土方与基础工程施工第三四讲

主讲：张殿波四川交通职业技术学院建筑工程系土方与基础工程施工内容提要土方工程概述土方工程量计算与土方调配第二节室内土工试验第一章工程地质勘察一、常规试验方法

1环刀取土。

2含水量试验。二、土的基本性质及相关指标土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积形成过程形成条件物理力学性质风化岩石地球土地球影响1、土的形成生物风化物理风化化学风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次生矿物动植物的活动风化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，形成新的矿物搬运与沉积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2、土的三相组成1.固相—土的固体颗粒原生矿物次生矿物腐殖质2.液相—土中水固态水液态水：结合水、自由水气态水土的三相组成3.气相—土中气自由气体封闭气体室内测定的三个物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积----土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的容重γ=ρg工程上更常用,用于计算土的自重应力单位:kg/m3

或g/cm3单位:kN/m3

一般范围:1.60—2.20g/cm3定义:土单位体积的质量有时也称土的天然密度表达式:相关指标:三相草图有助于直观理解物性指标的概念3、土的物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒比重

s:

土粒的密度，单位体积土粒的质量单位:无量纲土粒比重一般范围:

粘性土2.70—2.75

砂土2.654˚C时纯蒸馏水的密度=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度定义:土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的含水量定义:土中水的质量与土粒质量之比,

用百分数表示注意:

其实是含水比,可达到或超过100％表达式:表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙率(孔隙度)其它常用的物理性质指标关系:在某种程度上反映土的松密砂类土：28-35%粘性土：30-50%

有的可达60-70%定义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积定义:土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积三相草图可用于确定物性指标之间的关系表示土中含水程度的指标含水量饱和度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积表达式:定义:土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0:

干土Sr=1:

饱和土表示土中密度和容重的指标天然密度干密度饱和密度天然容重干容重浮容重浮密度有效容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:kg/m3

或g/cm3单位:kN/m3

定义:

土被完全烘干时的密度,等于单位体积内土粒的质量表达式:各种密度容重之间的大小关系：天然密度干密度饱和密度天然容重干容重浮容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性质有：土的质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。4、土的工程性质1.土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量；它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，指单位体积土中固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。2.土的可松性土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示，即：土的可松性：V2＞V3＞V1

土的最初可松性系数：Ks

土的最后可松性系数：Ks'注：Ks＞Ks'＞1.0（式中：V1—自然状态下土的体积；V2—开挖后的松散体积；V3—回填压实后的体积。）问*分类级别越小的土则可松性就越小？是*可松性越小的土就越好挖？是3.土的压缩性移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松土的压缩率见下表。在松土回填时应考虑土的压缩率，一般可按填方断面增加10％～20％计算松土方数。土的压缩率土的类别土的名称土的压缩率(％)1m3松散土压实后的体积(m3)土的类别土的名称土的压缩率(％)1m3松散土压实后的体积(m3)一、二类土种植土200.80三类土天然湿度黄土12～170.85一般土100.90一般土50.95砂

土50.95

干燥坚实黄土5～70.94

4.土的含水量土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：式中G1——含水状态时土的质量；

G2——土烘干后的质量。土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量，如土的含水量超过25％～30％，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车；回填土则需有最佳含水量，方能夯压密实，获得最大干密度。土的最佳含水量和最大干密度参考值见下表。土的最佳含水量和最大干密度土的种类最佳含水量(质量比)(％)最大干密度(g/cm3)土的种类最佳含水量(质量比)(％)最大干密度(g/cm3)砂土8～121.80～1.88重亚粘土16～201.67～1.79粉土16～221.61～1.80粉质亚粘土18～211.65～1.74亚砂土9～151.85～2.08粘土19～231.58～1.70亚粘土12～151.85～1.95

5.土的渗透性渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，一般应通过抽水试验确定，下表所列数据可供参考。

土渗透性比较：粘土﹤粉土﹤砂土﹤砾石

5、两种不同性质的变形

压密变形——计算地基的压缩变形量，即地基沉降量剪切变形（剪切破坏）——土体强度和稳定性问题压缩模量（有侧限

）变形模量（无侧限）土压缩时竖向应变增量与竖向应力增量之比，库仑定律在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。其中C、

被称为土的抗剪强度指标。6、砂土液化（Liquefactionofsand）饱和砂土受震动时颗粒间趋于紧密，使孔隙水压力增大，有效应力减小。当有效应力趋于零时，砂土的抗剪强度消失，从而引起地面沉陷、斜坡失稳或者地基失效的现象称为砂土液化。常伴随又喷水冒砂。震动来源：机械震动（局部场地）、地震（区域性）

=

’+u

3hh’

2h=01

’=0，

’

=0，’=u=u=0u=0饱和土的力学模型用有效应力原理解释土体承受和传递附加应力饱和土的有效应力原理的完整表述：（1）土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力；（2）土的有效应力控制了土的变形和强度性能。=

’+u几个基本概念

饱和土压缩变形过程的实质是超静孔隙水压力随着水的渗流排出而逐渐消散和有效应力逐渐增长的过程，即超静孔隙水压力向有效应力转移的过程。

超静孔隙水压力：由附加应力作用引起的孔隙水压力超出静水压力水头，称为超静孔隙水压力。

土的渗透固结：这种由孔隙水的渗流而引起的压缩过程。根据土的颗粒级配或塑性指数可分为：

1）碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、

2）砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)3）粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)；2根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土；三、土的工程分类土的粒组划分1.巨粒组2.粗粒组3.细粒组粒径(mm)200

60

20

5

2

0.5

0.25

0.075

0.005

巨粒组粗粒组细粒组漂石(块石)卵石(碎石)砾(角砾)砂粉粒粘粒粗中细粗中细《土的工程分类标准》—2007塑性指数塑性指数Ip

Ip=WL–Wp10＜Ip≤17粉质粘土（中塑性土）

Ip＞17粘土（高塑性土）根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。4根据开挖难易程度，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类，称为土的工程分类。前四类属一般土，后四类属岩石，土的分类法及其现场鉴别方法见表。土的分类土的名称开挖方法可松性系数KS

KS′一类土(松软土)砂、亚砂土，冲积砂土，种植土、泥炭(淤泥)能用锹、锄头挖掘1.08～1.171.01～1.04二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土、填筑土及亚砂土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松1.14～1.281.02～1.05三类土(坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍1.24～1.301.04～1.07四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土、天然级配砂石，软的泥灰岩及蛋白石用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤1.26～1.371.06～1.09五类土(软石)硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩，白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石灰岩用镐或撬棍、大锤，部分使用爆破1.30～1.451.10