第一章土的物理性質(zhì)及工程分類

第一章

土的物理性質(zhì)及工程分類§2.1概述§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)§2.4無粘性土的密實(shí)度§2.5粘性土的物理特性§2.6土的滲透性§2.7土的壓實(shí)原理§2.8地基土（巖）的工程分類主要內(nèi)容土的物理性質(zhì)概述巖石風(fēng)化（物理、化學(xué)）作用巖石破碎化學(xué)成分改變搬運(yùn)沉積大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）

土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)

§2.1概述§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)一.固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配礦物成分顆粒形狀§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)2.礦物成分原生礦物

石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物

主要是粘土礦物，包括三種類型

高嶺石、伊里石、蒙脫石一.固體顆粒粘土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)一.固體顆粒鋁片的結(jié)構(gòu)粘土礦物的晶格構(gòu)造高嶺石蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積9克蒙脫土的總表面積大約與一個(gè)足球場(chǎng)一樣大§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)一.固體顆粒§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)土粒的大小成為粒度。粒度不同、礦物成分不同，土的工程性質(zhì)也就不同。天然土由無數(shù)大小不同的土粒組成，逐個(gè)研究它們的大小是不可能的，統(tǒng)稱是將工程性質(zhì)相近的土粒合并成一組稱為粒組。劃分粒組的分界尺寸成為界限粒徑。按照界限粒徑的大小土粒劃分為：二.土粒粒組§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)粒組名稱歷經(jīng)范圍（mm）一般特性漂石或塊石顆粒>200透水性好，無粘性，無毛細(xì)水卵石或碎石顆粒200~20透水性好，無粘性，無毛細(xì)水園礫或角礫顆粒20~2透水性好，無粘性，毛細(xì)水上升高度不超過粒徑大小砂粒2~0.075易透水，當(dāng)混入云母等雜物是透水性減小，而壓縮性增加；無粘性，遇水膨脹，干燥時(shí)松散；毛細(xì)水上升高度不大，但隨粒徑變小而增大粉粒0.075~0.005透水性?。粷駮r(shí)稍有粘性，遇水不膨脹，干時(shí)稍有收縮；毛細(xì)水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍漲現(xiàn)象粘粒<0.005透水性很?。粷駮r(shí)有粘性、可縮性，遇水膨脹大，干時(shí)收縮顯著；毛細(xì)水上升高度大，且速度較慢土粒粒組的劃分二.土粒粒組§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)1.土的顆粒級(jí)配工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為若干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量（即各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)）來表示，稱為土的顆粒級(jí)配。試驗(yàn)方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計(jì)法（沉降分析法）:適用于d＜0.075mm三.土粒粒組及分析試驗(yàn)篩分法用一套孔徑不同標(biāo)準(zhǔn)的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)?！?.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)三.土粒粒組及分析試驗(yàn)比重計(jì)法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)三.土粒粒組及分析試驗(yàn)顆粒粒徑級(jí)配曲線縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對(duì)數(shù)坐標(biāo)）§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)三.土粒粒組及分析試驗(yàn)顆粒級(jí)配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級(jí)配不良的土；Cu＞10的土視為級(jí)配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況對(duì)于礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu≥5和Cc=1～3時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)三.土粒粒組及分析試驗(yàn)土中的水

土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結(jié)晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內(nèi)部外，還存在結(jié)合水和自由水1.結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水：緊靠于顆粒表面、所受電場(chǎng)的作用力很大、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體

弱結(jié)合水：緊靠強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成的結(jié)合水膜，所受的電場(chǎng)作用力隨著與顆粒距離增大而減弱2.自由水存在于土粒電場(chǎng)影響范圍以外，性質(zhì)和普通水無異，能傳遞水壓力，冰點(diǎn)為0℃，有溶解能力

以兩種形式存在：毛細(xì)水、重力水§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)四.土中水§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)四.土中水結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性弱結(jié)合水自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于固氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)四.土中水重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水。它是土中其它類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，并對(duì)土粒起浮力作用。應(yīng)當(dāng)指出，水是土的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時(shí)，說的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì)。§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)四.土中水重力水土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管毛細(xì)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對(duì)象:

