土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教案(共135頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程土力學(xué)與基礎(chǔ)工程緒論緒論一、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的研究對(duì)象一、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的研究對(duì)象土是在第四紀(jì)地質(zhì)歷史時(shí)期地殼表層母巖經(jīng)受強(qiáng)烈風(fēng)化作用后所形成的大小不等的顆粒狀堆積物，是覆蓋于地殼最表面的一種松散的或松軟的物質(zhì)。土是由固體顆粒、液體水和氣體組成的一種三相體。土在地球表面分布極廣，它與工程建設(shè)關(guān)系密切。在工程建設(shè)中土被廣泛用作各種建筑物的地基或材料，或構(gòu)成建筑物周圍的環(huán)境或護(hù)層。在土層上修建工業(yè)廠房、民用住宅、涵管、橋梁、碼頭等時(shí)，土是作為承受上述結(jié)構(gòu)物荷載的地基；修筑土質(zhì)堤壩、路基等時(shí)，土由被用作建筑材料，在我國(guó)的邊遠(yuǎn)和不發(fā)達(dá)地區(qū)，目

2、前仍有大量的土木結(jié)構(gòu)類型的農(nóng)舍存在；土作為建筑環(huán)境和護(hù)層的情況，在工程地質(zhì)學(xué)中已有論述，此處不再贅述?？偠灾?，土的性質(zhì)對(duì)于工程建設(shè)的質(zhì)量、性狀等，具有直接而有重大的影響。受建筑物影響的那部分（承受建筑物荷載的地層）地層稱為地基。地基又分為：天受建筑物影響的那部分（承受建筑物荷載的地層）地層稱為地基。地基又分為：天然地基、人工地基兩類。然地基、人工地基兩類。土的性質(zhì)極其復(fù)雜。當(dāng)?shù)貙訔l件較好、地基土的力學(xué)性能較好、能滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)地基的要求時(shí)，建筑物的基礎(chǔ)被直接設(shè)置在天然地層上，這樣的地基被稱為天然地基天然地基；而當(dāng)?shù)貙訔l件較差，地基土強(qiáng)度指標(biāo)較低，無(wú)法滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)地基的承載力和變形要

3、求時(shí)，常需要對(duì)基礎(chǔ)底面以下一定深度范圍內(nèi)的地基土體進(jìn)行加固或處理，這種部分經(jīng)過(guò)人工改造的地基被稱為人工地基人工地基。與地基接觸并傳遞荷載給地基的結(jié)構(gòu)物稱為基礎(chǔ)。與地基接觸并傳遞荷載給地基的結(jié)構(gòu)物稱為基礎(chǔ)?；A(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式很多，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該選擇既能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)、符合建筑物使用要求，又能滿足地基強(qiáng)度和變形要求，經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案?；A(chǔ)底面到地面的距離稱為基礎(chǔ)埋深。依據(jù)埋深不同，基礎(chǔ)分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩大類。通常把埋置深度不大（一般不超過(guò) 5.0m）只需經(jīng)過(guò)挖槽、排水等普通施工工序就可以建造起來(lái)的基礎(chǔ)稱為淺基礎(chǔ)；而把埋置深度較大（一般不小于5.0）并需要借助于一些特殊的施工方法來(lái)完成的

4、各種類型基礎(chǔ)稱之為深基礎(chǔ)。地基和基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系著建筑物的安危。工程實(shí)踐表明，建筑物的事故很多都與地基基礎(chǔ)問(wèn)題有關(guān)，而且一旦發(fā)生地基基礎(chǔ)事故，往往后果嚴(yán)重，補(bǔ)救十分困難，有些即使可以補(bǔ)救，其加固修復(fù)工程所精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)需的費(fèi)用也十分可觀。二、二、 國(guó)內(nèi)外土木工程事故舉例國(guó)內(nèi)外土木工程事故舉例綜合分析可以得到，與地基基礎(chǔ)有關(guān)的土木工程事故可主要概括為以下類型：地基產(chǎn)生整體剪切破壞、地基發(fā)生不均勻沉降、地基產(chǎn)生過(guò)量沉降以及地基土液化失效。 均勻沉降、地基產(chǎn)生過(guò)量沉降以及地基土液化失效，現(xiàn)分別舉例如下：地基產(chǎn)生整體剪切破

5、壞 巴西某十一層大廈。1955 年始建的巴西某十一層大廈長(zhǎng)25m，寬 12m，支承在 99 根 21m 長(zhǎng)的鋼筋混凝土樁上。1958 年大廈建成后，發(fā)現(xiàn)其背后明顯下沉。1 月 30 日，該建筑物的沉降速度高達(dá)每小時(shí) 4mm，晚 8 時(shí)許，大廈在 20s 內(nèi)倒塌。后查明該大廈下有 25m 厚的沼澤土，圖 0-2 加拿大特朗斯康谷倉(cāng)的地基事故而其下的樁長(zhǎng)僅有 21m，為深入其下的堅(jiān)固土層，倒塌是由于地基產(chǎn)生整體剪切破壞所致。加拿大特朗斯康谷倉(cāng)。圖 0-2 是建于 1914 年的加拿大特朗斯康谷倉(cāng)地基破壞情況。該谷倉(cāng)由 65 個(gè)圓柱形筒倉(cāng)構(gòu)成，高 31m，寬 23.5m，其下為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，由

6、于事前不了解基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá) 16m 的軟粘土層，谷倉(cāng)建成后初次貯存谷物達(dá) 27000t 后，發(fā)現(xiàn)谷倉(cāng)明顯下沉，結(jié)果谷倉(cāng)西側(cè)突然陷入土中 7.3m，東側(cè)上抬 1.5m，倉(cāng)身傾斜近 27o。后查明谷倉(cāng)基礎(chǔ)底面單位面積壓力超過(guò) 300kPa，而地基中的軟粘土層極限承載力才約 250kPa，因此造成地基產(chǎn)生整體破壞并引發(fā)谷倉(cāng)嚴(yán)重傾斜。該谷倉(cāng)由于整體剛度極大，因此雖傾斜極為嚴(yán)重，但谷倉(cāng)本身卻完好無(wú)損。后于土倉(cāng)基礎(chǔ)之下做了七十多個(gè)支承于下部基巖上的混凝土墩，使用了 388 個(gè) 50t 千斤頂以及支撐系統(tǒng)才把倉(cāng)體逐漸扶正，單其位置比原來(lái)降低了近 4.0m。這是地基產(chǎn)生剪切破壞，建筑物喪失其穩(wěn)定性的典型事故

7、實(shí)例。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)地基產(chǎn)生不均勻沉降 意大利比薩斜塔（圖 0-3）。比薩斜塔建造，經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：第一期，自 1173 年 9 月 8 日動(dòng)工，至 1178 年，建至第 4 層，高度約 29m 時(shí)，因塔傾斜而停工。第二期，鐘塔施工中斷 94 年后，于 1272 年復(fù)工，至 1278 年，建完第 7 層，高48m，再次停工。第三期，經(jīng)第二次施工中斷 82 年后，于 1360 年再?gòu)?fù)工，至1370 年竣工，全塔共八層，高度為 55m。目前塔北側(cè)沉降一米多，南側(cè)沉降近三米，塔頂偏離中心線約 5.54m（傾斜約 5.8o）。為使斜塔安全留存，后在國(guó)際范圍內(nèi)進(jìn)行了招標(biāo)，對(duì)斜

