当前课程知识点：地质学与工程地质 > 第9章 土体的工程地质性质 > 9.2 土的基本性质 > Chapter 9.2.3 土的力学性质
同学们好 欢迎来到地质学与工程地质课程
土体在外部荷载作用下将发生变形
当荷载过大时就会发生破坏
从而影响着土体本身及建筑物的稳定性
这节课呢我们就来学习土的力学性质
由于土是松散的颗粒集合体 颗粒间连接力很小
一般只能承受压力和剪力 抗拉力呢很低
通常忽略不计 所以土的力学性质通常包括抗剪性
压缩性和压实性等特性
土的抗剪性也就是土抵抗剪切的特性
土体抵抗剪切破坏的极限强度称为土的抗剪强度
当作用在土体上的外部荷载超过它的强度时
土体通常会沿着某一个面或者是带
发生与剪切方向相一致的相对变形
这个面就是剪切面或者是剪切带
所以说土体的抗剪强度在数值上
其实就等于剪切破坏时作用在剪切面上的剪应力
一般用库仑定律来表示
它反映的是土的抗剪强度与作用
在剪切面上的法向应力具有线性相关性
相应的这个直线的倾角和截距
分别代表了土的两个抗剪强度指标
也就是内摩擦角和粘聚力
土的抗剪强度参数通常用直剪试验
或者是三轴试验来得到
根据库仑定律土的抗剪强度
随着剪切面上的法向应力的增加而增加
对于饱和土而言 剪切面上的法向应力
在固结过程中是由孔隙水压力和有效应力共同承担
这就是著名的太沙基有效应力原理
而只有有效应力才能使土体固结压密
从而加大土的摩擦力
使孔隙水压力逐渐的消散并增加土的抗剪强度
所以在试验过程中需要考虑
孔隙水压力的消散的程度
对土体抗剪强度的影响
也就是说考虑土的固结程度
对土体抗剪强度的影响
工程中通常采用总应力法和有效应力法
来考虑不同条件下抗剪强度的指标
总应力法它是采用剪切面上的总应力
来表示土体的抗剪强度
孔隙水压力的影响是通过试验时
控制孔隙水的排出程度来反映
可以分为排水剪 不排水剪和固结不排水剪三种情况
对于排水剪它是使土样在垂直压力下
充分地排水固结达到稳定后
再缓慢地施加剪切
在剪切过程中也充分地排水固结直到试样剪坏
整个试验过程中
土体的内部孔隙水压力完全地消散
这种试验呢通常需要很长的时间
所以又叫做慢剪 它的强度指标分别为φd和Cd
不排水剪它是无论在加垂直压力
还是在水平剪切过程中都是快速施加的
不让试样内部的孔隙水排出
也就是说在整个的试验过程中
不让内部孔隙水压力消散
这种试验呢速度比较快
所以又叫做快剪 强度指标分别是φu和Cu
固结不排水剪呢 它首先是试样在垂直
压力下充分的排水固结达到稳定
然后迅速地施加水平剪切
所以又叫做固结快剪 强度指标为φcu和Ccu
有效应力法呢
它是采用剪切面上的有效应力
来表示土体的抗剪强度
其中φ'和c'分别是土体的有效
内摩擦角和有效内聚力
这种方法呢需要直接测量剪切面上的孔隙水压力
总的来说呢 总应力法所需要的试验
通常较为简单 可以采用直剪仪
也可以采用三轴剪切仪来测量
而有效应力法呢相对复杂一些
但是它可以较好地表征土的实际固结状态
一般呢是用三轴剪切仪来测定
在分析土的强度和稳定问题时应根据
具体工程的实际排水情况选择合适的试验方法
来测定土的抗剪强度指标
比如在饱和粘土层很厚 排水条件不好
施工期短的情况下可以采用快剪法
而粘性土层较薄 排水条件好
施工期长的情况下可以采用慢剪法
相应的如果施工期固结基本完成
但是使用过程中可能会遇到突然加载的情况
可以采用固结快剪法
土体在外部荷载作用下由于孔隙体积的减小
或者是土颗粒间结构的调整
孔隙水气体的排出等因素
将引起土体产生压缩变形
为了计算土体在外部荷载作用下的压缩沉降量
通常采用压缩仪来测定土的压缩性参数
试验过程中逐级施加法向压力PI
同时测量稳定时对应的变形量
进而计算该压力下的孔隙比
随着压力的增加孔隙比呢将逐渐地减少
根据试验结果可以绘制E-P曲线和E-logP曲线
也就土的压缩曲线
根据曲线可以得到压缩系数a
也就是E-P曲线上割线斜率的绝对值
在实际工程中通常将P1等于0.1兆帕
P2等于0.2兆帕的压缩系数
也就是a1-2作为判断土的压缩性高低的标准
并根据a1-2的大小将土可以分为低压缩性土
中等压缩性土和高压缩性土三种类型
而在E-logP曲线上接近于
直线段的斜率称为压缩指数Cc
这个值越大 土的压缩性就越高
一般的将Cc小于0.2的土称为低压缩性土
而当Cc大于0.4时 称为高压缩性土
在侧限条件下土的竖向压应力
与土的竖向应变之比称为土的压缩模量Es
土的压缩模量这个值越大它表明
在同一压力范围内土压缩变形量就越小
土的压缩性呢相应地就越低
所以呢根据Es可以将土分为高压缩性土
中等压缩性土和低压缩性土三种类型
粘性土是路基 堤坝等主要的填充材料
为了满足构筑物稳定的要求通常采用夯实
碾压的方法把土压实 从而使土的密实度增加
强度提高 透水性降低 后期变形也相对减小
土的压缩性呢就是描述土在一定压实能量作用下
密度逐渐增加的一种特性 研究土的填筑特性呢
通常用现场填筑试验和室内击实试验两种方法
现场填筑试验呢它是在现场试验阶段
按照设计要求和施工方法进行填土
并同时进行有关的测试工作以查明填筑条件
和填筑效果的关系
室内击实试验呢它是用锤击的方法将土击实
从而近似地模拟现场的填筑情况
因此呢它是一种半经验性的试验方法
锤击能量的大小呢用击实功来表示
比如用一个重量为W的重锤
从距离为L的高度自由落下
锤击土面 重复N次 那么击实功就是NWL
相应的击实效果呢用干容重来衡量
实验室将某一含水率的土料填入
击实筒内 用击锤按规定的落距对土击实一定的次数
也就是用一定的击实功来击实土 测量它的干密度
从而可以绘制含水率和干密度的关系曲线
也就是击实曲线 在击实曲线上可以找到某一个峰值
这个峰值称为最大干密度
它所对应的含水率成为最优含水率
它表示的是在一定的击实功作用下
达到最大干密度的含水率
也就是说当击实土料为最佳含水率时
压实效果最好
好这节课我们学习了土的力学性质
它也是土最重要的工程性质
通过这节课的学习同学们要掌握土的压缩性
及压缩性指标 重点掌握土的抗剪强度指标及表示方法
-0.1 人类工程活动与地质环境
-0.2 工程地质学的任务
-知识巩固--作业
-1.1 地球的形成与演化
-1.2 地球的基本性质
-1.3 岩石圈板块构造与地质作用
-知识巩固
-2.1 地壳运动
--默认
-2.2 岩浆作用
-2.3 变质作用
-2.4 地震作用
-知识巩固
-3.1 引述
-3.2 风化作用
-第3章 外动力地质作用--3.2 风化作用
-3.3 地面流水的地质作用
-3.3 地面流水的地质作用--作业
-3.4 风的地质作用
-3.4 风的地质作用--作业
-3.5 冰川的地质作用
-3.5 冰川的地质作用--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-4.1 矿物
-第4章 矿物与岩石--4.1 矿物
-4.2 岩浆岩
-第4章 矿物与岩石--4.2 岩浆岩
-4.3 沉积岩
-4.3 沉积岩--作业
-4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-基础篇
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-提高篇
-5 地质年代
-知识巩固--作业
-6.1 水平构造与倾斜构造
-6.2 褶皱构造
-6.3 断裂构造
-第6章 地质构造--知识巩固-基础篇
-第6章 地质构造--知识巩固-提高篇
-7.1 概述
-7.2 地质图的表示方法
-7.3 地质图的阅读和分析
-第7章 地质图--知识巩固-基础篇
-第7章 地质图--知识巩固-提高篇
-8.1 基本概念
-8.1 基本概念--作业
-8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-第8章 地下水--8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-8.3 地下水的运动
-8.3 地下水的运动--作业
-8.4 地下水的水质
-8.4 地下水的水质--作业
-8.5 与地下水有关的工程地质问题
-8.5 与地下水有关的工程地质问题--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-第8章 地下水--知识巩固-提高篇
-9.1 土的物质组成
-9.1 土的物质组成--作业
-9.2 土的基本性质
-9.2 土的基本性质--作业
-9.3 土的工程分类
-9.4 特殊土及工程性质
-9.4 特殊土及工程性质--作业
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-基础篇
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-提高篇
-10.1 概述
--10.1练习
-10.2 岩石的物理和水理性质
--10.2练习
-10.3 岩石的力学性质
--10.3习题
-10.4 岩体结构、结构面与结构体
--10.4习题
-10.5 结构面的特征及力学性质
--10.5习题
-10.6 岩体力学性质
--10.6习题
-10.7 岩体的工程地质分类
--10.7习题
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-11.1 斜坡变形与破坏
-11.1 斜坡变形与破坏--作业
-11.2 影响斜坡稳定的因素
-11.3 斜坡稳定性分析
-11.3 斜坡稳定性分析--作业
-11.4 岩质边坡稳定的结构分析法
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施--作业
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-基础篇
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-提高篇
-12.1 地下洞室及其应力重分布
-12.1 地下洞室及其应力重分布--作业
-12.2 洞室围岩的变形与破坏
-12.3 影响洞室围岩稳定性的因素
-12.4 洞室围岩失稳的防治措施
-第12章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析--知识巩固
-13.1 水利工程坝基
--Chapter 13.1.1 坝型及对工程地质条件的要求
-13.2 常见地基处理方法
-第13章 地基岩体稳定性工程地质问题分析--知识巩固
-14.1 水库渗漏
-14.2 库岸稳定问题
-14.3 库周浸没及水库淤积
-知识巩固--作业
-15.1 概述
-15.2 工程地质测绘
-15.3 工程地质勘探与野外试验
-15.4 地质罗盘的使用方法
-知识巩固
-汶川地震泥石流——5年的回顾
--汶川地震泥石流
--汶川地震这五年
--解疑答惑
-期末考试