水柱§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)四.土中水對(duì)砂土強(qiáng)度的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力假定α=0,毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力非飽和土中毛細(xì)張力影響分析對(duì)象:水膜§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)四.土中水土中氣體

土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體（自由氣體）：受外荷作用時(shí)被擠出土體外，對(duì)土的性質(zhì)影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時(shí)能有所復(fù)原，對(duì)土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長(zhǎng)土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時(shí)

§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)五.土中氣土的結(jié)構(gòu)

指土粒單元的大小、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。一般分為：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)及絮凝結(jié)構(gòu)三種基本類型。

1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)

密實(shí)狀態(tài)疏松狀態(tài)§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)六.土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造2.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)3.絮凝結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏?，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮凝結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)六.土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的構(gòu)造土的構(gòu)造是指土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都造成了土的不均勻性

1.層理構(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,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征

2.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

§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)六.土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造一、土的三相圖氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V二、直接測(cè)定指標(biāo)1.土的密度ρ：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量，一般采用“環(huán)刀法”測(cè)定工程中常用重度來表示單位體積土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

2.土粒相對(duì)密度ds（Gs土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比土粒相對(duì)密度變化范圍不大：粘性土一般2.72～2.76；粉土一般2.70～2.71；砂土一般為2.65～2.69左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對(duì)密度減小Vv§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)一.指標(biāo)的定義氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V3.土的含水量ω：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，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)。

測(cè)定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法

§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)一.指標(biāo)的定義換算指標(biāo)

氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e

：土中孔隙體積與土粒體積之比

2.土的飽和度Sr：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):孔隙率n

：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示

Sr≤50%稍濕；50％＜Sr≤80%很濕；Sr＞80%飽和§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)一.指標(biāo)的定義3.不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度ρsat

：土體中孔隙完全被水充滿時(shí)的土的密度

干密度ρd

：?jiǎn)挝惑w積中固體顆粒部分的質(zhì)量浮密度ρ

：土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個(gè)，土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ

(kg/m3),相應(yīng)的重度指標(biāo)也有4個(gè)，土的重度，飽和重度sat，干重度d，浮重度

(kN/m3)氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)一.指標(biāo)的定義指標(biāo)間的換算氣水土粒dsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積V土的三相指標(biāo)中，土粒比重ds，含水量ω和密度ρ是通過試驗(yàn)測(cè)定的，可以根據(jù)三個(gè)基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)Vv=eωdsρw

ds（1＋ω）ρw

推導(dǎo)：換算關(guān)系式：§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)二.指標(biāo)的換算例題分析2.1【例】一塊原裝土樣，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得土的天然密度ρ=1.67t/m3，含水量ω=12.9%，土粒相對(duì)密度ds=2.67。求孔隙比e，孔隙率n和飽和度Sr

?！窘狻俊?.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)二.指標(biāo)的換算例題分析2.2【例】某飽和土體積為97cm3，土的重力為1.98N，土烘干后重力為1.64N，求ω、e及d?！?.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)二.指標(biāo)的換算【解】飽和土體，指孔隙中全部被水充滿，故三相圖變成了兩相圖，已知圖烘干后的重力也即土粒重力為1.64N，則水的重力為1.98-1.64=0.34N。水的體積VW=0.34/9.81×10-3=34.7cm3，土粒體積VS=97-34.7=62.3cm3，則：對(duì)無粘性土來說，土體的松密程度對(duì)土的工程性質(zhì)影響很大。土的密實(shí)程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好；土的密實(shí)程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差。描述土的松緊程度的指標(biāo)有干密度和孔隙比，密實(shí)度在一定程度上可用其孔隙比來反映無粘性土的孔隙比e的范圍受土粒的大小、形狀和級(jí)配的影響很大。因此即便兩種無粘性土具有同樣的孔隙比也未必表明他們處于同樣的狀態(tài)。在工程上一般用相對(duì)密實(shí)度Dr來衡量無粘性土的松緊程度。它是用無粘性土自身最松和最密兩種極限狀態(tài)作為判別的基準(zhǔn)?！?.4無粘性土的密實(shí)度無粘性土的密實(shí)度

