交通部水运工程试验检测技术材料培训.ppt

交通部水运工程试验检测技术交通部水运工程试验检测技术培训材料地基基础、土工试验及培训材料地基基础、土工试验及地基承载力地基承载力讲稿讲稿第一章土工基础知识第一章土工基础知识1土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类一、土的形成一、土的形成1、地层与地质时代表（见第二页表、地层与地质时代表（见第二页表1）2、第四纪地层的成因类型符号表、第四纪地层的成因类型符号表地层名地层名称称符号符号地层名地层名称称符号符号地层名地层名称称符号符号地层名地层名称称符号符号人工填人工填土土Qml残积层残积层Qed海陆交海陆交互相沉互相沉积层积层Qmc滑坡堆滑坡堆积层积层Qdel植物层植物层Qpd风积层风积层Qeod冰积层冰积层Qgl泥石流泥石流堆积层堆积层Qsel冲击层冲击层Qal湖积层湖积层Ql冰水沉冰水沉积层积层Qfgl生物堆生物堆积层积层Qo洪积层洪积层Qpl沼泽沉沼泽沉积层积层Qh火山堆火山堆积层积层Qb化学堆化学堆积层积层Qch坡积层坡积层Qdl海相沉海相沉积层积层Qm崩积层崩积层Qcol成因不成因不明的沉明的沉积层积层Qpr表表2注：注：1.两种成因混合而成的沉（堆）积层，两种成因混合而成的沉（堆）积层，可采用混合符号，例如：冲击和洪积混合层，可采用混合符号，例如：冲击和洪积混合层，可用可用Qal+pl表示。表示。2.地层与成因的符号可以混合起来使用，地层与成因的符号可以混合起来使用，例如：由冲击形成的第四系上更新统，可用例如：由冲击形成的第四系上更新统，可用Q3al表示。表示。3、土的形成、土的形成我国大部分地区的土形成于第四纪：代表符号我国大部分地区的土形成于第四纪：代表符号Q1、Q2、Q3、Q4或新第三纪：或新第三纪：“新第三纪新第三纪”不明确不明确软土：都属于近代形成的，软土：都属于近代形成的，Q4港工规范（地基）港工规范（地基）6.1.1条条老沉积土：第四纪晚更新世老沉积土：第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的及其以前沉积的粘性土可不进行沉降计算。粘性土可不进行沉降计算。新近沉积土：第四纪全新世中近期沉积的土新近沉积土：第四纪全新世中近期沉积的土Q4，一般呈欠固结状态。一般呈欠固结状态。地层与地质时代表地层与地质时代表表表1.doc*综合国内外年表的控制数据。综合国内外年表的控制数据。岩土工程勘察规范（岩土工程勘察规范（GB50021-2001）P138：无机土：有机质无机土：有机质Wn含量含量Wn5%有机质土：有机质有机质土：有机质Wn含量含量5%Wn10%泥炭质土：有机质泥炭质土：有机质Wn含量含量10%60%土：分为有机土：在沼泽等缺氧环境中，由动植土：分为有机土：在沼泽等缺氧环境中，由动植 物残骸，完全或部分分解形成的堆积物物残骸，完全或部分分解形成的堆积物。无机土：岩石风化作用形成，没有胶结或胶结的颗无机土：岩石风化作用形成，没有胶结或胶结的颗 粒堆积物，粒堆积物，Wn200200d60粗粒粗粒砾粒砾粒粗粒粗粒细粒细粒沙粒沙粒60d2020d22d0.075细粒细粒粉粒粉粒粘粒粘粒0.075d0.0050.005d粒组划分粒组划分级配级配各粒组的相对含量称为土的级配各粒组的相对含量称为土的级配术语标准：级配：以不均匀系数术语标准：级配：以不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的一种概念；一种概念；巨粒土：粒径大于巨粒土：粒径大于60mm的粒状含量大于总质量的的粒状含量大于总质量的50%的土；的土；粗粒土：粒径大于粗粒土：粒径大于0.075mm的颗粒含量大于总质量的颗粒含量大于总质量的的50%的土；的土；细粒土：粒径小于细粒土：粒径小于0.075mm的颗粒含量大于或等于的颗粒含量大于或等于总质量的总质量的50%的土；的土；不均匀系数：反映土颗粒粒径分布均匀性的系数不均匀系数：反映土颗粒粒径分布均匀性的系数Cud60/d10；曲率系数：反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数曲率系数：反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数Ccd302/(d10 d60)d60、d30、d10分别为分别为小于该粒径的土粒质量占总土粒质量小于该粒径的土粒质量占总土粒质量的百分数砂土颗粒组成特性应根据的百分数砂土颗粒组成特性应根据Cu和和Cc确定确定良好级配土同时满足良好级配土同时满足Cu55和（且）和（且）Cc13时时的土的土不良级配土不同时满足不良级配土不同时满足Cu55和（且）和（且）Cc13时的土。