企业培训_河道修防工培训教材

交通工程系 河道修防工培训 土力学基本知识部分 黄河水利职业技术学院孙其龙电子信箱 qilong3544 电话交通工程系 第一土的形成 风化 搬运 沉积 形成过程和形成条件不同 使物理力学性质不同 影响 影响 交通工程系 第一土的形成 生物风化 物理风化 化学风化 无粘性土 原生矿物 粘性土 次生矿物 风化作用分类 动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化 交通工程系 第二土的组成 气相 固相 液相 构成土骨架 起决定作用 重要影响 土体三相组成 次要作用 土体中也有两相土 干土 饱和土都是两土 交通工程系 土的液相 根据土体中水分子受到电场力的作用大小 土体中的水主要可以分为 结合水 吸附在土颗粒表面的水自由水 电场引力作用范围之外的水 土中的水即为土体中的液相 其含量及性质明显地影响土的性质 重力水 毛细水 强结合水 弱结合水 交通工程系 土中气体 自由气体 与大气连通 对土的性质影响不大封闭气体 增加土的弹性 阻塞渗流通道 交通工程系 第三土的物理性质指标 1 三相草图 质量 体积 交通工程系 室内测定的三个物理性质指标 土的密度 土粒的比重 土的含水量 土的密度 土的容重 重度 g 单位 kg m3g cm3 单位 kN m3 一般范围 1 60 2 20g cm3 定义 单位体积土的质量 表达式 相关指标 三相草图有助于直观理解物性指标的概念 试验方法 环刀法 交通工程系 室内测定的三个物理性质指标 土粒比重 单位 无量纲 土粒比重一般范围 粘性土2 70 2 75砂土2 65 4 C时纯蒸馏水的密度 1 0g cm3 定义 土在105 110 C烘干至恒重时的质量与同体积4 C时纯水的质量之比 表达式 试验方法 比重瓶法 交通工程系 室内测定的三个物理性质指标 土的含水率 定义 土中水的质量与土粒质量之比 用百分数表示 表达式 试验方法 烘干法 酒精燃烧法 核子密度法 交通工程系 其它常用的物理性质指标 表示土中孔隙含量的指标 孔隙比 孔隙率 关系 反映土的密实程度的指标 砂类土 28 35 粘性土 30 50 有的可达60 70 定义 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 无量纲 表达式 定义 土中孔隙体积与总体积之比 用百分数表示 表达式 交通工程系 其它常用的物理性质指标 表示土中含水程度的指标 饱和度 表达式 定义 土中水的体积与孔隙体积的比值 饱和度表示孔隙中充满水的程度 Sr 0 干土Sr 1 饱和土 砂土根据饱和度分为三种状态 Sr 50 稍湿 50 Sr 80 很湿 Sr 80 饱和 交通工程系 其它常用的物理性质指标 干密度 饱和密度 干容重 浮容重 饱和容重 定义 干燥状态时 单位体积土体的质量 表达式 表示土不同状态的密度和容重的指标 定义 饱和状态时 单位体积土体的质量 定义 土体在水下时 单位体积土的有效质量 饱和密度 浮密度 交通工程系 指标间的换算 土的三相指标中 土粒比重Gs 含水量 和密度 是通过试验测定的 可以根据三个基本指标换算出其余各指标 交通工程系 粘性土的物理特性可以用稠度表示 稠度是指粘性土含水率不同时所表现出的物理状态 反映土的软硬程度 也叫稠度状态 粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水率称为界限含水率 塑限 p 液限 l 粘性土的稠度状态 强结合水膜最大 出现自由水 强结合水 弱结合水 自由水 含水率 w 第四土的物理状态指标 粘性土的物理状态指标 交通工程系 二 塑性指数Ip和液性指数IL 2 反映吸附结合水的能力 能大致反映粘粒含量及其粘性 塑性指数Ip 工程上常用作粘性土与粉土定名的依据 1 反映粘性土可塑状态含水量的变化范围的一个物理状态指标 用百分数的绝对值表示 如 交通工程系 四 粉土 粒径大于0 075mm的颗粒含量小于全质量50 而塑性指数Ip 10的土 粒径大于0 075mm的颗粒含量大于全质量50 塑性指数Ip 10的土 五 粘性土 10 Ip 17的土 Ip 17的土 粘土 粉质粘土 交通工程系 液性指数IL wp w wl IL1 坚硬状态可塑状态流态 0 00 0 250 25 0 750 75 1 00 硬塑可塑软塑 反映粘性土天然状态的软硬程度 工程上作为确定粘性土承载力的重要指标 收缩 失水时体积变小 膨胀 吸水 含水率增加 体积增大 崩解 含水率增加到一定程度 土粒间丧失连接而导致粘性土分解 如 塌陷 滑坡如 土中冰由自由水冻成 冻胀融陷 第四土的物理状态指标 含水率的变化显现一些特征 交通工程系 影响 无粘性土的松密程度 力学特性 密实度大 结构稳定 强度大 压缩变形小 密实度小 结构疏松 不稳定 压缩变形大 衡量无粘性土的密实度方法 孔隙比e或孔隙率n 相对密度Dr 现场标准贯入试验测定 土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量 定义 第四土的物理状态指标 交通工程系 第四节土的物理状态指标 一 无粘性土的物理状态指标 1 孔隙比e 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 2 相对密实度Dr 砂土在天然状态下孔隙比 砂土在最密实状态时的孔隙比 砂土在最松散状态时的孔隙比 交通工程系 一 无粘性土的物理状态指标 当Dr 0时 e emin 表示土处于最疏松状态 当Dr 1 0时 e emax 表示土体处于最密实状态 3 按动力触探确定无粘性土的密实度 0 Dr 0 33 疏松状态 0 33 Dr 0 67 中密状态 0 67 Dr 1 密实状态 天然砂土的密实度 可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定 天然碎石土的密实度 可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63 5进行评定 GB50007 2002 第五土的击实性 土的击实性土的击实性就是指土体在一定的击实功能作用下 土颗粒克服粒间阻力 产生位移 颗粒重新排列 使土的孔隙比减小 密实度增大 提高强度 改变土的工程性质 以最小的能量消耗获得最大的压实密度 第五土的击实性 以最小的能量消耗获得最大的压实密度 为实际工程提供技术可靠经济合理的理论依据 击锤拉到最高处 自由下落 击实筒底板放至坚硬的底面进行击实 第五土的击实性 影响土击实性的三个因素 a击实功 b土粒级配 c土的含水率 第五土的击实性 交通工程系 一 土的粒组划分 粒组将土的性质接近的归成一类 构成一组 各粒组占重质量的百分数为土的颗粒级配 一 土的固体颗粒 交通工程系 交通工程系 105 02 01 00 50 250 1 200g 10161824223872 P 958778665536 筛分法原理图 筛分法 交通工程系 典型颗分级配曲线 沉降分析结果 小于某粒径之土质量百分数P 粒径 mm 颗粒级配曲线表示法 交通工程系 d10 d60 d30 特征粒径 d60 控制粒径d10 有效粒径d30 中值粒径 不均匀程度 Cu d60 d10 连续程度 Cc d302 d60 d10 曲率系数 不均匀系数 Cu 5 级配不均匀 交通工程系 斜率 某粒径范围内颗粒的含量陡 相应粒组质量集中缓 相应粒组含量少平台 相应粒组缺乏 Cc d302 d60 d10 曲率系数 较大颗粒缺少 Cc减小 较小颗粒缺少 Cc增大 Cc 1 3 级配连续性好 压实度在工程实践中常用压实度P来控制施工质量 