土力学与基础工程-第二章ppt课件

1、道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土力学与地基根底土力学与地基根底主讲：吉力此且主讲：吉力此且 工程师工程师/ /全全国注册二级建造师国注册二级建造师四川科技职业学院四川科技职业学院 土木与建土木与建筑工程学院筑工程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 土的组成与构成土的组成与构成1.2 土的物理性质目的土的物理性质目的1.3 土的物理形状目的土的物理形状目的1.4 土的构造与构造土的构造与构造1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 土的现场鉴别土的现场鉴别1.7 土的击实性土的击实性1.8 土的浸透性土的浸透性道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土

2、：土： 狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 广义：土那么是将整体岩石也视为土广义：土那么是将整体岩石也视为土岩石岩石地球地球颗粒堆积物颗粒堆积物地球地球搬运、堆积 1 土的构成土的构成1.1 土的构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，起决议作用构成土骨架，起决议作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用1.1 土的构成与组成 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形状力学特性粒径级粒径级配配矿物成矿物

3、成分分颗粒外颗粒外形形 1.1 土的构成与组成 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 土的固体颗粒筛分法筛分法筛析机105.02.01.00

4、.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P105.01.050.010.0050.001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目的的用途：粒径级配累积曲线及目的的用途：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用于断定土的不均匀程度：用于断定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土；不均匀土； Cu 3 或或 Cc

5、 1,级配不延续土级配不延续土4不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc用于断定土的级配优劣：用于断定土的级配优劣： 假设假设 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土；良好的土； 假设假设 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要素，如粘性土的可塑性、紧缩性及其抗剪性等，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在水

6、自在水 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外表的土中水。自在水：存在于土粒外表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 土中水和气强结合水强结合水- -具有极大的粘滞度、具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传送弹性和抗剪强度、不能传送静水压力。性质跟固体类似。静水压力。性质跟固体类似。弱结合水弱结合水自在水自在水- -可以传送可以传送静水压力静水压力 、能溶、能溶解盐类。解盐类。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4.2 土中水和气自在水

7、毛细水： 存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处外表张力作用而产生。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。水和空气交界处外表张力作用而产生。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要素n孔隙大小和外形孔隙大小和外形n 粒径尺寸粒径尺寸n 水的外表张力水的外表张力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在水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解才干，能传送

8、静水和动水压力，并对土粒起浮力作用 。n该当指出，水是土的一个重要组成部分。根据适用观念，普通以为它不接受剪力，但能接受压力和一定的吸力；同时，水的紧缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的紧缩量可以忽略不计 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 压力作用下可紧缩或融解压力作用下可紧缩或融解 封锁气体对土的性质有较大影响，导致浸透性减小，弹封锁气体对土的性质有较大影响，导致浸透性减小，弹性增大，拖延土的紧缩和膨胀变形随时间的开展

9、过程性增大，拖延土的紧缩和膨胀变形随时间的开展过程 。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土的物理形状粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度土的物理性质目的(松密程度、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 土的物理性质目的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 土的物理性质目的 表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的目的，称表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的目的，称为土的三相比例目的。主要目的有：比重、天然密度、含水量为土的三相比例目的。主要目的有：比重、天然密度、含水量这三个目的需用实验室实测和由它们三

10、个计算得出的目的这三个目的需用实验室实测和由它们三个计算得出的目的干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。留意：土的三相比例目的是其物理性质的反映，但与其力学性留意：土的三相比例目的是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联络，显然固相成分的比例越高，其紧缩性越小，抗质有内在联络，显然固相成分的比例越高，其紧缩性越小，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 土的物理性质目的道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的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

11、，普通用ds表示，无量纲。即： 土粒比重决议于土的矿物成分，同一种类的土，其比重土粒比重决议于土的矿物成分，同一种类的土，其比重变化幅度很小。变化幅度很小。 实验室内用比重瓶测定。实验室内用比重瓶测定。w1sw1sss1vmd土的称号土的称号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 土的物理性质目的天然密度n天然密度天然密度 ：天然形状下，单位体积土的质量，单位为：天然形状下，单位体积土的质量，单位为g/cm3或或t/m3，即：，即： 天然密度取决于土粒密

12、度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合天然密度取决于土粒密度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合反映了土的物质组成与构造特征，其变化范围较大。普通粘反映了土的物质组成与构造特征，其变化范围较大。普通粘性土性土= 1.82.0g/cm3；砂土；砂土=1.62.0g/cm3。天然密度普通。天然密度普通用用“环刀法测定环刀法测定 。vswsVVmmVm道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的天然密度道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的含水量n土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，普通用w表示，以百分数计，即： n含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含

13、水量对粘性土、含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。普通说来，同粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。普通说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。实验室内普通用一类土，当其含水量增大时，强度就降低。实验室内普通用“烘干法烘干法确定。确定。 %100swmmw道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的含水量道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的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分量。n表达式： VmsdgVgmdsd道路与桥梁工程研

14、究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的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溢，土处于饱和形状时单位体积土的质量或分量。n表达式： VVmwvssatgVVWsatwvssat道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的浮密度和浮容重n定义：n 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 VVmwssgwsat道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的密度dsat道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的孔隙比与孔隙率n土的孔隙比e ：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙

15、比用小数表示。即： n土的孔隙率土的孔隙率n ：土中孔隙所：土中孔隙所占体积与总体积之比，孔隙占体积与总体积之比，孔隙率用百分数表示。即：率用百分数表示。即：svVVe %100vVVneVVVVVn111vsvveen1nne1道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质目的孔隙比和孔隙率 e是一个重要的物理性目的，可以用来评价天然土层的密度程度。普通e1.0的土是疏松的高紧缩性土。普通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 土的物理性质目的饱和度n土的饱和度土的饱和度Sr: 土中被水充溢的孔隙体积与孔隙总体积之比，土中被水充溢的

16、孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分率计，即：以百分率计，即： %100vwrVVS砂土湿度形状砂土湿度形状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 土的物理性质目的目的换算 例1：知 V=60cm3，m=114g，ds=2.67，ms=92g 试求 ， d， sat，w，e，Sr 例2：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 需求填多少方土？道路与桥梁

17、工程研究所 土力学与地基基础1.3 土的物理形状n无粘性土的土粒之间的结合微弱，因此其工程性质主无粘性土的土粒之间的结合微弱，因此其工程性质主要与密实度有关；要与密实度有关；n粘性土颗粒很细，比外表积大，水对其性质影响较大，粘性土颗粒很细，比外表积大，水对其性质影响较大，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碎石土和砂土的疏密程度。无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于紧缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为密实的无粘性土由于紧缩性小，抗剪强度高，承载力大，可

18、作为建筑物的良好地基。但如处于疏松形状，尤其是细砂和粉砂，其承载建筑物的良好地基。但如处于疏松形状，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有能够很低，由于疏松的单粒构造是不稳定的，在外力作用下很力就有能够很低，由于疏松的单粒构造是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，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相对密实度的方法室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 2、 利用规范贯入实验等原位测试方法利用规范贯入实验等原位测试方法 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

19、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。最小孔隙比是最严密形状的孔隙比，用最小孔隙比是最严密形状的孔隙比，用“振击法测定。最大孔振击法测定。最大孔隙比是土处于最疏松形状时的孔隙比，用隙比是土处于最疏松形状时的孔隙比，用“松砂器法测定。松砂器法测定。minmaxmaxreeeeD密密 实实 中中 密密松松 散散Dr 0.670.33Dr0.67Dr0.33道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础 虽然相对密实度从实际上能反映颗粒级配、颗粒外形等要素。但由于对

20、砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。用规范贯入实验的锤击数来划分砂土的密实度。砂砂 土土 的的 密密 实实 度度1.3.1 无粘性土的密实度规范贯入实验密实度密实度密密 实实中中 密密稍稍 密密松松 散散标贯击数标贯击数N NN3030N1515N10N10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 碎石土更不宜获得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进展察看,根据其骨架颗粒含量、陈列、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所 土力学与地基基础

21、1.3.2 粘性土的物理特性流动形状可塑形状固体形状 半固体形状 刚堆积的粘土，刚堆积的粘土，本身不能坚持其本身不能坚持其形状，极易流动形状，极易流动 外力作用可改动其外形，外力作用可改动其外形，而不改动其体积，并在外而不改动其体积，并在外力卸除后仍能坚持已获得力卸除后仍能坚持已获得的外形的外形 水分蒸发，上覆堆积层水分蒸发，上覆堆积层厚度添加，含水率减小，厚度添加，含水率减小，体积收缩。体积收缩。 含水率减小含水率减小, ,丧失可丧失可塑性，在外力作用下，塑性，在外力作用下，易于发生破裂。易于发生破裂。 体积不再收缩，体积不再收缩，空气进入土体，空气进入土体，土的颜色变淡。土的颜色变淡。道路

22、与桥梁工程研究所 土力学与地基基础固态或半固态固态或半固态塑态塑态 流态流态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自在水自在水含水量含水量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在水自在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形状可塑形状流动形状流动形状 稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬形状的性质称为粘性土的稠度。粘性土的稠度反映土中水的形状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

23、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形状可塑形状流动形状流动形状粘性土的界限含水量：粘性土的界限含水量： 同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑形状及流动形状。由一种形状转变到另一种半固态、可塑形状及流动形状。由一种形状转变到另一种形状的分界含水量，叫界限含水量形状的分界含水量，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

24、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形状可塑形状流动形状流动形状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，可塑性的大小用土处在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塑形状时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的可塑形状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范围越大，土的可塑性越好。变化范围越大，土的可塑性越好。塑性指数：指液限和塑限的差值省去塑性指数：指液限和塑限的差值省去%号，即土处在可塑形状

25、号，即土处在可塑形状的含水量变化范围，用的含水量变化范围，用IP表示。表示。 塑性指数是粘性土的最根本、最重要的物理目的，其大小取决于塑性指数是粘性土的最根本、最重要的物理目的，其大小取决于吸附结合水的才干，即与土中粘粒含量有关，粘粒含量越高，塑吸附结合水的才干，即与土中粘粒含量有关，粘粒含量越高，塑性指数越高粘土矿物成分、水溶液。性指数越高粘土矿物成分、水溶液。pLpwwI1.3.2 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

26、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称号土的称号 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：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用比，用IL表示。即表示。即 pLpLwwwwI液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑形液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑形状的土的液性指数在状的土的液性指数在01之间；液性指数大于之间；液性指数大于1，处于流动形状

27、；，处于流动形状；液性指数小于液性指数小于0，土处于固态或半固体形状。，土处于固态或半固体形状。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形状形状巩固巩固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 0050.751.0IL 1.0道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础pLLcwwwww1.3.2 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 由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的构造由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的构造已彻底破坏，而天然土普通在自重作用已有很长的

28、历史，已彻底破坏，而天然土普通在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的构造强度，以致于土的天然含水率大于它它获得了一定的构造强度，以致于土的天然含水率大于它的液限也未必一定会发生流动。含水率大于液限只是意味的液限也未必一定会发生流动。含水率大于液限只是意味着：假设土的构造遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。着：假设土的构造遭到破坏，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 天然形状的粘性土当受扰动后，其强度降低、紧缩性增大。天然形状的粘性土当受扰动后，其强度降低、紧缩性增大。土的构造性对强度的这种影响，可用灵敏度土的构造性对强度的这种影响，可用灵敏度 衡量：衡量：uutqqStS式

29、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，其构造性越强，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：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停顿后，强度又随时间增大，这种特性称为触变扰动停顿后，强度又随时间增大，这种特性称为触变性。性。道路与

30、桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的构造与构造土的构造n土的构造性土的组成与物理性质并不能完全决议土的性质，土的构造对土的性质具有很大的影响，这种特性称为土的构造性土粒的空间相互陈列以及土粒之间的结合特征。n单粒构造、蜂窝状构造、絮状构造。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的构造与构造单粒构造n特点：n 土粒间存在点与点的接触，随着它的构成条件的不同，可构成密实的或者疏松的形状。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 土的构造与构造单粒构造n疏松形状：n 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的位置而更加密实，同时产生较大的变形。 道路

31、与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的构造与构造单粒构造n密实形状：n 比较稳定，力学性质好，粗砂土如砂土、砾石等土类的构造特征。 单粒构造的松密程度取决于矿物成单粒构造的松密程度取决于矿物成分、颗粒外形、级配情况。分、颗粒外形、级配情况。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的构造与构造蜂窝构造n土粒下沉过程中，土粒间的分土粒下沉过程中，土粒间的分子吸力大于下沉土粒分量构成子吸力大于下沉土粒分量构成链环状单元，很多这样的链环链环状单元，很多这样的链环状单元联接起来，便构成孔隙状单元联接起来，便构成孔隙较大的蜂窝状构造，蜂窝状构较大的蜂窝状构造，蜂窝状构造常在粉土、粘土类中遇

32、到。造常在粉土、粘土类中遇到。 道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的构造与构造絮状构造n微小的粘粒，分量极轻，靠其自微小的粘粒，分量极轻，靠其自重在水中下沉，极为缓慢，由于重在水中下沉，极为缓慢，由于土粒间的吸引力构成土粒集合土粒间的吸引力构成土粒集合体体团粒而下沉。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孔隙很大，强度低、紧缩性高、孔隙很大，强度低、紧缩性高、对扰动比较敏感，土粒间的联接对扰动比较敏感，土粒间的联接强度会由于压密和胶结作用而逐强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。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 土的构造与构造土的构

33、造 三种构造中密实的单粒构造土的工程性质最好，蜂窝状为其次，絮状构造土工程性质最差。后两种构造土，假设因振动其天然构造被破坏的话，强度很低，紧缩性大。因此未经处置不能作为天然地基。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.4 土的构造与构造土的构造 裂隙、节理构造n 粘性土或淤泥质粘性土夹层n 层理构造道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n我国的分类方法至今尚未一致，不同的部门根据各自行业特点建我国的分类方法至今尚未一致，不同的部门根据各自行业特点建立了各自的分类规范。普通对粗粒土主要按颗粒组成进展分类，立了各自的分类规范。普通对粗粒土主要按颗粒组成进展分类，粘性土那么按塑性指数分类。粘性土

34、那么按塑性指数分类。n目前国内运用于对土进展分类的规范、规程规范主要有以下目前国内运用于对土进展分类的规范、规程规范主要有以下几种：几种：n 1建立部建立部GBJ145-90n 2建立部建立部GBJ7-89n 3交通部交通部JTJ051-93n 4水利部水利部SL237-19991.5 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 定义：颗粒间结实结合，呈整体或具有节理裂隙的岩体。 按巩固性分为：硬质岩石、软质岩石。 按岩石风化程度分为：微风化、中等风化、强风化。 按成因分为：岩浆岩、堆积岩、蜕变岩。 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1.5 地

35、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称号土的称号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的颗粒超越的颗粒超越全重全重50%。中砂中砂粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒超的颗粒超越全重越全重50%。细砂细砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超的颗粒超越全重越全重85%。粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超的颗粒超越全重越全重50%。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1.5

36、 地基土的工程分类 四、粉土四、粉土定义：粒径定义：粒径d0.075mm的颗粒含量不超越全重的颗粒含量不超越全重50%，且，且Ip10的土。的土。组成：普通为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。组成：普通为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。分类：根据粒径分类：根据粒径d0.005mm的颗粒含量能否超越全重的颗粒含量能否超越全重10%，分为，分为粘质粉土、砂质粉土。粘质粉土、砂质粉土。密实度：密实密实度：密实(e0.75)、中密、中密(0.75e1为松散形状，属脆弱为松散形状，属脆弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。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

37、基基础土的称号土的称号 粉质粘土粉质粘土粘土粘土塑性指数塑性指数 10 IP 17形状形状巩固巩固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 0050.751.0IL 1.0n粘性土是指粒径小于粘性土是指粒径小于0.005mm的颗粒含量占大多数，塑性指的颗粒含量占大多数，塑性指数数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 n (1) 淤泥和淤泥质土软土淤泥和淤泥质土软土n 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。n (2) 红粘土红粘土n 碳酸盐类岩石风化残积、坡积而成，天然孔隙比

38、碳酸盐类岩石风化残积、坡积而成，天然孔隙比 n 大于大于1、含水量接近液限。、含水量接近液限。n (3) 人工填土人工填土n a、 素填土素填土n b、 杂填土杂填土n c、 冲填土冲填土n (4) 黄土黄土n (5) 膨胀土膨胀土n (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在勘探过程中获得的土样，必需及时用肉眼鉴别，初在勘探过程中获得的土样，必需及时用肉眼鉴别，初步确定土的称号、颜色、形状、湿度、密度、含有物、步确定土的称号、颜色、形状、湿度、密度、含有物、工程地质特征等，作为划分土层，进展

39、工程地质分析工程地质特征等，作为划分土层，进展工程地质分析和评价的根据。和评价的根据。n以教材以教材P25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土的压实性指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土土的压实性指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体可以压实到某种密实程度的性质。体可以压实到某种密实程度的性质。n土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑资料填土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑资料填筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的紧缩性和透水性。筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的紧缩性和透水性。在施工中经常需求压密填料

40、，以提高土的密实度和均匀性。填在施工中经常需求压密填料，以提高土的密实度和均匀性。填土的密实度常以其干密度来表示。土的密实度常以其干密度来表示。n在实验室内研讨土的压实性是经过击实实验进展的。在实验室内研讨土的压实性是经过击实实验进展的。 道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7.1 土的压实原理击实实验轻型：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3947cmV KgG5 . 2cmH5 .3025下，分三层击实下，分三层击实32104cmV KgG5 . 4cmH7 .4556下，分下，分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

41、 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 影响击实效果的要素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当含水率较小时，土的干密度随着当含水率较小时，土的干密度随着含水率的添加而增大，而当干密含水率的添加而增大，而当干密度添加到某一值后，含水率继续度添加到某一值后，含水率继续添加反而使干密度减小。干密度添加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此时对应的含水率称大干密度，此时对应的含水率称为最优

42、含水率。为最优含水率。 1.7.2 影响击实效果的要素道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.7.2 影响击实效果的要素1、土料的最大干密度和最优、土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密含水率不是常数。最大干密度随击数的添加而逐渐增大，度随击数的添加而逐渐增大，最优含水率那么逐渐减小。最优含水率那么逐渐减小。但是这种增大或减小的速率但是这种增大或减小的速率是递减的，因此光靠添加击是递减的，因此光靠添加击实功能来提高土的干密度是实功能来提高土的干密度是有一定限制的。有一定限制的。 2、含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密、含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，

43、含水率与干密度的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。度的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过填料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低那么填土遇水后容易引起湿陷。低那么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 ：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；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践填筑中同时需求不断洒水使

44、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，普通不进展击实实验；级配良好的土易于压实，反之那么不易压实 。1.7.2 影响击实效果的要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01020304050020406080100u/kPa nn液化：任何物质转化为液体的行为或过程。就无粘性土而言，这种由固体形状变为液体形状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 土的浸透性n浸透：土孔隙中的自在水在重力作用下发生运动的景象浸透：土孔隙中的自在水在重力作用下发生运动的景象称

45、为水的浸透，而土被水流透过的性质，称为土的浸透称为水的浸透，而土被水流透过的性质，称为土的浸透性。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 土力学与地基基础1.8 土的浸透性n水在土体中的浸透，一方面水在土体中的浸透，一方面会呵斥水量的损失，影响工会呵斥水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土程效益；另一方面将引起土体内部的应力形状的变化，体内部的应力形状的变化，从而改动水工建筑物或地基从而改动水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿的稳定条件，严重时还会

46、酿成破坏事故。成破坏事故。n土的浸透性的强弱，对土体土的浸透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工的固结、强度以及工程施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由于土中孔隙普通非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，由于土中孔隙普通非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢流速缓慢 层流层流水在土中的浸透速度和水在土中的浸透速度和试样两端水面间的水位试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长差成正比，而与渗径长度成反比度成反比 kiLhkvkiFvFq1.8.1 土的浸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 浸透速度浸透速

47、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，沿渗流方向单位间隔的水头损失，无因次；水力梯度，沿渗流方向单位间隔的水头损失，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 浸透系数浸透系数cm/s或或m/s,m/d；nF 试样截面积试样截面积cm2或者或者m2。1.8.1 土的浸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的浸透速度与水力梯砂土的浸透速度与水力梯度呈线性关系，符合达西度呈线性关系，符合达西浸透定律。浸透定律。1.8.1 土的浸透定理达西定律道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基

48、础对于密实的粘土，由于吸对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，着水具有较大的粘滞阻力，因此，只需当水力梯度到因此，只需当水力梯度到达某一数值后，抑制了吸达某一数值后，抑制了吸着水的粘滞阻力以后，才着水的粘滞阻力以后，才干发生浸透。这一开场发干发生浸透。这一开场发生浸透时的水力梯度成为生浸透时的水力梯度成为粘性土的起始水力梯度粘性土的起始水力梯度i00iikv1.8.1 土的浸透定理达西定律ivoi0道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础在 粗 粒 土 中 砾 、 卵 石在 粗 粒 土 中 砾 、 卵 石等，只需在小的水力梯等，只需在小的水力梯度下，浸透速度与水力梯度下，浸透速度与水力梯

49、度才呈非线性关系，而在度才呈非线性关系，而在较大的水力梯度下，水在较大的水力梯度下，水在土中流动进入紊流形状，土中流动进入紊流形状，浸透速度与水力梯度呈非浸透速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律线性关系，此时达西定律同样不能适用。同样不能适用。1.8.1 土的浸透定理达西定律ivovcr(1)mvkim道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础注 意n按照达西定律求出的浸透速度是一种假想的平均流速，它按照达西定律求出的浸透速度是一种假想的平均流速，它假定水在土中的浸透是经过土体截面来进展的假定水在土中的浸透是经过土体截面来进展的 。n实践上，水在土体中的实践流速要比用达西定律求出的流实践上，水

