范文一:饱和土的有效应力
饱和土的有效应力
陈津民
() 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室 ,成都 610059
太沙基 [美 ] 1925年提出有效应力原理 :决定土 , 称为有效应 一部分是由土颗粒间的接触面积承担
力 ”。从字面上看 , 接触面承担的应该是接触应力 。 σσ变形和强度的是总应力 中的有效应力 ′,而和总 σ后面又说 :“A/A ———土颗粒间的接触应力在截面 s s σ应力 中的水压强 u 无关 ,有效应力的计算公式 积 A 上的平均应力 , 定义为土的有效应力 , 通常用 ( )σ σ1 =- u ′σ′表示 ”。显然 , 前后的定义并不相同 , 若以后者为
对于有效应力原理只有定性的论证 ,国外由太 σσ准 , 各接触点的 大小和方向都不相同 , 请问 取 s s
哪一点的值 ? 固体力学中也没有应力的平均应力之 沙基本人开始 ,国内如文献 [ 1 ]。甲 、乙两筒底部有
厚度相等的砂 ,受到相等的压力 ,只是甲筒的压力是
ΔΔPP通过钢球施加 , 即为 有 效应 力 , 乙筒 是通 过 水施 加 , 因为一点的应力 σ = lim , 而就是平均应说 ΔA ?0 ΔA ΔA 的 ,即只有水压强 。如果能观察到甲筒的砂有变形 , n 而乙筒的砂无变形 ,则可定性的证明有效应力原理 。 σ Σσ力 。另外 ,就是测试应力时有平均应力 =/ n, n i 1 但由于量筒的高度有限 ,砂受到的压力很小 ,而且砂 为测试次数 。更为严重的是文献 [ 2 ]说 σ 很大 , A s / s 的厚度也很小 ,所以根本观察不到甲筒砂的变形 ,因 A 很小 , 这样其积 σ A s /A 属于数学上的不定型 , 怎 s 此定性论证有效应力原理是失败的 。 么能定义有效应力 ? 定量论证有效应力计算公式估计始于毕肖普和 本文将对有效应力作明确定义 ,并论证如下 :
( ) 伊尔定 1950 年 ,国内定量论证的版本虽然很多 , 由于上端面只考虑总应力 ,无须区分水面积 A v但都大同小异 。我所见过的土力学书中 ,完全正确 和骨架面积 A s, 因此可取切割部分土颗粒的平截面的一本也没有 。它们存在三方面问题 : 、。为了避免文 τ AA ,其面积为 A , 作用有总应力 σy x y
( ) 1 在求有效应力时取平截面 ,如文献 [ 2 ] : 献 [ 2 ]那样应力的平均应力等错误概念 , 把求接触 “假定该截面沿着土颗粒间的接触面截取的 ”。如 应力 σ 改为求土颗粒间的接触力 p, 各接触点的 p s 文献 [ 3 ]所 说 :“这 个 水 平 面 穿 过 许 多 矿 物 颗 粒 的大小和方向都不相同 。为了求 p, 必须把 p 暴露
”。文献 [ 3 ]的这个水平面就是平截面 ,平截面 出来 , 即和文献 [ 3 ]那样取一波浪状曲面 aa ,其面积 切割土颗粒后 ,土骨架所占的面积 A s不会很小; )为 A ′,如图 1 a所示 。
( ) σ2 为了要求土颗粒间的接触应力 , 只有 s
取一个靠近平截面的曲面 , 满足曲面沿着土颗粒间
的接触面而不切割土颗粒 , 这样就有 条件 设 A s 很
小 。但文献 [ 3 ]又有 :“为 了 表 示 出 接 触 面 上 的 应
力 , 需要用一个穿过颗粒接触面的波浪状的面 因为
土颗粒的直径很小 , 这个面实际上也可以视为 一个
水平面 ”。文献 [ 3 ]认为由于土颗粒的直径很 小 ,
图 1 所以曲面积近似等于平截面积 。这个理由显然 不
