土力学与基础工程-第二章.ppt

道路与桥梁工,程研究所 土力,学与地基基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,道路与桥梁工程研,究所 土力学,与地基基础,土力学与,地基基础,主讲：吉力此且 工程师,/,全国注册二级建造师,四川科技职业学院,土木与建筑工程,学院,第一章,土的性质及工程分类,1.1,土的组成与形成,1.2,土的物理性质指标,1.3,土的物理状态指标,1.4,土的结构与构造,1.5,土的工程分类,1.6,土,的现场鉴别,1.7,土的击实性,1.8,土的渗透性,土,：,狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆,盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积,物。,广义：土则是将整体岩石也视为土,风化,岩石,地球,颗粒堆积物,地球,搬运、沉积,1,土的形成,1.1,土,的形成与组成,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体,次要作用,1.1,土,的形成与组成,2,土的组成,物理状态,力学特性,粒径级配,矿物成分,颗粒形状,1.1,土,的形成与组成,3,土中的固体颗粒,1.3.1,土的固体颗粒,粒组,土颗粒,巨粒,(200mm),粗粒,(0.075200mm),细粒,(0.075mm),卵石或碎石颗粒,(20200mm),圆砾或角砾颗粒,(220mm),砂,(0.0752mm),粉粒,(0.0050.075mm),粘粒,(5,，,C,c,1,3,1.3.3,土的固体颗粒颗粒级配分析方法,颗粒分析试验,筛分法：,粒径,600.075mm,静水沉降法（沉降分析法）：,粒径,0.075mm,1.3.3,土的固体颗粒筛分法,筛分法,筛析机,10,5.0,2.0,1.0,0.5,0.25,0.1,200g,10,16,18,24,22,38,72,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,小于某粒径之土质量百分数,P,（）,10,5.0,1.0,0.5,0.10,0.05,0.01,0.005,0.001,粒径,(mm),P,%,95,87,78,66,55,36,土的粒径级配累积曲线,筛分法,粒径级配,粒径级配累积曲线及指标的用途,：,1,）,粒组含量用于土的分类定名,；,2,）,不均匀系数,C,u,用于判定土的不均匀程度：,C,u,5,不均匀土,；,C,u,3,或,C,c,1,级配不连续土,4,）,不均匀系数,C,u,和,曲率系数,C,c,用于判定土的级配优劣：,如果,C,u,5,且,C,c,=,1,3,，,级配 良好的土,；,如果,C,u,3,或,C,c,1,级配 不良的土,1.4.1,土中水和气土中水,土中水,-,土中水是土的液体相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的,可塑性,、,压缩性,及其,抗剪性,等，都直接或间接地与其含水量有关。,1.4.1,土中水和气,土中水,自由水,结合水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。,自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。,结晶水,结晶水：土粒矿物内部的水。,2.2.2,土中水和气,强结合水,-,具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。,弱结合水,自由水,-,可以传递静水压力、能溶解盐类。,1.4.2,土中水和气自由水,毛细水：,存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。,重力水：,存在于地下水位以下的透水土层中的水。当存在水头差时将产生流动。,毛细水：,存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。,1.4.3,土中水和气毛细水,毛细管水上升高度的影响因素,孔隙大小和形状,粒径尺寸,水的表面张力,1.4.2,土中水和气毛细水,重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用。,应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计,1.4.3,土中水和气重力水,1.4.4,土中水和气土中气,与大气相通,无影响，易挤出,与大气不相通（空气、水气、天然气）,压力作用下可压缩或融解,封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。,土的物理状态,粗粒土的松密程度,粘性土的软硬程度,土的物理性质指标,(,松,密程度、干湿程度、轻重程度,),力学特性,直接影响,表示,1.2,土的物理性质指标,土的三个组成相的体积和质量上的比例关系,1.2,土的物理性质指标,表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为,土的三相比例指标。