第1章巖土力學(xué)基礎(chǔ)

緒論主講內(nèi)容土力學(xué)基本原理基礎(chǔ)設(shè)計地基處理課程介紹變形問題、強度問題、穩(wěn)定問題、滲流問題研究土體在荷載作用下，土中的應(yīng)力、變形、強度和穩(wěn)定性以及滲流規(guī)律的一門力學(xué)分支稱它為土力學(xué)。專業(yè)基礎(chǔ)課、理論為主。

《土力學(xué)》土力學(xué)的研究主題《基礎(chǔ)工程》運用土力學(xué)的基礎(chǔ)理論研究結(jié)構(gòu)物物地基基礎(chǔ)的設(shè)計，以及下部結(jié)構(gòu)與土層相互作用共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生的各種變形和穩(wěn)定問題，包括基礎(chǔ)設(shè)計、地基設(shè)計兩部分。研究的目的是為設(shè)計提供依據(jù)，解決巖土工程中的安全性和經(jīng)濟性這一對矛盾，專業(yè)課、應(yīng)用為主。上部結(jié)構(gòu)：對于某一建筑結(jié)構(gòu)而言，在巖土地層（土層或巖層）上的工程結(jié)構(gòu)成為上部結(jié)構(gòu)。地基：支撐建筑物（上部結(jié)構(gòu)）荷載、并且受建筑物影響的那一部分地層稱為地基。

天然地基：沒有經(jīng)過人工處理的地基。建筑物直接建筑在地基上。人工地基：如果地基不滿足工程要求，需要對地基進行加固處理，處理后的地基被稱為人工地基。地基與基礎(chǔ)的基本概念基礎(chǔ)：將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基中的結(jié)構(gòu)組成部分被稱為基礎(chǔ)。通常被稱為下部結(jié)構(gòu)。

淺基礎(chǔ)：通常把埋置深度不大（小于或相當(dāng)于基礎(chǔ)底面寬度，一般認為小于5米）的基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)：若淺層土質(zhì)不良，必須把基礎(chǔ)埋置于較深處良好地層時（基礎(chǔ)深度大于基礎(chǔ)寬度）的基礎(chǔ)。持力層：直接承擔(dān)基礎(chǔ)荷載的土層被稱為持力層。下臥層：持力層下面的土層被稱為下臥層。軟弱下臥層：承載力顯著低于持力層的土層，如淤泥。地基與基礎(chǔ)的基本概念

地基與基礎(chǔ)示意圖地基持力層下臥層第一章第一章土的物理性質(zhì)與工程分類土的組成與結(jié)構(gòu)土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)

土的滲透性及工程分類

滲透特性變形特性強度特性土的三相組成土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)土的滲透性影響土的形成過程決定本章脈絡(luò)

土的分類

地質(zhì)年代太古代、元古代、古生代、中生代和新生代

地殼發(fā)展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相對應(yīng)的時代段落。地質(zhì)年代和地層單位、順序、名稱對應(yīng)關(guān)系表1-1相對地質(zhì)年代

古生物的演化巖層形成的順序一、土的形成（了解)

第四紀地質(zhì)年代細分表表1-2

土的概念

地殼表層原來堅硬連續(xù)的巖石，經(jīng)歷長期的風(fēng)化作用以及剝蝕、搬運、沉積等作用，在各種交錯復(fù)雜的自然環(huán)境中在地表形成的各種散粒堆積物稱為“第四紀沉積物”或“土”。巖石土風(fēng)化作用沉積過程

由人類文化期以來的沉積土稱為“新近沉積土”

生成產(chǎn)物產(chǎn)生原因

巖石的風(fēng)化

物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化

物理風(fēng)化風(fēng)化后的產(chǎn)物僅由大變小，化學(xué)成分不變，物理化學(xué)性狀較穩(wěn)定。風(fēng)化特征屬于原生礦物顆粒,易生成巨粒土、粗粒土，如漂石、礫類土、砂類土等。①、地質(zhì)構(gòu)造力；②、溫差；

③、冰脹

；④、碰撞

（一）風(fēng)化作用生成產(chǎn)物產(chǎn)生原因風(fēng)化后的產(chǎn)物改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物。風(fēng)化特征屬于次生礦物顆粒,易生成細粒土，最主要的是黏土顆粒及大量的可溶性鹽。①、水解作用；②、水化作用；