成立 , 因为颗粒小 , 波浪起伏是小 , 但同时起伏的 频根据研究 ,土颗粒间接触面积之和 A s很小 , 通 率却很大 , 曲面面积始终比平截面积大 ; 常 A s /A < 0.="" 03,="" 相对于="" a="" 或="" a="" ′可略去不计="" ,="" 这样="" ,="" 整="" (="" )="" σ3="" 文献="" [="" 3="" ]把法向接触应力="" 当作轴向应="" s="" 个曲面="" aa="" 被水占据="" ,="" 曲面上有水之间的作用力="" ———="" 力="" ,="" 实际上接触面的法向并不是轴向="" 。这类书还得="" 水压强="" u,="" 在土颗粒接触点有固体之间的作用力="" p,σσ到有效应力="" ′="A/A" ,="" 这实际上无法准确定义有="" s="" s="" 将="" p分解为轴向分量="" p="" 和横向分量="" p="" ,="" 并求出合力="" τ="" n="" 效应力="" 。文献="" [="" 2="" ]:“="" 称为总应力="" 。这一应力的="">
〔收稿日期 〕 2005 - 12 - 14
21
岩土论坛 G EO TEC HN ICAL EN G IN EER NI G W O RLD VOL. 9 No. 11
ΣΣP=p, P=P。我们再来求水压强的合力 , 先 n n τ τP nσ σ ′= - u = y y A 在曲 面 上 取 微 面 积 dA′ , 微 压 力 为 u dA′ , 根 据 图( )5 P τα) 1 b,其轴向微压力为 u cos dA ′= u dA , 整个曲面上 τ τ xy ′= = xy A 的轴向力
显然 ,有效应力中的力是固体接触力 ,截面积是 αF= u co sdA ′= u dA n A?′ A? 土的 ,而不是土骨架的 ,因此有效应力和渗流速度一 由于土颗粒很小 ,曲面起伏很小 ,可设曲面上的 样是虚拟物理量 。
水压强 u 为常量 ,即 我们在论证有效应力时 , aa 曲面上只有水之间
( )F= uA2 n 的作用力和固体颗粒之间的作用力 ,丝毫没有牵涉 ( )2 式说明 ,不是因为颗粒小 ,曲面面积 A ′等于 到水和固体颗粒之间的作用力 ,而浮力和渗透力都
平截面面积 A , 而是求 F时只需 A ′的投影面积 A。 n 是水和固体颗粒之间的作用力 ,因此有效应力和浮
而水压强的横向合力 F, 由于半波的投影面积正负 τ力 、渗透力无直接关系 。只要太沙基的有效应力原
抵消 , 可近以假设 F= 0。 τ 理不推翻 ,对于土的变形和强度 ,不要画蛇添足地去
按照轴向的平衡有考虑渗透力 。
σA = uA + P ( )y n3 如果固体颗粒之间的接触面积 A s不是很小 , 则横向平衡有 ( ) 5 式中的 u 要乘上一个小于 1的修正系数 。
( )4 参 考 文 献 τA = P xy τ
现在定义有效应力 :由 aa 曲面求出固体颗粒接 [ 1 ] 陈希哲. 土力学地基基础. 北京 :清华大学出版社 , 1998: 62. 张成刚 ,等. 土力学原理. 北京 :交通大学出版社 , 2004: 122. 触力合力 P、P, 除 以 土 截 面 积 A 即 得 有 效 应 力 。 n τ[ 2 ] 龚晓南. 高等土力学. 浙江 :浙 江大学出版社 , 1996: 51. ( ) ( )根据 3 、4 式有 [ 3 ]
() 欢迎订阅 2007年《探矿工程 岩土钻掘工程 》月刊
全国优秀科技期刊 全国探矿工程核心期刊 中国期刊方阵期刊 中国科技论文统计源 期
( )() 刊 中国学术期刊综合评价数据库 CAJCED 统计源期刊 中国学术期刊 光盘版 、中国 期
刊网 、万方数据系统科技期刊群全文收录期刊
《探矿工程 》杂志创刊于 1957年 ,由时任中国科学院院长的郭沫若先生亲笔题写刊名 。随着探矿工程队伍逐渐 进入岩土工程施工市场 ,《探矿工程 》杂志所刊登的内容也逐渐转变为以岩土钻掘工程为主 ,刊名也变更为《探矿工程 () 岩土钻掘工程 》。
() 目前 《,探矿工程 岩土钻掘工程 》杂志由国土资源部主管 ,中国地质调查局主办 ,中国地质科学院勘探技术研究所 承办 ,中国地质学会探矿工程专业委员会等多家单位协办 ,地质出版社出版 ,大 16开本 , 80页码 ,精美彩印塑膜封面 。
() 主要栏目 :岩土工程 桩墙基础 ,基坑支护 ,锚固与注浆 ,工程勘察 ,基桩检测等 /非开挖工程 /地质灾害治理与环境