土的密實(shí)度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系1.孔隙比e孔隙比e可以用來表示砂土的密實(shí)度。對(duì)于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)?？紫侗扔螅劣缮?/p>

2.相對(duì)密實(shí)度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比§2.4無粘性土的密實(shí)度當(dāng)Dr=0時(shí)，e=emax，表示土處于最疏松狀態(tài);當(dāng)Dr=1.0時(shí)，e=emin，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài)3.按動(dòng)力觸探確定無粘性土的密實(shí)度0<Dr≤0.33疏松狀態(tài)0.33＜Dr≤0.67中密狀態(tài)0.67＜Dr≤1密實(shí)狀態(tài)天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)行評(píng)定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)行評(píng)定(GB50007-2002)

密實(shí)度按N評(píng)定砂石密實(shí)度按N63.5評(píng)定碎石土密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20§2.4無粘性土的密實(shí)度粘性土的稠度狀態(tài)稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征

0固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)含水量ω（%）塑限ωP液限ωL粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限搓滾法：調(diào)制均勻的濕土樣，在毛玻璃上搓滾成3毫米直徑的土條，若這個(gè)時(shí)刻恰好出現(xiàn)裂縫，就把土條的含水率定為塑限。此外，液塑限測(cè)定可根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。§2.5粘性土的物理特性一、粘性土的界限含水量

縮限ωS半固態(tài)液塑限聯(lián)合測(cè)定儀下沉深度為10mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限

§2.5粘性土的物理特性一、粘性土的界限含水量

塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍說明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高

說明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)IL≤0時(shí),ω≤ωP,土處于堅(jiān)硬狀態(tài);當(dāng)IL＞1時(shí),ω＞ωL,土處于流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)

液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比

狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1§2.5粘性土的物理特性二粘性土的塑性、液性指數(shù)由于液限和塑限目前都是用擾動(dòng)土測(cè)定的，土的結(jié)構(gòu)已徹底破壞，而天然土一般在自重作用已有很長(zhǎng)的歷史，它獲得了一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定會(huì)發(fā)生流動(dòng)。含水率大于液限只是意味著：若土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，它將轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿酀{?！⒁猓骸?.5粘性土的物理特性二粘性土的塑性、液性指數(shù)例題分析【例】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度ds=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對(duì)密度Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)【解答】砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相對(duì)密實(shí)度∈(0.33,0.67)中密狀態(tài)§2.5粘性土的物理特性二粘性土的塑性、液性指數(shù)靈敏度St是衡量粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的影響。根據(jù)靈敏度可將飽和粘性土分為：低靈敏（1.0<St≤2.0）,中等靈敏（2.0<St≤4.0）和高靈敏（4.0<St）三類。土的靈敏度越高，其結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就越明顯。觸變性與結(jié)構(gòu)性相反。飽和粘性土受擾動(dòng)后，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，土的強(qiáng)度降低。但當(dāng)擾動(dòng)停止后，土的強(qiáng)度隨時(shí)間又會(huì)逐漸增長(zhǎng)，這是土體中土顆粒、離子和水分子體系隨時(shí)間而逐漸趨于新的平衡狀態(tài)的緣故?！?.5粘性土的物理特性三粘性土的靈敏度、觸變性土的滲透問題概述浸潤(rùn)線流線等勢(shì)線下游上游土壩蓄水后水透過壩身流向下游H隧道開挖時(shí)，地下水向隧道內(nèi)流動(dòng)

在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象稱為滲透

§2.6土的滲透性一、土的滲透定理達(dá)西定律1856年法國(guó)學(xué)者Darcy對(duì)砂土的滲透性進(jìn)行研究結(jié)論：水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成正比v=ki達(dá)西定律水力梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失

§2.6土的滲透性一、土的滲透定理達(dá)西定律適用范圍與起始水力坡降達(dá)西定律討論：砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關(guān)系

密實(shí)的粘土，需要克服結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時(shí)滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)西定律而呈非線性關(guān)系

i0起始水力坡降虛直線簡(jiǎn)化達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流v=kiivO砂土0iv密實(shí)粘土§2.6土的滲透性一、土的滲透定理滲透系數(shù)及其確定方法一、滲透試驗(yàn)（室內(nèi)）時(shí)間t內(nèi)流出的水量1.常水頭試驗(yàn)——整個(gè)試驗(yàn)過程中水頭保持不變適用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。

§2.6土的滲透性一、土的滲透定理

2.野外測(cè)定方法－抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)較為可靠的平均滲透系數(shù)地下水位≈測(cè)壓管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層觀察井A=2πrhi=dh/dr缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：§2.6土的滲透性一、土的滲透定理影響土滲透性的因素1.土粒大小與級(jí)配

細(xì)粒含量愈多，土的滲透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多時(shí)，砂土的滲透系數(shù)就會(huì)大大減小。2.土的密實(shí)度

3.水的動(dòng)力粘滯系數(shù)

同種土在不同的密實(shí)狀態(tài)下具有不同的滲透系數(shù)，土的密實(shí)度增大，孔隙比降低，土的滲透性也減小。

動(dòng)力粘滯系數(shù)隨水溫發(fā)生明顯的變化。水溫愈高，水的動(dòng)力粘滯系數(shù)愈小，土的滲透系數(shù)則愈大。4.土中封閉氣體含量

土中封閉氣體阻塞滲流通道，使土的滲透系數(shù)降低。封閉氣體含量愈多，土的滲透性愈小?！?.6土的滲透性一、土的滲透定理滲流力j和臨界水力坡降1.滲流力——水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力，也稱為動(dòng)水力j(kN/m3)h2h1h21L沿水流方向放置兩個(gè)測(cè)壓管，測(cè)壓管水面高差h水流流經(jīng)這段土體，受到土顆粒的阻力，阻力引起的水頭損失為h土粒對(duì)水流的阻力應(yīng)為

土樣面積根據(jù)牛頓第三定律，試樣的總滲流力J和土粒對(duì)水流的阻力F大小相等，方向相反§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流作用于單位土體的力說明：滲流力j是滲流對(duì)單位土體的作用力，是一種體積力，其大小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為kN/m3

滲流力的存在，將使土體內(nèi)部受力發(fā)生變化，這種變化對(duì)土體穩(wěn)定性有顯著的影響abc滲流力方向與重力一致，促使土體壓密、強(qiáng)度提高，有利于土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平，使土粒產(chǎn)生向下游移動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)穩(wěn)定不利滲流力與重力方向相反，當(dāng)滲流力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析2.臨界水力坡降———使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降

GJ當(dāng)土顆粒的重力與滲流力相等時(shí)，土顆粒不受任何力作用，好像處于懸浮狀態(tài)，這時(shí)的水力坡降即為臨界水力坡降或

在工程計(jì)算中，將土的臨界水力坡降除以某一安全系數(shù)Fs(2～3)，作為允許水力坡降[i]。設(shè)計(jì)時(shí)，為保證建筑物的安全，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降[i]內(nèi)§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析或滲透變形滲透水流將土體的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形——滲透變形問題（流土，管涌）

1.流土——在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內(nèi)土粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象

流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時(shí)常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析2.管涌——在滲流作用下，無粘性土中的細(xì)小顆粒通過較大顆粒的孔隙，發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象

土體在滲透水流作用下，細(xì)小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細(xì)管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個(gè)時(shí)間過程，是一種漸進(jìn)性的破壞§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析3.流土與管涌的判別——滲透變形的形式與土的類別、顆粒級(jí)配以及水力條件等因素有關(guān)

粘性土由于粒間具有粘聚力，粘結(jié)較緊，一般不出現(xiàn)管涌而只發(fā)生流土破壞；一般認(rèn)為不均勻系數(shù)Cu>10的勻粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地區(qū)較易發(fā)生流土破壞

對(duì)Cu>10的砂和礫石、卵石，分兩種情況:1.當(dāng)孔隙中細(xì)粒含量較少（小于30%）時(shí)，由于阻力較小，只要較小的水力坡降，就易發(fā)生管涌2.如孔隙中細(xì)粒含量較多，以至塞滿全部孔隙（此時(shí)細(xì)料含量約為30%－35%），此時(shí)的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析三、例題分析【例】某土壩地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e=0.82，下游滲流出口處經(jīng)計(jì)算水力坡降i為0.2，若取安全系數(shù)Fs為2.5，試問該土壩地基出口處土體是否會(huì)發(fā)生流土破壞

【解答】臨界水力坡降由于實(shí)際水力坡降i

<[i]，故土壩地基出口處土體不會(huì)發(fā)生流土破壞允許水力坡降§2.6土的滲透性二、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流工程問題與處理措施

一、滲流工程問題1.地下水的浮托作用地下水不僅對(duì)水位以下的土體產(chǎn)生靜水壓力和浮托力，并對(duì)建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托力

2.地下水的潛蝕作用在施工降水等活動(dòng)過程中產(chǎn)生水頭差，在滲透力作用下，土顆粒受到?jīng)_刷，將細(xì)顆粒沖走，破壞土的結(jié)構(gòu)。通常產(chǎn)生于粉細(xì)砂、粉土地層中

3.流砂流砂在工程施工中能造成大量的土體流動(dòng)，使地表塌陷或建筑物的地基破壞，給施工帶來很大的困難，影響建筑工程的穩(wěn)定。通常易在粉細(xì)砂和粉土地層中產(chǎn)生，在地下水位以下的基坑開挖、埋設(shè)地下管道、打井等工程活動(dòng)中常出現(xiàn)

§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施4.基坑突涌

當(dāng)基坑下部有承壓水層時(shí)，開挖基坑減小了底板隔水層的厚度，當(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會(huì)沖毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為基坑突涌§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施二、防滲處理措施1.水工建筑物滲流處理措施水工建筑物的防滲工程措施一般以“上堵下疏”為原則，上游截滲、延長(zhǎng)滲徑，下游通暢滲透水流，減小滲透壓力，防止?jié)B透變形

①垂直截滲

主要目的:延長(zhǎng)滲徑，降低上、下游的水力坡度，若垂直截滲能完全截?cái)嗤杆畬?，防滲效果更好。垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁等均屬于垂直截滲

§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施②設(shè)置水平鋪蓋上游設(shè)置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長(zhǎng)了水流滲透路徑

粘土鋪蓋③設(shè)置反濾層砂墊層水位加筋土工布回填中粗砂拋石棱體設(shè)置反濾層，既可通暢水流，又起到保護(hù)土體、防止細(xì)粒流失而產(chǎn)生滲透變形的作用。反濾層可由粒徑不等的無粘性土組成，也可由土工布代替，上圖為某河堤基礎(chǔ)加筋土工布反濾層

§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施④排水減壓粘性土含水層減壓井為減小下游滲透壓力，在水工建筑物下游、基坑開挖時(shí)，設(shè)置減壓井或深挖排水槽

§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施2.基坑開挖防滲措施①工程降水

采用明溝排水和井點(diǎn)降水的方法人工降低地下水位在基坑內(nèi)（外）設(shè)置排水溝、集水井，用抽水設(shè)備將地下水從排水溝或集水井排出原地下水位明溝排水原水位面一級(jí)抽水后水位二級(jí)抽水后水位多級(jí)井點(diǎn)降水要求地下水位降得較深，采用井點(diǎn)降水。在基坑周圍布置一排至幾排井點(diǎn)，從井中抽水降低水位§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施②設(shè)置板樁

沿坑壁打入板樁，它一方面可以加固坑壁，同時(shí)增加了地下水的滲流路徑，減小水力坡降鋼板樁③水下挖掘

在基坑或沉井中用機(jī)械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水頭差。為了增加砂的穩(wěn)定性，也可向基坑中注水，并同時(shí)進(jìn)行挖掘

§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施土的凍脹土的凍脹問題1.凍脹和融陷對(duì)工程都產(chǎn)生不利影響高寒地區(qū)，發(fā)生凍脹時(shí)，是路基隆起，柔性路面鼓包、開裂，剛性路面錯(cuò)縫或折斷。發(fā)生融陷后，路基土在車輛反復(fù)碾壓下，輕者路面變得松軟，重者路面翻漿；也會(huì)使房屋、橋梁發(fā)生不均勻下沉。

