1、土的三相组成、物理性质土的三相组成、物理性质和工程分类和工程分类一、土的三相组成一、土的三相组成土的颗粒级配土的颗粒级配土的矿物成分土的矿物成分土中水和气体土中水和气体土粒与水的相互作用土粒与水的相互作用土的结构土的结构土的粗细常用土的粗细常用平均粒径平均粒径（mm）d50表示，表示，d50指土中大于或小于此粒径的土粒含量均指土中大于或小于此粒径的土粒含量均占占50。特征粒径特征粒径d10累计百分含量为累计百分含量为10%的粒径，称为的粒径，称为有效粒径有效粒径（de）；）；d30累计百分含量为累计百分含量为30%的粒径；的粒径；d60累计百分含量为累计百分含量为60%的粒径，称为的粒径，称为
2、控制粒径控制粒径。土的不均匀系数土的不均匀系数Cu1060/ddCu Cu表示土的不均匀程度。表示土的不均匀程度。Cu5的的土称为不均匀土，反之称为均匀土。土称为不均匀土，反之称为均匀土。土的曲率系数土的曲率系数Cc 1060230dddCc Cc=13时，为级配连续；Cc 3时，时，级配不连续。土的级配不均匀(Cu5)，且级配连续(Cc=13)的土称为级配良好级配良好的土。不能同时满足上述两个条件的土称为级配级配不良不良的土（二）土粒成分（二）土粒成分固体固体成分成分矿物质矿物质有机质有机质原生原生矿物矿物石英、长石、石英、长石、云母等云母等次生次生矿物矿物粘土矿物粘土矿物无定形氧化物无定形
3、氧化物胶体胶体可溶盐可溶盐二、土的二、土的物理性质物理性质土的基本物理性质土的基本物理性质粘性土稠度与可塑性粘性土稠度与可塑性土的密度与重度：土的密度与重度：天然密度、干密度、饱和密度天然密度、干密度、饱和密度土粒密度、土粒比重、土的含水量土粒密度、土粒比重、土的含水量土的孔隙性土的孔隙性minmaxmaxeeeeDr稠度是指土的软硬程度或土对外力引稠度是指土的软硬程度或土对外力引起的变形或破坏的抵抗能力。起的变形或破坏的抵抗能力。粘性土因土中水分在量和质方面的变粘性土因土中水分在量和质方面的变化而明显地表现出不同的物理状态化而明显地表现出不同的物理状态,称为稠度状态。称为稠度状态。划分依据：
4、液性指数划分依据：液性指数 土从某种稠度状态转变为另一种状土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量称为稠度界限。工程态时的界限含水量称为稠度界限。工程上常用的有液性界限上常用的有液性界限wL和塑性界限和塑性界限。液性界限液性界限，相当于土从塑性状态转变，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含水量，简称液限为液性状态时的含水量，简称液限 wL塑性界限塑性界限，相当于土从半固体状态转，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量，简称塑限变为塑性状态时的含水量，简称塑限 wp 常见值为常见值为1728%塑性指数塑性指数 IP(Plastic index)PLpwwI液性指数液性指数ILLpI
5、 I19)-(2 用小数表示用小数表示来表示来表示对值对值习惯上采用百分数的绝习惯上采用百分数的绝pLpLwwwwI 三、土的工程分类三、土的工程分类在实际工程应用中规定，土中粒径在实际工程应用中规定，土中粒径d0.075 mm（有的规范用有的规范用0.1 mm）的土粒质量大于全部土粒质量的的土粒质量大于全部土粒质量的50%时称为粗粒土，小于时称为粗粒土，小于50%时称为细粒时称为细粒土。土。粗粒土可以按粒径级配进一步细分。粗粒土可以按粒径级配进一步细分。细粒土多用塑性指数细粒土多用塑性指数Ip或液限或液限wL加塑加塑性指数性指数Ip进行细分。进行细分。土的工程分类原则：（土的工程分类原则：（
6、1）按粒度成）按粒度成分；（分；（2）按塑性特征。）按塑性特征。熟悉水利部土质分类标准：熟悉水利部土质分类标准：GBJ145-90熟悉建设部的土质分类标准：熟悉建设部的土质分类标准：GB50021-94应力分布理论应力分布理论二、地基中的自重应力二、地基中的自重应力 4)-(3 i1地下水位以下用浮容重重地下水位以上用天然容重度层土的容重为第式中iHiniisz 4)-(3 i1地下水位以下用浮容重重地下水位以上用天然容重度层土的容重为第式中iHiniisz角点法：概念、原理、应用计算角点法：概念、原理、应用计算利用角点下的应力计算公式和应力利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理，推求地基中任
7、意点的附加叠加原理，推求地基中任意点的附加应力的方法称为角点法应力的方法称为角点法nmfKpsz Bzn BLm 9-3 K s式中nmfKpsz Bzn BLm 9-3 K s式中三、矩形面积垂直均布荷载三、矩形面积垂直均布荷载四、条形面积竖直均布荷载四、条形面积竖直均布荷载BznBxmpKszz ;19-3 式中BznBxmpKszz ;19-3 式中五、基底压力与基底附加压力五、基底压力与基底附加压力（一）中心荷载作用APp 六、有效应力原理六、有效应力原理1.有效应力原理的完整表达式：有效应力原理的完整表达式：()()()wawauuuu+=10-4 1=10-4 -+-=变为式对于饱
8、和土系数是一个与饱和度有关的式中()()()wawauuuu+=10-4 1=10-4 -+-=变为式对于饱和土系数是一个与饱和度有关的式中()()()wawauuuu+=10-4 1=10-4 -+-=变为式对于饱和土系数是一个与饱和度有关的式中()()()wawauuuu+=10-4 1=10-4 -+-=变为式对于饱和土系数是一个与饱和度有关的式中()au+=10-4 0=变为式对于干土()au+=10-4 0=变为式对于干土u+=（2 2）土的压缩变形和强度变化都）土的压缩变形和强度变化都只取决于有效应力的变化。只取决于有效应力的变化。饱和土的渗流固结模型(太沙基)钢筒活塞弹簧地基变形
9、计算地基变形计算一、土的压缩性一、土的压缩性（一）土的压缩性指标（一）土的压缩性指标()()()1-2-11-2-11-1-2-11-12210000.5 5.0 0.1 1.0 MPa 2-4 -=1-4 +1-=MPaaMPaaMPaMPaaappeepeahheeeii高压缩性土中等压缩性土低压缩性土判断土的压缩性的标准单位为称为压缩系数式中压缩系数每一级荷载下的孔隙比1.每级荷载下的孔隙比每级荷载下的孔隙比2.压缩系数（单位：压缩系数（单位：kPa-1）1-2-11-2-11-1-2-11-12210000.5 5.0 0.1 1.0 MPa 2-4 -1-4 1-MPaaMPaaMP
10、aMPaaappeepeahheeeii高压缩性土中等压缩性土低压缩性土判断土的压缩性的标准单位为称为压缩系数式中压缩系数每一级荷载下的孔隙比1-2-11-2-11-1-2-11-12210000.5 5.0 0.1 1.0 MPa 2-4 -1-4 1-MPaaMPaaMPaMPaaappeepeahheeeii高压缩性土中等压缩性土低压缩性土判断土的压缩性的标准单位为称为压缩系数式中压缩系数每一级荷载下的孔隙比4.压缩模量：侧限条件下受压时压应压缩模量：侧限条件下受压时压应力与相应应变的比值。力与相应应变的比值。aeEs01 lg-lg-1221ppeeCc3.压缩指数压缩指数（三）土的前
11、期固结应力（三）土的前期固结应力 土层在历史上曾经受过的最大土层在历史上曾经受过的最大压力称为压力称为先期固结压力先期固结压力 p p。1.1.p p大于大于 s s ，为超固结土，为超固结土土层目前承受的上覆自重压力土层目前承受的上覆自重压力 s s2.2.p p小于小于 s s ，为欠固结土，为欠固结土3.3.p p等于等于 s s ，为正常固结土，为正常固结土超固结比：超固结比：SPOCR二、地基沉降计算二、地基沉降计算scitSSSSImmediate Settlement瞬时沉降Secondary Compression次固结沉降Consolidation Settlement固结沉
12、降Total settlement总的沉降1.分别计算基础中心点下地基中各个分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量，再将各层的分层土的压缩变形量，再将各层的压缩变形量相加；压缩变形量相加；2.计算各层土的压缩变形量时，假设计算各层土的压缩变形量时，假设土层只发生竖向变形（一维课题）土层只发生竖向变形（一维课题）()()()()6-5 =S 5-5 =4-5 +1=3-5 +1-=1=1121niiszszSEHSaEHeaSHeeeS地基总变形量的关系与根据根据压缩定律()()()()6-5 =S 5-5 =4-5 +1=3-5 +1-=1=1121niiszszSEHSaEHeaS
