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土力学本文重定向自 土壤力學

比萨斜塔一个土壤变形的例子。

土壤力学是应用土壤物理学英语Soil physics工程力学方法来研究土的力学性质的一门学科。土壤力学的研究对象是与人类活动密切相关的土和土体,包括人工土体和自然土体,以及与土的力学性能密切相关的地下水奥地利工程师卡尔·太沙基(1883-1963)首先采用科学的方法研究土力学,被誉为现代土力学之父。土力学被广泛应用在地基挡土墙、土工建筑物、堤坝等设计中,是土木工程岩土工程工程地质学等工程学科的重要分枝。

基本性质

三相组成

自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成的。因此,母岩成分、风化性质、搬运过程和堆积的环境是影响土的组成的主要因素,而土的组成又是决定地基土工程性质的基础。土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的,通常称为土的三相组成,随着三相物质的质量和体积的比例不同,土的性质也就不同。

固相

土的固相物质包括无机矿物颗粒有机质,是构成土的骨架最基本的物质,称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。

矿物成分

土中的矿物成分可以分为原生矿物次生矿物。原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英长石云母等。次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物,如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、难溶的和不溶的,次生矿物的水溶性对土的性质有重要的影响。

粒度成分
粒组划分

依据土的主要粒度成分大小,土可分为巨石、漂石、圆砾、砂粒、粉粒、粘粒

粒度成分及其表示方法

1、表格法。2、累计曲线法。3、三角坐标法。

粒度成分分析方法
筛析

土透过穿过不同孔隙大小的筛,从量度残留在不同筛上土的重量分析出土粒度分布。适用于土粒大小介于125mm至20um。

移液管法

小于75um的粉粒和粘粒难以分离,常以移管法和比重计法分析。移液管法是以土粒大小与水中下沉速度成正比。

比重计法
土粒的形状

液相

土的液相是指存在于土孔隙中的水。按照水与土相互作用程度的强弱,可将土中水分为结合水自由水两大类。

气相

土的气相是指填充在土的孔隙中的气体,包括与大气连通的和不连通的两类。

有效应力

通过土粒接触点传递的粒间应力,称为土的有效应力,其影响土的剪切强度。有效应力不能直接测量。在饱和土中,有效应力(σ ')等于总应力(σ)减去孔隙水压(u):

剪切强度

剪切强度是土对纵向力抗性,其包含切面中土粒相互间的阻力,吸力和相扣。剪切强度大小受不同的因素影响,径向有效应力,土粒大小分布,土粒形状,土中的液相。

,为剪切强度, ,为有效粘度,为有效应力,为阻力角度。阻力系数与阻力角度的关系如下

实验室测试

承载强度

固结理论

固结(consolidation)指的是在荷载或其他因素作用下,土体孔隙中水分逐渐排出、体积压缩、密度增大的现象。

渗透理论

渗流是流体在土孔隙中的流动

压实理论

侧向压力

土坡的稳定性

本构模型

液化性貭

参见

外部链接

  1. ^ Guerriero, V; Mazzoli, S. Theory of Effective Stress in Soil and Rock and Implications for Fracturing Processes: A Review. Geosciences MDPI. 2021, 11: 119. doi:10.3390/geosciences11030119.

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