2.影響凍脹的因素：1.土的因素

2.水的因素3.溫度的因素§2.6土的滲透性三、滲流工程問題與處理措施一、土的擊實(shí)試驗(yàn)在試驗(yàn)室內(nèi)通過擊實(shí)試驗(yàn)研究土的壓實(shí)性。擊實(shí)試驗(yàn)有輕型和重型兩種。擊實(shí)筒護(hù)筒擊錘導(dǎo)筒輕型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑小于5mm的土，擊實(shí)筒容積為947cm3，擊錘質(zhì)量為2.5kg。把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實(shí)筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm

重型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑小于40mm的土，擊實(shí)筒容積為2104cm3，擊錘質(zhì)量為4.5kg，擊錘落高為45.7cm

。分五層擊實(shí)，每層56擊。根據(jù)擊實(shí)后土樣的密度和實(shí)測(cè)含水量計(jì)算相應(yīng)的干密度§2.7土的壓實(shí)原理二、填土的擊實(shí)特性影響土壓實(shí)性的因素很多，主要有含水量、擊實(shí)功能、土的種類和級(jí)配等1.含水量的影響ρdmaxωρd0ωop當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)后的干密度隨含水量的增加而增大。而當(dāng)干密度增大到某一值后，含水量的繼續(xù)增加反招致干密度的減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，與它對(duì)應(yīng)的含水量稱為最優(yōu)含水量

說明：當(dāng)擊數(shù)一定時(shí)，只有在某一含水量下才獲得最佳的擊實(shí)效果

§2.7土的壓實(shí)原理2.擊實(shí)功能的影響說明：填料的含水率過高或過低都是不利的。含水率過低，填土遇水后容易引起濕陷；過高又將惡化填土的其他力學(xué)性質(zhì)。因此，在實(shí)際施工中填土的含水率控制得當(dāng)與否，不僅涉及到經(jīng)濟(jì)效益，而且影響到工程質(zhì)量ω0ρd擊數(shù)403020飽和線1.土料的最大干密度和最優(yōu)含水量不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大,最優(yōu)含水量逐漸減小。然而，這種變化速率是遞減的。同時(shí)，光憑增加擊實(shí)功能來提高土的最大干密度是有限的

2.當(dāng)含水量較低時(shí)擊數(shù)的影響較顯著。當(dāng)含水量較高時(shí)，含水量與干密度關(guān)系曲線趨近于飽和線，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的§2.7土的壓實(shí)原理3.土類和級(jí)配的影響擊實(shí)試驗(yàn)表明，在相同擊實(shí)功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指數(shù)愈大，壓實(shí)愈困難，最大干密度愈小，最優(yōu)含水量愈大無粘性土的擊實(shí)曲線和粘性土擊實(shí)曲線不同，在含水量較大時(shí)得到較高的干密度，因此在無粘性土實(shí)際填筑中，通常要不斷灑水使其在較高的含水量下壓實(shí)ωρd0無粘性土的擊實(shí)曲線說明：土的級(jí)配對(duì)土的壓實(shí)性影響很大。級(jí)配良好的土，易于壓實(shí)，級(jí)配不良的土，不易壓實(shí)，因?yàn)榧?jí)配良好的土有足夠的細(xì)粒去充填較粗粒形成的孔隙，因而能獲得較高的干密度§2.7土的壓實(shí)原理土（巖）的工程分類一、分類的目的和原則土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，便于在不同土類間作有價(jià)值的比較、評(píng)價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流分類原則：1.分類要簡(jiǎn)明，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要測(cè)定方法簡(jiǎn)單，使用方便2.土的分類體系所采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性§2.8地基土的工程分類二、分類體系與方法分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.工程材料系統(tǒng)分類體系側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境，研究對(duì)象為原狀土，例如：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)地基土分類方法側(cè)重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對(duì)象為擾動(dòng)土，例如：《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)工程用土的分類和《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ051-93)土的工程分類§2.8地基土的工程分類分類方法：1.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類，此外還有人工填土、特殊土等。a.巖石的分類巖石按堅(jiān)固性分為硬質(zhì)巖石和軟質(zhì)巖石巖石按風(fēng)化程度劃分為微風(fēng)化、中等風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化三種。b.碎石土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土§2.8地基土的工程分類c.砂土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級(jí)配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm