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1、二零零七年春季教学案土力学绪论(土木工程学学部用)，赵俭斌沈阳建筑高等院校土木学院二零零六年十二月，第一章：土的物理性质和工程分类，重难点：土的三相指标换算和工程分类。 地质作用地质作用是地壳运动变化的作用，根据能量分为内力地质作用和外力地质作用。 1-1工程地质概要，1 .内力地质作用地球系统内能(如自转引起的旋转能、放射物质蜕变引起的热能)引起的地质作用。 2 .外力地质作用地球外部能量(如地球重力位能和日照能)所产生的地质作用称为外力地质作用。 岩石根据生成原因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三种岩浆岩是地壳下岩浆沿地壳脆弱地带上升侵入地壳，或喷出地面凝结而成的沉积岩是岩石屑、溶液析出物或有机

2、物在常温、常压下堆积在陆地或海洋形成的次生岩(如砂岩、砂岩、砂岩、岩石变质岩是地壳先成岩石在高温高压下和化学活跃的物质作用的原岩石的成分、构造和构造改变而形成的新的次级岩石，二、岩石的生成及其分类岩石是一个或多个矿物的集合体。 岩石的特征及其工程科学性质，很大程度上取决于其矿物成分。 构成岩石的矿物叫做造岩矿物。 2、岩石的工程分类： (1)岩石的牢固性根据岩体的饱和单轴抗压强度frk，分为硬岩石、硬岩石、软岩石、软岩和极软岩石5种，其分类标准为frk 60 MPa 30 frk 6015 frk 305 frk 15 frk 5，岩石风化程度为工程地质特征指标岩石节理、裂缝发育过程的程度和破

3、坏程度。 (3)岩体根据完整度分为完整、比较完整、比较破碎、破碎和极破碎5种。 按完全性指数划分，完全性指数是岩体纵波速度和岩体纵波速度之比的平方. 三、风化作用：风化作用是使岩石发生物理和化学变化的破坏作用。 根据其性质和影响因素，风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化三类。 1物理风化作用：指岩石因温度、水、波浪冲击等物理性地引起的机械破坏作用。 温度是物理风化的主要因素。 2、化学风化：指岩石受水及各种水溶液氧化、碳化及水化作用所引起的破坏作用。 3 .生物风化作用：指岩石由生物活动引起的破坏作用。 该作用分为机械作用和化学作用两种，人的生产活动对风化也有一定的影响。 1、残积物：原

4、岩因风化作用而残留在原地的碎屑物称为残积物。 残积物中的残留矿物成分与下卧基岩大致一致，这是区别于其他的主要特征。 2、斜坡堆积物：高处的岩石风化物是雨、雪的流动和自身自重带来的斜坡堆积物。 3、洪积物：用山海啸波急流冲刷地表形成大量的岩块、土粒堆积在山谷冲沟出口或山前倾斜平原形成堆积物。 4 .冲积物：河流水剥离两岸基岩上部复盖物质后，运送堆积到河坡缓慢地带的堆积物。 其特点是呈现出明显的层理结构。 四、土的形成土是最近的第四纪(距今约100万年)从原岩上长期风化、剥落、搬运堆积而成的。 其原因不同，工程性质不同。 1-2土的组成，土是岩石风化引起的疏松堆积物。 通常，土是三种系物质。 即由

5、固体矿物粒子(固相)、水(液相)和气体(气相)构成。一土的固体粒子(固相)，(一)矿物成分：土是岩石风化的产物。 因此，土的矿物成分主要依赖于原岩和风化作用。 不同矿物成分对土壤性质有不同的影响。 其中，细粒土的矿物成分特别重要。 常见的黏土矿物有蒙脱土、伊利石和高岭石。 这些个的连接力从弱到强，但与水反应的能力从强到弱，也就是说，蒙脱土与水反应最强(最亲水的)。 岩石根据风化作用形成大小不同的固体粒子。 其矿物成分、颗粒大小、形状和梯度是影响土壤物理性质的重要因素。 (二)土壤颗粒倾斜：1.土壤颗粒组：将大小相近的土壤颗粒合并为一个组，称为颗粒组。 我国规范将土粒按粒径大小分为六组。 即，可

6、分为漂浮石(块石)、卵石(碎石)、圆砾(角砾)、磨粒、粉粒及粘粒的修正6组。 2 .粒倾斜(也称为粒径倾斜): 土中各粒群相对含量的百分比为土的粒倾斜3 .粒倾斜曲线及其作用：为了直观、方便，可以将颗粒分析试验的结果绘制曲线半对数坐标，称为粒倾斜曲线。 粒子倾斜曲线的作用：从曲线的坡度可以粗略地做评估土粒子的均匀度，明显表示曲线平缓，粒径大小之差大不均匀，斜率良好，曲线骤降则表示土粒子均匀，斜率差。 比某粒径小的含量，%，粒径(mm) d，10，20，30，100，90，、0，即kc=d230/d10d60，二土水(液相)土中的水是液体，固体和气体， 土中的液态水主要有耦合和自由水两种形态的耦

