土力学第一章

第一章土的物理性质和工程分类1.1 土的形成1、工程上遇到的大多数土都是在第四纪地质历史时期内所形成的。

第四纪地质年代的土又可划分为更新世、全新世两类。

其中第四纪全新世（Q4）中晚期沉积的土，亦即在人类文化期以来所沉积的土称为新近代沉积土，一般为欠固结土（未完全固结的土，会有持续的沉降），强度较低。

表1 土的生成年代2、土的分类：第四纪土由于其搬运和堆积方式不同，又可分为残积土（通常为粗粒土）、运积土（通常为细粒土）两大类；3、残积土：残积土是指母岩表层经风化作用破碎成为岩屑或细小矿物颗粒后未经搬运，残留在原地的堆积物。

他的特征是颗粒粗细不均、表面粗糙、多棱角、无层理。

4、运积土：是指风化所形成的土颗粒，受自然力的作用，搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物。

其特点是颗粒经过滚动和相互摩擦，颗粒因摩擦作用而变圆滑，具有一定的浑圆度。

5、根据搬运的动力不同，运积土又可分为如下几类：坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沼泽沉积土、海相沉积土、冰碛土、风积土。

6、风化作用包括：物理风化（原生矿物）、化学风化（次生矿物）、生物风化。

7、物理风化：岩石和土的粗颗粒受机械破坏积各自气候因素影响的作用，产生的矿物称为原生矿物（土颗粒/土块的大小发生变化，成分未发生变化）。

8、化学风化：岩石和土受环境作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物，也称次生矿物。

9、土的主要特点：碎散性、三相性、自然变形性（性质复杂、不均匀、各向异性且随时间变化）。

1.2土的三相组成1、土颗粒骨架构成的三要素：颗粒级配、矿物成分、颗粒的形状和比表面积。

2、土的粒组分类：表1-2土的粒组分类备注：1、摘自水利行业标准《土工试验规程》（SL237-1999）2、属于粒径范围指该范围粒径占总颗粒50%以上；3、粒径级配分析方法：主要有：筛分法、水分法（比重计法）。

粗粒组应采用筛分法，细粒组应采用水分法；4、级配曲线：d10--有效粒径、d30--用于描述级配曲线的特征粒径、d50--平均粒径、d60--控制粒径（或限制粒径）；5、不均匀系数Cu：Cu=d60/d10，（表征土颗粒的均匀性）（1）Cu=d60/d10，Cu越大、d60与d10的差距越大→土体越不均匀、级配曲线越平缓→故一般级配良好的土要求Cu≤5；→Cu≥5的土称为不均匀土，反之称为均匀土。

第一章土的组成1土的定义：土是岩石风化的产物。

常见的化学风化作用：水解作用，水化作用，氧化作用。

2土是由固体颗粒，水，和气体组成的三相体系。

3固体颗粒:岩石风化后的碎屑物质简称土粒，土粒集合构成土的骨架4土具有三个重要特点：散体性；多相性；自然变异性5粒组：介于一定粒度范围内的土粒。

土粒的大小叫做粒度。

6采用粒径累计曲线表示土的颗粒级配；不均匀系数Cu：反映大小不同粒组分布的均匀程度，Cu越大，越不均匀。

曲率系数Cc:反映了d10、d60之间各粒组含量的分布连续情况。

Cc过大或过小，均表明缺少中间粒组。

7土粒大小：也称为粒度，以粒径表示；8土体：9粘土矿物10液相11强结合水是指紧靠土粒表面的结合水膜，亦称吸着水弱结合水紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜，也称薄膜水。

12自由水指土粒表面引力作用范围之外的水.自由水分为：重力水，毛细水。

重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的自由水。

毛细水存在于地下水位以上，受水与空气交界面处表面张力作用的自由水。

13土的构造：指同一土层中的物质成分和颗粒大小都相近的各部分之间的相互关系的特征。

有层理构造，裂隙构造，分散构造14土的结构：指土粒大小、形状、相互排列及其联结关系、土中水性质及孔隙特征等因素的综合特征。

有单粒结构，蜂窝结构，絮状结构15承压水16潜水：17排水距离18双面排水19电泳：在电场作用下向阳极移动；电渗：水分子在电场作用下向负极移动，因水中含有一定量的阳离子（K+，Na+等），水的移动实际上是水分子随这些水化了的阳离子一起移动。

20双电层：反离子层与土粒表面负电荷层组成双电层。

第二章土的物理性质及分类1重度：单位体积土的重量，用γ表示密度：单位体积土的质量，用ρ表示2干密度ρd干容重γd：单位体积内土粒的质量或重量饱和密度ρsat与饱和容重γsat ：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量浮密度与浮容重：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差3土粒相对密度:土的质量与同体积4℃时纯水的质量之比4土的含水率w :土中水的质量与土粒质量之比.测定方法：烘干法。

⼟⼒学第⼀章参考答案第⼀章参考答案⼀、简答题1.【答】⼟粒的⼤⼩及其组成情况，通常以⼟中各个粒组的相对含量（各粒组占⼟粒总量的百分数）来表⽰，称为⼟的颗粒级配（粒度成分）。

根据颗分试验成果绘制的曲线（采⽤对数坐标表⽰，横坐标为粒径，纵坐标为⼩于（或⼤于）某粒径的⼟重（累计百分）含量）称为颗粒级配曲线，它的坡度可以⼤致判断⼟的均匀程度或级配是否良好。

2. 【答】3. 【答】⼟是连续、坚固的岩⽯在风化作⽤下形成的⼤⼩悬殊的颗粒，经过不同的搬运⽅式，在各种⾃然环境中⽣成的沉积物。

与⼀般建筑材料相⽐，⼟具有三个重要特点：散粒性、多相性、⾃然变异性。

4. 【答】⼟的结构是指由⼟粒单元⼤⼩、矿物成分、形状、相互排列及其关联关系，⼟中⽔的性质及孔隙特征等因素形成的综合特征。

基本类型⼀般分为单粒结构、蜂窝结（粒径0.075~0.005mm）、絮状结构（粒径<0.005mm）。

单粒结构：⼟的粒径较⼤，彼此之间⽆连结⼒或只有微弱的连结⼒，⼟粒呈棱⾓状、表⾯粗糙。

蜂窝结构：⼟的粒径较⼩、颗粒间的连接⼒强，吸引⼒⼤于其重⼒，⼟粒停留在最初的接触位置上不再下沉。

絮状结构：⼟粒较长时间在⽔中悬浮，单靠⾃⾝中重⼒不能下沉，⽽是由胶体颗粒结成棉絮状，以粒团的形式集体下沉。

5. 【答】⼟的宏观结构，常称之为⼟的构造。

是同⼀⼟层中的物质成分和颗粒⼤⼩等都相近的各部分之间的相互关系的特征。

其主要特征是层理性、裂隙性及⼤孔隙等宏观特征。

6. 【答】强结合⽔影响⼟的粘滞度、弹性和抗剪强度，弱结合⽔影响⼟的可塑性。

7. 【答】⽑细⽔是存在于地下⽔位以上，受到⽔与空⽓交界⾯处表⾯张⼒作⽤的⾃由⽔。

⼟中⾃由⽔从地下⽔位通过⼟的细⼩通道逐渐上升。

它不仅受重⼒作⽤⽽且还受到表⾯张⼒的⽀配。

⽑细⽔的上升对建筑物地下部分的防潮措施和地基特的浸湿及冻胀等有重要影响；在⼲旱地区，地下⽔中的可溶盐随⽑细⽔上升后不断蒸发，盐分积聚于靠近地表处⽽形成盐渍⼟。

第一章 土的物理性质§1.1 土的生成岩浆(magma tic rock))()(soil rock 土岩石风化作用冷却−−−→−−−→− 土是地壳表层的岩石长期经受风化作用和水流、冰川、风等自然力搬运、剥蚀及堆积作用而生成的松散堆积物。

一、风化作用(weathering)1物理风化：气温变化、机械破坏特征：机械破坏、成分相同。

2化学风化：岩石与水、气、二氧化碳等化学作用。

特征：化学成分改变。

3生物风化：生物活动对岩石的破坏。

特征：树根使岩石机械破坏，微生物使岩石成分改变。

二、土的沉积(soil sedimentation)类型土的沉积类型：残积土(residual soil)、坡积土(slope wash)、洪积土(diluvial soil)、湖沼积土、海积土(marine soil)、冰川积土、风积土(Aeolian deposit)等。