() 保护工程 /钻掘设备与器具 /钻探工程 /钻井工程 油气 、盐田 、煤层气 、地热井 、水井 、对接井等 /金刚石与磨料磨具工 程 /科学钻探 /隧道与爆破工程 /管理与安全工程 /国外新知 /国内外专利介绍 /建设工程信息 /信息与动态 /专业新书介绍
读者对象 :探矿工程及岩土钻掘工程领域的科研 、生产 、施工 、教学 、管理部门的广大技术人员 、管理人员 、在校学 生等 。
国际刊号 ISSN 1672 - 7428 , 国内刊号 CN 11 - 5063 / TD , 邮发代号 2 - 333 , 2007年每期订价仍为 6. 5元 ,全年 12 期 78元 。可在当地邮局订阅 ,也可汇款至编辑部订阅 。
() 地 址 :北京市阜外百万庄 26号 邮 编 : 100037 联系人 :张 进 电 话 兼传真 : 010 - 68320471
E - m a il: tkgc@ ch ina journa l. n e t. cn zhan g j in @ cn ie t. com
H ttp: tkgc. ch ina journa l. n e t. cn www. ch ina in fo. gov. cn / per iod ica l
22
范文二:土的组成
土力学第1章 土的组成
一、填空题
1. 若某土样的颗粒级配曲线较缓,则不均匀系数数值较 ,其夯实后密实度
较 。
2. 级配良好的砂土是指不均匀系数≥ 且曲率系数为 的土。
3. 利用 曲线可确定不均匀系数Cu ;为了获得较大密实度,应选择Cu 值较 的土作为填方工程的土料。
4. 能传递静水压力的土中水是 水和 水。
5. 影响压实效果的土中气是与大气 的气体,对工程性质影响不大的土中气是与
大气 的气体。
6. 对于粒径小于0.075mm 的颗粒分析应采用 法,对于粒径大于0.075mm 的
颗粒分析应采用 法。
7. 粘性土越坚硬,其液性指数数值越 ,粘性土的粘粒含量越高,其塑性指数数值
越 。
8. 小于某粒径土的质量占土总质量10%的粒径,称为 粒径,小于某粒径土的
质量占土总质量60%的粒径,称为 粒径。
二、名词解释
1. 土的结构 2.土的构造 3.结合水 4.强结合水 5.颗粒级配
三、单项选择题
1. 对工程会产生不利影响的土的构造为:
(A ) 层理构造
(B ) 结核构造
(C ) 层面构造
(D ) 裂隙构造
您的选项( )
2. 土的结构为絮状结构的是:
(A ) 粉粒
(B ) 碎石
(C ) 粘粒
(D ) 砂粒
您的选项( )
3. 土粒均匀,级配不良的砂土应满足的条件是(C U 为不均匀系数,C C 为曲率系数):
(A ) C U <>
(B ) C U >10
(C ) C U > 5 且C C = 1へ3
(D ) C U < 5="" 且c="" c="">
您的选项( )
4. 不能传递静水压力的土中水是:
(A ) 毛细水
(B ) 自由水
(C ) 重力水
(D ) 结合水
您的选项( )
第2章 土的物理性质及工程分类
一、填空题
1. 处于半固态的粘性土,其界限含水量分别是 、 。
2. 根据塑性指数,粘性土被分为 土及 土。
3. 淤泥是指孔隙比大于 且天然含水量大于 的土。
4. 无粘性土根据土的 进行工程分类,碎石土是指粒径大于2mm 的颗粒超过总质
量 的土。
5. 冻胀融陷现象在 性冻土中易发生,其主要原因是土中水分向冻结区
的结果。
6. 粘性土的灵敏度越高,受后其强度降低就越 ,所以在施工中应注意保护基槽,尽
量减少对坑底土的 扰动。
7. 通常可以通过砂土的 密实度或标准贯入锤击试验的 判定无粘性土
的密实程度。
二、名词解释
1. 液性指数 2.可塑状态 3.相对密实度 4.土的湿陷性 5.土的天然稠度 6.触
变性
三、单项选择题
1. 下列土中,最容易发生冻胀融陷现象的季节性冻土是:
(A ) 碎石土
(B ) 砂土
(C ) 粉土
(D ) 粘土
您的选项( )
2. 当粘性土含水量减小,土体积不再减小,土样所处的状态是:
(A ) 固体状态
(B ) 可塑状态
