土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)（全套課件）

1、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué),緒論土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的概念,土質(zhì)學(xué)是一門研究土的組成、化學(xué)-物理-力學(xué)性質(zhì)，以及它們之間的相互關(guān)系的學(xué)科 土力學(xué)是一門研究土體滲流、壓縮和強(qiáng)度三個(gè)主要課題的學(xué)科,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象,研究對(duì)象：土 土的性狀變化很大，土力學(xué)理論依靠較多的簡(jiǎn)化假設(shè)，因此在處理工程中的土力學(xué)問題時(shí)，不能單憑數(shù)學(xué)和力學(xué)的方法，我們同時(shí)需要室內(nèi)和野外的測(cè)試手段，實(shí)地觀察和經(jīng)驗(yàn)判斷。,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)學(xué)習(xí)的基本要求

2、,了解土的基本物理力學(xué)性質(zhì)、掌握若干主要土工實(shí)驗(yàn)的基本原理和一般方法了解土體在承受荷載后或改變其周圍環(huán)境后的性能、變化規(guī)律掌握一般水工建筑物設(shè)計(jì)中有關(guān)土力學(xué)內(nèi)容的計(jì)算方法。,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的學(xué)習(xí)方法,學(xué)習(xí)土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)，必須特別注意認(rèn)識(shí)土的特點(diǎn)多樣性易變性土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)密切結(jié)合專業(yè)和實(shí)踐的一門課程，學(xué)習(xí)中不但要著重于基本概念的理解，掌握計(jì)算方法而且要學(xué)會(huì)初步解決實(shí)際問題的能力。,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)與其他課程的關(guān)系,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)屬

3、于技術(shù)基礎(chǔ)課，它在一般基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起到承上啟下的作用。先行課程：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性理論初步、工程地質(zhì)學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)、水力學(xué)后續(xù)課程：水工結(jié)構(gòu)、地基及基礎(chǔ)土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)是一門邊緣學(xué)科，它所設(shè)計(jì)的自然科學(xué)范圍很廣，除了和力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)各鄰近學(xué)科有密切關(guān)系外，它還涉及到普通地質(zhì)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的知識(shí)領(lǐng)域。,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)是一門既古老、又新興的學(xué)科，人類很早就懂得廣泛利用土進(jìn)行工程建設(shè)（我國的長城、南

4、北大運(yùn)河）直到十八世紀(jì)中葉，人類對(duì)土在工程建設(shè)方面的特性，尚停留在感性認(rèn)識(shí)階段。,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史,十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，提出了大量與土力學(xué)有關(guān)的問題和不少成功的經(jīng)驗(yàn)，特別是一些工程事故的教訓(xùn)，迫切促使人們?nèi)で罄碚摰慕忉專⒁笥劳ㄟ^實(shí)踐檢驗(yàn)的理論來直到以后的工程實(shí)踐。筑城學(xué)（歐洲） 墻后土壓力問題鐵路、公路、水利工程 土坡穩(wěn)定問題半經(jīng)驗(yàn)分析階段,土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史,二十世紀(jì)，隨著土建規(guī)模

5、的擴(kuò)大，促使人們?nèi)娴叵到y(tǒng)地對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)作理論和實(shí)踐研究，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，世界不少國家分分成立專門土力學(xué)研究機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)研究。十八世紀(jì)二十年代，著名的土力學(xué)家太沙基的土力學(xué)專著《土力學(xué)》問世，標(biāo)志著土力學(xué)作為一門獨(dú)立的較系統(tǒng)而完整的學(xué)科，自1936年以來，已召開了十一屆國際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議。近四十年來，由于尖端科學(xué)、生產(chǎn)發(fā)展的需要，土力學(xué)的研究領(lǐng)域又有了明顯的擴(kuò)大土動(dòng)力學(xué)、凍土力學(xué)、海洋土力學(xué)、月球土力學(xué)同時(shí)巖石力學(xué)也

6、已與土力學(xué)分離而單獨(dú)稱為一門學(xué)科。,第一章 土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造 第一節(jié) 土的概況,土的概念： 在土木工程領(lǐng)域，土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物，土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒膠結(jié)的強(qiáng)弱，所以，有時(shí)也會(huì)遇到難以區(qū)分的情況。,土的來源,土根據(jù)來源可分為 無機(jī)土：巖石風(fēng)化 天然土 土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物 有機(jī)土：腐殖土， 由植物完全或部分分解的堆積物具有高壓縮性、

7、低強(qiáng)度，為不良建筑物地基風(fēng)化： 物理風(fēng)化：溫度 應(yīng)力 巖石開裂 水的凍脹 裂縫張開 巖石開裂 波浪沖擊 地震 風(fēng) 沙礫沖擊 巖石破裂 化學(xué)風(fēng)化：巖石與空氣、水和各種溶液相接

8、觸經(jīng) 氧化 炭化 作用 分解成細(xì)小的顆粒 致使巖石的礦物成分發(fā)生變化 水化 在自然界，物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化是同時(shí)或交替進(jìn)行的，所以任何一種天然土通常既是物理風(fēng)化的產(chǎn)物，又是化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。,土的種類,殘積土： 巖石風(fēng)化后仍然留在原地的堆積物。殘積土的厚度和風(fēng)化程度主要取決于氣候條件和

