緒 論土力學是爭論土的物理性質以及在荷載作用下土體內部的應力變形和強度規律的一門學科。土力學爭論對象是土需要爭論和解決的工程中的三大類問題：土體穩定或強度問題；土體變形問題；滲流：滲透變形與滲透穩定。第一章土的物理性質指標與工程分類1-1土的形成土是松散顆粒的積存物，是巖石風化的產物〔人工裂開;堆石壩的壩殼料；相當于物理風化。土是指掩蓋在地表的沒有膠結或弱膠結的顆粒積存物依據來源分：有機土和無機土巖石風化分為物理風化和化學風化。溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程。第一章土的物理性質指標與工程分類1-1土的形成化學風化：巖體〔或巖塊、巖屑〕與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質的過程。特征：物理風化：量變過程，形成的土顆粒較粗；化學風化：質變過程，形成的土顆粒很細。土殘積土河流沖積土殘積土沖積土運積土無機土風積土冰磧土沼澤土土運積土風積土冰磧土有機土(沼澤土)殘積土：巖石風化后仍留在原地的積存物。特點：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變；嚴寒地帶，巖塊或砂，物理風化，穩定。積存物:又分為沖積土、風積土、冰磧土和沼澤土等。沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑砂或粉粒；黃土子冰磧土：由冰川剝落、搬運形成的積存物；不成層、從漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機質、壓縮性高、強度低土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。固相：土的顆粒、粒間膠結物；液相：土體孔隙中的水；氣相：孔隙中的空氣。當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；一般在地下水位以上地面以下肯定深度內的土的孔隙中兼含空氣和水系，稱為濕土。依據土的粘性分：粘性土：顆粒很細；無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石〔直徑幾十cm甚至1m〕一、土的固相〔一〕成土礦物原生礦物：由物理風化生成的土粒；顆粒較粗，一般為無粘性土；石英、長石、云母等；圓形、板狀、塊狀；吸水力弱、穩定、無塑性；砂多為石英。粘性土。高嶺石、伊利石、蒙脫石；片狀、極細；吸水力強、活潑、有塑性。〔二〕粘土礦物的晶體構造粘土礦物：由各種硅酸鹽礦物分解形成的水鋁硅酸鹽礦物。其構造可分為晶體和非晶體，以晶體礦物為主。2個相鄰單元的硅原子共有組成六邊形孔硅片；鋁片：鋁〔鎂〕－氫氧〔氧〕2個相鄰單元的鋁原子共有組成鋁片；〔二〕粘土礦物的晶體構造粘土礦物：高嶺石：長石風化產物，1：1型晶格，一個硅片＋一個鋁片＝一個晶層，晶層靠氫鍵連接，一個顆粒多達近百個晶層。伊利石：云母在堿性介質中風化產物，2：1＝一個晶層，晶層靠鉀離子連接，比較穩定，但不如氫鍵；蒙脫石：伊利石進一步風化，2：1型晶格，晶層沒有鉀離子連接，而是有水分子進入；〔三〕土粒的大小和土的級配干土總質量之比。土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。