(C ) 流动状态
(D ) 半固体状态
您的选项( )
3. 同一土样的饱和重度γsat 、干重度γd 、天然重度γ、有效重度γ′大小存在的关系是:
(A ) γsat > γd > γ > γ′
(B ) γsat > γ > γd > γ′
(C ) γsat > γ > γ′> γd
(D ) γsat > γ′> γ > γd
您的选项( )
4. 已知某砂土的最大、最小孔隙比分别为0.7、0.3,若天然孔隙比为0.5,该砂土的相对密
实度Dr 为:
(A ) 4.0
(B ) 0.75
(C ) 0.25
(D ) 0.5
您的选项( )
5. 判别粘性土软硬状态的指标是:
(A ) 液限
(C ) 塑性指数
(D ) 液性指数
您的选项( )
6亲水性最弱的粘土矿物是:
(A ) 蒙脱石
(B ) 伊利石
(C ) 高岭石
(D ) 方解石
您的选项( )
7. 土的三相比例指标中需通过实验直接测定的指标为:
(A ) 含水量、孔隙比、饱和度
(B ) 密度、含水量、孔隙率
(C ) 土粒比重、含水量、密度
(D ) 密度、含水量、孔隙比
您的选项( )
8. 细粒土进行工程分类的依据是:
(A ) 塑限
(B ) 液限
(C ) 粒度成分
(D ) 塑性指数
您的选项( )
9. 下列指标中,哪一指标数值越大,密实度越小。
(A ) 孔隙比
(B ) 相对密实度
(C ) 轻便贯入锤击数
(D ) 标准贯入锤击数
您的选项( )
10. 土的含水量w 是指:
(A ) 土中水的质量与土的质量之比
(B ) 土中水的质量与土粒质量之比
(C ) 土中水的体积与土粒体积之比
(D ) 土中水的体积与土的体积之比 您的选项( )
11. 土的饱和度S r 是指:
(A ) 土中水的体积与土粒体积之比
(B ) 土中水的体积与土的体积之比
(C ) 土中水的体积与气体体积之比
(D ) 土中水的体积与孔隙体积之比 您的选项( )
12. 粘性土由半固态转入可塑状态的界限含水量被称为:
(B ) 塑限
(C ) 液限
(D ) 塑性指数
您的选项( )
13. 某粘性土样的天然含水量w 为20%,液限w L 为35%,塑限w P 为15%,其液性指数I L 为:
(A ) 0.25
(B ) 0.75
(C ) 4.0
(D ) 1.33 您的选项( )
14. 根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)(下列习题中简称为规范GB50007)进
行土的工程分类,砂土为:
(A ) 粒径大于2mm 的颗粒含量>全重的50%的土。
(B ) 粒径大于0.075mm 的颗粒含量≤全重的50%的土。
(C ) 粒径大于2mm 的颗粒含量≤全重的50%、粒径大于0.075mm 的颗粒含量>全
重的50%的土。
(D ) 粒径大于0.5mm 的颗粒含量≤全重的50%、粒径大于0.075mm 的颗粒含量>
全重的50%的土。
您的选项( )
15. 根据规范GB50007进行土的工程分类,粘土是指:
(A ) 粒径小于0.05mm 的土
(B ) 粒径小于0.005mm 的土
(C ) 塑性指数大于10的土
(D ) 塑性指数大于17的土 您的选项( )
16. 某土样的天然重度 =18 kN/m3,含水量w=20%,土粒比重d s =2.7,则土的干密度ρd 为 :
3(A ) 15 kN/m
(B ) 1.5g/m
(C ) 1.5g/cm
(D ) 1.5t/cm 333
您的选项( )
17. 受水浸湿后,土的结构迅速破坏,强度迅速降低的土是:
(A ) 冻土
(B ) 膨胀土
(C ) 红粘土
(D ) 湿陷性黄土
您的选项( )
第3章 土的渗透性和渗流
一、填空题
1. 当渗流方向 ,且水头梯度大于 水头梯度时,会发生流砂现象。
2. 渗透系数的数值等于水力梯度为1时,地下水的渗透 ,颗粒越粗的土,渗
透系数数值越 。
二、名词解释
1. 渗流力 2.流砂 3.水力梯度 4.临界水力梯度
三、简答题
1. 影响渗透系数大小的主要因素有哪些?
