土力学与基础工程-第二章.ppt

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1、道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土力学与土力学与地基基础地基基础主讲：吉力此且 工程师/全国注册二级建造师四川科技职业学院四川科技职业学院 土木与建筑工程土木与建筑工程学院学院道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础第一章 土的性质及工程分类1.1 土的组成与形成土的组成与形成1.2 土的物理性质指标土的物理性质指标1.3 土的物理状态指标土的物理状态指标1.4 土的结构与构造土的结构与构造1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 土土的现场鉴别的现场鉴别1.7 土的击实性土的击实性1.8 土的渗透性土的渗透性道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土土：狭狭义义：土土是是指指岩岩石石风风化化

2、后后的的产产物物，即即指指覆覆盖盖在在地地表表上上碎碎散散的的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。物。广义：土则是将整体岩石也视为土广义：土则是将整体岩石也视为土风化风化岩石岩石地球地球颗粒堆积物颗粒堆积物地球地球搬运、沉积 1 土的形成土的形成1.1 土的形成与组成道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用1.1 土的形成与组成 2 土的组成土的组成道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础物理状态力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 1.1 土的形成与组成 3

3、 土中的固体颗粒土中的固体颗粒道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.1 土的固体颗粒粒组土颗粒土颗粒巨粒巨粒(200mm)粗粒粗粒(0.075200mm)细粒细粒(0.075mm)卵石或碎石颗粒卵石或碎石颗粒(20200mm)圆砾或角砾颗粒圆砾或角砾颗粒(220mm)砂砂(0.0752mm)粉粒粉粒(0.0050.075mm)粘粒粘粒(5，Cc13 道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.3 土的固体颗粒颗粒级配分析方法颗粒分析试验颗粒分析试验 筛分法：筛分法：粒径粒径600.075mm 静水沉降法（沉降分析法）：静水沉降法（沉降分析法）：粒径粒径0.075mm道路与桥梁工程研究

4、所 土力学与地基基础1.3.3 土的固体颗粒筛分法筛分法筛析机105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线筛分法筛分法道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土

5、的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土不均匀土；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 1,级配级配 不良的土不良的土道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4.1 土中水和气土中水土中水-土中水是土的液体相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。道路与桥

6、梁工程研究所 土力学与地基基础1.4.1 土中水和气土中水土中水自由水自由水 结合水结合水 强结合水强结合水 弱结合水弱结合水 重力水重力水 毛细水毛细水结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。结晶水结晶水结晶水：土粒矿物内部的水。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础2.2.2 土中水和气强强结结合合水水-具具有有极极大大的的粘粘滞滞度度、弹弹性性和和抗抗剪剪强强度度、不不能能传传递递静水压力。性质跟固体相似。静水压力。性质跟固体相似。弱结合水弱结合水自自由由水水-可可以以传传递递静静水水压压力力 、能能溶溶解盐类。解盐类。道路与桥梁

7、工程研究所 土力学与地基基础1.4.2 土中水和气自由水毛细水：存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。重力水：存在于地下水位以下的透水土层中的水。当存在水头差时将产生流动。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础毛细水：存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。1.4.3 土中水和气毛细水道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础毛细管水上升高度的影响因素n孔隙大小和形状孔隙大小和形状n 粒径尺寸粒径尺寸n 水的表面张力水的表面张力1.4.2 土中水和气毛细水道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。

8、它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用。n应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计 1.4.3 土中水和气重力水道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4.4 土中水和气土中气 与大气相通与大气相通无影响，易挤出无影响，易挤出与大气不相通（空气、水气、天然气）与大气不相通（空气、水气、天然气）压力作用下可压缩或融解压力作用下可压缩或融解 封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹封闭气体对土的性质有较大影响，导致

9、渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(松松密程度、干湿程度、轻重程度密程度、干湿程度、轻重程度)力学特性力学特性直接影响直接影响表表示示1.2 土的物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标 表表示示土土的的三三相相组组成成部部分分质质量量、体体积积之之间间的的比比例例关关系系的的指指标标，称称为为土土的的三三相相比比例例指

