土方與基礎工程施工第三四講

主講：張殿波四川交通職業(yè)技術學院建筑工程系土方與基礎工程施工內(nèi)容提要土方工程概述土方工程量計算與土方調(diào)配第二節(jié)室內(nèi)土工試驗第一章工程地質(zhì)勘察一、常規(guī)試驗方法

1環(huán)刀取土。

2含水量試驗。二、土的基本性質(zhì)及相關指標土是巖石經(jīng)過風化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積形成過程形成條件物理力學性質(zhì)風化巖石地球土地球影響1、土的形成生物風化物理風化化學風化量變無粘性土原生礦物質(zhì)變粘性土次生礦物動植物的活動風化有機質(zhì)巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物搬運與沉積殘積土無搬運運積土有搬運土質(zhì)較好殘積土強風化弱風化微風化母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細不均無層理母巖表層經(jīng)風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘留在原地的堆積物風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物運積土有搬運風：風積土重力:坡積土流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:冰積土土粒粗細不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠細渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機物淤泥，土性差顆粒細，表層松軟，土性差土粒粗細變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理2、土的三相組成1.固相—土的固體顆粒原生礦物次生礦物腐殖質(zhì)2.液相—土中水固態(tài)水液態(tài)水：結合水、自由水氣態(tài)水土的三相組成3.氣相—土中氣自由氣體封閉氣體室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積----土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的容重γ=ρg工程上更常用,用于計算土的自重應力單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60—2.20g/cm3定義:土單位體積的質(zhì)量有時也稱土的天然密度表達式:相關指標:三相草圖有助于直觀理解物性指標的概念3、土的物理性質(zhì)指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒比重

s:

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無量綱土粒比重一般范圍:

粘性土2.70—2.75

砂土2.654?C時純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義:土粒的密度與4?C時純蒸餾水的密度的比值表達式:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水量定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,

用百分數(shù)表示注意:

其實是含水比,可達到或超過100％表達式:表示土中孔隙含量的指標孔隙比孔隙率(孔隙度)其它常用的物理性質(zhì)指標關系:在某種程度上反映土的松密砂類土：28-35%粘性土：30-50%

有的可達60-70%定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分數(shù)表示表達式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積三相草圖可用于確定物性指標之間的關系表示土中含水程度的指標含水量飽和度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達式:定義:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:

干土Sr=1:

飽和土表示土中密度和容重的指標天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重浮密度有效容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:

土被完全烘干時的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達式:各種密度容重之間的大小關系：天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的工程性質(zhì)對土方工程的施工有直接影響，其中基本的工程性質(zhì)有：土的質(zhì)量密度、可松性、壓縮性、含水量、滲透性等。4、土的工程性質(zhì)1.土的質(zhì)量密度分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量；它影響土的承載力、土壓力及邊坡的穩(wěn)定性。土的干密度，指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量；它是用以檢驗填土壓實質(zhì)量的控制指標。2.土的可松性土具有可松性。土的可松性是指在自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后組織被破壞，其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實也不能恢復其原來體積的特性。由于土方工程量是以自然狀態(tài)的體積來計算的，所以在土方調(diào)配、計算土方機械生產(chǎn)率及運輸工具數(shù)量等的時候.必須考慮土的可松性。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即：土的可松性：V2＞V3＞V1

土的最初可松性系數(shù)：Ks

土的最后可松性系數(shù)：Ks'注：Ks＞Ks'＞1.0（式中：V1—自然狀態(tài)下土的體積；V2—開挖后的松散體積；V3—回填壓實后的體積。）問*分類級別越小的土則可松性就越小？是*可松性越小的土就越好挖？是3.土的壓縮性移挖作填或取土回填，松土經(jīng)填壓后會壓縮，一般松土的壓縮率見下表。在松土回填時應考慮土的壓縮率，一般可按填方斷面增加10％～20％計算松土方數(shù)。土的壓縮率土的類別土的名稱土的壓縮率(％)1m3松散土壓實后的體積(m3)土的類別土的名稱土的壓縮率(％)1m3松散土壓實后的體積(m3)一、二類土種植土200.80三類土天然濕度黃土12～170.85一般土100.90一般土50.95砂

土50.95

干燥堅實黃土5～70.94

4.土的含水量土的含水量W是土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比，以百分數(shù)表示：式中G1——含水狀態(tài)時土的質(zhì)量；

