土力學

土壤力學是應用土壤物理學英語Soil physics工程力學方法來研究土的力學性質的一門學科。土壤力學的研究對象是與人類活動密切相關的土和土體,包括人工土體和自然土體,以及與土的力學性能密切相關的地下水奧地利工程師卡爾·太沙基(1883-1963)首先採用科學的方法研究土力學,被譽為現代土力學之父。土力學被廣泛應用在地基擋土牆、土工建築物、堤壩等設計中,是土木工程、岩土工程、工程地質學等工程學科的重要分枝。

基本性質

三相組成

自然界的土是由岩石經風化、搬運、堆積而形成的。因此,母岩成分、風化性質、搬運過程和堆積的環境是影響土的組成的主要因素,而土的組成又是決定地基土工程性質的基礎。土是由固體顆粒、水和氣體三部分組成的,通常稱為土的三相組成,隨著三相物質的質量和體積的比例不同,土的性質也就不同。

固相

土的固相物質包括無機礦物顆粒有機質,是構成土的骨架最基本的物質,稱為土粒。對土粒應從其礦物成分、顆粒的大小和形狀來描述。

礦物成分

土中的礦物成分可以分為原生礦物次生礦物兩大類。原生礦物是指岩漿在冷凝過程中形成的礦物,如石英長石雲母等。次生礦物是由原生礦物經過風化作用後形成的新礦物,如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化矽、粘土礦物以及碳酸鹽等。次生礦物按其與水的作用可分為易溶的、難溶的和不溶的,次生礦物的水溶性對土的性質有重要的影響。

粒度成分
粒組劃分

依據土的主要粒度成分大小,土可分為巨石、漂石、圓礫、砂粒、粉粒、粘粒

粒度成分及其表示方法

1、表格法。2、累計曲線法。3、三角坐標法。

粒度成分分析方法
篩析

土透過穿過不同孔隙大小的篩,從量度殘留在不同篩上土的重量分析出土粒度分布。適用於土粒大小介於125mm至20um。

移液管法

小於75um的粉粒和粘粒難以分離,常以移管法和比重計法分析。移液管法是以土粒大小與水中下沉速度成正比。

比重計法
土粒的形狀

液相

土的液相是指存在於土孔隙中的水。按照水與土相互作用程度的強弱,可將土中水分為結合水自由水兩大類。

氣相

土的氣相是指填充在土的孔隙中的氣體,包括與大氣連通的和不連通的兩類。

有效應力

通過土粒接觸點傳遞的粒間應力,稱為土的有效應力,其影響土的剪切強度。有效應力不能直接測量。在飽和土中,有效應力(σ ')等於總應力(σ)減去孔隙水壓(u):

σ = σ u {displaystyle sigma '=sigma -u}  

剪切強度

剪切強度是土對縱向力抗性,其包含切面中土粒相互間的阻力,吸力和相扣。剪切強度大小受不同的因素影響,徑向有效應力,土粒大小分布,土粒形狀,土中的液相。

τ f = c + σ f tan ϕ {displaystyle au _{f}=c'+sigma _{f}' an phi '}  

τ f {displaystyle au _{f}}  ,為剪切強度, c {displaystyle c'}  ,為有效粘度 σ f {displaystyle sigma _{f}'}  ,為有效應力 ϕ {displaystyle phi '}  ,為阻力角度。阻力系數 μ {displaystyle mu }  與阻力角度的關係如下 μ = t a n ϕ {displaystyle mu =tanphi '}  

實驗室測試

直剪試驗 三軸剪切試驗

承載強度

固結理論

固結(consolidation)指的是在荷載或其他因素作用下,土體孔隙中水分逐漸排出、體積壓縮、密度增大的現象。

滲透理論

滲流是流體在土孔隙中的流動

壓實理論

側向壓力

土坡的穩定性

本構模型

液化性貭

參見

外部連結