第三章 土的力学性质 概念： 土的力学性质是指土在外力作用下，所表现出来的性质，包括： 土的压缩性 土的抗剪性等等 作用：评价地基土体稳定性，包括变形和强度。一、土的压缩性 1.土压缩的本质土压缩的本质 土的压缩性是指土在压应力作用下,体积压缩变小的性能。 土体压缩性受三相物质压缩性及土体结构的控制。 土体压缩原因：土粒本身的压缩变形；水和气体压缩变形；孔隙中水和气体被排出，颗粒位移，孔隙变小，造成的压缩变形结构变化。 一般情况下，在建筑荷载作用下（0.10.6Mpa） 水和土粒的压缩变形可忽略不计，气体被排挤出。 土压缩的本质是：土孔隙中的水分和气体被挤土孔隙中的水分和气体被挤出，土粒产生位移，孔隙体积减小引起的。出，土粒产生位移，孔隙体积减小引起的。2. 压密定律与压缩系数压密定律与压缩系数用环刀取一块土样，在压缩仪中进行压缩，如下图：土样原始高为ho ，面积为A，原始孔隙比为eo，在压缩过程中，A不变（无侧胀），在压力P1作用下，土样变形，压缩量为h1。 h1= ho-h1。引起土变形h1的根本原因是由于孔隙体积的减少，即孔隙比的减少，而土粒体积不变土粒体积不变 加压前土粒体积 加压后土粒体积1e0e孔隙孔隙固体固体颗粒颗粒h0h1 e 根据该公式：只要测记在某一压力Pi下的土样压缩量hi，就可以算出相应的孔隙比ei：就可在eP坐标系内得到一曲线（如图）。叫压缩曲线。 这一曲线反映了土的压缩过程。它是一下凹的曲线。说明土在压力P作用下开始变形较大，然后逐渐变小。即：开始压缩容易，到后来难。 各类土的曲线及压缩量不同。取决于如土的类型等等一系列因素。 在该曲线上取一段较平缓的曲线M1、M2，若压力变化不太大，就可用直线近似地代替它。两点的坐标为M1（P1，e1），M2（P2,e2）。通过这两点的直线方程为： 土的压密定律：在压力作用下，土的孔隙比变化与压土的压密定律：在压力作用下，土的孔隙比变化与压 力的变化成正比。力的变化成正比。ee2P1M2PKPaM1P2e1eo其中：叫压缩系数 表征土压缩性的重要指标。 越大，土的压缩性越高，反之，就低。 不是常数,为了统一标准,常用0.1-0.2MPa压力段的压缩系数 1-2, 评价土压缩性的高低。 1-2 15 MPa 低压缩性土；Es=4 -15 MPa 中压缩性土； Es 4 MPa 高压缩性土4.土的荷载试验和变形模量OPPaSaSabP如果在现场进行压缩试验，即荷载试验。是在土体表面，选择代表性试验点,分级施工压力如图。 通过测记各级压力下的沉降变形S，可得到PS曲线如图。这条曲线也是一曲线。 特点：特点：开始随P，S增大较慢,随后逐渐随P增大S增加越来越快。 它反映了地基土体在无侧限压缩条件下的变形过程。 变形模量是指在无侧限条件下，压应力与压应变之比即： Eo与与Es的区别是有无侧限条件，的区别是有无侧限条件， Es压缩模量是有侧限的，而压缩模量是有侧限的，而 E0则没有。则没有。 确定方法：根据弹性理论，利用现场实验曲线sP曲线中的直线段，可求得：式中：为泊松比，侧膨胀系数；Pi为荷载（N）；Si为与P相应的压缩量（cm）；d为圆形承压板的直径。 通过室内压缩试验指标Es确定确定Eo。 在土的压密阶段，假定土为弹性材料，就可求出Eo。 式中的可查经验值（表3-1）或用室内试验的方法求得。从上式可以看出：由于土的0.5，系数 所以总有Eo s：超固结土超固结土 p1OCR1：超固结超固结OCR1OCR10的土的土 粉质粘土：粉质粘土：10I1017的土的土表2-7水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法n 土的分类土的分类 巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土 粗粒土：粗粒土：砾类土、砂类土砾类土、砂类土 细粒土：根据细粒土：根据塑性图塑性图分类分类 特殊土：特殊土： 黄土、膨胀土、红粘土黄土、膨胀土、红粘土图2-2土的结构土的结构土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒结构重力起主导作用重力起主导作用粒间力起粒间力起主导作用主导作用粘性土的粘性土的结构性指标结构性指标细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 凝聚结凝聚结构构土的结构土的结构物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积和质土的三个组成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系定义定义三相草图法三相草图法室内测定三个基本室内测定三个基本物理性质指标：物理性质指标：土的密度土的密度 土粒密度土粒密度土的含水量土的含水量其它物理性质指标其它物理性质指标孔隙含量孔隙含量含水程度含水程度密度和容重密度和容重密实程度密实程度干湿程度干湿程度 F 粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标: : 相对密度相对密度D Dr r F 细粒土的稠度状态指标细粒土的稠度状态指标: : 液性指数液性指数I IL L 定义定义 判别标准判别标准 界限含水量界限含水量 w wP P、w wL L 土中水形态土中水形态 塑性指数塑性指数 I Ip p 吸附结合水的能力吸附结合水的能力 定义定义 判别标准判别标准物理状态指标物理状态指标土的压缩性土的压缩性F土的压缩变形主要由孔隙体积变化引起土的压缩变形主要由孔隙体积变化引起Fe p曲线：曲线：由侧限压缩试验整理得到由侧限压缩试验整理得到F 先期固结压力先期固结压力n压缩系数压缩系数KPa-1，MPa-1n侧限压缩模量侧限压缩模量土的抗剪性土的抗剪性F土的抗剪强度机理土的抗剪强度机理F直剪试验与库仑公式直剪试验与库仑公式摩擦强度：与压应力成正比摩擦强度：与压应力成正比凝聚强度凝聚强度直剪试验直剪试验库仑公式库仑公式土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标c和和 n 库仑公式库仑公式: :对无粘性土通常认为，粘聚力对无粘性土通常认为，粘聚力C=04、某住宅地基勘察中，由一个原状土试验测得：土的天然密度=1.85kN/m3,土粒密度s=2.75kN/m3,土的天然含水量w=20%。求其余6个指标1、已知一块饱和原状土样，其体积为17.40cm3，重29.8g，经105度温度下烘干后，重19.6g。求：w、s、e、d 、sat。2、在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状土样，称得质量为154g，送回试验室后称得重量148g，并测得w=15%，s=2.7g/cm3。求、d、w、e、n、wsat、sr。3、一块体积为27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量56.7g。求 s。