时的土。级配良好压实达到较高密实度、渗透性小、级配良好压实达到较高密实度、渗透性小、强度高、压缩性低强度高、压缩性低级配不良压实达到较小密实度、渗透性大、级配不良压实达到较小密实度、渗透性大、强度低、压缩性大强度低、压缩性大粘土矿物：高岭土、伊利土、蒙脱土粘土矿物：高岭土、伊利土、蒙脱土2、土的液相、土的液相水的类型水的类型主要作用力主要作用力自由水自由水毛细水毛细水表面张力和重力表面张力和重力重力水重力水重力重力结合水结合水物理化学力物理化学力近代土质学（高国瑞）介绍：近代土质学（高国瑞）介绍：随土粒移动，在一定程度上具有固：随土粒移动，在一定程度上具有固体性质，是粘土颗粒表面一部分厚度，体性质，是粘土颗粒表面一部分厚度，3层层水分子厚度约水分子厚度约10A；密度大；粘滞性高，比自密度大；粘滞性高，比自由水大由水大100倍；倍；A1018m有人测到第一层水分子密度为有人测到第一层水分子密度为1.4g/cm3：也有人称为渗透吸附水，渗透吸：也有人称为渗透吸附水，渗透吸 附和范德华力附和范德华力,粘土表面的分子团粘土表面的分子团 形成的瞬时偶极，诱发临近分子位形成的瞬时偶极，诱发临近分子位 移，产生偶极子之间的吸引力，成移，产生偶极子之间的吸引力，成 为主要影响因素这层水在土中经常为主要影响因素这层水在土中经常 变化，影响土的工程性质；是离子变化，影响土的工程性质；是离子 扩散层的水，性质和自由水不同。扩散层的水，性质和自由水不同。：被土颗粒表面吸附着的水称：被土颗粒表面吸附着的水称 为结合水，受土粒表面引力控制，有其独为结合水，受土粒表面引力控制，有其独 特特点：如溶解能力降低，密度大，弹性特特点：如溶解能力降低，密度大，弹性 增强，粘滞性高，不受重力影响，冰点低增强，粘滞性高，不受重力影响，冰点低 于零度等。于零度等。对细粒土，当粘粒（对细粒土，当粘粒（0.005mm）含量高时，特含量高时，特别是当粘粒由粘土矿物组成时，结合水往别是当粘粒由粘土矿物组成时，结合水往往占有很大的孔隙体积，故细粘土的性质往占有很大的孔隙体积，故细粘土的性质将受结合水的重大影响。将受结合水的重大影响。华水土工原理计算介绍：在双电层影响下的水称为华水土工原理计算介绍：在双电层影响下的水称为结合水。结合水。：不受土粒表面引力束缚的那部分水称为：不受土粒表面引力束缚的那部分水称为自由水。处于地下水位以下，存在于土粒表自由水。处于地下水位以下，存在于土粒表面电场影响以外的水。面电场影响以外的水。：在地下水位以下的水：在地下水位以下的水在重力作用下，能在孔隙中自由运动并对土粒在重力作用下，能在孔隙中自由运动并对土粒有浮力的作用的水。有浮力的作用的水。：在地下水位以上水为毛细水：在地下水位以上水为毛细水：由于水的表面张力，土体中受毛细管：由于水的表面张力，土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。讲义：水不能承受剪力，可承受压力和一定吸力，讲义：水不能承受剪力，可承受压力和一定吸力，压缩性很小。压缩性很小。3、气相、气相土中的气：土孔隙中充填的空气：与大气连通土中的气：土孔隙中充填的空气：与大气连通与大气不连通与大气不连通，以气泡出现封闭气体饱和软土，土中出现封闭气，以气泡出现封闭气体饱和软土，土中出现封闭气泡将使土的渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩、泡将使土的渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩、膨胀过程，对土的工程性质影响较大。膨胀过程，对土的工程性质影响较大。三、土的结构三、土的结构：土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征；：土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征；：土的固体颗粒间的几何排列和联接方式；：土的固体颗粒间的几何排列和联接方式；：土的固体颗粒构成的格架；：土的固体颗粒构成的格架；：单位土体或单位质量土颗粒的总表面积。：单位土体或单位质量土颗粒的总表面积。