9、暴露時(shí)間，其明顯特征是顆粒多為角粒，且母巖種類對(duì)殘積土的性質(zhì)有顯著影響。(優(yōu)良母巖、質(zhì)地不良母巖)。運(yùn)積土： 經(jīng)流水、風(fēng)和冰川等動(dòng)力搬運(yùn)離開產(chǎn)地的堆積物。分為 河流運(yùn)積土 風(fēng)積土 冰川沉積土 沼澤土（腐植土）,河流沉積土,水沖積形成的，上游顆粒粗，下游顆粒細(xì)，故： 上游：強(qiáng)透水，引起滲漏和滲透變形問題。 下游：地基土

10、的高壓縮性和低強(qiáng)度引起的基礎(chǔ)沉降和穩(wěn)定問題，同時(shí)要考慮滲透變形問題。,風(fēng)積土,黃土典型特點(diǎn)：濕陷性，所謂濕陷性指黃土未浸水時(shí)，含水率低，一般10%左右，仍能維持陡壁或承受較大的建筑物荷載，可一旦濕水，其膠結(jié)強(qiáng)度會(huì)迅速降低，會(huì)在自重或建筑物荷載下劇烈下沉，黃土的這種性質(zhì)稱為濕陷性。,冰川沉積土,未經(jīng)水流搬運(yùn)，直接從冰層中擱置下來的冰磧土。其特點(diǎn)是：不成層，性質(zhì)一般不均勻，可作為土石壩的不透水材料，而化學(xué)膠結(jié)的冰磧土具有很高的密實(shí)性，

11、常常是極好的建筑物地基。冰水沖積土：由冰川融化水搬運(yùn)、堆積在冰層外圍的沖積土，具有與河流沖積土類似的性質(zhì)，是優(yōu)良的透水材料和混凝土骨料。,第二節(jié) 土的三相組成,土是由固體顆粒和顆粒之間的孔隙所組成，而孔隙中通常存在著水和空氣兩種物質(zhì)，因此，土是固體顆粒、水、空氣組成的混合物，常稱為土的三相系。根據(jù)研究組成土的三個(gè)部分固相、液相和氣相所占用的比例不同對(duì)土的工程性質(zhì)有著很大的影響。固相：土粒、粒間膠結(jié)物、有機(jī)質(zhì) 骨架液相：水及其

12、溶解物氣相：空氣及其他氣體飽和土：土骨架孔隙全部被水占滿時(shí)。干土：土骨架的孔隙僅含空氣濕土：地下水位以上，地面以下一定深度內(nèi)兼含空氣和水，屬三相系，稱為濕土。,一、土的固相 （一）成土礦物（二）土粒的粒組（三）土粒的分析方法（四）土粒的級(jí)配,（一）成土礦物 土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決于成土母巖的礦物成分風(fēng)化后的風(fēng)化作用，一般可分為兩類：原生礦物：石英、長石、云母；巖石物理風(fēng)化生成的土粒，土粒

13、較粗，多呈渾圓狀、塊狀或板狀，吸附水的能力較弱，性質(zhì)穩(wěn)定，無塑性。次生礦物：化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，性質(zhì)與母巖完全不同，一般為粘土礦物。,成土礦物 砂粒一般由石英構(gòu)成，其次是長石、云母。 粘粒包含由次生礦物構(gòu)成的極細(xì)土粒，粘粒含量增加，土的透水性減小，可塑性和壓縮性增高。,土粒的粒組 天然土由無數(shù)大小不同的土粒組成，逐個(gè)研究它們的大小是不可能的，統(tǒng)稱是將工程性質(zhì)相近的土粒合并成一組稱為粒組。 漂石粒卵石粒 礫 粒砂

14、粒粉 粒粘 粒膠 粒巨粒組 d>60mm粗粒組 60mm～0.075mm細(xì)粒組 d<0.075mm,（三）土粒的分析方法 土的性質(zhì)取決于各不同粒組的相對(duì)含量。為了確定各粒組的相對(duì)含量，必須用試驗(yàn)方法（顆分試驗(yàn)）將各粒組區(qū)分開來，最常用的顆分試驗(yàn)方法有篩分法和比重計(jì)法兩種。,篩分法： 適用于粒徑大于0.075mm的土 利用一套孔徑由大到小的篩子，將事先稱過質(zhì)量的干試樣放入

15、篩中，經(jīng)過充分震搖后，把留在各級(jí)篩上的土粒分別稱量，算出小于某粒徑的土粒含量，用以確定土中各粒組的土粒含量,篩分法： 適用于粒徑大于0.075mm的土,,比重計(jì)法： 適用于粒徑小于0.075mm的土 比重計(jì)法是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。將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計(jì)，在不同時(shí)刻測(cè)懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)

16、的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級(jí)配曲線。,比重計(jì)法： 適用于粒徑小于0.075mm的土,,顆粒分析試驗(yàn)曲線 試驗(yàn)結(jié)果可繪制在半對(duì)數(shù)紙上縱坐標(biāo)：小于某粒徑的土粒含量橫坐標(biāo)：使用對(duì)數(shù)尺度表示土的粒徑，可以把粒徑相差上千倍的粗粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對(duì)土的性質(zhì)可能有總要影響的顆粒部分清楚地表達(dá)出來,顆粒分析試驗(yàn)曲線,顆粒分析試驗(yàn)曲線,土粒的級(jí)配——級(jí)配的概念 土的級(jí)配 指土中各粒組的相對(duì)含量，用土?？傊?/p>

