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1、土力学与基础工程土力学与基础工程- -第二章第二章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 土力学与地基基础道路与桥梁工程研究所 土
2、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1.3.2 土的固体颗粒颗粒级配 试验结果可绘制在试验结果可绘制在半对数半对数坐标上坐标上 纵坐标：纵坐标：小于某粒径的土粒累积含量小于某粒径的土粒累积含量 横坐标：横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来. 道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 土的固体颗粒颗粒级配1001010.10.01020
3、406080100小于某粒径的图含量/%粒径/mm粒径粒径/mm/mm小于某粒径的土含量小于某粒径的土含量/%/%道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础2.3.2 土的固体颗粒颗粒级配不均匀系数：不均匀系数：曲率系数：曲率系数：1060uCdd1060230Ccddd小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的60%时的粒径时的粒径-限定粒径限定粒径（d60）。）。小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的30%时的粒径时的粒径-中间粒径中间粒径（d30） 。小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的10%
4、时的粒径时的粒径-有效粒径有效粒径（d10） 。道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.3.2 土的固体颗粒颗粒级配不均匀系数不均匀系数可以反映大小不同粒组的分布情况，可以反映大小不同粒组的分布情况，Cu越大表越大表示土粒大小分布范围广，级配良好。示土粒大小分布范围广，级配良好。 曲率系数曲率系数描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。Cu5 ，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105.02.01.00.50.2
5、50.1200g101618242238721009080706050403020100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,
6、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
7、 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、不能传递弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。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由水自由水- -可以传递可以传递静水压力静水压力 、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 土中水和气自由水毛细水
8、： 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。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
9、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
10、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 表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为为土的三相比例指标。土的三相比例指标。主要指标有：主要指标有：比重比重
11、、天然密度天然密度、含水量含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、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。注意：注意：土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，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 土的物理性质指标道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理
12、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： 土粒比重决定于土的矿物成分，同一种类的土，其比重土粒比重决定于土的矿物成分，同一种类的土，其比重变化幅度很小。变化幅度很小。 试验室内用比重瓶测定。试验室内用比重瓶测定。w1sw1sss1vmd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
13、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结构特征，其变化范围较大。一般反映了土的物质组成与结构特征，其变化范围较大。一般粘粘性土性土= 1.82.0g/cm3；砂土砂土=1.62.0g/cm3。天然密度一般天然密度一般用用“环刀法环刀法”测定测定 。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
14、，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。一般说来，同粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用试验室内一般用“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：
15、单位体积内土粒的质量或重量。n表达式： VmsdgVgmdsd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： 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 ）VVmwssgwsat道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2 土的物理性质指标密度dsat道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.2
16、 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
17、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： %100vwrVVS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
18、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无粘性土无粘性土的土粒之间的联结微弱，因此其工程性质主的土粒之间的联结微弱，因此其工程性质主要与密实度有关；要与密实度有关；n粘性土粘性土颗粒很细，比表面积大，水对其性质影响较大，颗粒很细，比表面积大，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
19、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
20、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。最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用“振击法振击法”测定。最大孔测定。最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用隙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。minmaxmaxreeeeD密密 实实 中中 密密松松 散散Dr 0.670.33 Dr0.67Dr3030
21、N1515N10N10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 刚沉积的粘土，刚沉积的粘土，本身不能保持其本身不能保持其形态，极易流动形态，极易流动 外力作用可改变其形状，外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外而不改变其体积，并在外力卸
22、除后仍能保持已获得力卸除后仍能保持已获得的形状的形状 水分蒸发，上覆沉积层水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，厚度增加，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。道路与桥梁工程研究所 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
23、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 稠度：稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬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粘性土的粘性土的界限含水量界限含水量： 同一种粘性土随其含水量的不同，
24、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、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一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
25、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，可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：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。 塑性指数是粘性土的最基本、最重要的物理指标，其大小取决于塑性指数是粘
26、性土的最基本、最重要的物理指标，其大小取决于吸附结合水的能力，即与土中粘粒含量有关，粘粒含量越高，塑吸附结合水的能力，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
27、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 pLpLwwwwI液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑状液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑状态的土的液性指数在态的土的液性指数在01之间；液性指数大于之间；液性指数大于1，处于流动状态；，处于流动状态；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.
28、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，土的结构由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水率大于它它获得了一定的结构强度，以至于土
29、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：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影响，可用灵敏度 衡量：衡量：uutqqStS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
30、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
31、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
32、的结构特征。 单粒结构的松密程度取决于矿物成单粒结构的松密程度取决于矿物成分、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重量形成子吸力大于下沉土粒重量形成链环状单元，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，便形成孔隙状单元联接起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构，蜂窝状结较大的蜂窝状结构，蜂窝状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微小的粘粒，重量极轻，靠
33、其自微小的粘粒，重量极轻，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形成土粒集合土粒间的吸引力形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、压缩性高、孔隙很大，强度低、压缩性高、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 土的结构与构造土的结构 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
34、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我国的分类方法至今尚未统一，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统一，不同的部门根据各自行业特点建立了各自的分类标准。一般对粗粒土主要按颗粒组成进行分类，立了各自的分类标准。一般对粗粒土主要按颗粒组成进行分类，粘性土则按塑性指数分类。粘性土则按塑性指数分类。n目前国内应用于对土进行分类的标准、规程（规范）主要有以下目前国内应用于对土进行分类的标准、规程（规范）主要有
35、以下几种：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 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
36、与地基基础 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、工程性质工程性质：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，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、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
37、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 1、定义定义：粒径：粒径d2mm
38、的颗粒的颗粒含量不超过全重的含量不超过全重的50%，且粒径，且粒径d0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%的土。的土。 2、密实度密实度：密实、中密、稍密、：密实、中密、稍密、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 定义定义：粒径：粒径d0.075mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%，且，且Ip10的的土。土。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。分类分类：
39、根据粒径：根据粒径d0.005mm的颗粒含量是否超过全重的颗粒含量是否超过全重10%，分，分为粘质粉土、砂质粉土。为粘质粉土、砂质粉土。密实度密实度：密实：密实(e0.75)、中密、中密(0.75e1为松散状态，属为松散状态，属软弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。软弱地基；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粘性土粘性土是指粒径小于
40、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 (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
41、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。和评价的依据。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，使土指在一
42、定的含水率下，以人工或机械的方法，使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土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑材料填土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的压缩性和透水性。筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀性。填在施工中常常需要压密填料，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
43、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 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
44、的影响n当含水率较小时，土的干密度随当含水率较小时，土的干密度随着含水率的增加而增大，而当干着含水率的增加而增大，而当干密度增加到某一值后，含水率继密度增加到某一值后，含水率继续增加反而使干密度减小。干密续增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度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此时对应的含水率最大干密度，此时对应的含水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增加而逐渐增大，度
45、随击数的增加而逐渐增大，最优含水率则逐渐减小。但最优含水率则逐渐减小。但是这种增大或减小的速率是是这种增大或减小的速率是递减的，因而光靠增加击实递减的，因而光靠增加击实功能来提高土的干密度是有功能来提高土的干密度是有一定限度的。一定限度的。 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，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
46、，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 ：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；1. 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01020304050020406080
47、100u/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
48、渗流时道路与桥梁工程研究所 土力学与地基基础1.8 土的渗透性n水在土体中的渗透，一方面水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工会造成水量的损失，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状态的变化，体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。成破坏事故。n土的渗透性的强弱，对土体土的渗透性的强弱，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由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的
49、粘滞阻力很大，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，流速缓慢流速缓慢 层流层流水在土中的渗透速度和水在土中的渗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
50、；nL 渗径长度；渗径长度；nk 渗透系数（渗透系数（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于对于密实的粘土密实的粘土，由于吸，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，只有当水力梯度达因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才着水的