• 二、渗透变形
渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动， 导致土体变形—————渗透变形问题（流土，管涌） 1.流土——在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土 粒群同时发生移动的现象
流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开 挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、 淤泥等较易发生流土破坏
0
ωop
填土要求的最大干密度 'd max (压实系数) 室内标准击实试验的最大干密度d max
砂土液化
100
液化：任何物质转化
u/kPa
80
孔 隙 60 水 压 40 力
20
为液体的行为或过程。 就无黏性土而言，这 种由固体状态变为液
n
0 0 10 20 30 40 50
应力循环次数N
1+e
ms d s w d V 1 e 1
sat
VV e n V 1 e
Sr Vw mw d s VV VV W e
土的物理状态指标
• 一、无黏性土的密实度
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土 颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到 松散的不同物理状态。无黏性土的密实度与其工程性质有 着密切关系。
3.按动力触探确定无黏性土的密实度
天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数 N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥 动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002)
密实度
按N评定砂石密实度
松散
N≤10
稍密
10＜N≤15
中密
15＜N≤30
密实
N＞30
按N63.5评定碎石土密实度 N63.5≤5 5＜N63.5≤10 10＜N63.5≤20 N63.5＞20
d
ms V
土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度ρ， 饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ (kg/m3),相应的重度指标 也有4个，土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮重度 (kN/m3)
• 四、指标间的换算
质量m
ds（1＋ω）ρw dsρw ωdsρw
体积V 水
体积V Vw Va V
3.土的含水量ω：土中水的
质量与土粒质量之比，以百分 数表示

m m ms 100% 100% ms ms
ms
土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天 然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及 其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法
式中i=△h/L，称为水力梯度，也称水力坡降；
k为渗透系数，其值等于水力梯度为1时水的渗
透速度，cm/s 。
渗透力与渗透变形
• 一、渗透力和临界水力坡降
1.渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力 沿水流方向放臵两个测压 管，测压管水面高差h 土样 土粒对水流 面积 的阻力应为
h 1 h1 2 h2
体状态的转化是由于 孔隙水压力增大（超 孔隙水压力）和有效 应力减小的过程。 （美国土木工程协会 岩土工程分部土动力 学委员会）
周期荷载下饱和砂土动强度与循环次数有关
第三章 土中应力计算
主要内容
§1 土中一点的应力状态
§2 有效应力原理
§3 土中自重应力（水平，竖直）
§4 与基础接触的基底压力
§5 外荷载作用下地基土的附加应力
状态 坚硬 硬塑 0＜IL≤0.25 可塑 0.25＜IL≤0.75 软塑 0.75＜IL≤1 流塑 I L＞ 1
液性指数 IL≤0
土的渗透问题 达西定律
达西分析了大量实验资料，发现土中渗透的渗
流量q与圆筒断面积A及水头损失△h 成正比，
与断面间距L成反比，即 ：
q=kA△h/L=kAi 或v=q/A=ki
填土的击实特性
1.含水量的影响
2.击实功能的影响 3.土类和级配的影响
ρd ρdmax
当含水率较低时，击实后 的干密度随含水量的增加而 增大。而当干密度增大到某 一值后，含水量的继续增加 反致干密度的减小。干密度 的这一最大值称为该击数下 的最大干密度，与它对应的 含水量称为最优含水量。 说明：当击数一定时，只有 在某一含水量下才获得最佳 ω 的击实效果
• 二、黏性土的稠度 1.黏性土的稠度状态
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破 坏的抵抗能力,是黏性土最主要的物理状态特征。
0 固态或半固态
塑限ωP
液限ωL
流动状态
可塑状态
ω
黏性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为 土的稠度界限 液塑限测定根据《土工试验规程》(SL237-007-1999)规定， 采用液塑限联合测定仪进行测定。
2.管涌——在渗流作用下，无黏性土中的细小颗粒通过较大颗粒 的孔隙，发生移动并被带出的现象
土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成 能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失 稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发 展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏
成层土的自重应力计算
cz 1h1 2 h2 n hn
天然地面
h1

i 1
n
i
hi
1 2 3
说明：
1 h1
h2
水位面
1 h1 + 2 h2
1.地下水位以上土层 采用天然重度，地下 水位以下土层采用浮 重度
土力学部分知识复习
第一章 绪论
什么是地基？（subgrade)
支承基础的土体或岩体称为地基。
地基按是否进行人工处理分为 天然地基
人工地基
什么是基础？ (foundation)
将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成 部分。
第二章 土的性质及工程分类
主要内容 §2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5 §2.6 土的组成与土的结构构造 土的物理性质指标 土的物理状态指标 土(岩)的工程分类 土的渗透及渗流 土的压实性
GJ
G
wicr
icr
' w
或
d s 1 sat w icr 1 e w
在工程计算中，将土的临界水力坡降除以某一安全系数 Fs(2～3)，作为允许水力坡降[i]。设计时，为保证建筑物的安 全，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内
icr i [i ] Fs
g
ms
Vs
2.土粒相对密度ds（土粒比重）： 土粒质量与同体积的4℃时纯水 ms s ds 的质量之比 Vs w w
近似取10m/s2
土粒相对密度变化范围不大：细粒土（黏性土）一般2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小
质量m 气 mw m 水 土粒
颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系 数Cu描述颗粒级配的 不均匀程度
Cu d 60 d10
曲率系数Cc描述颗粒级 配曲线整体形态，表明 某粒组是否缺失情况
2 d 30 Cc d10 d 60
d10、d30、d60小于某粒径的 土粒含量为10%、 30%和 60%时所对应的粒径
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土； Cu＞10 的土视为级配良好的土
Vv=e
气
Vs＝1
土的三相指标中，土粒比重 ds ，含水量ω和密度ρ是通 过试验测定的，可以根据三 个基本指标换算出其余各指 标
推导：
m d s (1 ) w V 1 e
土粒
换算关系式： d d (1 ) w e s w 1 s 1 d
ms VV w (d s e) w V 1 e (d s 1) w sat 1 e
Vs
质量m 气 mw m 水 土粒
体积V 3.不同状态下土的密度和重度 饱和密度ρsat ：土体中孔隙完 全被水充满时的土的密度
sat
ms Vv V
ms
Vs
Vw Va VV
浮密度ρ ：土单位体积内土 颗粒部分的质量
粒质量与同体积水的质量之差
m Vs s V
干密度ρd ：单位体积中固体
2.黏性土的塑性指数和液性指数
塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的 含水量变化范围 I p L P
说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与
土中黏粒含量有关。黏粒含量越多,塑性指数就越高
液性指数IL是黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 P IL IP 说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关 系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处 于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态
基坑突涌
当基坑下部有承压水层时，开挖基坑减小了底板隔水层的厚 度，当隔水层较薄经受不住承压水头压力，承压水头压力就会冲 毁基坑底板，这种现象称为基坑突涌
γw H > h γ
△H
各向同性土流 网的特征
l H b
b
0
l
1. 正交性：流线与等势线（等水头线）必须正交 2. 流网为曲边正方形 等间隔流线与等间隔等势线形成的流网中，各个网格 的长宽比应为常数。一般取1，即为曲边正方形。 3. 任意两相邻等势线间的水头损失相等。 4. 任意两相邻流线间的单位渗流量相等。
对于砾类土或砂类土，同时满 足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为 良好级配砂或良好级配砾
土的物理性质指标
• 一、土的三相图
质量m 气