《《岩土力学》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《岩土力学》PPT课件.ppt（214页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、岩 土 力 学0绪论岩土力学的概念土力学是一门研究土体渗流、压缩和强度三个主要课题的学科 岩石力学是研究岩石的力学性态的理论和应用的学科 岩土力学的研究对象研究对象：土和岩石土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。岩石是由矿物和岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然体。岩体是受到各种性质的软弱面切割而成的自然地质综合体。岩体结构：包括结构面和结构体。岩土力学研究的内容对工程地质定性成果进行定量分析和计算岩土体物力性质研究岩土体的稳定性参数测试方法研究、现场大型力学试验、应力和应变监测技术岩土体中应力和应变的分布规律及岩土体和工程建筑物相互作用的研究影响岩土体稳定性的各种因素和作用力，定
2、量评价岩土体稳定性的理论和科学计算方法的研究加固岩土体的工程措施和处理技术研究岩土力学在工程建设中的作用和任务作用一(宏观）应用岩土力学知识分析、计算、评价建筑物地基变形、强度及稳定性，确保水库、大坝等的安全可靠性尽可能把不利因素转化为有利因素，提高建筑物的稳定性并节约投资作用二：水利水电建设中的岩土工程0 概述坝堤基础的稳定、地下电站建设、引水隧道建设、开挖边坡、评价水利水电的建设环境和地下渗透水的状态等与岩土工程密切相关的是高坝建设、引水隧洞、自然边坡的稳定三峡大型水利枢纽，面对一系列岩土工程技术难题，如船闸高边坡的计算分析与建设0 概述二滩水电站在基岩上建高坝要求解决建基面的力学分级，稳
3、定性评价方法，多裂隙岩体的强度及变形分析方法二滩地下厂房规模为世界第四，洞室群要求采用施工优化系统高165M处于复杂地基上的李家峡拱坝，在大坝软弱夹层运用了砼置换、抗震桩、传力峒及600T位的锚拉技术1 高坝建设中的岩土工程问题（1）勘探技术方面高坝基岩的勘探，需解决许多与工程地质、岩体力学有关的难题，如区域性的构造稳定、复杂岩基、风化基岩的力学特性（2）水利水电建设中的岩体质量分级：岩体质量分级按不同的工程类型，如大坝主地基、边坡开挖工程等，进行不同的分级。单因素分级法指标：按岩石抗压强度分级；按风化程度分级；按岩石质量指标分级；以弹性波速度分级。1 高坝建设中的岩土工程问题多因素分级法指标
4、：按岩体连续性分级；西班牙的图末罗法分级；我国的损伤力学岩体分类法（3）大坝稳定计算分析引用非线性非连续介质模型对大坝稳定性进行分析清华大学的三维非线性大坝分析程序，可分析大型拱坝的整体稳定性1 高坝建设中的岩土工程问题（4）坝基岩体稳定评价目前主要采用计算分析法和模型试验法计算分析法：有限元法，刚体极限平衡法模型试验法：地质力学模型，脆性材料模型评价拱坝坝肩岩体稳定，是拱坝设计中面临的最困难的问题之一2 土坝工程（1）土坝工程加固防渗应用技术目前，我国已建成土坝6万余座，占大坝总数的90%。我国土坝中大多是碾压式土坝根据土石料的性质，放在坝体内适当的部位并采用适当的施工技术砾质土、风化岩、石
5、渣用于筑坝的技术2 土坝工程利用机械把风化岩压碎作为防渗体把不同的土石料拌和后建成强度高的防渗体冻土筑坝技术沥青砼塑料薄膜等材料作为土石坝的防渗结构土坝基础的不良地基处理：水泥粘土灌浆法、砼防渗墙、土铺盖防渗、泥浆防渗槽、化学材料灌浆、砂井加固等2 土坝工程（2）土坝工程设计土的强度力学模型的应用土坝的稳定性分析土坝分析中计算机数值方法的引入坝体变形和裂缝的研究引入仿真破坏模拟用有限元法模拟土坝渗流土坝边坡稳定分析的动力分析方法沉降计算与固结理论3 地下水电站建设中的岩土工程地下水电站指引水道、调压井、压力管道、主厂房部分洞室、尾水洞室等均位于地下的电站在地质条件允许的情况下，可充分利用围岩承
6、载能力减少支承结构，节省钢材、水泥，降低工程造价把围岩视为承载结构，建立岩体支护概念地下洞室计算方法数值模拟法：块体法、弹塑性模型分析法3 地下水电站建设中的岩土工程地下洞室的稳定判据：以岩体的屈服、变形、状态作为判据喷锚支护加固地下结构：锚杆、锚索、喷射砼等洞室群的施工优化：从全局出发，找出有利于围岩稳定而且经济的优化施工方案作用三：铁路建设中的岩土工程铁路建设中的岩土工程包括岩土工程勘探、路基、桥梁基础工程、隧道工程。遥感、物探、原位测试、岩土试验滑坡、崩塌、泥石流及岩溶等复杂工程地质条件下的铁路工程软土、膨胀土、黄土、冻土等特殊条件下的铁路工程风沙地区的铁路工程作用三：铁路建设中的岩土工
7、程锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、加筋土挡土墙、抗滑桩、桩板墙、锚索抗滑桩及土钉墙等各种支挡结构工程重载及高速铁路路基复杂条件下桥梁及基础工程复杂条件下长、大隧道工程作用四：港口建设中的岩土工程港口建设中的岩土工程包括软土地基的勘探取土和现场测试、沿海软粘土工程、软基加固工程、桩基和其他港工结构基础和设计和施工工程采用浅层剖面仪在大面积水域中进行初步勘探并结合少量钻孔，鉴别土类和土层采用标准贯入、土压力计等常规设备完成现场测试和原体观测用砂井排水堆载预压方法加固软粘土地基作用四：港口建设中的岩土工程用袋装砂井和塑料纸板排水处理淤泥质海岸用振冲碎石桩法、真空预压法、强夯法、深层拌合法、填土超载挤淤法、