华水土工原理与计算：华水土工原理与计算：土土的的结结构构是是指指土土颗颗粒粒或或集集合合体体的的大大小小、形形状状、表表面面特特征征、排排列列形形式式以以及及它它们们之之间间的的联联接接特特征征，也也称称土土的的微微观观结结构（讲义）。构（讲义）。讲义：土的结构取决于土粒间力的性质，以及土的形成受讲义：土的结构取决于土粒间力的性质，以及土的形成受到的外力。到的外力。沉积形成的土常具有下列极端类型：沉积形成的土常具有下列极端类型：1、单力结构：土粒尺寸大，土粒自重、单力结构：土粒尺寸大，土粒自重粒间引力粒间引力砂、砾代表结构颗粒粗大、比表面积小、点接触，砂、砾代表结构颗粒粗大、比表面积小、点接触，几乎无联接、孔隙比大、透水性好，几乎无联接、孔隙比大、透水性好，角角大，强度高，大，强度高，变形小。变形小。华水：设土粒为均一球体，最松散孔隙比为华水：设土粒为均一球体，最松散孔隙比为0.91，最紧密的孔隙比最紧密的孔隙比e为为0.35，自然孔隙比也在，自然孔隙比也在0.350.91之之间，松散的在震动下会有液化。间，松散的在震动下会有液化。2、絮絮凝凝结结构构：（华华水水中中层层片片架架结结构构），也也称称蜂蜂窝窝装装结结构构。粘粘粒粒在在盐盐水水中中，由由粒粒间间引引力力作作用用沉沉积积而而成成的的结结构构为为絮絮凝凝结结构构，性性质质较较均均匀匀，较较大大孔孔隙隙比比、扰扰动动敏敏感感，在在外外力力下下，变变形形和和强强度度发发生生变化。变化。华华水水：某某些些饱饱和和粘粘土土在在震震动动作作用用下下会会失失去去强强度度呈呈溶溶胶胶状状，在在外外力力作作用用停停止止后后能能重重新新絮絮聚聚成成土土体体，这这种种现现象象叫叫触触变变，具具有有触触变变性性的的土土多多属属于于此此种结构。种结构。天大土力学：当水中电解质较多时，颗粒可天大土力学：当水中电解质较多时，颗粒可形形成成面面与与边边、面面与与点点的的联联接接，成成絮絮凝凝结结构构、海海水水中中有有丰丰富富的的电电解解质质，因因而而形形成成的的粘粘土土多多为为絮絮凝凝型。型。手册：粘性土的结构手册：粘性土的结构1）窝窝状状结结构构：土土粒粒受受重重力力作作用用下下沉沉，与与其其它它土粒接触时，由于粒间分子土粒接触时，由于粒间分子引引力力粘粘土土重重力力，土土粒粒不不再再下下沉沉，形形成成了了很很大大孔隙和不稳定结构形式称蜂窝结构。孔隙和不稳定结构形式称蜂窝结构。2）絮状结构：最细的土粒分散于水中，形成）絮状结构：最细的土粒分散于水中，形成胶体溶液后，发生布朗运动，土粒间不相互碰撞，胶体溶液后，发生布朗运动，土粒间不相互碰撞，当溶液遇到电解质后，土粒凝聚成絮状物下沉，形当溶液遇到电解质后，土粒凝聚成絮状物下沉，形成较蜂窝装结构孔隙更大，更不稳定的结构，称絮成较蜂窝装结构孔隙更大，更不稳定的结构，称絮状结构。状结构。3、片堆结构：粘粒在、片堆结构：粘粒在淡水中淡水中，由粒间的外，由粒间的外力作用沉积而成也称分散结构。具片堆结构的粘力作用沉积而成也称分散结构。具片堆结构的粘性土，粒间的定向排列程度较高，密度较大，具性土，粒间的定向排列程度较高，密度较大，具明显各向异性。明显各向异性。天大土力学天大土力学P277：当粘粒间结合水膜较厚时，当粘粒间结合水膜较厚时，分散型结构也可具有很大的孔隙比。分散型结构也可具有很大的孔隙比。总之：具单粒结构的往往是粗粒土，无明显总之：具单粒结构的往往是粗粒土，无明显沉积层理和各向异性，密实度、孔隙比、强度有沉积层理和各向异性，密实度、孔隙比、强度有好有坏。好有坏。细粒土沉积往往具有明显层理和各向异性，如细粒土沉积往往具有明显层理和各向异性，如砂土与粘土相互胶叠成层，竖向压缩性和透水性小，砂土与粘土相互胶叠成层，竖向压缩性和透水性小，平行层里方向压缩性和透水性大。如细粒中夹有粗平行层里方向压缩性和透水性大。如细粒中夹有粗粒，其物理力学特性主要由细粒土决定。如淤泥混粒，其物理力学特性主要由细粒土决定。如淤泥混砂，即使含有砂，即使含有3040%的淤泥，仍显淤泥特性。即的淤泥，仍显淤泥特性。即淤淤泥泥含含量量超超过过30%（占占总总质质量量）为为淤淤泥泥混混砂砂，这这类类土土的的承承载载力力不不应应以以物物理理性性指指标标做做为为评评价价依依据据，应应以力学性指标或现场测试方法确定。以力学性指标或现场测试方法确定。四、土的物理性指标四、土的物理性指标土土的的物物理理性性指指标标：表表示示土土中中三三相相（气气、水水、固固）比例关系的一些物理量。比例关系的一些物理量。