,主要指标有：,比重,、,天然密度,、,含水量,（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标,干密度、饱和密度,、,孔隙率、孔隙比,和,饱和度,。,注意：,土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大，承载力越高。,1.2,土的物理性质指标,1.2,土的物理性质指标土粒相对密度,土粒比重（土粒相对密度）,：土粒密度与,4,时纯水的密度之比，一般用,d,s,表示，无量纲。即：,土粒比重决定于土的矿物成分，同一种类的土，其比重变化幅度很小。,试验室内用比重瓶测定。,土的名称,砂土,粉土,粘性土,粉质粘土,粘土,土粒比重,2.65,2.69,2.70,2.71,2.72,2.73,2.74,2.76,1.2,土的物理性质指标天然密度,天然密度,：天然状态下，单位体积土的质量，单位为,g/cm,3,或,t/m,3,，即：,天然密度取决于土粒密度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合反映了土的物质组成与结构特征，其变化范围较大。一般,粘性土,=1.8,2.0g/cm,3,；,砂土,=1.6,2.0g/cm,3,。,天然密度一般用“环刀法”测定。,1.2,土的物理性质指标天然密度,1.2,土的物理性质指标含水量,土的含水量：,土中水的质量与土粒质量之比，一般用,w,表示，以百分数计，即：,含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。,试验室内一般用“烘干法”确定。,1.2,土的物理性质指标含水量,1.2,土的物理性质指标干密度和干容重,干密度,d,（干容重,d,）,定义：单位体积内土粒的质量或重量。,表达式：,1.2,土的物理性质指标饱和密度和饱和容重,饱和密度,sat,（饱和容重,sat,）,定义：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。,表达式：,1.2,土的物理性质指标浮密度和浮容重,定义：,单位体积内土粒质量与同体积水质量之差。,表达式：,浮密度,（,浮容重,）,1.2,土的物理性质指标密度,1.2,土的物理性质指标孔隙比与孔隙率,土的孔隙比,e,：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。即：,土的孔隙率,n,：土中孔隙所占体积与总体积之比，孔隙率用百分数表示。即：,1.2,土的物理性质指标孔隙比和孔隙率,e,是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般,e,1.0,的土是疏松的高压缩性土。一般来说粗粒土的孔隙率大，细粒土的孔隙率小。,1.2,土的物理性质指标饱和度,土的饱和度,S,r,:,土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分率计，即：,砂土湿度状态,稍湿,很湿,饱和,饱和度,S,r,/%,S,r,50,5080,1.2,土的物理性质指标指标换算,例,1,：已知,V,=60cm,3,，,m,=114g,，,d,s,=2.67,，,m,s,=92g,试求,，,d,，,sat,，,w,，,e,，,S,r,例,2,：已知某饱和土样,d,s,=2.73,，,sat,=,1.82g/cm,3,试求,e,例,3,：某填方工程，,V=30000 m,3,，要求压实干密度,d,=,1.7t/m,3,，现有土料天然密度,=,1.64t/m,3,，,含水量,w=15%,。,试求,需要填多少方土？,1.3,土,的物理状态,无粘性土,的土粒之间的联结微弱，因此其工程性质主要与密实度有关；,粘性土,颗粒很细，比表面积大，水对其性质影响较大，因此其工程特性主要取决于稠度。,1.3.1,无粘性土的密实度,无粘性土的密实度指的是,碎石土和砂土,的疏密程度。密实的无粘性土由于,压缩性,小，,抗剪强度,高，,承载力,大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。,密实度的评价方法有三种：,1,、室内测试孔隙比确定,相对密实度,的方法,2,、利用,标准贯入试验,等原位测试方法,3,、,野外观测方法,（用于碎石土）,1.3.1,无粘性土的密实度,相对密实度：,砂土的密实程度并不完全取决于天然孔隙比，而很大程度上取决于土的级配情况，相对密实度同时反映了孔隙比和级配的影响，以,D,r,表示。,最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用“,振击法,”测定。最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用“,松砂器法,”测定。,密 实,中 密,松 散,D,r,0.67,0.33,D,r,0.67,D,r,30,30,N,15,15,N,10,N10,碎石土的密实度,碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密、稍密、松散四种。