7、合：耦合是指由土粒表面的电分子引力吸附的土包水具有较大的静电力，耦合又分为强耦合和弱耦合，强耦合不传递静水压力，不具有溶解盐类的能力，具有极大的粘性、弹性和抗剪强度。 其密度高达1.2-2.4g/cm3(r=12-24KN/m3)，不受温度的影响，只能在105度下蒸发。 2 .弱结合水：位于强结合水周围的水膜称为弱结合水。 由于弱结合水的存在，使土具有塑性，降低抗剪强度，(2)自由水在土粒电场影响范围之外的水称为自由水。 和普通水的性质相同。 根据自由水在其移动时受到的力分为重力水和毛细水两种：1.重力水：重力水是指在土的空位中，受到重力的作用而能够自由流动的水。 存在于地下水位以下的透水土层

8、2 .毛细水：毛细水是受到水和空气界面的表面张力沿着毛孔上升的自由水。 毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。 毛细水上升的高度根据土粒的大小而不同：粘性土的细孔小，毛细水的上升高度大，有的可以达到5-6m，土砂的细孔大，上升高度在2m以内，粒径大于2mm的土粒没有毛细现象。 三、土中瓦斯气体(气相)封闭瓦斯气体对土性质影响大的四、土特性：土是由三相组成的疏松粒子的集合体，与一般建筑材料相比具有根本不同的特性： 1、土是可压缩性2，土粒间相对移动性： 3、土是透水性5土的总体积V=Va Vw Vs=Vs Vv、质量m土的三相概略图体积、Va-土中瓦斯气体体积Vw-土中水的m、0、mw、ms、v

9、a、Vw、Vs、V v、2 .指标的定义1、土的天然密度和重度土为天然状态， 每单位体积的质量也称为土的密度，如果设为r，则=.g=mg/vg (kN/m3) 2，土粒的相对密度ds:土的密度和水的密度之比称为土粒相对密度，即与土的固体粒子质量为同体积4oc时的纯水的质量之比。 即，ds=s/w=ms/(vs.w)=ms/vs、(数值的)、3、土的含水量w :土中的水的质量与土粒的质量之比的百分率称为含水量。 即，w=mw/ms100%以上的三个指标，ds、w可以直接用试验方法测定，称为基本指标。 由于其他指标可据此导出，下一个指标又称为导出指标4，土的干密度和干重度。 将(d，d )每单位体

10、积的固体粒子的质量称为土的干密度，即，将d=ms/v(t/m3，g/cm3)每单位体积的固体粒子受到的重力称为土的干重度。 即，d=d.g=msg/v (kN/m3)、5、土的饱和密度和饱和度(sat，sat )土中的空隙完全被水充满的土称为饱和土。 将每单位体积的饱和土的质量进行饱和密度，即，将每单位体积的sat=(ms vv.w)/v(t/m3 )的饱和土所受到的重力称为饱和重度sat=satg=(msvv.pw)g/v(kn )，即，=(ms-vsw )/v=(ms vvw-VW )/v=(ms vvw-VW )/v=。 从土粒受到的重力中减去水的浮力叫做土的有效重力。 其数值将msg-

11、vswg=(ms-vsw)g每单位体积的土的有效重力称为有效重力。 即，=/g=(ms-vsw)g/v=sat- w，7土的空孔比和空孔率：土中空孔的体积vv和土粒的体积vs的比称为空孔比。 以小数表示： e=vv/vs将土中的细孔体积与总体积的百分率称为细孔率，n=vv/v 100% 8.土的饱和度sr:将土中的水的体积与细孔的体积之比的百分率称为饱和度。 即，Sr=vw/vv 100 %。 饱和度表示土中的空隙被水填充的程度。 Sr=0表示土中的无水为干土，Sr=100%表示土的空隙充满水，为饱和土。 三项指标的换算：九项指标的定义式为： r=(KN/m3) rd=(KN/m3) r、=S

12、G=(ms-vsw ) g/v=rsat-rw (kn/m3 ) rsat=satg=(msv VW ) g/v (kn/m3 )云同步， 如果将以下6个常用换算公式V=Vv Vs=Va Vw Vs m=ms mw设为Vs=1，则请记住ms=ds w=即wds=m-d m=(1 w)ds (或w=mw )。 rsat=，r=，n=，Sr=，另外，r=(1 w)rd=，rd=，可以是，、的、的、的、的、的、的、的、的、的、的、的、的、的、的、的求出了，土的空隙比e，空隙率n，饱和度sr，干重度d，饱和度sat，有效重度。 假设Vs=1，则ms=ds=2.72，mw=w ms=w ds=0.604

13、，并且n=vv/v=等式e=VV/VS=0.96，Sr=62.9%，rd=mSg/V=13.88 KN/m3，r=rsat-rw=8.78kn=18.72 KN/m3，n=，rd=，rsat=，r=，Sr=，=8.78 KN/m3，例题1-2 在V=0.0125m3、w=21%时，求出m=0.025t、ds=2.65 :重度、干重度、有效重度、饱和重度、空隙比。 解： r=、=20 KN/m3、=0.603、=37.6%、=16.53 KN/m3、=10.29 KN/m3、=20.29 KN/m3、解：=、Sr=、=2-1=、=0.258t、例题1-5 .所有干砂试样、密度1.69t/m3、土粒相对解： w=、=45%，即e=wds=0.452.7=1