土的物理性指标分为：土的物理性指标分为：试验指标：通过试验测试试验指标：通过试验测试换算指标：根据试验测定的指标换算换算指标：根据试验测定的指标换算1、土的三项指标：讲义未给文字定义、土的三项指标：讲义未给文字定义1）土的天然密度：名词规范叫容重：单位体）土的天然密度：名词规范叫容重：单位体积的积的质量质量（GB/T50279P27，GB/T5012399）容重与重度关系：容重与重度关系：港工地基规范：重度：单位体积土的重量港工地基规范：重度：单位体积土的重量土工试验方法国际土工试验方法国际GB/T5012399：密度：土的质量密度：土的质量/单位体积单位体积港工老规范（港工老规范（87合订本）：容重合订本）：容重：土的单位体积的重量：土的单位体积的重量讲义：土的天然密度讲义：土的天然密度=ms土粒质量；土粒质量；mw水的质量；水的质量；VS、VW、Va分别为土粒、水、空气的体积。分别为土粒、水、空气的体积。GB/T5012399：O=mo湿土质量湿土质量V试样体积试样体积讲义：土的干密度讲义：土的干密度Pd=ms土颗粒质量；土颗粒质量；V土的（固、液、气）土的（固、液、气）总体积总体积GB/T5012399：Pd2）含水率含水率讲义：讲义：W（1）100GB/T5012399：W（1）100（），为质量比（应以此为准）为质量比（应以此为准）讲讲义义P25：土土的的含含水水量量（也也称称土土的的湿湿度度）指指土土中中水分的水分的重量重量与土粒与土粒重量重量的比值的比值岩土工程基本术语标准岩土工程基本术语标准GB/5027998：含含水水率率：土土中中水水的的质质量量与与土土颗颗粒粒质质量量的的比比值值，以百分率表示以百分率表示3）土粒比重）土粒比重讲义：讲义：GsGB/T5012399土粒比重：土颗粒的质量与同土粒比重：土颗粒的质量与同体积的体积的4C蒸馏水的质量比值，与蒸馏水的质量比值，与SL2371999定定义同，而与岩土工程基本术语标准义同，而与岩土工程基本术语标准GB/T5027998不同（它规定为重量比），应以质量比为准。不同（它规定为重量比），应以质量比为准。Gsg重力加速度。重力加速度。港工地基规范：港工地基规范：土粒比重称为土粒的相对密度土粒比重称为土粒的相对密度砂的相对密度称为相对密实度砂的相对密度称为相对密实度4）由）由、W、Gs换算的指标换算的指标（1）饱和密度）饱和密度satsatm mW W充满土中全部孔隙的水质量充满土中全部孔隙的水质量（2）浮密度）浮密度 satsat-1-1V VS S=V-V=V-Vv vV VV V全部孔隙体积全部孔隙体积 /V/V -V -VW W/V/V =satsat-w wsatsat-1-1（3）干密度）干密度d dd d 天然密度天然密度（4）孔孔隙隙比比：土土体体的的孔孔隙隙体体积积与与体体积积颗颗粒粒体体积积的比值的比值讲义：讲义：（100）（5）孔隙率）孔隙率（对饱和土，空气体积（对饱和土，空气体积Va=0）；）；n（1+e）e；n+nee；e-nen；e（1-n）n（6）饱和度：土中孔隙水体积与孔隙体饱和度：土中孔隙水体积与孔隙体积的比值积的比值S=（7）密度（密度（）与容重（与容重（）（）（重度）的关系重度）的关系若若2000kg/m2000kg/m3 3 g=9.8m/s g=9.8m/s2 2 9.89.8 gg 2000kg/m2000kg/m3 39.8m/s9.8m/s2 219600kg.m/s19600kg.m/s2 219.2KN/m19.2KN/m3 3=2t/m=2t/m3 3（t t1000kg1000kg）若若g10m/sg10m/s2 2；20KN/m32、无粘性土的相对密度无粘性土的相对密度GB/T5027998反应无粘性土紧密程度的指标反应无粘性土紧密程度的指标讲义：讲义：（实用表达式）（实用表达式）eo无无粘粘性性土土（或或无无粘粘性性填填土土）的的孔孔隙隙比比。注注：对天然地基为天然孔隙比。对天然地基为天然孔隙比。emax该该无无粘粘性性土土（或或无无粘粘性性填填土土）的的最最大大孔孔隙隙比比，由它的最小干密度换算。由它的最小干密度换算。emin该该无无粘粘性性土土（或或无无粘粘性性填填土土）的的最最小小孔孔隙隙比比，由它的最大干密度换算。由它的最大干密度换算。d d无无粘粘性性土土（或或无无粘粘性性填填土土）的的干干密密度度。注注：天然地基为天然干密度。天然地基为天然干密度。dmaxdmax该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。dmindmin该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。工程中用工程中用Dr划分密度区为：划分密度区为：疏松的疏松的0Dr1/3中密度中密度1/3Dr2/3密实的密实的2/3Dr1.03、粘性土的稠度、粘性土的稠度：粘粘性性土土由由于于W不不同同，土土的的状状态态不不同同。通通常常用用硬硬塑塑、可可塑塑、软软塑塑、流流动动等等术术语语描描述述，这这种种性性能统称为稠度。能统称为稠度。：流动状态与可塑状态的分界含水量；：流动状态与可塑状态的分界含水量；：可塑状态与半圆体状态的分界含水量：可塑状态与半圆体状态的分界含水量;：半半固固体体状状态态与与固固体体状状态态的的分分界界含含水水量；量；GB/T5027998：饱饱和和粘粘性性土土的的含含水水率率因因干干燥燥减减少少至至土土体体积积不不再再变化时的界限含水量。变化时的界限含水量。IP=WL-WPIL=竖硬竖硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.751.0WWPWPWP粘性土的状态：粘性土的状态：五、土的分类五、土的分类土的工程分类表土的工程分类表土的工程分表土的工程分表五五.doc六、土的压实性六、土的压实性土的压实性：土的压实性：土的压密度常以干密度土的压密度常以干密度P Pd d表示表示影响压实性的因素：影响压实性的因素：含水量、压实功能、土的种类和级配有关等含水量、压实功能、土的种类和级配有关等土的干密度、含水量、压实功能三者之间有土的干密度、含水量、压实功能三者之间有一定关系和规律一定关系和规律工程中：希望能找到：工程中：希望能找到：满足设计要求的干密度满足设计要求的干密度对应的对应的适宜的适宜的（最（最佳）含水量佳）含水量对应的压实所需的对应的压实所需的最小功能最小功能。不不同的土同的土通过试验的得到压实最小功。这种对应的通过试验的得到压实最小功。这种对应的含水量称为最佳含水量。用含水量称为最佳含水量。用WOP表示。表示。2土中水的运动规律土中水的运动规律一、土的毛细性一、土的毛细性如如果果把把一一块块干干土土下下部部与与水水接接触触，看看到到水水分分向向块块上上部部浸浸润润，开开始始上上升升速速度度快快，后后来来变变慢慢，达达到到某某一一高高度度时时，趋趋于于停停止止，这这就就是是土土的的毛细现象。毛细现象。存存在在与与土土的的毛毛细细管管孔孔隙隙中中的的水水，在在表面张力作用下，沿着毛细孔隙各个方向运动的表面张力作用下，沿着毛细孔隙各个方向运动的性能称为毛细性。性能称为毛细性。GB/T5027998（毛细管水）：毛细管水）：由于土的表面张力，土体中受毛细管作用保持由于土的表面张力，土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。：存在于：存在于0.0020.5mm孔隙中孔隙中：研究土的毛细性主要是针对具：研究土的毛细性主要是针对具有这类细小孔隙的细砂土，粉土类土的。有这类细小孔隙的细砂土，粉土类土的。：毛毛细细水水的的上上升升高高度度是是表表征征毛毛细细性性的的主主要要指指标标，上上升升高高度度越越高高，毛毛细细性性越越明明显。显。：由由于于土土粒粒间间接接触触面面上上部部分分水水的的毛毛细细压压力力而而形形成成,这这与与粘粘性性土土中中粒粒间间的的粘粘聚聚力力不同。不同。：颗粒大小、孔隙大：颗粒大小、孔隙大小、土粒形状、矿物成分、水溶液性质。小、土粒形状、矿物成分、水溶液性质。：使使土土含含水水量量增增大大，引引起起强强度度和和变变形形变变化化（向向不不利利方方面面变变化化笔笔者者），由此产生建筑物的不稳定。如土的沼泽化，盐渍化。由此产生建筑物的不稳定。如土的沼泽化，盐渍化。二、土的渗透性二、土的渗透性渗渗透透：土土孔孔隙隙中中的的自自由由水水在在水水头头差差作作用用下下穿穿过过孔孔隙的现象称为渗透。隙的现象称为渗透。GB/T50279-98以以渗渗透透系系数数来来反反映映土土体体透透水水的的能力。能力。渗渗透透性性（透透水水性性）：土土中中的的自自由由水水能能在在孔孔隙隙中中渗渗透流动的性能称为渗透性或透水性。透流动的性能称为渗透性或透水性。1、达达西西定定律律：（H.Darcy定定律律）：根根据据砂砂土土的的试试验结果得到验结果得到：由由于于土土孔孔隙隙细细小小，流流速速较较小小，可可认认为为（假定）是（假定）是层流（流线相互平行的流动）层流（流线相互平行的流动）。：水在土中的渗透速度与水力坡降成正比：水在土中的渗透速度与水力坡降成正比：根据砂土试验得到：根据砂土试验得到：V=klq=kiAV：渗透（流）速度（渗透（流）速度（m/s）；）；i：水水力力坡坡降降，即即沿沿着着水水流流方方向向单单位位长长度度方方向向的的水水头差；头差；k：渗透系数（渗透系数（m/s）；）；q：渗透流量，单位时间内流过土截面渗透流量，单位时间内流过土截面A的流量。的流量。q=k(m/s)i(无量纲无量纲)A（m2）=q(m3/s)达达西西定定律律只只适适用用于于层层流流，故故一一般般适适于于砂砂土土，粘粘土土存存在在大大量量结结合合水水，土土中中自自由由水水受受到到结结合合水水的的粘滞阻力，只有克服这一阻力才开始渗透流。粘滞阻力，只有克服这一阻力才开始渗透流。io,克克服服结结合合水水粘粘滞滞阻阻力力的的需需要的水力坡降称为粘性土的起始水力坡降。要的水力坡降称为粘性土的起始水力坡降。粘粘性性土土中中应应按按下下面面修修正正后后的的达达西西定定律律计计算算渗渗透速度：透速度：Vk(i-io)强透水性强透水性k10-5m/s中透水性中透水性k=10-510-7m/s相对不透水性相对不透水性k10-8m/s2、渗透变形渗透变形：渗渗透透水水流流作作用用于于单单位位土土体体内内土土粒粒上的托拽力称为渗透力用上的托拽力称为渗透力用j表示，单位：表示，单位：KN/m3。j=w wi i j j的大小与之成正比的大小与之成正比 渗透变形：在渗透情况下，由于渗透力的存渗透变形：在渗透情况下，由于渗透力的存在，使土中细颗粒受冲击，被带走或局部土体产在，使土中细颗粒受冲击，被带走或局部土体产生移动，导致土体变形的问题。常见的形式有生移动，导致土体变形的问题。常见的形式有流流砂砂(临空条件下动力水等于土的浮重度时临空条件下动力水等于土的浮重度时,)、管涌管涌（动动力力水水大大于于土土的的浮浮重重度度u时时）、潜潜蚀蚀（动动力水将细颗粒带走）和力水将细颗粒带走）和基坑突涌基坑突涌等。等。水在土中渗流，将引起水量流失；土体内部水在土中渗流，将引起水量流失；土体内部应力和结构变化改变建筑物或地基的稳定条件，应力和结构变化改变建筑物或地基的稳定条件，对固结、强度、安全都有重要作用，甚至会造成对固结、强度、安全都有重要作用，甚至会造成事故。如产生泥石流、滑坡等也正是由于渗透力事故。如产生泥石流、滑坡等也正是由于渗透力的作用。的作用。3、水在冻结过程中水分的迁移和积聚、水在冻结过程中水分的迁移和积聚：冻冻土土地地区区随随着着土土中中的的冻冻结结和和融融化化，会会发发生生一一些些独独特特的的现现象象，称称为为冻冻土土现现象象。严严重重影影响建筑物的稳定与安全。响建筑物的稳定与安全。：冻胀和冻融：冻胀和冻融水水分分结结冰冰、体体积积增增大大，4体体积积最最大。大。主主要要由由于于周周围围未未冻冻区区土土中中弱弱结结合合水水向向表表层层冻冻结结区区迁迁移移积积聚聚，使使冻冻结结区区水水分分增增加加，冻冻结结后后的的冰冰晶晶体不断增大。体不断增大。气温升高、土层解冻、积聚上部气温升高、土层解冻、积聚上部冰晶体融化，使土层含水量大大增加，细粒土排冰晶体融化，使土层含水量大大增加，细粒土排水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度降低。降低。三个必要条件三个必要条件 （1）土：细粒土、特别是粉土，粉质粘土）土：细粒土、特别是粉土，粉质粘土等，既有较多的结合水又有较显著的毛细现象，等，既有较多的结合水又有较显著的毛细现象，冻结时水分子迁移和积聚最为强烈，冻胀现象严冻结时水分子迁移和积聚最为强烈，冻胀现象严重。重。（2）水水：当当地地下下水水位位较较高高，毛毛细细水水上上升升高高度度达达到到或或接接近近冻冻结结线线，使使冻冻结结区区得得到到外外部部水水源源补补，发生强烈冻胀现象。发生强烈冻胀现象。（3）温温度度：气气温温缓缓慢慢下下降降，冷冷却却强强度度小小，负负温温持持续续长长，促促使使未未冻冻结结区区水水分分不不断断向向冻冻结结区区转转移移积聚，使土中形成冰夹层，出现时显冻胀现象。积聚，使土中形成冰夹层，出现时显冻胀现象。设计中，一般要求基础底的置与冻结深度以下。设计中，一般要求基础底的置与冻结深度以下。3地基的应力、沉降与承载力地基的应力、沉降与承载力一、概述一、概述支撑建筑物的土层支撑建筑物的土层分为天然地基分为天然地基人工地基：人工加固或处理后的地基、桩基人工地基：人工加固或处理后的地基、桩基与地基接触的建筑物底部称为基础：起与地基接触的建筑物底部称为基础：起“承上启下承上启下”作用，上部荷载通过基础传给地基，作用，上部荷载通过基础传给地基，而地基将产生应力和变形而地基将产生应力和变形地基将有稳定和变地基将有稳定和变形问题。形问题。应力在强度允许范围内应力在强度允许范围内土体稳定土体稳定应应力力超超过过了了（某某一一局局部部）的的土土体体强强度度局局部部破破坏坏范范围围加加大大后后将将产产生生失失稳稳或或滑滑动动承承载载能力极限状态能力极限状态应应力力超超过过了了某某一一允允许许值值而而地地基基未未达达破破坏坏地地基基产产生生了了超超过过允允许许值值的的变变形形影影响响使使用用、外外观观正常使用极限状态。正常使用极限状态。二、地基中的应力二、地基中的应力：土的自重产生：土的自重产生：由载荷产生，附加载荷产生：由载荷产生，附加载荷产生采采用用理理论论：均均质质弹弹性性半半无无限限体体：把把土土示示为为：均均质、连续、各向同性的半无限弹性体。质、连续、各向同性的半无限弹性体。1、土的自重应力计算：、土的自重应力计算：必须知道原地面位置必须知道原地面位置计计算算沉沉降降是是土土骨骨架架的的沉沉降降，因因此此自自重重应应力力水水下下应该用浮重度应该用浮重度。2、附加应力（压力）计算、附加应力（压力）计算（1）集中力下的）集中力下的z（2）矩形基础均布载荷下的矩形基础均布载荷下的z（3）矩形基础三角形载荷下的矩形基础三角形载荷下的z（4）矩形基础水平均布载荷下的矩形基础水平均布载荷下的z3、基地压力计算基地压力计算：建建筑筑物物传传给给地地基基表表面面的的压压力力：大小等于基底面的地基反力大小等于基底面的地基反力：基基础础刚刚度度、地地基基的的变变形形条条件件，当当总总载载荷荷一一定定时时，基基底底压压力力分分布布形形状状对对土土中中应应力力分分布布的的影影响响只只在在一一定定范范围围内内有有影影响，超过响，超过1.52.0基宽时影响已不显著。基宽时影响已不显著。实用基底压力实用基底压力：可近似按直线规律变化。但：可近似按直线规律变化。但在计算基础内力时不能按此简化计算。在计算基础内力时不能按此简化计算。计算公式计算公式（1）中心荷载）中心荷载p=KPa（2）偏心荷载偏心荷载p =(1 )P、M作用基础中心的坚直荷载及弯距，作用基础中心的坚直荷载及弯距，M=PeM=Peee偏心距偏心距WW载面距载面距 W WL、B基础长、宽基础长、宽当当e e0，基底压力梯形分布。基底压力梯形分布。e e 合力作用点距前距合力作用点距前距等于三分点（等于三分点（），），Pmin=0，基底压力三角形分布。基底压力三角形分布。e e 合合力力作作用用点点距距前前距距小小于于三三分分点点（），Pmin 0，基基底底压压力力三三角角形形分分布布，产产生生拉拉力力（不不合合理），在地基计算中不计拉力。理），在地基计算中不计拉力。重力式码头规范重力式码头规范：时时B1=Bee 时时B1=3（M MR R-M-MO O）/V/VK K为合力作用点至码头前趾距离；为合力作用点至码头前趾距离；B1墙底实际受压宽度；墙底实际受压宽度；BB墙底宽度。墙底宽度。对对的限制的限制对非岩石地基：对非岩石地基：即不小于即不小于4分点分点（）。）。对岩石地基：对岩石地基：可不受限制。可不受限制。（3 3）基底附加压力）基底附加压力设设埋埋深深度度为为D D、平平均均重重度度为为r r，基基础础底底面面原原有有自自重重压力为压力为YDYD。P=Po-YDPo基底压力（基底压力（KPKPa a）。）。基底附加压力应减去基底处自重压力。基底附加压力应减去基底处自重压力。三、基础沉降计算三、基础沉降计算认为土的压缩完全是由孔隙中水和气排出造成认为土的压缩完全是由孔隙中水和气排出造成1 1、压缩定律和土的压缩指标：由单向压缩试压缩定律和土的压缩指标：由单向压缩试验，测出土的压缩性指标验，测出土的压缩性指标=HHH1 1eee e1 1e e2 2；ppp p2 2-p-p1 1=压缩系数压缩系数eepp（p p2 2-p-p1 1）H H H1 1 H H1 1CceeCc1g（）HH 1g（）H1Cc压缩指数。压缩指数。体积压缩模量体积压缩模量mv：为单位压力作用下的体积压缩量为单位压力作用下的体积压缩量mv=eemvp（1 1e e1 1）H HH1 1mvpHpH1 1 压压缩缩模模量量ESES是是在在侧侧限限条条件件下下，应应力力pp（p p2 2-p-p1 1）与应变与应变 即即的比值的比值ES（1+e1）ee （1+e1）；）；HHH1 1 HH1 1计算沉降指标计算沉降指标 计算公式计算公式e e1 1、e e2 2、H H1 1、ppp p2 2-p-p1 1 HHH1 1、e e1 1、H H1 1、ppp p2 2-p-p1 1 HHH1 1C Cc c、e e1 1、H H1 1、pp、p p2 2、p p1 1 HHH1 1mv、H1、PHmv P H1Es、H1、PH P H12、Pc:历历史史上上受受过过的的最最大大有有效效压力叫先期固结压力压力叫先期固结压力OCR正常固结正常固结OCR1.0超超固固结结OCR1.0欠欠固固结结OCR1.03、地基沉降计算：地基沉降计算：Shi计算结果应根据实测资料进行修正计算结果应根据实测资料进行修正S msi：不不同同土土质质、不不同同应应力力实实测测沉沉降降与与计计算算沉沉降降比比值值一一般般由由经经验验确确定定，缺缺乏乏经经验验时时应应注注意意积积累累资料、总结经验。资料、总结经验。压缩层深度压缩层深度Z Zn n：Z Zh h处，处，0.20.2；软土软土 0.10.1下式为老规范（工民建下式为老规范（工民建8989年版、港工地基年版、港工地基8787年版）的压缩层深度确定公式年版）的压缩层深度确定公式SSn n0.0250.025SSn n：在：在Z Zn n深度向上取深度向上取1 1m m土层的压缩量。土层的压缩量。四、固结理论四、固结理论砂砂土土：透透水水性性强强，压压缩缩量量小小，一一般般施施工工期期结结束时压缩可完成。束时压缩可完成。粘粘土土：透透水水性性弱弱，压压缩缩量量大大，压压缩缩稳稳定定时时间间长。长。：地基由于增加应力，引起的应：地基由于增加应力，引起的应变随时间变化的全过程叫地基固结。变随时间变化的全过程叫地基固结。GB/T5027998：饱和软粘土承受压力后，土体饱和软粘土承受压力后，土体随孔隙水逐渐排出而减小的过程随孔隙水逐渐排出而减小的过程 研研究究地地基基固固结结过过程程的的理理论论叫叫固固结结理理论，以饱和土单向固结理论为基础。论，以饱和土单向固结理论为基础。1、单单向向固固结结模模型型：孔孔隙隙水水从从一一个个方方向向排排击击（竖向），土体压缩也只是单向（竖向）。（竖向），土体压缩也只是单向（竖向）。有有效效应应力力理理论论：Pu+；：土土骨骨架架上上的的有效应力。有效应力。在在某某一一压压力力下下，饱饱和和土土的的固固结结过过程程也也是是u u（超超静静水水压压力力）不不断断消消散散，附附加加有有效效应应力力不不断断增增加加的的过程。过程。任任一一深深度度，任任一一时时刻刻的的应应力力始始终终遵遵循循有有效效应应力力原理原理。2 2、单向固结理论、单向固结理论基本假定基本假定:(1):(1)土是均质、各向同性饱和体土是均质、各向同性饱和体 (2)(2)土的压缩空气由孔隙减少引起土的压缩空气由孔隙减少引起 土粒、孔隙水本身不可压缩土粒、孔隙水本身不可压缩 土的压缩系数土的压缩系数a a视为常量视为常量CvCv=(3)(3)土的压缩、排水仅在竖向产生土的压缩、排水仅在竖向产生k k、a a不变则不变则（4 4）孔隙水排水符合达西定律）孔隙水排水符合达西定律,在整个固结过程在整个固结过程中中CvCv不变渗透系数不变渗透系数K K为常量为常量（5 5）地面上作用着连续均布载荷）地面上作用着连续均布载荷,是一次瞬时是一次瞬时施加。施加。由于孔隙被水充满，根据连续条件，在由于孔隙被水充满，根据连续条件，在dtdt时间内，单元体积的减少应等于流出与流入该时间内，单元体积的减少应等于流出与流入该单元体中的水量之差。由此可得单向固结微分单元体中的水量之差。由此可得单向固结微分方程：方程：；Cv单元体内孔隙水压力在单位时间内的变化率单元体内孔隙水压力在单位时间内的变化率（）。）。单单元元体体积积内内，孔孔隙隙水水压压力力（孔孔压压）在在Z长长度度上上的变化速度（的变化速度（）的变化率（）的变化率（）。）。U=(m，正奇数正奇数1、3、5)Tv=；HH排排水水量量大大距距离离，单单面面排排水水为为土土层层厚厚度度；双双面排水易为土层厚度之半。面排水易为土层厚度之半。e=2.7182e=2.7182当取当取m m1 1时时u实际工程、砂井工程是空间问题（即轴对称问题）。实际工程、砂井工程是空间问题（即轴对称问题）。3 3、固结度、固结度 在在某某一一固固结结应应力力下下，经经t t时时间间后后，土土体体发发生生固固结结或或孔孔隙隙水水应应力力消消散散的的程程度度。GB/T50279GB/T502799898：饱饱和和土土层层或或土土样样在在某某一一载载荷荷下下的的固固结结过过程程中中，某某一一时时刻刻的的孔孔隙隙水水压压力力平平均均消消散散值值或或压压缩缩量量与与初初始始孔孔隙隙水水压压力力或或最最终终压压