土力學(xué)及基礎(chǔ)工程

學(xué)習(xí)要求

了解土的成因和三相組成，掌握土的物理性質(zhì)和物理狀態(tài)指標(biāo)的定義、物理概念、計算公式和單位。要求熟練地掌握物理指標(biāo)的三相換算。了解地基土的工程分類依據(jù)與準(zhǔn)確定名?；緝?nèi)容

土的三相組成

土的三相比例指標(biāo)

土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

◆粘性土的界限含水量

◆砂土的密實度

◆土的工程分類土的物理性質(zhì)和工程分類土的物理狀態(tài)指標(biāo)…1所謂土的物理狀態(tài)，對于無粘性土是指土的密實度；對于粘性土是指土的軟硬程度或稱粘性土的稠度。無粘性土的密實度

砂土的密實度對其工程性質(zhì)具有重要的影響。密實的砂土具有較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性，是良好的建筑物地基；松散的砂土，尤其是飽和松散砂土，不僅強(qiáng)度低，且水穩(wěn)定性很差，容易產(chǎn)生流砂、液化等工程事故。對砂土評價的主要問題是正確地劃分其密實度。

土的密實度通常是指單位體積中固體顆粒充滿的程度。密實度反映無粘性土工程性質(zhì)的主要指標(biāo)。判別砂土的密實度有以下三種方法。土的物理狀態(tài)指標(biāo)…2用孔隙比e為標(biāo)準(zhǔn)砂土的密實度（74規(guī)范）評價：（1）優(yōu)點：簡捷方便；（2）缺點：無法反映土的粒徑級配因素。密實中密稍密松散礫砂粗砂中砂e<0.60.6<e<0.750.75<e<0.85e>0.85細(xì)砂粉砂e<0.70.7<e<0.850.85<e<0.95e>0.95土的物理狀態(tài)指標(biāo)…3用相對密實度Dr為標(biāo)準(zhǔn)

Dr—土的相對密實度；emax—土的最大孔隙比；

emin—土的最大孔隙比；e—土的天然孔隙比。評價：（1）優(yōu)點：理論上完善；（2）缺點：實際上難以操作。密實度密實中密松散相對密度1.0～0.670.67～0.330.33～0土的物理狀態(tài)指標(biāo)…4用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N為標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(SPT)是動力觸探的一種，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，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)。該實驗的的應(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。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)錘擊數(shù)N63.5N63.5≤1010<N63.5≤1515<N63.5≤30N63.5>30密實度松散稍密中密密實土的物理狀態(tài)指標(biāo)…5標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(SPT)土的物理狀態(tài)指標(biāo)…6粘性土的稠度

稠度指粘性土含水量不同時所表現(xiàn)出的物理狀態(tài),它反映了土的軟硬程度或?qū)ν饬σ鸬淖兓蚱茐牡牡挚鼓芰Φ男再|(zhì)。隨著含水量的改變，粘性土將經(jīng)歷不同的物理狀態(tài)。

當(dāng)含水量很大時，土是一種粘滯流動的液體即泥漿，稱為流動狀態(tài)；

隨著含水量逐漸減少，粘滯流動的特點漸漸消失而顯示出塑性，稱為可塑狀態(tài)；

當(dāng)含水量繼續(xù)減少時，則發(fā)現(xiàn)土的可塑性逐漸消失，從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)。

如果同時測定含水量減少過程中的體積變化，則可發(fā)現(xiàn)土的體積隨著含水量的減少而減小，但當(dāng)含水量很小的時候，土的體積卻不再隨含水量的減少而減小了，這種狀態(tài)稱為固體狀態(tài)。土的物理狀態(tài)指標(biāo)…7粘性土的稠度

界限含水量：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)時的分界含水量。

液限wL：流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)間的分界含水量稱液限；

塑限wp：可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)間分界含水量稱塑限；

縮限ws：半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)間的分界含水量稱縮限。土的物理狀態(tài)指標(biāo)…8測試方法用搓條法測定塑限wp搓條法:即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。

搓好的泥條土的物理狀態(tài)指標(biāo)…9用平衡錐式液限儀測定wL其工作過程是：將粘性土調(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(見動畫)

