2011年考研土力学的复习要点及概念

土力学教案参考书： 土力学，张克恭，刘松玉主编，中国建筑出版社土力学地基基础 清华大学(第三版) 建筑基础工学，山肩帮男，永井兴史郎，富永晃司，伊藤淳志著，朝仓书店 土质力学，山口柏树 著，技报堂出版。一、课程性质和任务 土力学的主要任务是：保持土力学系统性和科学性，突出重点，避免与已修课程的简单重复，将重 点放在与工程应用有密切关系的工程地质和土力学基本知识和基本理论上，以提高学生的理论水平和 实际应用能力。在学习本课程之前，应学完材料力学、结构力学等课程。 二、课程的基本内容绪论1.土力学的概念及学科特点(Concep t of soil mechanics and its charac teris ti cs)2土力学的发展史 (Development of soil mechanics)3.本课程的内容，要求和学习方 法(Con ten t, demand and st udy t echniques)第1章土的物理性质及分类(Physical characteristics of soil and its sorts)1.1 概述(Ou tline)1.2 土的组成 Soil constitution)1.2.1 土中固体颗粒(Soil particle)1.2.2 土粒粒度分析方法(Met hod of parti cle size analysis)1.2.3 土中水和土中气(Wat er and air in soil)1.2.4 粘土颗粒与水的相互作用(in terac tion of clay par ti cle and wat er)1.2.5 土的结构和构造(Soil st ruc ture)1.3 土的三相比例指标(Phase rela tionship)1.3.1 扌旨标的定义(Defi nition of phase)1.3.2 扌旨标的换算(Conversion among phase)1.4 无粘性土的密实度(Densi ty of sandy-soil)1.4.1 沙土的相对密(实)度(Rela tive Densi ty of sand)1.5 粘性土的物理特征(Physical charac teris tics of clay)1.5.1 粘性土的可塑性及界限含水量(Plasticity of clay and its consistency limit (Atterberg limit) )1.5.2 粘性土的可塑性指标(plas ticindex of clay)1.5.3 粘性土的结构性和触变性1.5.4 粘性土的胀缩性，湿陷性和冻胀性1.6 土的分类标准(Soil classifica tion)1.6.1 土的分类原则(Principle of sorting soils)1.6.2 土的分类标准 (Benchmark of soil sorts)1.7 地基土的工程分类(Sor ts of soil in engineering)1.7.1 建筑地基土的分类(Soil sorts in arch it ech tu ral founda tion)1.7.2 公路桥涵地基土的分类(Soil sor ts in bridge and culvert founda tion)1.7.3 公路路基土的分类(Soil sor ts in roadbed founda tion)思考题与习题(Problems)第 2 章 土的渗透性及渗流(Soil permeabili ty and seepage)2.1 概述(Ou tline)2.2 土的渗透性(Soil permeabili ty)2.2.1 土的层流渗透定律(permeabili ty law)2.2.2 渗透试验与渗透系数(permeabi lity test and coefficien t of permeabi lity)2.3 土中二维渗流及流网简介(2D seepage and introduction of flow net2.3.1 二维渗流方程(Equa tion of 2D seepage)2.3.2 流网特征与绘制(Characteristic of flow net)2.4 渗透破坏与控制(Breakage due to permeability and its control)2.4.1 渗流力(seepage force)2.4.2 流砂或流土现象(Sand boiling)2.4.3 管涌现象和潜蚀作用()思考题与习题第 3章 土中应力 Soil stress)3.1 概述(Outline)3.2 土中自重应力(Stress due to soil deadweigh)3.2.1 均质土中自重应力 (Stress due to deadweight in homogeneous soilS3.2.2 成层土中自重应力(Stress due to deadweight in layered soils3.2.3 地下水位升降时的土中自重应力(Stress due to deadweight when soil is layered3.3 基底压力(接触应力) (Attached Pressure)3.3.1 基本概 念(Basic concept)3.3.2 基层压力的简化计算(Simplified method of calculating the contact pressure)3.3.3 基底附加应力(The contact pressure)3.3.4 桥台前后填土引起的基底附加应力The additional contact pressure due to filling at the front and back of abutment )3.4 地基附加应 力(add-stresses of foundation)3.4.1 竖向集中力下的地基附加应力 add-stresses of foundation due to a point vertical load)3.4.2 矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力 add-stresses of foundation due to a uniform pressure in a rectangular area or in a circular area)3.4.3 线荷载和条形荷载下的地基附加应力 add-stresses of foundation due to a line load and/or a pressure in a strip area)3.4.4 非均质和各向异性地基中的附加应力add-stresses innonhomogeneous or anisotropic soils)思考题与习题(problems)第 4 章 土的压缩性及固结理论(Soil compression and consolidation theory4.1 概述(Outline)4.2 土的压缩 性(Soil compression)4.2.1 固结试验及压缩性扌旨标(Consolidation test and the parameters of soil compression)4.2.2 现场载荷试验及变形摸 量(In-situ load test and distortion modulus)4.2.3 土的弹性摸量(Elastic modulus)4.3 饱和土中的有效应 力(Effective stresses in saturated soil)4.3.1 饱和土中的有效应力原理(Principle of effective stresses in saturated soi)l4.3.2 土中水渗流时的土中有效应力In fluence of seepage on effective stresses)4.3.3 毛细水上升时的土中有效应力Influence of suction on effective stresses)4.4 土的单向固结理论(Theory of 1D consolidation)4.4.1 饱和土的渗透(流)固结(Consolidation of saturated soils)4.4.2 太沙基一维固结理论(Terzaghi，heory of consolidation)4.4.3 土的固结系 数(Coefficient of consolidation)思考题与习题(problems)第5章 地基沉降(settlement)5.1 概述(ou tline)5.2 地基的最终沉降量(F inal settlement)5.2.1 按分层总和法计算最终沉降量F inal settlement: one dimensional method)5.2.2 弹性力学公式计算最终沉降量F inal settlement by elastic equation)5.2.3变形发展三分法(斯肯普顿法)计算最终沉降量Final settlement by Skepton-Bjerrum method)5.2.4 最终沉降量计算方法的讨论(Discussion on methods of calculating final settlement)5.3 应力历史对地基沉降的影响(In fluence of stress history on foundation settlement)5.3.1 沉积土层的应力历史(Stress history of deposit layers)5.3.2 地基固结沉降的计算(Calculating the consolidation settlement of foundation)5.4 应力路径法计算地基沉降简介(Introduction of the stress path method )5.5 地基沉降与时间的关系(Relationship between foundation settlement and time)5.5.1 地基固结过程中任意时刻的沉降量Settlement at any time during consolidation)5.5.2 利用沉降观测资料推算后期沉降量 Estimating the later settlement by measurement)思考题与习题(problems)第6章土的抗剪强度(Shear strength)6.1 概述(Outline)6.2 土的抗剪强度理论(Theory of shear strength)6.2.1 库仑公式及抗剪强度指标(Coulmb equation and shear strength indexes)6.2.2莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件(The Mohr-Coulmb failure criterion)6.3 土的抗剪强度试验(Tests on shear strength)6.3.1 直接剪切试验(Direct shear test)6.3.2 三轴压缩试验(Triaxial compression test)6.3.3 无侧限抗压强度试验()6.3.4 十字板剪切试验6.4 三轴压缩试验中的孔隙压力系 数Coefficient of void stress in triaxial compression test6.5 饱和粘性土的抗剪强度6.5.1 不固结不排水抗剪强度(不排水抗剪强度)6.5.2 