第1章地基土的物理性質(zhì)及工程分類

1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)主講人：朱小軍 講師聯(lián)系方式：揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院Tel-mail:本課程的教材全國高等教育自學(xué)考試指定教材土力學(xué)與地基基礎(chǔ)人民交通出版社，邵光輝，2007課時：43課時（理論37，實驗6）考核方式：平時成績+考試成績本課程的主要內(nèi)容第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類第二章 土的應(yīng)力計算第三章 土的壓縮性及地基沉降計算第四章 土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力第五章 土壓力和土坡穩(wěn)定分析第六章 工程地質(zhì)勘察第七章 天然地基上淺基礎(chǔ)第八章 樁基礎(chǔ)第九章 地基處理與托換技術(shù)緒論1 地基與基礎(chǔ)的概念2 本門課程的知識構(gòu)架3 本學(xué)科的發(fā)展概況4 本課程的學(xué)習(xí)要求建筑物

2、三部分示意圖建筑物1 地基與基礎(chǔ)的概念上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基地基是指承受建筑物基礎(chǔ)的這一部分很小的場地，或稱受建筑物影響的那一部分土層。而基礎(chǔ)是建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)。比較1.1、學(xué)科與實踐、學(xué)科與實踐 地基基礎(chǔ)是建筑物的根本，又屬于地下隱蔽工程，一旦發(fā)地基基礎(chǔ)是建筑物的根本，又屬于地下隱蔽工程，一旦發(fā)生事故難以補(bǔ)救。有時會造成重大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。此生事故難以補(bǔ)救。有時會造成重大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。此外基礎(chǔ)工程的費(fèi)用可占建筑物總造價的外基礎(chǔ)工程的費(fèi)用可占建筑物總造價的10%30%。建筑工程。建筑工程的實踐中出現(xiàn)了很多事故，遇到了很多問題。對這些問題的研的實踐中出現(xiàn)了很多事故，遇到了很

3、多問題。對這些問題的研究解決以及經(jīng)驗教訓(xùn)的積累就形成了本門課程。究解決以及經(jīng)驗教訓(xùn)的積累就形成了本門課程。 讓我們從以下工程事故的介紹中對本課程的內(nèi)容和作用進(jìn)讓我們從以下工程事故的介紹中對本課程的內(nèi)容和作用進(jìn)行初步的了解。行初步的了解。 塔身為圓筒形，1-6層為優(yōu)質(zhì)大理石砌成，頂部7-8層采用磚和輕石料。1590年伽利略做落體實驗，創(chuàng)建了物理學(xué)上著名的落體定律。 地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層。目前塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80米，塔頂偏離中心線已達(dá)5.27米，傾斜5.50，1990年1月14日被封閉。1173年9月動工，至1178年建至第四層中部，高度約29米時，因塔身明顯傾斜而停

4、工。94年后，于1272年復(fù)工，經(jīng)6年時間，建完第7層，高48米，再次停工中斷82年。于1360年再復(fù)工，至1370年竣工。全塔共8層，高度為55米。1. 建筑物傾斜建筑物傾斜蘇州虎丘塔 此塔位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1036。全塔7層，高47.5米。平面呈八角形。青磚砌筑。 1980年時，塔身已向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線已達(dá)2.31米。底層塔身出現(xiàn)不少裂縫。 寶塔傾斜為地基覆蓋層相差懸殊等原因造成。3. 建筑物墻體開裂建筑物墻體開裂持力層土質(zhì)壓縮性相差懸殊或不同類型基礎(chǔ)基底壓力相差較大，引持力層土質(zhì)壓縮性相差懸殊或不同類型基礎(chǔ)基底壓力相差較大

5、，引起不均勻沉降，導(dǎo)致墻體開裂。相鄰荷載影響亦可引起附加應(yīng)力增加，起不均勻沉降，導(dǎo)致墻體開裂。相鄰荷載影響亦可引起附加應(yīng)力增加，導(dǎo)致地基下沉，墻體開裂。導(dǎo)致地基下沉，墻體開裂。6. 建筑物地基滑動建筑物地基滑動加拿大特朗斯康谷倉地基破加拿大特朗斯康谷倉地基破壞情況。壞情況。該谷倉建于該谷倉建于1911年，年，1913年年秋完工，秋完工，9月裝谷。月裝谷。10月月17日發(fā)現(xiàn)日發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)豎向沉降達(dá)小時內(nèi)豎向沉降達(dá)30.5cm，結(jié)構(gòu)物向西傾斜并，結(jié)構(gòu)物向西傾斜并在在24小時內(nèi)傾倒。谷倉西端小時內(nèi)傾倒。谷倉西端下沉下沉7.32m，東端上抬，東端上抬1.52m，倉身傾斜，倉身傾斜27度。度。事故原因為

