土质学及土力学课件

绪论一、土质学及土力学的研究对象

土质学及土力学是一门研究土的细微观结构特性及其在工程建筑荷载作用下的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性问题。在工程建设中土作为不同的研究对象：地基建筑材料介质（实际上是结构和荷载）

土是岩石风化后的松散沉积物，是具有土粒骨架孔隙特性的松散介质。土的形成：岩石风化剥蚀搬运沉积土的主要特征：分散性：土是由固体颗粒及孔隙组成的分散体系，土粒间无联结或有微弱的联结。复杂性：土的性质与成因有关，各地的异差较大，其性质极易受外界环境的变化（如温度、含水量等）的影响。易变性：土的强度低，易变形。由此产生：渗透性：水可在土的孔隙中流动。压缩性：孔隙中水和气在受外力时可排出，孔隙体积减小。抗剪性：孔隙中土粒的错位主要发生在联结处。二、土质学及土力学的研究内容及方法

土质学：是用地质学的观点，从土的成因出发，研究土的基本工程性质及影响土性质变化的原因。它应用工程地质、矿物结晶及物理化学等知识，对其进行分析研究，提出改良的有效措施。

土力学：是以工程力学的处理方法，研究与工程建设有关的土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题。由于土是自然历史产物，以及它的分散性，除了运用一般连续的介质力学的原理外，还要作一些基本假设，并同实际情况相结合来研究。在土力学的研究中，提出了一些计算模型，必须重视土的现场勘察及室内土工试验测定其计算参数，因此土力学是一门实践性很强的学科，土工试验非常重要，所以汪闻韶院士说：土力学是三分计算，七分实验，从而说明土力学实验的重要性。

随着生产力的提高和现代科学技术的不断发展，各学科之间相互渗透、交叉、融合已成为现代科学技术发展的趋势。本来土质学与土力学就密不可分，土质学从细微观研究土的性质，土力学从宏观研究土的工程力学特性，所以本着微观解释宏观，宏观指导微观的观点，我们的土质学与土力学才能显示强大的生命力。同时该学科也还应该广泛的吸收现代数学、测试技术等学科的先进成果，不断地充实强大该学科的研究能力和范围，为国民经济建设服务。另外，在基础工程和土力学也是密不可分，研究基础工程，必涉及到大量的土力学问题，所以它们是一对孪生姐妹，讲土力学必联系到基础工程，讲基础工程时，必用到土力学，所以要学好土力学，必须参照基础工程的相关内容。三、本学科在我国的成就

自人类进行建筑实践以来，就要处理地基上的各种问题。我国有五千年的历史，许多建筑遗址说明，远在新石器时代，就充分表明我们的祖先在土建技术上的聪明才智，如西安半坡遗址中发掘出来的土台及础，如洛阳王湾发掘出来许多房屋遗址，其墙基都是先挖沟槽，再填以红烧碎块，这说明当时的地基基础建筑已达相当水平。历史上记载，西周之初，曾建过3次京城，规模一次比一次大，直到秦统一中国，才修成了著名的万里长城。我国最古老（公元523年）嵩岳寺砖塔，高40m，由于地基牢固，到现在安然无恙，又如《梦溪笔谈》和《皇朝类苑》中记载的北宋初，木工喻皓在建开封宝寺木塔时，当时考虑了当地多西北风，地基为较软的饱和土，故建塔时使塔身向西倾斜，欲藉风力长期作用使地基产生不均沉降，从而扶正塔身，这说明当时对土力学已有相当的了解。

又如我国的赵州桥，是世界上首创的石砌敞肩平拱桥，净跨为37.02m，基础尺寸为5.5*10m，高4.4m，建在较密实的砂粘土地基上，拱的最大推力为24MN，地基未产生过大变形，按照现有的规范检算，地基承载力和基础后侧的被动土压力均正好满足设计要求，桥到现在为止已经1300多年，经过无数次地震和洪水考验，但仍完好无恙，这反映了我国在1000年前已能充分利用天然地基承载力，尤其是敢于用粘性土地基来支承具有很大推力的拱桥基础，从现代技术角度看，也是令人惊叹的。我国著名力学家钱令希教授带领一批研究生，对桥梁及地基的承载力的检算，证明完全符合现代科学方法。宋代在福建泉州造的万安桥为长360丈的46孔石板桥，其址水深流急，潮汐涨落频繁，河床变化激烈，为建桥基带来了相当困难，特殊的修建方法；先在江底抛投大块石，再在其上移殖蛎房，使其繁殖，将块石胶结成整体，形成坚实的人工地基再在其上建筑基础。

至于软土地基上，如在淤泥中打下木桩，而形成塔基，如上海的龙华塔。近百年来，由于国外帝国主义的入侵，国内封建统治的腐败，本学科和其它学科一样，大大落后了，只有新中国成立以后，反映在桥梁地基基础上，五十年代的武汉长江大桥的结构管柱基础，南京长江大桥建设采用气筒浮运沉井，沉井套管柱等一系列施工工艺，工业与民用建筑方面广泛运用箱形基础，电渗排水、硅化和电硅化灌浆，砂井预压或真空预压排水，对软土地基处理的挤实砂桩等方法，都标志着土力学有了很大的进步。四、土力学理论的发展

古典理论时期：土力学的基本理论也有一个发展过程，18世纪以前，在土建中许多土力学问题只凭经验解决，1773-1776年法国库伦（coulomb）提出抗剪强度和土压力的滑动土楔理论，土力学才进入古典理论时期。其后，彭恩莱(Poncelet，1840年)对线性滑动土楔作了完善了解；兰金（Rankine，1857年）在塑性应力场基础上提出新的土压力理；布辛尼斯克（Boussinesq，1885年）提出一点集中荷载下弹性地基中应力和位移计算；法国（Darcy，1856年）通过水在砂中渗流试验，建立达Darcy公式，这对以后研究渗流和固结打下了基础，芬兰纽斯（Fellenius，1922年）在处理铁路路基滑坡问题提出土坡稳定分析方法。

1925年太沙基（Terzaghi）的土力学（Erdbaumechanik）出版，标志着土力学进入了一个新的时期，一般称之为太沙基影响时期。他提出的有效应力理论、一维固结理论以及一系列研究成果把土力学推到一个新的高度，这样土力学才成为一门系统的学科。1936年国际土力学与基础工程学会成立，并举行了第一次国际学术会议，1956年这门学科进入了近代土力学时期。随着计算机普及使土力学基本理论、计算方法、室内和现场试验等方面得到了革命性发展，如本构关系的研究，土的应力-应变-时间（stress-strain-time）的非线性数学模型的提出和建立，对土的抗剪强度的深入研究，在计算方面，广泛采用计算机，把数值计算方法，如差分、变分、有限元等直接用于地基和土工的计算，以使复杂边界、初始条件以及不均匀土层等问题能用计算的方法求解，在室内试验方法上由于设备改进，广泛采用计算机程序控制，实现了自动采集，加工试验数据。总之，土力学进入全面发展时期。因此土力学可以按以下进行分类。

按研究内容分特殊土力学一般土力学黄土软土膨胀土盐渍土冻土海洋土力学宇航土力学环境土力学

总之工程地质是土力学分析的地质基础。数学、力学是土力学计算的理论基础。基础工程的设计及施工以土力学为基础。岩土力学、工程地质学及地基基础工程学组成一门新的学科——岩土工程五、本学科今后的发展方向

土力学同其它学科一样，不是完整无缺的，仍需要发展，拿本构关系模型讲，已发表了很多，但适用范围都有一定局限性，大多部模型要通过复杂试验以确定众多参数；对粘性土抗剪强度的研究，到现在还未结束，还有许多问题没有研究清楚；土动学方面，虽然在砂土液化方面取得了可喜成果，由于我国是一个多地震的国家，又随着高速公路、高速铁路的大力发展，故对地基土的动力性质，仍需要深入研究。对于全世界球而言，大部分地区是干旱或半干旱地区，这些地区的土壤是非饱和土，原来饱和土的理论不能解决非饱和土的问题，所以对非饱和土的性质研究又成为当今土力学热门研究领域。土与介质的相互作用问题，土的损伤、土的结构性问题的研究也成为某些重点研究领域。在试验设备方面，国产的设备质量在稳步提高，试验设备逐步实现自动化。