8、爆炸挤淤法等加固软基预应力钢筋砼空心方桩应用于高桩码头大型钢管桩应用于建造深水码头大型预应力钢筋砼管桩应用于建造海水腐蚀码头作用四：港口建设中的岩土工程其他港工建筑物基础：大直径圆筒结构，地下连续墙，大型扶壁，沉井和沉箱等作用五：城建中的环境岩土工程处于江河湖泊或海洋沿岸的城市，城市环境灾害防治摆在重要地位城市防洪：须控制淹没高度，涉及上下游河道清理工程、防洪堤和防汛墙工程等采取技措提高大坝抗洪能力：用探地雷达等无损检测方法查明堤防工程的地层特点和险情隐患；用旋喷等加固大堤地基；用防渗墙等延长渗透途径；采用经济高效新型加固材料加速工程进度，提高工程质量作用五：城建中的环境岩土工程山城的泥石流治
9、理：在形成区用沟坡兼治措施；在流通区，筑各种拦截坝、溢流坝；在堆积区，采取排导停淤措施港口城市须疏通航道，合理构筑导堤，提高通航能力海岸城市须进行岸坡稳定保护，合理地构筑围海海堤城市地面沉降，涉及深井回灌、高层建筑纠偏等工程任务解决岩土工程问题通过岩土力学分析计算，提出建筑物结构类型、施工方法及运营使用中的注意事项提出改善和防治不良地质条件，解决岩土工程问题的方法和措施岩土力学的研究方法土力学的研究方法理论和室内外土工试验及工程实践相结合，理论计算和工程经验并重岩石土力学的研究方法采用对自然岩体进行性质测定、理论计算、科学试验与理论分析相结合的方法岩土力学的发展简史 岩土力学是一门既古老、又新
10、兴的学科，人类很早就懂得广泛利用土进行工程建设（我国的长城、南北大运河）直到十八世纪中叶，人类对土在工程建设方面的特性，尚停留在感性认识阶段感性认识阶段。土力学的发展简史十八世纪产业革命后，提出了大量与土力学有关的问题和不少成功的经验，特别是一些工程事故的教训，迫切促使人们去寻求理论的解释，并要求永通过实践检验的理论来直到以后的工程实践。筑城学（欧洲）墙后土压力问题铁路、公路、水利工程 土坡稳定问题半经验分析阶段半经验分析阶段土力学的发展简史二十世纪，随着土建规模的扩大，促使人们全面地系统地对土的力学性质作理论和实践研究，科学技术不断发展，世界不少国家分分成立专门土力学研究机构，重点研究。十八
11、世纪二十年代，著名的土力学家太沙基的土力学专著土力学问世，标志着土力学作为一门独立的较系统而完整的学科，自1936年以来，已召开了十一届国际土力学和基础工程学术会议。近四十年来，由于尖端科学、生产发展的需要，土力学的研究领域又有了明显的扩大土动力学、冻土力学、海洋土力学、月球土力学同时岩石力学也已与土力学分离而单独称为一门学科。岩石力学的进展和动向重视工程地质宏观研究大力发展岩体和岩石测试和检测技术加强对岩体和岩石基本性质的研究数值分析在岩石力学中广泛应用强调岩石力学在工程上的应用，重点转向地下工程重视工程实例的总结分析和现场判断，加强专家系统的建立工作岩土力学的学习方法学习岩土力学，必须特别
12、注意认识土的特点多样性易变性岩土力学密切结合专业和实践的一门课程，学习中不但要着重于基本概念的理解，掌握计算方法而且要学会初步解决实际问题的能力。岩土力学与其它课程的关系岩土力学属于技术基础课，它在一般基础课和专业课之间起到承上启下的作用。先行课程：材料力学、结构力学、弹性理论初步、工程地质学与水文地质学、水力学后续课程：水工结构、地基及基础岩土力学是一门边缘学科，它所设计的自然科学范围很广，除了和力学领域内各邻近学科有密切关系外，它还涉及到普通地质学、土质学、物理、化学等方面的知识领域。第一章 岩土的物理性质及工程分类 1.1 岩土体的特性 1.1.1 土的结构与特性 土的概念及土的形成 在
13、土木工程领域，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。土的来源 土根据来源可分为 无机土：岩石风化 天然土 土是岩石风化的产物 有机土：腐殖土，由植物完全或部分分解的堆积物具有高压缩性、低强度，为不良建筑物地基风化：物理风化：温度 应力 岩石开裂 水的冻胀 裂缝张开 岩石开裂 波浪冲击 地震 风 沙砾冲击 岩石破裂 化学风化：岩石与空气、水和各种溶液相接触经 氧化 炭化 作用 分解成细小的颗粒 致使岩石的矿物成分发生变化 水化 在自然界，物理风化和化学风化是同时或交替进行的，所以任何一种天然土通常既是物理风化的产物，
14、又是化学风化的产物。土的种类残积土：岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良母岩)运积土：经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。可分为 河流运积土 风积土 冰川沉积土 沼泽土（腐植土）河流沉积土 水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故：上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题 下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题风积土黄土典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时，含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受较大的建筑物荷载
15、，可一旦湿水，其胶结强度会迅速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉，黄土的这种性质称为湿陷性。冰川沉积土 未经水流搬运，直接从冰层中搁置下来的冰碛土。其特点是：不成层，性质一般不均匀，可作为土石坝的不透水材料，而化学胶结的冰碛土具有很高的密实性，常常是极好的建筑物地基。冰水冲积土：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积土，具有与河流冲积土类似的性质，是优良的透水材料和混凝土骨料土的生成物理风化 土的生成化学风化 砂粒与粘粒 土层分布示意 特殊土 土的三相组成土是由固体颗粒和颗粒之间的孔隙所组成，而孔隙中通常存在着水和空气两种物质，因此，土是固体颗粒、水、空气组成的混合物，常称为土的三相系。根据
16、研究组成土的三个部分固相、液相和气相所占用的比例不同对土的工程性质有着很大的影响。固相：土粒、粒间胶结物、有机质 骨架液相：水及其溶解物气相：空气及其他气体饱和土：土骨架孔隙全部被水占满时。干土：土骨架的孔隙仅含空气湿土：地下水位以上，地面以下一定深度内兼含空气和水，属三相系，称为湿土。一、土的固相（一）、成土矿物（二）、土粒的粒组（三）、土粒的分析方法（四）、土粒的级配成土矿物 土是岩石风化的产物，土粒的矿物成分取决于成土母岩的矿物成分风化后的风化作用，一般可分为两类：原生矿物：石英、长石、云母；岩石物理风化生成的土粒，土粒较粗，多呈浑圆状、块状或板状，吸附水的能力较弱，性质稳定，无塑性次生
17、矿物：化学风化的产物，性质与母岩完全不同，一般为粘土矿物 成土矿物砂粒一般由石英构成，其次是长石、云母，当砂土中含有大量呈片状的云母时将 粘粒包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩性增高。土粒的粒组 天然土由无数大小不同的土粒组成，逐个研究它们的大小是不可能的，统称是将工程性质相近的土粒合并成一组称为粒组 漂石粒卵石粒 砾 粒砂 粒粉 粒粘 粒胶 粒巨粒组 d60mm粗 粒 组 60mm0.075mm细粒组 d6060fr3030fr1515fr5fr52 2）岩石按风化程度分类）岩石按风化程度分类国国标标岩土工程勘察岩土工程勘察规规范范（GB50021200
18、2GB500212002）中提出岩石按中提出岩石按风风化化程度分程度分类见类见表表1-101-10。岩石的工程分类岩石的工程分类1.4.2 1.4.2 岩石的工程分类岩石的工程分类风化程度野外特征风化程度参数指标压缩波速度vp(m/s)波速比kv风化程度kt未风化岩质新鲜，偶见分化痕迹50000.91.00.91.0微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色。有少量风化裂隙400050000.80.90.80.9中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物。风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进200040000.60.80.40.8强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，分化
19、裂隙发育，岩体破碎。用镐可挖掘，干钻不易钻进100020000.40.60.4全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进50010000.20.4-残积土组织结构已全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性5000.2-1.2岩土的物理性质指标 1.2.1土的物理性质指标概念所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程度上反映了土的力学性质。土的物理性质指标的分类一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度
20、等，称为间接指标 土的三相图为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系，常用三相图表示土体内三相的相对含量。试验直接测定的物理性质指标 土的密度和容重密度单位体积土的质量，用表示定义：单位：kg/m3或 g/cm3表达式：容重定义：单位体积土的重量，用表示单位：KN/m3表达式：土的密度和容重测定方法：环刀法土的比重Gs定义：土的质量与同体积4时纯水的质量之比（无因次）表达式：土的比重Gs测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重土的比重Gs土的含水率 含水率：土中水的质
21、量与土粒质量之比，以百分数表示 表达式：土的含水率测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100105下烘干，称干土的质量。间接换算的物理性质指标 土的孔隙比e定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示表达式：土中孔隙度n定义：土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示表达式：土的饱和度Sr定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示表达式：干密度d、干容重d 定义：单位体积内土粒的质量或重量表达式：干密度d干容重d土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它
22、来控制填土工程的施工质量。饱和密度sat与饱和容重sat 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表达式：浮密度 与浮容重 定义：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差表达式：各种密度之间的比较物理性质指标间的换算 常用的物理性质指标共有9个，一般地说，已知其中任意3个，通过换算，可以求其余6个。孔隙比与孔隙率的关系 干密度与湿密度和含水率的关系 孔隙比与比重和干密度的关系 饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 当土饱和时，即为Sr=100则 饱和含水率浮密度与比重和孔隙比的关系 例题例题 某土样，经试验测得含水量为某土样，经试验测得含水量为12.5%,天然密度为天然密度
23、为1.60g/cm3,土粒相对密度为土粒相对密度为 2.63,求孔隙比，孔隙率和饱程度。求孔隙比，孔隙率和饱程度。1.3土的物理状态指标1.3.1无粘性土的相对密实度对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比，密实度在一定程度上可用其孔隙比来反映 1.3.1 无粘性土的相对密实度无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、形状和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度。
24、它是用无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准。相对密实度Dr定义（理论表达式）l定义（实用表达式）emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算 emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算 e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比 dmax无粘性土的最大干密度 dmin无粘性土的最小干密度 d无粘性土的天然干密度或填筑干密度 相对密实度Dr无粘性土处于最密实的状态 无粘性土处于最紧密的状态 在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：疏松中密密实1.3.2 粘性土的物理状态指标粘性土的稠度 定义：指粘性土在某一含水率下对外界引起的变形或破坏的抵抗能力，是粘
25、性土最主要的物理状态指标。粘性土的稠度粘性土的稠度流动状态可塑状态固体状态 半固体状态 刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动 外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状 水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩 含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂 体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡 粘性土的稠度粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一界限含水率来区分，稠度界限（阿太堡）Atterberg界限定义：粘性土的稠度液限 流动状态与可塑状态的界限含水率，可塑状态的 上限含水率 塑限 可塑状态与半固体状态的界限含水率，可塑状态的 下限含
26、水率 缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随 着含水率的减小而体积开始不变的含水率。粘性土的稠度粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验方法测定这些界限含水率。塑限测定方法：搓滚法和液塑限联合测定法塑限测定方法：搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻恰好出现裂缝，就把土条的含水率定为塑限液塑限联合测定法：取代表性试样，加入不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重作用下经5秒后沉入试样的深度。以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2毫米
27、所对应的含水率为塑限。液限测定方法：液塑限联合测定法：土工试验方法标准（GB/T50123-1999）规定入土深度恰好为17毫米所对应的含水率为17毫米液限，入土深度恰好为10毫米所对应的含水率为10毫米液限。液塑限联合测定法和碟式仪法 液限测定方法：液限测定方法：缩限测定方法：收缩皿法 把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干土样的体积并称量至0.1克，按下式计算 塑性指数 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）成为塑性指数塑性指数表示处于可塑状态时土的含水率可变化幅度。塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个综合性
28、指标。一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地分类指标 液性指数 粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样的状态，与无粘性土的相对密实度相似，粘性土的状态用液性指数来判别。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。判定土处于坚硬状态 土处于可塑状态 土处于流动状态 注意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，它获得了一定的结构强度，以至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着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。土的压实性 人们很早就用土作为
29、建筑材料，而且知道要把松土击实。公元前200多年，我国秦朝修筑驰实（行车大道），就有用“铁锥筑土坚实”的记载，说明那时人们已经认识到土的密度和土的工程特性有关。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，使土体能够压实到某种密实程度的性质。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。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干密度来表示。在实验室内研究土的密实性是通过击实试验进行的。击实试验 轻型：粒径小于5毫米重型：粒径小于40毫米25下，分三层击实56下，分5层击实击实仪影响土的
30、压实性的因素 含水率的影响对同一种土料，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定土样的含水率和密度，然后以含水率为横坐标，干密度为纵坐标，绘制击实曲线。从图中可以看出，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，此时对应的含水率称为最优含水率。影响土的压实性的因素 击实功能的影响 1.实验室中的击实功能是用击数来反映的，对同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密度也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到的最大干密度也大，最优含水率小2.用同一种土料在不同含水率下分别用不同的击
31、数进行击实试验，就能得到一组随击数而异的含水率与干密度关系曲线。影响土的压实性的因素 1、土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大，最优含水率则逐渐减小。但是这种增大或减小的速率是递减的，因而光靠增加击实功能来提高土的干密度是有一定限度的。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，过低则填土遇水后容易引起湿陷。影响土的压实性的因素 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，
32、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是不同的，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。无粘性土的填筑标准，通常是用相对密实度来控制的，一般不进行击实试验级配良好的土易于压实，反之则不易压实 影响土的压实性的因素 粗粒含量的影响 由于击实仪尺寸的限制，实际试验中可能剔除超出粒径的部分，然后进行试验。这样测得的最大干密度和最有含水率与实际土料在相同击实功能下的最大干密度和最有含水率不同。对于轻型击实试验，可按下式修正 1.4.3 土的工程分类 土的工程分类 对天然形成的土来说其成份、结构和性质千变万化，其工程性质也
33、千差万别。为了能大致判别土的工程特性和评价土作为地基或建筑材料的适宜性，有必要对土进行科学的分类。分类体系的建立是将工程性质相近的土归为一类，以便对土作出合理的评价和选择恰当的方法对土的特性进行研究。为了能通用，这种分类体系应当是简明的，而且尽可能直接与土的工程性质相联系。土的工程分类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，粘性土则按塑性指数分类。目前国内应用于对土进行分类的标准、规程（规范）主要有以下几种：（1）建设部土的分类标准（GBJ145-90）（2）建设部建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）（3）交通部公路土工