13、HeeeS地基总变形量的关系与根据根据压缩定律1.在地质剖面上绘制基础中心下地基中在地质剖面上绘制基础中心下地基中 的自重应力分布曲线和附加应力分布曲的自重应力分布曲线和附加应力分布曲线。线。2.确定沉降计算深度确定沉降计算深度3.确定沉降计算深度范围内的分层界面确定沉降计算深度范围内的分层界面4.计算各分层土的沉降量计算各分层土的沉降量Si5.计算基础的平均沉降量计算基础的平均沉降量()()()()6-5 =S 5-5 =4-5 +1=3-5 +1-=1=1121niiszszSEHSaEHeaSHeeeS地基总变形量的关系与根据根据压缩定律三、饱和土体渗流固结理论三、饱和土体渗流固结理论
14、饱和土的渗流固结模型饱和土的渗流固结模型(太沙基太沙基)（一）渗流固结微分方程（一）渗流固结微分方程12-5 1 11-5 122wvvaekCtuzuC式中：12-5 1 11-5 122wvvaekCtuzuC式中：其中其中 Cv称为固结系数，单位为称为固结系数，单位为m2/a或或cm2/a。上式称为一维固结微分方程。上式称为一维固结微分方程。（二）固结微分方程的解析解（二）固结微分方程的解析解14-5 T :13-5 2sin14 0 0 0 0 0 0 0 002v4-1,022tHCTeHzmmpuuHztzuHztuztpuuHztvvTmmmtzv称为时间因素式中特解如下：得满足
15、上述边界条件的应用富里叶级数，可求和和和和当14-5 T :13-5 2sin14 0 0 0 0 0 0 0 002v4-1,022tHCTeHzmmpuuHztzuHztuztpuuHztvvTmmmtzv称为时间因素式中特解如下：得满足上述边界条件的应用富里叶级数，可求和和和和当（三）固结度（三）固结度()15-5 -=00uuupUztztzt 土层的土层的平均固结度平均固结度指在时刻指在时刻 t，土层骨架已经承担起来的有效应力与土层骨架已经承担起来的有效应力与全部附加应力的比值。全部附加应力的比值。()()17-5 =16-5 -1=000SSUdzudzuUttHHztt()()1
16、7-5 =16-5 -1=000SSUdzudzuUttHHztt（四）沉降与时间关系的计算（四）沉降与时间关系的计算利用式：利用式：可以计算地基沉降与时间的关系可以计算地基沉降与时间的关系()()17-5 =16-5 -1=000SSUdzudzuUttHHztt()()17-5 =16-5 -1=000SSUdzudzuUttHHztt抗剪强度理论抗剪强度理论Shear StrengthShear Strengthof Soilof Soil一、土中一点的应力状态一、土中一点的应力状态莫尔应力圆莫尔应力圆 主应力与任一方向的力的关系为：主应力与任一方向的力的关系为：某点主应力与某点主应力与
17、x,y方向应力的关系：方向应力的关系：213)2(2xzxz二、土的抗剪强度二、土的抗剪强度和破坏理论和破坏理论（一）莫尔库伦破坏理论（一）莫尔库伦破坏理论1.破裂面上，材料的抗剪强度是法向破裂面上，材料的抗剪强度是法向 应力的函数，即应力的函数，即)(ff2.当法向应力不很大时，抗剪强度当法向应力不很大时，抗剪强度 可以简化为法向应力的线性函数，可以简化为法向应力的线性函数，即表示为库伦公式：即表示为库伦公式：tgcf3.土单元体中，任何一个面上的剪应土单元体中，任何一个面上的剪应 力大于该面上的抗剪强度，土单元力大于该面上的抗剪强度，土单元 体即发生破坏。体即发生破坏。（二）（二）Mohr
18、-Coulomb破坏准则破坏准则 极限平衡条件极限平衡条件5-6 2452245231tgctg对于粘性土：对于粘性土：9-6 sin8-6 2457-6 245,0c,6-4 24522453131213231213同理可以推导出上式简化为对于无粘性土tgtgtgctg对于无粘性土：对于无粘性土：9-6 sin8-6 2457-6 245,0c,6-4 24522453131213231213同理可以推导出上式简化为对于无粘性土tgtgtgctg9-6 sin8-6 2457-6 245,0c,6-4 24522453131213231213同理可以推导出上式简化为对于无粘性土tgtgtgc
19、tg三、土的抗剪强度三、土的抗剪强度试验方法试验方法1.三轴剪切试验三轴剪切试验2.直接剪切试验直接剪切试验3.无侧限压缩试验无侧限压缩试验4.十字板剪切试验十字板剪切试验（一）（一）三轴剪切试验三轴剪切试验四、四、土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理和影响因素和影响因素tgcf抗剪强度抗剪强度摩擦强度摩擦强度粘聚强度粘聚强度挡土结构物上挡土结构物上的土压力的土压力Retaining wall一、静止土压力、主动土一、静止土压力、主动土压力、被动土压力压力、被动土压力（一）静止土压力、主动土压力、（一）静止土压力、主动土压力、被动土压力概念被动土压力概念v挡土墙在土压力作用下，不向任何方向发生位移
20、和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。v当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且位移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时在挡土墙上的土压力称为主动土压力。v 当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行移动时，土压力逐渐增大，当位移达到一定量时，潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，填土内开始出现滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。一、静止土压力一、静止土压力二、朗肯土压力理论二、朗肯土压力理论（一）主动土压力为：（一）主动土压力为：总主动土压力：总主动土压力：)2
21、45(2tgKa朗肯主动土朗肯主动土压力系数压力系数1.无粘性土无粘性土2.粘性土粘性土总主动土压力总主动土压力（二）被动土压力（二）被动土压力1.无粘性土无粘性土总被动土压力总被动土压力)245(2tgKp朗肯被动土朗肯被动土压力系数压力系数2.粘性土粘性土总被动土压力总被动土压力三、库仑土压力理论三、库仑土压力理论力的多边形闭合关系力的多边形闭合关系各个力之角度关系各个力之角度关系土坡稳定分析土坡稳定分析粘性土坡稳定性分析粘性土坡稳定性分析（一）条分法的基本概念（一）条分法的基本概念瑞典条分法、毕肖甫法及简布法的对比瑞典条分法、毕肖甫法及简布法的对比忽略条块间作用忽略条块间作用力的影响力的
22、影响假设条块间作用假设条块间作用力只有法向力，力只有法向力，没有切向力。没有切向力。假定条块间水平假定条块间水平作用力的位置作用力的位置极限平衡理论求地基的极限平衡理论求地基的极限承载力极限承载力（一）普朗德尔瑞斯纳课题（一）普朗德尔瑞斯纳课题（二）太沙基课题（二）太沙基课题（一）（一）容许承载力容许承载力的概念的概念 当地基单位面积上所能承受的荷当地基单位面积上所能承受的荷载满足如下两个要求：载满足如下两个要求：1.不超过地基的极限承载力；不超过地基的极限承载力；2.有足够的安全度，并且所引起的变有足够的安全度，并且所引起的变 形不超过建筑物的容许变形。形不超过建筑物的容许变形。地基的容许承载力地基的容许承载力（二）容许承载力的获取（二）容许承载力的获取1.极限承载力除以安全系数（极限承载力除以安全系数（2-3）；）；2.控制地基内极限平衡区的发展范围；控制地基内极限平衡区的发展范围；3.采用某种经验数据。采用某种经验数据。（二）容许承载力的确定方法（二）容许承载力的确定方法 根据塑性区发展理论求容许承载力；根据塑性区发展理论求容许承载力；根据地基规范承载力表确定容许承载力；根据地基规范承载力表确定容许承载力；根据原位测试求容许承载力；根据原位测试求容许承载力；根据地基极限承载力求容许承载力；根据地基极限承载力求容许承载力；