固结不排水抗剪强度6.5.3 固结排水抗剪强度6.5.4 抗剪强度指标的选择6.6 应力路径在强度问题中的应用6.7 无粘性土的抗剪强度思考题与习题第7章土压力7.1概述7.2挡土墙侧的土压力7.3朗肯土压力理论7.3.1主动土压力7.3.2被动土压力7.3.3有超载时的主动土压力7.3.4非均质填土的主动土压力7.4库伦土压力理论7.4.1主动土压力7.4.2被动土压力7.4.3粘性土和粉土的主动土压力7.4.4有车辆荷载时的土压力7.4.5朗肯理论与库伦理论的比较思考题与习题第8章 地基承载力8.1 概述8.2 浅基础的地基破坏模式8.2.1 三种破坏模式8.2.2 破坏模式的影响因素和判别8.3 地基临界荷载8.3.18.3.28.48.4.18.4.28.4.38.5地基塑性区边界方程 地基的临塑荷载和临界荷载 地基极限承载力普朗德尔和赖斯纳极限承载力 太沙基极限承载力 汉森和魏锡克极限承载力 地基容许承载力和地基承载力特征值思考题与习题第9章土坡和地基的稳定性9.1概述9.2无粘性土坡的稳定性9.3粘性土坡的稳定性9.3.1整体圆弧滑动法土破稳定分析9.3.2毕肖普条分法土破稳定分析9.3.3杨布条分法土破稳定分析9.3.4土体抗剪强度指标及稳定安全系数的选择9.3.5坡顶开裂时的土破稳定分析9.3.6土中水渗流时的土破稳定性9.4地基的稳定性思考题与习题第10章 土在动荷载作用下的特性10.110.210.2.110.2.210.310.3.110.3.210.3.310.410.5概述土的压实性击实试验及压实度 土的压实机理及其影响因素 土的振动液化土的振动液化机理及试验分析 影响土液化的主要因素 坡顶开裂时的土破稳定分析 反复荷载下土的强度和变形特性 土的动力特征参数简介思考题与习题绪论土力学的概念及学科特点土力学是研究土体的一门力学，它是研究土体的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性的一门学 科。广义的土力学又包括土的生成、组成、物理化学、物理生物及分类在内的土质学。在自然界中，地壳表层分布有岩石圈（广义的岩石包括基岩及其覆盖土）、水圈及大气圈。岩石是一 种或多种矿物的集合体，其工程性质在很大程度上取决于他的矿物成分，而土是岩石风化的产物。土 是由岩石经历物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用交错复杂的自然环境中所生成的 各类沉积物。因此，土的类型及其物理、力学性状是千差万别的，但在同一地质年代和相似沉积条件 下，又有其相近性状的规律性。强风化岩石的性状接近土性，也属于土质学与土力学的研究范畴。土中固体颗粒是岩石风化后的碎屑物质，简称土粒。土粒集合体构成土的骨架，土骨架的孔隙中 存在液态水和气体。因此，土是由土粒（固相）、土中水（液相）和土中气（气相）所组成的三相物 质；当土中孔隙被水充满时，则是由土粒和土中水组成的二相体。土体具有与一般连续固体材料（如 钢、木、混凝土及砌体等建筑材料）不同的孔隙特性，它不是刚性的多孔介质，而是大变形的孔隙性 物质。在孔隙中水的流动显示土的透水性（渗透性）；土孔隙体积的变化显示土的压缩性、胀缩性;在 孔隙中土粒的错位显示土内摩擦和粘聚的抗剪强度特性。土的密度、孔隙率、含水量是是影响土的力 学性质的重要因素。土力学的发展史18 世纪：1）Coulmb,极大极小准则在若干静力问题中应用法国，17732）Darcy， 土的层流渗透定律，法国， 18553）Rankine，土压力塑性平衡理论，英国，18574）Boussinesq,弹性半空间（半无限体）表面竖向集中力作用时土中应力变形的理论解,法国， 188520 世纪1） 1915年由瑞典，Petterson提出，经由瑞典Fellenius，Taylor进一步发展，土坡稳定分析 的整体圆弧滑动面法。2）Prandtl,地基剪切破坏时的滑动面形和极限承载力公式，法国，19203）Terzaghi,土力学专著，美籍奥地利人，1925，从此土力学成为一门独立的科学本课程的内容，要求和学习方法 本课程所含内容为：第 1 章 土的物理性质及分类第2章 土的渗透性及渗流第3章 土中应力第4章 土的压缩性及固结理论第5章 地基沉降第 6 章 土的抗剪强度第7章 土压力第8章 地基承载力第9章 土坡和地基的稳定性第10章 土在动荷载作用下的特性第1章 土的物理性质及分类 学习要求：了解土的成因和三相组成，掌握土的物理性质和物理状态指标的定义、物理概念、计算公式和 单位。要求熟练地掌握物理指标的三相换算。了解地基土的工程分类依据与准确定名。1.1 概述 “土”一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言，土是指覆盖在地表的没有胶 结和弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。物理风化指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度湿度的变化、不均匀膨胀与收缩，使岩石产 生裂隙，崩解为碎块。这种风化仅改变颗粒大小与形状，不改变原来矿物成分。生成的土呈松散状态， 无粘性土。化学风化指岩石碎屑与空气、水和各种水溶液相接触，经氧化、碳化和水化作用，改变原来矿 物成分，形成新的矿物（次生矿物）。生成的土为细粒土，粘性土。生物风化由动物、植物和人类对岩体的破坏称生物风化1.2 土的组成（本章重点之一，布置作业加以巩固）1.2.1土的固体颗粒 土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。成土 矿物可分为两大类：原生矿物：由岩石经物理风化生成的，颗粒成分与母岩的相同，常见的有石英、长石和云母，颗粒 较粗，多呈浑圆形状，吸附水的能力弱，无塑性。次生矿物 由原生矿物经化学风化生成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同，有高岭石、伊利石 和蒙脱石粘土矿物，颗粒极细，且多呈片状，性质活泼，吸附水能力强，具塑性。水溶盐：可溶性次生矿物。常见的有岩盐、钾盐、石膏、方解石，硫酸盐类还对金属和混凝土有一 定的腐蚀作用有机质：动植物分解后的残骸，称为腐殖质。其颗粒极细，粒径小于0.1m,呈凝胶状，带有电荷， 具极强的吸附性。1.2.2 土粒粒度分析方法土的颗粒级配土颗粒的大小直接决定土的性质；粒径颗粒直径大小，界限粒径划分粒组的分界尺寸。粒组将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。可划分2006020.0750.005mm漂石 卵石 砾石 砂粒 粉粒 粘粒颗粒级配土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。级配的测室方法：筛析法（ 0.075mm）比重计法（0.075mm）颗粒分析试验结果，绘制图的粒径级配曲线。用半对数坐标绘制。纵坐标表示小于某粒径的土重占总 土重的百分数，横坐标用对数坐标表示土的粒径。 不均匀系数定义为（务）C = 0ud10d2 曲率系数定义为（）Cc =打10 60式中：d60:限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为0%时，相应的粒径称为d60。d10:有 效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为d10o d30:当小于某粒径的 土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu 越大表示土粒大小的分布范围越大、其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的粒细组粒粗粉砂粒a细E10010902080307060506040307020so109Qg2粒:ao O圆砾或角砾卵石或碎石dQ 0.14；c/sq - Q.84土粒粒径（mm ）= $.0 d苗密实度。曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围,反映曲线的整体形状。曲线平缓，粒径大小相差悬殊， 土粒不均匀。颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。对于级配良好（Cu10,且5=13） 的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性 也较好透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它土建工程的填方土料。习题1.2。1.2.3 土中水和水中气土中水处于不同位置和温度条件下，可具有不同的物理状态固态、液态、气态。液态水是土中 孔隙水的主要存在状态，因其受土粒表面双电层影响程度的不同可分为结合水、毛细水、重力水。后 两者也称为非结合水（自由水）。结合水: 土颗粒表面带有一定的电荷，当土粒与水相接触时，由于静电作用力，将吸引水化离子和 水分子，形成双电层，在双电层影响下的水膜称为表面结合水。双电层的厚薄也反映了结合水的主要作用力物理化学力水的类型结合水非结合水毛 细 水 重力水表面张力和重力重力厚薄，结合水具有与一般自由水不同的性质，其密度较大、粘滞度高、流动性差、冰点低、比热较大、 介电常数较低。这种差异随距离增加而减弱。自由水（非结合水）：毛细水: 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛管现象是毛细管壁对水的吸力和 水的表面张力共同作用的结果。重力水: 重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下水。它是 在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引 力的影响。土中气：土中的气体: 与大气相通,压缩性高；与大气隔绝,降低透水性成分: 一般空气中成分；微生物产生可燃气体（H2S）1.2.4 粘土颗粒与水的相互作用本节以学生自学为主，使学生了解，粘土矿物的结晶构造和基本特性以及粘土颗粒与水的相互作用1.2.5 土的结构和构造1. 定义： 指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。2.土的结构单粒结构蜂窝结构絮状结构砂层，砾石层粉粒粘粒土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。层状构造水平原理 交 错错层构造分类q分散构造砂 , 砾石 , 卵石裂隙 构 造 粘性土 如 : 黄土常分散构造的工程性质最好裂隙状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质差1.3 土的三相比例指标（本章重点，亦为难点，课堂讲解，要求学生自行推倒关系式，布置课后作业） 由于各类土的生成条件不同，它们的工程特性往往相差悬殊。1. 搬运、沉积条件：通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土。2. 沉积年代：通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。3. 