8、塔進(jìn)行了加固處理。我國(guó)名勝蘇州虎丘塔。蘇州虎丘塔建于959961 年期間，為七級(jí)八角形磚塔，塔底直徑 13.66m，高 47.5m，重 63000kN塔建成后由于歷經(jīng)戰(zhàn)火滄桑、風(fēng)雨侵蝕，使塔體嚴(yán)重?fù)p壞，為了使該名勝古跡安全留存，我國(guó)于 19561957 年期間對(duì)其進(jìn)行了上部結(jié)構(gòu)修繕，但修繕的結(jié)果使塔體重量增加了約 2000 kN，同時(shí)加速了塔體的不均勻沉降，塔頂偏離中心線的距離由1957 年的 1. 7m 發(fā)展到 1978 年的2.31m，并導(dǎo)致地層砌體產(chǎn)生局部破壞。后于 1983 年對(duì)該塔進(jìn)行了基礎(chǔ)托換，使其不均勻沉降得以控制。因地基 - 意大利比薩斜塔（圖 0-3） 產(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致基

9、礎(chǔ)斷裂、上部結(jié)構(gòu)破壞的事例不勝枚舉。地基產(chǎn)生過(guò)量沉降 廣深鐵路 k2+150 段線路。我國(guó)廣深鐵路 k2+150 段線路位于廣州市，該路段地處山澗流水地帶，淤泥覆蓋層較厚，通車后路基不斷下沉，1975 年后，嚴(yán)重地段每旬下沉量高達(dá) 1216mm，其它地段每旬下沉量 812mm 不等，路基的下沉不僅增加了該段鐵路的維修保養(yǎng)作業(yè)量，更嚴(yán)重威脅著鐵路列車的安全營(yíng)運(yùn)。該路段后采用高壓噴射注漿法進(jìn)行了路基土加固處理。西安某住宅樓。西安某住宅樓位于西安市霸橋區(qū)，場(chǎng)地為級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地，建筑物長(zhǎng) 18.5m，寬 14.5m，為六層點(diǎn)式磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用肋梁式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，建筑物修建以前對(duì)地基未做任何處

10、理，由于地下管溝積水，致使地基產(chǎn)生濕陷沉降，在沉降發(fā)生最為嚴(yán)重的 5 天時(shí)間里，該建筑物的累計(jì)沉降量超過(guò)了 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)300mm。后雖經(jīng)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行托換處理止住了建筑物的繼續(xù)沉降，但過(guò)量沉降嚴(yán)重影響了該建筑物的使用功能，在門廳處不僅形成了倒灌水現(xiàn)象，而且門洞高度嚴(yán)重不足，人員出入極不方便。地基液化失效 日本新瀉地震。日本新瀉市于 1964 年 6 月 16 日發(fā)生了 7.5 級(jí)大地震，當(dāng)?shù)卮竺娣e的砂土地基由于在地震過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)液化現(xiàn)象而失去了承載能力，毀壞房屋近 2890 幢。唐山地震。1976 年 7 月 28 日發(fā)生在我國(guó)唐山市的大地震是人類歷史上造成損失最

11、嚴(yán)重的地震之一，震級(jí) 7.8 級(jí)，大量建筑物在地震中倒塌損毀，地基土的液化失效是其中的主要原因之一，唐山礦冶學(xué)院圖書館書庫(kù)因地基液化失效致使其第一層全部陷入地面以下。三、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容三、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容土力學(xué)與基礎(chǔ)工程分為兩部分內(nèi)容：（1）是關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工的知識(shí)，即基礎(chǔ)工程學(xué)的內(nèi)容；（2）是有關(guān)土的物理力學(xué)性質(zhì)以及土的強(qiáng)度理論、滲透理論和變形理論的知識(shí)，即解決土力學(xué)各種課題的基本理論和試驗(yàn)研究方法。土是由不同成因的巖石在風(fēng)化作用（物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化）后經(jīng)重力、土是由不同成因的巖石在風(fēng)化作用（物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化）后經(jīng)重力、流流水、冰川和

12、風(fēng)力等營(yíng)力搬運(yùn)、沉積而成的自然歷史產(chǎn)物。水、冰川和風(fēng)力等營(yíng)力搬運(yùn)、沉積而成的自然歷史產(chǎn)物。建筑物的地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)雖然各自功能不同、研究方法相異，但是無(wú)論從力學(xué)分析入手還是從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，這三部分卻是彼此聯(lián)系、相互制約的有機(jī)統(tǒng)一體。目前，要把這三部分完全統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算還十分困難，但從地基基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)共同工作的概念出發(fā)，盡量全面考慮諸方面的因素，運(yùn)用力學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行基礎(chǔ)工程計(jì)算將是土力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容之一。土的工程性質(zhì)指標(biāo)包括物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)兩類。（1）物理性質(zhì)指標(biāo)用于定量描述土的組成、土的干濕、疏密與軟硬程度的指標(biāo)；（2）力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)用于定量描述土的變形規(guī)律、強(qiáng)度規(guī)律和

13、滲透規(guī)律的指標(biāo)土力學(xué)的內(nèi)容包括土中的地下水的流網(wǎng)分析、土中應(yīng)力計(jì)算、沉降計(jì)算、固結(jié)理論、地基承載力計(jì)算、土壓力計(jì)算和土坡穩(wěn)定分析等。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)土力學(xué)學(xué)科研究和解決工程中兩大類問(wèn)題：土體變形問(wèn)題土體穩(wěn)定問(wèn)題南昌市市區(qū)地層情況大致為：南昌市贛江及其以東地區(qū)，地殼表層覆蓋著第四系沖積地層，一般厚度為 1225m，贛江沿岸和撫河支流之間屬一級(jí)階地，由第四系全新統(tǒng)填土層、淤泥、淤泥質(zhì)土及松散稍密狀態(tài)的細(xì)、中、粗、礫砂組成，樁基礎(chǔ)側(cè)阻力較小，城區(qū)的大部分地段屬于二級(jí)階地，由力學(xué)性質(zhì)較好的第四系上更新統(tǒng)填土、粉質(zhì)粘土、細(xì)、中、粗、礫砂及圓礫層等組成，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。下臥基