2. 流砂现象防治的方法有哪些?
3. 管涌发生的条件是什么?防治措施有哪些?
四、单项选择题
1. 流砂产生的条件为:
(A ) 渗流由上而下,动水力小于土的有效重度
(B ) 渗流由上而下,动水力大于土的有效重度
(C ) 渗流由下而上,动水力小于土的有效重度
(D ) 渗流由下而上,动水力大于土的有效重度
您的选项( )
2. 流砂发生的土层为:
(A ) 颗粒级配均匀的饱和砂土
(B ) 颗粒级配不均匀的饱和砂土
(C ) 颗粒级配均匀的不饱和砂土
(D ) 颗粒级配不均匀的不饱和砂土
您的选项( )
33. 饱和重度为20kN/m的砂土,在临界水头梯度I Cr 时,动水力G D 大小为:
3(A ) 1 kN/m
3(B ) 2 kN/m
3(C ) 10 kN/m
3(D ) 20 kN/m
您的选项( )
第4章 土中应力
一、填空题
1. 由土筑成的梯形断面路堤,因自重引起的基底压力分布图形是 形,桥梁墩台
等刚性基础在中心荷载作用下,基底的沉降是 的。
2. 地基中附加应力分布随深度增加呈 减小,同一深度处,在基底 点下,
附加应力最大。
3. 单向偏心荷载作用下的矩形基础,当偏心距e > l /6时,基底与地基局部 ,
产生应力 。
4. 超量开采地下水会造成 下降,其直接后果是导致地面 。
5. 在地基中同一深度处,水平向自重应力数值 于竖向自重应力,随着深度增大,水平
向自重应力数值 。
6. 在地基中,矩形荷载所引起的附加应力,其影响深度比相同宽度的条形基础 ,比相
同宽度的方形基础 。
7. 上层坚硬、下层软弱的双层地基,在荷载作用下,将发生应力 现象,反
之,将发生应力 现象。
二、名词解释
1. 基底附加应力 2.自重应力 3.基底压力 4.地基主要受力层
三、简答题
1. 地基附加应力分布规律有哪些?
四、单项选择题
1. 成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为 :
(A ) 折线减小
(B ) 折线增大
(C ) 斜线减小
(D ) 斜线增大
您的选项( )
2. 宽度均为b ,基底附加应力均为p 0的基础,同一深度处,附加应力数值最大的是:
(A ) 方形基础
(B ) 矩形基础
(C ) 条形基础
(D ) 圆形基础(b 为直径)
您的选项( )
3. 可按平面问题求解地基中附加应力的基础是:
(A ) 柱下独立基础
(B ) 墙下条形基础
(C ) 片筏基础
(D ) 箱形基础
您的选项( )
4. 基底附加应力p 0作用下,地基中附加应力随深度Z 增大而减小,Z 的起算点为:
(A ) 基础底面
(B ) 天然地面
(C ) 室内设计地面
(D ) 室外设计地面
您的选项( )
5. 土中自重应力起算点位置为:
(A ) 基础底面
(B ) 天然地面
(C ) 室内设计地面
(D ) 室外设计地面
您的选项( )
6. 地下水位下降,土中有效自重应力发生的变化是:
(A ) 原水位以上不变,原水位以下增大
(B ) 原水位以上不变,原水位以下减小
(C ) 变动后水位以上不变,变动后水位以下减小
(D ) 变动后水位以上不变,变动后水位以下增大
您的选项( )
7. 深度相同时,随着离基础中心点距离的增大,地基中竖向附加应力:
(A ) 斜线增大
(B ) 斜线减小
(C ) 曲线增大
(D ) 曲线减小
您的选项( )
8. 单向偏心的矩形基础,当偏心距e < l="" (l="">
图简化为:
(A ) 矩形
(B ) 梯形
(C ) 三角形
(D ) 抛物线形
您的选项( )
9. 宽度为3m 的条形基础,作用在基础底面的竖向荷载N =1000kN/m ,偏心距e =0.7m ,基
底最大压应力为:
(A ) 800 kPa
(B ) 417 kPa
(C ) 833 kPa
(D ) 400 kPa
您的选项( )
