导图社区 土力学思维导图
这是一篇关于土力学的思维导图。该思维导图归纳整理了土的组成部分和土的物理性质以及土的分类等知识点。内容比较全面。
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土力学
1. 绪论
1. 土力学的定义
是研究土体的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性的一门学科
2. 土力学的特点
土体（散粒）具有一定但不固定形状
3. 土力学研究的对象和对工程的意义？
土力学是一门实用的学科，它是土木工程的一个分支，主要研究土的工程性质，解决工程问题
4. 第一本土力学专著是谁？在什么时间写的？
1925年美籍奥地利人k.沙太基写出了第一本《土力学》
5. 土的定义
地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用形成的覆盖在地表上散碎的，没有结成胶结很弱的颗粒堆积物
6. 土的三大类
砾石料（大）
砂（中）
粘土（小）
7. 土的特性
渗透特性
变形特性
强度特性
2. 第一章 土的组成
本章要求
掌握土粒粒组的划分，粒度成分分析方法，三种亲水行的粘土矿物、土中水类型；
熟悉土粒的矿物成分与粒组的关系，黏土颗粒与水的相互作用，土的三种微观结构，土的层理构造、裂隙及大空隙等宏观结构；
了解土中气在细粒中的作用
2.1. 概述
1. 基岩
1. 定义：指在水平和竖直两个方向延伸很广的各类原位岩石🪨
2. 按成因可分类为
岩浆岩
变质岩
沉积岩
2. 土的性质差别
在于其成分和结构不同
成分和结构取决于其成因特点
3. 根据土的形成条件。常见的成因类型
残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土、冰积土、污染土
形成过程
土物理状态
土的三相性
4. 土的三个重要特点
1⃣️散体性
颗粒之间无黏粘或一定的黏粘，存在大量空隙，可以透水、透气
2⃣️多相性
土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系，相系之间质和量的变化直接影响它的工程性质
3⃣️自然变异性
土是在自然界漫长的地质历史时期演化形成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，且随时间还在不断变化的材料
5. 风化作用
物理风化
主要由颗粒大小变化，产生无粘性土（原生矿物）
化学变化
发生化学反应形成新矿物（次生矿物） 这种作用使颗粒变细，形成大量黏粒和可溶盐类
6. 生物活动、搬运及沉积
残积土
颗粒表面粗糙，发生分化后，没有进行搬运
运积土
发生分化后，进行了搬运沉积
2.2. 土中固体颗粒
1. 土是土粒的集合体组成的
饱和土
土体孔隙完全被水充满
干土
土体孔隙完全被气充满
非饱和土
土中空隙中水和气均存在
2. 粒度、粒组、界限粒径的定义
粒度
土粒的大小，通常以粒径表示
粒组
介于一定粒度范围内的土粒
界限粒径
划分立粒组的分界尺寸
3. 土粒粒组的划分
巨粒（>60mm)
漂石或块石颗粒（>200）
卵石或碎石颗粒（200～60）
粗粒（60～0.075）
圆砾或角砾颗粒（60～2）
砂粒（0.075～2）
细粒（0.002～0.075）
粉粒（0.075～0.005）
黏粒（0.005～0.002）
粗粒土
以砾石和砂粒为主要组成的土，也叫无黏性土
细粒土
以粉粒、黏粒、胶粒为主要组成的土，也叫无黏性土
4. 土的粒度成分或颗粒级配
各个粒组的相对含量（即各粒组的质量站土粒总质量的百分数）
5. 颗粒级配的测定方法
筛分法和沉降分析法分别用于什么情况
筛分法
（用于粒径大于0.075mm的巨粒组和粗粒组）
沉降分析法
（用于粒径小于0.075mm的细粒组）
当土内兼含大于和小于0.075mm的土粒时，两类方法可联合使用
6. 粒径累积曲线
横坐标为粒径对数坐标，纵坐标为小于或大于某一粒径土重（累积百分比）含量
7. 粒径分类
d60>d30>d10
限制粒径（d60）
小于某粒径土重累计百分含量为60%对应的粒径
中值粒径（d30）
小于某粒径土重累计百分含量为30%对应的粒径
有效粒径（d10）
