第一章-颗粒特性

上海海事大学河流动力学复习资料河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。

设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πVD =泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++=假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D =2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6)①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量②算出小于各种粒径的泥沙总重量③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。

3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。

4、粒配曲线特征值1）中值粒径50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。

即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ?，然后求出各组泥沙的平均粒径 3 2min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或∑∑==??=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数；2502σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9.151.84ln D D =σ当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m >3）分选系数（非均匀系数）25750D D S =，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。

5、影响泥沙的孔隙率的因素①沙粒的大小②均匀度③沙粒的形状④沉积的情况⑤沉积后受力大小⑥历时长短泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。

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。

土力学第四版习题答案第一章：土的物理性质和分类1. 土的颗粒大小分布曲线如何绘制？- 通过筛分法或沉降法，测量不同粒径的土颗粒所占的比例，然后绘制颗粒大小分布曲线。

2. 如何确定土的密实度？- 通过土的干密度和最大干密度以及最小干密度，计算土的相对密实度。

3. 土的分类标准是什么？- 根据颗粒大小、塑性指数和液限等指标，按照统一土壤分类系统（USCS）进行分类。

第二章：土的力学性质1. 土的应力-应变关系是怎样的？- 土的应力-应变关系是非线性的，通常通过三轴试验或直剪试验获得。

2. 土的强度参数如何确定？- 通过土的三轴压缩试验，确定土的内摩擦角和凝聚力。

3. 土的压缩性如何影响地基沉降？- 土的压缩性越大，地基沉降量越大，反之亦然。

第三章：土的渗透性1. 什么是达西定律？- 达西定律描述了土中水流的速度与水力梯度成正比的关系。

2. 如何计算土的渗透系数？- 通过渗透试验，测量土样在一定水力梯度下的流速，计算渗透系数。

3. 土的渗透性对边坡稳定性有何影响？- 土的渗透性增加可能导致边坡内部水压力增加，降低边坡的稳定性。

第四章：土的剪切强度1. 什么是摩尔圆？- 摩尔圆是一种图解方法，用于表示土的应力状态和剪切强度。

2. 土的剪切强度如何影响基础设计？- 土的剪切强度决定了基础的承载能力，是基础设计的重要参数。

3. 土的剪切强度与哪些因素有关？- 土的剪切强度与土的类型、密实度、含水量等因素有关。

第五章：土的压缩性与固结1. 固结理论的基本原理是什么？- 固结理论描述了土在荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体体积减小的过程。

2. 如何计算土的固结沉降？- 通过固结理论，结合土的压缩性指标和排水条件，计算土的固结沉降量。

3. 固结过程对土工结构有何影响？- 固结过程可能导致土工结构产生不均匀沉降，影响结构的稳定性和使用寿命。

第六章：土的应力路径和强度准则1. 什么是应力路径？- 应力路径是土体在加载过程中应力状态的变化轨迹。

第一章 土的组成土是岩石风化的产物。

风化作用主要包括物理风化和化学风化。

1. 土具有三个主要特点：散体性、多相性（多样性）、自然变异性。

2. 土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。

3. 粗大的土粒其形状呈块状或粒状；细小的土粒主要呈片状。

4. 土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示；介于一定粒度范围内的土粒，称为粒组；划分粒组的分界尺寸称为界限粒径，据界限粒径200、60、2、0.075、0.005mm 把土粒分成六大粒组：漂石或块石颗粒、卵石或碎石颗粒、圆砾或角砾颗粒、砂粒、粉粒、黏粒。

5. 土中各个粒组的相对含量（土样各粒组的质量占土粒总质量的百分数）称为粒度成分或者颗粒级配。

6. 粒度成分分析常用筛分法（>0.075）和沉降分析法(<0.075).7. 粒度成分分布曲线：曲线较陡，说明粒径大小相差不多，颗粒较均匀，级配不良；曲线平缓，说明粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。

8. 不均匀系数,曲率系数，不均匀系数越大，表示粒度的分布范围越大，颗粒越不均匀，其级配越良好。

9. 把的土看作是均粒土，级配不良；把的土，级配良好。

10. 砾类土或砂类土同时满足和两个条件时，则为良好级配砾或良好级配砂。

11. 土中固体颗粒的矿物成分绝大部分是矿物质，或多或少含有有机质。

矿物质分为原生矿物和次生矿物，其中原生矿物主要是石英、长石和云母等，次生矿物主要是黏土矿物、可溶盐和无定形氧化物胶体。

黏土矿物主要是蒙脱石、伊利石和高岭石。

12. 一般液态土中水可视为中性、无色、无味、无臭的液体，其质量密度在4℃时为1g/cm ³ ,重力密度9.81kN/m ³。

存在于土粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造中的水称为矿物内部结合水，可以把矿物内部的结合水当作矿物颗粒的一部分。