,1.3.1,无粘性土的密实度野外观测法,1.3.2,粘性土的物理特性,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动,外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状,水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩。,含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂。,体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡。,固态或,半固态,塑态,流态,强结合水,弱结合水,自由水,含水量,w,土颗粒,强结合水,弱结合水,土颗粒,强结合水,土颗粒,自由水,弱结合水,强结合水,1.3.2,粘性土的稠度与界限含水量,粘性土,0,w,s,w,p,w,L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,稠度：,粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。,粘性土的稠度反映土中水的形态,1.3.2,粘性土的稠度与界限含水量,粘性土,0,w,s,w,p,w,L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,粘性土的,界限含水量,：,同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量（,Atterberg 1911,）。,界限含水量的测定方法,：,塑限：搓条法,液限：锥式液限仪（碟式液限仪）。,1.3.2,粘性土的稠度与界限含水量,0,w,s,w,p,w,L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,搓条法 锥式液限仪,1.3.2,粘性土的稠度与界限含水量,可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征,，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，,从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。,塑性指数：,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,I,P,表示。,塑性指数是粘性土的最基本、最重要的物理指标，其大小取决于吸附结合水的能力，即与土中粘粒含量有关，粘粒含量越高，塑性指数越高（粘土矿物成分、水溶液）。,1.3.2,粘性土的塑性指数与液性指数,I,P,粘粒含量,蒙脱石,高岭石,伊利石,蒙脱石,粘粒含量,I,P,I,P,与矿物成分的关系,1.3.2,粘性土的塑性指数与液性指数,1.3.2,粘性土的塑性指数与液性指数,土的名称,粉质粘土,粘土,塑性指数,10,I,P,17,1.3.2,粘性土的塑性指数与液性指数,液性指数：,粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用,I,L,表示。即,液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑状态的土的液性指数在,01,之间；液性指数大于,1,，处于流动状态；液性指数小于,0,，土处于固态或半固体状态。,1.3.2,粘性土的塑性指数与液性指数,状态,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,液性指数,I,L,0,00.25,0.250.75,0.751.0,I,L,1.0,1.3.2,粘性土的天然稠度,1.3.2,粘性土的塑性指数与液性指数,注 意,由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定会发生流动。含水率大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。,天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度 衡量：,式中,q,u,，,q,u,原状、重塑试样的无侧限抗压强度。,1.3.2,粘性土的,灵敏度和触变性,1.3.2,粘性土的灵敏度与触变性,土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后的强度降低就越明显。,根据灵敏度将饱和粘性土分为：,低灵敏,中灵敏,高灵敏,1,S,t,2,2,4,1.3.2,粘性土的灵敏度与触变性,触变性,：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称为触变性。,1.4,土的结构与构造土的结构,土的结构性,土的组成与物理性质并不能完全决定土的性质，土的结构对土的性质具有很大的影响，这种特性称为土的结构性（,土粒的空间相互排列以及土粒之间的联结特征,）。,单粒结构、蜂窝状结构、絮状结构。,1.4,土的结构与构造单粒结构,特点：,土粒间存在点与点的接触，随着它的形成条件的不同，可形成密实的或者疏松的状态。