〔四〕顆粒大小分析試驗測定土中各粒組顆粒質量所占該土總質量的百分數粒大小分析試驗。常用的方法：篩分法：粒徑>0.075mm密度計法：粒徑<0.075mm聯合測定：既有粒徑>0.075mm，又有粒徑>0.075mm篩分法丑徑的土粒含量百分數X〔％〕式中：m，m－分別為小于某粒徑的土粒質量及試樣總質量immX 100mi密度計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的方法。通過密度計測定土水懸濁液的密度來確定。土的級配曲線粒徑分布曲線粒組頻率曲線粒徑分布曲線土的級配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線的外形來打算度和曲線的外形又可用不均勻系數和曲率系數來衡量。CuCuCcd~d間；C過小，臺階在d~d間；10 30 c 30 60土的級配的連續性也可用粒組頻率曲線來反映。雙峰，谷點<3％，不連續；標準：純潔礫、砂，Cu>=5Cc=1~3二、土的液相〔一〕吸著水由土顆粒外表電分子力吸附在土粒外表的一層水。吸著水可分為強吸著水和弱吸著水。二、土的液相〔一〕吸著水大多數粘粒外表帶有凈的負電荷:原子替代;吸著水形成緣由:土粒外表的負電荷,陽離子,氫鍵。強吸著水性質接近于固體，冰點很低，沸點較高，且不能傳遞壓力。性、影響土的壓縮性和強度，并使土的透水性變小。薄)。(二〕自由水離開土顆粒外表較遠，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動 的水稱為自由水。〔分為毛細管水和重力水〕1.毛細管水土中存在很多大小不同的相互連通的彎曲孔道力。在潮濕的粉、細砂中孔隙水僅存在于土粒接觸點四周，彼此是不連續的。這時，由于空襲寅中的氣與大氣連通，因此，孔隙中的壓力亦將小于大氣壓力。由毛管水壓力引起的摩擦阻力如同賜予砂土以某些粘聚力力液就不再存在。把這種粘聚力稱為假粘聚力。2.重力水在重力或水位差作用下能在土中流淌的自由水稱微重力水。具有溶解力量，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。當它在土孔隙中流淌時，對所流經的土體施加滲流力〔亦稱動水壓力、滲透力應考慮其影響。三、土的氣相以氣泡形式存在的封閉氣體。土的構造一、土粒間的相互作用當粘粒在溶液中沉淀時，粒間引力主要是范得華力〔分子鍵引起的靜電引力。引力:范得華力總是在極性顆粒之間產生引力而與溶液的性質無關。理性質指標與工程分類1-3土的構造一、土粒間的相互作用斥力:粒上得凈負電荷就發生粒間斥力。大小取決于溶液的性質，并隨粒間間距得指數函數遞減。二、土的構造〔一〕單粒構造〔二〕蜂窩狀構造〔三〕絮狀構造接觸或邊與邊的搭接形式為主。這種構造的土粒呈任意排列，具有較大的孔隙，其強度低，壓縮性高，對擾動比較敏感。土的物理性質指標可分為兩類：一類是必需通過試驗測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標；另一類是依據直接指標換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標。1-4土的物理性質指標一、試驗直接測定的物理性質指標〔一〕土的密度ρ與重度γ土的密度定義為單位體積土的質量，用ρ表示，單位為Mg/m3(或g/cm3)。表達式如下：對于粘性土，土的密度常用環刀法測定。卯m