50、在土体中的实践流速要比用达西定律求出的流速要大得多。他们之间的关系为速要大得多。他们之间的关系为 eevnvv100道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n浸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目浸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目的。浸透系数的测定可以分为现场实验和室内实验两大类。普的。浸透系数的测定可以分为现场实验和室内实验两大类。普通，现场实验比室内实验得到的结果要准确可靠。因此，对于通，现场实验比室内实验得到的结果要准确可靠。因此，对于重要工程常需进展现场测定。重要工程常需进展现场测定。 n常水头实验：适用于透水性强的无粘性土。常水头实验：适用于透水性强

51、的无粘性土。n变水头实验：适用于透水性弱的粘性土。变水头实验：适用于透水性弱的粘性土。 1.8.2 土的浸透系数道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n常水头法就是在整个实验过常水头法就是在整个实验过程中，水头坚持不变。程中，水头坚持不变。n用量筒和秒表测出某一时辰用量筒和秒表测出某一时辰t内流经试样的水量内流经试样的水量Q，即可求，即可求出流过土体的流量，再根据出流过土体的流量，再根据达西定律求解达西定律求解kFtQv HtFQlk1.8.2 土的浸透系数常水头法道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n粘性土，浸透系数小，流经水粘性土，浸透系数小，流经水量少。量少。1.8.2 土的浸透系数变

52、水头法道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n设玻璃管的内截面积为设玻璃管的内截面积为a，实验，实验开场以后任一时辰开场以后任一时辰t的水位差为的水位差为h，经时段经时段dt，细玻璃管中水位下落，细玻璃管中水位下落dh，那么在时段，那么在时段dt内流经试样的内流经试样的水量水量adhdQFdtlhkdQ 1.8.2 土的浸透系数变水头法道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础Fdtlhkadh 2112ln)(hhttFalkadhdQFdtlhkdQ 1.8.2 土的浸透系数变水头法道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.8.2 土的浸透系数现场抽水实验道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础

53、1.8.2 土的浸透系数现场抽水实验212221lnhhqkhhrhrhkkiAtQq2dd212212lnhhrrqk道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础土的浸透系数参考值土的浸透系数参考值土类土类浸透系数浸透系数k(cm/s)浸透性浸透性卵石、碎石、砾石卵石、碎石、砾石10-1高浸透性高浸透性砂砂10-310-1中浸透性中浸透性粉土粉土10-410-3低浸透性低浸透性粉质粘土粉质粘土10-610-5极低浸透性极低浸透性粘土粘土10-7几乎不透水几乎不透水道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.8.3 土浸透性的影响要素n土的粒度成分及矿物成分土的粒度成分及矿物成分n结合水膜厚度结合水膜

54、厚度n土的构造构造土的构造构造n水的粘滞度水的粘滞度n土中气体土中气体道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础水在土中流动水在土中流动能量耗费能量耗费力图拖曳土粒力图拖曳土粒水头损失水头损失浸透水流施于单位土体内浸透水流施于单位土体内土粒上的力称为渗流力、土粒上的力称为渗流力、动水压力。动水压力。1.8.4 渗流力与渗流稳定性分析渗流力道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n1点，渗流力与重力方向一点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，致，渗流力促使土体压密，对稳定有利；对稳定有利；n2点，点，3点，渗流力与重力点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利；方向正交，对稳定不利；n4点，渗流力与

55、重力方向相点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利。反，对稳定特别不利。1.8.4 渗流力与渗流稳定性分析渗流力道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n渗流力方向与浸透方向一样，大小取决于水力梯度。即渗流力方向与浸透方向一样，大小取决于水力梯度。即ijw1.8.4 渗流力与渗流稳定性分析渗流力道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础n当渗流力和土的有效重度一样且方向相反时，土颗粒间的压当渗流力和土的有效重度一样且方向相反时，土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮形状而失去稳定。这种景象称力等于零，土颗粒将处于悬浮形状而失去稳定。这种景象称为流土，此时的水头梯度成为临界水头梯度为流土，此时的水头梯度成为临界水头梯度icr。wsatwij1.8.4 渗流力与渗流稳定性分析临界水头梯度1wsatwcri道路与桥梁