（,碎石土和砂土,）,1.4,土的结构与构造单粒结构,疏松状态：,在荷载作用下，特别是在震动荷载作用下会使土粒移向更稳定的位置而更加密实，同时产生较大的变形。,1.4,土的结构与构造单粒结构,密实状态：,比较稳定，力学性质好，粗砂土如砂土、砾石等土类的结构特征。,单粒结构的松密程度取决于矿物成分、颗粒形状、级配情况。,1.4,土的结构与构造蜂窝结构,土粒下沉过程中，土粒间的分子吸力大于下沉土粒重量形成链环状单元，很多这样的链环状单元联接起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构，蜂窝状结构常在,粉土、粘土类,中遇到。,1.4,土的结构与构造絮状结构,微小的粘粒，重量极轻，靠其自重在水中下沉，极为缓慢，由于土粒间的吸引力形成土粒集合体,团粒而下沉。,主要存在于海积粘土中。,孔隙很大，强度低、压缩性高、对扰动比较敏感，土粒间的联接强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。,1.4,土的结构与构造土的结构,三种结构中密实的,单粒结构,土的工程性质最好，,蜂窝状,为其次，,絮状结构,土工程性质最差。后两种结构土，如果因振动其天然结构被破坏的话，强度很低，压缩性大。因此未经处理不能作为天然地基。,1.4,土的结构与构造土的构造,裂隙、节理构造,粘性土或淤泥质粘性土夹层,层理构造,我国的分类方法至今尚未统一，不同的部门根据各自行业特点建立了各自的分类标准。一般对粗粒土主要按颗粒组成进行分类，粘性土则按塑性指数分类。,目前国内应用于对土进行分类的标准、规程（规范）主要有以下几种：,（,1,）建设部,土的分类标准,（,GBJ145-90,）,（,2,）建设部,建筑地基基础设计规范,（,GBJ7-89,）,（,3,）交通部,公路土工试验规程,（,JTJ051-93,）,（,4,）水利部,土工试验规程,（,SL237-1999,）,1.5,地基土的工程分类,一、岩石,定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。,按,坚固性,分为：硬质岩石、软质岩石。,按岩石,风化程度,分为：微风化、中等风化、强风化。,按,成因,分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。,1.5,地基土的工程分类,二、碎石土,1,、,定义,：粒径,d2mm,的颗粒含量超过全重,50%,的土。,2,、,分类依据,：土的粒组含量及颗粒形状。,3,、,定名,：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。,4,、,工程性质,：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，可挖性与可钻性分为密实、中密、稍密三等。,常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。,1.5,地基土的工程分类,建筑地基基础设计规范,中的碎石土分类,1.5,地基土的工程分类,土的名称,颗粒级配,砾砂,粒径大于,2mm,的颗粒占全重,25-50%,。,粗砂,粒径大于,0.5mm,的颗粒超过全重,50%,。,中砂,粒径大于,0.25mm,的颗粒超过全重,50%,。,细砂,粒径大于,0.075mm,的颗粒超过全重,85%,。,粉砂,粒径大于,0.075mm,的颗粒超过全重,50%,。,1.5,地基土的工程分类,三、砂土,1,、,定义,：粒径,d2mm,的颗粒含量不超过全重的,50%,，且粒径,d0.075mm,的颗粒超过全重,50%,的土。,2,、,密实度,：密实、中密、稍密、松散四状态。,3,、,工程性质,：砾砂、粗砂、中砂一般为良好地基；细砂、粉砂具体分析。,1.5,地基土的工程分类,四、粉土,定义,：粒径,d0.075mm,的颗粒含量不超过全重,50%,，且,I,p,10,的土。,组成,：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。,分类,：根据粒径,d0.005mm,的颗粒含量是否超过全重,10%,，分为粘质粉土、砂质粉土。,密实度,：密实,(e0.75),、中密,(0.75e1,为松散状态，属软弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。,土的名称,粉质粘土,粘土,塑性指数,10,I,P,17,状态,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,液性指数,I,L,0,00.25,0.250.75,0.751.0,I,L,1.0,粘性土,是指粒径小于,0.005mm,的颗粒含量占大多数，塑性指数,I,p,10,。,1.5,地基土的工程分类,特殊性土,(1),淤泥和淤泥质土（软土）,天然含水量大于液限、天然孔隙比大于,1,。,(2),红粘土,碳酸盐类岩石风化残积、坡积而成，天然孔隙比,大于,1,、含水量接近液限。,(3),人工填土,a,、素填土,b,、杂填土,c,、冲填土,(4),黄土,(5),膨胀土,(6),盐渍土,1.5,地基土的工程分类,1.6,土的现场鉴别,在勘探过程中取得的土样，必须及时用肉眼鉴别，初步确定土的名称、颜色、状态、湿度、密度、含有物、工程地质特征等，作为划分土层，进行工程地质分析和评价的依据。,以教材,P25,为准讲解,1.7,土的压实原理,土的压实性,指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度的性质。,土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀性。填土的密实度常以其,干密度,来表示。,在实验室内研究土的压实性是通过,击实试验,进行的。,1.7.1,土的压实原理击实试验,轻型：粒径小于,5,毫米,重型：粒径小于,20,毫米,25,下，分三层击实,56,下，分,5,层击实,1.7,土的压实原理,击实仪,1.7.2,影响击实效果的因素,含水量的影响,击实功能的影响,粗粒含量的影响,土类和级配的影响,含水率的影响,当含水率较小时，土的干密度随着含水率的增加而增大，而当干密度增加到某一值后，含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此时对应的含水率称为,最优含水率,。,1.7.2,影响击实效果的因素,1.7.2,影响击实效果的因素,1,、土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大，最优含水率则逐渐减小。但是这种增大或减小的速率是递减的，因而光靠增加击实功能来提高土的干密度是有一定限度的。,2,、含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则填土遇水后容易引起湿陷。,土类和级配的影响：,同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指数越大，越难于压实；,对于无粘性土，含水率对压实性的影响没有像粘性土那么敏感，其击实曲线与粘性土不同，在含水率较大时得到较高的干密度。因此在无粘性土的实际填筑中同时需要不断洒水使其在较高含水率下压实。无粘性土通常用相对密实度来控制，一般不进行击实试验；,级配良好的土易于压实，反之则不易压实。,1.7.2,影响击实效果的因素,1.7.3,砂土液化,液化,：任何物质转化为液体的行为或过程。就无粘性土而言，这种由固体状态变为液体状态的转化是由于孔隙水压力增大和有效应力减小的过程。（美国土木工程协会岩土工程分部土动力学委员会）,1.8,土的渗透性,渗透：,土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象称为,水的渗透,，而土被水流透过的性质，称为,土的渗透性,。,(a),(b),图 不同渗流方向对土的影响,(a),向下渗流时,(b),向上渗流时,1.8,土的渗透性,水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。,土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。,由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢 层流,水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比,1.8.1,土的渗透定理达西定律,v,渗透速度（,cm/s,或,m/s,）；,q,渗流量（,cm,3,/s,后,m,3,/s,）；,i,水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次；,h,试样两端的水位差，即水头损失；,L,渗径长度；,k,渗透系数（,cm/s,或,m/s,m/d,）；,F,试样截面积（,cm,2,或者,m,2,）。,1.8.1,土的渗透定理达西定律,砂土,的渗透速度与水力梯度呈线性关系，符合达西渗透定律。,1.8.1,土的渗透定理达西定律,对于,密实的粘土,，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。这一开始发生渗透时的水力梯度成为,粘性土的起始水力梯度,i,0,1.8.1,土的渗透定理达西定律,i,v,o,i,0,在,粗粒土,中（砾、卵石等），只有在小的水力梯度下，渗透速度与水力梯度才呈非线性关系，而在较大的水力梯度下，水在土中流动进入紊流状态，渗透速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律同样不能适用。,1.8.1,土的渗透定理达西定律,i,v,o,v,cr,注 意,按照达西定律求出的渗透速度是一种假想的平均流速，它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的。,实际上，水在土体中的实际流速要比用达西定律求出的流速要大得多。他们之间的关系为,渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指标。渗透系数的测定可以分为,现场试验,和,室内试验,两大类。一般，现场试验比室内试验得到的结果要准确可靠。因此，对于重要工程常需进行现场测定。,常水头试验：,适用于透水性强的无粘性土。,变水头试验：,适用于透水性弱的粘性土。