10. 埋深为d 的浅基础,基底压应力p 与基底附加应力p 0大小存在的关系为:
(A ) p <>
(B ) p = p0
(C ) p = 2p0
(D ) p > p0
您的选项( )
11. 矩形面积上作用三角形分布荷载时,地基中竖向附加应力系数K t 是l /b、z/b的函数,b
指的是:
(A ) 矩形的长边
(B ) 矩形的短边
(C ) 矩形的短边与长边的平均值
(D ) 三角形分布荷载方向基础底面的边长
您的选项( )
3312. 某砂土地基,天然重度γ=18 kN/m,饱和重度γsat =20 kN/m,地下水位距地表2m ,地表
下深度为4m 处的竖向自重应力为:
(A ) 56kPa
(B ) 76kPa
(C ) 72kPa
(D ) 80kPa
您的选项( )
13. 均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数当l /b=1、Z/b=1时,K C =0.1752;当l /b=1、
Z/b=2时,K C =0.084。若基底附加应力p 0=100kPa ,基底边长l =b =2m ,基底中心点下Z
=2m 处的竖向附加应力为:
(A ) 8.4kPa
(B ) 17.52kPa
(C ) 33.6kPa
(D ) 70.08kPa
您的选项( )
14. 某中心受压条形基础,宽2m ,埋深1m ,室内外高差0.6m ,埋深范围内土的重度 =17 kN/m,
若上部结构传来荷载F =400kN/m,基底附加应力p 0为:
(A ) 203.9kPa
(B ) 205.1kPa
(C ) 209kPa
(D ) 215kPa
您的选项( )
第5章 土的压缩性
一、填空题
1. 压缩系数a 1-2数值越大,土的压缩性越 ,a 1-2≥ 的土为高压缩
性土。
2. 考虑土层的应力历史,填方路段的地基土的超固结比比1 ,挖方路段的地基土超
固结比比1 。
3. 压缩系数越小,土的压缩性越 ,压缩模量越小,土的压缩性越 。
4. 土的压缩模量是土在 条件下应力与应变的比值,土的变形模量是土在 条件下应力与应变的比值。
二、名词解释
1. 土的压缩性 2.先期固结压力 3.超固结比 4.欠固结土
三、单项选择题
1. 在下列压缩性指标中,数值越大,压缩性越小的指标是:
(A ) 压缩系数
(B ) 压缩指数
(C ) 压缩模量
(D ) 孔隙比
您的选项( )
2. 两个性质相同的土样,现场载荷试验得到变形模量E 0和室内压缩试验得到压缩模量E S 之
间存在的相对关系是:
(A ) E 0=ES
(B ) E 0>E S
(C ) E 0≥E S
(D ) E 0p1
(B ) pC w 乙>w 丙,则三个土样的压缩性大小满足的关系为:
(A ) 甲>乙>丙
(B ) 甲=乙=丙
(C ) 甲 5 , 但 C c 不 在1~3之间,因此不 能同时满足两个条 件,属级配不良的土。
结晶水: 矿物内部的水 结合水 : 吸附在土颗粒表面的水 自由水 : 电场引力作用范围之外的水 土中冰:
29
由自由水冻成,冻胀融陷
30
(2).土中水的分类 强结合水:(强束缚水或吸着水) 结合水 紧附于矿物颗粒表面。 弱结合水 :是在强结合水外围形成 的一层结合水膜。 重力水:重力水可以在土孔隙中 自由流动 自由水 毛细水:受到水和空气交界面处表面张 力的作用,存在于地下水位以上的透水 层中自由水
31
结合水
强结合水 ? ? ? ? ? 发 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的的特性 温度高于100°C时可蒸 弱结合水 ? ? ? ? 位于强结合水之外,电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动,有粘滞性
32
重力水
在重力作用下可在土中自由流动
自由水
