土力学

比萨斜塔一个土壤变形的例子。

土壤力学是应用土壤物理学和工程力学方法来研究土的力学性质的一门学科。土壤力学的研究对象是与人类活动密切相关的土和土体，包括人工土体和自然土体，以及与土的力学性能密切相关的地下水。奥地利工程师卡尔·太沙基（1883年10月2日-1963年10月25日）首先采用科学的方法研究土力学，被誉为现代土力学之父。土力学被广泛应用在地基、挡土墙、土工建筑物、堤坝等设计中，是土木工程、岩土工程、工程地质学等工程学科的重要分枝。

基本性质

三相组成

自然界的土是由岩石经风化、搬运、堆积而形成的。因此，母岩成分、风化性质、搬运过程和堆积的环境是影响土的组成的主要因素，而土的组成又是决定地基土工程性质的基础。土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成，随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也就不同。

固相

土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。

矿物成分

土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物。原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、难溶的和不溶的，次生矿物的水溶性对土的性质有重要的影响。

粒度成分

粒组划分

依据土的主要粒度成分大小，土可分为巨石、漂石、圆砾、砂土、粉土、黏土

粒度成分及其表示方法

1、表格法。2、累计曲线法。3、三角坐标法。

筛析

土透过穿过不同孔隙大小的筛，从量度残留在不同筛上土的重量分析出土粒度分布。适用于土粒大小介于125mm至20um。

移液管法

小于75um的粉粒和粘粒难以分离，常以移管法和比重计法分析。移液管法是以土粒大小与水中下沉速度成正比。

液相

土的液相是指存在于土孔隙中的水。按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水分为结合水和自由水两大类。

气相

土的气相是指填充在土的孔隙中的气体，包括与大气连通的和不连通的两类。

有效应力

通过土粒接触点传递的粒间应力，称为土的有效应力，其影响土的剪切强度。有效应力不能直接测量。在饱和土中，有效应力（σ '）等于总应力（σ）减去孔隙水压（u）：

$\sigma '=\sigma -u$，

剪力强度

剪力强度（Shear strength）是土对纵向力抗性，其包含切面中土粒相互间的阻力，吸力和相扣。剪力强度大小受不同的因素影响，径向有效应力，土粒大小分布，土粒形状，土中的液相。

$\tau _{f}=c'+\sigma '_{f}\tan {\phi '}$，

$\tau _{f}$，为剪力强度, $c'$，为有效凝聚力$\sigma '_{f}$，为有效应力$\phi '$，为内摩擦角。阻力系数$\mu$与阻力角度的关系如下$\mu =\tan {\phi '}$

实验室测试

• 直剪试验
• 三轴剪切试验

压密理论

压密（consolidation）指的是在荷载或其他因素作用下，土体孔隙中水分逐渐排出、体积压缩、密度增大的现象。

渗透理论

渗流是流体在土孔隙中的流动

外部链接

• 地质工程与测绘学院-土力学