17、的百分?jǐn)?shù)表示 正常級(jí)配：土的顆粒大小分布是連續(xù)的，曲線坡度是漸變的 不連續(xù)級(jí)配：土中缺乏某些粒徑的土粒，曲線出現(xiàn)水平段 級(jí)配良好：粒徑分布曲線形狀平緩，土粒大小分布范圍廣，土粒大小不均勻 級(jí)配不良：粒徑分布曲線形狀較陡，土粒大小分布范圍窄，土粒均勻,土粒的級(jí)配——級(jí)配的概念 為了判別土粒級(jí)配是否良好，常用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc兩個(gè)指標(biāo)來描述粒徑曲線的坡度和形狀。,土粒的級(jí)配——顆分曲線分析土的粒徑范圍窄，分布曲線陡 ，

18、d10和d60靠近，土的不均勻系數(shù)小，表示土粒均勻 土的粒徑范圍寬，分布曲線緩， d10和d60相距遠(yuǎn)，土的不均勻系數(shù)大，表示土粒不勻Cu大 不均勻 有細(xì)粒土填空 壓密度大 Cu小 均勻 無細(xì)粒土填空 壓密度小,,,,,,,土粒的級(jí)配——顆分曲線分析對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但

19、并不表明土粒級(jí)配良好，還要用Cc來衡量， Cu和Cc描述了級(jí)配曲線整體特征，可描述土級(jí)配的好壞。,Cc大,Cc小,,,臺(tái)階分布在,臺(tái)階分布在,土粒的級(jí)配——顆分曲線分析級(jí)配的好壞由土粒的均勻程度和粒徑分布曲線的形狀去定。,同時(shí)滿足，級(jí)配良好,規(guī)范規(guī)定：,二、土的液相 土的液相是水及各離子的溶液，其含量及性質(zhì)明顯地影響土，尤其是粘性土的性質(zhì)，如增加水平，可使土地狀態(tài)由堅(jiān)硬變?yōu)榭伤?，甚至成為流?dòng)狀態(tài)的土漿。 土中水可分為下列各類：

20、結(jié)晶水、結(jié)合水、自由水,結(jié)晶水：土粒礦物內(nèi)部的水 存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大于105℃）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。,結(jié)合水：與土粒表面結(jié)合的水結(jié)合水是指附著在土粒表面呈薄膜狀的水，受土粒表面引力作用而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點(diǎn)低于零度。它比普通水有較大的粘滯性，較小的能動(dòng)性和不同的密度 。粘土礦物顆粒具有較強(qiáng)的與水相互作用的能力，稱之為親水性。這種親水性的土粒表面常常帶有負(fù)電荷，電荷的大小

21、與土粒表面積大小有關(guān)。常用比表面積來表示電荷對(duì)土粒性能的影響。比表面積大 電荷作用能力強(qiáng),,結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水土粒表面的負(fù)電荷吸引著周圍極化了的水分子，靠近土粒表面的地方引力最大，土粒周圍的水分子和離子被吸引在土粒表面附近，排列十分緊密，失去常見水的某些特性，通常把靠近土顆粒表面的一層水稱為強(qiáng)結(jié)合水。,吸著水：弱結(jié)合水土粒表面的引力隨離開土粒表面的距離增大而迅速降低，距土粒表面稍遠(yuǎn)的地方，水分子雖仍為定向排列，但

22、不如強(qiáng)吸著水那么緊密和嚴(yán)格，因此這層水有可能由水膜較厚處緩慢地遷移到另一土粒上去，這種運(yùn)動(dòng)與重力無關(guān)。這層水不能傳遞靜水壓力，稱之為弱結(jié)合水。,結(jié)合水與土的物理力學(xué)性質(zhì)土粒為弱結(jié)合水分隔時(shí)，由于土粒相互受到土粒表面引力的作用，因而在土顆粒間表現(xiàn)一定的聯(lián)接強(qiáng)度。弱吸著水越薄，土粒間距越小，引力越高，這時(shí)聯(lián)接性就越強(qiáng)，土粒就越不易發(fā)生移動(dòng)。反之弱結(jié)合水越厚，引力降低，聯(lián)接性間拖，就越易于移動(dòng)。弱吸著水厚度的變化，會(huì)使土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改

23、變。,結(jié)合水示意圖,自由水（毛細(xì)管水、重力水） 自由水指土粒表面引力作用范圍意外的水，與普通水一樣，受重力支配，能傳遞靜水壓力并具有融解作用 。,自由水——毛細(xì)管水,細(xì)水通道,自由水上升,毛細(xì)管水,,,,,,重力,,表面張力,毛細(xì)管水上升高度的影響因素孔隙大小和形狀 粒徑尺寸 水的表面張力,毛細(xì)管水——假凝聚力,毛細(xì)管壓力,,,,沙坑倒塌,負(fù)孔隙水壓力,可使土粒相互擠緊，可使無粘性土也象有粘聚力似得。由毛細(xì)管壓力所造成無

24、粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力 。,重力水 重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水。它是土中其它類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，并對(duì)土粒起浮力作用 。應(yīng)當(dāng)指出，水是土的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時(shí)，說的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì),三、土的氣相,與大氣相通,,無影響，易擠出,與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）,

25、,壓力作用下可壓縮或融解,,封閉氣體對(duì)土的性質(zhì)有較大影響，導(dǎo)致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展過程 。,第三節(jié) 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,土的結(jié)構(gòu)——概念土的結(jié)構(gòu)是指土粒相互排列及粒間聯(lián)結(jié)能力，土的結(jié)構(gòu)是在成土過程中逐漸形成的，它與礦物成份、顆粒形狀、沉積條件相關(guān)。,土的結(jié)構(gòu)——土粒間的相互作用,外力,內(nèi)力,,,荷 載重力場(chǎng),化學(xué)鍵分子鍵,,,土顆粒平衡,土的結(jié)構(gòu)——土粒間的相互作用在組成土的顆粒中，大多數(shù)