14、巖為第三系古新統(tǒng)新余群紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、灰色鈣質(zhì)泥巖，這幾種巖石呈不等厚互層，形成巨厚的紅層。四、本學(xué)科的發(fā)展概況四、本學(xué)科的發(fā)展概況地基基礎(chǔ)是一項(xiàng)古老的建筑工程技術(shù)。早在史前的人類建筑活動(dòng)中，地基基礎(chǔ)作為一項(xiàng)工程技術(shù)就被應(yīng)用，我國(guó)西安市半坡村新石器時(shí)代遺址中的土臺(tái)和石礎(chǔ)就是先祖?zhèn)儜?yīng)用這一工程技術(shù)的見(jiàn)證。公元前 2 世紀(jì)修建的萬(wàn)里長(zhǎng)城；始鑿于春秋末期，后經(jīng)隋、元等代擴(kuò)建的京杭運(yùn)河；隋朝大業(yè)年間李春設(shè)計(jì)建造的河北趙州安濟(jì)橋；我國(guó)著名的古代水利工程之一，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期李冰領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰；遍布于我國(guó)各地的巍巍高塔，宏偉壯麗的供電、廟宇和寺院；舉世聞名的古埃及金字塔等，都是由于修建在牢固的地基基礎(chǔ)

15、之上才能逾千百年而留存于今。據(jù)報(bào)道，建于唐代的西安小雁塔其下為巨大的船形灰土基礎(chǔ)，這使小雁塔經(jīng)歷數(shù)次大地震而留存于今。上述一切證明，人類在其建筑工程實(shí)踐中積累了豐富的基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，但是由于受到當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)實(shí)踐規(guī)模和知識(shí)水平限制，在相當(dāng)長(zhǎng)的的歷史時(shí)期內(nèi)，地基基礎(chǔ)僅作為一項(xiàng)建筑工程技術(shù)而停留在經(jīng)驗(yàn)積累和感性認(rèn)識(shí)階段。十八世紀(jì)歐洲產(chǎn)業(yè)革命以后，水利、道路以及城市建設(shè)工程中大型建筑物的興建，提出了大量與土的力學(xué)性態(tài)有關(guān)的問(wèn)題并積累了不少成功經(jīng)驗(yàn)和工程事故教訓(xùn)。特別是這些工程事故教訓(xùn)，使得原來(lái)按以往建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)指導(dǎo)工程的做法已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)發(fā)展。這就促使人們尋求對(duì)許多類似的工程問(wèn)題的

16、理論解釋，并要求在大量實(shí)踐基礎(chǔ)上建立起一定的理論來(lái)指導(dǎo)以后的工程實(shí)踐。例如，十七世紀(jì)末期歐洲各國(guó)大規(guī)模的城堡建設(shè)推動(dòng)了筑城學(xué)的發(fā)展并提出了墻后土壓力問(wèn)題，許多工程技術(shù)人員發(fā)表了多種墻后土壓力的計(jì)算公式，為庫(kù)侖（Coulomb,C.A.1773）提出著名的抗剪強(qiáng)度公式和土壓力理論奠定了基礎(chǔ)。十九世紀(jì)中葉開始，大規(guī)模的橋梁、鐵路和公路建設(shè)推動(dòng)了樁基和深基礎(chǔ)的理論與施工方法的發(fā)展。路塹和路堤、運(yùn)河渠道邊坡、水壩等的建設(shè)提出了土坡穩(wěn)定性的分析問(wèn)題。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1857 年英國(guó)人 W.J.M 朗肯（Rankine）又從不同途徑提出了擋土墻的土壓力理論。1885 年法國(guó)學(xué)者

17、J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了彈性半空間體在豎向集中力作用下的應(yīng)力和位移解。1852 年法國(guó)的 H.達(dá)西（Darcy）創(chuàng)立了砂性土的滲流理論“達(dá)西定律”。1922 年瑞典學(xué)者 W.費(fèi)蘭紐斯（Fellenius）提出了一種土坡穩(wěn)定的分析方法。這一時(shí)期的理論研究為土力學(xué)發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。1925 年美國(guó)人 K.太沙基（Terzaghi）歸納了以往的理論研究成果，發(fā)表了第一本土力學(xué)專著，又于 1929 年與其它學(xué)者一起發(fā)表了工程地質(zhì)學(xué)。這些比較系統(tǒng)完整的科學(xué)著作的出版，帶動(dòng)了各國(guó)學(xué)者對(duì)本學(xué)科各個(gè)方面的研究和探索，從此土力學(xué)作為一門獨(dú)立的科學(xué)而得到不斷發(fā)展。我國(guó)著名學(xué)者黃文

18、熙教授，陳宗基教授等也為土力學(xué)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第一章第一章第一節(jié)第一節(jié)土的三相組成土的三相組成土”一詞在不同的學(xué)科領(lǐng)域有其不同的涵義。就土木工程領(lǐng)域而言，土是指覆蓋在地表的沒(méi)有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物。土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒間膠結(jié)的強(qiáng)弱。 自然界的土是由巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、堆積而形成的。包括無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)。1 物理風(fēng)化指由于溫度變化、水的凍脹、波浪沖擊、地震等引起的物理力使巖體崩解、碎裂成巖塊、巖屑的過(guò)程。物理風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生量的變化。2 化學(xué)風(fēng)化指巖體(或巖塊、巖屑)與空氣、水和各種水溶液相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用分解為極細(xì)顆粒的過(guò)

19、程，生物的活動(dòng)也可助長(zhǎng)風(fēng)化的進(jìn)程。而化學(xué)風(fēng)化卻使巖石產(chǎn)生質(zhì)的變化。土是由固體顆粒、水、氣體三部分組成的三相組成。土土粒（固相）水（液相）空氣（氣相）土土粒（固相）水（液相）空氣（氣相）1固相包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的，形成多孔介質(zhì)。2液相主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)。3氣相主要是空氣、水蒸氣，有時(shí)還有沼氣等。分類標(biāo)準(zhǔn)分類標(biāo)準(zhǔn)名稱名稱無(wú)機(jī)土來(lái) 源有機(jī)土殘積土搬運(yùn)力運(yùn)積土坡積土精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)河流沖擊土風(fēng)積土洪積土冰川沉積土冰磧土濕陷土一、土的固相一、土的固相 1、土的礦物成分、土的礦物成分 土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。因

20、此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。成土礦物可分為兩大類即原生礦物和次生礦物。土的固相部分包括無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，主要是土粒，有時(shí)還有粒間膠結(jié)物和有機(jī)質(zhì)，他們構(gòu)成了土的骨架。原生礦物 由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成分與母巖的相同，常見(jiàn)的有石英、長(zhǎng)石和云母等。 顆粒一般較粗，多呈渾圓形、塊狀或板狀。 吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無(wú)塑性。 次生礦物 由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分與母巖的完全不同。次生礦物主要是粘土礦物，即高嶺石、伊利石和蒙脫石。 顆粒極細(xì)，且多呈片狀。 性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力（尤其是由蒙脫石組成的顆粒

21、），具塑性。遇水膨脹。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 2 2、土的粒度成分、土的粒度成分天然土是由大小不同的顆粒組成，土粒的大小稱為粒度。土是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變化到有粘性。 界限粒徑界限粒徑劃分粒組的分界尺寸。 土的顆粒級(jí)配土的顆粒級(jí)配土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量(各粒組占土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù))。 （本書稱之為土的粒度成分） 得到的方法：1、篩分法，粒徑mm 2、沉降法，比重計(jì)法和移液管法,粒徑mm土的顆粒級(jí)配（粒度成分）的表示方法：（1）表格法（2）累計(jì)曲線法顆粒級(jí)配累積曲線顆粒級(jí)配累積曲線顆