,1.8.2,土的渗透系数,常水头法就是在整个试验过程中，水头保持不变。,用量筒和秒表测出某一时刻,t,内流经试样的水量,Q,，即可求出流过土体的流量，再根据达西定律求解,k,1.8.2,土的渗透系数常水头法,粘性土，渗透系数小，流经水量少。,1.8.2,土的渗透系数变水头法,设玻璃管的内截面积为,a,，试验开始以后任一时刻,t,的水位差为,h,，经时段,dt,，细玻璃管中水位下落,dh,，则在时段,dt,内流经试样的水量,1.8.2,土的渗透系数变水头法,1.8.2,土的渗透系数变水头法,1.8.2,土的渗透系数,现场抽水试验,1.8.2,土的渗透系数,现场抽水试验,土的渗透系数参考值,土类,渗透系数,k,(cm/s),渗透性,卵石、碎石、砾石,10,-1,高渗透性,砂,10,-3,10,-1,中渗透性,粉土,10,-4,10,-3,低渗透性,粉质粘土,10,-6,10,-5,极低渗透性,粘土,10,-7,几乎不透水,1.8.3,土渗透性的影响因素,土的粒度成分及矿物成分,结合水膜厚度,土的结构构造,水的粘滞度,土中气体,水在土中流动,能量消耗,力图拖曳土粒,水头损失,渗透水流施于单位土体内土粒上的力称为,渗流力、动水压力。,1.8.4,渗流力与渗流稳定性分析渗流力,1,点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利；,2,点，,3,点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利；,4,点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利。,1.8.4,渗流力与渗流稳定性分析渗流力,渗流力方向与渗透方向相同，大小取决于水力梯度。即,1.8.4,渗流力与渗流稳定性分析渗流力,当渗流力和土的有效重度相同且方向相反时，土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定。这种现象称为,流土,，此时的水头梯度成为,临界水头梯度,i,cr,。,1.8.4,渗流力与渗流稳定性分析临界水头梯度,如图所示，土样受到渗流作用。已知土样高度为,0.4m,，土样的饱和容重为,20kN/m,3,。,(1),计算作用在土样上的动水压力及其方向；,(2),若土样发生流沙现象，其水头差,h,应是多少？,例题分析,逸出梯度与渗透稳定,流土一般发生在渗流逸出处。因此只要求出渗流逸出处的水力梯度，就可判别流土的可能性。,土处于稳定状态,土处于临界状态,土处于流土状态,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析渗流变形,渗流,土体内部应力状态变化,土体的局部稳定问题,土体的整体稳定问题,管涌、流土等,水库塌岸岸坡、,土坝在水位,降落时引起的滑动,管涌,指在渗流作用下土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。主要发生在砂砾土中。,流土,是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析渗流变形,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析流土,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析流土,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析管涌,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析管涌,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析管涌,反滤倒渗,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析管涌的治理,反滤围井,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析管涌的治理,1.8.5,渗流力与渗流稳定性分析管涌的治理,蓄水反压,冻胀现象及其对工程的危害,冻土：在冰冻季节因大气负温影响，使土中,水分冻结成为冻土。,季节性冻土,：冬季冻结，夏季全部融化。,隔年冻土,：冬季冻结，一两年内不融化的冻土。,多年冻土,：冻结状态持续三年或三年以上。,1.8.6,土中水和气土的冻胀性,冻土现象,：在冻土地区，随着,冻结,和,融化,会发生特殊的现象，称为冻土现象。,冻胀现象,：粘性土层在冻结时，往往会发生土层体积膨胀，使地面隆起成丘，称为冻胀现象。,冻融现象,：土层解冻融化后，由于土中含水量增加，且地基细粒土排水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度大大降低，称为冻融现象。,1.8.6,土中水和气土的冻胀性,冻胀机理：,影响因素：,土的因素,：粉质亚粘土，粉质亚砂土，粘土。,水的因素,：开敞性冻胀，封闭性冻胀。,温度的因素,：气温下降速度。,在持续负温作用下地下水位较高的处的粉砂、粉土、亚粘土、轻亚粘土等土层中具有较大的冻胀现象。,1.8.6,土中水和气土的冻胀性,