6、谷倉地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動。事故原因為谷倉地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動。7. 建筑物地基液化失效建筑物地基液化失效地震引起砂土地基液化，喪失地基承載力。地震引起砂土地基液化，喪失地基承載力。（1）日本新瀉：）日本新瀉：1964年，年，7.5級地震。級地震。2 本門課程的知識構(gòu)架本門課程包含土力學(xué)基本理論、地基基礎(chǔ)設(shè)計原本門課程包含土力學(xué)基本理論、地基基礎(chǔ)設(shè)計原理和經(jīng)驗兩部分。應(yīng)注意相互之間的關(guān)系理和經(jīng)驗兩部分。應(yīng)注意相互之間的關(guān)系（1） 地基基礎(chǔ)地基基礎(chǔ) a. 地基與基礎(chǔ)的區(qū)別：地基與基礎(chǔ)的區(qū)別：基礎(chǔ)：建筑物最底下擴(kuò)大的這一部分。基礎(chǔ)：建筑物最底下擴(kuò)大的這一部分。地基：承受由基礎(chǔ)傳來荷載

7、的土層（或巖層）。地基：承受由基礎(chǔ)傳來荷載的土層（或巖層）。持力層：位于基礎(chǔ)底面下的第一層土。持力層：位于基礎(chǔ)底面下的第一層土。下臥層：持力層下的土層。下臥層：持力層下的土層。 b. 地基的分類：地基的分類：按地質(zhì)情況分：土基、巖基。按地質(zhì)情況分：土基、巖基。按設(shè)計施工情況分：按設(shè)計施工情況分：天然地基：不需處理而直接利用的地基。天然地基：不需處理而直接利用的地基。人工地基：經(jīng)過人工處理而達(dá)到設(shè)計要求的地基。人工地基：經(jīng)過人工處理而達(dá)到設(shè)計要求的地基。（2）土力學(xué)）土力學(xué)a. 土的特點：土的特點：碎散性、壓縮性、固體顆粒間的相對移動性及透水性。連續(xù)介質(zhì)的固體材料。碎散性、壓縮性、固體顆粒間的相

8、對移動性及透水性。連續(xù)介質(zhì)的固體材料。b. 土的用途：土的用途： 作為地基；作為建筑材料（作為地基；作為建筑材料（e.g.路基，堤坎）路基，堤坎） c. 土力學(xué)的研究對象：土力學(xué)的研究對象： 研究土的本構(gòu)關(guān)系以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用的規(guī)律。研究土的本構(gòu)關(guān)系以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用的規(guī)律。 土的本構(gòu)關(guān)系：即土的應(yīng)力土的本構(gòu)關(guān)系：即土的應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變強(qiáng)度強(qiáng)度時間四變量之間的內(nèi)在時間四變量之間的內(nèi)在聯(lián)系。聯(lián)系。（3）地基設(shè)計中，必須滿足的兩個技術(shù)條件：）地基設(shè)計中，必須滿足的兩個技術(shù)條件：1、地基的變形條件：（沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜）保證建筑物不、地基的變形條件：（沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜）

9、保證建筑物不因地基變形而損壞或者影響其正常使用。因地基變形而損壞或者影響其正常使用。 s s 2、地基的強(qiáng)度條件：要求作用于地基的荷載不超過地基的承載力，保證地、地基的強(qiáng)度條件：要求作用于地基的荷載不超過地基的承載力，保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲備。基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲備。 p f （4）基礎(chǔ)設(shè)計中，必須滿足的兩個技術(shù)條件：）基礎(chǔ)設(shè)計中，必須滿足的兩個技術(shù)條件： 基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)具有足夠的基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度和和耐久性耐久性。 3 本學(xué)科的發(fā)展概況 地基及基礎(chǔ)既是一項古老的工程技術(shù)，又是一門年輕的應(yīng)用科學(xué)。 窮本溯源，世界文化古國的遠(yuǎn)古先民，在史前的建筑活動中，就已創(chuàng)造

10、了自己的地基基礎(chǔ)工藝，我國西安半坡新村新石器時代遺址的考古發(fā)掘，都發(fā)現(xiàn)有土臺和石礎(chǔ)。舉世文明的長城、大運(yùn)河、蜿蜒萬里，如不處理好有關(guān)巖土問題，哪能穿越各種地質(zhì)條件的廣闊地區(qū)，而被譽(yù)為亙古奇觀。 作為本學(xué)科理論基礎(chǔ)的土力學(xué)的發(fā)端，始于18世紀(jì)興起了工業(yè)革命的歐洲。1773年，法國的庫倫（Coulomb）根據(jù)試驗創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式，提出了計算擋土墻土壓力理論。90余年后，英國的朗肯（Rankine,1869）又從另一途徑提出了擋土墻土壓力理論。法國的布辛奈斯克（Boussinesq,1885）求得了彈性半空間在豎向集中力作用下的應(yīng)力和變形的理論解答。1922年，瑞典人費(fèi)倫紐斯（Felle

11、nius）,土坡穩(wěn)定分析法。 這些古老的理論和方法，直到今天，仍不失其理論和實用的價值。 1925年，美國的太沙基(Terzaghi)發(fā)表了土力學(xué)專著，接著，于1929年又發(fā)表了工程地質(zhì)學(xué)。這些比較系統(tǒng)完整的科學(xué)著作的出現(xiàn)，帶動了各國學(xué)者對本學(xué)科各方面的探索。 時至今日，土建、水利、橋隧、道路、港口、海洋等有關(guān)工程中，以巖土體的利用、改造與整治問題為研究對象的科技領(lǐng)域，因其區(qū)別于結(jié)構(gòu)工程的特殊性和各專業(yè)巖土問題的共同性，已融為一個自成體系的新專業(yè)“巖土工程”（Geotechnical Engineering）。4 本課程的特點和學(xué)習(xí)要求 本課程涉及工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工幾個學(xué)科領(lǐng)域

12、，本課程涉及工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工幾個學(xué)科領(lǐng)域，所以內(nèi)容廣泛、綜合性強(qiáng)。所以內(nèi)容廣泛、綜合性強(qiáng)。 作為實驗性學(xué)科應(yīng)注意理論的假設(shè)和應(yīng)用范圍；注意理論聯(lián)系實作為實驗性學(xué)科應(yīng)注意理論的假設(shè)和應(yīng)用范圍；注意理論聯(lián)系實際。際。 學(xué)習(xí)本課程后，應(yīng)掌握如下內(nèi)容：學(xué)習(xí)本課程后，應(yīng)掌握如下內(nèi)容： 常見土的土性及識別；土的力學(xué)指標(biāo)的含義及分析；土的常規(guī)力常見土的土性及識別；土的力學(xué)指標(biāo)的含義及分析；土的常規(guī)力學(xué)指標(biāo)的實驗方法；常見基礎(chǔ)設(shè)計方法及構(gòu)造要求；常見地基問題的處學(xué)指標(biāo)的實驗方法；常見基礎(chǔ)設(shè)計方法及構(gòu)造要求；常見地基問題的處理方法；地質(zhì)勘察報告的閱讀和使用。理方法；地質(zhì)勘察報告的閱讀和使用。

13、土是由巖石經(jīng)歷風(fēng)化作用生成的沉積物。風(fēng)化作用生物作用化學(xué)作用風(fēng)化作用：量變質(zhì)變土殘積土運(yùn)積土（風(fēng)成、水成、冰川）1.1 土的三相組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造土的三組成 土是由固相、液相和氣相組成的三相體系。*土的固相，即土粒，構(gòu)成土體的骨架。結(jié)合水毛細(xì)水重力水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水*土中的液相指土中孔隙存在的水。土的含水量試驗所測定的為土中的自由水和弱結(jié)合水。*土中的氣相指土中孔隙中充填的氣體。土中的氣體若與大氣相通，則對土的力學(xué)性質(zhì)影響不大；若與大氣隔絕，使土的壓縮性提高，透水性減小。固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配F 粒徑級配：粒徑級配：各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分

14、 數(shù)來表示數(shù)來表示F 分析方法：分析方法： 篩分法：適用于粗粒土篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細(xì)粒土水分法：適用于細(xì)粒土 常采用比重計法常采用比重計法F 表述方法表述方法: : 粒徑級配累積曲線粒徑級配累積曲線土粒的個體特征土粒的大小稱為粒度，用粒徑表示。介于一定粒度范圍內(nèi)的土粒，稱為粒組。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。土的粒組巨粒：60mm粗粒：0.07560mm細(xì)粒： 0.075mm用土中各個粒組的相對含量來表示土粒的大小及組成，稱顆粒級配。土按顆粒級配的分類土按顆粒級配的分類巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范中的分類法： 粒徑 2mm的質(zhì)量超過

15、50%的稱為碎石土碎石土 粒徑2mm的質(zhì)量小于50而 0.075mm的質(zhì)量超過50%的稱為砂土砂土 粒徑 0.075mm的質(zhì)量小于50%的定為粉土或粘性土粉土或粘性土 碎石土、砂土和粉土又稱為無粘性土無粘性土粒組統(tǒng)稱粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒組名稱粒徑粒徑d d范圍（范圍（mmmm） 分析方分析方法法 主主 要要 特特 征征巨巨 粒粒漂石（塊石）粒漂石（塊石）粒 d200 d200 直接測直接測定定 透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結(jié)，無毛細(xì)性。粘結(jié)，無毛細(xì)性。卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒 60d200 60d200 粗粒粗粒礫礫粒粒 粗礫粗礫 20d60 20d60

16、 篩篩 分分 法法 透水性大，壓縮性小，無粘性，有一透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細(xì)性。定毛細(xì)性。細(xì)礫細(xì)礫2d202d20砂砂粒粒 粗砂粗砂0.5d2 0.5d2 中砂中砂 0.25d0.5 0.25d0.5 細(xì)砂細(xì)砂0.075d0.25 0.075d0.25 細(xì)粒細(xì)粒粉粒粉粒 0.005d0.075 0.0050.075mm蜂窩結(jié)構(gòu)：d=0.0050.075mm絮狀結(jié)構(gòu)：d0.005mm分散結(jié)構(gòu)：d11g/cmg/cm3 3冰點處于零下幾十度冰點處于零下幾十度具有固體的的特性具有固體的的特性溫度高于溫度高于100100C C時可蒸發(fā)時可蒸發(fā)位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場引力位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電

17、場引力作用范圍之內(nèi)作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性不因重力而移動，有粘滯性（二）非結(jié)合水（二）非結(jié)合水 定義定義: 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)水特點特點: 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。 2. 毛細(xì)水毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水 (與地下水無直接聯(lián)系)和毛細(xì)水上升水與地下水相連兩種。3. 毛細(xì)水毛細(xì)水是受毛細(xì)管作用控制的水，毛管直徑愈細(xì)上升 高度愈高。在常溫下毛細(xì)上升高度hc與毛管半徑r 有 以下關(guān)

18、系： hc=15/r 當(dāng)r=0.1m時，hc=150mm，這與砂土(粒徑為0.5lmm) 中的情況大致相當(dāng)。粘土的孔隙直徑約為0.1m，按上式計算毛細(xì)上升高度將達(dá)150m。4. 毛細(xì)毛細(xì)區(qū)域內(nèi)的水壓力與一般靜水壓力的概念相同，它與水頭高度非常hc成正比。負(fù)號表示拉力。自由水位以下為壓力，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 特點特點: 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)動的自由

19、水，對土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影響。毛細(xì)壓力增加了土粒間的聯(lián)結(jié)，所以散毛細(xì)壓力增加了土粒間的聯(lián)結(jié)，所以散粒狀的砂土，當(dāng)含有少量水分時具有假粒狀的砂土，當(dāng)含有少量水分時具有假粘聚力，但是當(dāng)土飽和時，這種聯(lián)結(jié)作粘聚力，但是當(dāng)土飽和時，這種聯(lián)結(jié)作用即告消失。因此，由于毛細(xì)力而用即告消失。因此，由于毛細(xì)力而呈現(xiàn)的粘性是暫時性的。呈現(xiàn)的粘性是暫時性的。（3）固態(tài)水特點特點: 1.水結(jié)冰后體積膨脹，同時由于水分遷移和補(bǔ)給，在土層中會形成冰層或透鏡體。 2.固態(tài)水在土中起著暫時的膠結(jié)作用，提高土的力學(xué)強(qiáng)度，降低透水性。 3. 溫度升高后，冰層解凍為液態(tài)水，使土的強(qiáng)度急劇降低，

20、壓縮性增大，土的性質(zhì)顯著惡化，如處于地下水以上的某些公路路面在開春后的翻漿現(xiàn)象就是一例。（三）土的氣相（三）土的氣相分類分類: 1.吸附于土顆粒表面的氣體 2. 溶解于水中的氣體 3.四周為顆粒和水所封閉的氣體以及自由氣體特點特點: 通常認(rèn)為自由氣體與大氣連通，對土的性質(zhì)無大影響。密閉氣體的體積與壓力有關(guān)，壓力增加，則體積縮小，壓力減小，則體積脹大。因此，密閉氣體的存在增加了土的彈性，同時還可阻塞土中的滲流通道，減小上的滲透性。 土的靈敏度：原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑后的強(qiáng)度之比 土的觸變性：粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)飽和粘性土的靈敏度：utuqSq)42(tS)4(tS低靈敏)

21、,21 (tS中靈敏高靈敏qu,qu原狀、重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度物理風(fēng)化僅使巖石物理風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生量的變化產(chǎn)生量的變化巖石巖石物理分化物理分化化學(xué)分化化學(xué)分化土土化學(xué)風(fēng)化僅使巖石化學(xué)風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生質(zhì)的變化產(chǎn)生質(zhì)的變化粘土顆粒性質(zhì)粘土顆粒性質(zhì)土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時，土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分成分與母巖的完全不同。顆粒極細(xì)，性質(zhì)分成分與母巖的完全不同。顆粒極細(xì)，性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力，具塑性?；顫?，有較強(qiáng)的吸附水能力，具塑性。顆粒通常是由一種或幾種原生礦物

22、所組成，它顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成分成分與母巖的相同，顆粒一般較粗，吸的成分成分與母巖的相同，顆粒一般較粗，吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無塑性。附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無塑性。原生礦物原生礦物次生礦物次生礦物土粒的大小土粒的大小及其組成及其組成總結(jié)1.2 土的三相比例指標(biāo)土的三相組成各部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系，隨著各種條件的變化而改變，可用土的三相比例關(guān)系指標(biāo)表示。包括土粒比重Gs、含水量w、密度r、孔隙比e、孔隙率n和飽和度Sr；基本物理性質(zhì)試驗基本物理性質(zhì)試驗為了確定三相草圖諸量中的三個量，通為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進(jìn)行三個基本的物理性質(zhì)試驗：常進(jìn)行

23、三個基本的物理性質(zhì)試驗：F 土的密度試驗土的密度試驗F 土粒比重試驗土粒比重試驗F 土的含水量試驗土的含水量試驗wwrr1令1sVeVveV1wswsssddVmrrwsswdmmrwsdmr)1( edVmws1)1(rrrrr11edVmwssd1)1(rrwsdeeedwssat1)(rredws1)1(rreen1edSsredwsd1wsed11ndwsd1ewdssr例題1試證明如下各式：（2）（1）（3）（4）證明: (1) edVVdVgmwwssssd1(2)wwswwedVVVdVVgmsssss11(3)1()(ndVVVdVVdVgmwwwsvssssd(4)ewdVw

24、WVWVVSsvsvwwvwrw例題2 試證明：土體處在飽和狀態(tài)時，含水量與干容重之間存在著如下關(guān)系：sdwdw1證明:因為土處于飽和狀態(tài) 且svVVe srdeSw ssVVV 1wssdsdWW1dwsdsde%100sdesdddws1sdwd1例題3 一擊實試驗：擊實筒體積1000cm3，測得濕土質(zhì)量為1.95kg，取一質(zhì)量為17.48g的濕土，烘干后質(zhì)量為15.03g，計算含水量 和干重度 。d解：%3.16%10003.1503.1548.17天然重度363/5.19101000101095.1mkN3/8.16163.015.191mkNd含水量例題4 一體積為50cm3的土樣，

25、濕土質(zhì)量0.09kg，烘干后質(zhì)量為0.068kg，土粒相對密度 ，求 其孔隙比，若將土樣壓縮，使其干密度達(dá)到1.61t/m3，土樣孔隙比將減少多少？69.2sd解：36/8.110501009.03mtVmr%3.32%100068.0068.009.0干水mm孔隙比減小值306.0671.0977.02eee土樣的天然密度土樣的含水量977.018.1)323.01(169.21)1(rrwsde671.0161.1169.21,122dwswsddeedrrrr 一、粘性土的三種狀態(tài) 1、固態(tài)或半固態(tài)-土中含水量很低時，水都被顆粒表面的電荷緊緊吸著于顆粒表面，成為強(qiáng)結(jié)合水。強(qiáng)結(jié)合水的性質(zhì)接

26、近于固態(tài)，土表現(xiàn)為固態(tài)或半固態(tài)。 2、可塑狀態(tài)-含水量增加，被吸附在顆粒周圍的水膜加厚，土粒周圍除強(qiáng)結(jié)合水外還有弱結(jié)合水，弱結(jié)合水不能傳遞靜水壓力，不能自由流動，但受力時可以變形，土體受外力作用可以被捏成任意形狀而不破裂，外力取消后仍然保持改變后的形狀。這種狀態(tài)稱為可塑狀態(tài)。 3、流動狀態(tài)-當(dāng)含水量繼續(xù)增加，土中除結(jié)合水外，已有相當(dāng)數(shù)量的水處于電場引力影響范圍以外，成為自內(nèi)水。這時土粒之間被自由水所隔開，土體不能原受任何剪應(yīng)力，而呈流動狀態(tài)。 可見，從物理概念分析，土的稠度實際上是反應(yīng)土中水的形態(tài)。 土的特征含水量-土從某種狀態(tài)進(jìn)入另外一種狀態(tài)的分界含水量。 液性界限(WL)簡稱液限-土從塑性

27、狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐盒誀顟B(tài)時的含水量。 塑性界限(WP)簡稱塑限-土從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時的含水量。界限含水量均采用重塑土測定。液性指數(shù)：PPLLPPwwwwIwwI狀態(tài)狀態(tài)堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑液限指數(shù)IL00IL0.250.25IL0.750.751.0是反映粘性土軟硬狀態(tài)的指標(biāo)。1LLI10LPLI0LPI流動狀態(tài);可塑狀態(tài);固態(tài)。粘粒含量少，不具塑性、呈單粒結(jié)構(gòu)。物理狀態(tài)主要取決于土的密實度。maxmaxminreeDee介于01之間最大孔隙比（漏斗法）和最小孔隙比（振擊法）1.4 無粘性土的密實度土的密實性壓實是指采用人工或機(jī)械以夯、碾、振動等方式，對土施加夯壓能量，

28、使土顆粒原有結(jié)構(gòu)破壞，重新排列壓實致密。擊實試驗和擊實曲線擊實試驗分輕型和重型兩種。(根據(jù)粒徑選擇)擊實曲線壓實度或壓實系數(shù)：max/ddrr無粘性土的密實度 定義：指單位體積中固體顆粒的含量。 特點：1.土顆粒含量多，土就密實； 2.土顆粒含量少，土就疏松。相對密度：相對密度：反映無粘性土的密實狀態(tài)反映無粘性土的密實狀態(tài) 假定第一種砂是理想的均勻圓球，不均勻系數(shù)Cu=1.0。這種砂最密實時的排列見圖a。這時的孔隙比e=0.35，如果砂粒的比重G=2.65，則最密時的干密度：m axm axm inreeDee1.96 /3dcmr 第二種砂同樣是理想的圓球。但其級配中除大的圓球外，還有小的圓

29、球可以充填于孔隙中，即不均勻系數(shù)Cu=1.0,如圖b。顯然，這種砂最密時的孔隙比e3030N1515N10N10砂 土 的 密 實 度表中N=N，N為實測值。（4）碎石土的密實度 碎石土更不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現(xiàn)場進(jìn)行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密和稍密三種。 (5) 碎石土密實度野外鑒別方法（見下表）：1.5 土的滲透性水透過土體孔隙的現(xiàn)象成為滲透 土具有被水透過的性能稱為土的滲透性水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重

30、時還會釀成破壞事故。土的滲透性的強(qiáng)弱，對土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響 土的滲透性：土的滲透性：一般是指水流通過土中孔隙難易程度的性質(zhì)。達(dá)西定律達(dá)西定律V-水在土中的滲透速度，cm/s,單位時間內(nèi)流過一單位土截面的水量i-水力梯度，K-土的滲透系數(shù)，cm/s12HHiLvki砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透定律。用于粘土的達(dá)西定律用于粘土的達(dá)西定律表示曲線b在i軸上的截距1vkii1i對于密實的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當(dāng)水力梯度達(dá)到某一數(shù)值后，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始發(fā)生滲透時的水力梯度成為粘性土的起始水力梯