22、粒大小分析試驗(yàn)成果，由其橫坐標(biāo)（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）表示粒徑。縱坐標(biāo)則表示用小于(或大于)某粒徑的土重含量(或稱累計(jì)百分含量) 。 土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 10時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑有效粒徑 d10。小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 30時(shí)的粒徑用 d0表示。當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 60時(shí)，該粒徑稱為限定粒徑限定粒徑 d0。 利用顆粒級(jí)配累積曲線可以確定土粒的級(jí)配指標(biāo)，如 d0與 d10的比值 C稱 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)： 曲率系數(shù)曲率系數(shù) Cc：1060ddC1060302dddsC 不均勻系數(shù) C反映大小不同粒組的分布情況大小不同粒組的分布情況。C越大表示土粒大小的分布范圍越大、其級(jí)配

23、越良好，作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度。曲率系數(shù)Cc描寫累積曲線的分布范圍累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。的土稱為勻粒土，級(jí)配不良；5uC的土級(jí)配良好。10uC級(jí)配良好級(jí)配良好：曲線平緩，粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻。顆粒級(jí)配可以在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。對(duì)于級(jí)配良好的土，較粗顆粒間的孔隙被較細(xì)的顆粒所填充，因而土的密實(shí)度較好，相應(yīng)的地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較好透水性和壓縮性也較小，可用作堤壩或其它土建工程的填方土料。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（3）三角坐標(biāo)法顆粒級(jí)配（粒度成分）分析方法顆粒級(jí)配（粒度成分）分析方法（1）粗粒土采用篩分法，（2）細(xì)粒土

24、用沉降分析法3土粒的形狀體積系數(shù)：cV36mdVcV土粒體積，土粒的最大粒徑；cVmd形狀系數(shù)：F2BACF ，分別為土粒的最大、中間、最小粒徑ABC二、土的液相二、土的液相 土中的水，土中水處于不同位置和溫度條件下，可具有不同的物理狀態(tài)固態(tài)（零度下的冰夾層等）、液態(tài)、氣態(tài)。液態(tài)水是土中孔隙水的主要存在狀態(tài)，因其受土粒表面雙電層影響程度的不同可分為結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水。后兩者也稱為非結(jié)合水（自由水）。按照水與土相互作用程度的強(qiáng)弱，可將土中水分為結(jié)合水和自由水。液態(tài)水是土中孔隙水的主要存在狀態(tài)，因其受土粒表面雙電層影響程度的不同可分為結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水。后兩者也稱為非結(jié)合水（自由水）。 (

25、一)結(jié)合水土顆粒表面帶有一定的電荷，當(dāng)土粒與水相接觸時(shí)，由于靜電作用力，將吸引水化離子和水分子，形成雙電層（土粒表面的負(fù)電荷，和其形成的電場(chǎng)中有鈣、鈉、鋁等陽(yáng)離子）水 的 類 型主要作用力結(jié) 合 水物理化學(xué)力毛 細(xì) 水表面張力和重力非 結(jié) 合 水重 力 水重 力精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)，在雙電層影響下的水膜稱為表面結(jié)合水。雙電層的厚薄也反映了結(jié)合水的厚薄，結(jié)合水具有與一般自由水不同的性質(zhì)，其密度較大、粘滯度高、流動(dòng)性差、冰點(diǎn)低、比熱較大、介電常數(shù)較低。這種差異隨距離增加而減弱。水的正電荷（氧離子）對(duì)著土，土的表面是負(fù)電荷。1強(qiáng)結(jié)合水特性接近固體，完全不能移動(dòng)；2. 弱結(jié)合水粘

26、滯水膜，能發(fā)生變形，但不因重力而流動(dòng)（土產(chǎn)生塑性的原因）（二)非結(jié)合水 在雙電層影響以外的水為自由液態(tài)水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，這部分水稱為非結(jié)合水，它包括毛細(xì)水和重力水。(1)毛細(xì)水 毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。毛管現(xiàn)象是毛細(xì)管壁對(duì)水的吸力和水的表面張力共同作用的結(jié)果。毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水(與地下水無(wú)直接聯(lián)系)和毛細(xì)水上升水（與地下水相連）兩種。毛細(xì)水是受毛細(xì)管作用控制的水，可以把土的孔隙看作是連續(xù)變截面的毛細(xì)管，毛細(xì)管放在水中，管中的水位會(huì)上升到自由水位以上的一定高度，毛管直徑愈細(xì)上升高度愈高。毛細(xì)區(qū)域內(nèi)的水壓力與一

27、般靜水壓力的概念相同，它與水頭高度非常成正比。負(fù)號(hào)表示拉力。自ch由水位以下為壓力，自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)為拉力。顆粒骨架承受水的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，減小顆粒間的壓力。自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)，顆粒間受壓力，毛細(xì)壓力呈倒三角形分布。彎液面處最大，自由水面處為零。 (2)重力水 重力水是存在于地下水位以下的適水土層中的地下水。它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水，對(duì)土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影響三、土的氣相三、土的氣相精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)分為與大氣連通的和不連通的兩類。吸附于土顆粒表面及溶于水的氣體與大氣相通的氣體可以

28、排出 封閉性的氣體不可以排出存在有封閉氣體的土，稱為橡皮土，工程中決不允許含氣體的土稱為非飽和土?！拘@現(xiàn)場(chǎng)觀察土的特點(diǎn)】【現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)答疑】【本次課總結(jié)】1土是由固體（土粒） 、液體（水）和氣體（空氣）三相所組成；2粒徑級(jí)配曲線的特點(diǎn)及用途；3常見(jiàn)土的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形式?！緩?fù)習(xí)思考】1粘土顆粒表面哪一層水膜對(duì)土的工程性質(zhì)影響最大，為什么？2為什么土的級(jí)配曲線用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)？【課后作業(yè)】第二節(jié)第二節(jié)土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系稱為三相比例指標(biāo)。所謂土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)就是表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量。 土的物理性質(zhì)指標(biāo)可以分為兩類：1必須通過(guò)試驗(yàn)測(cè)

29、定的，如含水率，密度和土粒比重 2可以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)換算的，如孔隙比，孔隙率和飽和度等。（）-土粒質(zhì)量sg()-土中水質(zhì)量wg()-土的總質(zhì)量mg-土粒體積-土中水體積-土中氣體積精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)-土中空隙體積V-土的總體積 一、試驗(yàn)指標(biāo)一、試驗(yàn)指標(biāo)（1）土的密度（天然密度）：天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量，單位為或3/cmg即：3/mtVg天然密度變化范圍較大。一般；腐殖土3/0 . 28 . 1cmg3/0 . 26 . 1cmg。天然密度一般用環(huán)刀法測(cè)定，用一個(gè)圓環(huán)刀（刀口向下）放在削3/7 . 15 . 1cmg平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊

30、壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。（2）土粒密度（比重）：干土粒質(zhì)量與其體積之比，即：sgsVssVgs土粒相對(duì)密度：土粒質(zhì)量與同體積的 4時(shí)純水的質(zhì)量之比，一般用或表示，無(wú)量sdsG綱。即：式中土粒密度（） ；s3/cmg純水在 4時(shí)的密度（單位體積的質(zhì)量） ，等于 1或者 1。1w3/cmg3/mt試驗(yàn)測(cè)定方法：比重瓶法實(shí)際上，土粒比重在數(shù)值上就等于土粒密度，但前者無(wú)因次。土粒比重決定于土精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)的礦物成分，它的數(shù)值一般為 2.62.8；有機(jī)質(zhì)土為 2.42.5。同一種類的土，其比重變化幅度很小。土粒

31、比重可在試驗(yàn)室內(nèi)用比重瓶測(cè)定。將置于比重瓶?jī)?nèi)的土樣在 105-110下烘干后冷卻至室溫用精密天平測(cè)其質(zhì)量，用排水法測(cè)得土粒體積，并求得同體積 4純水的質(zhì)量，土粒質(zhì)量與其比值就是土粒比重。由于比重變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用。粘性土土的名稱砂土粉土粘質(zhì)粉土粉質(zhì)粘土 粘土土粒比重2.652.69 2.702.712.712.722.732.742.76（3）土的含水量：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，一般用表示，以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即：swggw 含水量是反映土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然狀態(tài)下土層的含水量稱天然含水量，其變化范圍很大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。一般干的粗砂土

32、，其值接近于零，而飽和砂土，可達(dá) 40%；堅(jiān)硬的粘性土的含水量約小于 30%，而飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥） ，則可達(dá) 60%或更大。一般說(shuō)來(lái)，同一類土，當(dāng)其含水量增大時(shí)，強(qiáng)度就降低。土的含水量一般用烘干法測(cè)定。先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘干箱內(nèi)維持 100-105烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量?！菊n堂討論】相對(duì)密度（比重）與天然密度（重度）的區(qū)別注意：從公式可以看出，對(duì)于同一種土，在不同的狀態(tài)（重度、含水量）下，其比重不變； 土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示：%100smm 試驗(yàn)測(cè)定方法：烘干法【討論】含水量能否超過(guò) 10

33、0？從公式可以看出，含水量可以超出 100。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)二、換算指標(biāo)二、換算指標(biāo)（1）土的干密度：土的固相質(zhì)量與土的總體積之比（土單位體積中固體顆粒部分質(zhì)d量），即： Vgds；。ew在工程上常把干密度作為評(píng)定土體密實(shí)程度的指標(biāo)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。2、 土的飽和密度：土孔隙中充滿水時(shí)，單位體積質(zhì)量，即：satVggsatsw 式中為水的密度，近似等于。w3/1cmgw3、 土的有效重度：是扣除浮力以后的固相重力與土的總體積之比（又稱為浮重度）wsatVVgwss10有效密度 ：土體中土粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單位體積中土粒的有效質(zhì)量，即：4、土的孔隙比 e

34、：是土中孔隙體積與土粒（固相）體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即：-土粒，土的土的，土的；水的密度，近似等于。天然sddww3/1cmg狀態(tài)下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密度程度。一般的土是密實(shí)的低壓縮性土，的土是疏松的高壓縮性土。6 . 0e0 . 1e5、土的孔隙率：土中孔隙所占體積與總體積之比，空隙率用百分?jǐn)?shù)表示。即：n 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一般的孔隙率為 3060%，為 2545%。6、土的飽和度：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比， ，以百分率計(jì)，即：rS 土的；水的密度，近似等于；。dw3/1cmgwne飽和度可以

35、反映土的干濕程度，根據(jù)飽和度 Sr 的指標(biāo)值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表： 砂土濕度狀態(tài)稍濕很濕飽和飽和度 Sr（%）Sr505080【討論】孔隙比、孔隙率、飽和度能否超過(guò) 1 或 100？三、指標(biāo)間的相互換算三、指標(biāo)間的相互換算已知：（） ，Gs或（相對(duì)密度） ，e，n，Sr，sat（sat） ，d（d） ，等的sd表達(dá)式。推導(dǎo)間接指標(biāo)的關(guān)鍵在于：熟悉各個(gè)指標(biāo)的定義及其表達(dá)式，能熟練利用土的三相簡(jiǎn)圖。推導(dǎo)公式主要步驟：利用 VS作為未知數(shù)，將土的三相圖中的各相物質(zhì)的質(zhì)量用（） ，Gs或（相對(duì)密sd度） ，和 VS表示出來(lái)，填在圖中；先將孔隙比 e 的表達(dá)式求出來(lái)，然后將

36、其它指標(biāo)用（） ， Gs，和 e 來(lái)表達(dá)。依上圖，將 m（1）Gs Vs和 V（1e）Vs代入中可得：Vm精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 11）（sGe注意：此時(shí) e 已是“已知”的指標(biāo)。根據(jù)各間接指標(biāo)的定義，利用三相簡(jiǎn)圖可求得： 或 1deGsd1 ， eeGssat1)(eeGssat1或eGs11weds11 或 een1sdGn1 eGSsr【課堂思考】可否用其它簡(jiǎn)潔方法上述推導(dǎo)公式？如令 Vs1?！菊n堂先自習(xí)例題后講解】【例 11】某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得何種為 1003，濕土質(zhì)量為 187g，烘干后，干土質(zhì)量為167 g。若土粒的相對(duì)密度 Gs為 2.66，試求該土樣的含水量、

37、密度、重度、干重度d、孔隙比、飽和重度sat和有效重度。解題思路：利用定義先求， ，后根據(jù)公式求相關(guān)指標(biāo)。【例 21】某完全飽和粘性土的含水量為=40%，土粒相對(duì)密度 Gs =2.7，試按定義求土的孔隙比和填密度。d解題思路：本題給出的條件是飽和土Sr100利用三相圖求出各相的質(zhì)量和體積用定義求出e和d。 【現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)答疑】【本次課小結(jié)】1各指標(biāo)的定義；2利用三相圖進(jìn)行指標(biāo)間的相互換算。【復(fù)習(xí)思考】1在土的三相比例指標(biāo)中，哪些指標(biāo)是直接測(cè)定的？用何方法？精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2在三相比例指標(biāo)中，哪些指標(biāo)的數(shù)值可以大于 1，哪些不行？【課后作業(yè)】第三節(jié)第三節(jié) 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土