26、粘土顆粒是呈片狀或針狀的，有非常大的比表面積，在一定條件下粒間作用力與其重力相比將占優(yōu)勢(shì)，從而影響到細(xì)粒土在沉積過程中的組構(gòu)和性狀。,土的結(jié)構(gòu)——土粒間的相互作用,,范得華力,轉(zhuǎn)動(dòng),,,相吸,短程力,,土的結(jié)構(gòu)——土粒間的相互作用在兩個(gè)土粒相互靠近時(shí)，使顆粒表面吸著水層相互搭接，吸著水層中的陽離子不足以平衡土粒上的凈負(fù)電荷就發(fā)生粒間斥力。其大小取決于溶液的性質(zhì)，并隨粒間間距的指數(shù)函數(shù)遞減。,土的結(jié)構(gòu)——土粒間的相互作用,土的結(jié)構(gòu)—

27、—土粒間的相互作用當(dāng)溶液中陽離子濃度高（吸著水?。r(shí)，只有在粒間間距較小時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生粒間斥力。當(dāng)溶液中陽離子濃度低（吸著水厚）時(shí)，則較大的粒間間距就產(chǎn)生了粒間斥力，而且相同粒間間距斥力也較大。,土的結(jié)構(gòu)——土粒間的相互作用粒間間距較小時(shí)，不管溶液中的陽離子濃度如何，粒間力總是凈引力。隨著粒間間距的增加，溶液中的陽離子濃度高時(shí)，粒間力還是凈引力；當(dāng)陽離子濃度低時(shí)，粒間力就成為凈斥力。,土的結(jié)構(gòu)——類型單粒結(jié)構(gòu) 蜂窩結(jié)構(gòu)

28、絮狀結(jié)構(gòu),單粒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸，隨著它的形成條件的不同，可形成密實(shí)的或者疏松的狀態(tài)。,單粒結(jié)構(gòu)——疏松狀態(tài)疏松狀態(tài)： 在荷載作用下，特別是在震動(dòng)荷載作用下會(huì)使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實(shí)，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形,單粒結(jié)構(gòu)——密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)： 比較穩(wěn)定，力學(xué)性質(zhì)好，粗砂土如砂土、礫石等土類的結(jié)構(gòu)特征,蜂窩結(jié)構(gòu) 土粒下沉過程中，接觸點(diǎn) 引力大于下沉土粒重量形 成鏈

29、環(huán)狀單元，很多這樣 的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來， 便形成孔隙較大的蜂窩狀 結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)常在粉 土、粘土類中遇到,絮狀結(jié)構(gòu) 微小的粘粒，重量極輕，靠其自重 在水中下沉，極為緩慢，土粒表面 常帶有同號(hào)電荷，因而懸浮在水中 作分子熱運(yùn)動(dòng)，不能相互碰撞結(jié)成 粒團(tuán)下沉。 在懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土表面的 弱吸著水厚度減薄，運(yùn)動(dòng)著的粘粒 相互聚合，以面對(duì)邊或者面對(duì)角的 接觸，并凝結(jié)成絮狀物下沉。,絮

30、狀結(jié)構(gòu)——特點(diǎn) 孔隙很大，強(qiáng)度低、 壓縮性高、對(duì)擾動(dòng) 比較敏感，土粒間 的聯(lián)接強(qiáng)度會(huì)由于 壓密和膠結(jié)作用而 逐漸得到加強(qiáng)。,絮狀結(jié)構(gòu)——特點(diǎn),,粒團(tuán)任意排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒任意排列,,土體完全各向同性,,粒團(tuán)任意排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒定向排列,,土體主體各向同性,絮狀結(jié)構(gòu)——特點(diǎn),,粒團(tuán)定向排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒任意排列,,土體主體各向異性,,粒團(tuán)定向排列粒團(tuán)內(nèi)的土粒定向排列,,土體完全各向異性,土的構(gòu)造

31、土的構(gòu)造是指土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都造成了土的不均勻性,1.層理構(gòu)造：土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征,2.裂隙構(gòu)造：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物,第二章 土的工程性質(zhì)和工程分類,第一節(jié) 土的物理性質(zhì),概念所謂土的物理性質(zhì)就是表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量。土的物理性質(zhì)指標(biāo)不僅

32、可以描述土的物理性質(zhì)和它所處的狀態(tài)，而且在一定程度上反映了土的力學(xué)性質(zhì)。,土的物理性質(zhì)指標(biāo)的分類一類是必須通過試驗(yàn)測(cè)定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為基本指標(biāo)；一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo),土的三相圖 為便于說明這些物理性質(zhì)指標(biāo)的定義和它們的換算關(guān)系，常用三相圖表示土體內(nèi)三相的相對(duì)含量。,試驗(yàn)直接測(cè)定的物理性質(zhì)指標(biāo) ～土的密度ρ和容重γ,密度,單位體積土的質(zhì)量，用ρ表示,定

33、義：,單位：,Mg/m3或 g/cm3,表達(dá)式：,容重,定義：?jiǎn)挝惑w積土的重量，用γ表示,單位：kN/m3,表達(dá)式：,土的密度ρ和容重γ測(cè)定方法：環(huán)刀法,土粒的相對(duì)密度,定義： 土的質(zhì)量與同體積4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比（無因次）表達(dá)式 ：,土的相對(duì)密度Gs,測(cè)定方法： 比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量m1。然后把烘干土若干克(ms)裝入空比重瓶?jī)?nèi)，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質(zhì)量m2，按下式計(jì)算