31、度滲透系數(shù)的測定 滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。滲透系數(shù)的測定可以分為現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗兩大類。一般，現(xiàn)場試驗比室內(nèi)試驗得到的結(jié)果要準(zhǔn)確可靠。因此，對于重要工程常需進(jìn)行現(xiàn)場測定。 室內(nèi)測定土地滲透系數(shù)的儀器和方法很多，但就其原理來講，可分為常水頭試驗和變水頭試驗兩種，前者適用于透水性強(qiáng)的無粘性土，后者適用于透水性弱的粘性土。 滲流力及流砂與管涌現(xiàn)象 水在土中滲流時，受到土顆粒的阻力作用，這個力與水流方向相反，反之，水流也必然有反作用力作用在土顆粒上，稱水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力為滲透力或動水力。滲流力求解wwwwwwAhLAJAh1wwAh2土體左端A-A

32、截面上總水壓力 土體左端B-B截面上總水壓力 土骨架對水流的阻力設(shè)單位土體積的土粒對水流的阻力為J，則總阻力為JLAwwAh1現(xiàn)考慮假想水柱隔離體的平衡條件，wwwwwwAhLAJAh1iLhLhhJwww)(21iJJw滲流力是一種體積力，量綱與 相同。滲流力的大小和水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致。w滲透對工程的影響向上的滲流力克服了向下的重力時，土體應(yīng)要發(fā)生浮起或受到破壞。流砂現(xiàn)象水流方向水流方向wsatWDiG流砂現(xiàn)象臨界水力梯度使土開始發(fā)生流砂現(xiàn)象時的水力梯度稱為臨界水力梯度。1wsatwcri流土流砂現(xiàn)象的防治 減小或消除水頭差井點降水； 增長滲流路徑打板樁； 增加覆重以平衡滲

33、流力壓重； 土層加固處理注漿法減小滲透系數(shù)管涌管涌指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。 幾何條件：粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細(xì)顆粒的直徑，Cu一般大于10； 水力條件：水力梯度能夠帶動細(xì)顆粒； 措施必須針對上述的兩個條件；管涌發(fā)生的條件 巖石的工程分類堅硬程度風(fēng)化程度硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石微風(fēng)化中等風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化1.6 地基巖土的工程分類巖石堅硬程度分類巖石堅硬程度分類類別類別強(qiáng)度（強(qiáng)度（MPa）代表性巖石代表性巖石硬質(zhì)巖石硬質(zhì)巖石30花崗巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、花崗巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、硅質(zhì)礫巖、花崗片麻巖、石

34、英巖等硅質(zhì)礫巖、花崗片麻巖、石英巖等軟質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石30頁巖、粘土巖、綠泥石片巖、云母片巖等頁巖、粘土巖、綠泥石片巖、云母片巖等巖石風(fēng)化程度的劃分巖石風(fēng)化程度的劃分風(fēng)化程度風(fēng)化程度堅硬程度劃分堅硬程度劃分硬質(zhì)巖石硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石風(fēng)化特征風(fēng)化特征微風(fēng)化微風(fēng)化 巖質(zhì)新鮮巖質(zhì)新鮮,表面有風(fēng)化跡象，錘擊聲清脆，并表面有風(fēng)化跡象，錘擊聲清脆，并感覺錘有彈跳，裂隙少，巖塊大于感覺錘有彈跳，裂隙少，巖塊大于50cm，用鎬，用鎬很難挖掘，巖芯呈圓柱狀。很難挖掘，巖芯呈圓柱狀。 巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層理清晰。裂巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層理清晰。裂隙較發(fā)育，巖塊為隙較發(fā)育，巖塊為2050cm，裂隙中有風(fēng)化物，裂隙中有風(fēng)化物質(zhì)填充。錘擊沿片理或頁理裂開。用鎬較難挖質(zhì)填充。錘擊沿片理或頁理裂開。用鎬較難挖掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。中等風(fēng)化中等風(fēng)化 巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層理清晰。錘巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層理清晰。錘擊聲脆，微有彈跳感。裂隙較發(fā)育，巖塊為擊聲脆，微有彈跳感。裂隙較發(fā)育，巖塊為2050cm，用鎬難挖掘。巖芯分裂，但可拼成，用鎬難挖掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。圓柱狀。 巖石