土力學全套課件土力學緒論

土力學是力學的一個分支，是以土為研究對象的學科。

研究內(nèi)容：

通過研究土的物理、力學、物理化學性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)，進一步認識土和土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下的反應特性即土的壓縮性、剪切性、滲透性與動力特性。

需要研究和解決的工程中的三大類問題：

土體穩(wěn)定或強度問題；土體變形問題；滲流：滲透變形與滲透穩(wěn)定。2005年7月21日在廣州海珠區(qū)江南大道南海珠廣場深基坑南邊發(fā)生滑坡緒論比薩斜塔是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓，位于比薩大教堂的后面

鐘樓始建于1173年，設計為垂直建造，但是在工程開始后不久便由于地基不均勻和土層松軟而傾斜緒論比薩(Pisa)斜塔緒論該城市人口密集。1850年開始抽取地下水，1891－1973年，整個老城下沉達造成地面道路、建筑與其他建筑設施的破壞。墨西哥城的下沉土層中地下水位的下降，使有效應力增加，使地基進一步固結(jié)沉降。緒論圣母教堂，因地表不均勻下沉使其發(fā)生嚴重傾斜，并成為危房緒論LaConchita滑坡1996年發(fā)生在美國加州的LaConchita，因居民已提前撤離固未造成人員傷亡緒論SantaTecla滑坡2001年1月13日，薩爾瓦多發(fā)生了級的強震，震中位于SantaMiguel西南60英里。因此在SantaTecla造成山體滑坡，最終導致700多人遇難緒論緒論舟曲泥石流緒論舟曲泥石流舟曲發(fā)生泥石流的主要因素：一、是三眼峪溝內(nèi)部有滑坡、崩塌等大量的松散固體物質(zhì)存在，為泥石流的發(fā)生提供了充分的物質(zhì)條件，其中多數(shù)為1879年7月1日甘肅文縣8級地震所誘發(fā)。同時舟曲位于龍門山地震活動帶北緣，又臨近天水地震活動帶，此前也曾受汶川地震波與，土質(zhì)相對疏松，一遇強降雨容易形成泥石流。二、是三眼峪溝流域上游植被以幼林為主，灌草比例高，局部裸露，儲水能力較弱，在經(jīng)歷今年入夏以來長時間嚴重干旱后，表層土變得更加干松。三、是在近期強降雨作用下，土體強度極大地降低，形成坡面泥石流，并逐步帶動溝坡崩滑巖土形成沖擊力巨大的泥石流，在從中上游匯流至中下游過程中，使得因地震形成的天然堆石壩逐級潰決，并最終導致泥石流流量的增大和破壞力的增強。緒論本章主要內(nèi)容1.1土的生成1.2土的三相組成1.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算1.5無粘性土的特性1.6粘性土與粉土的特性1.7粘性土水-土系統(tǒng)的工程（物理-化學）特性1.8土的工程分類第1章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的生成風化、搬運、堆積巖石土壓密、巖化一、土的概念土：覆蓋在地表上的碎散礦物集合體。巖石：構(gòu)成地殼的基本物質(zhì)，是一種或多種礦物的聚合體。統(tǒng)稱為大自然的產(chǎn)物土是巖石經(jīng)過風化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物巖石風化分為物理風化、化學風化和生物風化。物理風化：巖石經(jīng)受風、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程?；瘜W風化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學變化，分解為極細顆粒的過程。特征：物理風化：量變過程，形成的土顆粒較粗；化學風化：質(zhì)變過程，形成的土顆粒很細。對一般的土而言，通常既經(jīng)歷過物理風化，又有化學風化，只不過哪種占優(yōu)勢而已?！?.1土的生成土從其堆積或沉積的條件來看可分為：殘積土：巖石風化后仍留在原地的堆積物。特點：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變；寒冷地帶，巖塊或砂，物理風化，穩(wěn)定?！?.1土的生成運積土：巖石風化后經(jīng)流水、風和冰川以與人類活動等搬運離開生成地點后再沉積下來的堆積物。又分為沖積土、風積土、冰磧土和沼澤土等。沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑風積土：由風力帶動土粒經(jīng)過一段搬運距離后沉積下來的堆積物；沒有層理、細砂或粉粒；黃土冰磧（qi）土：由冰川剝落、搬運形成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機質(zhì)、壓縮性高、強度低§1.1土的生成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用§

1.2土的三相組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。

固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物；

液相：土體孔隙中的水；

氣相：孔隙中的空氣?！?.2土的三相組成當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。根據(jù)土的粘性分：粘性土：顆粒很細；無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直徑幾十cm甚至1m）

不同類型的土§1.2土的三相組成一、土的固相土的固相物質(zhì)包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最基本的物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應從其礦物成分、顆粒的大小來描述。（一）成土礦物：原生礦物，次生礦物

原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。

次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風化作用后形成的新礦物，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦物以與碳酸鹽等?！?.2土的三相組成（二）土粒的大小和土的級配粒度，粒徑粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量隨著顆粒大小的不同，土的性質(zhì)可以有很大的差異。因此，人們常常按照粒徑的范圍，將土粒分為若干組，粒組之間的分界尺寸稱為界限粒徑。表1-1是國內(nèi)常用的一種粒組劃分。§1.2土的三相組成土

粒

粒

組

的

劃

分

表1-1粒

組

名

稱粒徑范圍(mm)一

般

特

征漂石或塊石卵石或碎石>

200200~60透水性很大，無粘性，無毛細水粗中細60~2020~55~2透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超過粒徑大小粗中細極細2~0.50.5~0.250.25~0.10.1~0.05易透水，當混入云母等雜質(zhì)時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，但隨粒徑變小而增大粗細0.05~0.010.01~0.005透水性小，濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象粘