34、土粒比重,土的相對(duì)密度Gs,土的含水率,含水率： 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示 表達(dá)式：,土的含水率,測(cè)定方法： 烘干法。先稱出天然濕土的質(zhì)量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，稱干土的質(zhì)量。,間接換算的物理性質(zhì)指標(biāo),定義： 土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示表達(dá)式：,土中孔隙率n,定義： 土中的孔隙的體積與土的總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：,土的

35、飽和度Sr,定義： 土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：,干密度ρd干容重γd,定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)土粒的質(zhì)量或重量表達(dá)式：,干密度ρd干容重γd 土烘干，體積要減小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。 土的干密度或干容重是評(píng)價(jià)土密實(shí)程度的指標(biāo)，干密度或干容重越大表明土越密實(shí)，反之越疏松。常用它來控制填土工程的施工質(zhì)量。,飽和密度ρsat與飽和容重γsat,定義： 土中孔隙完全

36、被水充滿，土處于飽和狀態(tài)時(shí)單位體積土的質(zhì)量或重量表達(dá)式：,浮密度 與浮容重,定義： 單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差表達(dá)式：,各種密度之間的比較,物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算 常用的物理性質(zhì)指標(biāo)共有9個(gè)，一般說，已知其中任意3個(gè)，通過換算，可以求其余6個(gè)。,孔隙比與孔隙率的關(guān)系,干密度與濕密度和含水率的關(guān)系,孔隙比與相對(duì)密度和干密度的關(guān)系,飽和度與含水率、相對(duì)密度和孔隙比的關(guān)系,飽和含水率,浮密度與相對(duì)密度和孔隙比

37、的關(guān)系,第二節(jié) 土的水理性質(zhì) 一、土的毛細(xì)性、凍脹性 二、黏性土的稠度和可塑性,土的毛細(xì)性、凍脹性土層中的毛細(xì)水帶,土中毛細(xì)水分布圖,毛細(xì)水上升的原因1.水與空氣的分界面上存在著表面張力，而液體總是力圖縮小自己的表面積，以使表面自由能變得最小。 2.毛細(xì)管管壁的分子和水分子之間有引力作用，這個(gè)引力使與管壁接觸部分的水面呈向上的彎曲形狀，這種現(xiàn)象稱為浸潤現(xiàn)象。 3.毛細(xì)水上升的實(shí)際高度一般不

38、超過數(shù)米。,土的凍脹性 在寒冷天氣，受大氣負(fù)溫影響，土中的自由水首先凍結(jié)成冰晶體，隨著氣溫繼續(xù)下降，弱結(jié)合水的最外層也開始凍結(jié)，使冰晶體逐漸擴(kuò)大。另外 ，下臥層未凍結(jié)區(qū)水膜較厚處的弱結(jié)合水，被吸引到水膜較薄的凍結(jié)區(qū)，并參與凍結(jié)，使冰晶體增大 ，在土層中形成冰夾層，土體隨之發(fā)生隆起，即凍脹現(xiàn)象。,,,,當(dāng)土層解凍時(shí)，土中積聚的冰晶體融化，土體含水量突然增加，使地基土體軟化并下陷，即出現(xiàn)融陷現(xiàn)象。土的凍脹現(xiàn)象和融陷現(xiàn)象是季節(jié)性凍土的

39、特性，亦即土的凍融特性。 發(fā)生凍脹時(shí)，路基隆起，柔性路面鼓包、開裂、剛性路面錯(cuò)縫或折斷；發(fā)生融陷后，路基土在車輛反復(fù)輾壓下，輕者路面變得松軟，重者路面斷裂翻漿,土的凍脹規(guī)律：土的毛細(xì)現(xiàn)象顯著則凍漲性較強(qiáng) 地下水位較高，水源補(bǔ)給充足，凍漲性也較強(qiáng) 氣溫緩慢下降而負(fù)溫持續(xù)時(shí)間越長，凍漲性越強(qiáng),黏性土的稠度和可塑性 黏性土的稠度的概念黏性土因含水多少而表現(xiàn)出的稀稠軟硬程度或在外力作用下引起變形或破壞的抵抗能力，稱為稠度

40、 。因含水多少而呈現(xiàn)出的不同的物理狀態(tài)稱為黏性土的稠度狀態(tài)。土的稠度狀態(tài)因含水量的不同，可表現(xiàn)為固態(tài)、塑態(tài)與流態(tài)三種，其中固態(tài)又可細(xì)分為固態(tài)和半固態(tài)兩種。,黏性土由一種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N稠度狀態(tài)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)(臨界點(diǎn))的含水量稱為稠度界限(界限含水量) 由固態(tài)轉(zhuǎn)變到半固態(tài)的界限含水量，稱為縮限（wS）；半固態(tài)轉(zhuǎn)變到塑態(tài)的界限含水量，稱為塑限(wP)；由塑態(tài)轉(zhuǎn)變到流態(tài)的界限含水量，稱為液限(wL) 液塑限的測(cè)定可以采用“聯(lián)合測(cè)

41、定法”,光電式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀,黏性土的液性指數(shù),,粘性土即使具有相同的含水率，也未必處于同樣的狀態(tài)，與無粘性土的相對(duì)密實(shí)度相似，粘性土的狀態(tài)用液性指數(shù)來判別。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。,塑性指數(shù),液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）成為塑性指數(shù),塑性指數(shù)表示處于可塑狀態(tài)時(shí)土的含水率可變化幅度。塑性指數(shù)越大，可塑狀態(tài)含水率變化范圍也大。塑性指數(shù)是反映粘性土性質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)。一

42、般地，塑性指數(shù)越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地分類指標(biāo),判定,土處于堅(jiān)硬狀態(tài),土處于可塑狀態(tài),,,,土處于流動(dòng)狀態(tài),注意,由于液限和塑限目前都是用擾動(dòng)土測(cè)定的，土的結(jié)構(gòu)已徹底破壞，而天然土一般在自重作用已有很長的歷史，它獲得了一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定會(huì)發(fā)生流動(dòng)。含水率大于液限只是意味著：若土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，它將轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿酀{。,第三節(jié)土的力學(xué)性質(zhì) 土的壓縮性、抗剪性和壓實(shí)性黏性土靈敏

43、度和觸變性影響土的力學(xué)性質(zhì)的因素,土的壓縮性土的壓縮性指土在壓力作用下體積壓縮變小的性能 土的壓縮通常有三部分：（1）固體土顆粒被壓縮；（2）土中水及封閉氣體被壓縮；（3）水和氣體從孔隙中擠出 對(duì)于透水性較大的無黏性土，由于水容易排出，壓縮過程很快就可完成；而對(duì)于飽和黏性土，由于透水性小，排水緩慢，故要達(dá)到壓縮穩(wěn)定需要很長時(shí)間。,土的抗剪性土的抗剪性是指土抵抗剪切破壞的性質(zhì) 土是由固體顆粒組成的，土粒間的連結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于土

44、粒本身的強(qiáng)度，故在剪應(yīng)力作用下，多數(shù)土體(如砂類土、細(xì)粒土)發(fā)生的剪切破壞，并不是土粒本身的破壞，而是土粒間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，引起土的一部分相對(duì)另一部分沿著某個(gè)面發(fā)生與剪切方向一致的滑動(dòng),土的壓實(shí)性,人們很早就用土作為建筑材料，而且知道要把松土擊實(shí)。公元前200多年，我國秦朝修筑馳實(shí)（行車大道），就有用“鐵錐筑土堅(jiān)實(shí)”的記載，說明那時(shí)人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到土的密度和土的工程特性有關(guān)。,土的壓實(shí)性指在一定的含水率下，以人工或機(jī)械的方法，使土體能夠壓實(shí)

45、到某種密實(shí)程度的性質(zhì)。土工建筑物，如土壩、土堤及道路填方是用土作為建筑材料填筑而成，為了保證填土有足夠的強(qiáng)度，較小的壓縮性和透水性。在施工中常常需要壓密填料，以提高土的密實(shí)度和均勻性。填土的密實(shí)度常以其干密度來表示。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究土的密實(shí)性是通過擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行的。,擊實(shí)試驗(yàn),,輕型：粒徑小于5毫米,重型：粒徑小于40毫米,25下，分三層擊實(shí),56下，分5層擊實(shí),擊實(shí)儀,影響土的壓實(shí)性的因素,含水率的影響對(duì)同一種土料，分別在不同的含水

46、率下，用同一擊數(shù)將他們分層擊實(shí)，測(cè)定土樣的含水率和密度，然后以含水率為橫坐標(biāo)，干密度為縱坐標(biāo)，繪制擊實(shí)曲線。從圖中可以看出，當(dāng)含水率較小時(shí)，土的干密度隨著含水率的增加而增大，而當(dāng)干密度增加到某一值后，含水率繼續(xù)增加反而使干密度減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，此時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。,擊實(shí)功能的影響 實(shí)驗(yàn)室中的擊實(shí)功能是用擊數(shù)來反映的，對(duì)同一種土，壓實(shí)功能小，則能達(dá)到的最大干密度也小，最優(yōu)含水率大；壓實(shí)功能大

47、，則能達(dá)到的最大干密度也大，最優(yōu)含水率小用同一種土料在不同含水率下分別用不同的擊數(shù)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，就能得到一組隨擊數(shù)而異的含水率與干密度關(guān)系曲線。,影響土的壓實(shí)性的因素,1.土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大，最優(yōu)含水率則逐漸減小。但是這種增大或減小的速率是遞減的，因而光靠增加擊實(shí)功能來提高土的干密度是有一定限度的。,2.含水率較低時(shí)擊數(shù)的影響顯著。當(dāng)含水率較高時(shí)，含水率與干密度的關(guān)系曲線趨近于飽和

48、線，也就是說，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的。填料的含水率過高和過低都是不利的，過高惡化土體的力學(xué)性質(zhì)，過低則填土遇水后容易引起濕陷。,影響土的壓實(shí)性的因素,土類和級(jí)配的影響 同樣的含水率情況下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指數(shù)越大，越難于壓實(shí)對(duì)于無粘性土，含水率對(duì)壓實(shí)性的影響沒有像粘性土那么敏感，其擊實(shí)曲線與粘性土是不同的，在含水率較大時(shí)得到較高的干密度。因此在無粘性土的實(shí)際填筑中，同時(shí)需要不斷灑水使其在較高含水率下壓實(shí)。無粘性土的填筑標(biāo)

