土力学中土的几个重点难点分析
----辰熙整理于2013年7月20日星期六
新课题目 第一节 土的组成与土的结构构造 1．了解本门课主要特点、内容及重要性； 2．熟悉土的定义及其形成过程； 3．能够根据颗粒级配曲线判别土粒级配好坏； 4．了解土的各组成部分对土工程性质的影响； 5．熟悉土的三种结构的特点。 工程图片、文字资料等 教学目标 教学辅助资料 一、土力学学科的重要性
土——是地壳岩石经受强烈风化的产物，是各种矿物颗粒的集合体，由固体颗粒、水、和空气三相组成。
?土体稳定问题土力学学科研究和解决工程中两大类问题：?
土体变形问题?第一节 土的组成与土的结构构造
土＝土粒（固相）＋水（液相）＋空气（气相） 一、土的固体颗粒
土粒的大小、形状、矿物成分和级配对土的物理性质有明显影响。 1．土的颗粒级配 ⑴ 粒组的概念：
各粒组的界限粒径：200mm，20mm，2mm，0.075mm，0.005mm ⑵ 确定各粒组相对含量的方法
筛分法——d?0.075mm——颗粒分析试验??比重计法——d?0.075mm ?试验成果——颗粒级配曲线
【讨论】为什么土的级配曲线用半对数坐标？ ⑶ 级配曲线的特点：
纵坐标－小于某粒径的土质量含量（％）半对数坐标? ?粒粒径（mm）?横坐标－对数坐标－土d60?不均匀系数C＝u?d10?⑷ 判别土体级配好坏的指标? 2?曲率系数C＝d30c?d60d10?当同时满足Cu≥5,Cc=1~3时，土的级配良好，否则，级配不良。
原生矿物 2．土粒的矿物成分???次生矿物??强结合水结合水?弱结合水——对土性质影响大??二、土中水?
毛细水——受重力和表面张力作用??自由水??重力水——受重力作用自由流动?非封闭气体三、土中气体???封闭气体——对土的性质影响大
?单粒结构——常见于砂土、碎石土?四、土的结构?蜂窝结构——以粉粒为主的土
?絮状结构——是粘性土的主要结构形式?层理构造 五、土的构造???裂隙构造1．土是由固体（土粒）、液体（水）和气体（空气）三相所组成；
2．粒径级配曲线的特点及用途； 3．常见土的结构及构造形式。
1．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？ 2．为什么土的级配曲线用半对数坐标？
第二节 土的物理性质指标
反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三相比例指标。
一、土的三相图
【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开，并不表示实际土体三相所占的比例。
二、物理性质指标
1．基本指标
土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定,亦称直接测定指标。 ① 土的密度?或土的天然重度?：?＝m，（kg/m3）???g，（kN/m3）。 V试验测定方法：环刀法
② 土粒相对密度（土粒比重）Gs：土粒相对密度定义为土粒的质量与同体积4oC纯水
的质量之比。Gs?ms，无量纲。 Vs??试验测定方法：比重瓶法
【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别
注意：从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比重不 变；
③ 土的含水量?——土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示：
??m??100% ms 试验测定方法：烘干法
【讨论】含水量能否超过100％？
——从公式可以看出，含水量可以超出100％。 2．间接指标（导出指标）
测出上述三个基本试验指标后，就可根据图1-9所示的三相图，计算出三相组成各自的体积上和质量上的含量，并由此确定其它的物理性质指标，即导出指标。
① 孔隙比——孔隙比为土中孔隙何种与土粒体积之比，用小数表示：e?
孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标。 ② 孔隙率——土中孔隙体积与土的总体积之比：n?Vv
Vs
Vv100％ V孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度。
③ 饱和度——土中所含水分的体积与孔隙体积之比, 饱和度可描述土体中孔隙被水充
满的程度：Sr?V??100% Vv显然,干土的饱和度Sr =0,当土被完全饱和状态时Sr =100%。砂土根据饱和度可划分为下列三种湿润状态：Sr≤50% 稍湿，50%＜Sr≤80% 很湿，Sr＞80% 饱和。 【讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1或100％？ ④ 饱和密度和饱和重度
饱和密度?sat为土体中隙完全被水充满时的土的密度：?sat?饱和重度：?sat=
ms?Vv??，（kg/m3）。
V?satg，（kN/m3）。
ms，（kg/m3）。 V⑤ 干密度和干重度
干密度——单位体积中土粒的质量：?d?干重度——单位体积中土粒的重量：?d=?dg，（kN/m3）。 ⑥ 有效重度（浮重度）???msg?Vs??，（kN/m3）。
V同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系：
?sat＞?＞?d＞??
?sat＝??＋??
3．指标间的相互换算
已知：?（?），Gs，?——→e，n，Sr，?sat（?sat），?d（?d），??等的表达式。
推导间接指标的关键在于：熟悉各个指标的定义及其表达式，能熟练利用土的三相简图。 推导公式主要步骤：
①利用VS作为未知数，将土的三相图中的各相物质的质量用?（?），Gs，?和VS表示出来，填在图中；
②先将孔隙比e的表达式求出来，然后将其它指标用?（?）， Gs，?和e来表达。
依上图，将m＝（1＋?）Gs Vs??和V＝（1＋e）Vs代入??m中可得： V（1＋?）Gs??－1 e＝?注意：此时e已是“已知”的指标。根据各间接指标的定义，利用三相简图可求得：
①?d?③???(G?e)G?eG? 或 ?d?s?? ②?sat?s?? ， ?sat?s?? 1??1?e1?e1?e?d?GsGs?1e 或 n＝1－ ⑤Sr? ?? ④n＝Gs??1?e1＋ee【思考】可否用其它简洁方法上述推导公式？如令Vs＝1。
【习题讲解】
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【例1－1】某土样经试验测得何种为100㎝，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为 167 g。若土粒的相对密度Gs为2.66，试求该土样的含水量?、密度?、重度?、干重度?d、孔隙比ｅ、饱和重度?sat和有效重度?＇。
解题思路：利用定义先求?，?，? ，后根据公式求相关指标。
【例2－1】某完全饱和粘性土的含水量为?=40%，土粒相对密度Gs =2.7，试按定义求土的孔隙比ｅ和填密度?d。
解题思路：
①本题给出的条件是饱和土——→Sr＝100％
②利用三相图求出各相的质量和体积 ③用定义求出e和?d。
【小结】 1．各指标的定义； 2．利用三相图进行指标间的相互换算。 【思考】
1．在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？用何方法？ 2．在三相比例指标中，哪些指标的数值可以大于1，哪些不行？
第三节 土的物理状态指标
【基本内容】
