《土力學(xué)》

1、緒論 緒論土質(zhì)學(xué)、土力學(xué)都是研究土的學(xué)科，目的是解決工程建筑中有關(guān)土的工程技術(shù)問(wèn)題。土的形成經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程，它是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是一種礦物集合體，為由多種組成的多相分散系統(tǒng)。其主要特征是分散性、復(fù)雜性和易變性，極易受到外界環(huán)境（溫度、濕度等）的變化而發(fā)生變化。由于土的形成過(guò)程不同，加上自然環(huán)境的不同，使土的性質(zhì)有著極大的差異，而人類工程活動(dòng)又促使土的性質(zhì)發(fā)生變異。因此在進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，必須密切結(jié)合土的實(shí)際性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，在

2、預(yù)測(cè)到因土性質(zhì)的變異帶來(lái)的危害，并加以改良，否則會(huì)影響工程的經(jīng)濟(jì)合理性和安全使用。土質(zhì)學(xué)是一門屬于地質(zhì)學(xué)范疇的科學(xué)，是從工程地質(zhì)觀點(diǎn)（即從工程建筑物與自然地質(zhì)體相互作用、相互制約角度出發(fā)的觀點(diǎn)）去研究土的，它是地質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)和力學(xué)觀點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合，其理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)。土質(zhì)學(xué)研究的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1．土的工程地質(zhì)性質(zhì)，包括物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，如干密度、干濕狀況、孔隙特征、與水相互作用表現(xiàn)出的性質(zhì)及在外力作用下表現(xiàn)出的變形和

3、強(qiáng)度特征。2．土的工程地質(zhì)性質(zhì)的形成和分布規(guī)律；土的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)土的工程地質(zhì)性質(zhì)的影響。3．土的工程地質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)試方法和測(cè)試技術(shù)。4．土的工程地質(zhì)分類。5．土的工程地質(zhì)性質(zhì)在自然或人為因素作用下的變化趨勢(shì)和變化規(guī)律，預(yù)測(cè)這種變化對(duì)各種建筑物的危害。6．特殊土的工程地質(zhì)特征。土力學(xué)是屬于工程力學(xué)范疇的科學(xué)，是運(yùn)用力學(xué)原理，同時(shí)考慮到土作為分散系特征來(lái)求得量的關(guān)系，其力學(xué)計(jì)算模型必須建立在現(xiàn)場(chǎng)勘察和實(shí)測(cè)土的計(jì)算參數(shù)（即工程地質(zhì)性

4、質(zhì)指標(biāo)）的基礎(chǔ)上，因此土力學(xué)也是一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。它研究的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1．土的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。2．土的強(qiáng)度及土的變形和時(shí)間的關(guān)系。3．土在外荷作用下的穩(wěn)定性計(jì)算。土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)雖各屬不同學(xué)科范疇，但彼此間關(guān)系十分密切。隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，這兩門學(xué)科的相互結(jié)合已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。土質(zhì)學(xué)需吸取土力學(xué)中運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)等最新理論去研究土的工程地質(zhì)性質(zhì)的本質(zhì)；土力學(xué)將吸取土質(zhì)學(xué)從成因及微觀結(jié)構(gòu)等認(rèn)識(shí)土的性質(zhì)本質(zhì)的研究

5、成果去研究與工程建筑有關(guān)的土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等力學(xué)問(wèn)題。本課程把土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)結(jié)合在一起就是順應(yīng)了科學(xué)發(fā)展的這種趨勢(shì)，顯示了完整性和系統(tǒng)性，它定能更好地解決實(shí)際工程中有關(guān)土的問(wèn)題。的一個(gè)重要依據(jù)。它們存在著復(fù)雜的物理～化學(xué)作用。3．土是分散體系由二相或更多的相所構(gòu)成的體系，其一相或一些相分散在另一相中，謂之分散體系。根據(jù)固相土粒的大小程度(分散程度)，土可分為①粗分散體系（大于 2μ） ，②細(xì)分散體系，（2～0.1μ） ，③膠

6、體體系（0.1～0.01μ） ，④分子體系（小于 0.01μ） 。分散體系的性質(zhì)隨著分散程度的變化而改變。粗分散與細(xì)分散和膠體體系的差別很大。細(xì)分散體系與膠體具有許多共性，可將它們合在一起看成是土的細(xì)分散部分。土的細(xì)分散部分具有特殊的礦物成分，具有很高的分散性和比表面積，因而具有較大的表面能。任何土類均儲(chǔ)備有一定的能量，在砂土和粘土類土中其總能量系由內(nèi)部?jī)?chǔ)量與表面能量之和構(gòu)成，即：E 總＝E 內(nèi)＋E 表4．土是多礦物組合體在一般情況下，

7、土將含有 5～10 種或更多的礦物，其中除原生礦物外，次生粘土礦物是主要成分。粘土礦物的粒徑很?。ㄐ∮?0.002mm） ，遇水呈現(xiàn)出膠體化學(xué)特性。（二）土體的主要成因類型按形成土體的地質(zhì)營(yíng)力和沉積條件（沉積環(huán)境） ，可將土體劃分為若干成因類型：如殘積、坡積、洪積……現(xiàn)就介紹幾種主要的成因類型、土體的性質(zhì)成分及其工程地質(zhì)特征。1．殘積土體的工程地質(zhì)特征殘積土體是由基巖風(fēng)化而成，未經(jīng)搬運(yùn)留于原地的土體。它處于巖石風(fēng)化殼的上部，是風(fēng)化殼中劇

8、風(fēng)化帶。殘積土一般形成剝蝕平原影響殘積土工程地質(zhì)特征因素主要是氣候條件和母巖的巖性：1）氣候因素氣候影響著風(fēng)化作用類型 從而使得不同氣候條件不同地區(qū)的殘積土具有特定的粒度成分、礦物成分、化學(xué)成分。① 干旱地區(qū)：以物理風(fēng)化為主，只能使巖石破碎成粗碎屑物和砂礫，缺乏粘土礦物，具有礫石類土和工程地質(zhì)特征。② 半干旱地區(qū)：在物理風(fēng)化的基礎(chǔ)上發(fā)生化學(xué)變化，使原生的硅酸鹽礦物變成粘土礦物；但由于雨量稀少，蒸汽量大，故土中常含有較多的可溶

9、鹽類；如碳酸鈣、硫酸鈣等。③ 潮濕地區(qū)：a、在潮濕而溫暖，排水條件良好的地區(qū)，由于有機(jī)質(zhì)迅速腐爛，分解出 CO2，有利于高嶺石的形成。b、在潮濕溫暖而排水條件差的地區(qū)，則往往形成蒙脫石?？梢?jiàn)：從干旱、半干旱地區(qū)至潮濕地區(qū)，土的顆粒組成由粗變細(xì)；土的類型從礫石類土過(guò)渡到砂類土、粘土。2）.母巖因素母巖的巖性影響著殘積土的粒度成分和礦物成分；酸性火成巖 含較多的粘土礦物，其巖性為粉質(zhì)粘土或粘土；中性或基性火成巖 易風(fēng)化成粉質(zhì)