③、氧化作用

；④、溶解作用

生物的物理風(fēng)化生物的化學(xué)風(fēng)化

化學(xué)風(fēng)化

生物風(fēng)化（一）風(fēng)化作用

殘積土殘積土顆粒表面粗糙、多棱角、粗細不均勻、無層理。特點（二）不同形成條件下土的特點

坡積土

坡積土（物、層）斷面

搬運土搬運距離短；土中組成物的尺寸相差很大，性質(zhì)很不均勻。特點作用力重力、雨水或雪水

洪積土

洪積土（物、層）斷面有一定的分選性，搬運距離近的沉積物顆粒較粗，力學(xué)性質(zhì)較好；搬運距離遠的沉積物顆粒較細，力學(xué)性質(zhì)較差。洪積土還常呈現(xiàn)不規(guī)則交錯的層理構(gòu)造。特點作用力暴雨或山洪

沖積土

山區(qū)河谷斷面示例由于經(jīng)過較長時間的搬運，渾圓度和分選性更為明顯，常形成砂土層和黏性土層交疊的地層。特點作用力河流流水

風(fēng)積土—風(fēng)力湖泊沼澤沉積土—緩慢的水流或靜水條件海相沉積土—海水冰積土—冰川或冰水顆粒細，磨圓度、分選性好，表層土質(zhì)松軟，黃土具有濕陷性；沙丘在風(fēng)力推動下隨時改變形狀和位置。這種土的特征，除了含有細微的顆粒外，常伴有生物化學(xué)作用所形成的有機物的存在，成為具有特殊性質(zhì)的淤泥或淤泥質(zhì)土，工程性質(zhì)都很一般。顆粒細，表層土質(zhì)松軟，工程性質(zhì)較差。顆粒粗細變化也較大，土質(zhì)不均勻

。土的工程性質(zhì)的概念

是指與變形、強度、穩(wěn)定和滲流等有關(guān)的土的性質(zhì)。它有3個基本特征和2個基本特點，從而導(dǎo)致土力學(xué)不同于其他力學(xué)學(xué)科（包括巖石力學(xué)）。

土體的三個基本特征1、三相體

土的組成

土粒

土中水

土中氣

固相液相氣相飽和土非飽和土干土

二、土的組成與結(jié)構(gòu)

土體工程性質(zhì)的二個基本特點3、自然變異性或不均勻性

土的自然變異性是指土的工程性質(zhì)隨空間與時間而變異的性質(zhì)，有時也稱其為不均勻性。這種變異性是客觀的、自然形成的。1、不確定性

2、易變性原因

土的性質(zhì)復(fù)雜

埋藏于地下，難以直接測量土粒間的聯(lián)結(jié)為無黏結(jié)或弱黏結(jié)。土體是碎散的，是一種以摩擦為主的集聚性材料，具有散粒性和孔隙性。

2、碎散性

物理力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜粒徑粒度粒組

界限粒徑：土顆粒的大小

土顆粒大小的程度將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分為若干組，稱為粒組。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。

國標(biāo)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）規(guī)定的界限粒徑200、60、2、0.075和0.005mm。

顆粒大小與粒組劃分

粒組劃分與顆粒級配（熟知）（一）土中固體顆粒

粒組劃分粒組劃分表1-3方案一：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》

方案二：《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）土的顆粒級配土中各個粒組的相對含量(各粒組占土?？傎|(zhì)量的百分數(shù))，這個百分數(shù)習(xí)慣上稱為土的顆粒級配。土顆粒分析試驗篩分法沉降分析法用于粒徑小于等于60mm、大于0.075mm粗粒土。用于粒徑小于0.075mm的細粒土。沉降分析法有密度計法（比重計法）、移液管法等。孔徑105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土篩余0101618242238721009080706050403020100小于某粒徑的土的百分含量（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P100958778665536土的顆粒級配累計曲線沉降法篩分法顆粒級配曲線1009080706050403020100小于某粒徑的土的百分含量（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累計曲線d60d50d10d30特征粒徑:斜率:某粒徑范圍內(nèi)顆

粒的含量陡：相應(yīng)粒組含量多緩：相應(yīng)粒組含量少平臺：相應(yīng)粒組缺乏d50:平均粒徑d60:控制粒徑d10:有效粒徑d30:中值粒徑1009080706050403020100小于某粒徑的土的百分含量（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累計曲線A、B、C三種不同土樣的顆粒級配曲線ABC

顆粒級配曲線的應(yīng)用不均勻系數(shù)Cu曲率系數(shù)Cc在一般情況下，把Cu<5的土看作是均粒土，屬級配不良；Cu≥5時，稱為不均粒土；Cu>10的土屬級配良好。經(jīng)驗證明，當(dāng)級配連續(xù)時，Cc的范圍約為1～3；因此當(dāng)Cc<1或Cc>3時，均表示級配線不連續(xù)。工程上要求同時Cu≥5且Cc=1～3的土為級配良好的土粒組含量用于土的分類定名；不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度；

Cu

5為不均勻土；Cu

5為均勻土

曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度；

Cc=1～3為級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1為級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

Cu

5且Cc=1-3為級配良好的土；如果Cu<5、Cc>3

或Cc<1為級配不良的土。土顆粒級配曲線和指標(biāo)的應(yīng)用（一）土中固體顆粒土粒的礦物成分礦物的定義礦物是地殼中的一種或多種元素在各種地質(zhì)作用（自然作用）下形成的自然產(chǎn)物，是具有一定化學(xué)成分、內(nèi)部構(gòu)造和物理性質(zhì)的自然元素或化合物。它們在一定的物理化學(xué)條件范圍內(nèi)穩(wěn)定，是組成巖石和礦物的基本單元，是構(gòu)成地殼的最基本物質(zhì)。礦物的形態(tài)一向延長型二向延展型三向等長型單粒形態(tài)顯晶集合體隱晶集合體膠態(tài)集合體集合體形態(tài)柱狀集合體（石英）針狀集合體（輝秘礦）片狀集合體（白云母）粒狀集合體（方鉛礦）纖維狀集合體（直閃石石棉）放射狀集合體（紅柱石）水晶晶簇分泌體|瑪瑙鐘乳狀（方解石)腎狀(硬錳礦)皮殼狀（孔雀石）土粒成分無機礦物有機質(zhì)原生礦物次生礦物不可溶的可溶的黏土礦物倍半氧化物次生氧化物難溶鹽中溶鹽易溶鹽腐植質(zhì)—分解完全土泥炭—分解不完全（一）土中固體顆粒土粒的礦物成分原生礦物主要類型工程性質(zhì)是巖漿在冷凝過程中形成的礦物，常見的有石英、云母、長石等。原生礦物顆粒是母巖石經(jīng)物理風(fēng)化而成，僅形狀和大小發(fā)生了變化，成分與母巖相同，顆粒較粗大，有圓狀、渾圓狀、棱角狀等。

原生礦物硅酸鹽類礦物、氧化物類礦物、硫化物類礦物、磷酸鹽類礦物。①、礦物的化學(xué)成分比較穩(wěn)定，具有較強的抗水性和抗風(fēng)能力，親水性較弱。②、對土的工程性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在顆粒的大小、形狀、堅硬程度、表面特征、礦物類型等方面。原生礦物（或母巖）經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而成，其成分與母巖不同，為一種新礦物。次生礦物顆粒較細，為細粒組的主要成分。顆粒較細，多呈針狀、片狀、扁平狀。

次生礦物可溶性的次生礦物不溶性的次生礦物次生氧化物成凝膠狀，顆粒極細，親水性弱，性質(zhì)穩(wěn)定。

含水倍半氧化物成凝膠狀，顆粒極細，親水性強。

黏土礦物次生二氧化硅

對黏土性質(zhì)的影響很大次生礦物黏土礦物（熟知）

硅片

鋁片SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡圖OH1-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片簡圖AlAl蒙脫石二層、三層晶胞蒙脫石的主要特征是顆粒細小，具有明顯的吸水膨脹和失水收縮的特性，或說其親水能力很強。高嶺石高嶺石的主要特征晶胞之間的連接較強，晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進入，晶胞的活動性小。使得其親水性、膨脹性和收縮性較弱。

伊利石伊利石的結(jié)晶構(gòu)造比蒙脫石穩(wěn)定。親水能力較蒙脫石差。其特征也介于兩者之間比表面[積]單位體積(或質(zhì)量)的顆粒的總表面積黏土顆粒的帶電性研究表明，片狀黏土顆粒表面常帶有電荷，凈電荷通常為負電荷黏土的電泳和電滲現(xiàn)象(莫斯科大學(xué)列依斯,1809)----------------------++++黏土顆粒水分子陽離子玻璃筒玻璃皿水位升高黏土粒黏土膏+-土中的水的分類土中水

礦物中的結(jié)合水土孔隙中的水液態(tài)水結(jié)合水自由水強結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細水固態(tài)水汽態(tài)水結(jié)構(gòu)水結(jié)晶水沸石水（二）土中水（熟知）結(jié)合水（束縛水、吸附水）指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水結(jié)合水受電分子吸引力吸附于土粒表面成薄膜狀，不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點低于零度，其密度和黏滯性比一般正常水高，只有吸熱變成蒸汽才能移動。黏土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水強結(jié)合水弱結(jié)合水沒有溶解鹽類的能力；不能傳遞靜水壓力；只有吸熱變成蒸汽時才能移動，在＞105℃時才蒸發(fā)；其性質(zhì)接近于固體，密度約為1.2～2.4g/cm3；冰點為－78℃，具有極大的黏滯度、彈性和抗剪強度；強結(jié)合水厚度很薄，吸附力高，陽離子濃度大，

水分子的定向排列特征顯著。只含強結(jié)合水時，黏土呈固體堅硬狀態(tài)、砂土呈散粒狀態(tài)強結(jié)合水吸著水

受電場引力作用，為黏滯水膜；外力作用下可以移動；不因重力而流動，有黏滯性；密度約為1.0～1.7g/cm3；弱結(jié)合水薄膜水此部分水的厚度對黏性土的黏性特征和工程性質(zhì)影響最大，當(dāng)土中含有較多的弱結(jié)合水時，土具有一定的可塑性。土粒表面的結(jié)合水非結(jié)合水（自由水）

重力水毛細水按其移動所受作用力的不同重力或水頭壓力作用下運動毛細水承受表面張力和重力的作用毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水重力水是存在于地下水位以下的透水土層中的地下水毛細管hcT2r土中毛細水上升高度黏土粉土砂土毛細水的形成r空氣水固體顆粒彎液面毛細水的工程地質(zhì)意義毛細黏聚力—提高土的強度毛細水可助長地基土的凍脹現(xiàn)象；地下室潮濕；危害房屋基礎(chǔ)及公路路面；在干旱區(qū)，地下水中的可溶性鹽隨毛細水上升后不斷蒸發(fā)，鹽分便積聚在地表處而易形成鹽漬土。毛細水對土中氣體的分布與流通起有一定作用，常是導(dǎo)致產(chǎn)生密閉氣體的原因。土體有三個組成部分：固相、液相和氣相小結(jié)固體顆粒土中水土中氣體顆粒級配礦物成分黏土礦物結(jié)合水：強結(jié)合水、弱結(jié)合水自由水：重力水、毛細水吸附氣體溶解氣體自由氣體封閉氣體原狀土和重塑土的強度沉積或碾壓土的各向異性土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)是指土粒的原位集合體特征，是由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。土顆?；蛄F的空間排列和相互聯(lián)結(jié)。土體的性質(zhì)單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)（三）土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)粗顆粒土在水中或空氣中下沉而成的，是碎石土和砂類土的結(jié)構(gòu)特征。

單粒結(jié)構(gòu)

特點：土粒間的分子吸引力很小，顆粒幾乎沒有聯(lián)結(jié)。

粒間作用力：重力起決定性的作用。在非飽和土中，還受到毛細力的作用。

排列形式：點與點、點與面

蜂窩結(jié)構(gòu)當(dāng)土顆粒較細，在水中單個下沉，碰到已沉積的土粒，由于土粒之間的分子吸力大于顆粒自重，則土粒被吸引不再下沉，逐漸形成土粒鏈，土粒鏈組成弓架結(jié)構(gòu)，形成很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。是粉粒土的結(jié)構(gòu)形式。

特點：孔隙大，高水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)破壞，易導(dǎo)致嚴重的地基沉降。

絮狀結(jié)構(gòu)粒徑小于0.005mm的黏土顆粒，在水中長期懸浮并在水中運動時，形成小鏈環(huán)狀的土集粒而下沉。這種小鏈環(huán)碰到另一小鏈環(huán)被吸引，形成大鏈環(huán)狀的絮狀結(jié)構(gòu)。

特點：不穩(wěn)定的，隨溶液性質(zhì)的改變或受到震蕩后可重新分散。土的構(gòu)造（了解）在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造。層狀構(gòu)造土粒在沉積過程中，由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同，沿豎向呈層狀特征。淤泥夾粘土透鏡體黏土尖滅砂土夾黏土層水平層理交錯層理分散構(gòu)造土層中各部分的土粒無明顯差別，分布均勻，各部分性質(zhì)亦接近。例如，各種經(jīng)過分選的砂、礫石、卵石等沉積厚度較大時，無明顯層次，都屬于分散構(gòu)造。具有分散構(gòu)造的上可作為各向同性體看待。裂隙構(gòu)造土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物。不少堅硬和硬塑狀態(tài)的粘性土具有此種構(gòu)造。黃土具有特殊的柱狀裂隙。裂隙破壞土的整體性，增大透水性，對工程不利。土的結(jié)構(gòu)土顆?；蛄F的空間排列和相互聯(lián)結(jié)粗粒土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)重力起主導(dǎo)作用粒間力起主導(dǎo)作用黏性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)細粒土的結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮凝結(jié)構(gòu)小結(jié)土的三相草圖土的物理性質(zhì)指標(biāo)（土的三相比例指標(biāo)）

表示土的三相組成各部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系的指標(biāo)九個物理量:mmaVVvVwmsmwVsVa

三、土的物理性質(zhì)指標(biāo)三個獨立變量，干土或飽和土二個獨立變量其它指標(biāo)：三相草圖法計算實驗室測定九個物理量:mmaVVvVwmsmwVsVa

可假設(shè)任一參數(shù)為1為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行三個基本的物理性質(zhì)試驗：土的密度試驗土粒比重試驗土的含水量試驗土粒比重Gs（土粒相對密度）

土中固體顆粒的質(zhì)量與同體積4℃時純水的質(zhì)量之比；或為土粒密度與4℃時純水的密度之比。

表達式

測定方法：①比重瓶法；②經(jīng)驗法常見值：砂類土Gs=2.65～2.69；粉類土Gs=2.70～2.71；黏性土Gs=2.72～2.76。

有機質(zhì)Gs=2.4～2.5；泥炭Gs=1.5～1.8。

土粒密度（一）土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)土的含水量（含水率）w土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示。

表達式測定方法

常見值：砂土w=(0～40)%；黏性土w=(20～60)%。

意義：表示土體濕度（含水程度）的物理指標(biāo)。與土的種類、埋藏條件及其附近的自然環(huán)境等有關(guān)。①烘干法；②紅外線法；③酒精燃燒法；④鐵鍋炒干法土的密度ρ土的總質(zhì)量m與總體積V之比或土單位體積的質(zhì)量。單位：國際上kg/m3，國內(nèi)工程中常用g/cm3。

測定方法:

環(huán)刀法

適用于黏性土、粉土與砂土。

常見值：砂土：1.6～2.0g/cm3；

黏土:1.8～2.0g/cm3

；腐殖土：1.5～1.7g/cm3。

表達式

意義：綜合反映了土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征。干密度土單位體積中土粒的質(zhì)量或土的孔隙中完全沒有水時的密度。測定方法：①大環(huán)刀法；②放射性同位素法常見值：ρd=（1.3～1.8）g/cm3

工程應(yīng)用

在工程上常把干密度作為評定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)。通常用作填方工程如土壩、路基和人工壓實地基等土體壓實質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)。

表達式

表示特殊條件下土的密度的指標(biāo)（二）土的間接物理性質(zhì)指標(biāo)飽和密度土的孔隙完全被水充滿時的密度

常見值：ρsat=（1.8～2.3）g/cm3浮密度（有效密度）

在地下水位以下，土單位體積中土粒的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差。

表達式

表達式常見值：土的孔隙比e土中孔隙體積與固體顆粒體積之比根據(jù)ρ、Gs與W實測值計算而得，工程應(yīng)用很廣，可以用來評價天然土層的密實度、進行砂土液化判斷等。常見值：砂土e=0.3～0.9；當(dāng)砂土e<0.6時，呈密實狀態(tài)，為良好地基。黏性土e=0.4～1.2；當(dāng)黏性土e>1.0時，為軟弱地基。

表達式

表示土中孔隙體積相對含量的指標(biāo)（二）土的間接物理性質(zhì)指標(biāo)孔隙度(孔隙率)n土的孔隙體積與土總積之比，以百分數(shù)表示。常見值：黏性土和粉土:(30-60)%；砂土:(25-45)%。

根據(jù)ρ、Gs與W實測值計算而得，孔隙度與孔隙比相比，工程應(yīng)用較少。

表達式物理意義：表示土中孔隙大小的程度。

表示土中孔隙體積相對含量的指標(biāo)土的飽和度Sr土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分數(shù)表示。常見值：Sr=0～100%。根據(jù)ρ、Gs與W實測值計算而得。

工程中Sr作為砂土濕度劃分的標(biāo)準(zhǔn)：

表達式物理意義：表示水在孔隙中充滿的程度。

Sr≤50%稍濕的50%＜Sr≤80%很濕的Sr>80%飽和的

表示土中含水程度的指標(biāo)重度土的重力密度（重量）。單位（N/m3）或（kN/m3）土的密度和土的重度；土的干密度和土的干重度；

土的飽和密度和飽和重度；

有效密度(浮密度)和有效重度(浮重度)；

土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系三相草圖法室內(nèi)測定三個基本物理性質(zhì)指標(biāo)：土的密度土粒比重土的含水量其它物理性質(zhì)指標(biāo)孔隙含量含水程度密度和容重土的物理性質(zhì)指標(biāo)小結(jié)特點:指標(biāo)概念簡單，數(shù)量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、

單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別步驟：首先繪出三相草圖；明確所求指標(biāo)的表達式或定義；

作假設(shè)以減少未知量，求解。（三）物理性質(zhì)指標(biāo)之間的換算例如設(shè)：推求【例題1-1】

某完全飽和黏土試樣試計算該【解】

土樣的孔隙比、飽和重度和干重度。令：【例題1-2】

某飽和土樣切滿容器為24.51cm3的環(huán)刀內(nèi)，稱得總質(zhì)量為110.8g，烘干后質(zhì)量為100.4g。已知環(huán)刀質(zhì)量為66.5g，土粒比重2.72,該土樣的密度、有效密度、含水量、孔隙比?！窘狻?/p>

【練習(xí)1-1】

一體積為150cm3的土樣，濕土重270g，烘干后質(zhì)量為204g,土粒比重2.67,求該土樣的密度、含水率、孔隙比和飽和度。由已知條件：【解】

定義【練習(xí)1-2】

某原狀土，天然密度（1）計算土的孔隙比、飽和度；（2）當(dāng)土中孔隙充滿水時土的飽和密度和含水率。（1）：令：【解】

（2）：【練習(xí)1-3】

某飽和土體，重度，土粒比重（1）根據(jù)題中的已知條件，推導(dǎo)干重度的表達式;（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，計算該土的干重度。。由已知條件：令：【解】

土的物理狀態(tài)反映土的松密和軟硬狀態(tài)的指標(biāo)

無黏性土的松密程度黏性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)三相間的比例關(guān)系質(zhì)量和體積之間的關(guān)系影響力學(xué)特性密實度稠度四、土的物理狀態(tài)黏性土的物理特征黏性土含水量較硬變軟流動固態(tài)→半固態(tài)→可塑狀態(tài)→液體狀態(tài)（流動狀態(tài))黏性土的可塑性黏性土在外力的作用下可以任意改變形狀而不開裂，外力撤去后仍能保持既得的形狀的性能。界限含水量黏性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為土的稠度界限或界限含水量。（一）黏性土的物理狀態(tài)塑限液限黏性土的狀態(tài)反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水w土顆粒強結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強結(jié)合水強結(jié)合水膜最厚出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水黏性土的狀態(tài)與土中水界限含水量稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)示意圖縮限⑴定義—黏性土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量稱為液限wL。

1、液限wL(%)⑵測定方法錐式液限儀操作過程：將黏性土調(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，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，這時杯內(nèi)土樣的含水量就是液限WL值。為了避免放錐時的人為晃動影響，可采用電磁放錐的方法。錐式液限儀⑴定義——黏性土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限wP2、塑限wP(%)⑵測定方法操作過程：

用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，這時土條的含水量就是塑限wp值。搓好的泥條滾搓法

入土深度與含水量的關(guān)系制備3個不同含水量的試樣，測定圓錐儀在5秒時的下沉深度，測定此時的含水量，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出圓錐下沉深度和含水量的關(guān)系直線。深度10mm，對應(yīng)的含水量為液限，2mm對應(yīng)的含水量為塑限。液、塑限聯(lián)合測定法⑴定義——黏性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的界限含水量稱為縮限wS。3、縮限wS(%)⑵測定方法用收縮皿法，用收縮皿或環(huán)刀盛滿含水量為液限的試樣，放在室內(nèi)逐漸晾干，至試樣的顏色變淡時，放入烘箱中烘至恒重，測定烘干后收縮體積和干土重，從而求得縮限。⑴定義——黏性土與粉土的液限與塑限的差值（去掉%），稱塑性指數(shù)，記為IP。⑶工程應(yīng)用用塑性指數(shù)IP作為黏性土定名的標(biāo)準(zhǔn)。

黏性土的物理狀態(tài)指標(biāo)⑵物理意義土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。黏土粉質(zhì)黏土塑性指數(shù)IP液性指數(shù)又稱相對稠度，是將土的天然含水量w與wL及wP相比較，以表明w是靠近wL還是靠近wP，反映土的軟硬不同。⑵物理意義⑶工程應(yīng)用⑴定義——黏性土的液性指數(shù)為天然含水量與塑限的差值和液限與塑限差值之比，稱液性指數(shù)，記為IL。液性指數(shù)IL黏性土的狀態(tài)（GB50007)黏性土結(jié)構(gòu)性的演示

黏性土因受擾動而原結(jié)構(gòu)被破壞后，其工程性質(zhì)通常會變差，強度將明顯下降。土中所示土樣在保持天然結(jié)構(gòu)時(原狀土)，其上承受了1.5kg的壓力，但當(dāng)結(jié)構(gòu)完全破壞而成為重塑土?xí)r，變?yōu)榭闪鲃拥哪酀{。

黏性土的結(jié)構(gòu)性St11-22-44-88-16>16黏性土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏很靈敏流動3=0相同含水量、密度qu原狀土重塑土靈敏度St：原狀土的無側(cè)限抗壓強度qu和重塑土的無側(cè)限抗壓強度之比。靈敏度觸變性

黏性土的結(jié)構(gòu)性黏性土含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時間變化的宏觀表現(xiàn)。目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。靈敏度觸變性

用孔隙比e為標(biāo)準(zhǔn)

無黏性土

按天然孔隙比e劃分砂土的密實度（74規(guī)范）表1-6

密實度：土的固體顆粒排列的緊密程度。評價：（1）優(yōu)點：簡捷方便；（2）缺點：無法反映土的粒徑級配與顆粒形狀因素。一般指砂（類）土和碎石（類）土，這兩大類土中一般黏粒含量少，不具有可塑性，呈單粒結(jié)構(gòu)，它們的物理狀態(tài)主要取決于土的密實程度，即密實度。

（二）無黏性土的物理狀態(tài)

無黏性土的相對密度用相對密度Dr劃分砂土的密實度評價：（1）優(yōu)點：理論上完善；（2）缺點：實際上難以操作。（二）無黏性土的物理狀態(tài)1--穿心錘2--錘墊3--觸探桿4--貫入器頭5--出水孔6--貫入器身7--貫入器靴標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(SPT)適用于砂土、粉土和一般黏土，它利用一定的錘擊動能（錘重63.5kg，落距76cm）,將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，先按打入15cm，再打入30cm，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)N63.5表示,N63.5也稱為標(biāo)貫擊數(shù)。

以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(SPT)我國現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N（N63.5）來評價砂類土的密實度。根據(jù)N可將砂土分為：該試驗的應(yīng)用主要有評定砂土的相對密度、評定地基土承載力、估算單樁承載力等。

碎石土的密實度劃分

砂類土的密實度劃分碎石土密實度按重型（圓錐）動力觸探錘擊數(shù)劃分。

碎石土密實度野外鑒別方法《巖土工程勘查規(guī)范》(GB50021-2001)粉土密實度分類粉土濕度分類（三）粉土的物理狀態(tài)存在于地面以下巖石和土孔隙、縫隙和孔洞中的水。地下水上層滯水潛水承壓水五、土的滲透性土顆粒土中水滲流滲流液體從物質(zhì)微孔中透過的現(xiàn)象滲透性土允許水等液體透過的性能稱為土的滲透性為什么土體具有滲透性？五、土的滲透性土的滲透性研究的主要問題滲流量問題滲流破壞問題滲流控制問題基坑開挖擋水建筑物集水建筑物引水結(jié)構(gòu)物地下工程隧道工程…滲透特性變形特性強度特性五、土的滲透性概況：Teton壩位于美國Idaho州的Teton河上，是一座防洪、發(fā)電、旅游、灌溉等綜合利用工程。最大壩高126.5m(至心墻齒槽底)。壩頂高程1625m，壩頂長945m。建于1972-1975年，1976年6月失事。損失：直接8000萬美元。起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路。原因：滲透破壞－水力劈裂造成管涌。工程實例——Teton壩1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。工程實例——Teton壩工程實例11：00左右，洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加。工程實例——Teton壩工程實例11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。工程實例——Teton壩工程實例11：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。工程實例——Teton壩工程實例11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下。工程實例——Teton壩工程實例12：00過后坍塌口加寬工程實例——Teton壩工程實例洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀工程實例——Teton壩工程實例失事現(xiàn)場目前的狀況工程實例——Teton壩工程實例土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流產(chǎn)生滲流變形，壩體失穩(wěn)、坍塌滲流問題：1.滲流量？2.滲透力？3.滲透破壞？工程實例透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護下的基坑滲流產(chǎn)生滲流變形，基坑積水、坍塌工程實例滲流問題：1.滲流量？2.滲透力？3.滲透破壞？廣州京廣廣場基坑塌方基坑滲流破壞工程實例珠海祖國廣場基坑失事基坑滲流破壞工程實例原地下水位滲流時地下水位渠道滲流滲流問題：1.滲流量？2.地下水的影響范圍？工程實例透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q滲流問題：1.滲流量？2.降水深度？工程實例降雨入滲引起的滑坡工程實例滲流問題：1.滲流力？2.滲入過程？相鄰兩個水分子的運動軌跡相互平行而不混流層流