G2——土烘干后的質(zhì)量。土的含水量影響土方施工方法的選擇、邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量，如土的含水量超過25％～30％，則機械化施工就困難，容易打滑、陷車；回填土則需有最佳含水量，方能夯壓密實，獲得最大干密度。土的最佳含水量和最大干密度參考值見下表。土的最佳含水量和最大干密度土的種類最佳含水量(質(zhì)量比)(％)最大干密度(g/cm3)土的種類最佳含水量(質(zhì)量比)(％)最大干密度(g/cm3)砂土8～121.80～1.88重亞粘土16～201.67～1.79粉土16～221.61～1.80粉質(zhì)亞粘土18～211.65～1.74亞砂土9～151.85～2.08粘土19～231.58～1.70亞粘土12～151.85～1.95

5.土的滲透性滲透系數(shù)K值將直接影響降水方案的選擇和涌水量計算的準確性，一般應通過抽水試驗確定，下表所列數(shù)據(jù)可供參考。

土滲透性比較：粘土﹤粉土﹤砂土﹤礫石

5、兩種不同性質(zhì)的變形

壓密變形——計算地基的壓縮變形量，即地基沉降量剪切變形（剪切破壞）——土體強度和穩(wěn)定性問題壓縮模量（有側限

）變形模量（無側限）土壓縮時豎向應變增量與豎向應力增量之比，庫侖定律在一定載荷范圍內(nèi)，土的抗剪強度與法向應力之間呈直線關系。其中C、

被稱為土的抗剪強度指標。6、砂土液化（Liquefactionofsand）飽和砂土受震動時顆粒間趨于緊密，使孔隙水壓力增大，有效應力減小。當有效應力趨于零時，砂土的抗剪強度消失，從而引起地面沉陷、斜坡失穩(wěn)或者地基失效的現(xiàn)象稱為砂土液化。常伴隨又噴水冒砂。震動來源：機械震動（局部場地）、地震（區(qū)域性）

=

’+u

3hh’

2h=01

’=0，

’

=0，’=u=u=0u=0飽和土的力學模型用有效應力原理解釋土體承受和傳遞附加應力飽和土的有效應力原理的完整表述：（1）土的有效應力等于總應力減去孔隙水壓力；（2）土的有效應力控制了土的變形和強度性能。=

’+u幾個基本概念

飽和土壓縮變形過程的實質(zhì)是超靜孔隙水壓力隨著水的滲流排出而逐漸消散和有效應力逐漸增長的過程，即超靜孔隙水壓力向有效應力轉移的過程。

超靜孔隙水壓力：由附加應力作用引起的孔隙水壓力超出靜水壓力水頭，稱為超靜孔隙水壓力。

土的滲透固結：這種由孔隙水的滲流而引起的壓縮過程。根據(jù)土的顆粒級配或塑性指數(shù)可分為：

1）碎石類土(漂石土、塊石土、卵石土、碎石土、圓礫土、角礫土)、

2）砂土(礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂)3）粘性土(粘土、亞粘土、輕亞粘土)；2根據(jù)土的沉積年代，粘性土可分為老粘性土、一般粘性土、新近沉積粘性土；三、土的工程分類土的粒組劃分1.巨粒組2.粗粒組3.細粒組粒徑(mm)200

60

20

5

2

0.5

0.25

0.075

0.005

巨粒組粗粒組細粒組漂石(塊石)卵石(碎石)礫(角礫)砂粉粒粘粒粗中細粗中細《土的工程分類標準》—2007塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip

Ip=WL–Wp10＜Ip≤17粉質(zhì)粘土（中塑性土）

Ip＞17粘土（高塑性土）根據(jù)土的工程特性，又可分出特殊性土，如軟土、人工填土、黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土等。4根據(jù)開挖難易程度，將土分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅石八類，稱為土的工程分類。前四類屬一般土，后四類屬巖石，土的分類法及其現(xiàn)場鑒別方法見表。土的分類土的名稱開挖方法可松性系數(shù)KS

KS′一類土(松軟土)砂、亞砂土，沖積砂土，種植土、泥炭(淤泥)能用鍬、鋤頭挖掘1.08～1.171.01～1.04二類土(普通土)亞粘土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土、填筑土及亞砂土用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松1.14～1.281.02～1.05三類土(堅土)軟及中等密實粘土，重亞粘土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土，壓實的填筑土主要用鎬，少許用鍬、鋤頭，部分用撬棍1.24～1.301.04～1.07四類土(砂礫堅土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實的黃土、天然級配砂石，軟的泥灰?guī)r及蛋白石用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘1.26～1.371.06～1.09五類土(軟石)硬石炭紀粘土，中等密實的頁巖、泥灰?guī)r，白堊土，膠結不緊的礫巖，軟的石灰?guī)r用鎬或撬棍、大錘，部分使用爆破1.30～1.451.10