38、的結(jié)構(gòu)是指土粒的大小、形狀、互相排列及聯(lián)結(jié)的特征。（1）單粒結(jié)構(gòu) 以點(diǎn)點(diǎn)接觸占優(yōu)勢(shì)，這是碎石土和砂土的結(jié)構(gòu)特征。其特點(diǎn)是土粒間沒(méi)有聯(lián)結(jié)存在，或聯(lián)結(jié)非常微弱，可以忽略不計(jì)。（2）片堆結(jié)構(gòu) （分散結(jié)構(gòu)） 以面面接觸為主，以粉粒為主的土的結(jié)構(gòu)特征。（3）片架結(jié)構(gòu) （絮凝結(jié)構(gòu)） 以點(diǎn)面接觸為主，是粘土顆粒特有的結(jié)構(gòu)。第四節(jié)第四節(jié) 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量一、粘性土的狀態(tài)與界限含水量一、粘性土的狀態(tài)與界限含水量粘性土由于含水量的不同，分為固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)，這即是粘性土的稠度狀態(tài)。各稠度狀態(tài)間的臨界含水量稱，界限含水量隨粘粒含量和礦物成份的不同變化較大，也反映出工程地質(zhì)性質(zhì)的顯

39、著差別。因此界限含水量及界限含水量與的關(guān)系，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)即塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)和液性指數(shù)，流動(dòng)狀態(tài)可塑狀態(tài)半固體狀態(tài)固體狀態(tài)土由半固態(tài)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限塑限，用表示，用搓條法測(cè)定。即用pw雙手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑小于 10mm） ，放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成小土條，用力均勻，搓到土條直徑為 3mm，出現(xiàn)裂紋，自然斷開，這時(shí)土條的就是塑限值。pw土由可塑狀態(tài)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量稱為液限液限，用表示，我國(guó)采用錐式液限儀來(lái)lw測(cè)定。其工作過(guò)程是：將調(diào)成均勻的濃糊狀，裝滿盛土杯，刮平杯口表面，將 76 克重圓錐體輕放在試樣表面的中心，

40、使其在自重作用下徐徐沉入試樣，若圓錐體經(jīng) 5 秒種恰好沉入10mm 深度，這時(shí)杯內(nèi)土樣的含水量就是液限值。為了避免放錐時(shí)的人為晃動(dòng)影響，可lw采用電磁放錐的方法。注意：塑限、液限是一個(gè)含水量二、塑性指數(shù)二、塑性指數(shù)塑性指數(shù)是指的差值（省去%號(hào)），即土處在可塑狀態(tài)的變化范圍，用表示。pIplpwwI顯然，塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的可能含量有關(guān)，土中的含量與土的、以及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，因此，在工程上常按塑性指數(shù)對(duì)進(jìn)行分類。三、液性指數(shù)三、液性指數(shù)液性指數(shù)：的和的差值與之

41、比。用表示。即：lI從式中可見(jiàn)：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)當(dāng)土的天然含水量小于時(shí)，小于 0，天然土處于堅(jiān)硬狀態(tài)；wpwlI當(dāng)大于時(shí)，大于 1，天然土處于流動(dòng)狀態(tài)；wlwlI當(dāng)在與之間時(shí)，即在 01 之間，則天然土處于可塑狀態(tài)。wpwlwlI因此，可以利用液性指數(shù)來(lái)表示粘性土所處的軟硬狀態(tài)。值愈大，土質(zhì)愈軟；反lIlI之，土質(zhì)愈硬。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GBJ7-89）規(guī)定粘性土按液性指數(shù)值劃分為：狀態(tài)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)IL 00IL0.250.25 IL 0.750.751.0【討論】液性指數(shù)是否會(huì)出現(xiàn) IL1.0 和 IL0.67 密實(shí)的0.67Dr0.33 中密

42、的0.33Dr0 松散的相對(duì)密實(shí)度試驗(yàn)適用于透水性良好的無(wú)粘性土，如純砂、純礫等。一般情況很難保證砂土的原狀結(jié)構(gòu)，因此很難測(cè)得天然孔隙比 e，工程中常用擊數(shù) N確定砂土的密實(shí)度?！居懻摗肯鄬?duì)密度是否會(huì)出現(xiàn) Dr1.0 和 Dr0 的情況？?jī)?yōu)點(diǎn)：在理論上比孔隙比能夠更合理確定土的密實(shí)狀態(tài)。缺陷：測(cè)定 e、emax與 emin困難，通常多用于填方工程的質(zhì)量控制中，對(duì)于天然土尚難以應(yīng)用?！纠磕成巴猎嚇?通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度 Gs=2.7,含水量 =9.43%,天然天然密度 =1.66/3。已知砂樣牌最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量 ms1=1.62,牌最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量 ms2=1.45。試求此

43、砂土的相對(duì)密度 Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)。解題思路：先利用三個(gè)基本指標(biāo)求出天然孔隙比 e土最密實(shí)時(shí)有最大干密度dmax和最小孔隙比 emin，土最疏松時(shí)有最小干密度dmin和最精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)大孔隙比 emax。利用公式d和 e求得 emin與 emax。Vms1dsG利用相對(duì)密度的定義式求得其密實(shí)度。minmaxmaxeeeeDr二、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)二、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)是動(dòng)力觸探的一種，它利用一定的錘擊動(dòng)能（錘重 63.50.5kg，落距 762cm） ，將一定規(guī)格的對(duì)開管式的貫入器(對(duì)開管外徑 511mm、內(nèi)徑 351mm，長(zhǎng)度457mm；下端

44、接長(zhǎng)度 761mm、刃角 1820、刃口端部厚 1.6mm 的管靴；上端接一內(nèi)外徑與對(duì)開管相同的鉆桿接頭，長(zhǎng) 152mm)打入鉆孔孔底的士中，根據(jù)打入土中的貫阻抗，判別土層的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入器貫入土中 30cm 的錘擊數(shù) N 表示，N 也稱為標(biāo)貫擊數(shù)。該實(shí)驗(yàn)的的應(yīng)用主要有評(píng)定的相對(duì)密度、評(píng)定地基土、估算單樁承載力等。以下提供前兩方面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土的密實(shí)度，得到廣泛應(yīng)用?！竟こ探?jīng)驗(yàn)】在工地現(xiàn)場(chǎng)要判別土料是否在最優(yōu)含水量附近時(shí)，可按下述方法：用手抓起一把土，握緊后松開，如土成團(tuán)一點(diǎn)都不散開，說(shuō)明土太潮濕；如土完全散開，說(shuō)明土太干燥；如土部分散開，中間部分成團(tuán)，說(shuō)明土料含水量

45、在最優(yōu)含水量附近。第六節(jié)第六節(jié) 粘性土的物理化學(xué)性質(zhì)粘性土的物理化學(xué)性質(zhì)一、粘土顆粒的礦物成分、形狀和比表面積一、粘土顆粒的礦物成分、形狀和比表面積 粘性土的性質(zhì)與粗顆粒土很不相同，主要是因?yàn)榈V物成分不同。粘土顆粒則主要由粘土礦物組成。如：高嶺石、蒙脫石、伊利石。成分與含量不同形成了土的不同的工程性質(zhì)。1、 高嶺石：具有不活動(dòng)的雙層晶格構(gòu)造，含高嶺石的粘性土具有較好的工程性質(zhì)。2、 蒙脫石：具有很大活動(dòng)性的三層晶格構(gòu)造，含蒙脫石的粘性土呈不良的工程性質(zhì)。過(guò)大的粘著性和可塑性，強(qiáng)烈的干縮與濕脹，水穩(wěn)定性很差。3、 伊利石：是一種過(guò)渡性的礦物，其性質(zhì)介是上面兩者之間。二、粘性土的膠體性質(zhì)二、粘性土

46、的膠體性質(zhì)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1、 粘土顆粒的帶電性粘土顆粒是帶負(fù)電的2、 土中水的水化離子3、 雙電層和結(jié)合水膜土粒表面的負(fù)電荷和反離子層合起來(lái)稱為雙電層。擴(kuò)散層中的離子電荷與土粒表面電荷相反，則稱之為反離子層。4、 膠溶和凝聚是土粒間引力和斥力相互作用的結(jié)果。當(dāng)引力與斥力互相平衡以后的凈作用力為斥力時(shí)，互相排斥，處于膠溶狀態(tài)。當(dāng)凈作用力為引力時(shí)，互相吸引，則產(chǎn)生凝聚，形成絮狀結(jié)構(gòu)。三、粘性土膠體性質(zhì)對(duì)工程性質(zhì)的影響三、粘性土膠體性質(zhì)對(duì)工程性質(zhì)的影響1、 土在形成過(guò)程中的膠體物理化學(xué)現(xiàn)象2、 對(duì)粘性土可塑性的影響3、 對(duì)土的觸變性的影響4、 粘性土的脹縮性四、在工程實(shí)踐

47、中的應(yīng)用四、在工程實(shí)踐中的應(yīng)用1、 觸變性質(zhì)的利用。2、 離子交換性質(zhì)的利用。3、 電滲、電泳規(guī)律的利用。4、 路基凍脹的機(jī)理分析。第七節(jié)第七節(jié) 土的工程分類土的工程分類地基土的分類是根據(jù)不同的原則將其劃分為一定的類別，同一類別的土在工程地質(zhì)性質(zhì)上應(yīng)比較接近。土的合理分類具有很大的實(shí)際意義，例如根據(jù)分類名稱可以大致判斷土的工程特性、評(píng)價(jià)土作為建筑材料的適宜性及結(jié)合其他指標(biāo)來(lái)確定地基的等。作為建筑場(chǎng)地和地基的土的分類一般可按下列原則進(jìn)行：1、 根據(jù)可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風(fēng)積土等。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2、 根據(jù)或可分為、和。3、 根據(jù)土的工程特性的特殊性質(zhì)可分

48、為一般土和。一、無(wú)粘性土：一、無(wú)粘性土：一般指碎石土和砂土。碎石土是粒徑大于 2mm 的顆粒含量超過(guò)全重的 50%的土。碎石土根據(jù)及形狀按下表分類。土的名稱顆粒形狀 顆粒級(jí)配 漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于 200mm 的顆粒超過(guò)全重50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于 20mm 的顆粒超過(guò)全重 50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于 2mm 的顆粒超過(guò)全重 50%砂土是指粒徑大于 2mm 的顆粒含量不超過(guò)全重 50%、粒徑大于 0.075mm 的顆粒超過(guò)全重 50%的土。砂土按粒組含量分類如下表。 土的名稱顆粒級(jí)配礫砂粒徑大于 2mm 的顆粒占全重 25-5

49、0%粗砂粒徑大于 0.5mm 的顆粒超過(guò)全重 50%中砂粒徑大于 0.25mm 的顆粒超過(guò)全重 50%細(xì)砂粒徑大于 0.75mm 的顆粒超過(guò)全重 85%粉砂粒徑大于 0.75mm 的顆粒超過(guò)全重 50%二、粉土：二、粉土：介于與之間，是指粒徑大于 0.075mm 的顆粒含量不超過(guò)全重 50%，小于或pI等于 10 的土。又可根據(jù)分為砂質(zhì)粉土：粒徑小于 0.005mm 的顆粒含量不超過(guò)全重 10%粘質(zhì)粉土：粒徑小于 0.005mm 的顆粒含量超過(guò)全重 10%粉土的顆粒級(jí)配中 0.05-0.1mm 和 0.005-0.05mm 的粒組占絕大多數(shù)，而水與土粒之間的作用是明顯不同于粘性土和砂土，這主要

50、表現(xiàn)粉粒的特性。其工程性質(zhì)介于粘性土和砂土之間。若用含水量接近飽和的粉土，團(tuán)成小球，放在掌上左右反復(fù)搖幌，并以另一手震擊，則土中水迅速滲出，并呈現(xiàn)光澤，這是野外鑒別時(shí)常用方法之一。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)三、粘性土三、粘性土：是指塑性指數(shù)大于 10 的土。粘性土類的工程性質(zhì)與土的成因、生成年代pI的關(guān)系很密切，不同成因和年代的粘性土，盡管其某些物理性質(zhì)指標(biāo)值可能很接近，但其工程性質(zhì)可能相差很懸殊。1、粘性土按沉積年代分為：老粘性土：第四紀(jì)晚更新紀(jì)（）及其以前沉積的粘性土，它是一種沉積年代久，工3Q程性質(zhì)較好的粘性土。一般具有較高的強(qiáng)度和較低的。一般粘性土：第四紀(jì)全新世（） 、

51、 （文化期以前）沉積的粘性土，其分布面積最廣，4Q遇到的也最多，工程性質(zhì)變化很大。新近沉積的粘性土：指文化期（千年）以來(lái)新近沉積的粘性土，強(qiáng)度較低。2、粘性土按塑性指數(shù)分類 粘性土按塑性指數(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)如下表：pI土的名稱 粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù) 10 IP 17四、塑性圖分類四、塑性圖分類第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 概述概述土是由固體相的顆粒、孔隙中的液體和氣體三相組成的，而土中的孔隙具有連續(xù)的性質(zhì)，當(dāng)土作為水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料時(shí)，水就會(huì)在水頭差作用下從水位較高的一側(cè)透過(guò)土體的孔隙流向水位較低的一側(cè)。滲透滲透：存在于地基中的地下水，在一定的

52、壓力差作用下，將透過(guò)土中的這些孔隙發(fā)生流動(dòng)（在水頭差作用下，水透過(guò)土體孔隙的現(xiàn)象） 。滲透性：土允許水透過(guò)的性能稱為土的滲透性。水在土體中滲透會(huì)產(chǎn)生兩方面的影響影響，一方面會(huì)造成水量損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水土建筑物或地基的穩(wěn)定條件，甚者還會(huì)釀成破壞事故。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)不同的土具有不同的透水能力，主要由土的顆粒組成和孔隙比等決定。定量指標(biāo)為滲滲透系數(shù)透系數(shù)。土層中所有名點(diǎn)在同一方向的透水能力相同時(shí)，稱為均質(zhì)土層均質(zhì)土層，否則稱為非均質(zhì)非均質(zhì)土層土層。土層中任一點(diǎn)各個(gè)方向透水能力相同時(shí)，稱為各向同性土層各向同性土層，否則稱為各

53、向異性土各向異性土層層。此外，土的滲透性的強(qiáng)弱，對(duì)土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響。本章將主要討論水在土體中的滲透性及滲透規(guī)律，以及滲透力滲透變形等問(wèn)題。第二節(jié)第二節(jié) 滲透理論滲透理論一、滲流模型一、滲流模型土體中空隙的形狀和大小是極不規(guī)則的，因而水在土體空隙中的滲透是一種十分復(fù)雜的現(xiàn)象，由于土體中的空隙一般非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大，流速緩慢，因此，其流動(dòng)狀態(tài)大多屬于層流。對(duì)滲流作出如下二方面的簡(jiǎn)化：一、是不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主要流向；二、是不考慮土體中顆粒的影響，認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充滿。滲流模型假定：（1）在同一過(guò)水?dāng)嗝?，滲

54、流模型的流量等于真實(shí)滲流的流量。（2）在任意截面上，滲流模型的壓力與真實(shí)滲流的壓力相等。（3）在相同體積內(nèi)，滲流模型所受到的阻力與真實(shí)滲流所受到的阻力相等。二、達(dá)西二、達(dá)西(Darcy)(Darcy)滲透定律滲透定律理想重力的能量方程式（伯努利方程式 1738 年瑞士數(shù)學(xué)家應(yīng)用動(dòng)能定理推導(dǎo)出來(lái)的。 ）cgvrpZ22飽和土體空隙中的滲透水流，也遵從伯努利方程，并用水頭的概念來(lái)研究水體流動(dòng)中的位能和動(dòng)能。水頭：實(shí)際上就是單位重量水體所具有的能量。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)按照伯努利方程，液流中一點(diǎn)的總水頭 h，可以用位置水頭 Z，壓力水頭 U/rw和流速水頭 V2/2g 之和表示

55、，即gvruZhw22此方程式中各項(xiàng)的物理意義均代表單位重量液體所具有的各種機(jī)械能，而其量綱都是長(zhǎng)度。式中：相對(duì)于任意選定的基準(zhǔn)面的高度，代表單位重量液體所具有的位能（位置高z度）故稱為位置水頭。z代表單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能。而代表某點(diǎn)的水柱高度。故稱為壓力uwuwu水頭。即代表單位重量液體所具有的動(dòng)能，故稱為流速水頭。gv22：?jiǎn)挝恢亓恳后w所具有的機(jī)械能，故稱之為總水頭。h此外，稱為測(cè)管水頭，代表單位重量液體所具有的總勢(shì)能。wruz 當(dāng)土中滲流阻力大時(shí)，V 一般都很小，形成的流速水頭 V2/2g 更小，可不計(jì)，這時(shí)，總水頭 h,可用測(cè)管水頭來(lái)代替，即wruZh（一）達(dá)西滲透實(shí)驗(yàn)與達(dá)西定

56、律1956 年，法國(guó)工程師達(dá)西利用圖 23(教材 P28)所示試驗(yàn)裝置，對(duì)砂土的滲流性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)水在土中的滲流速度與圓筒斷面積試樣兩端面間的水頭差成正比，而Ah與滲流長(zhǎng)度成反比，于是他把滲流速度表示為： 或KilhKvKiAvAq這就是著名的達(dá)西定律，式中：表示斷面平均滲透速度，單位：；vsmm/：滲透系數(shù)， （mm/s）其物理意義是當(dāng)水力坡降 i=1 時(shí)的滲透速度；k： 為 A，B 兩點(diǎn)之間的總水頭差，代表單位重量液體從 A 點(diǎn)向 B 點(diǎn)流動(dòng)時(shí)，為克h精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)服阻力而損失的能量。（二）達(dá)西定律的適用范圍（1）在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度 V 與水力坡降

57、的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)?；颍荷巴恋臐B透速度與水力坡降呈線性關(guān)系。（2）但對(duì)于密實(shí)的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此只有當(dāng)水力坡降達(dá)到某一數(shù)值，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始滲透時(shí)的水力坡降稱為粘性土的起始水力坡降起始水力坡降 。i試驗(yàn)資料表明，密實(shí)的粘土不但存在起始水力坡降，而且當(dāng)水力坡降超過(guò)起始坡降后，滲透速度與水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)西定律而呈線性關(guān)系。)(0iiKv式中：指密實(shí)粘土的起始水力坡降。0i此外，試驗(yàn)也表明，在粗顆粒土中（如礫石，卵石） ，只見(jiàn)在小的水力坡降下，滲透速度與水力坡降才能呈線性關(guān)系，而在較大的水力坡降下，水在土中的流動(dòng)即進(jìn)入

58、紊流紊流（不規(guī)則的相互混雜的流動(dòng)形式）狀態(tài)，滲透速度與水力坡降呈非線性關(guān)系，此時(shí)達(dá)西定律不能適用。三、滲透系數(shù)的確定三、滲透系數(shù)的確定主要分現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)兩大類，一般說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比室內(nèi)試驗(yàn)所得到的成果要準(zhǔn)確可靠。1、實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法：常水頭試驗(yàn)法，透水性大的砂性土變水頭試驗(yàn)法，透水性小的無(wú)粘性土2、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法：實(shí)測(cè)流速法：色素法、電解質(zhì)法、食鹽法精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)注水法抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法水位恢復(fù)法（一）實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法1常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)適用于透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土。常水頭試驗(yàn)就是在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，水頭保持不變。試驗(yàn)時(shí)測(cè)出某時(shí)間間隔

59、 t 內(nèi)流過(guò)試樣的總水量，根據(jù)達(dá)西定律QAtLhkkiAtqtQ即 hAtQLk2變水頭試驗(yàn)粘性土由于滲透系數(shù)很小，流經(jīng)試樣的總水量也很小，不易準(zhǔn)確測(cè)定。因此，應(yīng)采用變水頭試驗(yàn)。變水頭試驗(yàn)就是在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，水頭隨時(shí)間而變化的一種試驗(yàn)方法。利用數(shù)學(xué)方法可得到滲透系數(shù)2112lnhhttALAk如用常用對(duì)數(shù)表示，上式可寫為 2112lg3 . 2hhttALAk（二）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法四、影響滲透系數(shù)的因素四、影響滲透系數(shù)的因素滲透系數(shù)是一個(gè)代表土的滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo)，也是滲透計(jì)算時(shí)必須用到的一個(gè)基本參數(shù)。影響滲透系數(shù)的主要有：1.土的粒度成分和礦物成分的影響：土的顆粒大小，形狀及級(jí)配，影響土中空隙

60、大小及形狀，因而影響滲透性。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)土粒越粗，越渾園，越均勻時(shí)，滲透性就大。砂土中含有較多粉土，或粘土顆粒時(shí)，其滲透系數(shù)就大大降低。土中含有親水性較大的粘土礦物或有機(jī)質(zhì)時(shí)，也大大降低土的滲透性。2.孔隙比對(duì)滲透系數(shù)的影響由可知，孔隙比越大，越大，滲透系數(shù)越大，而孔隙比的影響，主要決svVVe evV定于土體中的孔隙體積，而孔隙體積又決定于孔隙的直徑大小，決定于土粒的顆粒大小和級(jí)配。3.土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。如黃土特別是具濕陷性黃土，具有豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層，它在水平方向