土的物理狀態(tài)指標(biāo)…10塑性指數(shù)Ip

定義：是指液限和塑限的差值（省去%號），即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，用Ip表示。

物理意義：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)，土中結(jié)合水的含量與土的顆粒組成、礦物組成以及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。

工程應(yīng)用：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)對粘性土進(jìn)行分類。粘土粉質(zhì)粘土土的物理狀態(tài)指標(biāo)…11液性指數(shù)IL

定義：是指粘性土的天然含水量與塑限的差值除以塑性指數(shù)，用IL表示。即

物理意義：液性指數(shù)也稱相對稠度，反映了土的硬度不同。

工程應(yīng)用：根據(jù)IL不同，可劃分五種軟硬不同的狀態(tài)。狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)IL≤00<IL≤0.250.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1.0土的物理狀態(tài)指標(biāo)…12活動度(了解)

定義：粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒含量百分?jǐn)?shù)的比值，用A表示。即

P0.002—粒徑<0.002mm顆粒占總重量的百分比。物理意義：反映粘性土中所含礦物的活動性,它也是衡量土中粘性礦物吸附結(jié)合水的能力。

A<0.75非活性粘土;A>1.25活性粘土;0.75<A<1.25正常粘土。土的物理狀態(tài)指標(biāo)…13靈敏度

定義：是指粘性土的原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qur比值，用St

表示。即

物理意義：反映了粘性土的結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱。工程應(yīng)用：保護(hù)基槽，以免破壞破壞其結(jié)構(gòu)，降低地基強(qiáng)度。

1<St≤2低靈敏;2<St≤4中靈敏;

St>4高靈敏。土的工程特征土與其它連續(xù)介質(zhì)的建筑材料，具有下列三個顯著的工程特征：1.壓縮性高反映材料壓縮性高低的指標(biāo)彈性模量E(土稱變形模量),隨著材料的不同而有極大的差別,例如:鋼筋E=21萬MPa;C20混凝土E=2.0萬MPa;卵石E=50MPa;飽和細(xì)砂E=10MPa.2.強(qiáng)度低為抗剪強(qiáng)度，而非抗壓、抗拉強(qiáng)度；3.透水性大顆粒之間有無數(shù)孔隙。土的工程分類…1土的形成與工程特性的關(guān)系

由于各類土的生成條件不同，它們的工程特性往往相差懸殊：1.搬運、沉積條件

通常流水搬運沉積的土優(yōu)于風(fēng)力搬運沉積的土。2.沉積年代通常土的沉積年代越長，土的工程性質(zhì)越好。3.沉積的自然地理環(huán)境自然地理環(huán)境不同所生成的土的工程性質(zhì)差異也很大。土的工程分類…2土的工程分類…3土的分類與定名的必要性土的分類原則：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。

1、根據(jù)地質(zhì)成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風(fēng)積土等。

2、根據(jù)顆粒級配或塑性指數(shù)可分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。

3、根據(jù)土的工程特性的特殊性可分為一般土和特殊土土的分類標(biāo)準(zhǔn)：世界各國、各地區(qū)、各部門，根據(jù)自己的傳統(tǒng)和經(jīng)驗，都有自己的分類標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)土的工程分類…4巖石

定義：顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，形成整體、節(jié)理、裂隙的巖體。

分類：

按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖；

按堅硬程度分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖等；

按風(fēng)化程度分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化等；

根據(jù)完整性可分完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎等。土的工程分類…5碎石土

定義：粒徑>2mm的顆粘含量超過全重的50%。

分類：按粒徑和顆粒形狀可進(jìn)一步劃分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫，見下表。碎石土的分類碎石土沒有粘性和塑性，屬于單粒結(jié)構(gòu)土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑>200mm的顆粒超過全重的50％卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑>20mm的顆粒超過全重的50％圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑>2mm的顆粒超過全重的50％土的工程分類…6砂土

定義：指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%的土。

分類：砂土按粒組含量分類如下表碎石土的分類土的名稱顆粒級配礫砂粒徑>2mm的顆粒占全重的25～50％粗砂粒徑>0.5mm的顆粒超過全重的50％中砂粒徑>0.25mm的顆粒超過全重的50％細(xì)砂粒徑>0.75mm的顆粒超過全重的85％粉砂粒徑>0.75mm的顆粒超過全重的50％土的工程分類…7粉土

定義：粉土是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50％，且塑性指數(shù)Ip≤10的土。粉土是介于砂土和粘性土之間的過渡性土類，它具有砂土和粘性土的某些特征，根據(jù)粘粒含量可以將粉土再劃分為砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土。土的工程分類…8粘性土

定義：粘性土是指塑性指數(shù)>10的土。根據(jù)塑性指數(shù)大小，粘性土可再劃分為粉質(zhì)粘土和粘土兩個亞類：

當(dāng)10<Ip≤17時為粉質(zhì)粘土；當(dāng)Ip>17時為粘土。

又可按沉積年代分類老粘土：Q3及以前的土，強(qiáng)度高，壓縮性低一般粘性土：Q4新近沉積的粘性土：文化期以來(久固結(jié))土的工程分類…9人工填土

定義：人工填土是指由人類活動而堆填的土。其物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土、沖填土和壓實填土四類。各類填土應(yīng)根據(jù)下列特征予以區(qū)別：

1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的填土其中不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。按主要組成物質(zhì)分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。經(jīng)分層壓實后則稱為壓實填土。2、雜填土是含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。按其組成物質(zhì)成分和特征分為建筑垃圾土、工業(yè)廢料土及生活垃圾土。3、沖填土為由水力沖填泥漿形成的填土。土的工程分類…10土層分布示意土的工程分類…11特殊土

定義：特殊土是指在特定地理環(huán)境或人為條件下形成的具有特殊性質(zhì)的土。它的分布一般具有明顯的地域性。特殊土包括軟土、人工填土、濕陷性黃土、紅粘土、膨脹土、多年凍土等。

軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、湖泊相、沼澤相等主要由細(xì)粒土組成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高和強(qiáng)度低的特點。包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土等。多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比≥1.5的粘性土。

淤泥質(zhì)土：天然孔隙比小于1.5但≥1.0的粘性土。當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含量大于5%時稱為有機(jī)質(zhì)土；大于60%時則稱泥炭。泥炭往往以夾層構(gòu)造存在于一般粘性土層中，對工程十分不利，必須引起足夠重視。土的工程分類…12濕陷性黃土：是指土體在一定壓力下受水浸濕時產(chǎn)生濕陷變形量達(dá)到一定數(shù)值的土。(濕陷變形量按野外浸水載荷試驗確定)

紅粘土：是指碳酸鹽巖系的巖石，經(jīng)紅土化作用形成并覆蓋于基巖上的棕紅、褐黃等顏色的高塑性粘土。其液限一般大于50，上硬下軟，具明顯的收縮性，裂隙發(fā)育，經(jīng)坡、洪積再搬運后仍保留紅粘土基本特征，液限大于45小于50的土稱為次生紅粘土。我國的紅粘土以貴州、云南、廣西等省區(qū)最為典型，分布廣。

膨脹土：一般是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物（以蒙脫石和伊利石為主）所組成的粘性土，在環(huán)境和濕度變化時，可產(chǎn)生強(qiáng)烈的脹縮變形，具有吸水膨脹、失水收縮的特性。已有的建筑經(jīng)驗證明，當(dāng)土中水份聚集時，土體膨脹，可能對與其接觸的建筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈的膨脹上抬壓力而導(dǎo)致建筑物的破壞；土中水分減少時，土體收縮并可使土體產(chǎn)生程度不同的裂隙，導(dǎo)致其自身強(qiáng)度的降低或消失。土的工程分類…13多年凍土：是指溫度等于或低于攝氏零度、含有固態(tài)水且這種狀態(tài)在自然界連續(xù)保持三年或三年以上的土。當(dāng)自然條件改變時，會產(chǎn)生凍脹、融陷、熱融滑塌等特殊不良地質(zhì)現(xiàn)象及發(fā)生物理力學(xué)性質(zhì)的改變。小結(jié)9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。3月-253月-25Tuesday,March4,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。17:24:4117:24:4117:243/4/20255:24:41PM11、夫?qū)W須志也，才須