高等土力学读书报告姓名：杨耀辉学院：水利与土木工程学院专业：水利工程学号： 1338020126无粘性土颗粒组成的类型与基本性质一 无粘性土颗粒组成类型与分类 1．颗粒组成颗粒组成是研究无粘性土基本性质的主要依据，通常以各粒径含量的累积曲线或分布曲线表示。

均匀土：分布曲线是单峰形式，各粒径都有一定的含量，峰值粒径含量占绝对优势，其破坏形式主要是流土破坏。

单峰形：峰值远离中值，呈左偏峰，出现双峰时右峰较低，两峰连续，谷点里粒径至少占4%至5%，曲线无明显平缓段，集中在某段，无峰值。

不均匀土：级配连续和级配不连续。

双峰形：双峰间有间断，有的相连接，但最低点粒径含量小于或等于3%，累积曲线呈椅子形，出现台阶。

2．均匀土的区分原则和方法均匀土特点：级配不良，压实性差，孔隙率大，稳定性差。

太沙基指出5,1.0<<Cu mm d 的砂最不稳定。

对于均匀土的确定尚不统一,下列有几种方法标准： （1）5<Cu 的土叫均匀土 （2）10<Cu 的土叫均匀土 （3）10~5=Cu 之间的叫均匀土把不均匀土进一步分为级配连续和级配不连续两种。

.级配不连续的土的基本性质颗粒组成特征这类土的粒径大于5㎜的砾卵石，细料为砂土类粒径普遍小于1.0㎜在颗分曲线上有双峰值，谷底粒径含量小于3%。

土孔隙体积、粗料的骨架作用与细料含量的关系细料含量：指谷底粒径（0.5～5mm ）小于谷底粒径累积百分含量值。

细料含量少时，不足以充满粗料孔隙，也就不破坏粗料的骨架作用，其性质仍取决于粗料。

但随细料的含量的增加，混合料密度增加，孔隙相应减小，到细料超出一定含量时，混合料性质就取决于细料。

最优级配的细料含量P=25%到30%。

混合料中开始参与骨架作用的细料含量21n nn =；并考虑到无粘性土一般21s s ρρ=；得出细料含量与孔隙率的关系理想状态下的计算式：()2222111n n n P ds d ⨯+⨯-⨯=ρρρ其中()1111s d n ρρ⨯-=；在理想状态下：n n n P --=12。

为使P 含量与实际相符，就要考虑粗料孔隙体积被撑开的影响，由实验分析知2n 随n 增大而增大，且223n n =∆；我们取粗料孔隙率为0.3，则2233.0n n +=∴ n nn P --+=133.02但在实际中，混合料中细料是多少要撑开粗料孔隙的，所以理论计算的P 要小于实际中的。

实际值小于它时表明细料没填满粗料孔隙；实际值大于它时细料填满粗料孔隙且与粗料共同组成骨架； 当实际值等于它时认为混合料有最优级配料。

渗透系数与细料含量的关系；P 〈30%时填不满孔隙，对渗透系数起控制作用的是粗料。

P 〉30%时孔隙与细料产生关系。

P 〉70%时粗料只起填充作用，对渗透系数的影响减少直到消失。

4.级配连续土的基本性质级配连续土的性质： Cu>10 1<Cc<3 确定粗细料的区分粒径的标准进行探讨：1)d=1～2㎜为区分粒径（主要用于区分土的渗透稳定性）； 2)d=5㎜为区分粒径（用于区分和研究土的压实性）；3) 7010d d d =粗料被细料撑开为准则，pop=30%～35%。

5.结论将细料含量进一步引伸到级配连续中来，关键变成确定细料含量的粒径值。

特征粒径与特征参数 特征粒径有效粒径d10；等效粒径d20； 哈增粒径d60 ；分界粒径d30，土中小于或等于d30的部分为填料，大于d30的部分为土的骨架，控制粒径d70,不均匀土中粗料开始起控制作用的粒径，太沙基控制粒径d85。

6．特征参数 不均匀系数Cu1060d d C u =是反映土的组成离散程度的参数，Cu 值越大，土越不均匀。

但不能反映颗粒级配曲线的形状、类型及细料含量的多少。

曲率系数Cc6010230d d d C c =表明颗粒级配曲线的类型及细料含量。

Cc 〈1.0，级配不连续，且细料含量大于30%。

Cc 〈5.0，级配不连续，且细料含量小于30%。

1〈Cc 〈5，级配连续土，内部结构稳定。

细料含量P表示不均匀土中粗颗粒的孔隙被细颗粒填充程度的指标。

一般以细料占总重量的30%作为评价细料填满粗料孔隙体积的界限指标。

无粘性土的渗透稳定特性及抗渗强度1. 无粘性土的渗透破坏形式和判别方法 无粘性土的渗透破坏形式从渗透破坏机理的角度将破坏形式分为：流土，管涌，接触流失和接触冲刷四类。

1）流土：局部土体的集体流失，发生在渗流出口无任何保护的情况下2）管涌：细颗粒被集体带出，多发生在砂砾石土层中，根据发展形态的不同分为：①发展型：细颗粒连续不断的带出，土体不能承受更大的水头，甚至出现土体所承受的水头有所下降的情况②非发展型：出现管涌现象不久，细颗粒停止流失，当继续增大水头，管涌继续出现，土体承受的水力比降增大，土体最后以流土的形式破坏。