粒

<

0.005透水性很??；濕時有粘性、可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，但速度不快砂

粒粉

粒圓礫或角礫§1.2土的三相組成顆粒大小粒組

按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑d(mm)d(mm)礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

細粗

中

細

極細0.1粗粒細?！?.2土的三相組成（三）顆粒大小分析試驗測定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分數(shù)，確定粒徑分布范圍的試驗稱為土的顆粒大小分析試驗。常用的方法：篩分法mm

密度計法mm

聯(lián)合測定mm，mm

§1.2土的三相組成1.篩分法利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方法取得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各級篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分數(shù)X（％）式中：mi，m－分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)量與試樣總質(zhì)量§1.2土的三相組成10200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510§1.2土的三相組成2.密度計法用于分析粒徑小于（）的土，根據(jù)粗顆粒下沉速度快，細顆粒下沉速度慢的原理，可以把顆粒按下沉速度進行粗細分組。實驗室常用比重計來進行細粒土的粒徑分析，稱為密度計法。§1.2土的三相組成

1-1顆粒分析試驗曲線§1.2土的三相組成(四)顆粒分析試驗曲線的主要用途按粒徑分布曲線可求得：（1）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評估土的工程性質(zhì)；（2）某些特性粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的好壞。根據(jù)某些特征粒徑，可得到兩個有用的指標，即不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，它們的定義為：

（1－2）§1.2土的三相組成(1－3)式中：d10，d30和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10％，30％和60％時所對應的粒徑。d10稱為有效粒徑；d60稱為限制粒徑。土的級配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線的形狀來決定，而土粒的均勻程度和曲線的形狀又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量。Cu小，曲線陡；Cu大，易壓密；Cc過大，臺階在d10~d30間；Cc過小，臺階在d30~d60間；規(guī)范：純凈礫、砂，Cu>=5，且Cc=1~3時，級配良好，否則，不良?！?.2土的三相組成圖

土的顆粒級配曲線§1.2土的三相組成二、土的液相（一）結(jié)合水

強結(jié)合水性質(zhì)接近于固體，冰點很低，沸點較高，且不能傳遞壓力。

弱結(jié)合水也稱為薄膜水，不能傳遞壓力，也不能在孔隙水中自由流動，但它可以因電場引力的作用從水膜厚的地方向水膜薄的地方轉(zhuǎn)移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影響土的壓縮性和強度，并使土的透水性變小。吸著水厚度影響因素：成土礦物；陽離子濃度與化學性質(zhì)(陽離子價低,厚;陽離子濃度高,薄)。§1.2土的三相組成（二）自由水離開土顆粒表面較遠，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動的水稱為自由水。（分為毛細管水和重力水）土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面上的表面張力，于是，將引起迫使相鄰土粒相互積緊的壓力，這個壓力稱為毛管水壓力?！?.2土的三相組成在重力或水位差作用下能在土中流動的自由水稱微重力水。具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。當它在土孔隙中流動時，對所流經(jīng)的土體施加滲流力（亦稱動水壓力、滲透力），計算中應考慮其影響。三、土的氣相存在土中的氣體分為兩種基本類型：一種是與大氣連通的氣體；另一種是與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體?！?.2土的三相組成一、土的結(jié)構(gòu)1.定義土粒或土粒集合體在空間的排列和互相聯(lián)結(jié)形式稱為土的結(jié)構(gòu).§1.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造2.類型(a)單粒結(jié)構(gòu)

(b)峰窩結(jié)構(gòu)

(c)絮狀結(jié)構(gòu)(1)單粒結(jié)構(gòu)

如圖(a)所示。由顆粒大的土粒在水或空氣中下沉堆積而成。粗粒土都具有單粒結(jié)構(gòu)。單粒結(jié)構(gòu)可以分為疏松的和緊密的。疏松單粒結(jié)構(gòu)的土孔隙大，骨架不穩(wěn)定，在外載作用下容易發(fā)生錯位，產(chǎn)生很大的變形或沉降，因此，這種土未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。緊密單粒結(jié)構(gòu)的土，由于顆粒排列緊密，強度高，壓縮性小，在動、靜載作用下都不會發(fā)生較大的沉降，是良好的天然地基?！?.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造(2)峰窩結(jié)構(gòu)

如圖(b)所示。粒徑大約在范圍內(nèi)的粉土或粘土顆粒，在水中單個下沉時，途中碰到已沉積的土粒時，由于土粒之間的分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初的接觸位置不能繼續(xù)下沉，這樣，一粒一粒相互吸引，最終將能形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。§1.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造(3)絮狀結(jié)構(gòu)

如圖(c)所示。直徑小于的極細粘粒，在水中能夠長期懸浮而不下沉，如果水中摻有某些電解質(zhì)，顆粒間的排斥力能被動削弱，運動著的土粒能夠相互碰撞凝聚成絮狀的小集粒而下沉，并相繼與已沉積的絮狀集粒接觸，形成類似蜂窩而孔隙很大絮狀結(jié)構(gòu)（又稱為二級蜂窩結(jié)構(gòu)）。

以上三種結(jié)構(gòu)中，密實的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好；蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)如果受到擾動，強度就會降低，壓縮性變高，難以作為天然地基?！?.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造二、土的構(gòu)造1.定義同一土層中顆?；蝾w粒結(jié)合體相互間的位置與充填空間情況稱為土的構(gòu)造。其實，這一定義與大多書本一樣仍然比較模糊，未交代結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的關系。其實，土的結(jié)構(gòu)著重于細微觀，而構(gòu)造可以理解為土體的宏觀結(jié)構(gòu)?！?.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造2.類型土體的構(gòu)造一般可以分為以下四類：

(1)層狀構(gòu)造顧名思義，層狀構(gòu)造是由不同顏色和粒徑的土粒構(gòu)成的一層一層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。大部分細粒土的土層是這種構(gòu)造。

(2)分散構(gòu)造土層中的土粒分布均勻，性質(zhì)相近，粗粒土大都是分散構(gòu)造?！?.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

(3)裂隙狀構(gòu)造土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割，破壞了原狀土的整體性，使其工程性質(zhì)變差，一些堅硬和硬塑狀態(tài)的粘土具有這種結(jié)構(gòu)。

(4)結(jié)核狀構(gòu)造在細粒土中明顯摻有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核。如含結(jié)核的黃土等，該類土的性質(zhì)主要決定于細粒土部分?！?.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算土的物理、力學性質(zhì)不僅決定于它的三相組成性質(zhì)和它的結(jié)構(gòu)，而且還與三相之間量的比例關系密切相關。可分為兩類：通過試驗測定，如含水量、密度和土粒相對密度，稱為直接指標；根據(jù)直接指標換算，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標。土的三相圖從右圖可以容易得到以下關系：Vv

=

Vw

+

Va

V=Vs+

Vv

=

Vs+

Vw

+

Va

m=ms+

mw

一、試驗直接測定的物理性質(zhì)指標（一）土粒相對密度（土粒比重）ds土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量（或重量）與同體積4℃時純水的質(zhì)量（或重量）之比（無因次），其表達式為：（1）或（）式中：——土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量；——4℃時純水的密度，1.0g/cm3土粒相對密度在數(shù)值上等于土粒的密度§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算土粒相對密度常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒相對密度：

式中：m1——瓶+水的質(zhì)量；

m2——瓶+土+水的質(zhì)量；

ms——烘干土的質(zhì)量；§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算

m0msm1m2空瓶質(zhì)量烘干土的質(zhì)量瓶+水的質(zhì)量瓶+土+水的質(zhì)量

m1+ms——瓶+水（滿）的質(zhì)量+干土的質(zhì)量；

m1+ms-m2——與土粒體積相同的水的質(zhì)量。比重瓶法§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（二）土的天然含水量w土的天然含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示，其表達式為：（1）將式（）代入（）中得測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得?！?.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（三）土的天然密度ρ與重度γ土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，用ρ表示，單位為Mg/m3(或g/cm3)。表達式如下：（1）

對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定?！?.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算二、間接換算得物理性質(zhì)指標（一）土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示，其表達式為：（1）（二）土的孔隙率n定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙的體積，以百分數(shù)表示，其表達式為：（1）§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（三）土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分數(shù)表示，其表達式為：（1）§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的重量，表達式為：

（1）土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的指標，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。（四）干密度ρd與干重度γd土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達式：（1）§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（五）飽和密度ρsat與飽和重度γsat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態(tài)時單位體積土的質(zhì)量。表達式為（1）在飽和狀態(tài)下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達式為：（1.4.16）§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（六）浮密度ρ’與浮重度（有效重度）γ’土在水下，受到重力水的浮力作用，此時土中固體顆粒的質(zhì)量再扣去固體顆粒排開水的質(zhì)量與土樣總體積之比

（）

浮密度§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算與其相應，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達式為：（1）或（1）從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關系：§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算三、常用物理性質(zhì)指標的實用計算公式(重點、難點)常用的土的物理指標共有九個。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。（一）孔隙比與孔隙率的關系設土體內(nèi)土粒的體積為1，則可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1＋e），于是有：

或

三相示意圖（a）§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（二）干密度與天然密度和含水量的關系設土體的體積V為1，則ρd

=ms/V，土體內(nèi)土粒的質(zhì)量ms為ρd，由w=mw/ms水的質(zhì)量mw為wρd。于是，按t天然密度的定義可得：

或

（1-22）§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（三）孔隙比與土粒相對密度和干密度的關系設土體內(nèi)土粒的體積為1，則按，孔隙的體積Vv為e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質(zhì)量ms為ρs。于是，按ρd的定義可得：應用式（1－6）整理得：§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（四）飽和度與含水量、相對密度和孔隙比的關系設土體內(nèi)土粒的體積為1，則按e=VV/VS得體積VV=e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質(zhì)量ms=ρs。按w=mw/ms，得質(zhì)量mw=wρs，則得體積Vw=mw/ρw

=wρs/ρw。于是，

當土飽和時，即Sr為100％，則：

式中：wsat——飽和含水率?！?.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（五）浮密度與土粒相對密度和孔隙比的關系設土體內(nèi)土粒體積為1，則按e=VV/VS，孔隙的體積VV為e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質(zhì)量ms為ρs。于是，按式浮密度的定義可得

§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算例題【例題1-1】某干砂試樣，經(jīng)細雨后，體積未變，飽和度達到Sr=40%，試問細雨后砂樣的密度、重度和含水量各是多少？解：對于干砂試樣，其密度應為孔隙比：

雨后含水量：雨后砂樣密度：雨后砂樣重度：§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算【例題1-2】有一個完全飽和的粘土土樣，測得總體積V1=100cm3，已知土粒對水的相對密度ds，土樣含水量w1=45%，將該土樣置于烘箱中烘了一段時間之后，測得土樣的體積V2=95cm3，w2=35%，問土樣烘干前后的密度、干密度、孔隙比、飽和度各為多少？解：烘烤前因為土樣完全飽和即Sr1=100%所以孔隙比：

