岩土基础知识

地基基础工程

第一章岩土的基本知识1.1岩石（略）1.2土的形成与组成1.3土的结构和构造1.4土的三相组成（土颗粒、水、空气）1.5土的物理性质指标（密度、孔隙比、含水量等）1.6土的物理状态指标（密实度、稠度等）1.7土的工程分类（碎石土、砂土、粘性土等）1.8地基土的野外鉴别与描述（略）内容提要内容提要形成过程形成条件物理力学性质影响土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物。土是碎散、多孔、各向异性的材料。岩石地球土地球风化、搬运、沉积地质成岩作用1.2土的形成与组成生物风化物理风化化学风化矿物成分未变无粘性土原生矿物矿物成分改变粘性土次生矿物风化作用分类有机质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化残积土无搬运运积土有搬运土质较好残积土强风化弱风化微风化母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物搬运与沉积运积土运积土有搬运风：风积土重力:坡积土

流水:洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物冰川:冰积土土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理定义：土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排列及其形式。力学特性影响土的结构反映土的成分形成条件分类单粒结构蜂窝结构絮状结构1.3土的结构和构造粒间作用力可否作天然地基单粒结构重力、毛细力密实的单粒结构是良好的天然地基碎石土或砂土在水或空气中沉积形成松散密实1.3.1土的结构粒间作用力可否作为天然地基水中的悬浮力、自重力（斥力减小引力增加）絮状结构(凝聚结构)蜂窝结构(分散结构)颗粒间的引力、自重力（粒间引力占优势）注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。

不可不可细粒土的结构是指由粉粒（粒径0.005~0.075mm）在水中下沉时形的。是指由粘粒（粒径≤0.005mm）集合体组成。土的构造：是指土体中各结构单元之间的关系，主是从宏观角度研究土的组成，其主要特点是土的成层性和裂缝性。力学特性影响土的构造类型层状构造分散构造裂隙构造结核状构造通常分散构造土的工程性质最好，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙构造不连续的裂缝破坏土的整体性，土的工程性质最差。

土体构造特征反映土体在力学性质和其他工程性质的各向异性或上体各部位的不均匀性，因此，要掌握其变化规律。

例如，由砂土和粘性土组成的层状或互层构造土体的物理力学性质皆显示其各向异性特点。

又如，黄土由于其垂直节理（裂隙）发育，强烈地降低其抗水稳定性和力学稳定性，特别在边坡地段，沿裂隙极易产生坍方和滑坡现象。土体的构造特征是决定勘探、取样或原位测试布置方案和数量的重要因素之一。

研究土体构造特征的重要意义：气相固相液相++构成土骨架，起主体作用重要影响次要作用土体三相组成示意图1.4土的三相组成1.4.1土颗粒(固相)土颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架，是土中最稳定、变化最小的部分。物理状态力学特性粒组的划分土的颗粒级配土粒的矿物成分漂石、块石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm砾粒

粗砾20<d<60mm

细砾2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一个粒组内的土，工程性质相近。一般而言，粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。有棱角的土颗粒形状粗糙，不易滑动，所组成的土强度比表面圆滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多个粒组混合而成的。用土的粒径级配（颗粒级配）来描述土中各粒组的相对含量。测定方法土的粒径级配：土中各粒组的相对含量，用质量百分数表示，绘制成粒径级配曲线使用。筛分法：适用于粒径>0.075mm的土密度计法：适用于粒径<0.075mm的土土的粒径级配筛分法（适用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套标准筛子，孔直径(mm)分别为20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。筛分法原理：密度计法：适用于d<0.075mm的细颗粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510典型粒径级配曲线密度计分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536筛分结果粒径级配曲线的应用思考:土1、2、3按粗细如何排序？为什么？1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径((mm)土的粒径级配曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:

粗细程度：平均粒径d50d60—限定粒径d10

—有效粒径d30

—中值粒径不均匀程度：不均匀系数Cu=d60/d10连续程度:

曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,级配不均匀粒径级配曲线的应用1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配曲线d60d10d30连续程度:曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大Cc=1~3,级配连续性好粒径级配曲线的应用土样d60d10d30CuCc蓝土0.330.0050.063662.41红土0.330.0050.03660.545绿土0.330.0050.08663.88粒组含量用于土的分类定名；工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~3,级配连续土Cc>3或Cc<1,级配不连续土不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：当Cu≥5且Cc=1~3时，为级配良好的土；当Cu<5或Cc>3或Cc<1时,为级配不良的土。粒径级配曲线的应用1.4.2土中水(液相)土中的液态水主要可以分为:结合水借助于电分子引力牢固吸附在土颗粒表面的水重力水毛细水强结合水弱结合水液态水固态水气态水水的含量及性质影响土的性质1、土中水分类自由水

2、水的性质排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水性质稳定强结合水位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水固定层扩散层土中毛细现象毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。重力水位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或压力作用下流动，能传递静水压力并产生浮力。1.4.3土中气体(气相)自由气体:与大气相通，对土的性质影响不大封闭气体:与大气隔绝，增大土体的弹性和压缩性，如橡皮土；降低土的渗透性。土体中气体气相固相液相++构成土骨架，起主体作用重要影响次要作用土体三相组成示意图1.4土的三相组成1.4.1土颗粒(固相)土颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架，是土中最稳定、变化最小的部分。物理状态力学特性粒组的划分土的颗粒级配土粒的矿物成分漂石、块石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm砾粒

粗砾20<d<60mm

细砾2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一个粒组内的土，工程性质相近。一般而言，粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。有棱角的土颗粒形状粗糙，不易滑动，所组成的土强度比表面圆滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多个粒组混合而成的。用土的粒径级配（颗粒级配）来描述土中各粒组的相对含量。测定方法土的粒径级配：土中各粒组的相对含量，用质量百分数表示，绘制成粒径级配曲线使用。筛分法：适用于粒径>0.075mm的土密度计法：适用于粒径<0.075mm的土土的粒径级配筛分法（适用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套标准筛子，孔直径(mm)分别为20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。筛分法原理：密度计法：适用于d<0.075mm的细颗粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510典型粒径级配曲线密度计分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536筛分结果粒径级配曲线的应用思考:土1、2、3按粗细如何排序？为什么？1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径((mm)土的粒径级配曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:

粗细程度：平均粒径d50d60—限定粒径d10

—有效粒径d30

—中值粒径不均匀程度：不均匀系数Cu=d60/d10连续程度:

曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,级配不均匀粒径级配曲线的应用1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配曲线d60d10d30连续程度:曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大Cc=1~3,级配连续性好粒径级配曲线的应用土样d60d10d30CuCc蓝土0.330.0050.063662.41红土0.330.0050.03660.545绿土0.330.0050.08663.88粒组含量用于土的分类定名；工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~3,级配连续土Cc>3或Cc<1,级配不连续土不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：当Cu≥5且Cc=1~3时，为级配良好的土；当Cu<5或Cc>3或Cc<1时,为级配不良的土。粒径级配曲线的应用1.4.2土中水(液相)土中的液态水主要可以分为:结合水借助于电分子引力牢固吸附在土颗粒表面的水重力水毛细水强结合水弱结合水液态水固态水气态水水的含量及性质影响土的性质1、土中水分类自由水

2、水的性质排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水性质稳定强结合水位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水固定层扩散层土中毛细现象毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。重力水位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或压力作用下流动，能传递静水压力并产生浮力。1.4.3土中气体(气相)自由气体:与大气相通，对土的性质影响不大封闭气体:与大气隔绝，增大土体的弹性和压缩性，如橡皮土；降低土的渗透性。土体中气体气相固相液相++构成土骨架，起主体作用重要影响次要作用土体三相组成示意图1.4土的三相组成1.4.1土颗粒(固相)土颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架，是土中最稳定、变化最小的部分。物理状态力学特性粒组的划分土的颗粒级配土粒的矿物成分漂石、块石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm砾粒

粗砾20<d<60mm

细砾2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一个粒组内的土，工程性质相近。一般而言，粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。有棱角的土颗粒形状粗糙，不易滑动，所组成的土强度比表面圆滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多个粒组混合而成的。用土的粒径级配（颗粒级配）来描述土中各粒组的相对含量。测定方法土的粒径级配：土中各粒组的相对含量，用质量百分数表示，绘制成粒径级配曲线使用。筛分法：适用于粒径>0.075mm的土密度计法：适用于粒径<0.075mm的土土的粒径级配筛分法（适用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套标准筛子，孔直径(mm)分别为20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。筛分法原理：密度计法：适用于d<0.075mm的细颗粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510典型粒径级配曲线密度计分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536筛分结果粒径级配曲线的应用思考:土1、2、3按粗细如何排序？为什么？1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径((mm)土的粒径级配曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:

粗细程度：平均粒径d50d60—限定粒径d10

—有效粒径d30

—中值粒径不均匀程度：不均匀系数Cu=d60/d10连续程度:

曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,级配不均匀粒径级配曲线的应用1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配曲线d60d10d30连续程度:曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大Cc=1~3,级配连续性好粒径级配曲线的应用土样d60d10d30CuCc蓝土0.330.0050.063662.41红土0.330.0050.03660.545绿土0.330.0050.08663.88粒组含量用于土的分类定名；工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~3,级配连续土Cc>3或Cc<1,级配不连续土不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：当Cu≥5且Cc=1~3时，为级配良好的土；当Cu<5或Cc>3或Cc<1时,为级配不良的土。粒径级配曲线的应用1.4.2土中水(液相)土中的液态水主要可以分为:结合水借助于电分子引力牢固吸附在土颗粒表面的水重力水毛细水强结合水弱结合水液态水固态水气态水水的含量及性质影响土的性质1、土中水分类自由水

2、水的性质排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水性质稳定强结合水位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水固定层扩散层土中毛细现象毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。重力水位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或压力作用下流动，能传递静水压力并产生浮力。1.4.3土中气体(气相)自由气体:与大气相通，对土的性质影响不大封闭气体:与大气隔绝，增大土体的弹性和压缩性，如橡皮土；降低土的渗透性。土体中气体气相固相液相++构成土骨架，起主体作用重要影响次要作用土体三相组成示意图1.4土的三相组成1.4.1土颗粒(固相)土颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架，是土中最稳定、变化最小的部分。物理状态力学特性粒组的划分土的颗粒级配土粒的矿物成分漂石、块石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm砾粒

粗砾20<d<60mm

细砾2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一个粒组内的土，工程性质相近。一般而言，粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。有棱角的土颗粒形状粗糙，不易滑动，所组成的土强度比表面圆滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多个粒组混合而成的。用土的粒径级配（颗粒级配）来描述土中各粒组的相对含量。测定方法土的粒径级配：土中各粒组的相对含量，用质量百分数表示，绘制成粒径级配曲线使用。筛分法：适用于粒径>0.075mm的土密度计法：适用于粒径<0.075mm的土土的粒径级配筛分法（适用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套标准筛子，孔直径(mm)分别为20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。筛分法原理：密度计法：适用于d<0.075mm的细颗粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510典型粒径级配曲线密度计分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536筛分结果粒径级配曲线的应用思考:土1、2、3按粗细如何排序？为什么？1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径((mm)土的粒径级配曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:

粗细程度：平均粒径d50d60—限定粒径d10

—有效粒径d30

—中值粒径不均匀程度：不均匀系数Cu=d60/d10连续程度:

曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,级配不均匀粒径级配曲线的应用1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配曲线d60d10d30连续程度:曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大Cc=1~3,级配连续性好粒径级配曲线的应用土样d60d10d30CuCc蓝土0.330.0050.063662.41红土0.330.0050.03660.545绿土0.330.0050.08663.88粒组含量用于土的分类定名；工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~3,级配连续土Cc>3或Cc<1,级配不连续土不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：当Cu≥5且Cc=1~3时，为级配良好的土；当Cu<5或Cc>3或Cc<1时,为级配不良的土。粒径级配曲线的应用1.4.2土中水(液相)土中的液态水主要可以分为:结合水借助于电分子引力牢固吸附在土颗粒表面的水重力水毛细水强结合水弱结合水液态水固态水气态水水的含量及性质影响土的性质1、土中水分类自由水

2、水的性质排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水性质稳定强结合水位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒外