土的物理性质及其工程分类.docx

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1、土的物理性质及其工程分类第一节土的组成、结构和构造一. 土中的固体颗粒土中的固体颗粒(土粒)的大小、形状、矿物成份及其组成情况是决定土的物理 力学性质的重要因素。1. 土颗粒的矿物成份成土矿物分类：原生矿物与次生矿物。各自颗粒的特点。2. 土的粒组(1) 研究土颗粒级配的意义：粒径变化 性质变化(2) 粒组与界限粒径：按尺寸对颗粒进行分组，分界尺寸的界限粒径。(3) 六大粒组的划分方案3. 土的颗粒级配(1) 定义：各粒组在土中相对百分含量。(2) 颗粒级配的试验分析方法：1筛分法:风干、分散，过一套不同孔径的标 准筛，对0.075mm； 2沉降分析法：a.比重计法；b.移液管法；水力当量 直

2、径。(3) 颗粒级配表示方法a. 表格法：常用于土工试验报告书，数据准确。B. 颗粒级配曲线：(为什么用对数；级配曲线表示土粒组成；指标：Cu= Cc=C. 三角坐标表示法二. 土中的水1. 为什么要研究土中的水：，.自然条件下土中总含水；b.土中细颗粒多时， 水对土性影响很大。2. 土中水的存在形态：(1)相态分：固、液、气；(2)与土颗粒相互作用关 系：内部结合水、结合水、自由水。3. 结合水(吸附水)(1) 定义：电分子吸附，引力达几千至几万大气压，牢固粘结。(2) 形成机理：负电荷、电场、阳离子、极性水分子、定向排列。(3) 强结合水及特征：受颗粒电场吸引，紧紧吸附于颗粒周围的结合水称

3、为强 结合水，厚度几个分子。特征：没有溶解能力，不能传递水压力，性质近于固体，1.21.4g/cm3，难于蒸 发，难于结冰(-780C)，具很大粘滞性、弹性和抗剪强度。仅有强结合水时， 粘土坚硬，沙土散。(4) 弱结合水及特征：弱结合水是强结合水外围的结合水膜。特征：不能传递静水压力，可向邻近水膜移动；冰点-0.5-30，弱结合水大时， 粘性土可塑。4. 自由水(1) 定义及特点：电场引力之外土中孔隙水，冰点0oC，有溶解能力，能传递 静水压力与普通水一样。(2) 重力水：地下水位以下含水层中自由水；重力或压差作用下自由移动，渗 流对土粒有浮力作用。(3) 毛细水：a. 土中孔隙的结构特点；b

4、.悬挂毛细水与上升毛细水的形成； c.上升毛细水的上升高度和速度取决于土的孔隙大小和形状，土颗粒的粒径尺 寸和表面张力等；d.毛细水负孔压的工程应用：无粘性土的“假粘聚力”，防 潮、浸湿、胀冰。三. 土中气1. 分类：自由气体与封闭气体2. 封闭气体对工程影响：渗透性减小，弹性增大，延缓土体变形随时间的发展 过程。四. 土的冻胀机理1. 土的冻涨、融陷现象及过程简述：电场力剩余，渗透力2. 影响土冻胀性的三个因素：(1) 土的种类；(2) 土中水的条件；(3)温度 的影响。五. 土的结构和构造(一) 土的结构1. 定义及分类：土粒的结构是指由土粒的大小、形状、相互排列及其联结关系 等形成的综合

5、特征。土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种。2. 单粒结构及特点由粗大土粒在水中或空气中下沉而形成，全部粗粒土具单粒结构，粒间力弱。 具紧密或疏松单粒结构土的工程特性。3. 蜂窝结构及特点：粉粒(0.0050.075mm)水中单个下沉，碰上已沉积土粒时， 相互引力大于重力，停止下沉于接触点上，逐步形成连环状单元；很多这样的 单元连接起来，就形成孔隙较大的蜂窝状结构，单个孔隙远大于土粒尺寸，上覆 压力小时，压缩性大。4. 絮状结构：粘粒在水中长期悬浮而不下沉，当遇到电解质浓度较大的环境时， 结合水膜变薄，凝聚成集粒下沉，并与已沉积的絮状集粒接触，形成类似蜂窝而 孔隙更大的絮状结构。(

6、二) 土的构造土体中物质成分和颗粒大小，结构形式等都相近的各部分土的集合体之间的相互 关系特征。1. 层理构造：不同阶段沉积物成分、颗粒大小或颜色不同而呈现竖向、水平交 错成层现象。2. 其它：结核构造、砂类土的分散构造，粘性土的裂隙构造。第二节：土的物理性质指标土是三相组成体系，表时示土的三相组成部分的质量和体积比例关系的指标叫土 的物理性质指标。土的三相比例指标反映土的许多基本物理性质，在一定程度上 也反应土的力学性质。土的三相组成示意图：一. 土的实测物理性质指标.定义:血=世上=冬。b. 测试方法：比重瓶法pc. 经验值=2.62.8o决于土的矿物成分，也亲龄有一定关系，表52P80o

7、 p2. 土的含水量，a. 定义：w= X 1Q0%pmsb. 测试方法：烘干法(炒土法，烧土法)pc. 天然土的含水量变化范围很大，w变化对土性的影响。Q3. 土的密度。pa. 定义： u = 3(g/cm3) Qb. 测试方法：环刀法pc. 经验值：天然土密度变化范围较大。一般为1.6 - 2.2,与土密实度及含水量有关。二. 土的换算物理性质指标。1. 土的空隙比己和空隙率n=竿X WD知J反映土中空隙含量的物理量，n直观，但e方便。42. 土的饱和度：3r=% X 100% 二. 土的换算物理性质指标1. 土的空隙比e和空隙率n e= n= X100%反映土中空隙含量的物理量，n直观，

8、但e方便。2. 土的饱和度：Sr=X100%饱和度反映空隙中被水填充的程度，砂土按饱和度分为：稍湿(Sr50%)，很湿(50%80%)3. 土的其它密度指标=(g/cm3)=(浮密度，有效密度)土的干密度过去常用以评定土的密实程度的标准 0.67 密实，0.33 Dr5 67，中密 0.2030密实，15N30中密，10N15稍密,N10忍松散.5. N存在的问题及野外描述法第四节粘性土的特性一. 粘性土及其状态与w关系1. 粘性土指具有内聚力的所有细粒土。包括粉土，粉质粘土,粘土.2. 粘性土状态与含水量变化关系简述二. 土的界限含水量和含水状态特征(一) 土的界限含水量及指标1. 界限含水

9、量定义2. 指标:(1)液限wL (2)塑限wP (3)缩限wS(二) 界限含水量的测定1. wL：锥式液限仪76g 5s 10mm2. wP：撮条法：球径10mm搓条3mm.裂纹间距10mm.3. 搓条法存在的问题及解决方法：液、塑联合测定；经验公式wP=a wL+b4. 碟式液限仪与锥式液限仪的区别：碟式wL大（相当于17mm）5. 由于结构强度的存在，w大于wL并不一定意味着其处于流动状态。三. 粘性土的塑性指数和液性指数（一）塑性指数1 .定义：IP=wL-wP2. 物理意义：可塑状态，w范围3. 影响因素：颗粒、矿物成分4. 作用：分类（二）液性指数1. 定义：IL=2. 物理意义：

10、软硬程度的表示0坚硬01.0流动四. 粘性土的活性数1. 粘粒吸附水的能力与颗粒大小、比表面有关；与颗粒矿物成分有关。2. An=非活性粘土 An1.25.五. 粘性土的灵敏度和触变性（一）粘性土的灵敏度1. 土的结构强度2. 粘性土的灵敏度：St二3. 影响St因素w（二）土的触变性被扰动粘性土的这种强度随时间推移而逐渐恢复的胶体化学性质。工程应用第五节土的工程分类一. 土工程分类的意义（一）评定土的基本性质（二）对土进行技术交流的需要二. 常见的土的分类体系（土性及用途）1. 根据土的地质成因分类：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土2. 粘性土按沉积年代分：老粘性土（10万年）、一般粘

11、性土（9千）、新近沉 积粘性土3. 按固结程度对粘性土分类：超固结土、正常固结土、欠固结土4. 根据土的特殊性质进行分类：湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土、盐 渍土、软土、人工填土5. 根据土的颗粒级配或塑性指数分类：碎石土、砂土、粉土、粘性土6. 细粒土按塑性图分类三. 根据土的颗粒级配或塑性指数分类1. 碎石土：2哑50%漂石(块石)200哑、卵石(碎石)20哑、圆砾 (角砾)2哑2 .砂类土 ：2哑50%。砾 225-50%,粗0.5，中 0.25，细 0.0 7 5 ( 8 5 %)，粉 0.075(50%)3 .粉土 ：0 . 0 7 5 mwV50%,IP 10。砂质粉土：小

12、于 0 . 00510%4. 粘性土： IP10，1017 粘土时间、结构性的影响四. 根据土的特殊性质进行分类1. 软土：泛指孔隙比大，天然含水量高(wwL)，渗透性差，压缩性高，强 度低的软塑、流塑状粘性土。它包括淤泥质(1 . 0e 1.5)、有机质土(5%)、泥炭(60%)成土环境及分布规律：静水环境，絮状结果2. 红粘土(1) 定义：碳酸盐系出露的岩石经过红土化作用形成并覆盖于基岩上 的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。(2) 特点：a、高塑性；b、wL50%； c、上硬下软,具膨胀性,裂隙发育。(3) 次生红粘土：红粘土经坡积洪积再搬运后仍保持红粘土基本特性,45 wL 50，称红粘土。

13、(4) 红粘土分布特征3. 膨胀土(1) 定义:粘粒成分主要由亲水性矿物伊力石和蒙脱石组成，具有强烈的吸水膨 胀和失水收缩特性的粘性土称膨胀土，其自由膨胀率通常大于40%。(2) 膨胀土分布及地貌特征:二级及以上阶地，山前盆地地缘，丘陵地带，地形平 坦，无陡坡。(3) 对工程的影响:吸水上抬，失水土裂;浅层滑坡，地裂，基槽及路堑坍塌。4. 盐渍土(1) 定义：地表深度1.0m范围内易溶盐含量大于0.5%的土称盐渍土。(2) 盐渍土生成条件：矿化度高，地下水近，蒸发大于降雨。(3) 分类:a.按其地理分布可分为：滨海盐渍土、内陆盐渍土、冲击平原盐渍土b. 按盐渍土中易溶盐的化学成分可分为：氯盐型

14、、硫酸盐型碳、碳酸盐型(4) 盐渍土的工程特性5. 多年冻土(1) 定义:在负温作用下，地壳表层处于冻结状态的土层或岩层为冻土。(2) 分类:季节性冻土、多年冻土(3) 冻土的工程危害:a.冬季冻胀和春融翻浆，沉陷；b.冰丘、冰锥、热融、滑 塌。6. 湿陷性黄土(1) 黄土定义:具备六条特征,原生黄土与次生黄土(2) 黄土的结构性与湿陷特征(3) 黄土按形成的年代可分为老黄土和新黄土 (p57表5-10)7. 人工填土（1）定义：由人类活动堆积而成的土。（2）分类:素填土（压实、虚填）、杂填土、冲填土第六章地下水的存在与类型第一节地下水的基本概念一. 自然界的水1. 大气水：以云、雾、雨、雪、

15、冰雹等形式存在于大气层中的水分称大气水， 降落到地表面时称为大气降水。2. 地表水：一液态或固态的形式存在于江河、湖泊、海洋、南北两极及高山地 区的水。3. 地下水：地下水是以固态、液态或水气形成存在于岩土体裂隙、孔隙和空洞 中的水。二. 岩土的空隙性1. 裂隙：构造运动以及其他各种内外地质营力作用下，产生于岩土体中的各种 扁平空隙。2. 溶隙：可溶岩体中裂隙经地下水流的长期溶蚀冲刷而成的空隙或空洞。3. 孔隙：存在于土的颗粒之间的小孔状或细管壮的空隙。三. 地下水的形成1. 地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成，此外还有极少量的原生水。2. 凝结水的例子：a.草原沙漠；b.山体流水四. 地下

16、水位，包气带和饱水带1. 地下水位是指岩土体中重力水的自由界面2. 地表以下第一个稳定含水层水位以上未被水饱和的岩土体的范围称包气带； 而将该水位下以，孔隙全部被水所充填的岩土体范围称饱水带。五. 岩土体的水理性质：存储和运移水分的性质1. 容水性（度）：nr= X100%2. 持水性（度）：nch二 X100% wch = X100%3. 给水性（度）：ng= X100% nr= nch +ng4. 透水性：允许水流透过的性能。六. 自然界水的循环1. 自然界水循环的一般描述2. 大循环（指水在海洋和陆地之间的整个范围内进行循环）小循环（指自然界的水在陆地或海洋自身内部的运动，相互转化和循环

17、）七. 含水层和隔水层的概念1. 含水层：在常规水力梯度下，有一定给水度并具透水性的饱水岩土层形成条件：（1）孔隙，裂隙：（2）隔水层，补给源2. 隔水层：常规水力梯度下，渗透性极差，给水度极小的岩土层称隔水层第二节地下水的基本类型一. 地下水按埋藏条件分类（地下水不包括水气，结合水，毛细水）1. 包气带水(1) 包气带水(上层滞水)形成(2) 上层滞水一般特点：a. 分布范围小，厚度小，水量少；b. 大气降水或凝结水补给；c. 以蒸发或沿隔水层外缘外泄；d. 动态不稳，季节性变化大；e. 易污染2. 潜水(1) 定义：地表以下第一个稳定的隔水层之上，具有自由水面的重力水称潜水。(2) 特点：

18、a.赋存方式(有底无顶)；b.补给方式(大气、江河)；c.排泄方 式；d.稳定性；e.易污染3. 层间水(1) 定义：存在于地表以下两个稳定的隔水层之间的含水层中重力水称为层间 水，受到超静水压力作用时则称其为承压水，俗称自流水。(2) 特点：a.补给区与分布区不一致；b.污染小，水质好；c.动态变化小，蒸 发量小；d.排泄方式；e.承压水形成的有利构造：(山有多高，水有多 高)向 斜、单斜。二. 地下水按含水层性质分类1. 孔隙水：孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙状况储量，流动， 水质2. 裂隙水：风化、成岩、构造裂隙水。各种特点：风化：浅，水量小，渗透性差，潜水，滞水，变化大成岩：成

19、岩裂隙发育的岩石中，潜水或承压水构造：层状、脉状3. 岩溶水：赋存并运移于岩溶裂隙或溶洞中的水成为岩溶水第三节地下水的物理性质和化学成分一. 地下水的物理性质1. 密度：取决于水中其它物质及含量。2. 温度：周期性水温度变化区域(昼夜35m，年变1C，1530m)，年常 恒温带和温度递增区域，33m/C，不同地区，距地表较浅的地下水温度差异巨 大，高寒区。3 .颜色：取决于其它物质种类，H2S，Fe2O3污染4. 透明度：透明，微浊，浑浊，极浊5. 气味和口味：H2S臭鸡蛋，有机质霉味，NaCL咸味6. 放射性：二. 地下水的化学成分：注：a.地下水是溶液；b.地下水中离子含量于该元素在地壳中

20、含量有关也与溶解 度有关；c.状态1 .离子状态的元素:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-七大元素2. 气态物质：O2、N2、CO2、CH4、H2S3. 化合物：Fe2O3、Al2O3、H2SiO3，多为难溶于水的矿物胶体三. 地下水按总矿化度的分类1. 总矿化度定义：单位体积地下水中所含有的金属离子，化合物以及其它微粒 的总量，g/l。2. 总矿化度测试方法：坩蜗或蒸发皿105110C，固体残渣3. 地下水按总矿化度分类：淡水50 g/l四. 地下水按氢离子浓度的分类PH=-lgH+ 9 强碱性水五. 地下水的硬度1. 定义：用硬度来表示水中钙镁离子含量多少。H

21、=1表示1升水中含10mgCaO 或 7.2mgMgO2. 地下水按硬度分类:极软H4.2；软4.28.4；微硬8.416.8；硬水16.825.2 ；极硬 25.2六. 影响地下水化学成分的主要作用地下水中各种化学成分的形成主要和两个方面的因素有关:a .与地下水的补给 类型有关。地下水补给类型不同，补给源中所含的物质成分不同，形成的地下水 所含的化学元素自然不同；b.影响地下水化学成分的另一重要因素是地下水的 存储和运移环境。地下水在存储和径流过程中不断与周围的岩石体物质发生着一 系列作用来改变其化学成分。1. 溶解溶滤作用：可溶物质溶于水，难溶物质剩下。2. 浓缩作用：浅层地下水水分蒸发

22、而浓缩，溶解度小的物质析出而改变其化学 成分。3. 离子交换和吸附作用：水中的一些化学物质吸附在颗粒表面上与颗粒表面上 原来以吸附的某些离子进行交换而改变地下水的化学成分。4. 脱碳酸作用环境改变而使其温度增高或压力降低，CO2便会从地下水中逸出Ca2+ +2HCO3-二二CaCO3| +CO2t+H2OMg2+5. 生物化学作用：指有细菌参与的一些氧化、还原作用硫酸化反应：2H2S+O2=2H2O+S2，S2+3O2+2H2O=4H+2SO42-脱硫酸反应：SO42-+2C+2H2O=H2S+2HCO3-6. 混合作用化学成分不同的地下水相遇混合后，经过一系列的化学反应，生成化学成份与原 来

23、都不同的地下水的作用称为混合作用。(SO42-+2Na+) + (Ca2+2HCO3-) +2H2O=2Na+2HCO3-+CaSO42H2O|7. 人为作用(1) 污染源分类；(2)污染物分类；(3)河流污染。七. 地下水的侵蚀作用地下水对混凝土的侵蚀是指地下水中的一些化学成分与混凝土结构中的某些化 学物质发生化学反应，在混凝土内形成新的化合物，使混凝土体积膨胀，开裂破 坏，或 者溶解混凝土中的某些物质，使其结构破坏，强度降低的现象。常见的 地下水的侵蚀作用有以下几种：1. 氧化、水化侵蚀：2Fe+3O2=2Fe2O3，Fe2O3+3H2O= 2Fe (OH) 3 (胶体)2 .酸性侵蚀：C

24、aCO3+H+ =Ca2+HCO3-3. 碳酸类侵蚀：Ca (OH) 2+CO2=CaCO3+H2O , CaCO3+H2O+CO2=Ca2+2HCO3-4. 硫酸类侵蚀：硫酸根离子与混凝土中的Ca (OH) 2反应生成石膏，混凝土膨 胀，强度降低，开裂。5. 镁盐侵蚀:MgCl+Ca (OH) 2=Mg (OH) 2+Ca2+2Cl-, Ca2+流失，结构破坏， 强度降低。第七章土的渗流理论第一节概述一. 水的渗流与土的渗透性水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生缓慢流动的现象称为水的渗透。土体被水透过的难易程度称为土的渗透性。二. 研究土的渗透性的工程意义(1) 渗漏问题；(2)渗透稳定性

25、问题；(3)基坑边坡稳定、降水、固结第二节土的渗透性及达西定律一. 达西定律(一) 达西定理1. 适用条件：层流，砂土2. 达西定律不同表示：(1) v=k v=ki(1856 年法国 HDaroy)(2) q=kiA(3) Q= kiAt(二) 渗透系数的测定1. 室内常水头渗透试验(1) 试验方法介绍(2) 计算公式：Q=qt= ktiAt二 ktAt kt=2. 室内变水头渗透试验(1) 试验方法介绍，0)计算公式：E=虻片牛虹二普L心At2. 室内变水头渗透试验尸(1) 试验方法介绍，(2) 计算公式：dQ=-a * dh dQ=q* dt= kiA* dt=k (hA) A* dMk

26、A-adh= k (hA) A* dt -dhh pZPk=ln Chi/K) +J At图常水头解透试验ra ?-z常水头童泳试it3. 现场抽水试验(1) 潜水完整井试验方法(2) 计算公式:q=2=KiA=k竺(2兀rh)A dr= -?h- dhIn Cr：/rx) = C2 - hg)广 gq蚌里 In (rr.) / (h?-序)=2. 311 * 1g (r:/r0 / C2 -静)黔5甥土蟾翻律图割邮土町迎皿图4现塌循木完整井抽水试费示就跟(三) 达西定律适用性讨论(1) 粗粒土的渗透规律：i增大时由于紊流，i、V不再是线性关系。(2) 粘性土的渗透规律：由于结合水的阻碍作用，

27、i小时不发生渗流或i, v之 间不呈线性关系。适用于粘性土的修正达西定律如下：v=k (-)( =)(3) 土中孔隙水的实际流速大于流渗速度：v=v/n，Q=unAt=kiA=vAt二. 影响土渗透性的因素1. 土粒大小、形状、级配及矿物成分土粒大小、形状和颗粒级配会影响土中孔隙的大小和形状，土粒中含亲水矿 物多时渗透性变差。含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。2. 土的孔隙比e大小，直接决定土渗透系数的大小。k= - - c2与颗粒形状有关的系数；ss为土粒的比表面积(cm-1)3. 土的结构构造单粒蜂窝絮状；构造使土渗透具各向异性4. 土中水的温度：ks=kt5. 土中封闭气体的含量封闭气

28、体减小过水面积三. 流网的性质及应用1. 等势线和流线相互正交由 Vx=- = ， Vz=-=-=-+ =0等势线=c1和流线=c2的斜率各为：=-()/() =-()/()=-1/，、正交2. 如果流网各等势线之间的差值相等，各流线之间的差值也相等，则各个网格 的长宽比b/a (a/b)为常数。设流网将渗流场划分为m个等势线，n个流槽，相临两等势线间水头差 h=， 时段t内两相临流线面流量为 q=，由=-二常数，=-二常数，a、b为 边长则：i=，v=ki=k =k， q=vb=k， 由 q、 h相等= 保持不变。3. 在流网图中流线愈密的部位流速愈大：等势线密的部位，水力坡降大。4. 流网

29、的应用：计算流场内个点的压力、水力坡降、流速及渗流场的渗流量等 值。第三节土的动力压力、流砂和潜蚀一. 动力水力及计算公式1. 动力水：渗流水作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水压力或渗流压 力，简称动水力或渗流力GD (KN/m3)。2. 动力计算公式渗流产生的总压力损失：F= H*rw*AG号二竺尹j厂般耿CW心图：F动水力的计茸图式二. 流砂和潜蚀现象：1. 流砂(土)产生的条件(1) 渗流自下而上发生(2) GD= rwi 二 rw 令 icr=贝U i icr2. 潜蚀(管涌)、机械潜蚀、化学潜蚀3. 放生管涌时的临界水力坡降与土的颗粒及级配情况等多种因素有关(1) 竖向渗流时：

30、icr=c(2) 侧向渗流时：icr=c tan , c取42icr与土的不均匀系数有关，cu越大icr越小(3) 流砂发生在表面，管涌可在任何处。4 .流砂的工程危害及防治(1) 危害(2) 防治：a.降低水头差；b.增大渗径；c.压重平衡动水力；出反滤第四节渗流作用下土的应力状态一. 静水条件下饱和土的有效应力公式=+u土中任意点的孔隙压力对各个方向作用是相等的，因此它只能使土粒产生压缩，而不能使土粒产生位移，土颗粒间传递的有效应力作用才会引起土 颗粒的位移，使土体发生压缩变形。二. 毛细水上升时土中的有效应力计算1. 毛细压力作用：使土颗粒相互靠紧，使有效应力增大。2. 地下水位面以下，

31、由于水对土颗粒的浮力作用，使土的有效应力减小。三. 渗流条件下土中有效应力计算在渗流的作用下，土体中的有效应力会发生变化(与静水条件下不同)，渗流铅 直向下发生时，动力水使土的有效应力增大；反之，渗流方向铅直向上时，则动 力水使土的有效应力减小。其间的差值为hrw。第五节流网及其应用一. 流网的基本概念1. 流线：层流稳定流中水质点的流动图线称为流线。2. 等势线：把各流线上势能相等的点连接成线，称等势线。3. 流网：在渗流场中，用表示不同势能的等势线簇和反映水流状况的流线簇交 织而成的网格图称为流网，两条流线之间的空间称为流槽。4. 流线和等势线必然正交。二. 描述稳定渗流场的拉普拉斯方程1

32、. 稳定渗流场：水质点沿固定流线流动，水流情况不随时间变化，土的孔隙比 不变，流入任意单元体的水量等于自该单元体流出的水量。2. 稳流场中单元体渗流特征分析(1) dx、 dz、 dy=1 ， Vx， Vy， ix=- ， iz=-(2) 进入单元的流量：Vxdzdy+ Vzdxdy流入单元的流量：Vxdzdy+ dxdydz+ Vzdxdy+ dxdydz = + =0(3) 由达西定律：Vx=-k，Vz=-k代入上式：+ =0(4) 引入过度势：二kh则Vx=-，Vz=-则+ =0(5) 根据流线与等势线正交的条件，引入流函数Vx=- = ，Vz=- =- = + =0(6) 拉普拉斯方程

33、描述的渗流问题的特征：a.渗流是稳定的；b.渗流符合达西 定律；c.介质是不可压缩的；d.介质是均匀的或分块均匀的。第八章工程地质灾害第一节边坡的变形和破坏一. 边坡及其分类1. 边坡：在地表标高发生突变处，较高的一侧称为边坡。2 .边坡分类(1) 按成因分：天然边坡，指自然地质条件下形成的山体斜坡、河谷岸坡、冲 沟、海岸等。人工边坡，也称工程边坡，指人类工程活动形成的基础、路堤、路堑、采矿等。(2) 按边坡体介质构成情况分：石质边坡，土质边坡。3. 边坡失稳过程的一般特点(过程简述)土石体有降低其重力势能的趋势。(1) 稳定性的弱化是一个缓慢渐进的过程；(2) 最后的破坏是具有突发的特点；(

34、3) 最后破坏常有其它诱发因素。二. 边坡体松弛、开裂1. 开挖及切坡过程造成侧向应力消减或解除；2. 应力状态改变；3. 坡角剪应力增大，顶及临空面拉应力产生微裂隙；4. 裂隙进一步发育，风化等作用增强；5. 稳定性降低，诱发因素作用下可能失稳。三. 崩塌1. 定义：土石体从边坡高处突然崩落，塌垮的现象。2. 崩塌以自由坠落为其主要运动形式。山崩、坠石。四. 蠕动及滑动(滑坡)1. 定义：斜坡上的土石体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡方向向 向下作长期而缓慢的整体移动，这种蠕动或缓慢滑动称为滑坡。受外界因素触发 时，土坡滑动也可能瞬间完成。2. 分类：滑动面通过岩层情况：均质滑坡、顺

35、层、切层；受力状态：捱力式， 牵引式。五. 泥石流1. 什么是泥石流：在地质不良，地形陡峻的山区，由于暴雨或骤然融雪造成的 地面汇流所形成的夹带有大量泥沙、石块等固相颗粒物质的特殊洪流。2. 特点：来势猛，速度快，破坏力强3. 分类：广义：泥流、泥石流、水石流；一般是固相物15%的泥流和泥石流。4. 干流及特点第二节滑坡一滑坡的形态特征1. 关于滑坡的几个术语滑体、滑坡床、滑面、滑坡壁、滑坡台阶、鼓张裂隙、滑坡鼓丘、滑坡舌2. 滑坡的基本特征(1) 土质滑坡的特征：a.外形及台地情况；b.上部下部特征；c.滑坡体情况；d 滑动面特征；e.醉汉树，醉林；f.稳定滑坡的特征：一般特点及“马刀 树”

36、。(2) 石质滑坡的特点：滑床多呈平面或多级台地，形状常呈U形或平板状，滑石光滑，擦痕明显 滑坡壁上陡下下缓，两侧有摩痕，滑体上部和中部有横向裂纹。二. 滑坡的分类1. 按滑动面与岩土层面的关系分类(滑坡按构造的分类)(1) 均质滑坡：滑动面多为圆柱形(2) 顺层滑坡：岩土层面或弱结构面(3) 切层滑坡：滑动面穿切岩土层面的滑坡，滑面多为曲面和平面的组合形式。2. 按滑动时的受力状态特征分类(1) 推动式滑坡：从上到下发展(2) 牵引式滑坡：从下到上3. 按边坡体岩土类别分类：a.岩层岩体滑坡；b.破碎岩石滑坡：c.堆积物滑坡； d.粘性土滑坡；e.黄土滑坡；f.堆填土滑坡4. 按滑体厚度分类

37、：浅层(5m)，中层(520m),厚层(2050m)，巨厚规模分：小，中，大，超大三. 滑坡的形成条件1. 边坡体的岩化条件2. 边坡体内部的结构构造：(1) 硬质岩中的软夹层、破碎带、薄风化带且面陡；(2) 层状页岩易发生顺层滑坡；（3）基岩面隔水作用使坡积、洪积地层软弱面滑动；（4）存在断层破坏带、节理裂隙密集的边坡体3. 地形地貌条件：边坡的坡高倾角和表面起伏形状对其稳定性有很大影响。4. 水文地质条件（1）因水的进入而使边坡体的重量发生变化并导致边坡的滑动；（2）水的进入造成土坡介质力学性质指标的变化而导致边坡的滑动；（3）断裂带的存在使地下水地表水和不同含水层之间发生水力联系，使坡体

38、内 压力水变复杂，导致坡体滑动，或流渗动水力作用导致边坡体受力状态的改变并 导致边坡滑动。（4）a.地下水溶解、溶蚀作用；段冲刷、切割作用；c.湿化作用；d.动力压力 作用。5. 气候和地震作用6. 人为因素影响（1）不合理开挖坡脚；（2）不适当的堆载；（3）爆破；（4）管渠渗漏等。四. 滑坡的防治1. 做好滑坡的工程地质勘察：类型、影响要素、范围、规模、性质、地质背景 、危害程度。2. 选址时尽量避开不稳定的山坡滑动影响的地段。3. 在建设项目规划时，应尽量避免大挖大填。4. 做好防排水工作：截水沟、集水沟、护石、植被。5. 注意和分析开挖对厚稳定边坡的影响。6. 改变滑坡体表面形态，降低“

39、滑动体”重心。7. 设置支挡构筑物，增大边坡的抗滑移能力。（1） 被动支挡：挡土墙、抗滑桩；（2）主动支挡：锚杆；（3）主被动之间；（4）抗滑明洞。8. 采用物理的或化学的方法改变滑动面的力学形状或岩土性质：灌浆法。第三节崩塌特点：急剧、短促、猛烈、突发、危害大一. 崩塌的分类：断裂破碎带崩塌、节理裂隙崩塌、风化破碎体崩塌、软硬岩接 触带崩塌。二. 崩塌的形成条件1. 地形条件：（1）斜坡陡峭高峻；（2）坡面凹凸不平，坡度45，多为55 752. 岩层条件:一般情况，崩塌现象多发生在风化的坚硬岩石构成的高陡斜坡地段, 而软质岩石形成的低缓斜坡地带则较为少见。地层结构构成情况如下软上硬时易 发生

40、崩塌。3. 边坡岩土体的结构构造条件受构造作用卸荷作用和其它外力地质作用的影响，结构面将岩体切成不连续块 体，使崩塌发生成为可能。结构面产状对崩塌发生的影响：（1） 一组大于倾角或45，另一组小于倾角；（2）两组倾向坡面且角度小，最不利；（3） 一组反倾，一组陡或缓；（4）两组反倾，好。4. 水的作用：降低岩土体强度；加大结构面；动水压力。5. 其它因素的影响：地震、爆破；人工开挖、列车振动三. 崩塌的防治1. 消除斜坡体上的危石2 .支补与插别3. 压注浆：结成一体，与母体固接4 .防排水5. 拦截措施：落石平台、落石槽、拦石垛（墙）、拦石栅、栏桩障等6. 遮挡措施：（1）拱形明洞；（2）板

41、式棚洞；（3）悬臂式棚洞；（4）半明 洞7. 加固措施：锚固与镶补：关键部位8. 避让措施第四节泥石流典型的泥石流发生地由形成区、流通区和堆积区三个区段构成。1. 形成区分为汇水区和固相物质供给区。各区特点：汇水区居上，固相物质供 给区居下。2. 流通区位于中下游地段：沟谷陡峻狭窄，沟床顺直，纵坡陡，流通区一般较 短。3. 沉积区位于泥石流最下游，大都在山谷冲沟出口以外，纵向坡降不大，地形 开阔。一. 泥石流的形成条件1. 形成泥石流的地形条件：三面环山，形成区、流通区和堆积区的特点2. 形成泥石流的地质条件：（1）构造特点；（2）岩土体条件；（3）地震活动。3. 气象条件：（1）地表水的迅速

42、汇流是形成泥石流的根本条件；（2）积雪。4. 人为因素：人类的活动造成地表植被破坏，加速地表岩体的风化，加大水土 流失程度，生成固相粒物。二. 泥石流的特征1. 重度大、流速高、阵发性强2. 流动具有直线性特点：（1）小障碍（2）大障碍3. 发生具有周期性：水、固相物不能齐备4. 堆积物特征：分选性差，厚度变化大三. 泥石流的分类1. 按泥石流的组成物质分类（1）粘性泥石流：a.固相物含量4080%，重度达1723KN/m3；b.流动特点：整体流，不散流，阵流，截弯取直。（2）稀性泥石流：a.固相物含量1540%；重度达1317 KN/m3； 艮非整体流，散流，不阵流。2. 按泥石流沟谷流域形

43、态特征分类（1）标准型泥石流：具备标准的三个区（2）山坡性泥石流：形成区与流通区合一，流通沟坡与山坡基本一致，呈线或 舌形。(3) 漫流型泥石流：洪积扇是其供给区，又是其流通区，沉积区常不稳定。(4) 河谷型泥石流：发育于河谷地带3. 按泥石流的规模及危害程度分类(1) 特大型(极严重)泥石流：面积10KN/m2，最大流量2000m3/s, 土石方总量50 万 m3。(2) 大型(严重)泥石流：面积510KN/m2,最大流量5002000m3/s, 土石 方总量10550万m3 (一次或每年)。(3) 中型(中等)：面积25KN/m2,最大流量100500m3/s, 土石方总量1 10万m3

44、(一次或每年)。(4) 小型:面积2KN/m2,最大流量100m3/s, 土石方总量1万m3。4 .按发育阶段分类(1)发育期泥石流；(2)活跃期泥石流；(3)衰退期；(4)终止期。几个特点：重力侵蚀；松散物聚集；爆发频率；发生规模；输送能力；堆积扇。5. 按发生频率并考虑规模及危害情况的分类(1) 高频泥石流沟谷：每年均有爆发，雨强24mm/10min，严重，中，轻微。(2) 低频泥石流河谷：10年以上，固体物多源于沟床，雨强4mm/10min,三 个亚类。四. 泥石流的防治1. 严重型采取避让方案。2. 中等型一般应避让，不得已时应综合治理。宜分散设桥，不宜改沟并沟，一 沟一桥。3. 小型泥石流沟谷可作为建设场地。4. 线路通过泥石流地区时应作好方案比较。5. 隧道与明洞遭遇泥石流时，两端洞口位置一定要选