34、试验规程（JTJ051-93）（4）水利部土工试验规程（SL237-1999）土的分类标准 该分类体系与一些欧、美国家的土分类体系在原则上没有大的差别，只是在某些细节上作了一些变动。土的总分类体系如下表。土的分类标准需要掌握的英文单词：漂石：boulder砾石：gravel卵石：cobble粉土：mealy粘土：clay细粒土：fine-grained级配良好：well-graded级配不良：poorly-graded 土的分类标准土的分类标准巨粒土和含巨粒土的分类 土的分类标准粗粒土的分类 土的分类标准土的分类标准细粒土的分类 土的分类标准土的分类标准土的分类标准建筑地基基础设计规范中的地基
35、土分类 碎石土的分类 建筑地基基础设计规范中的地基土分类砂土的分类 建筑地基基础设计规范中的地基土分类粉土 若土的塑性指数小于或等于10，粒径大于0.075的颗粒含量超过总量的50，则该土属于粉土 建筑地基基础设计规范中的地基土分类粘性土的分类 2.2.1土的渗透性 一 概述土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。关于防渗墙防渗墙施工现场防渗墙渗透的定义及土的渗透性 水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引
36、起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 水的问题水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题，比如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗出而出现需要排水的问题；相反在以蓄水为目的的土坝中会由于渗透造成水量损失而出现需要挡水的问题；另外还有一些像污水的渗透引起地下水污染，地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下水环境的问题。也就是说，说自身的量（涌水量，渗水量）、质（水质）、赋存位置（地下水位）的变化所引起的问题。土的问题土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、
37、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基地稳定性或产生有害变形的影响，在坡面、挡土墙等结构物中常常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而失稳；土坝、堤防、基坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内的结构而酿成破坏事故；非饱和的坡面会由于水分的渗透而造成土的强度的降低而引起滑坡。由于渗透而引起的代表性例子就是地下水开采造成的地面下沉问题。二 Darcy渗透定律 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 层流水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比 Darcy渗透定律v 渗透速度（cm/s或m/s）q 渗流量（cm3/s后m3/s）
38、i 水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头 损失，无因此h 试样两端的水位差，即水头损失L 渗径长度k 渗透系数（cm/s或m/s,m/d）A 试样截面积（cm2或者m2）流速与水力梯度的关系砂土砂土的水力梯度与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。流速与水力梯度的关系粘土对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力梯度成为粘性土的起始水力梯度ib粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水力梯度超过起始水力梯度后，渗透速度与水力梯度的规律还偏离达西渗透定律而呈非线性关系。为方便，用虚直线来描述密
39、实粘土地渗透速度与水力梯度的关系，用以下形式表示。流速与水力梯度的关系粘土流速与水力梯度的关系砾土在粗粒土中（砾、卵石等），只有在小的水力梯度下，渗透速度与水力梯度才呈非线性关系，而在较大的水力梯度下，水在土中流动进入紊流状态，渗透速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律同样不能适用 注意按照达西定律求出的渗透速度是一种假想的平均流速，它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的。实际上，水在土体中的实际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 Darcy渗透定律的适用条件 太沙基通过大量试验证明从砂土到粘土达西渗透定律在很大的范围内都能适用，其适用范围是由雷诺系数来决定的，也就
40、是说只有当渗流为层流的时候才能适用。根据水的密度，流速v，水的粘滞系数，土粒粒子平均粒径d，可以算出雷诺数ReDarcy渗透定律的适用条件从层流转换为紊流时的Re数一般为0.17.5的范围，而一般认为在土的孔隙内水流只要雷诺数10-1高渗透性纯砾与砾混合物10-310-1中渗透性极细砂10-510-3低渗透性粉土、砂与粘土混合物10-710-5极低渗透性粘土10-7几乎不透水 影响渗透系数的因素很多，诸如土的种类、级配、孔隙比及水的温度等。因此，为了准确地测定土的渗透系数，必须尽力保持土的原始状态并消除人为因素的影响 成层土的渗透系数天然沉积土往往由渗透性不同的土层组成。对于与土层层面平行和垂
41、直的简单渗流情况，当各层的渗透系数和厚度已知时，我们可以求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗透计算的依据。结论对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性相差悬殊时与层向平行的平均渗透系数将取决于最透水土层的厚度和渗透性与层向垂直的平均渗透系数将取决于最不透水土层的厚度和渗透性 2.3 渗流场理论2.3.1稳定二维渗流场中的拉普拉斯方程 单位时间内流入单元体的总水量必等于流出的总水量2.3.2 流网及其特征渗流场中任一点的水头是其坐标的函数，因此求解渗流问题的第一步就是先确定渗流场中各点的水头，亦即求解渗流基本微分方程满足拉普拉斯方程的将是两组彼此正交的曲线，一组称为等势线
42、（各点水头相等），另一组称为流线（表示渗流的方向），等势线和流线交织在一起形成的网格叫流网只有满足边界条件的那一种流线和等势线的组合形式才是拉普拉斯方程的正确解答流网及其特征求解方法解析法数值法电拟法比较精确，但只有在边界条件简单的情况下才能求解有限差分法（FDM）有限单元法（FEM）电网络模拟边界条件比较复杂的渗流典型流网分析接近坝底，流线密集，水力梯度大，渗透速度大远离坝底，流线稀疏，水力梯度小，渗透速度小流网特征流线与等势线彼此正交每个网格的长度比为常数，为了方便常取1，这时的网格就成为正方形或曲边正方形相邻等势线间的水头损失相等各流槽的渗流量相等2.4渗透破坏的类型2.4.1渗透变形的
43、形式按照渗透水流引起的局部破坏特征，渗透变形可分为流土和管涌两种基本形式流土是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。基坑或渠道开挖时所出现的流砂现象是流土的一种常见形式流土流土管涌管涌指在渗流作用下土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。主要发生在砂砾土中。管涌管涌管涌整体破坏水库塌岸2.4.2渗透变形产生的条件渗流力和临界水力坡度渗流力的概念水在土中流动能量消耗力图拖曳土粒水头损失渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力称为渗流力渗透力、动水压力渗流力的概念1点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利
44、2点，3点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利3点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利土的临界水力梯度抗渗强度：土体抵抗渗透破坏的能力，通常以濒临渗透破坏时的水力梯度表示，一般称为临界水力梯度或抗渗梯度流土型土的临界水力梯度逸出处单位土体临界水力梯度流土型土的临界水力梯度 流土的临界水力梯度决定于土的物理性质，当土的比重和孔隙率已知时，则土的临界水力梯度是一定值，一般在0.81.2之间 根据竖向渗流不考虑周围土体的约束作用情况下推得的，因此，按此式求得临界水力梯度偏小，一般比试验值要小1520粘性土的临界水力梯度粘性土由于粒间粘结力的存在，其临界水力梯度较大。粘性土与无粘性土的流土破坏机理不同
45、，后者是由于渗流力的作用，前者则还与土体表面的水化崩解作用（水稳性）以及渗流出口临空面的孔径有关。水科院建议对粘性土逸出梯度与渗透稳定流土一般发生在渗流逸出处。因此只要求出渗流逸出处的水力梯度，就可判别流土的可能性。土处于稳定状态土处于临界状态土处于流土状态逸出梯度与渗透稳定渗透逸出的水力梯度实际上是不可求出的，通常是把渗流逸出处的流网网格的平均水力梯度作为逸出梯度。在设计时，为保证建筑物的安全，通常要求将逸出梯度限制在容许梯度之内管涌型土的临界水力梯度管涌是单个土粒在土体中移动和带出，水科院提出的管涌土临界水力梯度的计算公式为根据渗流场中单个土粒收到的渗流力、浮力以及自重作用时的极限平衡条件
46、，并结合试验资料分析而得到临界水力梯度与不均匀系数的关系土的不均匀系数越大，临界水力梯度越小。结论不是绝对的按渗透变形划分土的类型管涌土非管涌土在很大的水力梯度下也不会发生管涌在不大的水力梯度下就可以发生管涌流土型管涌型管涌土的划分管涌土发展性管涌土非发展性管涌土管涌型土过渡型土流土型土非管涌土土土的类型与渗透变形型式粘性土无粘性土过渡型土只有流土而无管涌与土的颗粒组成、级配和密度等因素有关与密度有关，大密度流土，小密度管涌临界水力梯度与渗透系数的关系无粘性土的渗透性与渗透变形特性有着直接的关系，对于不均匀土，如果透水性强，抵抗渗透变形的能力就差，如果透水性弱，抵抗渗透变形的能力就强2.6防止渗透变形的方法减小水力梯度（降水头，增加渗径）水平防渗在渗流逸出处加盖压重或设置反滤层 垂直防渗 具体的防治措施除教科书所提外，还有诸多措施，如管涌防治措施等。管涌的治理反滤倒渗管涌的治理反滤围井管涌的治理蓄水反压