土及土力学.doc

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土及土力学 1 土的定义 土是岩石风化的产物。地壳表层的岩石长期受物理、化学和生物风化的作用,致使大块岩体不断破碎与分解,再经过搬运、沉积而成为大小、形状和成分不相同的松散颗粒集合体。 2 土的工程特性 土与其它连续介质的建筑材料相比,具有下列三个显著的工程特性: (1)压缩性高 反映材料压缩性高低的指标弹性模量或变形模量E, 钢筋,210GPa C20,混凝土26GPa 卵石,40-50MPa 饱和细砂,8-16MPa (2)强度低 土的强度特指抗剪强度,而非拉压强度。无粘性土的强度来源于土粒表面粗糙不平产生的摩擦力;粘性土的强度除摩擦力,还有粘聚力。无论摩擦力和粘聚力都远小于建筑材料本身的强度。 (3)透水性大 土体中固体矿物颗粒之间具有无数的孔隙,这些孔隙是透水的。相对岩体来说,矿物颗粒的分布是松散的。 3 土的组成 土是各种矿物颗粒的集合体,在天然状态下,其孔隙被水和空气填充,故土一般由固体颗粒、水和空气三种不同状态的物质组成。 3.1土的固体颗粒 原生矿物是由岩石经过物理风化生成的,次生矿物是原生矿物巾帼化学风化后形成的新矿物。土中的次生矿物主要是粘土矿物,黏土矿物粒径0.005mm,鳞片状,肉眼看不清。 粘土矿物分为三种: 蒙脱石—颗粒细微,亲水性最大,亲水能力强,具有剧烈的胀缩性。 伊利石—亲水性低于蒙脱石。 高岭石—颗粒较粗,不容易吸水膨胀和失水收缩,亲水性最小。 研究表明,粘土颗粒表面带有负电荷,在粘土颗粒四周形成一个电场,在电场作用下,黏土矿物表面性质直接影响土中水的性质。 土颗粒大小对土的性质也有很大的影响 3.2 土中液相 强结合水,牢固地吸附在颗粒表面形成固定层,只有吸热变成蒸汽才能移动。 弱结合水,在强结合水的外围形成的水膜,可以向水膜较薄的部分移动,成为扩散层。水膜厚度大,土的塑性高,压缩性也大,土的强度低,容易膨胀和收缩。 毛细水,受到水与空气交界面上表面张力作用的水。毛细水上升的高度和速度对建筑物底层的防潮、路基的冻胀等有重要影响。 4 土的分类 4.1 无粘性土 如砂、卵石,土在沉积过程中,较粗的颗粒在自重作用下沉落,每个土粒被下称稳定的颗粒支承,各粒相接触重叠。此种结构为单粒结构,土粒间存在点与点的接触。 (1)砂性土容易出现的问题—管涌 在渗流水作用下土颗粒群体运动,称为“流土”。填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走,称为“管涌”。通常将上述两种渗透破坏统称为管涌(又称翻沙鼓水、泡泉)。 管涌产生的原因 ?管涌形成的原因是多方面的。一般来说,堤防基础为典型的二元结构,上层是相对不透水的粘性土或壤土,下面是粉沙、细沙,再下面是砂砾卵石等强透水层,并与河水相通。在汛期高水位时,由于强透水层渗透水头损失很小,堤防背水侧数百米范围内表土层底部仍承受很大的水压力。如果这股水压力冲破了粘土层,在没有反滤层保护的情况下,粉沙、细沙就会随水流出,从而发生管涌。 堤防背水侧的地面粘土层不能抗御水压力而遭到破坏的原因大致为:   (1)防御水位提高,渗水压力增大,堤背水侧地面粘土层厚度不够。   (2)历史上溃口段内粘土层遭受破坏,复堤后,堤背水侧留有渊潭,渊潭中粘土层较薄,常有管涌发生。   (3)历年在堤背水侧取土加培堤防,将粘土层挖薄。   (4)建闸后渠道挖方及水流冲刷将粘土层减薄。   (5)在堤背水侧钻孔或勘探爆破孔封闭不实和一些民用井的结构不当,形成渗流通道。 (6)由于其他原因将堤背水侧表土层挖薄。 抢救的方法 (1)反滤围井:砂石反虑围井、土工织物反虑围井、梢料反虑围井 砂石反滤围井 土工织物反滤围井 (2)反滤层压盖:砂石反滤压盖、梢料反滤压盖 砂石反滤压盖 梢料反滤压盖 (3)蓄水反压(俗称养水盆):渠内蓄水反压、塘内蓄水反压、围井反压 无滤层围井 (4)水下管涌险情抢护 (5)牛皮包的处理 当地表土层在草根或其他胶结体作用下凝结成一片时,渗透水压把表土层顶起而形成的鼓包,俗称“牛皮包”。 管涌和流土的区别 (1)流土 -在渗流作用下,局部土体表面隆起,或某一范围内土粒同时发生移动的现象。当土处于临界坡降的时候,土粒重量和渗透力相等,随时可能移动。透过现象看本质:一般流土发生在细粒(d1mm)含量超过35%的土中,而且土粒径比较均匀,级配不良。颗分不均匀系数10一般有潜在流土破坏。流土一般发生于地基或岸坡渗流逸出部位,不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时经常遇到流砂现象,属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较容易发生流土破坏。 因此,流砂是流土破坏的一个具体形式。地震的时候地面冒砂也是这个道理[饱和土在孔隙水压力居增时,土颗强度降低,发生流动。管涌:在渗流作用下,无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙,发生移动

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