沉积的自然地理环境：自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。土的三相组成是指土由固体颗粒、液体水和气体三部分组成。土中的固体矿物构成土的骨架,骨架之 间贯穿着大量的孔隙,孔隙中充满着液体水和气体。土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬状态， 砂土呈松散状态； 固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态； 固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破 坏；粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。土是由固相、液相、气相组成的三相分散系。固相包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通 的，形成多孔介质；液相主要是水（溶解有少量的可溶盐类）； 气相主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标 也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。三相比例指标可分为两种，一种是试验指标（基本指标；）另一种是换算指标。反映土的松密程度的指标有：土的孔隙比e、孔隙率n反映了土的含水程度的指标有：含水量o、 饱和度Sr；特定条件下土的重度有：重度/、干重度Y d、饱和重度Y sat、浮重度Y 。三项基本指标（重度Y、比重Gs、含水量3）1.3.1 指标的定义土粒比重（土粒相对密度）含水量3, 土的重度P被称为土的三项基本物理性指标。土粒比重（土粒相对密度）定义：土粒重度与同体积4C时纯水的重度比值单位：无量纲m / VP公式：G = s = sS m / V P w1 s w 含水量s定义：土中水的重量与土粒重量之比，称为。公式： 3 =Ww/Ws 常见值：砂土3 =（040）%;粘性土3 =（2060） 意义：表示湿度的物理指标，与土的种类，埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关 测定方法：烘干法。土的密度P 定义：单位体积土的重量。公式：p =m/V,范围：1.62.2g/cn3 土粒比重（土粒相对密度），含水量，土的密度被称为土的三项基本物理性指标。特殊条件下的土的密度土的干密度：土单位体积中固体颗粒部分的质量称为干密度。p d=m/Vds饱和密度：土孔隙中充满水时的单位体积质量。p =m+V p /V sat s v w土的浮密度：地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同体积水的质量之差。P描述土的孔隙体积相对含量的指标土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比e=Vv/Vs孔隙率n： 土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示,n=Vv/V饱和度Sr： 土中水的体积与孔隙体积之比，用）表示。Sr=Vw/Vv饱和度可以反映土的干湿程度，砂土根据饱和度Sr的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态, 其划分标准见下表：砂土涅度状态饱和度Sr加St5050St801.3.2 指标的换算如图 1T4 （p22）所示，令 V=1，则有 V=e, V+1+e，m =G p ，m=G （1+3 ）。 svs s ws由以上条件可推倒出：p =m/V=G （1+3）p /（ 1+e） swp =m/V=G p /（ 1+e）=p /（ 1+e）d s s w由以上公式可推得：e=G p /p -1= G （ 1+3）p /p -1等关系式。s w dsw常见土的三相比例指标换算公式见表1-4（p. 23）举例加深理解其指标关系：【例题1-1】已知土的试验指标为y =18 KN/m3 ，rs=2.7 g/cm3和w=12%，求e , Sr和gj。 解：可以有两种解答。第一种方法直接用P23表1-4中的换算公式；第二种方法利用试验指标的定义分别求出三相物质的重力和体积,然后按定义计算.【例题1-2】 已知饱和粘土的含水量为36%,求其空隙比和饱和度. 解：此题只给出一个条件,但同时有饱和、粘土二个可利用的隐含条件。本节为本章之内的重点，同时也为难点之一，为使学生充分理解本节的内容，课堂内对表1-4的关系式进行部分讲解，其余部分由学生进行推倒联系。学生作业：43, p44,习题1.3, 1.51.4 无粘性土的密实度 砂土的密实度对其工程性质具有重要的影响。密实的砂土具有较高的强度和较低的压缩性，是良好 的建筑物地基；但松散的砂土，尤其是饱和松散砂土，不仅强度低，且水稳定性很差，容易产生流砂、 液化等工程事故。对砂土评价的主要问题是正确地划分其密实度。 土的密实度通常是指单位体积中 固体颗粒充满的程度.密实度反映无粘性土工程性质的主要指标。判别砂土的密实度有以下三种方法。1用相对密实度Dr为标准。2用孔隙比e为标准。3用标准贯入试验N为标准。砂土的相对密度的定义maxmaxminP(P - P )d maxdd minp (p -p .)d dm a x dm i n实际上难以操作中密LD-D.6?0J67-O.33D.33-D评价:（1）优点 理论上完善；（2）缺点用孔隙比e为标准密实度土的名称密实中密稍密松散砾砂、粗砂、中砂e0.60.6e0.750.75 e0.85e0.85细砂、粉砂e0.70.7e0.850.85 e0.95e0.95评价： （1） 优点简捷方便；（2） 缺点 无法反映土的粒径级配因素。用标准贯入试验N为标准标准贯入试验（SPT）是动力触探的一种，它利用一定的锤击动能（锤重63.5kg,落距76cm）,将一 定规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的士中，根据打入土中的贯阻抗，判别土层的工程性质。贯 入阻抗用贯入器贯入土中30cm的锤击数能3.5表示，比3.5也称为标贯击数。该实验的的应用主要有评定砂土的相对密度、评定地基土承载力、估算单桩承载力等。锤击 SIN63.5N63j51010Ns35151 5Ng3.5301_LjZh*Z5Z_松散稍巒中密MM.1 -ZV其他方法：碎石土密实度按动力触探击数划分碎石土密度的野外鉴别1.5粘性土的物理特征1.5.1粘性土的可塑征及界限含水量稠度指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态,它反映了土的软硬程度或对外力引起的变化或破 坏的抵抗能力的性质.随着含水量的改变，粘性土将经历不同的物理状态。当含水量很大时，土是一种粘滞流动的液体即 泥浆，称为流动状态；随着含水量逐渐减少，粘滞流动的特点渐渐消失而显示出塑性，称为可塑状态； 当含水量继续减少时，则发现土的可塑性逐渐消失，从可塑状态变为半固体状态。如果同时测定含水 量减少过程中的体积变化，则可发现土的体积随着含水量的减少而减小，但当含水量很小的时候，土 的体积却不再随含水量的减少而减小了，这种状态称为固体状态。界限含水量 粘性土由一种状态转到另一种状态时的分界含水量。液限wL流动状态与可塑状态间的分界含水量称；塑限 wp 可塑状态与半固体状态间分界含水量称；缩限 ws 半固体状态与固体状态间的分界含水量称用平衡锥式液限仪测定wl其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度，这时杯内 土样的含水量就是液限Wl值。为避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。用搓条法测定塑限wp搓条法:即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm）,放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓 滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为3mm，出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量就是塑限Vp 值。1.5.2粘性土的可塑性指标塑性指数Ip（1）定义：是指液限和塑限的差值（省去%号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用 IP 表示。Ip= wl 一 Wp（2）物理意义：塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。塑性指数的大小与土中结 合水的可能含量有关，土中结合水的含量与土的颗粒组成、矿物组成以及土中水的离子成分和浓度等 因素有关。（3）工程应用：由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，在 工程上常按塑性指数对粘性土进行分类。液性指数IL（1）定义：是指粘性土的天然含水量与塑限的差值除以塑性指数，用：L表示。即：I =t P =PL I 3 3PLP（2）物理意义：液性指数有称相对稠度，反映了土的硬度不同。（3）工程应用：根据Il不同，可划分五种软硬不同的状态。状态可垦液性扌徽Il 0O=: I 0.250.251.0例题 完全饱和的土样含水量为30，液限为29，塑限为17，试按塑性指数分类法定名，并确定其状 态。【解】求塑性指数IP求液性指数IL 根据定名标准该土样应为粉质粘土，其状态为流塑状态。1.5.3粘性土的结构性和触变性灵敏度（st）定义：是指粘性土的原状土的无侧限抗压强度qu与重塑土的无侧限抗压强度qur比值，用St表 示。st= qu/qur物理意义：反映了粘性土的，结构性的强弱。 工程应用：保护基槽，以免破坏破坏其结构，降低地基强度。1.5.4粘性土的胀缩性，湿现性和冻胀性 本节安排为自学，学习要求掌握粘性土的胀缩性，湿现性和冻胀性的概念及其在及其对建筑构造的破 坏性。1.6土的分类标准1.6.1土的分类原则，1.6.2土的分类标准 土的分类体系是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别其，目的在于通过一种通用的鉴别基准， 以便于在不同的土间做有价值的比较，评价，积累以及学术与经验的交流。并了解我国的分类标准有。 1.7地基土的工程分类1.7.1建筑地基土的工程分类 按沉积年代可分为老沉积土、新近沉积土。 根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等。根据颗粒级配或塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。碎石土定义：粒径2mm的颗粘含量超过全重的50%。分类：按粒径和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾，见下表。土的名称棱角形为主粒径丈于200 mm的颗粒超过空重50%卵石圆砾角砥棱角形沟主棱角形沟主粒径犬于20 mm的题粒超过全重50%粒径犬于2 mm的题粒超过全重50%砂土定义：指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。分类：砂土按粒组含量分类如下表土的名称颗&级配砾砂粒径大于2mm的颗粒占全重25-50* 0粗砂粒径大于0 5mm的果蔽超过全重50 o中砂將径大于0 25mm的果輛超过全重50%细砂將径大于0 -5mm的果輛超过全重粉砂粽径大于0 5mm的果輛超过全重50%粉土粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量的50%,且塑性指数Ip小于或等于10的土。 粉土是介于砂土和粘性土之间的过渡性土类，它具有砂土和粘性土的某些特征，根据粘粒含量可以将 粉土再划分为砂质粉土和粘质粉土。粘性土 粘性土是指塑性指数大于10的土。根据塑性指数大小,粘性土可再划分为粉质粘土和粘土两个亚类：当10IpW17时为粉质粘土； 当Ip17时为粘土。又可按沉积年代分类人工填土人工填土是指由人类活动而堆填的土。其物质成分较杂,均匀性较差。根据其物质组成和堆填方式, 填土可分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土四类。各类填土应根据下列特征予以区别：老粘土：q3及以前的土强度高，压缩性低 一般粘性土 ：Q4新迈沉积的粘性土文化期以来（久固结）1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土,其中不含杂质或含杂质很少。 按主要组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。经分层压实后则称为压实填 土。2、杂填土是含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为建 筑垃圾土、工业废料土及生活垃圾土。3、 冲填土为由水力冲填泥浆形成的填土。 特殊土 特殊土是指在特定地理环境或人为条件下形成的具有特殊性质的土它。的分布一般具有明显的地域性。 特殊土包括软土、人工填土、湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土等。软土：是指沿海的滨海相、三角洲相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土,具有孔隙比大（一 般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高和强度低的特点。包括淤泥、淤泥质粘性土、 淤泥质粉土等。多数还具有高灵敏度的结构。淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比习.5的粘性土。淤泥质土：天然孔隙比小于1.5但三1.0的粘性土。当土中有机质含量大于5%时称为有机质土；大于60%时则称泥炭。泥炭往往以夹层构造存在于一般 粘性土层中，对工程十分不利，必须引起足够重视。湿陷性黄土：是指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形量达到一定数值的土。湿陷变形量按 野外浸水载荷试验在200kPa压力下的附加变形量确定，当附加变形量与载荷板宽度之比大于0.015 时为湿陷性黄土。红粘土：是指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等颜色的高 塑性粘土。其液限一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育，经坡、洪积再搬运后仍保留 红粘土基本特征，液限大于45 小于 50 的土称为次生红粘土。我国的红粘土以贵州、云南、广西等省 区最为典型，分布广。膨胀土：一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（以蒙脱石和伊利石为主）所组成的粘性土，在 环境和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。已有的建筑经验证明， 当土中水份聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀上抬压力而导致建筑物的破 坏；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。多年冻土：是指温度等于或低于摄氏零度、含有固态水且这种状态在自然界连续保持三年或三年以 上的土。当自然条件改变时，会产生冻胀、融陷、热融滑塌等特殊不良地质现象及发生物理力学性质 的改变。1.7.2公路桥涵地基土的分类，1.7.3公路路基地基土的分类 本节安排为自学部分，要求与1.7.1部分进行比较，了解并掌握其相同处与不同处。本章小结 主要讨论了土的物质组成以及定性、定量描述其物质组成的方法，包括土的三相组成、土的三相指标、 土的结构构造、粘性土的界限含水量、砂土的密实度和土的工程分类等。这些内容是学习土力学原理 和基础工程设计与施工技术所必需的基本知识，也是评价土的工程性质、分析与解决土的工程技术问 题时讨论的最基本的内容。为使学生更深刻的了解本章重点内容，以下习题作为本章的总结习题。问题：1.何谓土粒粒组？土粒六大粒组划分标准是什么？2. 在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？其余指标的导出思路主要是什么？3. 塑性指数的定义和物理意义是什么？Ip大小与土颗粒的粗细有何关系? Ip大的土具有哪些特点？4. 在土类定名时，无粘性土与粘性土各主要依据什么指标？5. 砂土的密实度如何判别？不同指标如何使用？P44,习题 1.6, 1.7, 1.8