? 毛细水 ? 存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动
34
仁者乐山 智者乐水
毛细水
分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多 形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管
水蜘 蛛
内压 > 外压
收缩 膜
? 上升高度:
毛细水上升的高度和速度取 决于土的孔隙、有效粒径、 土孔隙中吸附的空气和水的 性质等
仰泳 的 水蜘 蛛
界面张力σ
液体 1 σ
毛细升高与 孔径成反比
土中毛细现象
粘土 粉土 砂土 砾石
35
生活在水面收缩膜 顶面和地面的昆虫
液体2
界面张力
(3). 土中气 自由气体:与大气连通,对土的性质影响不大
在粗粒土中常可见与大气相连通的空气,在受力时,气体能很 快从孔隙中逸出,一般不影响土的性质。
小结 土有三个组成部分:固相、液相和气相 1. 固体颗粒
矿物成分 颗粒级配
结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水)
封闭气体:增加土的弹性;阻塞渗流通道
在细粒土中,常存在与大气不相连通的封闭气泡,在土体受 压时,气体体积缩小,卸荷后体积又恢复,这使土的弹性变 形增大而透水性减小。
2. 土中水
3. 土中气体
自由气体 封闭气体
38
37
仁者乐山 智者乐水
1.4 土的结构和构造 (1).土的结构 1)概念
补充土粒间 的相互作用
? 原状土和重 塑土的强度 ? 沉积或碾压 土的各向异 性 …
土颗粒或粒团的空间 排列和相互联结
土的结构是指土粒单元相互排列的特征和粒间 的联结能力。它与土的矿物成分、颗粒形态和沉积 条件有关。
土的结 构
土体 的性质
2)分类
一般土的结构可归纳为三种基本类型。
? 土粒间的作用力 ? 粗粒土的结构 ? 细粒土的结构 ? 粘性土的结构性指 标
土 的 结 构
39
仁者乐山 智者乐水
仁者乐山 智者乐水
土中细颗粒,比表面积大,重量轻,重力不起重
粒间作用力:重力 起决定性的作用。 在非饱和土中,还 受到毛细力的作用 排列形式:点与点 点与面
单粒结构示意 图
要的作用,其他粒间力起主导作用: 范德华力:接触点处的分子引力,作用范围 为几个分子的距离,是细粒土粘结在一起的 主因 库仑力:颗粒表面的静电引力或斥力,随距 离衰减的速度比范德华力慢 胶结力:土粒间通过胶体连结在一起,作用 力是化合键,具有较高的强度 毛细力:土中毛细作用形成的力
粗粒土的结构
细土颗粒间的作用力
仁者乐山 智者乐水
示意图
分散结构
? 形成环境 淡水中沉积
凝聚结 构
海水中沉积
(a)单粒结构
(b)蜂窝结构
(c)絮状结构
表面力、胶结力 表面力、胶结力 ? 粒间作用力 (粒间斥力占优势) (斥力减小引力增加) ? 排列形式 面与面 边、角与面 边、角与边
a)单粒结构 单粒结构是砂、砾等粗粒土常呈现的结构特征。 b)蜂窝结构 蜂窝结构是粉土常呈现的结构特征。 c)絮状结构 絮状结构是细小的粘粒(粒径小于0.005mm) 或胶粒常呈现的结构特征。
44
天然通常不是单一结构,可能是呈多种类型 的综合结构。往往先形成团粒
细粒土的结构
粘性土的微观结构
浙江软土的微观结构特征
上海软土结构的微观特征
图4—5
天津软土的微观结构特征 上海软土风干样微观结构特征
45
不同土水比条件下各土样扫描电镜照片
46
水泥为10%, 15%, 20%的 SEM照片 添加水泥后出现的结晶体
添加石灰后出现的结晶体
47
48
※细粒土的结构 ※粗粒土的结构
? 示意图 ? 示意图 单粒结构 片堆结构 (絮状结构) ? 形成环境 ? 粒间作用力 ? 排列形式 ? 矿物成分 淡水中沉积 片架结构 (蜂窝结构) 海水中沉积
? 粒间作用力 ? 排列形式 ? 矿物成分
