抗震设计方法：基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变：土体变形的程度
土的应力：土体受到的压力 或拉力
土的应力-应变关系曲线： 描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响 因素：如土的种类、含水率、
温度等
04
土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类：天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流 对工程的影 响
排水设计的 基本原则和 方法
排水设施的 种类和特点
排水设施的 布置和设计 要点
排水设施的 施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因 渗流对土体稳定性的影响 土体排水与加固措施 实际工程中的应用与案例分析
06
土的动力性质与地 震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念 土力学在土木工程中的应用范围 土力学在土木工程中的具体应用案例 高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题：介绍土压力的 产生、分类和计算方法，以及在水利工程 中的应用。
水利工程中的渗流问题：介绍渗流的基本 原理、计算方法和在水利工程中的应用， 包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类：根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类 土的物理性质指标：包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等，用于描述土的物理性质 土的力学性质：包括抗剪强度、压缩性、渗透性等，用于描述土在力作用下的行为 土的工程分类：根据土的工程性质和特点，将土分为不同的类型，以便于工程设计和施工
第1章土力学
如何从曲线上确定？ 如何从曲线上确定？
工程上： P15） 工程上： （P15） 对于级配连续的土: 仅用C 即可判定土的级配） ①对于级配连续的土:（仅用Cu即可判定土的级配） 一般： 10的土 的土， 一般：Cu＞10的土，级配良好 的土，是均粒土， Cu＜5的土，是均粒土，级配不良 对于级配不连续的土（级配曲线出现台阶状）： ②对于级配不连续的土（级配曲线出现台阶状）： 单用C 难以有效判定土的级配优劣， 单用Cu难以有效判定土的级配优劣，与Cc共同判定 更合理 对砂、砾类土： =1～ 对砂、砾类土：当同时满足 Cu≥5，Cc=1～3时， 级配良好；若不同时满足时，则级配不良（P15） 级配良好；若不同时满足时，则级配不良（P15） •颗粒级配是决定粗粒土工程性质的重要因素 颗粒级配是决定粗粒土工程性质的重要因素 •级配良好的土适宜作填方土料 级配良好的土适宜作填方土料 为什么？（ ？（P15） 为什么？（ ） •级配良好的土，易获得较大的密实度，此时地基土的 级配良好的土， 级配良好的土 易获得较大的密实度， 强度和稳定性较好，透水性和压缩性较小（ 强度和稳定性较好，透水性和压缩性较小（P15～16） ～ ）
土粒的大小， 粒度 指土粒的大小，通常以粒径表示 粒组 指介于一定粒径范围内的土粒 •常用的粒组划分方法： 常用的粒组划分方法： 常用的粒组划分方法 根据5个界限粒径：200、20、2、0.075、 0.005㎜ 根据 个界限粒径：200、20、 0.075、 0.005㎜ 将土粒分成六大粒组（注意：粒组名称和特征） 土粒分成六大粒组（注意：粒组名称和特征）
粘土矿物的种类、 粘土矿物的种类、含量对粘性土的工程性质影响很 大，如对膨胀土往往起决定作用 P21～22） 三种常见的粘土矿物：（P21～22） 蒙脱石→亲水性最强， 极大胀缩性与可塑性 蒙脱石→亲水性最强，具极大胀缩性与可塑性 伊利石→亲水性、胀缩性与可塑性居中 伊利石→亲水性、胀缩性与可塑性居中 与可塑性 高岭石→亲水性最弱，胀缩性与可塑性 与可塑性小 高岭石→亲水性最弱，胀缩性与可塑性小 •比表面 单位体积（或质量）颗粒的总表面积(P22) 比表面 单位体积（或质量）颗粒的总表面积(P22) •亲水性 指矿物颗粒表面与水相互作用的能力 亲水性 土粒越小，比表面越大， 土粒越小，比表面越大，亲水性越强 •土中粘土矿物越多，土的粘性、塑性和胀缩性越大 土中粘土矿物越多，土的粘性、 土中粘土矿物越多 有机质比粘土矿物有更强的胶体特性和更高的亲水性 比粘土矿物有更强的胶体特性和更高的亲水性， 有机质比粘土矿物有更强的胶体特性和更高的亲水性， 例如在天然状态下有机质含量超过5%的粘性土 的粘性土， 例如在天然状态下有机质含量超过 的粘性土，其 含水量显著增大， 含水量显著增大，呈现高压缩性和低强度等
土力学第一章 土的组成(共32张PPT)
特征
能传递水压力
重力作用 有溶解能力
冰点为0℃
毛细水 重力水