用GDS及其它动静三轴仪研究土的力学问题，用土工离心机研究高土石坝、高路堤、桩与基础的相互作用、轻型支挡结构等的受力变形及稳定问题，甚至有人提出了用大型的振动台研究土工构筑物的动力效应问题。地基土的不均匀性，地基中初始应力条件和荷载条件的不确定性，土工试验的误差，使土工参数带有一定的随机性，故在边坡稳定分析，地基基础的设计方面，应考虑可靠度和风险分析。在路基工程中，存在土质改良问题。总之在以上领域还需要进行深入的研究。地基承载力第一节概述建筑物因地基问题引起破坏，一般有两种情况：（1）建筑物荷载过大，超过了地基所能承受荷载的能力而使地基破坏失稳，即强度和稳定性问题；（2）在建筑物荷载作用下，地基和基础产生了过大的沉降和沉降差，失建筑物产生结构性破坏或使其正常使用功能收到了较大的影响以至丧失，即变形问题。这里，需要明确的概念有：（1）地基承载力：地基土单位面积上所能曾受荷载的能力，以计。极限承载力：地基即将失稳时，土体单位面积上所能承受的最大成为极限承载力，一般记为。容许承载力：考虑一定安全储备后的地基承载力，一般记为。之所以在确定地基容许承载力时计入一定的安全储备，是因为工程设计中必须确保地基有足够的稳定性，必须限制建筑物基础的基底压力（，单位）。一、地基破坏的性状为了了解地基承载力的概念以及地基土体受荷后剪切破坏的过程及性状，可以通过现场荷载试验或室内模拟试验来研究。现场试验示意图见课本上图9-1。试验成果绘制成相应的曲线，对其进行分析，可以了解地基破坏机理。一般认为，在基础荷载作用下，地基土体会发生三种形式的破坏，分别是：（1）整体剪切（GeneralShear）破坏；（2）局部剪切（LocalShear）破坏；（3）刺入剪切（PunchingShear）破坏。这三种地基破坏形式的曲线以及破坏形式图如下：

图4－1荷载试验地基破坏形式图(a)整体剪切破坏；(b)局部剪切破坏；(c)刺入剪切破坏整体剪切破坏图4－2整体剪切破坏当荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I，随同基础压入土中，这时曲线成直线关系。随着荷载增加，压密区I向两侧挤压，土中形成塑性区，塑性区先在基础边缘产生，随后逐步扩大形成上图中II、III塑性区。这是沉降增长率较前一阶段增大，曲线（见图4－1中a曲线）呈曲线状。当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸至地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失稳破坏，。这时曲线出现明显转折点，此时相应的荷载称为极限荷载。整体剪切破坏常发生在浅埋基础下的密砂或硬粘土等坚实地基中。局部剪切破坏随着荷载的增加，基础下也产生压密区I及塑性区II，但塑性区仅仅发展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸至地面，基础两侧土体微微隆起，不出现明显裂缝。其曲线（图4－1中b）也有一个转折点，但转折点后，其沉降速率增加不如上面所说整体剪切破坏情况时那么大。转折点之后，曲线基本还呈线性关系。局部剪切破坏经常发生于中等密实砂中。图4－3局部剪切破坏刺入剪切破坏随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础随着下沉；当荷载继续增加，基础周围附件土体发生竖向剪切破坏，时基础刺入土中。基础两边的土体没有移动。其曲线（图4－1中曲线c）上随着荷载的增加没有明显的转折点，没有明显的比例界限和极限荷载。图4－4刺入剪切破坏地基破坏的三个阶段

格尔谢万诺夫根据荷载板试验，提出地基破坏的过程经历3各阶段：

(d)(c)(b)(a)图4－5地基破坏过程的3个阶段（a）p～s曲线；（b）压密阶段；(c)剪切阶段；（d）破坏阶段1、压密阶段（或称直线变形阶段）2、剪切阶段3、破坏阶段二、确定地基容许承载力的方法

确定地基容许承载力的方法，一般分为三种：1、根据荷载试验的曲线来确定地基容许承载力。从荷载试验曲线确定地基容许承载力时，可以有三种方法：用极限荷载除以安全系数得到。安全系数一般为2～3。取曲线上比例界限荷载作为地基容许承载力。对拐点不明显的试验曲线，可以用相对变形的办法来确定容许承载力。对于软塑或可塑粘性土取相对沉降s＝0.02b（b为荷载板高度）对应的压力为地基容许承载力；对于砂土或坚硬粘性土取s＝（0.01~0.015）b对应的压力为地基容许承载力。根据设计规范确定。根据地基承载力理论公式确定。第二节临界荷载的确定一、塑性区边界方程的推导图4－6塑性区边界方程的推导（a）（b）（c）地基表面在条形均布荷载作用下荷载作用下，计算土中任意点M由p引起的最大与最小主应力和时，可按第四章中有关均布条形荷载作用下的附加应力公式计算：若条形基础的埋置深度为D时，计算基底下深度z处M点的主应力时，可将作用在基底水平面上的荷载（包括作用在基底的均布荷载p，已及基础两侧埋置深度范围内土的自重压力），分解为上图c所示的两部分，即无限均布荷载已经基底范围内的均布荷载。（9－1）这时，假定土的侧压力系数，即土的自重产生的压应力将如同静水压力一样，在各个方向是相等的，均为。这样，当基础有埋置深度时，土中任意一点的主应力为：若M点位于塑性区的边界上，它就处于极限平衡状态。根据第六章土体强度理论中的公式知道，土中某点处于极限平衡状态时，其主应力间满足下述条件：

（9－2）（9－3）整理后得到：上式就是土中塑性区边界线的表达式。（9－4）例题：有一条形基础，如图4－7所示，基础宽度，埋置深度，作用在基础底面的均布荷载。已知土的内摩擦角，粘聚力，容重。求此时地基中的塑性区范围。

解：地基土中塑性区边界线表达式如公式（9－4），即将不同的值代入上式，求得其相应的z值。根据计算结果，绘制出土中塑性区范围如图4－7所示。图4－7条形基础下塑性区计算三、临塑荷载及临界荷载计算条形均布荷载作用下，计算地基中塑性区开展最大深度时，可以将公式（9－4）对求导，并令导数为零可得：由此可得：或（9－5）（9－6）（9－7）将公式（9－7）中的值代入公式（9－4）中，即得到地基中塑性区开展最大深度的表达式：由公式（9－8）也可以得到如下相应的基底均布荷载p的表达式：上式是计算临塑荷载及临界荷载的基本公式。如果令，代入式（9－9），此时基底压力p即为临塑荷载，计算公式为：式中：（9－8）（9－9）（9－10）若地基中允许塑性区开展的深度（B为基础宽度），代入式（9－9）可得相应临塑荷载计算公式为：式中、、称为承载力系数，它只与土的内摩擦角有关，可从书上表9－2查用。（9－11）