13. 存在土中的液态水可以分为结合水和自由水两大类。

土中水是成分复杂的电解质水溶液。

14. 结合水进一步可分为强结合水和弱结合水。

第一章 土的物理性质和工程分类一、主要内容本章主要介绍土、土的描述以及土的基本物理参数指标，这些参数是本门课程及将来从事岩土工程实践必可少的。

作为岩土工程师，其主要的任务之一就是采集、分类和调查研究土的物理性质。

因此，本章的重点就是解决如何描述土，如何通过试验来确定其物性参数以及对土进行分类。

二、学习要求通过本章的学习，学生应该具备如下的基本技能：1.对土进行描述和分类；2.确定土体的粒径级配；3.确定土中的主要成分比例（三相组成）；4.确定土的特性（粗粒土和细粒土）指标；5.确定最大干密度和最优含水量。

§1.1土的形成“土”一词在不同的学科领域有其不同的含义。

就土木工程而言，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，是在自然界漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各向异性且随时间在不断变化的地质体。

即使在同一场地，相距几厘米的土样之间也肯定不会具有相同的性质。

土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。

地球表面的 形状不同、大整体岩石 小不一的颗粒反过来土 岩石（沉积岩、变质岩） 工程上遇到的大多数土都是第四纪地质历史时期内所形成的。

一、风化作用及土的主要特点岩石的物理风化和化学风化形成了土。

风化过程包括物理风化和化学风化。

它们是同时进行而且是互相加剧发展的进程。

物理风化：由于物理作用（温度的变化、季节的变化、水的冻胀以及波浪的冲击、碰撞、摩擦等）使岩石块崩解为碎块和岩屑的过程。

物理风化作用只会引起岩石的机械破坏，大块岩体变成细小的颗粒，但其矿物成分仍与母岩相同，称为原生矿物。

这些颗粒之间存在着大量的孔隙，可以透水和透气，这是土的主要特征碎散性。

风化作用 破碎后受自然力作用在 不同环境沉积下来土 在很长的地质年代里，发生复杂物理化学变化、压密、岩化化学风化：母岩表面和碎散颗粒在与水、氧气、二氧化碳等的作用下受到的破坏作用。

化学作用：水解作用、水化作用、氧化作用、碳酸化以及溶解作用。

生物质颗粒燃料特性分析生物质颗粒燃料的生产通常包括颗粒燃料的制备和粒度控制两个主要过程。

制备过程一般包括原料的粉碎，混合，成型以及热压等步骤。

粒度控制是通过对颗粒燃料的筛分和干燥等过程来实现的。

颗粒燃料通常具有均匀的形状和尺寸，这有利于其储存、运输和燃烧过程。

生物质颗粒燃料的组成主要包括纤维素、半纤维素、木质素和灰分等成分。

其中纤维素是最主要的组分，占颗粒燃料总质量的40%-50%，其为生物质颗粒燃料提供了较高的热值。

半纤维素是次要组分，占颗粒燃料总质量的15%-30%，其含有丰富的可分解的碳水化合物。

木质素是颗粒燃料中的非常重要的组分，它主要来自于木质部，可提供颗粒燃料的结构稳定性和燃烧特性。

灰分是生物质颗粒燃料中的无机组分，主要由可燃物中的无机元素组成，会对颗粒燃料的燃烧特性产生影响。

生物质颗粒燃料的物理特性主要包括颗粒燃料的外观形状、颗粒密度、颗粒大小和颗粒含水率等。

颗粒燃料通常呈圆柱形或球形，直径一般在6-10毫米之间。

颗粒密度通常在0.6-0.8吨/立方米之间，取决于原料的压实程度。

颗粒大小的分布范围通常在1-10毫米之间，其中较大的颗粒限制了颗粒燃料的颗粒流动性。

颗粒燃料的含水率对燃烧过程有重要影响，一般应控制在8%-12%的范围内。

生物质颗粒燃料的化学特性主要包括颗粒燃料的元素含量、挥发分含量和固定碳含量等。

元素含量主要包括碳、氢、氧、氮、硫等元素。

其中碳和氧是生物质颗粒燃料最主要的元素，其含量决定了颗粒燃料的热值。

挥发分含量是指在加热过程中能够挥发出来的有机物质。

颗粒燃料的挥发分含量决定了其可燃性和燃烧特性。

固定碳含量是指在加热过程中不挥发的有机物质，其含量较高可以提高颗粒燃料的燃烧效率。

生物质颗粒燃料的燃烧特性主要包括燃烧温度、燃烧速率和灰分特性等。

颗粒燃料的燃烧温度通常在700-900摄氏度之间，与颗粒燃料的含水率、挥发分含量和固定碳含量等因素有关。

颗粒燃料的燃烧速率决定了颗粒燃料的燃烧效率和能量利用率。