毛细水上升 高度 饱和 带
23
自由水
结合水 薄膜水
吸着水
正电荷H+
土粒
负电荷OH极化水分子
电分 子引 力
水化阳离子
颗粒表面 的负电荷
24
吸离土粒距离
（3）毛细水
是存在于地下水位以上的透水层中孔隙的自由水
毛细水受到
重力作用 水与空气界面的表面张力作用
在压力差作用下产生渗流
动水压力
重力水
流土
渗透破坏
管涌
孔隙率增大
溶解土中盐类
压缩性增大
抗剪强度降低
27
• 三、土中气体
土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为 与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气 体
1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的
性质影响不大
2.封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水
颗粒极细，且多呈片状，
性质活泼，吸附水能力强，具塑性
有机质
动植物分解后的残骸，称为腐殖质。 其颗粒极细，粒径小于，呈凝胶状， 带有电荷，具极强的吸附性。
4
§1.1 土的组成
• 一、土的固相
土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的 物理力学性质有明显影响
粒组的划分
• 土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。 • 粒组间的分界粒径称为界限粒径。 • 以土中各个粒组的相对含量来表示土体中土粒的大
无机矿物颗粒次 原生 生矿 矿物 物（ （原 造生 岩矿 矿物 物风 ，化 如后 石的 英产 、物 长， 石、 主云 要有 母等 粘土 ）矿物）
土力学-第1章new3.6
第一章 土的组成和物理性质
1.2.2 换算指标-浮密度和浮容重
浮密度 （浮容重 ）
• 定义：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差。 • 表达式：
ms Vs w V
g
sat w
36
第一章 土的组成和物理性质
土的物理性质指标－密度
都直接或间接地与其含水量有关。
19
第一章 土的组成和物理性质
§1.1 土的三相组成
1.1.2 土中水
结晶水
强结合水
结晶水：土粒矿 物内部的水。
土中水
结合水
弱结合水
重力水
自由水 毛细水
结合水：受电分子吸引 力作用吸附于土粒表面 的土中水。 自由水：存在于土粒 表面电场影响范围以 外的土中水。 20
第一章 土的组成和物理性质
曲率系数描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
Cu>5 ，Cc＝1～3
14
第一章 土的组成和物理性质
§1.1 土的三相组成
1.1.1 土的固相－粒度成分
土的粒度成分测定方法：
筛分法：粒径60~0.075mm 静水沉降法（沉降分析法）：粒径<0.075mm
15
第一章 土的组成和物理性质
§1.1 土的三相组成
土粒比重
2.65－2.69
2.70－2.71
2.72－2.73
2.74－2.76
31
第一章 土的组成和物理性质
1.2.1 试验指标-含水量
• 土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般 用w表示，以百分数计，即：
mw w 100% ms
• 含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘 性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一
土力学-第一章(1)PPT课件
（二）击实功能的影响： 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密 也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到 的最大干密度也大，最优含水率小
.
52
（三）土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指 数越大，越难于压实。
.
4
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
《铁路桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5-99）对粒组的划分见表1—1。
圆粒 卵石 漂石
黏土粒 粉粒 砂粒 角粒 碎石 块石 粒径
0.005 0.05 2
20 200 单位：mm
.
5
(二)用筛析法作土的颗粒大小分析
强度、节理
级配、形状
塑性指数 或塑性图
46
二、特殊土
红黏土：易引起不均匀沉降
湿陷性黄土：遇水易引起湿陷
特殊土
软土：压缩性高承载力与强度低 膨胀土：遇水膨胀，失水收缩
冻土：冻胀融沉
三、特殊土的野外鉴别方法
.
47
三、特殊土的野外鉴别方法
.
48
第六节 土的压实性
一、概述
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度 的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足 够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中 常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀 性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
孔隙中充满水时为饱和土，为二 相体系；
土力学第一章名词解释
1.土的粒度：天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小成为粒度。
2.粒度成分：土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），它可用来描述
图中不同粒径土里的分布特征。
3.土的含水率：土中水的质量与土粒质量之比称为土的含水率。
4.土的密度：在天然状态下，单位体积土的质量称为土的天然密度。
5.土的重度：天然状态下，单位体积土所受的重力。
6.土的空隙比：指土中空隙体积与土粒体积之比。
7.土的孔隙率：指土中空隙体积与土的总体积之比。
8.土的饱和度：土的饱和度是土中水的体积与空隙体积之比。
9.界限含水率：粘性土从一种状态变到另一种状态的含水率分界点成为界限含水率。
10.液限：涂油咳速状态转为半固体状态时的界限含水率，称为塑限。
11.塑限：土由可塑状态转半固体状态时的界限含水率，称为塑限。
12.塑性指数：从液限到塑限含水率的变化范围，即液限与塑限之差。
13.液性指数：从天然含水率与界限含水率相对关系的指标。
14.最优（佳）含水率：最大干密度对应的特征含水率。
《土力学》1-6章作业参考答案
第一章 土的物理性质及其工程分类P 60[2-2] 解：V=21.7cm 3，m=72.49－32.54＝39.95g ，m S =61.28－32.54＝28.74g ，m W =72.49－61.28=11.21g7.2195.39==V m ρ＝1.84g/ cm 3，74.2821.11==sw m m w ＝39％ 07.1184.1)39.01(174.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d eP 60[2-3] 解：963.0185.1)34.01(171.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρWS d e 963.01963.071.21++=++=e e d s sat ρ＝1.87 g/ cm 3，87.0187.1=-=-='W sat ρρρ g/ cm 3g ργ'='＝0.87×10＝8.7 kN/m 3P 60[2-4] 解：已知77.1=ρg/cm 3, w ＝9.8％，s d ＝2.67，461.0min =e ,943.0max =e∴656.0177.1)098.01(167.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d e ，∈=--=--=6.0461.0943.0656.0943.0min max max e e e e D r （0.33，0.67）∴该砂土处于中密状态。
P 60[2-5] 解：已知s d ＝2.73，w ＝30％，=L w 33％，=P w 17％土样完全饱和→1=r S ，sat ρρ=819.073.23.01=⨯=⇒==e e wd S S r ，819.01819.073.21++=++=e e d s sat ρ＝1.95 g/ cm 3 3.0195.11+=+=w d ρρ＝1.5 g/ cm 3，161733=-=-=P L p w w I 81.0161730=-=-=P P LI w w I 10＜16=p I ≤17→该土为粉质粘土0.75＜81.0=L I ≤1→该土处于软塑状态[附加1-1]证明下列换算公式：（1）w s d e d ρρ+=1；（2）γee S sw r ++=1γγ；（3）n n w S w s r γγ)1(-=（1）证明：设e V V V V V Ve V S V V SV S +=+===⇒=1,1w s s w s s s s d ed V V d V V V m ρρρρ+====1 （2）证明：设e V V V V V Ve V S V V SV S +=+===⇒=1,1V g V V V g m m V mg V G s s w w s w )()(ρργ+=+===ee S V V V S sw r s s w v r ++=+=1γγγγ （3）证明：设n V n V n VVV s v v -==⇒==1,,1∴nn w gV gV w V V w V V m m V m V V S w s v w s s v w s s ss v w s wv w w v w r γγρρρρρρρ)1(-====== [附加1-2]解：V=72cm 3，m=129.5g ，m S =121.5g ，m W =129.5－121.5=8g%6.65.1218===⇒S W m m ω 6.0172/5.129)066.01(17.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρωρW S d e %7.296.07.2066.0=⨯==e d S S r ω 0.1872105.129=⨯===V mg V G γkN/m 36.20106.16.07.21=⨯+=++=W S sat e e d γγkN/m 36.10106.20=-=-='W sat γγγkN/m 39.16106.17.21=⨯=+=W S d e d γγkN/m 3∴γγγγ'>>>d sat[附加1-3]解：已知s d ＝2.68，w ＝32％，土样完全饱和→1=r S86.068.232.01=⨯=⇒==e ed S Sr ω02.1986.1)32.01(1068.286.01)1(=+⨯⨯=⇒=-+=γγωγW S d e kN/m 3[附加1-4]解：已知66.1=ρg/cm 3,s d ＝2.69，（1）干砂→w ＝0 ∴62.0166.1)01(169.21)1(=-+⨯⨯=-+=ρρw d e W S（2）置于雨中体积不变→e 不变∴%2.969.262.04.04.0=⨯=⇒==w e wd S S r [附加1-5]解：已知m=180g ，1w ＝18％，2w ＝25％，sss s s w m m m m m m m w -=-==18011＝18％→s m ＝152.54g∴)(12w w m m s w -=∆＝152.54×（0.25－0.18）＝10.68g[附加1-6]实验室内对某土样实测的指标如下表所示，计算表土中空白部分指标。
同济大学土力学第一章课后答案
【1-1】 某土样采用环刀取样试验，环刀体积为 60cm3，环刀加湿土的质量为 156.6g，环 刀质量为 45.0g，烘干后土样质量为 82.3g，土粒比重为 2.73。试计算该土样的含水率 w、孔 隙比 e、孔隙率 n、饱和度 Sr 以及天然重度 、干重度 d 、饱和重度 sat 和有效重度 ' 。 解： 湿土质量 m 156.6 45.0 111.6g ，干土质量 ms 82.3g ， 水的质量 mw 111.6 82.3 29.2g 含水率 w
mw 29.2 100% 100% 35.6% ms 82.3
土的重度
g
111.6 10 18.6kN/m3 60
1 2.73 10 (1 35.6%) 1 0.990 18.6
孔隙比 e 孔隙率 n
Gs w (1 w)
d
(kN/m ) 13.87 15.84 14.5 13.87 0.961 0.73 0.890 0.968 0.49 0.422 0.471 0.492 0.962 0.346 0.955 1.00
3
e
n
Sr
体积 (cm3) — — 10 86.2
土的重力(N) 湿 — — 0.19 1.62 干 — — 0.145 1.196
2
e 0.990 49.7% 1 e 1 0.990 wGs 35.6% 2.73 饱和度 Sr 98.2% e 0.990 18.6 干重度 d 13.7kN/m3 1 w 1 35.6% G e 2.73 0.990 饱和重度 sat s w 10 18.7kN/m3 1 e 1 0.990
《土力学》第一章 总结
二、土中的水和气体
1. 土中的水
(1) 结合水(Bound water)
– ① 强结合水；② 弱结合水
(2) 自由水
–①重力水；②毛细水
2. 土中的气体
粗粒土中的空气，对土的性质没有多大影响；细 粒土中的气体，由于常常处于封闭状态，使土层 具有很高的压缩性。
§1.3 土的结构与构造
一、土粒结构
• (1) 单粒结构 • (2) 峰窝结构 • (3) 絮状结构
4. 粘性土
–粉质粘土：10 I p17的土 –粘土：I p 17的土
End of Chapter 1
结束
作业情况
1-1 （1）证明：
mw 根据 100%和m s d s Vs w 得： ms m ms mw ms (1 w) d sVs w (1 w) Vv 根据e 得 Vs V Vs Vv Vs (1 e) m d sVs w (1 w) d s w (1 w) V Vs (1 e) 1 e 经变换得：e d s (1 w) w
粘性土的软硬状态 状态 液性指数I L 坚硬 硬 塑 可 塑 软 塑 表1-3 流塑
I L>1
I L≤ 0 0 < I L≤0.25
0.25<IL≤0.75 0.75<IL≤ 1.0
§1.8 地基土的工程分类
1. 碎石土 2. 砂土 3. 粉土
–指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过 50%，且塑性指数I p ≤ 10的土。
粘 土
粘 土
碎 石
碎石
细 砂 粗 砂
卵石
颗分筛
土样筛
密度计
密度：环刀 法
烘干法