第三节极限承载力计算普朗特尔（L.Prandtl,1920）基本解1、普朗特尔基本解Prandtl根据极限平衡理论，推导出不考虑土的重力，且地基底面光滑时，置于地基表面的条形基础的极限荷载公式如下：式中，承载力系数（9－12）Prandtl解得到的滑动面性状如下图所示图4－8普朗特尔公式滑动面形状2、雷斯诺（H.reissner，1924）对普朗特尔公式的补充Prandtl公式假设基础置于地基表面，而实际中基础均有一定的埋深。如果埋深较浅，可以忽略基础底面以上土的抗剪强度，将这部分的土作为分布在基础两侧的均布荷载处理，从而得到：其中，承载力系数可以从书上表9－3中查得。（9－13）图4－9基础有埋深时的雷斯诺解3、泰勒（D.W.Taylor，1948）对普朗特尔公式的补充以上公式中都没有考虑土体的自重。考虑土体自重情况下的解析解目前仍然没有得到。Taylor在1948年提出，若考虑土体自重，假定其滑动面与Prandtl公式相同，图4－8中滑动土体ABGECDF的重力，将使滑动面GECDF上土的抗剪强度增加。考虑滑动土体自重的Prandtl极限荷载计算公式为：式中，，可按值从课本表9－3查得。（9－14）二、太沙基（K.Terzaghi，1943）承载力公式Terzaghi于1943年提出了确定条形基础的极限荷载公式。太沙基认为从实用考虑，当基础的长宽比及基础的埋深时，就可视为是条形基础。基底以上的土体看作是作用在基础两侧的均布荷载。Terzaghi假定基础底面是粗糙的，地基滑动面的性状如下图所示。图4－10太沙基公式滑动面性状与上面讲到的基底光滑情况不同，地基下I区土体不处于朗金主动状态，而是处于弹性压密状态，它与基础底面一起运动。III区土体处于朗金主动状态。求解过程中，Terzaghi求解过程中，忽略了土体重度对滑动面性状的影响，是一种近似解。三、考虑其他影响因素时的极限荷载计算公式前面介绍的所有极限荷载公式，都只适用于中心荷载作用下的条形基础，同时不考虑基底以上土的抗剪强度作用。许多学者做了对比试验，对以上公式进行了修正。如汉森（B.Hanson，1960，1970）提出在中心倾斜荷载作用下，不同基础性状及不同埋深时的极限荷载计算公式，具体见课本相关介绍。第四节按规范方法确定地基容许承载力《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024－85）里给出了各类土的地基容许承载力值表及计算公式。一、地基容许承载力注意使用时的条件，规范给出了当设计基础宽度，埋置深度时的地基容许承载力，用表示。二、地基容许承载力的修正和提高当基础设计宽度，埋置深度（但时），地基容许承载力可以在的基础上修正提高，规范给出如下公式：

（9－14）式中参数的具体取值见课本P203－P204页。需要注意的是，使用时必须注意公式适用条件以及参数取值条件。第五节关于地基承载力的讨论地基承载力研究是土力学的主要研究课题之一，地基承载力的确定也是一个很复杂的问题，影响因素很多。总的说来，地基承载力的影响因素包括：1、基础的埋深、宽度、形状在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按条形基础考虑的，对于非条形基础应考虑形状不同对地基承载力的影响。2、荷载倾斜与偏心的影响在用理论公式计算地基承载力时，均是按中心受荷考虑的。但荷载的倾斜和偏心对地基承载力是有影响的。3、覆盖层抗剪强度的影响基底以上覆盖层抗剪强度越高，地基承载力显然越高，因而基坑开挖的大小和施工回填质量的好坏对地基承载力有影响。4、地下水位的影响地下水位上升会降低土的承载力。5、下卧层的影响确定地基持力层的承载力设计值应对下卧层的影响作具体的分析和验算。此外，还有基底倾斜和地面倾斜的影响，地基土压缩性和试验底板与实际基础尺寸比例的影响、相邻基础的影响、加荷速率的影响地基与上部结构共同作用的影响等等。在确定地基承载力时，应根据建筑物的重要性及结构特点，对上述影响因素作具体分析。一、关于荷载板试验确定地基容许承载力根据上面分析可以看出，第一节介绍的从荷载试验曲线中用三种方法确定地基容许承载力，从理论上讲，均未包括基础埋深对其影响，因此用荷载试验曲线确定地基容许承载力，应进行修正。其次，大多数情况下，荷载试验的压板宽度总是小于实际基础的宽度，这种尺寸效应是不能忽略的。二、关于临塑荷载和临界荷载计算公式适用于条形基础。公式是从平面问题的条形均布荷载情况下导出，若将其近似用于矩形基础，其结果偏与安全。计算土中由自重产生的主应力时，假定土的侧压力系数未1，这与土的实际情况不符，这一假定将会导致计算的塑性区范围比实际偏小一些。计算理解荷载时，土中已经出现塑性区，但此时仍然按照弹性理论计算土中应力，理论上存在矛盾，因此而引起的误差随塑性区范围的扩大而加大。三、关于极限承载力的计算四、关于按规范方法确定地基容许承载力

土的动力性质和压实性第一节土在动荷载作用下的变形和强度性质一、作用于土体的动荷载和土中的波 车辆的行驶、风力、波浪、地震、爆炸以及机器的振动都是作用在土体上的动力荷载。这类荷载的特点：1、荷载施加的瞬时性；2、荷载施加的反复性。 位于土体表面、内部或者基岩的振源引起的土单元的动应力、动应变，将以波动的方式在土体中传播。土中波的形式有以拉压应变为主的纵波、以剪应变为主的横波和主要发生在自由界面附近的表面波（瑞利波）。作用于地表面的竖向动荷载主要以表面波的形式扩散能量。水平土层中传播的地震波，主要是剪切波。波动能量在土体表面和内部层面处将发生反射、折射和透射等物理现象。土的动力变形特性 在动荷载作用下，土体的变形特性与静荷载作用下有很大不同。影响土的动力变形特征的因素主要包括：1、围压；2、孔隙比；3、颗粒组成；4、含水量等；同时它还受应变幅值的影响，这一因素的影响最为显著。同一种土，它的动应变形状将随应变幅值的不同而发生质的变化。最简单的反复荷载作用下的土的应力应变关系可在静三轴仪中以确定弹性模量所作的加荷卸荷试验曲线来研究。更好的办法是在动力试验中进行研究。这两种方法只要应变幅值对应，一般将拟静法确定的模量用于动力分析，不会有太大问题。在动三轴仪或动单剪仪上对土样进行等复制循环荷载试验，动态应力应变曲线为一斜置闭合曲线，称为滞回圈，见下图。图10－1动力试验得到的应力～应变曲线滞回圈的特征可由两个参数――模量和阻尼比来表示，他们是表征土体动力变形特性的两个主要指标。土的弹性模量E（剪切模量G）指产生单位动应变所需的动应力，即动应力幅值（）与动应变幅值（）的比值。它可由滞回圈顶点与坐标原点连线的斜率定出来：（10－1）（10－2）滞回圈所表现出的循环加荷过程中应变对应力的滞后现象和卸荷曲线与加荷曲线的分离，反映了土体对动荷载的阻尼作用。这种阻尼作用主要是由于土粒之间相对滑动的内摩擦效应所引起，称为内阻尼。土的阻尼比由下式求出：式中：―――滞回圈所包围的面积，表示在加荷卸荷一个周期中土体所消耗的机械能；

―――的面积，表示在一个周期内土体所获得的最大弹性能。动力试验表明土体的动应力应变关系具有强烈的非线性性质，滞回圈的位置和形状随动应变幅值的大小而变化。（10－3）三、土的动强度土在动荷载作用下的抗剪强度即动强度问题。不同于静强度，由于存在速度效应和循环效应，以及动静应力状态的组合问题，土的动强度试验确定比静强度远为复杂。循环荷载下土的强度有可能高于或低于静强度，这要看土的类别、所处应力状态以及加速度、循环次数等而定。同时试验表明，粘性土强度的降低于循环应变的幅值有很大关系。四、土动力性质试验1、振动三轴试验2、其他室内试验方法第二节砂土和粉土的振动液化一、土体液化现象及其工程危害土体液化是指：饱和状态砂土或粉土在一定强度动荷载作用下，表现出类似液体的性状，完全失去强度和刚度的现象。地震、波浪、车辆、机器振动以及打桩、爆破等都可能引起饱和砂土或粉土的液化。其中以地震引起的大面积甚至深层的土体液化的危害性最大，它具有面积广、危害重等特点。砂土液化造成灾害的宏观表现主要有：喷砂冒水。震陷。滑坡。上浮。二、液化机理及影响因素饱和的、较松散的、无粘性的或少粘性的土在往复剪力作用下，颗粒重新排列将趋于密实（剪缩性），而细、粉砂和粉土的透水性并不大，孔隙水短时间内来不及排出，从而导致孔隙水压力上升，有效应力减小。当周期性荷载作用下积聚起来的孔隙水压力等于总应力时，有效应力就变为零。根据有效应力原理，饱和砂土抗剪强度可表达为：可见，当孔隙水压力时，没有粘聚力的砂土的强度就完全丧失。同时土体平衡外力的能力，即模量的大小也是与土体的有效应力成正比关系，如剪切模量：式中，K、n为试验常数。（10－4）（10－5）显然，当趋进于零时，G也趋进于零，土体丧失抵抗外荷载的能力，表现出类似液体的性质，这就是所谓的“液化”。 砂土液化主要影响因素：

1、土类。

2、土的密度。

3、土的初始应力状态。

4、地震强度以及持续时间。土体液化可能性的判别

1、基于现场试验的经验对比方法。

2、基于室内试验的计算对比方法。

4、场地液化危害性的评价。

5、场地液化危害性防治措施简介第三节土的压实性一、土体压实性的工程意义工程建设中常常遇到填土或松软地基，为了改善这些土的工程性质，常采用压实的方法使土变得密实，这往往是一种经济合理的改善土的工程性质的方法。实践表明，由于土的基本性质复杂多变，同一压实功对于不同土类、不同状态的土的压实效果可以完全不同。二、土的击实试验与压实原理1、土的击实试验

我国目前通用的击实仪有两种：即轻型击实仪与重型击实仪，并根据击实土的最大粒径，分别采用两种不同规格的击实筒。根据第一章中土体基本物理力学指标换算关系有：这样通过对一个土样的击实试验就得到一对数据，即击实土的含水量与土体干密度。对不同含水量的同一种土按上述方法进行击实试验，便可得到一组成对的含水量与干密度数据，将这些数据绘制成击实曲线，它表明在一定击实功作用下，土的含水量与干密度的关系。（10－6）二、土的压实特性1、压实曲线性能击实试验所得到的击实曲线（见下图）是研究土的压实特性的基本关系图。从土中可见，击实曲线（）上有一个峰值，此处的干密度最大，称为最大干密度，与之对应的制备土样含水量成为最佳含水量。峰值点表明在一定击实功作用下，只有当压实土样处在最佳含水量时，土体才能被击实到最大干密度，才能得到最佳压实效果。图10－1击实曲线干密度γd（kN/m3）含水量（％）从上图还可以看出，曲线左段比右段坡度陡。这表明含水量的变化对于干密度影响在偏干（指含水量低于最佳含水量）时比偏湿（指含水量高于最佳含水量）时更为明显。饱和曲线与击实曲线的位置关系说明，土不可能被击实到完全饱和状态。不同土类与不同击实功对击实特性的影响含粗粒越多的土样最大重度越大，最佳含水量越小。颗粒级配良好的土容易被压实，颗粒级配均匀则最大干密度偏小。随着压实功的增大，击实曲线形态不变，单位置向左上方移动，即增大而减小。土样偏干时，增加击实功对于提高干密度的影响较大；而土样偏湿则收效不大。土的压实机理解释土的压实机理非常复杂，也存在不同的解释。一般可简要的以“水润滑膜”理论来解释，见课本中所写。但这样解释也存在一些问题。近年来，以非饱和土理论来解释土体压实机理的研究逐渐增多。3、压实土的压缩性和强度1）压缩性压实土的压缩性取决于它的密度和加荷时的含水量。试验表明，压缩稳定后的一些土样，如果加水使之饱和，土样就会在同一荷载下出现明显的附件压缩。一般认为偏湿土样附加压缩比偏干土样的大。

2）强度压实土的抗剪强度性状也主要取决于受剪时的密度和含水量。偏干的土样强度较偏时的大。试验表明，压实土的强度在一定条件下，可以通过增加压实功能予以提高。但压实土也存在浸水软化问题，即水稳定性问题。公路、铁路的路堤和堤坝等土工构筑物都无法避免浸水，尤其是修筑于河滩地的过水路堤，水稳定性的研究和控制尤为重要。

土的勘察及勘察报告应用第一节土的现场目力鉴别方法

根据土的一些外观特征，用一些简易的试验方法判别土类及土性，统称为土的现场目力鉴别。当然，这种鉴别是初步的，正确的判别要通过必要的室内土工试验方能达到。但掌握现场目鉴别是十分重要的一种基本技能，不能轻视。土的现场目力鉴别包括划分土类及鉴别土的基本性质。在土的目力鉴别中常用的简易试验方法主要有：1.干强度试验：把风干的小土块，用手指捏碎或劈断，根据用力的大小来判别。干强度高——捏不碎，抗断强度大；干强度中等——用力能捏碎，容易劈断；干强度低——易于用手捏碎和搓成粉末。2.韧性试验：将土调成略高于塑限，柔软而不粘手，在手掌中搓成直径约3m的土条，再揉成土团，再次搓条。根据再次搓条的可能性，可区分：韧性高——能揉成土团，再搓成条，手指捏不碎；韧性中等——可再揉成土团，手指稍捏即碎；韧性低——不能再揉成土团。3.摇震试验：用含水量接近于饱和的土，团成小球，放在手掌上左右反复摇晃，并以另一手震击该手掌，则土中水渗出土球表面，并呈现光泽。再用手指捏该土球，水分光泽又消失（水复又进入土球内部）。观察随摇震与手捏时水分出现与消失的反应可区分为：反应块——出水与消失迅速，表示粉砂含量较多；反应慢——出水与消失都慢，表示粉砂含量较少；无反应——无水分出现，表示粘粒含量很多。4．光泽反应：用小刀切开稍湿的土，并用小刀抹面。如果土面呈现光泽，表示为高液限粘性土；如土面粗糙无光泽，则为低液限粘性土或粉性土。5．握团试验：用于区分有机土中的泥炭分解度：完全没有或几乎没有分解的泥炭，握团时从指缝中挤出来的是清水；已分解的泥炭，握团时大部分或全部泥炭都能从指缝中挤出来。6．其他：如手指揉搓的感觉，肉眼观察等。对粘性土的目力鉴别见表11-1；对砂性土的现场鉴别见表11-2；对土的湿度的现场鉴别见表11-3；对碎石类土密实度的现场鉴别见表11-4。对人工填土与淤泥质土的现场鉴别见表11-5。利用这些鉴别表，可对土类及状态作初步的判别。

粘性土的目力鉴别表表11-1轻亚粘土亚粘土粘土肉眼观察含有较多的砂粒或含有很多的云母片含有少量的砂粒看不到砂粒，但在残积、坡积粘土中可看到岩石风化后残留的碎屑手指揉搓干时有面粉感，湿时粘手，干后一吹即掉干土揉搓时有少量砂感，湿时粘手，干时不粘手湿时有滑腻感、粘手，干后仍粘在手上光泽反应土面粗糙土面光滑但无光泽土面有油脂光泽摇震试验摇动时出水与消失都很迅速反应很慢或基本上没有反应没有反应韧性试验土条不能再揉成土团可以再揉成土团，但手捏即碎裂可以再揉土团，并再次搓条，手指压不碎干强度试验易于用手指捏碎和碾成粉末用力才以捏碎，容易折断捏不碎，抗断强度大，断后有棱角，断口光滑砂性土的现场鉴别表表11-2砾粒粗砂中砂细砂粉砂肉眼观察颗粒粗细约有1/4以上的颗粒比乔麦或高梁粒大约有1/2以上颗粒比小米粒大约有1/2以上颗粒与砂糖、菜籽近似大部分颗粒与粗玉米粉近似大部分颗粒近似面粉干燥时状态颗粒完全分散颗粒仅个别有胶结颗粒基本分散，部分胶结，一碰即散颗粒少量胶结，稍加碰击即散颗粒大部分胶结，稍压即散摇震试验表面无变化表面无变化表面偶有水分光泽表面出水（翻浆）表面出水显著，翻浆明显粘着程度无粘着感无粘着感无粘着感偶有轻微粘着感有轻微粘着感土湿度的现场鉴别表表11-3

土类潮湿程度砂土粘性土稍湿用手紧握，由于潮湿而感到凉，放于手掌中摇动时，能分出一些小块，稍压即碎，放在滤纸上，不立即浸湿用手握紧，由于潮湿而感到很凉；颜色较深，不易捏塑；刀切之似蜡，放在滤纸上，不立即浸湿很湿放在手上有湿感，似有可塑性，加压时能保持较长时间，放在滤纸上，浸湿很快放在手上有湿感；易塑成任何形状；放在滤纸上，浸湿很快饱和放在手上稍摇动，即液化成饼状轻亚粘土与砂相似，水滴在亚粘土和粘土样表面上，不易渗入碎石类土密实度的现场鉴别表表11-4密实度骨架颗粒含量及排列可挖性可粘性充填物以砂土为主充填物以粘性土为主充填物以砂土为主充填物以粘性土为主密实骨架颗粒含量大于全重的70%，为交错排列，连续接触颗粒间孔隙填充密实或有胶结物质。镐锹挖掘困难，用橇棍方能松动，并壁稳定颗粒间充填以坚硬和硬塑的粘性土力主，开挖较困难钻进极困难，冲击钻探时，钻杆和吊锤跳动剧烈，孔壁稳定钻进极困难，冲击钻探时，钻杆和吊锤跳动剧热，孔壁稳定。但碎屑物较易取出中密骨架颗粒含量等于全重的60~80%，为交错排列，大部分分接触颗粒孔隙被充填，用手可松动颗粒，镐锹可挖掘，并壁掉块现象颗粒间充填以可塑状粘性土为主，锹要开挖，但不易掉块钻进较困难，冲击钻进时，钻杆和吊锤有跳动现象，孔壁有时坍塌。钻进较困难，冲击钻进时，钻杆和吊锤有跳动现象，但孔壁不易坍塌稍密骨架颗粒含量小于全量的60%，排列混乱。大部分不接触颗粒间孔隙部分补充填，颗粒有时被充填物隔开，用手一触即松动掉落，锹可挖，进壁易坍落颗粒间充填以软塑或流塑粘性土为主，锹易开挖，井壁有坍塌现象钻进较易，钻杆和吊锤跳动不显著，孔壁易坍，有时有翻砂现象钻进较易，钻杆和吊锤跳动不显著，孔壁较稳定人工填土与淤泥质土的现场鉴别表表11-5鉴别方法人工填土淤泥质土颜色没有固定颜色，主要决定于夹杂物。一般为灰黑色灰黑色，有臭味夹杂物一般含砖瓦碎块，垃圾、炉灰等池沼中有半腐朽的细小动物遗体，如草根、小螺壳等构造夹杂物质显露于外，构造无规律构造常为层状，但有时不明显浸入水中的现象浸水后大部分物质变为稀软的淤泥，其余部分则为砖瓦炉灰渣，在水中单独出现浸水后外观无显著变化，在水面有时出现气泡湿土搓条情况一般情况能搓成3mm的土条，但易折断，遇有灰砖杂质甚多时，即不能搓条能搓成3mm的土条，但易折断干燥后的强度干燥后，部分杂质脱落，故无定形，稍微施加压力，即行破碎干燥后，体积缩小，强度不大，锤击时成粉末，用手指能搓散第二节土的勘察方法

土的勘察是为了查清地下土层的分布及各土层的工程性质。主要有两种方法：(1)勘察(包括试坑、钻探)、取样、室内土工试验；(2)原位测试。一、勘察勘察的方法很多。试坑是勘察浅层土层的最便宜方法，常用锹，铲人工挖掘，也可用简单的机械挖掘。坑有圆形，方形或长方形。人可直接下坑观察土层的变化及天然状态，并能采取接近于天然状态的原状结构土样。当土层松软，易于坍塌，在挖掘中应支护坑壁，以确保安全。当地下水位较高，特别在砂土中，水下开挖的费用则比钻孔为大，试坑就不适用。钻探是地基土勘察中广泛应用的方法。它利用钻探机具，在土层中钻进一个直径小，深度大的圆柱形“钻孔”。并在一定深度用取土器采取土样，有的土样是结构扰动的，只用来鉴别土类;有的土样则是最大限度地保持天然结构和天然湿度，所谓“原状土样”，供室内土工分析用。

在土层中的螺纹钻探是用一根螺纹形钻头，用人力或机械力旋转，使钻头旋入土中，然后上提钻头，通过附着于螺纹钻头上的土，在地面用现场鉴别方法对土层进行划分层次及对土性进行描述。这是一种最简易的钻探方法。但当土层中含有砾，卵石或砖瓦时，就不适用。在砂、卵石中，可用楔形冲击钻头，提升到一定高度后自由下落，对孔底岩土进行冲击破碎，再利用泥浆作为冲洗液，将破碎的岩土碎块，携带到地面。观察被带到地面的岩土颗粒，可大致判定土层变化的情况，事实上，一些粗颗粒往往沉在孔底，只有细颗粒被冲洗液冲上地表，这是应注意的。在一般地层中，采用回转钻进法，借助竖向加压及回转力的作用，使钻头破碎孔底岩土。或使孔底岩石全部破碎;也可只破碎孔底环形部分岩土，而在中间保留圆柱形的岩心或土样。后者也成为取心钻进。在岩石或硬土层中钻进时，为了提高钻进效率，在钻头上常镶嵌有硬合金、金刚石等。

对土层进行钻探，取土的数量及质量是极关重要的。其中质量又是关键，否则，取样数量再多，试验仪器再好，其实际价值也是不大的。因此工程技术人员对取样质量必须严格要求.

影响取样质量的因素很多，其中有钻进方法、取土器结构与规格、取样方法、土样的封存及运输，以及试样的制备方法等。钻进工艺是保证取得不扰动土样的第一个前提。钻进方法的选择要着眼于确保孔底拟取土样不被扰动。在接近取样深度，不宜采用冲击钻进。当在地下水以下钻进时，要防止孔内水位低于周围土层中的地下水位，否则，孔底会发生涌土而使孔底土被扰动。为防止孔底涌土，可在孔内灌注水或泥浆，在取土前，孔底浮土必须除掉.在钻进方法合乎要求的前提下，选取适当的取土器，采取一定的取土方法是重要的。取土扰动程度与取土器的面积比及内、外间距比有密切关系。图11-1取土器技术参数

面积比（11-1）（11-2）

（11-3）

间距比外间距比式中：Dw——取土器管靴外径（mm）；

De——取土器管靴内径（mm）；

Ds——取土筒内径（mm）；

Dt——取土筒外径（mm）；取土器的技术参数参考值表11-6取土器技术参数直径（取土器内径Ds）(mm)取土筒长度(mm)余土筒长度(mm)管靴长度(mm)面积比Ar(%)内间距比Ci(%)外径距比C0(%)管靴刃口角度（度）土类软粘土≥100240300100<200.5～1.00～1<10一般粘土96或10024020050<201.0～1.51<10轻亚粘土8020010050<200.5～1.01<10老粘性土962005050<301.0～1.51～2<

15湿陷性黄土12215019015.31.640.912常用的取土方法有击入法、压入法和震动法几种。击入法有轻锤多击法和重锤少击,宜采用重锤少击。击入法有慢速压入和连续快速压入,连续快速压入对土样的扰动影响最小。.震动法对土样扰动有影响,故甚少采用。二、原位测试原位测试与钻探取样土工分析是相互补充的。原位测试可以克服室内土工分析的以下缺点:钻探取样及室内制备试样所发生的土的扰动;在有些土层中难以采取原状土,例如饱和的疏松砂、流塑软塑的软粘土等,以及含砂石的土;土样尺寸小,在测定层状或裂隙性粘土时,有明显的尺寸效应；土样数量有限,无论在平面上还是深度都如此。原位测试可在原位的应力条件,与的天然含水量下进行土的试验。但原位测试也有土的扰动问题,在原位测试中土的扰动与试验仪器的性能、安置方法、操作方法等有关,如不注意这一点,原位测试也会得出不正确的结果,因此注意原位测试的应用条件是很重要的。有些原位测试还有这样的优点：即可取得在深度上连续的记录,提取了土层在深度上变化的完整信息.研究并利用这些信息,可以大大减少钻探取样的数量,并把数量有限的钻探工作布置在代表性地段或布置在待重点研究的地段上。原位测试可分为两大类:一类是在小应变条件下进行测试;另一类是在大应变条件下进行测试。后者又可分为单测定土的强度,以及除了测定土的强度外,还提供应力应变信息。在土工勘察中常用的原位测试如表11-7。表11-7应变条件试验目的实验类型原位测试内容小应变模量波速钻孔波速试验：沿孔法跨孔法大应变强度直剪十字板剪切试验贯入标准贯入试验静力触探试验模量及强度载荷平板载荷试验螺旋压板载荷试验旁压试验预钻式自钻式波速法:属于小应变条件的原位测试方法。在均质的或成层土层中,理论上波速与土层的弹性模量和泊松比有关。因此,如在现场测得了波速,就可计算得土的弹性模量和泊松比.为了测定波速,在震源处引发一次冲击,而在离开震源某一距离处放置一检波器,以测定波通过该指定距离所需的时间.在土的勘察中常用的是钻孔波速法。在钻孔地面孔口外设置震源,在沿钻孔不同深度处设检波器,可测得从孔口至不同深度的波速,这方法称为沿孔法,也称为检层法.也可利用两个垂直孔,在一个孔中一定深度处设置震源,而在另一孔相应深度处设置检波器,可直接测定波从一孔到另一孔在不同深度的土层中的波速。这方法称为跨孔法。2.十字板剪力试验：适用于原位测定饱水软粘土的不排水抗剪强度,由于它避免了钻进时土的扰动以及采取土样的扰动,而直接在原位应力条件下测定土的抗剪强度,所以它是一种有效的原位测试方法.

十字板剪力试验,是在预钻的钻孔孔底,把有4个叶片的十字板头插至规定深度,施加扭转力矩,直至土体破坏;或是不用钻探,直接将十字板头压入土中不同深度,测土体破坏时扭转力矩。假定土体破坏时,形成一圆柱状剪损面,假定由圆柱侧面及圆柱上下两面提供抗扭力矩,则不排水抗剪强度Cu(也即十字板抗剪强度Sr)为:（11-4）

式中:M---土体破坏时的扭矩;D---十字板头直径;H----十字板头高度;图11-2在孔底进行十字板剪切试验3.标准贯入试验:标准贯入试验是利用规定的落锥能量将圆筒形的贯入器打入钻孔底土中。根据贯入的难易程度来判定土的物理力学性质。锤重63.5kg,自由落距76cm,贯入器外径51mm,内径35mm,长500mm,为两个半圆管合成,下部有贯入器管靴.贯入器上端连接外径42mm钻杆.在将贯入器打入土层时,先打入15cm不计击数,继续贯入土中30cm,记录其锤击数即标准贯入击数N.标准贯入试验对估定砂类土的天然密度是十分有用的实验,N与砂类土密实度的经验关系已在第一章中介绍。在利用标准贯入击数N估算土的承载力、强度参数和变形参数时，还应考虑到有一些因素影响着N值，因此要做相应的修正。例如：杆长的修正、土层自重压力和测压力的修正、地下水位的修正等。遇到硬卵石层，或含水层的粘土层，可将贯入器换为锥形探头，即成为圆锥动力触探试验。图11-3标准贯入试验装置4、静力触探试验：静力触探就是将一金属圆锥形探头，用静力以一定的贯入速度贯入土中，根据探头测得的探头阻力可间接的确定土的物理力学性能。静力触探具有明显的优点：连续、快速、灵敏、简便。因此，已得到广泛的使用。静力触探的不足处在于：不能对土进行直接的观察和描述：测试深度还不能太深（一般小于50米，个别情况当采用一些辅助手段，可达70米）；对于含砂卵石的土、密实砂土层均难以贯入。

静力触探探头有单桥及双桥两种。单桥探头可测得探头的比贯入阻力Ps;双桥探头可测得锥尖阻力qc和探头摩擦筒的侧摩阻力fs。利用Ps或qc与fs，根据经验可以划分土层，也可以确定土的物理力学性质。在这方面有大量文献资料可供参考。图11-4静力触探探头5、平板载荷试验：载荷试验是一种最古老的原位测试方法。它是在与建筑物基础工作条件相似的受荷条件下，对天然埋藏下的地基土，测定加于承压板的压力与沉降的关系。它实际上是基础的模拟试验。根据压力与沉降的关系，可以测定土的变形模量、评定土的地基承载力。对于不能用小尺寸试样试验的填土、含碎石的土等，最适宜用载荷试验。但应注意到载荷板的面积小于实体基础的面积，所以载荷试验在深度上的影响范围也小于实际基础的影响范围。试验时，可用维持载荷直至沉降稳定，再加下一级荷载……，直至破坏荷载，也可以用一定的沉降速率（例如2.5mm/min的速度）使载荷板压入土中，测定荷载与沉降关系，这时所施加的最大荷载相应于不排水抗剪强度所提供的极限荷载。利用载荷-沉降曲线（p-s曲线）的初始直线段，可求得土的变形模量E0。6.螺旋压板载荷试验：以螺旋板作为载荷板，旋入地下预定深度，用千斤顶通过传力杆向螺旋压板施加压力，同时量测载荷板的沉降值。当一个深度试验完后，可再旋入到下一个深度进行试验。螺旋压板载荷试验可用于砂土，也可用于粘性土，但旋入螺旋板时对土有一定的扰动。7.旁压试验：通过旁压器弹性膜的横向膨胀，对土施加压力，使土体产生相应的横向变形，从而测得压力与变形的关系曲线，称为旁压曲线。由此可求得土的变形模量和地基承载力。旁压试验实质上是横向的载荷试验，故也可称为横压试验。旁压试验按旁压器的就位方式分为两类：预钻式旁压试验。在预先钻好的钻孔中，把旁压探头放入预定深度，进行旁压试验。自钻式旁压试验。在旁压探头下端装一圆筒形刃具，加压使刃具切入土中，进行刃具内的土则用一旋转的切削钻头破碎，用泥浆或冲洗液将碎土循环携带到地面，这样边钻进边把旁压器下沉到预定深度，进行旁压试验。

自钻式旁压试验的优点，是旁压器就位时，土的原位侧向应力可认为没有释放过；而预钻式旁压试验则不同，由于预先钻孔，孔壁应力已释放。旁压试验近年来发展迅速，因为从应力条件来说，旁压试验相当于轴对称圆柱穴扩张，其弹塑性解已得到解决。而其他原位测试手段，应力情况比较复杂。旁压试验设备轻便，操作简易，测试快速，其优点是明显的。但旁压试验为横向加压，与一般工程上的竖向加荷不同。对于各向异性土层来说，横向与竖向的力学性能是不同的。

在土的勘察中，通过调查研究、收集已有资料、勘探、水土室内分析、原位测试等，获得了大量的第一手原始资料。对这些资料，经过去粗取精、分析、归纳和综合，最后以勘测报告书及有关图件完整地、正确地、全面地、又有针对性地反映场地的工程地质条件。勘察报告书是土勘察的文字成果。一般要求有明确的目的性、文字精练、并附以必要的图件。

报告书一般分为绪论、一般部分、专门部分和结论几部分。1.绪论：说明勘察单位，勘察任务的来源地点、目的，范围和采用的工作方法，勘察工作量及勘察日期。在绪论中还应说明工程类型、规模、重要性及设计阶段，并明确要解决的主要问题。2.一般部分：应包括以下内容：第三节勘察报告书及有关图件场地的基本情况：场地的自然历史条件、地貌地物特性、水文条件、地下水条件、地质条件（基岩类型，地质构造等）；场地土层的分布及土性变化：根据现场勘探、现场描述等有一清楚的说明，使人看了对场地土层条件有一明确的轮廓认识。必要时，用一个或几个土层剖面图来说明其分布变化。并指出对工程影响较大的个别土层的情况。场地地下水位情况：深度、变化范围以及水质，特别是对建筑材料的侵蚀性。

3．专门部分：这是整个报告的核心内容，它包括结合具体的工程设计及施工涉及的有关土工问题进行论证，要求尽可能对所涉及的问题给予详细的分析，并作出综合评价。例如，对各类建筑物地基土分别进行剖析，提出可能的基础类型，基础设计的主要准则，如基础埋深、基础尺寸、允许承载力、预计可能的沉降、基坑开挖的支护、降低地下水位的措施等。对各种可能的基础方案进行分析比较，提出最优方案。譬如，土分析给出的强度参数偏低，建议采用高一些的强度参数，就必须有充分的理由和依据。4.结论：在结论中把专门部分中最主要的意见以结论的意见表达出来。结论应是清楚的和明确的，不能含糊的，模棱两可的，在结论中还应指出存在的主要问题及今后有待进一步研究的问题的建议。在报告书后，应附有一些图件，一般有：勘探点平面位置图：在地形图上（反映有关地物，拟建建筑物）标明各勘探点（试坑，钻孔，原位测试点等）的平面位置，并标明勘探剖面线的位置。附各类勘探点和原位测试点的坐标及高程数据表。工程地质剖面图：反映个土层分布地下水埋藏条件，有时也反映各土层的主要的物理力学性质指标。现场原位测试成果图件：如载荷试验，十字板剪力试验，标准贯入试验，静力触探试验等的成果图件。土工试验图表：室内土工试验成果一览表，土的压缩曲线（e-p曲线）等。

5．地下水分析成果表：反映地下水的物理化学性质，以评价地下水对建筑材料的侵蚀性，和地下水作为工业和民用供水的适宜性。

6．专门图件：对于专门问题，有关特殊土层条件，可绘制专门图件。例如地表硬壳层厚度分布图，拟作为桩基础持力层的埋深等值线图等。第四节勘察成果的分析与应用

工程技术人员在阅读勘察人员提供的勘察成果（报告书及有关图件）时，应在分析的基础上，把结论应用到工程的设计中去。不应不加分析地盲目照搬套用。在分析中应注意以下几方面：1.分析所进行的勘察工作量及勘察点的布置是否与设计阶段相适应，是否合理。所采用的方法是否可靠。特别应注意取土器及取土方法的选择对土样质量的影响。试验成果的离散性及原因。2.对场地土质的分布和性质取得清楚的完整概念。特别注意对工程起关键作用的土层及土工问题，了解场地的均匀性及稳定性。

3．分析在勘察报告中所提出的设计参数的建议值的依据是否充分，是否合理、有无矛盾、是否符合当地的经验。4．对结论意见，特别注意有无事实依据。1）勘察工作量及测点布置是否足够，是否可靠，能否满足工程设计要求，如这一点不能满足，则报告的依据就成问题。2）结论部分是否抓住了关键问题，是否明确可信。然后再仔细阅读专门部分的分析论证是否充分，综合是否合理。只有经过以上的分析，才能采纳建议，进行建筑物的设计。当然，这里还只是纸上谈兵，真正的经验来源于工程实践。当经过分析后，发现矛盾或疑问，应设法进一步查明，以便少出错误，保证工程质量。必要时应进行补充勘察或进行检验性的勘察工作。

土的抗剪强度4.1概述指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。

一、土的抗剪强度(shearstrength)

土的强度问题实质上是土的抗剪强度。工程实践中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下3类：

1、稳定性问题；2、土压力问题；

3、地基的承载力问题。

土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。

二、工程实践中与土的抗剪强度有关的工程问题1、稳定性问题是以土作为建造材料的土工构筑物的稳定性问题。如土坝、路堤等填方边坡、天然土坡等的稳定性。

【内容回顾】建筑地基必须满足的两个条件？是土作为工程构筑物环境的安全性问题。挡土墙、地下结构等的周围土体，它的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力，以至可能导致这些工程构筑物发生滑动、倾覆等破坏事故。2、土压力问题是土作为建筑物地基，如果基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，将会造成上部结构的破坏或影响其正常使用功能。3、地基承载力问题

土的物理性质及工程分类

主要内容土的三相组成土的颗粒特征土的结构土作为三相体的比例指标粘性土的界限砂土的密实度第一节土的三相组成土由固相、液相和气相三相组成，物质成分非常复杂。固相：土的固相物质分无机矿物颗粒及有机质，它们组成土的骨架。其固体颗粒的详细组成如下图所示。固体成份矿物质有机质原生矿物次生矿物石英长石云母∶粘土矿物Fe2O3Al2O3SiO2碳酸盐有机质主要是腐殖质矿物，其次是动植物残骸体及有机残余物。液相:

土的液相是土孔隙中存在的水，一般看成中性，无色、无味、无臭，实质上土中水溶液是成分复杂的电解质水溶液。在土中水以H2O分子形式存在如下图所示。土中的水结合水自由水强结合水弱结合水毛细水重力水

当土粒与水相互作用时，土粒会吸附一部分水分子，在土粒表面形成一定厚度的水膜，由于受表面引力作用，而不服从静水力学规律，结合水的密度，粘滞度均比一般正常水为高，冰点比O℃低。在结合水膜以外的水，为正常的液态水溶液，它受重力的控制而流动，能传递静水压力，为自由水。自由水又分为毛细水和重力水。毛细水除受重力作用外，还受毛细表面张力引起的毛细作用支配，毛细水上升的高度取决于毛细管的直径，毛细水对公路路基的干湿状态及冻害有重要影响。

重力水为只受重力控制的自由水，它不受表面张力的影响，它在重力或压力差作用下会在土中渗透。除了以上介绍的水的状态外，还可能有气态水，即呈蒸汽态水，以及固态水，即冰态的水。气相:

土的气相是孔隙中存在空气，主要有CO2、O2、N2，其存在形式分为连通和不连通，不连通的对工程的影响比较大，属非饱和土力学的研究范围，是目前正在研究的热点内容。

第二节土的颗粒特征一、土粒大小及粒组划分

土粒大小是描述土的最直观和最简单的标准。对于立方体和浑圆球体的土粒，可直接量测，立方体的边长或圆柱体的直径，来描述土粒的大小。常用的分析方法有两种，对于大于0.075mm的土粒常采用筛分析方法，而对于小于0.075mm的土粒则用沉降分析方法。沉降分析的方法：土粒大小即相当与实际土粒有相同沉降速度的理想圆球体的直径。天然土体土粒大小变化很大，1×10-6mm~几米大小。土料的大小称为粒度，把大小相近的土粒合并成一组，称粒组，分界线是人为确定的。我国采用粗粒组划分办法，分为六大粒组，其分界粒径为200，20，2，1/20，1/200mm，根据需要再划分为若干亚组。划分粒组有两种方式：任意划分的方式，即按一定比例递减关系划分粒组的界限值。考虑土粒性质变化的方式，使划分的粒组界限值与粒组性质的变化相适应。二、粒度成分及其表示方法土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（%），它可用来描述土的各种不同粒径土粒的分布特征。常用的粒度成分的表示方法有表格法（如表1-1）、累计曲线（图1-4）及三角形坐标法。土的粒度成分表1-1粒组（mm）粒度成分（以百分计）土样a土样b土样c10～525.05～23.120.02～16.012.31～0.514.48.00.5～0.2541.56.20.25～0.1026.04.98.00.10～0.059.04.614.40.05～0.018.137.60.01～0.0054.211.10.005～0.0025.218.9＜0.0021.510.0图1-4图1-5根据粒径级配曲线可以得到以下指标平均粒径d50：通过率是50%时的粒径。它表示了试料中粒径大小的中间值,所以,称为平均粒径。有效粒径d10：通过率是10%时的粒径，是试料中所含细粒土大小程度的指标。通过该指标可知固结至某种程度的土的孔隙中，比土粒平均粒径d50小的细粒土的大小程度，所以d10可用于推定含砂量较多的土的渗透系数[表示土中水流过的难易程度的系数]。同理，可得d30和d60见图1-5。

不均匀系数Cu：

Cu=d60/d10

该指标表示了颗粒累积曲线的倾斜度，Cu值大，叫做级配良好，Cu值小叫做级配不良。级配良好的土，土颗粒大小相间，在压实的时候容易压实，所以叫做极配良好。乒乓球的不均匀系数Cu=1，是级配最差的例子。

曲率系数Cc:Cc=(d30*d30)/(d10*d60)

该值表示了累积曲线的平滑程度，Cc值接近于1，曲线平滑，表示土中含有大小不同的土颗粒。通常Cu≥10，Cc=1—3的土是级配良好的土。三角形坐标法是由等边三角形组成，几何上已知三角形内一点，到三个边的距离之和为一常数，即h1+h2+h3=H,其中，h1——粘土颗粒的含量h2——砂土颗粒的含量h3——粉土颗粒的含量根据该点在三角形的位置，确定土的名称、性质。三、粒度成分分析方法土的颗粒级配由颗粒级配实验求出。在颗粒级配实验中,粗粒(75μm以上)土，用筛分法分析，细粒(75μm以下)土，因为土颗粒过小，用筛分法分不出来，采用水中沉降法(比重计法)分析。筛分法如图1-3(a)所示，把筛孔不同的筛，按筛孔的大小从大到小依次摞起来，最上层的筛中放入干燥的土试料，加盖后振动，最后称量留在各个筛里的试料的质量，从而得出各种粒径所占的质量百分比。把这个结果绘在对数坐标纸上，得到图1-3(b)所示的颗粒大小与通过质量百分比的关系图。该曲线叫做颗粒级配曲线。另外，水中沉降法是一种聪明的方法，该方法利用了粒径大的颗粒沉降快(沉降速率与粒径的平方成比例)这一特性，分出粒径的大小。其方法是，把通过2mm筛的试料放入水中，充分搅拌，震动后静置，然后，隔一定的时间用比重浮标(比重计)量测悬浊液的比重，根据悬浊液比重随时间的变化，并考虑到粒径大的颗粒沉降快，从而求出粒径分布。当粗细兼有时，两种办法联合使用。

土粒越大，在静水中沉降速度越大，反之亦然。设有一个圆球形颗粒在无限大的不可压缩的松滞性液体中，它在重力作用下产生的稳定沉降速度V，可由stokes公式。V——球形颗粒在液中的稳定沉降速度

——球形颗粒的半径

——颗粒及液体容重N/m3——液体的松滞系数=0.00114Pa·s

w=9.81×103N/m3

s=26×103N/m3=悬液体积为1000cm3，其中所含≤di的土粒重量为Wsi(g)悬液中≤di土粒重量Wsi占土粒总重Ws的百分比P1为第三节土的结构

土的结构是指土的物质组成（主要指土粒、孔隙）的空间相互排列，以及土粒间的联结特征的综合。用肉眼或一般放大镜可以看到的土的结构称为宏观结构，如层理、裂隙、大孔隙等。用光学显微镜，电子显微镜才能观察到的土的结构称为微观结构。土的结构，按其颗粒的排列及联结有：1．单粒结构：这是碎石类土和砂土的结构特征：土粒间无联结存在，或联结微弱，可以略去不计，分为疏松和紧密的。在静荷载作用下，尤其是在振动荷载作用下，疏松的单粒结构会趋于紧密，单粒结构的紧密程度取决于矿物成份，颗粒形状均匀程度，沉积条件，片状矿物组成的砂土最为疏松；浑圆的颗粒组成的砂比常有棱角的颗粒组成的砂土紧密，土粒愈不均匀，结构愈紧密，急速沉积的比缓慢沉积的土结构疏松些。2．聚粒结构：若干土粒以面-面方式聚合在一起，形成比较大的叠片状的集合体。3．絮凝结构：土粒或聚粒以边-边、边-面方式相互联结在一起，形成絮凝结构，它使土具有：细胞孔隙性、粘聚性和弹性。土的结构在形成过程中，以及形成之后，当外界条件变化时，都会使土的结构发生变化。土体越干，土粒的联结强度越大，土体在外力作用下，絮状结构会趋于定向排列，土的强度及压缩性都随之发生变化。对土的结构的研究，近年来不仅研究土粒的排列及分布，并已开始研究土的孔隙率（孔隙大小、形状及分布）以及颗粒间联结性（接触数量，接触力的分布及）。第四节土作为三相体的比例指标土是三相分散体系，可从体积和重量上反映干湿程度及紧密程度，其实际组成的三相图和经抽象后的理想三相图如图1-6所示。(a)实际土体(b)土三相图(c)各相的重量和体积图1-6土的三相组成从图1-6可以得到以下式子：V=Vs+Vw+VaW=Ws+Ww+WaWa=0W=Ws+Ww1.土的容重γ：土体单位体积的重力。它通常用环刀法在试验室测定，一般土的容重16~22KN/m32．土粒容量γs：土固体颗粒单位体积的重力（或重量）。3．土的含水量：是指土中水重与固体颗粒重之比，以百分比表示W变化范围0~几百%，干砂接近于0，饱和粘土为百分之几百。4．干容量：是土的固体粒重力与土的总体积之比，即越大，土越密。5．饱和容重：指土孔隙中全部被水充满时的容重，即6．土的浮容重（浸水容重）：土浸没在水中受到浮力作用时的容重。当土浸没在水中时，就会受到水的浮力作用，从而减小了土的容重。浮力的大小等于排开的水重，因而浮容重应等于含有乳隙在内的单位体积土中的颗粒重量减去同体积（即颗粒体积）的水重，当土的孔隙度为n时，孔隙比为e时，从图1-7、图1-8可以得出：图1-7图1-87．孔隙比e：是指土中孔隙的体积与固体颗粒的体积之比，即用来评价土的紧密程度。8．孔隙率n，土中孔隙体积与总体积之比一般以百分率表示，e与n之间关系为：9．饱和度Sr：是孔隙中水的体积与孔隙体积之比它用来描述土中水充满空隙的程度，Sr=0为完全干燥的土，Sr=1为完全饱的土。把按饱和度将砂土分成三种状态,0＜Sr≤0.5稍湿0.5＜Sr≤0.8潮湿的（很湿的）0.8＜Sr≤1.0饱和的在以上指标中，、、是由试验测定，称为试验指标，其余指标均为导出指标。第五节粘性土的界限含水量如图1-9所示,粘性土充分加水搅拌后,像泥浆一样,不能成型,呈“液体状态”.然后使其渐渐干燥,随着含水量降低,水分蒸发,体积减小,逐渐达到容易成型的“半固体状态”.继续干燥下去,土颗粒相互接触,体积不再收缩,呈坚硬的“固体状态”.把与以上各种状态相适应的界限含水量分别称为液限(liquidlimit)WL、塑限(plasticlimit)Wp和缩限(shrinkagelimit)Ws,统称为稠度界限(consistencylimit).

所以说：土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水量称为液限WL。土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限Wp。土的体积随含水量的减少而收缩，但达某一含水量