重力,毛细力 点与点、点与面 原生矿物
表面力、胶结力 表面力、胶结力 (粒间斥力占优势) (斥力减小引力增加) 面与面 次生矿物 边、角与面 次生矿物
天然条件下,可能是多种组合,或者由一种结构过渡向另一种结构。
49 50
§1.4 土的结构
仁者乐山 智者乐水
土的结构
土颗粒或粒团的 空间排列和相互联 结 细粒土的结构
1.4 土的结构和构造
(2).土的构造 1)概念
土的构造是指土层在空间的赋存状态,表征土的层 理、裂隙及大孔隙等宏观特征。
粗粒土的结构 单粒结构
分散结构 凝聚结 构 粒间力起 主导作用 粘性土的 结构性指 标
2)土的构造主要特征
a)成层性:即层理构造。 b)裂隙性: 裂隙破坏土的整体性。沿裂隙面的抗剪强度很低,渗 透性很高,浸水以后裂隙张开,严重破坏土的结构,使 土的强度降低,这对工程建设是不利的。
52
重力起主导作用
小
结
范文五:土的组成
1. 场地平整: 在地面上挖填,使建筑场地平整为符合设计标高要求的平面,这类土方工程施工面积大,土方工程量大,应采用机械化或半机械化的施工方法。如图1-1-1、图1-1-2所示。
2. 基坑(槽)、管沟施工 :在地面以下开挖条形基础的基槽,地下管道的沟槽以及独立柱基础的基坑。这类土方工程目前多采用人工挖土,劳动量大而繁重,应尽量采用中小型土方机械,以提高劳动生产率,降低工程成本。如图1-1-3、图1-1-4所示。
3. 地下大型挖方工程:在地面以下开挖较大的设备基础、地下室以及卸煤坑等土方。这类土方工程应尽量采用半机械化(图1-1-5)、机械化的施工方法(图1-1-6)。根据开挖深度及平面尺寸,以及机械上下的难易程度,选择合适的土方机械并制订施工方案,确定机械在地面上作业或在坑下作业。
4. 路基或基坑填筑:在地面以上填筑路基、堤坝等构筑物,一般采用机械化施工方法。或在地面以下填筑基槽、基坑。如图1-1-7所示为路基填筑的施工现场图:
土方工程的施工特点:(1)工程量大;(2)工期长;(3)劳动强度大;(4)施工条件复杂;(5)受气候、水文、地质等影响大。
二、土的工程分类
土的种类繁多,其分类方法也很多,如根据土的颗粒级配或塑性指数分类;根据土的沉积年代分类;根据土的工程特点分类等。
按土的工程性质分类
(1)岩石:分软岩石(强度小于300kPa) 和硬岩石(强度大于300kPa) 。如图1-1-8所示。
图1-1-8 岩石
(2)碎石土:粒径大于2mm 的颗粒含量超过50%。如图1-1-9所示。
图1-1-9 碎石土
(3)砂土:粒径大于2mm 的颗粒含量不超过50%。如图1-1-10所示。
三、土的工程性质
1. 土的概念、组成
岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后,所形成的各种疏松沉积物,在建筑工程上称为土。 土由三相组成:固相(矿物颗粒和有机质)、液相(水溶液)、气相(空气)。如图1-1-12所示。
2. 土的工程性质指标
(1)土的重度:土在天然状态下单位体积的重量,用γ表示。 (2)土的天然含水量ω:土中水重与固体颗粒重之比。
ω=gw/gs×100% (1-1)
式中,gw ——土中水重(kg ); gs ——土中固体颗粒重(kg ); ω表明了土的干湿程度。
最佳含水量——使填土夯至最密实状态的含水量,称为最佳含水量。 (3)土的孔隙比和孔隙率:用以反映土的密实度的指标。 土的孔隙比e :孔隙体积与固体体积之比。
e=vv/vs (1-2)
土的孔隙率n :孔隙体积与总体积之比。
n=vv/v×100% (1-3)
(4)土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,这种现象成为土的可松性。
土的可松性对土方开挖后土的堆放、运输和土的回填量的计算都有影响。土的可松性可用可松性系数来表示。
最初可松性系数:
ks=v2/v1 (1-4)
最终可松性系数: