4. 第二章 土的物理性质及分类
目的与意义
通过本章学习掌握土的三相基本组成及物理性质指标和状态指标,掌握土的工程分类。
本章内容是后续各章节解决土的强度变形等问题的基础,也是以后从事与土相关工作的基
础。
本章主要内容:
(1) 熟练掌握土三相组成及结构;(2) 熟练掌握粘土的液塑限、 塑性指数、液性指数以及
无粘性土的密实度;(3) 粘性土的塑限、 液限、 塑性指数、液性指数级工程应用;(4) 无粘性土
的密实度等物理状态指标及应用;(5)土的工程分类。
重点掌握土的三相指标及相互换算;土的物理性质标、 物理状态指标及工程意义,尤其
要注意粘性土与无粘性土的区别。
基本概念与理论:
1) 三相指标及换算
密度、含水量、孔隙比;孔隙率,饱和度;饱和密度、干密度、有效密度
质量m 体积V
气 Vw Va
Vv
mw
水
m
V
土粒
ms
Vs
Vw mw ωd s V e m d ρ ρ
Sr = = = n= V = ρd = s = s w =
VV VV ρW e V 1+ e V 1+ e 1+ ω
(d s − 1) ρ w dρ d (1 + ω ) ρ w m d (1 + ω ) ρ w
ρ ′ = ρ sat − ρ = e = s w −1 = s −1 ρ = = s
1+ e ρd ρ V 1+ e
ms + VV ρ w (d s + e) ρ w
ρ sat = =
V 1+ e
2)
粘性土的物理性质指标
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要
的物理状态特征
缩限ω s 塑限ω P 液限ω L
0 ω
固态 半固态 可塑状态 流动状态
塑性指数 IP 是液限和塑限的差值(省去%),即土处在可塑状态的含水量变化范围。
I p = ωL − ωP
5. 液性指数 IL 是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。
ω − ωP
IL =
IP
3) 无粘性土的物理性质指标
土的密实度----指单位体积土中固体颗粒的含量;孔隙比 e 可以用来表示砂土的密
实度。 对于同一种土,当孔隙比小于某一限度时,处于密实状态。 孔隙比愈大,土愈松
散。
e max − e
相对密实度 Dr = e
max − e min
6. 第三章 土的渗透性及渗流
目的与意义
通过本章学习,掌握达西定律以及渗流力和临界水力梯度的概念和计算方法,掌握渗
流破坏现象的机理。 土中水的渗流规律以及与渗流有关的土工问题是土力学重点解决的内容
之一,通过本章学习可以为后续章节与时间有关的地基沉降计算等内容奠定基础。
本章主要内容
(1) 水力梯度、渗流力、临界水力梯度、 流土和管涌等概念;(2) 水力梯度、渗流力、临界水
力梯度的计算;(3) 达西定律。
重点掌握:(1) 达西定律;(2) 水力梯度、渗流力、临界水力梯度概念与计算。
基本概念与理论:
1) 达西定律
水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比。 要注意达西定律的适用范围及渗透系数
的测试方法。
2) 水力梯度和临界水力梯度
水力梯度:即沿渗流方向单位距离的水头损失;
临界水力梯度 icr:使土体开始发生渗透变形的水力梯度。
γ ' Gs − 1 γ sat − γ w
icr = 或 icr = =
γw 1+ e γw
3)
渗流力
渗透力 j 是渗流对单位土体的作用力,是一种体积力,其大小与水力坡降成正比,作
用方向与渗流方向一致,单位为 kN/m3。
J γ hA
j= = w = iγ w
AL AL
4)流土与管涌
流土:在渗流作用下,局部土体表面隆起,或某一范围内土 粒群同时发生移动的
现象。
管涌:在渗流作用下,无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙,发生移动并
被带出的现象。
要注意流土与管涌发生的条件以及两者的破坏差别。
7. 第四章 土中应力
目的与意义
通过本章学习,掌握土中应力及计算方法,掌握饱和土的有效应力原理。 土中应力是分
析计算地基土体变形和破坏的前提,而决定土体强度及变形的应力是有效应力。 因此通过本
章学习可以为后续章节地基沉降、极限承载力分析等奠定基础。
本章主要内容
(1) 自重应力、基底压力、基底附加应力、地基中的附加应力概念;(2) 自重应力、 基底压
力、基底附加应力的计算;(3) 地基中的附加应力的计算;(4) 饱和土的有效应力原理。
重点掌握:(1) 基底压力与基底附加压力; (2) 地基中附加应力计算;(3) 饱和土的有效
应力原理。
基本概念与理论:
1) 自重应力
自重应力:由于土体本身自重引起的应力。 土体在自重作用下,在漫长的地质历史时期,
已经压缩稳定,因此,土的自重应力不再引起土的变形。 但对于新沉积土层或近期人工充填
土应考虑自重应力引起的变形。
2) 基底压力
基底压力:建筑物上部结构荷载和基础自重作用于基础底面传至地基的单位面积压力。
影响基底压力的因素:基础的形状、 大小、刚度,埋置深度,基础上作用荷载的性质(中心、
偏心、倾斜等)及大小、地基土性质。
基底压力简化计算方法:对于具有一定刚度以及尺寸较小的扩展基础,基底压力近似作
直线分布,按材料力学公式进行简化计算。
F+G
e
e
b
l
pmin
pmax
Pmax F + G Pmax F + G M
= = ±
Pmin A Pmin A W
3)基底附加压力
基底附加压力:由于建造建筑物而新增加在地基表面的压力,即导致地基中产生
附加应力的那部分基底压力。
P0max Pmax
= − γ 0d
P0min Pmin
4) 基底附加压力
10. 荷再压缩时,其压缩性明显降低。
土的应力历史:土体在历史上曾经受到过的应力状态;先期固结压力 pc :土在其生成
历史中曾受过的最大有效固结压力。
正常固结土:先期固结压力等于现时的土压力 pc=p1,OCR=1;超固结土:先期固结
压力大于现时的土压力 pc>p1,OCR>1;先期固结压力小于现时的土压力 pc<p1,OCR<1。
e a
b′
c
b
d′
d
f
p(lg)
原位压缩曲线获得过程:沉积 ab;取样 bb′;室内试验 b′cd。
获得原位压缩曲线:对正常固结土按照卡萨格兰德方法确定先期固结压力 σp=σs;
(e0, σp)位于原位压缩曲线上;以 0.42 e0 在压缩曲线上确定 C 点;通过 B、C 两点的直
线即为所求的原位压缩曲线。