干密度：密度：烘烤后土樣中的干土質(zhì)量不變即此時土樣的總質(zhì)量：土樣密度：土樣干密度：土樣孔隙比：土樣的飽和度：§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算【例題1-3】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，g，根據(jù)試驗得到的土粒比重ds為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度?！窘狻浚?）已知V＝60cm3，m=108g，則由式（1－4）得

ρ3§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算（2）已知ms=96.43g，則mw=m－ms按式（1－8），于是w=mw／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知ds=2.7，則

Vs=ms/ρs3Vv=V－Vs

cm3按式（1－11），于是（4）按式（1－12）n=Vv/V＝24.3／60=40.5％（5）根據(jù)ρw的定義

Vw=mw/ρw3于是按式（1－13）Sr=Vw/Vv=11.57／24.3＝48％§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算【例1-4】某土樣在天然狀態(tài)下的孔隙比e=0.8，土粒比重ds=2.68，含水量ω=24%，求：(a)天然狀態(tài)下的重度、干重度和飽和度；(b)若該土樣加水后，達到飽和狀態(tài)，計算飽和時的含水量ω與飽和重度(假定土的孔隙比保持不變)?！?.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算解:(a)(b)§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算【例1-5】N，體積為21.5cm3。N，體積減小至15.7cm3，飽和度為75%。試求該土樣烘烤前的含水量w、孔隙比e與干容重γd。§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算解：設烘一段時間后，孔隙體積為Vv2，孔隙水所占體積為Vw2，則：在烘后狀態(tài)：在烘前狀態(tài)：聯(lián)立求解得：

3，3§1.4土的三相物理性質(zhì)指標的測定與計算上一節(jié)講的9個三相指標主要是反映土的物理性質(zhì)的，還不能直接表現(xiàn)土的物理狀態(tài)，本節(jié)講授反映土的物理狀態(tài)的有關指標。所謂土的物理狀態(tài)，對于粗粒土來講，就是指它的密實程度；對于細粒土，則是指它的軟硬程度即粘性土的稠度(consistency）§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標一、無粘性土（粗粒土）的密實度（節(jié)）

土的密實度:指單位體積的土體中固體顆粒的含量。干容量ρd和孔隙比e（或孔隙率n）都是表示土的密實度的指標。但這種直接用土粒的含量或孔隙含量表示密實度的方法具有明顯的缺點:最主要的就是它們沒有考慮到土粒粒徑級配這一重要因素的影響，不同級配的砂土，即使孔隙比相同，所處的松密狀態(tài)并不會相同?！?.5和1.6土的物理狀態(tài)指標

為了更好的表明粗粒土的密實狀態(tài)，可以將天然孔隙比e與同一種土的最密實狀態(tài)的孔隙比emin和最松散狀態(tài)孔隙比emax進行對比，看天然的e是靠近emin還是靠近emax，以此來判別它的密實度。這種度量密實度的指標稱為相對密度(relativedensity)Dr。式中：Dr——相對密實度；

emax——無粘性土處在最松狀態(tài)時的孔隙比；

emin——無粘性土處在最密狀態(tài)時的孔隙比；

e——無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。

§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標

顯然，當e接近于emin時，Dr接近于1，土呈密實狀態(tài)，當e接近于emax時，Dr接近于零，土呈松散狀態(tài)。通常根據(jù)Dr可以把粗粒土的松密狀態(tài)分為下列三種：

0<Dr≤0.33松散

0.33<Dr≤0.67中密

0.67<Dr≤1密實§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標天然砂土的密實度只能在現(xiàn)場利用標準貫入試驗、靜力觸探試驗等原位測試方法來獲得。通常根據(jù)標準貫入試驗的錘擊數(shù)N

，將天然砂土分為表中的四種密實度狀態(tài)。表

天然砂土的密實度劃分砂土密實度松散稍密中密密實標準實驗擊數(shù)N≤1010<N≤1515<N≤30>30§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標碎石土可以用可挖性、可鉆性等方法進行現(xiàn)場鑒別，一般也可區(qū)分為密實、中密和稍密三種密實度狀態(tài)。細粒土（粘性土）無法在實驗室測定最大和最小孔隙比，實際上也不存在emax和emin，因此只能根據(jù)孔隙比e或干密度ρd來判斷其密實度?！?.5和1.6土的物理狀態(tài)指標稠度：指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標。二、粘性土的稠度（節(jié)）（一）粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)常用流動、軟、可塑、硬等描述。粘性土§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標粘性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限。（二）界限含水率與其測定流態(tài)Vw0可塑態(tài)半固態(tài)固態(tài)膨脹收縮wLwPwS1.界限含水率§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標液限（WL）——從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限（Wp）——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率,

也就是可塑狀態(tài)的下限含水率；縮限（Ws）——從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率,

亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率?！?.5和1.6土的物理狀態(tài)指標測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。2.液、塑限的測定測定液限的方法：碟式儀法、錐式液限儀、和液、塑限聯(lián)合測定法。§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標聯(lián)合測定儀§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標錐式液限儀§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標蝶式儀25擊合攏長度＝13mm時含水率為液限§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標土的縮限用收縮皿法測定。3.縮限的測定式中：ws——土的縮限（％）w——制備時的含水率（％）V1——濕試樣的體積（cm3），V2——干試樣的體積（cm3）§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標1.塑性指數(shù)（三）塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限之差的百分數(shù)值（去掉百分號）。用Ip表示，取整數(shù)。

粘土粉質(zhì)粘土粉土

§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標2.液性指數(shù)式中：IL——液性指數(shù)，以小數(shù)表示；

w——土的天然含水率。

1989和2002《建筑地基基礎設計規(guī)范》都根據(jù)IL將粘性土劃分成了表中的五種狀態(tài)。

粘性土的軟硬狀態(tài)

表狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)I

LIL≤0

0

<

IL≤0.25

0.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標（四）靈敏度、觸變性與活動度土的結(jié)構(gòu)形成后就獲得了一定的強度，并且這種強度會隨時間而增長。在含水量不變的情況下，將原狀土捏碎，重新按原來的密度制備成重塑土，由于原狀結(jié)構(gòu)遭到了徹底破壞，重塑土樣的強度會比原狀土樣有明顯的降低。原狀土樣的單軸抗壓強度qu與重塑土樣的單軸抗壓強度qu'之比稱為土的靈敏度St，即：St

=qu

/qu'()

根據(jù)靈敏度的大小可以將粘性土分為三類：低靈敏土（1<St≤2）；中靈敏土（2<St≤4）和高靈敏土（S

t>4）。

§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標與靈敏度密切相關的另一特性是觸變性。結(jié)構(gòu)受破壞，強度降低以后的土，若靜置不動，則土顆粒與水分子和離子會重新組合排列，形成新的結(jié)構(gòu)，強度又將得到一定程度的恢復。這種在含水量和密度不變的條件下，土因重塑而軟化，又因靜置而逐漸硬化的性質(zhì)稱為土的觸變性?！?.5和1.6土的物理狀態(tài)指標在實際工程中，有時兩種粘土的塑性指數(shù)Ip很接近，但性質(zhì)可能會有很大差異，為了進一步加以區(qū)別，英國土力學家斯肯普頓在1953年又引入了活動度A的概念，即：A=Ip/m式中m為粒徑小于的土粒質(zhì)量占土樣總質(zhì)量的百分數(shù)。§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標

試驗設備

擊實筒V=1000cm3；擊實錘w=25牛頓

試驗條件

土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層

擊實能量

試驗方法

對ω=常數(shù)的土；分三層壓實；測定擊實后的ω、ρ，算定ρd

注意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀土§1.7粘性土水-土系統(tǒng)的工程特性擊實試驗土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。地基土的工程分類一、土的工程分類依據(jù)

按前面的分析，影響土的工程性質(zhì)的三個主要因素是土的三相組成、土的物理狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)。在這三者中，起主要作用的無疑是三相組成。在三相組成中，關鍵又是土的固體顆粒，而顆粒的粗細是最為重要的。1.碎石土指粒徑大于2mm的顆粒含量超過總土重50%的土。根據(jù)粒組含量與顆粒形狀，還可按表細分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫六類。碎

石

土

的

分

類

表土的名稱顆粒形狀粒

組

含

量漂石磨圓粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%塊石棱角卵石磨圓粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%碎石棱角圓礫磨圓粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%角礫棱角注：分類時應根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。地基土的工程分類2.砂土

指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50%，而粒徑大于的顆粒含量超過全重的50%的土。砂土根據(jù)粒組含量不同又被細分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂五類。如表所示。砂

土

的

分

類

表土的名稱粒

組

含

量礫砂(gravellysand)粗砂(coarsesand)中砂(midiumsand)細砂(finesand)粉砂(siltysand)粒徑大于2mm的顆粒占全重25-50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%注：分類時應根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。地基土的工程分類3.粉土指粒徑大于的顆粒含量不超過50%，且塑性指數(shù)3<Ip≤

10的土。

這類土既不具有砂土透水性大、容易排水固結(jié)、抗剪強度較高的優(yōu)點，又不具有粘性土防水性能好、不易被水沖蝕流失、具有較大粘聚力的優(yōu)點。在許多工程問題上，表現(xiàn)出較差的性質(zhì)，如受振動容易液化、凍脹性大等等。地基土的工程分類4.粘性土

指塑性指數(shù)Ip

10的土。其中10

Ip17的土稱為粉質(zhì)粘土；Ip17的土稱為粘土。粘性土可以根據(jù)液性指數(shù)I

L分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種狀態(tài)。此外自然界中還分布有許多具有一般土所沒有的特殊性質(zhì)的土，如黃土、軟土、紅土、凍土、膨脹性土，分散性土等。它們的分類都各有自己的規(guī)范。同學們在將來的實際工作中碰到具體的工程問題時，可查找相應的規(guī)范。地基土的工程分類第一章總結(jié)§1.1土的形成與特征一、土的概念巖石經(jīng)過風化作用在不同條件下形成的自然歷史產(chǎn)物二、土的種類

1.殘積土(sedentaryorresidualsoil)2.運積土(sedimentarysoil)1)坡積土(cliffsoil)；2)洪積土(floodsoil)；3)沖積土(alluvialsoil)；4)湖泊沼澤沉積土：5)海相沉積土：6)冰積土：7)風積土§1.2土的三相組成

一、土的固體顆粒（土粒）1.土的顆粒級配曲線分析不均勻系數(shù)Cu=d60/

d10，曲率系數(shù)Cc=

2.土粒礦物成份一類是原生礦物，如石英、長石、云母等，粗粒土的土粒往往都是原生礦物；另一類是次生礦物，土中的次生礦物主要是粘土礦物，蒙脫石，伊里石，高嶺土是三種最常見的粘土礦物。

二、土中的水和氣體1.土中的水(1)結(jié)合水(Boundwater)①強結(jié)合水；②

弱結(jié)合水(2)自由水①重力水；②毛細水2.土中的氣體粗粒土中的空氣，對土的性質(zhì)沒有多大影響；細粒土中的氣體，由于常常處于封閉狀態(tài)，使土層具有很高的壓縮性?！?.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造一、土粒結(jié)構(gòu)(1)單粒結(jié)構(gòu)(2)峰窩結(jié)構(gòu)(3)絮狀結(jié)構(gòu)二、土的構(gòu)造(1)層狀構(gòu)造(2)分散構(gòu)造(3)裂隙狀構(gòu)造(4)結(jié)核狀構(gòu)造§1.4土的三相比例指標1.三個基本指標土粒相對密度(particlespecificgravity)ds含水量(watercontent)w土的天然密度(bulkdensityofsoil)2.其它六個常用指標(換算指標)(1)特定條件下的密度（重度）①

干密度(drydensity)d②

飽和密度

(water-saturateddensity)sat③

有效密度(浮密度buoyantdensity)

(2)表示土中孔隙含量的指標①孔隙比(voidratio)e②孔隙率(

porosity)n(3)反映土中含水程度的指標飽和度(degreeof

saturation)Sr3.指標間的換算能夠熟練的用三相草圖計算三相指標?！?.5和1.6土的物理狀態(tài)指標一、粗粒土的密實度相對密實度(relative

density)Dr,Dr≤1

/

3松散1

/

3<Dr≤2

/

3中密Dr>2

/

3密實天然砂土的密實度劃分

表1-2砂土密實度松散稍密中密密實N≤1010<N≤1515<N≤30>30二、細粒土的物理性質(zhì)1.分界含水量液限wL、塑限wP、縮限wS2.液性指數(shù)IL和塑性指數(shù)IpIp=wL–wp粘性土的軟硬狀態(tài)

表1-3狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)I

LIL≤0

0

<

IL≤0.25

0.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1§1.8地基土的工程分類1.碎石土2.砂土3.粉土指粒徑大于的顆粒含量不超過50%，且塑性指數(shù)Ip≤

10的土。4.粘性土粉質(zhì)粘土：10

Ip17的土粘土：Ip17的土EndofChapter1結(jié)束作業(yè)情況1-1（1）證明：錯誤做法：證明：證明題要詳細的證明，計算題可以用結(jié)論1-9解：注意g的單位粘土細砂粗砂碎石卵石碎石粘土土樣篩顆分篩密度計密度：環(huán)刀法烘干法聯(lián)合測定儀蝶式儀擊實儀第二章土的滲透性與滲流本章主要內(nèi)容

土的滲透性與舉例

土的水理性質(zhì)

地下水的運動方式和判別2.4

達西定律與其適應范圍2.5

滲透系數(shù)的測定

二維滲流與流網(wǎng)應用

滲透力、潛蝕和流沙的危害與防治

滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力學習要求掌握：

1土的滲透性

2土的滲流

3滲透力與滲透破壞

4滲透系數(shù)的測定

5滲流情況下的孔隙水應力和有效應力的計算

難點：滲流

重點：達西滲透定律;滲流情況下的孔隙水應力和有效應力的計算§2.1土的滲透性與舉例土的問題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基的穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的問題。由于土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)，當土中兩點存在著能量差時，也就是存在水位差時，水就在土的孔隙中從能量高的點（水位高的點）向能量低的點流動。這種水透過土體孔隙的現(xiàn)象就叫做滲透（滲流）。土具有被水等液體透過的性質(zhì)叫滲透性。浸潤線透水層不透水層滲流量滲透變形土石壩壩基壩身滲流

土的滲透性與舉例透水層不透水層板樁墻基坑板樁圍護下的基坑滲流滲流量滲透變形

土的滲透性與舉例滲流量滲流時地下水位渠道滲流

土的滲透性與舉例透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q滲流滑坡

土的滲透性與舉例

土的水理性質(zhì)：土體在水的作用與其變化的條件下，產(chǎn)生土的物理、力學狀態(tài)與性質(zhì)的變化以與對工程的影響。§2.2土的水理性質(zhì)這里主要討論以下的兩方面問題：土的毛細水性質(zhì)土的凍脹

土的毛細水性質(zhì)

土的毛細現(xiàn)象：土中水在表面張力作用下，沿著細的孔隙向上與向其他方向移動的現(xiàn)象土能夠產(chǎn)生毛細現(xiàn)象的性質(zhì)稱為土的毛細性。

土的水理性質(zhì)

土的毛細性對工程的影響：毛細水上升是引起路基凍害的因素之一對于房屋建筑，毛細水的上升會引起地下室過分潮濕毛細水的上升可能引起土的沼澤化和鹽漬化，對工程與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟都有很大的影響

土的凍脹影響凍脹的因素有下列三個方面：

1、土的因素

2、水的因素

3、溫度的因素

土的水理性質(zhì)

上述三方面的因素是土層發(fā)生凍脹的三個必要條件。其結(jié)論是：在持續(xù)負溫作用下，地下水位較高處的粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土等土層常具有較大的凍脹危害。

主要措施：將構(gòu)筑物基礎底面置于當?shù)貎鼋Y(jié)深度（可查有關規(guī)范）以下，以防止凍害的影響?！?.2地下水的運動方式和判別

地下水：地下水位以下的重力水。除特殊情況外，地下水總是處在運動狀態(tài)之中。

地下水的運動方式的分類：1、按流線形態(tài)：層流、湍流2、按水流特征隨時間的變化狀況分為：穩(wěn)定流運動、非穩(wěn)流運動3、按水流在空間上的分布狀況分為：一維流動、二維流動、三維流動