（实际是过渡型）3)接触流失：发生在垂直方向上，粗、细颗粒的接触层面间，包括接触管涌和接触流失4)接触冲刷：发生在水平方向上以上四种破坏形式中，前两种发生在单一土层中，后两种发生在成层土中。

单一土层的渗透破坏形式又可细分为：流土、管涌、过渡型三种。

对于过渡型，当土体处于密实状态可能呈流土型，疏松状态呈管涌型。

2.渗透破坏形式的判别方法：主要有三种：单一因素法：1）依斯托美娜的不均匀系数法：a. Cu<10: 流土型，允许抗渗比降 [i] =0.4b. 10<Cu<20：过渡型，[i] =0.2,不适用(没有区分连续和不连续,也没有考虑细料含量，过于笼统)c. Cu>20：管涌型，[i] =0.1 ,不适用(理由同上)2）普拉维登的细料粒径对比法：（适用于级配连续土）a. D0/d 1.3 非管涌土b. D0/d﹥1.3 管涌土其中：D0为孔隙平均粒径,主要取决于细料直径，d取为d3。

D0由下式计算：n k Cu D d nnCuD /)15.01(026.00171535.00+=-= 当满足判别式：n nC d d C n n C d d u u u -≥-+≥14.01)05.01(34.061736173时，为流土，否则就为管涌。

双因素法：康德拉且夫同时考虑了曲线形状和混合料中粗料的孔隙率两种因素，以混合料中粗料的孔隙率nck 与粗料单独存在时的孔隙率n2相比较，给出判别渗透破坏形式的准则：1） nck> n2时，粗料处于互不接触的状态，破坏形式为流土，由分析结果认为 n2〉50%2）nck< n2时，为管涌a. D0>(d70)z 时，为整体管涌：细颗粒不断被渗流带出土体b. D0<(d70)z 时，为局部管涌，即：过渡型该方法的缺点在于：将级配连续土全归于过渡型。

综合分析方法：将无粘性土先根据颗粒组成特征分成几种类型，分别提出相应得判别标准，这样使得分析方法更加简单，分析结果更为可靠。

不均匀土，又分为级配连续和级配不连续土。

1） 均匀土：破坏形式为流土 2） 不均匀土：① 级配不连续土的渗透破坏特性： a. 破坏形式取决于细料含量 细料全部充满粗料孔隙：破坏形式为流土 细料未充满粗料孔隙：破坏形式为管涌或过渡型 b. 以最优细料含量Pop 作为判别渗透破坏形式的标准 Pop=（0.3+3n2-n ）/（1-n ）谷底粒径含量P<0.9Pop ，管涌（P<25%,从工程实际出发） P>1.1Pop ，流土（P>35%）P=0.9～1.1Pop ，过渡型（P=25%～35%）② 级配连续土的渗透破坏特性： a. 分界粒径：（最优细料含量法） P<0.9Pop,管涌，P<25% P>1.1Pop ，流土，P>35%P=0.9～1.1Pop,过渡型, P=25%～35% b. 孔隙平均直径法： Do=0.63nd20 Do> d3 ， 管涌 Do< d3 ， 流土 Do= d3～d5 ，过渡型③ 天然无粘性土渗透破坏形式的综合判别法：水利水电科学研究院法，从均匀土和非均匀土来划分。

3.无粘性土的抗渗强度 流土型：1)太沙基公式：iBn=(Gs-1)(1-n) ，比实际值约小15%～20% 2)扎马林公式：iBn=(Gs-1)(1-n)+0.5n 管涌型：1)依斯托美娜：20)(5.4avB cn d d i =dB ——允许的可移动的细颗粒粒径avd ——土体孔隙平均直径，可有文献[1] )()(500u avC f d d =的关系确定。

2)康德拉且夫方法：①紊流：])5.25.1(1[10B s cr d D G i -+-=②层流：20)(43.011B s cr d DG i +-=水科院确定无粘性土抗渗比降的方法：1) 连续级配管涌型土的抗渗比降：icr =2.2(1-n)2(Gs-1)d5/d202)级配不连续土的抗渗比降：可引用以上公式或者通过试验确定3)根据渗透系数K确定抗渗比降：根据图1-1和J-K关系曲线确定。

无粘性土抗渗比降的变化范围及其允许值：抗渗比降土的抗渗破坏形式流土过渡型管涌Cu≤5 Cu>5 级配连续级配不连续J破坏J允许O.8～1.0O.4～0.51.0～1.5O.5～0.8O.4～0.80O.25～0.40O.2～0.4O.15～0.25O.10～0.30.10～0.2注：表中所列数据只适用于渗流出口无反滤保护的情况，大值用于3～4级建筑物，小值用于1～2级建筑物J允许=[J]= J破坏/安全系数在上表中，确定J允许时：考虑流土是整体破坏，故采用2为安全系数，管涌破坏时的安全系数采用1.5左右即可。

4．结论本章的实质是从渗流的角度和它的颗粒特性来研究颗粒间的相互制约程度，破坏机理，最终得到抗渗比降，从而得到允许比降，为设计者分析建筑物的渗透稳定性并进行渗流理论提供理论基础和方法。