10、指标标。主主要要指指标标有有：比比重重、天天然然密密度度、含含水水量量（这这三三个个指指标标需需用用实实验验室室实实测测）和和由由它它们们三三个个计计算算得得出出的的指指标标干密度、饱和密度干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比孔隙率、孔隙比和和饱和度饱和度。注注意意：土土的的三三相相比比例例指指标标是是其其物物理理性性质质的的反反映映，但但与与其其力力学学性性质质有有内内在在联联系系，显显然然固固相相成成分分的的比比例例越越高高，其其压压缩缩性性越越小小，抗抗剪强度越大，承载力越高。剪强度越大，承载力越高。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标道路与桥梁工程研究所 土力学与

11、地基基础1.2 土的物理性质指标土粒相对密度土粒比重（土粒相对密度）：土粒密度与4时纯水的密度之比，一般用ds表示，无量纲。即：土土粒粒比比重重决决定定于于土土的的矿矿物物成成分分，同同一一种种类类的的土土，其其比比重重变化幅度很小。变化幅度很小。试验室内用比重瓶测定。试验室内用比重瓶测定。土的名称土的名称砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土粉质粘土粉质粘土 粘土粘土土粒比重土粒比重2.652.69 2.702.712.722.732.742.76道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标天然密度n天然密度天然密度 ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为：天然状态下，单位体积土的质

12、量，单位为g/cm3或或t/m3，即：，即：天天然然密密度度取取决决于于土土粒粒密密度度、孔孔隙隙体体积积、孔孔隙隙水水质质量量等等，综综合合反反映映了了土土的的物物质质组组成成与与结结构构特特征征，其其变变化化范范围围较较大大。一一般般粘粘性性土土=1.82.0g/cm3；砂砂土土=1.62.0g/cm3。天天然然密密度度一一般般用用“环刀法环刀法”测定测定。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标天然密度道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标含水量n土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：n含含水水量量反反映映土土

13、中中水水的的含含量量多多少少，其其变变化化范范围围很很大大。土土的的含含水水量量对对粘粘性性土土、粉粉土土的的影影响响较较大大，对对砂砂土土稍稍有有影影响响，对对碎碎石石土土没没有有影影响响。一一般般说说来来，同同一一类类土土，当当其其含含水水量量增增大大时时，强强度度就就降降低低。试试验验室室内内一一般般用用“烘烘干干法法”确定。确定。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标含水量道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标干密度和干容重干密度d（干容重d）n定义：单位体积内土粒的质量或重量。n表达式：道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的

14、物理性质指标饱和密度和饱和容重饱和密度sat（饱和容重sat）n定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量。n表达式：道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标浮密度和浮容重n定义：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差。n表达式：浮密度 （浮容重 ）道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标密度道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标孔隙比与孔隙率n土的孔隙比e：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。即：n土土的的孔孔隙隙率率n：土土中中孔孔隙隙所所占占体体积积与与总总体体积积之之比比，孔孔隙隙率用

15、百分数表示。即：率用百分数表示。即：道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标孔隙比和孔隙率 e是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般e1.0的土是疏松的高压缩性土。一般来说粗粒土的孔隙率大，细粒土的孔隙率小。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标饱和度n土的饱和度土的饱和度Sr:土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分率计，即：以百分率计，即：砂土湿度状态砂土湿度状态稍湿稍湿很湿很湿饱和饱和饱和度饱和度Sr/%Sr505080道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性

16、质指标指标换算 例1：已知 V=60cm3，m=114g，ds=2.67，ms=92g 试求，d，sat，w，e，Sr 例2：已知某饱和土样 ds=2.73，sat=1.82g/cm3 试求 e 例3：某填方工程，V=30000 m3，要求压实干密度 d=1.7t/m 3，现有土料天然密度=1.64t/m 3，含水量w=15%。试求 需要填多少方土？道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3 土的物理状态n无无粘粘性性土土的的土土粒粒之之间间的的联联结结微微弱弱，因因此此其其工工程程性性质质主主要与密实度有关；要与密实度有关；n粘粘性性土土颗颗粒粒很很细细，比比表表面面积积大大，水水对对其其

17、性性质质影影响响较较大大，因此其工程特性主要取决于稠度。因此其工程特性主要取决于稠度。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.1 无粘性土的密实度无粘性土的密实度指的是无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土碎石土和砂土的疏密程度。的疏密程度。密实的无粘性土由于密实的无粘性土由于压缩性压缩性小，小，抗剪强度抗剪强度高，高，承载力承载力大，可作为大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易

18、产生变形，且强度也低，很难作天然地基。容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。密实度的评价方法有三种：密实度的评价方法有三种：1、室内测试孔隙比确定室内测试孔隙比确定相对密实度相对密实度的方法的方法 2、利用利用标准贯入试验标准贯入试验等原位测试方法等原位测试方法 3、野外观测方法野外观测方法（用于碎石土）（用于碎石土）道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.1 无粘性土的密实度n相对密实度：砂土的密实程度并不完全取决于天然孔隙比，而很大程度上取决于土的级配情况，相对密实度同时反映了孔隙比和级配的影响，以Dr表示。最最小小孔孔隙隙比比是是最最紧紧密密状状态态的的孔孔隙隙比比，用用“振振

19、击击法法”测测定定。最最大大孔孔隙隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用“松砂器法松砂器法”测定。测定。密密 实实 中中 密密松松 散散D Dr r 0.670.670.330.33 D Dr r0.670.67D Dr r 3030N1515N10N10道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 碎石土的密实度 碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密、稍密、松散四种。1.3.1 无粘性土的密实度野外观测法道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础道路与桥梁工程研究

20、所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的物理特性流动状态可塑状态固体状态 半固体状态 刚刚沉沉积积的的粘粘土土，本本身身不不能能保保持持其其形态，极易流动形态，极易流动 外外力力作作用用可可改改变变其其形形状状，而而不不改改变变其其体体积积，并并在在外外力力卸卸除除后后仍仍能能保保持持已已获获得得的形状的形状 水水分分蒸蒸发发，上上覆覆沉沉积积层层厚厚度度增增加加，含含水水率率减减小小，体积收缩。体积收缩。含含水水率率减减小小,丧丧失失可可塑塑性性，在在外外力力作作用用下下，易于发生破裂。易于发生破裂。体体积积不不再再收收缩缩，空空气气进进入入土土体体，土的颜色变淡。土的颜色变淡。道路与桥梁工

21、程研究所 土力学与地基基础固态或固态或半固态半固态塑态塑态 流态流态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水含水量含水量w土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的稠度与界限含水量n粘性土粘性土0 ws w p w L固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态 稠稠度度：粘粘性性土土因因含含水水量量的的不不同同表表现现出出不不同同的的稀稀稠稠、软软硬硬状状态的性质称为粘性土的稠度。态的性质称为粘性土的稠度。粘性土的稠度反映土中水的形态道

22、路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的稠度与界限含水量n粘性土粘性土0 ws w p w L固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限液限液限缩限缩限粘性土的粘性土的界限含水量界限含水量：同同一一种种粘粘性性土土随随其其含含水水量量的的不不同同，而而分分别别处处于于固固态态、半半固固态态、可可塑塑状状态态及及流流动动状状态态。由由一一种种状状态态转转变变到到另另一一种种状态的分界含水量，叫界限含水量（状态的分界含水量，叫界限含水量（Atterberg 1911）。）。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础界限含水量的测定方法界限含水量的测定方法：塑限：搓条法

23、塑限：搓条法 液限：锥式液限仪（碟式液限仪）。液限：锥式液限仪（碟式液限仪）。1.3.2 粘性土的稠度与界限含水量0 ws wp w L固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限液限液限缩限缩限道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 搓条法 锥式液限仪1.3.2 粘性土的稠度与界限含水量道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，塑状态时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好

24、。范围越大，土的可塑性越好。塑性指数：塑性指数：指指液限和塑限液限和塑限的差值（省去的差值（省去%号），即土处在可塑状态号），即土处在可塑状态的的含水量含水量变化范围，用变化范围，用IP表示。表示。塑塑性性指指数数是是粘粘性性土土的的最最基基本本、最最重重要要的的物物理理指指标标，其其大大小小取取决决于于吸吸附附结结合合水水的的能能力力，即即与与土土中中粘粘粒粒含含量量有有关关，粘粘粒粒含含量量越越高高，塑塑性性指指数越高（粘土矿物成分、水溶液）。数越高（粘土矿物成分、水溶液）。1.3.2 粘性土的塑性指数与液性指数道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础IP粘粒含量粘粒含量蒙脱石蒙脱石高岭石高

25、岭石伊利石伊利石蒙脱石蒙脱石粘粒含量粘粒含量IPIP与矿物成分的关系与矿物成分的关系1.3.2 粘性土的塑性指数与液性指数道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的塑性指数与液性指数土的名称土的名称 粉质粘土粉质粘土粘土粘土塑性指数塑性指数 10 IP 17道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的塑性指数与液性指数液性指数：液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用比，用IL表示。即表示。即 液液性性指指数数表表证证天天然然含含水水量量与与界界限限含含水水量量间间的的相相对对关关系系，可可塑塑状状态态的

26、的土土的的液液性性指指数数在在01之之间间；液液性性指指数数大大于于1，处处于于流流动动状状态态；液性指数小于液性指数小于0，土处于固态或半固体状态。，土处于固态或半固体状态。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的塑性指数与液性指数状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑液性指数液性指数IL 000.250.250.750.751.0IL 1.0道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的天然稠度道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的塑性指数与液性指数注 意 由由于于液液限限和和塑塑限限目目前前都都是是用用扰扰动动土土测测定定的的，

27、土土的的结结构构已已彻彻底底破破坏坏，而而天天然然土土一一般般在在自自重重作作用用已已有有很很长长的的历历史史，它它获获得得了了一一定定的的结结构构强强度度，以以至至于于土土的的天天然然含含水水率率大大于于它它的的液液限限也也未未必必一一定定会会发发生生流流动动。含含水水率率大大于于液液限限只只是是意意味味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度土的结构性对强度的这种

28、影响，可用灵敏度 衡量：衡量：式中式中qu，qu 原状、重塑试样的无侧限抗压强度。原状、重塑试样的无侧限抗压强度。1.3.2 粘性土的灵敏度和触变性灵敏度和触变性道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的灵敏度与触变性土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后的强度降低就越明显。根据灵敏度将饱和粘性土分为：低灵敏低灵敏中灵敏中灵敏高灵敏高灵敏1 St 2 2 4道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 粘性土的灵敏度与触变性触变性触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称为触变扰动停止后，强

29、度又随时间增大，这种特性称为触变性。性。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造土的结构n土的结构性土的组成与物理性质并不能完全决定土的性质，土的结构对土的性质具有很大的影响，这种特性称为土的结构性（土粒的空间相互排列以及土粒之间的联结特征）。n单粒结构、蜂窝状结构、絮状结构。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造单粒结构n特点：土粒间存在点与点的接触，随着它的形成条件的不同，可形成密实的或者疏松的状态。（碎石土和砂土）道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造单粒结构n疏松状态：在荷载作用下，特别是在震动荷载作用下会使土粒移向更稳定

30、的位置而更加密实，同时产生较大的变形。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造单粒结构n密实状态：比较稳定，力学性质好，粗砂土如砂土、砾石等土类的结构特征。单单粒粒结结构构的的松松密密程程度度取取决决于于矿矿物物成成分、颗粒形状、级配情况。分、颗粒形状、级配情况。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造蜂窝结构n土土粒粒下下沉沉过过程程中中，土土粒粒间间的的分分子子吸吸力力大大于于下下沉沉土土粒粒重重量量形形成成链链环环状状单单元元，很很多多这这样样的的链链环环状状单单元元联联接接起起来来，便便形形成成孔孔隙隙较较大大的的蜂蜂窝窝状状结结构构，蜂蜂窝窝状

31、状结结构常在构常在粉土、粘土类粉土、粘土类中遇到。中遇到。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造絮状结构n微微小小的的粘粘粒粒，重重量量极极轻轻，靠靠其其自自重重在在水水中中下下沉沉，极极为为缓缓慢慢，由由于于土土粒粒间间的的吸吸引引力力形形成成土土粒粒集集合合体体团粒而下沉。团粒而下沉。n主要存在于海积粘土中。主要存在于海积粘土中。n孔孔隙隙很很大大，强强度度低低、压压缩缩性性高高、对对扰扰动动比比较较敏敏感感，土土粒粒间间的的联联接接强强度度会会由由于于压压密密和和胶胶结结作作用用而而逐逐渐得到加强。渐得到加强。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与

32、构造土的结构 三种结构中密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状为其次，絮状结构土工程性质最差。后两种结构土，如果因振动其天然结构被破坏的话，强度很低，压缩性大。因此未经处理不能作为天然地基。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的结构与构造土的构造n 裂隙、节理构造n 粘性土或淤泥质粘性土夹层 层理构造道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n我我国国的的分分类类方方法法至至今今尚尚未未统统一一，不不同同的的部部门门根根据据各各自自行行业业特特点点建建立立了了各各自自的的分分类类标标准准。一一般般对对粗粗粒粒土土主主要要按按颗颗粒粒组组成成进进行行分分类类，粘性土则按塑性指数分类。粘性

33、土则按塑性指数分类。n目目前前国国内内应应用用于于对对土土进进行行分分类类的的标标准准、规规程程（规规范范）主主要要有有以以下下几种：几种：（1）建设部）建设部土的分类标准土的分类标准（GBJ145-90）（2）建设部）建设部建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）（3）交通部）交通部公路土工试验规程公路土工试验规程（JTJ051-93）（4）水利部）水利部土工试验规程土工试验规程（SL237-1999）1.5 地基土的工程分类道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 一、岩石一、岩石 定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。按坚固性分为：硬质岩石、软质岩石。按岩石风

34、化程度分为：微风化、中等风化、强风化。按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。1.5 地基土的工程分类道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 二、碎石土二、碎石土二、碎石土二、碎石土 1、定义定义：粒径：粒径d2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土。的土。2、分类依据分类依据：土的粒组含量及颗粒形状。：土的粒组含量及颗粒形状。3、定名定名：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。4、工工程程性性质质：根根据据骨骨架架颗颗粒粒含含量量占占总总重重的的百百分分比比，颗颗粒粒的的排排列列，可挖性与可钻性分为密实、中密、稍密三等。可挖性与可钻性分为密实、中密

35、、稍密三等。常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。1.5 地基土的工程分类道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范中的碎石土分类中的碎石土分类1.5 地基土的工程分类道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土的名称土的名称颗粒级配颗粒级配砾砂砾砂粒径大于粒径大于2mm的颗粒占全重的颗粒占全重25-50%。粗砂粗砂粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒超过的颗粒超过全重全重50%。中砂中砂粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒超的颗粒超过全重过全重50%。细砂细砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超的颗粒超

36、过全重过全重85%。粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超的颗粒超过全重过全重50%。1.5 地基土的工程分类三、砂土三、砂土三、砂土三、砂土 1、定定义义：粒粒径径d2mm的的颗颗粒粒含含量量不不超超过过全全重重的的50%，且且粒粒径径d0.075mm的的颗颗粒粒超超过过全全重重50%的土。的土。2、密密实实度度：密密实实、中中密密、稍稍密密、松散四状态。松散四状态。3、工程性质工程性质：砾砂、粗砂、中：砾砂、粗砂、中砂一般为良好地基；细砂、粉砂砂一般为良好地基；细砂、粉砂具体分析。具体分析。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.5 地基土的工程分类 四、粉土四、粉土四、粉土四、

37、粉土1.定定义义：粒粒径径d0.075mm的的颗颗粒粒含含量量不不超超过过全全重重50%，且且Ip10的的土。土。2.组成组成：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。3.分分类类：根根据据粒粒径径d0.005mm的的颗颗粒粒含含量量是是否否超超过过全全重重10%，分分为粘质粉土、砂质粉土。为粘质粉土、砂质粉土。4.密实度密实度：密实：密实(e0.75)、中密、中密(0.75e1为为松松散散状状态态，属属软软弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土的名称土的名称 粉

38、质粘土粉质粘土粘土粘土塑性指数塑性指数 10 IP 17状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑液性指数液性指数IL 000.250.250.750.751.0IL 1.0n粘粘性性土土是是指指粒粒径径小小于于0.005mm的的颗颗粒粒含含量量占占大大多多数数，塑塑性性指指数数Ip10。1.5 地基土的工程分类道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n特殊性土特殊性土 (1)淤泥和淤泥质土（软土）淤泥和淤泥质土（软土）天然含水量大于液限、天然孔隙比大于天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1。(2)红粘土红粘土 碳酸盐类岩石风化残积、坡积而成，天然孔隙比碳酸盐类岩石风化残积、坡积而成，天然孔

39、隙比 大于大于1、含水量接近液限。、含水量接近液限。(3)人工填土人工填土 a、素填土素填土 b、杂填土杂填土 c、冲填土冲填土 (4)黄土黄土 (5)膨胀土膨胀土 (6)盐渍土盐渍土1.5 地基土的工程分类道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.6 土的现场鉴别n在勘探过程中取得的土样，必须及时用肉眼鉴别，初在勘探过程中取得的土样，必须及时用肉眼鉴别，初步确定土的名称、颜色、状态、湿度、密度、含有物、步确定土的名称、颜色、状态、湿度、密度、含有物、工程地质特征等，作为划分土层，进行工程地质分析工程地质特征等，作为划分土层，进行工程地质分析和评价的依据。

40、和评价的依据。n以教材以教材P25P25为准讲解为准讲解道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7 土的压实原理n土土的的压压实实性性指指在在一一定定的的含含水水率率下下，以以人人工工或或机机械械的的方方法法，使使土土体能够压实到某种密实程度的性质。体能够压实到某种密实程度的性质。n土土工工建建筑筑物物，如如土土坝坝、土土堤堤及及道道路路填填方方是是用用土土作作为为建建筑筑材材料料填填筑筑而而成成，为为了了保保证证填填土土有有足足够够的的强强度度，较较小小的的压压缩缩性性和和透透水水性性。在在施施工工中中常常常常需需要要压压密密填填料料，以以提提高高土土的的密密实实度度和和均均匀匀性性。填填

41、土的密实度常以其土的密实度常以其干密度干密度来表示。来表示。n在实验室内研究土的压实性是通过在实验室内研究土的压实性是通过击实试验击实试验进行的。进行的。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7.1 土的压实原理击实试验轻型：粒径小于轻型：粒径小于5 5毫米毫米重型：粒径小于重型：粒径小于2020毫米毫米25下，分三层击实下，分三层击实56下，分下，分5 5层击实层击实道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7 土的压实原理道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础击实仪道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7.2 影响击实效果的因素n含水量的影响n击实功能的影响n粗粒含量的影响n土类和

42、级配的影响道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 含水率的影响含水率的影响n当当含含水水率率较较小小时时，土土的的干干密密度度随随着着含含水水率率的的增增加加而而增增大大，而而当当干干密密度度增增加加到到某某一一值值后后，含含水水率率继继续续增增加加反反而而使使干干密密度度减减小小。干干密密度度的的这这一一最最大大值值称称为为该该击击数数下下的的最最大大干干密密度度，此此时时对对应应的的含含水水率率称为称为最优含水率最优含水率。1.7.2 影响击实效果的因素道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7.2 影响击实效果的因素1、土土料料的的最最大大干干密密度度和和最最优优含含水水率率不不是是常

43、常数数。最最大大干干密密度度随随击击数数的的增增加加而而逐逐渐渐增增大大，最最优优含含水水率率则则逐逐渐渐减减小小。但但是是这这种种增增大大或或减减小小的的速速率率是是递递减减的的，因因而而光光靠靠增增加加击击实实功功能能来来提提高高土土的的干干密密度度是是有有一定限度的。一定限度的。2、含含水水率率较较低低时时击击数数的的影影响响显显著著。当当含含水水率率较较高高时时，含含水水率率与与干干密密度度的的关关系系曲曲线线趋趋近近于于饱饱和和线线，也也就就是是说说，这这时时提提高高击击实实功功能能是是无无效效的的。填填料料的的含含水水率率过过高高和和过过低低都都是是不不利利的的，过过高高恶恶化化土

44、土体体的的力力学学性性质质，过过低则填土遇水后容易引起湿陷。低则填土遇水后容易引起湿陷。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土类和级配的影响：1.同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指数越大，越难于压实；2.对于无粘性土，含水率对压实性的影响没有像粘性土那么敏感，其击实曲线与粘性土不同，在含水率较大时得到较高的干密度。因此在无粘性土的实际填筑中同时需要不断洒水使其在较高含水率下压实。无粘性土通常用相对密实度来控制，一般不进行击实试验；3.级配良好的土易于压实，反之则不易压实。1.7.2 影响击实效果的因素道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7.3 砂土液化砂土液化n液化：任何