地下水運動的基本方式

地下水的運動方式和判別地下水運動方式的判別—雷諾數(shù)雷諾（英國）1883年得出了劃分層流與湍流的定量界限，稱雷諾數(shù)。圓管中水的流動雷諾數(shù)：式中：v為圓管水流的速度，cm/s；d為圓管的直徑，cm；s為水的運動粘滯系數(shù)，也稱斯托克斯系數(shù)，1ST=1cm2/s。當溫度T=0攝氏度時，；當溫度T=30攝氏度時，根據(jù)計算結(jié)果當Re<(2000~2300)時屬層流；當Re>（2000~2300）時屬湍流。

水的滲流是由水頭勢能驅(qū)動，從水頭高（勢能大）的地方流向水頭低（勢能?。┑牡胤健Ｋ^(waterhead)：單位重量水體所具有的能量。滲流中一點的總水頭h可用下式表示：h

=

z+(2-1)

z—位置水頭

—壓力水頭

—流速水頭，流速水頭近似等于0它們的物理意義均代表單位重量水體所具有的各種機械能。

幾個重要的概念1、各種水頭概念與水力坡降ABLh1h2zAzBΔh00基準面水力坡降線A點總水頭：B點總水頭：總水頭：水力坡降：滲流流過單位長度時的水頭損失。

幾個重要的概念水力坡降的物理意義

注意：土體中兩點是否會發(fā)生滲流，只取決于總水頭差，若hA≠hB時，才會發(fā)生水從總水頭高的點向總水頭低的點流動(但水并非一定向低處流)。幾個重要的概念2管內(nèi)水流動的兩種形式？（1）流動時相鄰的兩質(zhì)點流線永不相交的流動稱為層流。（2）若水流動時，相鄰的兩個質(zhì)點流線相交，流動時將出現(xiàn)漩渦，這種流動稱為湍流。土體中水的流速很小可看作為層流?！?.4達西定律與其適用范圍

達西（），1803～1858，法國水力工程師。1856年，達西發(fā)表了著名的多孔介質(zhì)地下水運動或流動的報告，報道了他所做的關于水在沙柱中流動的實驗。達西發(fā)現(xiàn)通過沙柱的流量與所用砂的透水性和觀測點的水頭有關，該關系的數(shù)學表達式即為達西定律。

可以說，達西的發(fā)現(xiàn)首次從數(shù)量上揭示了多孔介質(zhì)中水流與多孔介質(zhì)滲透性之間的數(shù)量關系，使多孔介質(zhì)中地下水流計算成為可能?，F(xiàn)代地下水流計算中，幾乎所有的經(jīng)典計算方法和計算模型，都是直接或間接地由達西定律推倒而得來。所以可以毫不夸張地說，達西是水文地質(zhì)學的奠基人之一，他的實驗成果開創(chuàng)了一門研究地下水流在多孔介質(zhì)中運動的科學——地下水動力學。

一、達西滲透定律由于土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動狀態(tài)大多屬于層流。著名的達西(Darcy)滲透定律：

滲透速度：

或滲流量為：達西定律與其適用范圍式中：υ--水在土中的滲透速度，cm/s。它不是地下水的實際流速，而是在單位時間（sec）內(nèi)流過單位土截面（cm2）的水量（cm3）,是土體斷面的平均滲透速度；i--水力梯度，即土中兩點的水頭差(如下圖，為H1-H2)與兩點間的流線長度（L）之比；k--土的滲透系數(shù)，cm/s，與土的滲透性質(zhì)有關的待定系數(shù)。達西定律與其適用范圍必須指出，由式（2-1）求出的滲透速度v是一種假想的平均流速，因為它假定水在土中的滲透是通過整個土體截面來進行的，而實際上，滲透水僅僅通過土體中的孔隙流動，實際平均流速v’

要比假想的平均流速大很多。它們之間的關系為：達西定律與其適用范圍二、達西滲透定律的適用條件只有當滲流為層流的時候才能適用達西滲透定律。達西滲透定律的適用界限可以考慮為：滿足達西滲透定律的土的平均粒徑:

對于比粗砂更細的土來說，達西滲透定律一般是適用的，而對粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。達西定律與其適用范圍voi0i粘土顆粒滲流結(jié)合水膜達西定律與其適用范圍

對粘性土：三、兩種特殊情況

對于粘性很大的密實粘土，有一起始坡降i0，當i<i0時沒有滲流發(fā)生,如右上圖所示。對于i0大多解釋為：結(jié)合水膜在水力坡降不大的情況下占據(jù)了土體內(nèi)部的過水通道，只有當i

>i0時，水流擠開結(jié)合水膜的堵塞，滲流才能發(fā)生,如右下圖所示。達西定律與其適用范圍

對礫土（粗顆粒）：

只有在水力坡降很小的情況下才能適用;在較大水力梯度下，水在土中的流動進入湍流狀態(tài)，滲流速度與水力梯度呈非線性關系，此時達西定律不能適用，如圖（c）所示。滲透系數(shù)是直接衡量土的透水性強弱的一個重要的力學性質(zhì)指標。一、實驗室內(nèi)測定滲透系數(shù)可分為：常水頭試驗和變水頭試驗（一）常水頭法是在整個試驗過程中，水頭保持不變。常水頭法適用于透水性強的無粘性土。土的滲透系數(shù)：§2.5滲透系數(shù)的測定（二）變水頭法在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的，適用于透水性弱的粘性土。土的滲透系數(shù)：

滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定二、成層土的滲透系數(shù)天然沉積土往往由滲透性不同的土層所組成。對于與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當各土層的滲透系數(shù)和厚度為已知時，我們可求出整個土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為進行滲流計算的依據(jù)。滲透系數(shù)的測定如上圖(a)所示與層面平行的滲流情況。通過整個土層的總滲流量qx應為各土層滲流量之總和，即（a）根據(jù)達西定律，總滲流量又可表示為（b）

(c)整個土層與層面平行的平均滲流系數(shù)為：滲透系數(shù)的測定通過整個土層的總滲流量qy應為通過各土層的滲流量，即（a）（b）（c）整個土層與層面垂直的平均滲流系數(shù)為：滲透系數(shù)的測定2.6二維滲流和流網(wǎng)的特征一、拉普拉斯方程在穩(wěn)定流的條件下，在均勻且各向同性介質(zhì)中的滲流，其滲流場可以用拉普拉斯方程來描述。式中：h為滲流的水頭或水頭差流線可以用流函數(shù)來描述，在均勻且各向同性介質(zhì)中的滲流，流函數(shù)滿足拉普拉斯方程等勢線可以用勢函數(shù)

就滲流問題來說，一組曲線稱為等勢線，在任一條等勢線上各點的總水頭是相等的；另一組曲線稱為流線，它們代表滲流的方向。等勢線和流線垂直交織在一起形成的網(wǎng)格叫流網(wǎng)。二、流網(wǎng)與其特征

二維滲流和流網(wǎng)的特征

對于各向同性的滲透介質(zhì)，流網(wǎng)具有下列特征：（1）流線與等勢線彼此正交；（2）每個網(wǎng)格的長寬比為常數(shù)；（3）相鄰等勢線間的水頭損失相等；（4）各流槽的滲流量相等。

二維滲流和流網(wǎng)的特征2.7滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治一、滲流壓力的概念在飽和土體中水的滲流分析中，把土顆粒骨架視為不可變形的剛體，發(fā)生滲流時，受到土粒的阻力，引起水頭損失，同時水也對土顆粒施加滲流作用力，單位體積土骨架所受到的滲流作用力稱為滲流壓力(seepageforceorseepagepressure)或動水壓力，用Gd表示。滲流壓力的計算滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治滲流壓力是一種體積力，單位是kN/m3。滲流壓力的大小和水力梯度成正比，方向與滲流方向一致。

滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治基本類型流土管涌土工建筑物與地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件防治措施二、滲透破壞類型滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治1、潛蝕在滲流情況下，地下水對巖土的礦物、化學成分產(chǎn)生溶蝕、濾液后這些成分被帶走以與水流將細小顆粒從較大顆粒的孔隙中直接帶走，這種作用叫潛蝕。潛蝕是巖土體內(nèi)部的水土流失，在滲流出口處表現(xiàn)為管狀涌水并帶出細小顆粒，所以潛蝕也稱管涌。原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙外因——滲透力足夠大

千里之堤，潰于蟻穴潛蝕的防治滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治2.流砂或流土在自下而上的滲流發(fā)生時，滲流壓力的大小超過土重度，土顆粒完全失重，土體的表面隆起、浮動或某顆粒群懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流土(soilboiling)。流土現(xiàn)象比較容易在粉細沙，粉土地層中發(fā)生

，所以常稱為流沙。滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治地震引起的砂土液化滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治發(fā)生流沙的條件當豎向滲流力等于土體的有效重量（浮重度）時，土體就處于流土臨界狀態(tài)。當發(fā)生自下而上的滲流且水力梯度大于或等于臨界水力梯度時，就會出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。以瀕臨滲透破壞時的水力梯度稱為臨界水力梯度。GdGd滲流壓力浮重度滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治例如圖裝置，土樣厚度L=25cm，水頭差h=20cm。(1)計算滲流壓力的大?。?2)若砂土的土粒相對密度2.68,e=0.72,是否會出現(xiàn)流土現(xiàn)象？(3)若要出現(xiàn)流土，計算最小的水頭差。滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治解：（1）滲流壓力的大小為：（2）計算土樣的浮重度（3）當時剛好發(fā)生流土

滲流力、潛蝕和流沙的危害與防治回顧浮密度，浮重度飽和密度，飽和重度水頭h流網(wǎng)2.8滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力一、飽和土體中的孔隙水壓（應）力和有效應力

把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應力稱為有效應力。我們常把研究平面內(nèi)所有粒間接觸面上的接觸力的法向分力之總和FN,除以所研究平面的總面積A所得到的平均應力來定義有效應力。FSFSFNFN

把飽和土體中由孔隙水來承擔或傳遞的壓力定義為孔隙水壓力，常以u表示。其值等于該點的測壓管水柱高度hw，與水的重度的乘積。A：Aw：As：土單元的截面積顆粒接觸點的截面積孔隙水的截面積aa滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力把孔隙水壓力和有效應力之和稱為總應力。式中：a為研究平面內(nèi)粒間接觸面積所占的比值。可忽略不計。著名的有效應力原理二、在靜水條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力h2h1粘土層γsat水γw滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力地下水位下降引起σ’增大的部分h1h2σ’=σ-uu=γwh2u=γwh2地下水位下降會引起σ’增大，土會產(chǎn)生壓縮，這是城市抽水引起地面沉降的一個主要原因。滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力