滲流模型假定：1.不考慮滲流路徑的迂回曲折，只考慮主流方向；2.不考慮土體中顆粒的影響，認為孔隙與顆粒所占的空間均為滲流所填充。a)實際的滲流土體

滲流模型b)理想的滲流模型

（一）達西定律滿足條件：1.同一過水截面，模型滲流流量等于真實滲流流量；2.任意過水截面上模型滲流壓力等于真實滲流壓力；3.相同體積內(nèi)模型滲流所受到的阻力與真實滲流所受到的阻力相等。過水截面(過水界面）水在飽和土體中滲流時，在垂直于滲流方向取一個土體截面。

滲流模型假定在時間t內(nèi)滲流通過過水截面（面積為A）的滲流量為Q，滲流速度表達式為：單位時間內(nèi)的滲流量為(cm3/s)：滲流速度可表達為(cm/s)

：實際平均速度與假想平均流速的關(guān)系

滲流速度總水頭＝位置水頭＋壓力水頭＋速度水頭（動水頭）是滲流的總驅(qū)動能，土體中的水總是從水頭高處流向水頭低處水頭：單位重量的水所具有的能量。測管水頭

水頭位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離。代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢能。壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高。表示單位重量液體所具有的壓力勢能。測管水頭：測管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離。等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體的總勢能。在靜止液體中各點的測管水頭相等位置、壓力和測管水頭zA00ABu0pazB基準(zhǔn)面靜水

A點總水頭：ABLhAhBzAzBΔh基準(zhǔn)面水力梯度線

B點總水頭：二點總水頭差反映了兩點間水流由于摩阻力造成的能量損失。

水力梯度（坡降）：單位滲流長度上的水頭損失。

水力梯度裝置中2是面積為A的直立圓筒，其側(cè)壁裝有兩支相距為L的測壓管。多孔濾板3下部放碎石，上部放顆粒均勻的砂土樣。水由上端注入圓筒，多余的水從溢水管4溢出，使筒內(nèi)的水位維持恒定。滲透過砂層的水從出水管5流入量杯6中，并以此來計算滲流量Q。

單位時間內(nèi)的滲出水量q與水力梯度和圓筒斷面積成正比，且與土的透水性質(zhì)有關(guān)。達西定律：達西滲透試驗裝置示意圖結(jié)論：00反映土的滲透性強弱的指標(biāo)稱為滲透系數(shù)（cm/s）△habh2h13

達西定律砂土密實黏土起始水力梯度滲透速度與水力梯度的關(guān)系礫類土達西定律適用于層流，不適用于紊流（二）達西定律的適用范圍流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞。黏性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流原因：臨界水力梯度流砂或流土現(xiàn)象壩體管涌：是滲透變形的另一種形式，它是指在滲流作用下土體中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙道中發(fā)生移動并被帶走的現(xiàn)象。

滲流過程演示1.在滲透水流作用下，細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動流失2.孔隙不斷擴大，滲流速度不斷增加，較粗顆粒也相繼被水帶走3.形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷管涌現(xiàn)象流土現(xiàn)象防治措施①、減小或消除水頭差；②、增加滲流路徑；③、在向上的流出口處地表用透水材料覆蓋以平衡滲透力；④、土層加固處理，如凍結(jié)法、注漿法等。

滲透變形的防