49、準(zhǔn)，通常是用相對(duì)密實(shí)度來控制的，一般不進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)級(jí)配良好的土易于壓實(shí)，反之則不易壓實(shí),影響土的壓實(shí)性的因素,粗粒含量的影響 由于擊實(shí)儀尺寸的限制，實(shí)際試驗(yàn)中可能剔除超出粒徑的部分，然后進(jìn)行試驗(yàn)。這樣測(cè)得的最大干密度和最有含水率與實(shí)際土料在相同擊實(shí)功能下的最大干密度和最有含水率不同。對(duì)于輕型擊實(shí)試驗(yàn)，可按下式修正,黏性土的靈敏度和觸變性土的靈敏度就是在不排水條件下，原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比，用St表示

50、與靈敏度密切相關(guān)的另一黏性土的特性稱觸變性。被擾動(dòng)黏性土的強(qiáng)度隨時(shí)間推移而逐漸恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。,影響土的力學(xué)性質(zhì)的因素 土質(zhì)與顆粒級(jí)配含水率 土的應(yīng)力狀態(tài),第四節(jié) 土的工程分類,一、分類的目的和原則,土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，便于在不同土類間作有價(jià)值的比較、評(píng)價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流,分類原則：,1.分類要簡(jiǎn)明，既要能綜合反映土的主要工程性

51、質(zhì)，又要測(cè)定方法簡(jiǎn)單，使用方便,2.土的分類體系所采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性,二、分類體系與方法,分類體系：,1.建筑工程系統(tǒng)分類體系,2.工程材料系統(tǒng)分類體系,側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境，研究對(duì)象為原狀土，例如：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)地基土分類方法,側(cè)重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對(duì)象為擾動(dòng)土，例如：《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JG D63-2007)

52、工程用土的分類和《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40-2007)土的工程分類,分類方法,1.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002),根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類,a.巖石的分類,顆粒間牢固粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅(jiān)硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度frk分類,b.碎石土的分類,粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土,碎石土的

53、分類,c.砂土的分類,粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土,砂土的分類,d.粉土的分類,粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%，塑性指數(shù)IP≤10的土稱為粉土,e.粘性土的分類,粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數(shù)IP＞10的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細(xì)分,f.人工填土的分類,由于人類活動(dòng)而形成的堆積物稱為人工填土。物質(zhì)成分較雜亂,

54、均勻性較差，根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,可分為素填土、壓實(shí)填土、雜填土和沖填土,2.《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63－2007)),（一）巖石巖石指顆粒間連接牢固、呈整體或具有節(jié)理裂隙的地質(zhì)體（二）碎石土碎石土指粒徑大于2mm的顆粒含量超過總質(zhì)量50%的土 。分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫,（三）砂土 砂土指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量50%的土

55、，分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂 （四）粉土 粉土指塑性指數(shù)IP≤10且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量50%的土,（五）黏性土 黏性土指塑性指數(shù)＞10且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量50%的土 。分為黏土和粉質(zhì)黏土 （六）特殊性巖土 特殊性巖土指具有一些特殊成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的區(qū)域性地基土，包括軟土、膨脹土、濕陷性土、紅黏土、凍土、鹽漬土和填土等,3.《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40-2

56、007),巨粒土分類,粗粒土的分類 試樣中巨粒組土粒質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量15%，且巨粒組土粒與粗粒組土粒質(zhì)量之和多于總土質(zhì)量50%的土稱粗粒土 1.礫類土,2.砂類土,細(xì)粒土 試樣中細(xì)粒組土粒質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量50%的土稱細(xì)粒土,細(xì)粒土應(yīng)按下列規(guī)定劃分：（1）細(xì)粒土中粗粒組質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量25%的土稱粉質(zhì)土或黏質(zhì)土。（2）細(xì)粒土中粗粒組質(zhì)量為總質(zhì)量25%～50%（含50%）的土稱含粗粒的粉質(zhì)土或含粗粒的黏質(zhì)土。

57、（3）試樣中有機(jī)質(zhì)含量多于或等于總質(zhì)量的5%，且少于總質(zhì)量的10%的土稱有機(jī)質(zhì)土。試樣中有機(jī)質(zhì)含量多于或等于10%的土稱為有機(jī)土。,細(xì)粒土應(yīng)按塑性圖分類,第三章 土的滲透性,一、概述,土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)。當(dāng)土作為建筑物的地基和直接用作建筑材料時(shí)，水就會(huì)在水位差的作用下，從水位較高的一側(cè)透過土的孔隙流向水位較低的一側(cè)。,關(guān)于防滲墻,防滲墻射水法施工,防滲墻,滲透的定義及土的滲透性,水透過土體孔隙的現(xiàn)象成為滲透 土具有被水透過的

58、性能稱為土的滲透性水在土體中的滲透，一方面會(huì)造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)釀成破壞事故。土的滲透性的強(qiáng)弱，對(duì)土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響,水的問題,水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會(huì)由于滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問題；另外

59、還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也就是說，說自身的量（涌水量，滲水量）、質(zhì)（水質(zhì)）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問題。,土的問題,土的問題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基地穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的影響，在坡面、擋土墻等結(jié)構(gòu)物中常常會(huì)由于水的滲透而造成內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化而失穩(wěn)；土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會(huì)

60、由于管涌逐漸改變地基土內(nèi)的結(jié)構(gòu)而釀成破壞事故；非飽和的坡面會(huì)由于水分的滲透而造成土的強(qiáng)度的降低而引起滑坡。由于滲透而引起的代表性例子就是地下水開采造成的地面下沉問題。,二、Darcy滲透定律,由于土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大，流速緩慢 層流,,,,,Darcy滲透定律,v 滲透速度（cm/s或m/s）q 滲流量（cm3/s后m3/s）i 水力梯度，沿滲流方向單位距離

61、的水頭 損失，無因此h 試樣兩端的水位差，即水頭損失L 滲徑長度k 滲透系數(shù)（cm/s或m/s,m/d）A 試樣截面積（cm2或者m2）,流速與水力梯度的關(guān)系——砂土,砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透定律。,流速與水力梯度的關(guān)系——粘土,對(duì)于密實(shí)的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當(dāng)水力梯度達(dá)到某一數(shù)值后，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們

62、將這一開始發(fā)生滲透時(shí)的水力梯度成為粘性土的起始水力梯度ib,,粘性土不但存在起始水力梯度，而且當(dāng)水力梯度超過起始水力梯度后，滲透速度與水力梯度的規(guī)律還偏離達(dá)西滲透定律而呈非線性關(guān)系。為方便，用虛直線來描述密實(shí)粘土地滲透速度與水力梯度的關(guān)系，用以下形式表示。,流速與水力梯度的關(guān)系——粘土,,流速與水力梯度的關(guān)系——礫土,在粗粒土中（礫、卵石等），只有在小的水力梯度下，滲透速度與水力梯度才呈非線性關(guān)系，而在較大的水力梯度下，水在土中流動(dòng)進(jìn)入

63、紊流狀態(tài)，滲透速度與水力梯度呈非線性關(guān)系，此時(shí)達(dá)西定律同樣不能適用,,注意,按照達(dá)西定律求出的滲透速度是一種假想的平均流速 ，它假定水在土中的滲透是通過土體截面來進(jìn)行的 。實(shí)際上 ，水在土體中的實(shí)際流速要比用達(dá)西定律求出的流速要大得多。，他們之間的關(guān)系為,,,Darcy滲透定律的適用條件,太沙基通過大量試驗(yàn)證明從砂土到粘土達(dá)西滲透定律在很大的范圍內(nèi)都能適用，其適用范圍是由雷諾系數(shù)來決定的，也就是說只有當(dāng)滲流為層流的時(shí)候才能適用。根據(jù)

64、水的密度ρ，流速v，水的粘滯系數(shù)η，土粒粒子平均粒徑d，可以算出雷諾數(shù)Re,,Darcy滲透定律的適用條件,從層流轉(zhuǎn)換為紊流時(shí)的Re數(shù)一般為0.1~7.5的范圍，而一般認(rèn)為在土的孔隙內(nèi)水流只要雷諾數(shù)<1.0，達(dá)西定律就可以滿足。因此達(dá)西定律的適用界限可以考慮為,,,Darcy滲透定律的適用條件,如果考慮水的密度ρ＝1.0（g/cm3）水溫10℃時(shí)水的粘滯系數(shù)η＝0.0131(g/sec·cm)，而一般的流速可以考慮v＝0

65、.25（cm/sec）可以算出滿足達(dá)西定律的土的平均粒徑d,,,對(duì)于比粗砂更細(xì)的土來說，達(dá)西滲透定律一般是適用的，而對(duì)于粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。,三、滲透系數(shù)的測(cè)定,滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。滲透系數(shù)的測(cè)定可以分為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)兩大類。一般，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比室內(nèi)試驗(yàn)得到的結(jié)果要準(zhǔn)確可靠。因此，對(duì)于重要工程常需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。 室內(nèi)測(cè)定土地滲透系數(shù)的儀器和方法很多，但就其原理來講，可分

66、為常水頭試驗(yàn)和變水頭試驗(yàn)兩種，前者適用于透水性強(qiáng)的無粘性土，后者適用于透水性弱的粘性土。,,,常水頭法,常水頭法就是在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭保持不變，試驗(yàn)裝置如圖 用量筒和秒表測(cè)出某一時(shí)刻t內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，即可求出流過土體的流量，再根據(jù)達(dá)西定律求解k,,變水頭法,粘性土，滲透系數(shù)小，流經(jīng)水量少變水頭法在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭是隨著時(shí)間而變化的，試驗(yàn)裝置如圖，試樣的一端與細(xì)玻璃管相接，在試驗(yàn)過程中測(cè)出某一時(shí)段內(nèi)細(xì)玻璃管中水位的變化，

67、就可根據(jù)達(dá)西定律求出水的滲透系數(shù)。,變水頭法,設(shè)玻璃管的內(nèi)截面積為a，試驗(yàn)開始以后任一時(shí)刻t的水位差為h，經(jīng)時(shí)段dt，細(xì)玻璃管中水位下落dh，則在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量,,變水頭法,土的滲透系數(shù)參考值,影響滲透系數(shù)的因素很多，諸如土的種類、級(jí)配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準(zhǔn)確地測(cè)定土的滲透系數(shù)，必須盡力保持土的原始狀態(tài)并消除人為因素的影響,成層土的滲透系數(shù),天然沉積土往往由滲透性不同的土層組成。對(duì)于與土層層面平行和垂直的簡(jiǎn)單滲流情

68、況，當(dāng)各層的滲透系數(shù)和厚度已知時(shí)，我們可以求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為進(jìn)行滲透計(jì)算的依據(jù)。,與層面平行的情況,,,,,,,,,與層面垂直的情況,與層面垂直的情況,,,,,,,,,結(jié)論,對(duì)于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性相差懸殊時(shí),與層向平行的平均滲透系數(shù)將取決于最透水土層的厚度和滲透性,與層向垂直的平均滲透系數(shù)將取決于最不透水土層的厚度和滲透性,滲流力及滲透穩(wěn)定,滲流,,土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化,,土體的局部