m m m s w aV V V Vs w aγ表示，單位為kN/m3。表達式如下：式中：W——土的重量，單位為kN；g——重力加速度。

gV V〔二〕土粒比重Gs土粒比重定義為土粒的質量〔或重量〕與同體積4℃時純水的質量〔或重量〕之比〔無因次，其表達式為：mG sm

＝ s G

mgs s Vs

w4℃

w4℃

s Vs w4℃式中：ρs——土粒的密度，即土粒單位體積的質量；〔ρw〕4℃——4℃時純水的密度，1g/cm3〔γw〕4℃——4℃時純水的重度。干克裝入該空比重瓶內，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質量，按下式計算土粒比重：式中：m1——瓶加水的質量；m2——瓶加土加水的質量；ms——烘干土的質量。msGsmmmms1 s 2〔三〕土的含水率w表達式為：測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出自然土的質量，然后放在烘箱中，在100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質量，按上式可算得。m w100%mms二、間接換算得物理性質指標〔一〕土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數表示，其表達式為：〔二〕土的孔隙率n辰表達式為：eeVvVnV100%vsV〔三〕土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分數表示，其表達式為：SSVw100%rVv〔四〕干密度ρdγd土的干密度：單位體積內土粒的質量，表達式：mVsdW msgsdVVgd土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的指標，干密度或干重度愈大說明土愈密實，反之愈疏松。〔五〕飽和密度ρsatγsat飽和密度定義：土中孔隙完全被水布滿土處于飽和狀態時單位體積土的質量。表達式為： smVvVwsat在飽和狀態下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達式為： sWVv w smgV gvVw gsatVsat六〕浮密度ρ’與浮重度〔有效重度〕γ’其表達式為：” s s w sVWVmgV gs wV g差，其表達式為：從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數值上有如下關系：巳nnVV1eeevn1n Vm wd1d(1w)d”mVssVw satd””sat ”wsatd三、物理性質指標間的換算 d1ww smdV s1ee s w1SGrVVvwsewwGesewGdsats”mVs s wV”mVs s wVG11esw s1ew〔1〕V＝60cm3，m=108g，則由式〔1－4〕得ρ=m／v=180／60=1.8g/cm3〔2〕ms=96.43g，則mw=m－ms=108－96.43=11.57g按式1－，于是w=mw／m＝11.5／96.43=12%Gs=2.7，則Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3按式1－1，于是 e=Vv／V＝24.335.7=0.68〔4〕按式〔1－11〕n=Vv／V＝24.3／60=40.5％〔5〕依據ρwVw=mw／ρw=11.57／1＝11.57cm3于是按式〔1－12〕St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性一、無粘性土的相對密實度D rD reemaxemaxe0min式中：Dr——相對密實度；emax——無粘性土處在最松狀態時的孔隙比；emin——無粘性土處在最密狀態時的孔隙比；e0——無粘性土得自然孔隙比或填筑孔隙比。午按式〔1－23〕可得相對密實度得使用表達式DDd dmin dmaxrdmaxdmin dGe 1s d式中：ρdmax——無粘性土的最大干密度；ρdmin——無粘性土的最小干密度；ρd——無粘性土的自然干密度或填筑干密度。將風干的無粘性土試樣用漏斗法測定其最小干密度，用振擊法測定其最大干密度。在工程上，用相對密實度Dr0＜Dr≤1/3 疏松的1/3＜Dr≤2/3 中密的2/3＜Dr≤1 密實的二、粘性土的稠度〔一〕粘性土的稠度狀態稠度指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的力量最主要的物理狀態指標。流淌、軟、可塑、硬等描述四種狀態已有的外形。〔二〕界限含水率及其測定1.界限含水率稠度界限或阿太堡界限。〔W〕L塑限〔W〕——從可塑狀態轉變為半固體狀態的界限含水率，也就是可塑狀態的下限含水p率；〔Ws〕小而體積開頭不變時的含水率。2.液、塑限的測定測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯合測定法。測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯合測定法。液、塑限聯合測定法：塑限－52mm10mm510mm17mm517mm2.液、塑限的測定測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯合測定法。測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯合測定法。25＝13mm62未第一章土的物理性質指標與工程分類縮皿中，刮平外表，烘干，測出干試樣的體積并稱量準確至0.1gVVww 1 2s ms

100w式中：ws——土的縮限〔％〕 w——制備時的含水率〔％〕V1——濕試樣的體積〔cm3〕，V2——干試樣的體積〔cm3〕〔三〕塑性指數和液性指數1.塑性指數塑性指數：液限和塑限之差的百分數值〔去掉百分號。I w w用Ip表示，取整數，即：p L p塑性指數越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含量越高。2.液性指數粘性土的狀態可用液性指數來判別。wwI p

wwp

ww IL p p式中：I——液性指數，以小數表示；Lw——土的自然含水率。液性指數表征了土的自然含水率與界限含水率之間的相對關系，表達了自然土所處的狀態。w≤w，I0，土處于堅硬狀態；p Lww≤w0＜I1.0，土處于可塑狀態；p L Lw＜w，I＞1.0，土處于流淌狀態。L L三、土的壓實性性質。填土的密實程度常以干密度表示擊實試驗 《土工試驗方法標準〔國家標準〕輕型：d<5mm； V=947cm3, m=2.5kg,3層25擊，落高30.5cm重型：d<40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5層56擊，落高47.7cm三、土的壓實性土的壓實性影響因素：〔一〕含水率的影響最大干密度〔對于與某，最優含水率wop三、土的壓實性申土的壓實性影響因素：〔二〕擊實功能的影響1、土料的最大干密度和最優含水率不是常數。2、當含水率較低時擊數的影響較顯著。〔三〕土類和級配的影響粘粒含量高，Ip大，難壓密；級配良好，易壓密；〔四〕粗粒含量的影響對d>5mm25％～30％時，仍可用輕型擊實，但要修正。問題：d>5mm1-6土的工程分類粗粒土按顆粒組成進展分類；