压实度是设计填筑干密度与室内击实试验的最大干密度之比值即 未经压实的松土的干密度一般为1 12 1 33g cm3 压实后可达1 58 1 83g cm3 填土一般压实后约1 63 1 73g cm3 为了保证压实质量 土料压实后要进行干密度的实测1 环刀法 200 500cm3 压实质量的控制 灌砂法 压实质量的控制 核子密度 第六土的渗透性 土是一种松散的固体颗粒集合体 土体内具有互相连通的孔隙 当有水头差作用时 水就会从水位高的一侧渗向水位低的一侧 水在水位差作用下穿过土中连通孔隙发生流动的现象 称为渗流 土体被水透过的性能 称为土的渗透性 或Q kiA 式中 v 断面平均渗透流速 cm s或m day i 水力坡降 表示单位渗流长度上的水头损失 i h L k 土的渗透系数 其物理意义是 当水力坡降i 1时的渗透流速 与渗透流速的量纲相同 是表示土的渗透性强弱的指标 Q 渗透流量 cm3 s A 垂直于渗流方向的土样截面面积 cm2 2 1 7 1达西定律 影响渗透系数的主要因素 渗透系数表明了水在土中流动的难易程度 大小受土的颗粒级配 密实程度 水温等因素的影响 达西定律 渗透力及渗透变形 渗透力是一种体积力 单位为kN m3 其大小与水力坡降成正比 方向与渗流方向一致 2 1 7 2渗透变形 流土是指在渗流作用下 局部土体隆起 浮动或颗粒群同时发生起动而流失的现象 流土一般发生在无保护的渗流出口处 而不发生在土体内部 开挖基坑或渠道时出现的所谓流砂现象 就是流土的常见形式 管涌是指在渗流作用下 土中的细颗粒通过粗颗粒的孔隙被带出土体以外的现象 管涌可以发生在土体的所有部位 目的 依据 土的工程分类 将工程性质相近的土进行分类 工程技术交流中人员对土有一个共同的认识 便于研究及应用 能反映土的物理力学性质 土的组成土的状态土的结构 土的目测法鉴别表 1 3土的工程分类 土的分类法 实验室分类和目测法 干强度 含水率 手捻 摇震 韧性 1 3 2鉴别有机土和无机土有机质含量可根据颜色 气味 纤维质来鉴别 如土样呈黑色 青黑色或暗色 有臭味 含纤维质 手触有弹性和海绵感时 一般是有机质土 不含或基本不含有机质时 为无机土 有机质含量5 Qu 10 的土称有机质土 Qu 10 的土称有机质土 土的工程分类 水利部 SL237 1999 分类法 2 鉴别巨粒类土 粗粒类土或细粒类土巨粒组 d 60mm 的质量占土总质量的百分数 当土样中巨粒组质量大于总质量的50 时 该土称巨粒类土 当粗粒组 60 d 0 0754mm 质量大于总质量的50 时 该土称为粗粒类土 当细粒组 d 0 075mm 质量大于或等于总质量的50 时 该土则为细粒类土 2 7土的工程分类 1 3 3鉴别巨粒类土 粗粒类土或细粒类土巨粒组 d 60mm 的质量占土总质量的百分数 当土样中巨粒组质量大于总质量的50 时 该土称巨粒类土 当粗粒组 60 d 0 0754mm 质量大于总质量的50 时 该土称为粗粒类土 当细粒组 d 0 075mm 质量大于或等于总质量的50 时 该土则为细粒类土 1 3土的工程分类 1 3 4巨粒类土和含巨粒土的分类和定名 当巨粒组质量大于总土质量50 的土为巨粒类土 巨粒类土又分为巨粒土和混合巨粒土 即巨粒含量在100 75 的划分为巨粒土 巨粒含量在75 50 的划分为混合巨粒土 当巨粒组质量为总土质量的15 50 时 则称为巨粒混合土 1 3土的工程分类 1 3 5粗粒类土的分类和定名当粗粒组质量大于总质量50 的土称为粗粒类土 粗粒类土又分为砾类土和砂类土 即粗粒类土中砾粒组 60 d 2mm 质量大于总质量50 的土称砾类土 砾粒组质量小于或等于总质量50 的土称砂类土 砾类土和砂类土细分如下 1 砾类土分类砾类土又根据其中的细粒含量及类别 粗粒组的级配分为砾 含细粒土砾和细粒土质砾 细分和定名 2