45、物质转化为液体的行为或过程。就无粘性土而言，这种由固体状态变为液体状态的转化是由于孔隙水压力增大和有效应力减小的过程。（美国土木工程协会岩土工程分部土动力学委员会）道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.8 土的渗透性n渗透：渗透：土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象称为称为水的渗透水的渗透，而土被水流透过的性质，称为，而土被水流透过的性质，称为土的渗透土的渗透性性。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础(a)(b)图图 不同渗流方向对土的影响不同渗流方向对土的影响(a)向下渗流时向下渗流时 (b)向上渗流时向上渗流时道路与桥梁工程研究所 土力

46、学与地基基础1.8 土的渗透性n水水在在土土体体中中的的渗渗透透，一一方方面面会会造造成成水水量量的的损损失失，影影响响工工程程效效益益；另另一一方方面面将将引引起起土土体体内内部部的的应应力力状状态态的的变变化化，从从而而改改变变水水工工建建筑筑物物或或地地基基的的稳稳定定条条件件，严严重重时时还还会会酿酿成破坏事故。成破坏事故。n土土的的渗渗透透性性的的强强弱弱，对对土土体体的的固固结结、强强度度以以及及工工程程施施工工都有非常重要的影响都有非常重要的影响 。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，由于土中孔隙一般非常微小，水在土体

47、中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢流速缓慢 层流层流水水在在土土中中的的渗渗透透速速度度和和试试样样两两端端水水面面间间的的水水位位差差成成正正比比，而而与与渗渗径径长长度成反比度成反比 1.8.1 土的渗透定理达西定律道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础nv 渗透速度（渗透速度（cm/s或或m/s）；）；nq 渗流量（渗流量（cm3/s后后m3/s）；）；ni 水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次；水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次；nh 试样两端的水位差，即水头损失；试样两端的水位差，即水头损失；nL 渗径长度；渗径长度；nk 渗透系数（渗透系数（cm/s或或m/s,

48、m/d）；）；nF 试样截面积（试样截面积（cm2或者或者m2）。）。1.8.1 土的渗透定理达西定律道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础砂土砂土的渗透速度与水力梯的渗透速度与水力梯度呈线性关系，符合达西度呈线性关系，符合达西渗透定律。渗透定律。1.8.1 土的渗透定理达西定律道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础对对于于密密实实的的粘粘土土，由由于于吸吸着着水水具具有有较较大大的的粘粘滞滞阻阻力力，因因此此，只只有有当当水水力力梯梯度度达达到到某某一一数数值值后后，克克服服了了吸吸着着水水的的粘粘滞滞阻阻力力以以后后，才才能能发发生生渗渗透透。这这一一开开始始发发生生渗渗透透时时的的水水力

49、力梯梯度度成成为为粘性土的起始水力梯度粘性土的起始水力梯度i01.8.1 土的渗透定理达西定律ivoi0道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础在在粗粗粒粒土土中中（砾砾、卵卵石石等等），只只有有在在小小的的水水力力梯梯度度下下，渗渗透透速速度度与与水水力力梯梯度度才才呈呈非非线线性性关关系系，而而在在较较大大的的水水力力梯梯度度下下，水水在在土土中中流流动动进进入入紊紊流流状状态态，渗渗透透速速度度与与水水力力梯梯度度呈呈非非线线性性关关系系，此此时时达达西西定律同样不能适用。定律同样不能适用。1.8.1 土的渗透定理达西定律ivovcr道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础注 意n按按照照达

50、达西西定定律律求求出出的的渗渗透透速速度度是是一一种种假假想想的的平平均均流流速速，它它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的。n实实际际上上，水水在在土土体体中中的的实实际际流流速速要要比比用用达达西西定定律律求求出出的的流流速要大得多。他们之间的关系为速要大得多。他们之间的关系为 道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指标。渗透系数的测定可以分为标。渗透系数的测定可以分为现场试验现场试验和和室内试验室内试验两大类。一两大类。一般，现场试验比室