土的类型、土的成分、土的结构、颗粒大小、力学性质都有很大差别。

图1.1 残积土、坡积土及洪积土的形成备 注结合《工程地质》课程，介绍土的生成。

黑板板书，介绍土的沉积类型，增强学生印象。

三、特殊土（special soil）沿海地区的软土(soft clay)、黄土(loess)、膨胀土(expansive soil)、冻土frozen soil)，区域性强。

四、土的沉积年代对土性质的影响一般生成年代越久，上覆土层越厚，压得越密，化学作用或胶结作用越强，土得强度也越大，压缩性就越小，反之新近沉积的土质较松软，工程性质较差。

五、土的三相组成土颗粒←固相水←液相空气←气相§1.2 土的粒径组成和矿物成分一、土的粒径（grain size）组成1. 粒径(grain size):颗粒的直径2. 粒组(fraction)：大小相近的颗粒归为一组。

3. 颗粒级配：土中不同大小颗粒的相对含量。

备注设问法介绍不同类型沉积土的特征。

结合工程设计，介绍设计中遇到坡积土和洪积土地段时需要注意的一些问题。

⼟⼒学重点整理第⼀章⾄第五章⼟⼒学与地基基础重点整理（1-5章，第六章以后⾃⾏看书）第⼀章：⼯程地质1、三⼤岩⽯：按成因分为岩浆岩（⽕成岩）、沉积岩（⽔成岩）、变质岩。

岩浆岩（⽕成岩）：由地球内部的岩浆侵⼊地壳或喷出地⾯冷凝⽽成。

沉积岩（⽔成岩）：岩⽯经风化，剥蚀成碎屑，经流⽔、风或冰川搬运⾄低洼处沉积，再经压密或化学作⽤胶结成沉积岩。

约占地球陆地⾯积的75%。

变质岩：是原岩变了性质的⼀种岩⽯。

变质原因：由于地壳运动和岩浆活动，在⾼温、⾼压和化学性活泼的物质作⽤下，改变了原岩的结构、构造和成分，形成⼀种新的岩⽯。

2、第四纪沉积层主要包括残积层、坡积层、洪积层、冲积层、海相沉积层、湖沼沉积层。

3、残积层、坡积层、洪积层、冲积层的形成原因、特性及如果作为建筑地基需注意：残积层：母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩⽯碎屑。

裂隙多，⽆层次，平⾯分布和厚度不均匀。

如果作为建筑地基，应注意不均匀沉降和⼟坡稳定性问题。

坡积层：⾬⽔和融雪⽔洗刷⼭坡时，将⼭上的岩屑顺着斜坡搬运到较平缓的⼭坡或⼭麓处，逐渐堆积⽽成。

厚薄不均、⼟质也极不均匀，通常孔隙⼤，压缩性⾼。

如果作为建筑地基，应注意不均匀沉降和地基稳定性。

洪积层：由暴⾬或⼤量融雪形成的⼭洪急流，冲刷并搬运⼤量岩屑，流⾄⼭⾕出⼝或⼭前倾斜平原，堆积⽽成。

靠⼭⾕处窄⽽陡，⾕⼝外逐渐变成宽⽽缓，形如扇状。

如果作为建筑地基，应注意⼟层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降（需精⼼进⾏⼯程地质勘察）冲积层：由河流的流⽔将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带，所形成的沉积物。

简答及论述题1、不良地质条件会对⼯程造成什么影响？选择⼯程地址时应注意避开哪些不良地质条件？不良地质条件会引发造成⼯程建设中的地基下沉、基础不均匀沉降及其它许多的地质灾害现象,使⼯程质量受到严重影响:①场址选择时,应避让⼯程地质条件差,对⼯程建设存在危险的地段,如果需采⽤对⼯程建设不利的地段作为建设场址时,应采取有效的应对措施;②在进⾏场区规划及总平⾯布臵时,应优先选择⼯程地质条件较好的区段作为主要建筑物的建筑场地。