小于某粒径土重累计百分含量为10%对应的粒径
8. 土的粗细度用d50表示
9. 土的均匀程度和连续程度
均匀程度：不均匀系数Cu
Cu=d60/d10
Cu>5（不均匀土）
Cu<5（均匀土）
连续程度：曲率系数Cc
Cc=(d30)^2/(d10*d60)
1<Cc<3:为连续级配，反之为不连续级配
10. 如何从粒径累积曲线的坡度大致判断土粒的均匀程度或级配是否良好
由粒径累积曲线的坡度可以大致判断土粒的均匀程度或级配是否良好， 如曲线较陡表示粒径大小相差不多，土粒均匀，级配良好； 反之曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好
11. 不均匀系数和曲率系数
不均匀系数Cu及曲率系数Cc的定义？ Cu和Cc分别反映了粒组的什么情况
不均匀系数
反应的是大小不同的粒组分布情况，即土粒大小或粒度的均匀程度
不均匀系数越大，表示土粒分布越不均匀，级配良好
曲率系数
反应累计曲线分布的整体形态
12. Cu相同情况下，Cc过大或过小表明了什么情况？
Cc过大或过小，均表明土中缺少中间粒组，各粒组间的空隙的连锁填充效应降低级配度差
13. 良好级配砂（砾）是指满足两个条件？
砾类土或砂类土应同时满足Cu大于等于5且Cc=1~3两个条件时，则为良好级配砾或良好级配砂； 如不能同时满足，则可以定为级配不良
14. 颗粒级配的累积曲线在工程中有什么用途？
根据土的颗粒组成，可以画出累计曲线，可以确定土的类型，比较不同的土的特点，确定某些参数以判定土的某些工程地质性质
15. 固体颗粒
矿物质
原生矿物
一般颗粒偏粗
石英、长石、云母等
次生矿物
一般颗粒偏细
黏土矿物
可溶盐
无定形氧化物胶体
有机质
2.3. 土中水和土中气
1. 土中水
矿物内部结合水（结晶水）
存在于土粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造中的水
结合水
受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水 受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水
强结合水
紧靠土粒表面的结合水膜
弱结合水
紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜
自由水
存在于土粒表面电场影响范围以外的水
毛细水
存在于地下水位以上，收到水与空气交界面处表面张力作用的自由水
重力水
存在于地下水位以下的透水土层中的地下水
2. 土中气
自由气体
对土影响不大
封闭气体
其体积与土压力有关，增加土的弹力透水性减小
3. 土中水可分为哪两类水？两种水的定义分别是什么？
土中水可分为结合水和自由水； 结合水是指受电分子吸附于土粒表面的水； 自由水是指存在土粒表面电场影响范围以外的水。
4. 结合水可分为哪两类水？两类水的定义和特征分别什么？
可分为强结合水和弱结合水； 强结合水：是指紧靠土粒表面的结合水膜，也叫吸着水，它的特征是没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，只有吸热变成蒸气时才能移动； 弱结合水：是指紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜，也叫薄膜水，它仍然不能传递静水压力，但较厚的弱结合水能向较薄的水膜缓慢转移，当土中有较多的弱结合水时，土则具有一定可塑性。
5. 似黏聚力的现象是什么？
毛细压力的存在使水内的压力小于大气压力，即孔隙水压力为负值，增加了粒间错动的阻力，使得湿砂具有一定的可塑性。
6. 在工程中毛细水和重力水的意义是什么？
1⃣️重力水的渗流特征，是地下工程排水和防水工程的主控因素之一，对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及地下构筑物有重要影响。
2⃣️毛细水的上升高度和速度对于建筑物地下的防潮措施和地基的浸湿、冻胀等有重要影响。
2.4. 黏土颗粒与水的相互作用
1. 比表面
单位体积颗粒总表面积
2. 高岭石的亲水性、膨胀性和收缩性均较小于伊利石，更小于蒙脱石
3. 固定层和扩散层合称反离子层，该反离子层与土粒表面负电荷一起构成双电子层
2.5. 土的结构和构造
1. 土的结构
微观结构
常简称土的结构，或称为土的组构，是指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小，矿物成分、形状、相互排列及其联结关系，土中性质及孔隙特征等元素形成的综合体特征。
宏观结构
常简称土的构造，是同一土层中的物质成分和颗粒大小都相近的各部分之间的相互关系的特征，表征了土层的层理，裂隙及大空隙等宏观特征
2. 土的结构可分为哪三种？定义是什么？
土的结构可分为单粒结构、蜂窝结构、絮状结构
单粒结构
是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的，土颗粒相互间有稳定的空间位置，为碎石土和砂土的结构特征
蜂窝结构
主要是由粉粒或细砂组成的土的结构形式
絮状结构
是由粒径小于0.005mm的黏粒或胶粒，在水中长期悬浮并在水中运动时，形成小链环状的土集粒而下沉，这种小链环碰到另外一小链环被吸引，形成大链环状的絮状结构。
2.6. 课后习题
1. 情分析下列几组概念的异同点：1.黏土矿物、黏粒、粘性土；2.粒径、粒度、粒组。
1⃣️黏粒的矿物成分主要有黏土矿物和其他化学胶结物或有机质，其中黏土矿物的结晶结构特征对粘性土的工程性质影响较大。 黏土矿物实际上是一种铝硅酸盐晶体，是由两种晶片交互成叠置构成的。 粘性土由黏粒与水之间的相互作用产生，粘性土机器土粒本身大多数是由硅酸盐矿物组成。
2⃣️土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示，介于一定粒度范围内的土粒称为粒组。
2. 粒组划分时，界限粒径的物理意义是什么？
划分粒组的分界尺寸
3. 毛细现象对工程有何影响？毛细带内为什么空隙水压力为负值？
1⃣️在工程中，毛细水的上升高度和速度对于建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸湿、冻胀等有重要影响。此外，在干旱地区，地下水中的可溶盐随毛细水上升后不断蒸发，盐分积累与靠近地表处而形成盐渍土。
2⃣️毛细压力的存在，使水内的压力小于大气压力，即孔隙水压力为负值。
3. 第二章 土的物理性质及分类
掌握土的三相比例指标的定义及指标之间的换算关系，土的各种物理性质指标的概念及其测定方法
熟悉土的分类原则，不同行业土的分类方法
了解三种特殊土的概念
1. 土的三相比例指标
2. 三个基本的三相比例指标
土粒的相对密度ds
定义：土粒质量与同体积的4摄氏度纯水的质量比（无量纲）
一般情况下，土粒的相对密度在数值上就等于土粒密度，但两者的含义不同，前者是两种物质的质量密度之比，无量纲；而后者是一种物质（土粒）的质量密度有单位。
土的相对密度可在实验室内用比重瓶法测定
土的含水量w
土中水的质量与土粒质量之比
土的密度p
土单位体积的质量称为土的（湿）密度
3. 特殊条件下土的密度
土的干密度pd
土单位体积中固体颗粒部分的质量
饱和密度psat
土孔隙中充满水时的单位体积质量
土的浮密度p’
在地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同体积水的质量之差
有关重度的指标
重度的定义
土单位体积的重力（即土的密度与重力加速度的乘积）称为土的重力密度，简称重度r，单位为：“KN/m^3”
土的（湿）重度r=pg
干重度rd=pdg
饱和重度r sat=p sat*g
浮重度r’=p’g
g=9.81m/m^2,使用时可近似取10.0m/s^2
各密度或重度指标在数值上有如下关系
4. 描述土的孔隙体积相对含量的指标
土的孔隙比e
土的孔隙比是土中空隙体积与土粒体积之比
孔隙比用小数表示，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度，一般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0是疏松的高压缩性土
土的孔隙率n
土的孔隙率是土中空隙所占体积与土总体积之比
土的饱和度sr
土中水体积与土中空隙体积之比
饱和土就是土中空隙被水填充，sr=1
砂土湿度
5. 指标的换算
6.
