清華大學(xué)土力學(xué)課件

1、 土力學(xué)教案 課 次：第1次 主要內(nèi)容：緒論；地質(zhì)作用；礦物與巖石；第四系沉積物 重點(diǎn)內(nèi)容：土與土力學(xué)的基本概念；外力地質(zhì)作用；第四系沉積物 教學(xué)方法：精講啟發(fā)式 緒 論一、土力學(xué)的研究對(duì)象一、土力學(xué)的研究對(duì)象 土力學(xué)是一門(mén)研究土的學(xué)科，主要解決工程中的土的性質(zhì)、強(qiáng)度及穩(wěn)定性問(wèn)題。 在工程建設(shè)中，土往往做為不同對(duì)象來(lái)研究。如在土層上修建房屋、橋梁、道路、鐵路時(shí)，土是用來(lái)支撐上部建筑傳來(lái)的荷載，這時(shí)土被用作地基地基；路堤、土壩等土工構(gòu)筑物，土又成為建筑材料建筑材料；地鐵、隧道、涵洞等地下工程，土又是地下結(jié)構(gòu)物周圍的介質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)或環(huán)境。 土分布在地殼的表面，其工程性質(zhì)相差極大。因此，進(jìn)行工程建設(shè)

2、時(shí)，必須結(jié)合土的實(shí)際工程性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 土力學(xué)研究的對(duì)象是分散土分散土，它與巖石、土壤既有聯(lián)系又有區(qū)別。土的主要特征是分散性、復(fù)雜性和易變性，其性質(zhì)將隨外界環(huán)境（如溫度、濕度）的變化而發(fā)生顯著的變化。 巖石與土是有差別的，巖石中雖然有孔隙和裂隙，但可近似看成是連續(xù)介質(zhì)。巖石主要是巖石力學(xué)（或隧道力學(xué)）的研究對(duì)象。 土壤屬農(nóng)業(yè)學(xué)科，是土壤學(xué)研究的對(duì)象。土壤的主要特征是具有肥力，能夠提供植物生長(zhǎng)過(guò)程中所需要的養(yǎng)料。人類對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)和利用比土要豐富的多，土壤學(xué)的發(fā)展也比土力學(xué)要早得多。 但應(yīng)該指出，學(xué)科之間都是相互交叉，相互滲透的，巖石力學(xué)、土壤學(xué)與土力學(xué)是密切聯(lián)系的，土力學(xué)在發(fā)展過(guò)程中，也利用了許

3、多巖石力學(xué)和土壤學(xué)的成就。二、二、 土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 基本概念基本概念(1)土：是巖石經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物等風(fēng)化作用的產(chǎn)物，是由礦物顆粒組成的集合體。(2)土的三相組成：固體顆粒（土粒）水和氣體(3)土力學(xué)：是研究土的物理力學(xué)性質(zhì)、變形及強(qiáng)度規(guī)律，以及土體穩(wěn)定性的一門(mén)科學(xué)。 土力學(xué)是巖土力學(xué)的一個(gè)分支。 2土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容(1)土的物理、力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)；(2)宏觀與微觀結(jié)構(gòu)；(3)土的壓縮性；(4)強(qiáng)度特性；(5)滲透性；(6)動(dòng)力特性等。 為各類土木工程的穩(wěn)定和安全提供科學(xué)的對(duì)策。 三、土力學(xué)發(fā)展概況（自學(xué)）三、土力學(xué)發(fā)展概況（自學(xué)） 四、本學(xué)科與土木工程

4、專業(yè)的關(guān)系四、本學(xué)科與土木工程專業(yè)的關(guān)系 在土木工程設(shè)計(jì)與施工中，將會(huì)遇到大量的與土有關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題。(1)在鐵路或道路的路基工程中，土是修筑路堤的基本材料，同時(shí)它又是支承路堤的地基。路堤的臨界高度和邊坡的取值都與土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及土體的穩(wěn)定性有關(guān)；(2)在路基工程中，土作為建筑材料要求用碾壓法將土壓實(shí)，以保證路堤的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此需要研究土的壓實(shí)性，包括土的壓實(shí)機(jī)理、壓實(shí)方法及壓實(shí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等。 (3)擋土墻設(shè)計(jì)的主要外荷載-土壓力的取用，需借助于土壓力理論計(jì)算。(4)隨著我國(guó)高速公路、高速鐵路的大量修建，對(duì)路基的沉降計(jì)算與控制提出了更高的要求，而解決沉降問(wèn)題需要對(duì)土的壓縮特性進(jìn)行深人的

5、研究。(5)軟土地基的加固技術(shù)，需要對(duì)軟土進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。(6)在路面工程中，土基的凍脹與翻漿在我國(guó)北方地區(qū)是非常突出的問(wèn)題，防治凍害的有效措施是以土力學(xué)的原理為基礎(chǔ)的。(7)穩(wěn)定土是比較經(jīng)濟(jì)的基層材料，他是根據(jù)土的物理化學(xué)性質(zhì)提出的一種土質(zhì)改良措施；道路一般在車輛的重復(fù)荷載作用下工作，因此需要研究土在重復(fù)荷載作用下的變形特性。(8)在建筑物、橋梁等工程中，地基與基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于地下隱蔽工程，經(jīng)濟(jì)、合理的基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)需要依靠土力學(xué)基本理論的支持。(9)橋梁、房屋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，需要研究土的動(dòng)力特性。 由此可見(jiàn)，土力學(xué)這門(mén)學(xué)科與土木工程專業(yè)課的學(xué)習(xí)和今后的技術(shù)工作有著十分

6、密切的關(guān)系。學(xué)習(xí)這門(mén)課程是為了更好地學(xué)好專業(yè)課，也是為了今后更好地解決有關(guān)土的工程技術(shù)問(wèn)題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 第一章 工程地質(zhì) 1.1 概概 述述 從上面分析可以看出，工程地質(zhì)與道橋工程的關(guān)系極為密切，因?yàn)楦鞣N道路和橋梁都是建在地球表面上的，都要與土打交道。建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件直接影響道橋的設(shè)計(jì)方案、施工與工程投資。因此，首先講一些有關(guān)土質(zhì)學(xué)方面的內(nèi)容。一、地質(zhì)作用一、地質(zhì)作用1內(nèi)力地質(zhì)作用內(nèi)力地質(zhì)作用：由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能引起，如巖漿活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)、變質(zhì)作用等。2外力地質(zhì)作用外力地質(zhì)作用：由太陽(yáng)輻射能和地球重力位能引起，如風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積作用等。二、風(fēng)化作用二、風(fēng)化作用1物理風(fēng)化物理

7、風(fēng)化：由于地表巖石溫度變化產(chǎn)生溫度應(yīng)力和裂隙水的凍脹以及鹽類結(jié)晶膨脹而使巖石被碎崩解為碎塊或巖屑，其化學(xué)成份尚未發(fā)生變化，這種過(guò)程稱為物理風(fēng)化作用。 當(dāng)氣溫升高時(shí)，巖石膨脹產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)氣溫降低時(shí)，巖石收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，二者頻繁交替，使巖石表層產(chǎn)生眾多裂隙最終崩解。另一方面水凍脹時(shí)產(chǎn)生體積膨脹或鹽類結(jié)晶膨脹加速了巖石崩解過(guò)程。土中的碎石，礫石、砂等粗顆粒便是巖石物理風(fēng)化的產(chǎn)物。 2化學(xué)風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用：在水、大氣以及有機(jī)體的化學(xué)作用或生物化學(xué)作用下而使巖石的化學(xué)成份發(fā)生水化、氧化、還原、碳酸化溶解等過(guò)程，稱為化學(xué)風(fēng)化。 化學(xué)風(fēng)化作用不僅破壞了巖石的結(jié)構(gòu)，而且使化學(xué)成份改變，形成新的礦物。粘土

8、顆粒便是巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后的產(chǎn)物。3生物風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用：是指生物活動(dòng)過(guò)程中對(duì)巖石產(chǎn)生的破壞作用。如樹(shù)根生長(zhǎng)時(shí)施加周圍巖石的壓力可超過(guò)巖石的強(qiáng)度，使巖石產(chǎn)生裂紋而破壞?；顒?dòng)在地表淺層的動(dòng)物如老鼠、蚯蚓等也可使巖石被碎成土。開(kāi)山、挖隧道等作用產(chǎn)生的土等。三、剝蝕三、剝蝕 風(fēng)化后的巖石產(chǎn)物在冰川、風(fēng)、水和重力作用下，從母巖分離的現(xiàn)象稱為剝蝕。四、搬運(yùn)四、搬運(yùn) 巖石碎塊或巖屑從母巖分離后到達(dá)新的平衡位置，稱為搬運(yùn)。1搬運(yùn)方式搬運(yùn)方式（1）風(fēng)；（2）流水；（3）冰川；（4）雪崩；（5）自然起伏地形形成高差，在自重作用下由高處向低處；（6）人工填運(yùn)。2伴隨現(xiàn)象伴隨現(xiàn)象（1）磨園；（2）進(jìn)一步的破碎或開(kāi)

9、裂，這是由于相互碰撞、磨擦或冰凍作用的結(jié)果；（3）分選現(xiàn)象：在搬運(yùn)過(guò)程中，存在著分選現(xiàn)象，同一粒組范圍的顆粒集聚在同一地區(qū)，大顆粒的巖石碎塊搬運(yùn)距離一般較近，而細(xì)小的碎?？杀话徇\(yùn)到較遠(yuǎn)的地方沉積下來(lái)。五、沉積五、沉積 巖石碎塊和巖屑經(jīng)搬運(yùn)后在某地帶堆積下來(lái)，稱為沉積。 1.2 礦物與巖石礦物與巖石一、主要造巖礦物一、主要造巖礦物1礦物礦物：是地殼中具有一定化學(xué)成份和物理性質(zhì)的自然元素或化合物，是組成巖石細(xì)胞。目前已發(fā)現(xiàn)的礦物有三千多種，但常見(jiàn)的造巖礦物僅三十多種。2. 礦物種類礦物種類（1）原生礦物：由巖漿冷凝而成，如石英、長(zhǎng)石、角閃石，輝石、云母等。（2）次生礦物，由原生礦物風(fēng)化產(chǎn)生，如長(zhǎng)石

10、風(fēng)化產(chǎn)生高嶺石、角閃石風(fēng)化產(chǎn)生綠泥石等。 二、巖石二、巖石1、巖石的類型、巖石的類型（1）按成因：巖槳巖（火成巖）巖槳巖（火成巖）：地殼下面融巖漿侵入地殼或噴出地面冷凝結(jié)晶后而形成的巖石；沉積巖沉積巖：巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)至低洼處而沉積，在常溫常壓下，受到壓緊，化學(xué)物的膠結(jié)、再結(jié)晶或硬結(jié)等成巖作用而形成的巖石。沉積巖石分布廣泛，約占地球表面的75。變質(zhì)巖變質(zhì)巖：在高溫高壓下，或化學(xué)性活潑的物質(zhì)作用下，使原來(lái)巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造甚至礦物成份改變而形成的一種新的巖石，稱為變質(zhì)巖。（2）按堅(jiān)固性： 硬質(zhì)巖石硬質(zhì)巖石：飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度Sb30MPa軟質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石：飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度Sb30MPa

11、（3）按風(fēng)化程度：微風(fēng)化巖石；微風(fēng)化巖石；中等風(fēng)化巖石；中等風(fēng)化巖石；強(qiáng)風(fēng)化巖石。強(qiáng)風(fēng)化巖石。2、巖石的性質(zhì)、巖石的性質(zhì)（1）強(qiáng)度大；）強(qiáng)度大； （2）壓縮性低）壓縮性低（3）透水性差。）透水性差。 是良好的天然地基。是良好的天然地基。 1.3 第四紀(jì)沉積物（層）第四紀(jì)沉積物（層） 第四紀(jì)沉積物（土）第四紀(jì)沉積物（土）：地表巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)，沉積下來(lái)的年代不長(zhǎng)，未經(jīng)壓緊，并呈松散狀態(tài)的沉積物。建筑場(chǎng)地一般涉及的都是第四紀(jì)沉積物。 第四紀(jì)沉積物分以下幾種類型：一、殘積物一、殘積物：巖石風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物仍殘留在原地未被搬運(yùn)，這種沉積物稱為殘積物，如下圖所示。 在殘積物和基巖之間，通常存在一個(gè)

12、風(fēng)化帶。殘積物與強(qiáng)風(fēng)化帶之間并無(wú)明顯區(qū)別，二者的界線實(shí)際上很難區(qū)分。殘積物與風(fēng)化層的主要區(qū)別在于：殘積物是經(jīng)風(fēng)化剝蝕和水流將細(xì)小的顆粒帶走后殘留下來(lái)的較粗顆粒的堆積物。而風(fēng)化帶雖經(jīng)風(fēng)化，但未經(jīng)剝蝕和搬運(yùn)。殘積物特征殘積物特征：（1）顆粒不可能磨圓或分選，多為棱角狀粗顆粒土;（2）沒(méi)有層里構(gòu)造（因沒(méi)有經(jīng)過(guò)搬運(yùn)和沉積）；（3）其礦物成份與下臥基巖一致，這是鑒定殘積物的主要依據(jù)。（4）孔隙度大，均質(zhì)性差，作為建筑物地基易發(fā)生不均勻沉降。二、坡積物二、坡積物：高處風(fēng)化、剝蝕后的巖石產(chǎn)物，在自重、風(fēng)或流水作用下，順山坡向下移動(dòng)，最后沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。坡積物特征坡積物特征： （1）一般分

13、布在坡腰或坡角下； （2）有不同程度的磨圓或分選現(xiàn)象； （3）土質(zhì)不均勻，厚度變化大，在斜坡上厚度較薄，而在山坡下部較厚； （4）由于一般堆積在傾斜的山坡上，常易發(fā)生滑動(dòng)；在這類地基上修建建筑物易產(chǎn)生滑坡。三、洪積物三、洪積物： 由于暴雨或融雪形成的臨時(shí)性洪水，具有極強(qiáng)的搬運(yùn)能力，將攜帶大量泥砂和石塊，最后堆積在山谷的出口或山前平原而形成的沉積物。 洪積物的堆積面積大小不一，從幾平方米到數(shù)十平方公里，在許多大山與平原交界處，各條溝的洪積物不斷發(fā)展，相連成片可形成洪積平原。 洪積物特征洪積物特征：（1）具有磨圓分選現(xiàn)象，離山越遠(yuǎn)，顆粒越細(xì)；（2）分布范圍多為 扇形； 如右圖所示（3）由于山洪是周

14、期性發(fā)生的，每次大小不盡相同，堆積下來(lái)的物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈不規(guī)則的交替層理構(gòu)造，并且有夾層，尖夾等產(chǎn)狀。（4）作為建筑物的地基，一般認(rèn)為是較理想的。尤其離山前較近的洪積物，具有較高的強(qiáng)度，是良好的天然地基。離山較遠(yuǎn)的地區(qū)，洪積物顆粒較細(xì)，成分均勻，地下水位較深，也屬于良好的地基。但有時(shí)在上述兩地段的中間地帶，常因地下水溢出地表而形成沼澤地，作為地基時(shí)應(yīng)慎重。四、沖擊物四、沖擊物：是河流流水將兩岸巖石及上部覆蓋物剝蝕后，搬運(yùn)沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。沖擊物在地表分布很廣，主要類型有沖擊物在地表分布很廣，主要類型有：1、平原河谷沖擊物（見(jiàn)下圖）、平原河谷沖擊物（見(jiàn)下圖）（1）

15、河床沉積物；（2）河慢灘沉積物；（3）河流階地沉積物；（4）古河道沉積物。2、山區(qū)河谷沖擊物、山區(qū)河谷沖擊物：山區(qū)河流速度大，多為漂石、卵石與圓礫，厚度一般1015m3、山前平原沖擊物、山前平原沖擊物：山前平原沖擊物具有分帶性，近山一帶為粗粒物質(zhì)組成，向平原低地逐漸變?yōu)樯巴梁驼惩痢?、三角洲沉積物、三角洲沉積物：在河流入海或入湖口處，所搬運(yùn)的大量細(xì)小顆粒土沉積下來(lái)，形成面積寬廣，厚度較大（百米以上）的三角洲沉積物，一般以砂、粉質(zhì)粘土和粉土為主。這些物質(zhì)經(jīng)過(guò)河流的長(zhǎng)途搬運(yùn)后，一般具有良好的分選性和顆粒磨圓度，斜層理也較發(fā)育。在三角洲地帶，地下水位很高，水系密布，該區(qū)域內(nèi)沉積物形成飽和砂土及軟粘土

16、，承載能力很低，壓縮性很高，作為建筑物地基應(yīng)特別慎重。 五、海相沉積物五、海相沉積物 海洋按海水深度不同劃分為四個(gè)區(qū)域，濱海地區(qū)是指漲潮時(shí)淹沒(méi)、落潮時(shí)落出的地帶；淺海地區(qū)稱為大陸架，水深0200m，寬度100200km；陸坡地區(qū)水深2001000m，寬度200300km；當(dāng)水深超過(guò)1000m時(shí)，為深海地區(qū)。不同地區(qū)的沉積物不同。（1）濱海沉積物）濱海沉積物：主要由卵石、圓礫和砂等組成，具有基本水平或緩傾斜的層理構(gòu)造，其強(qiáng)度較高，在砂層中常有波浪作用留下的痕跡。（2）淺海沉積物）淺海沉積物：主要由細(xì)顆粒砂土，粘性土和淤泥組成，具有層理構(gòu)造，含水量大，強(qiáng)度低，壓縮性大。（3）陸坡和深海沉積物）陸坡

17、和深海沉積物：主要是有機(jī)淤泥。 六、湖泊沉積物六、湖泊沉積物1、湖相沉積物、湖相沉積物 湖浪沖蝕湖岸而形成的碎屑物質(zhì)在湖內(nèi)或湖心沉積下來(lái)而形成湖相沉積物。 在靠近湖岸地段沉積下來(lái)的多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土。遠(yuǎn)岸或湖心沉積下來(lái)的則是細(xì)砂或粘土，因此，近岸地區(qū)土的強(qiáng)度較高，而湖心最差。2、沼澤沉積物、沼澤沉積物 湖泊逐漸淤塞和陸地沼澤化，將演變成沼澤而形成沼澤沉積物（沼澤土），主要由半腐爛的植物殘?bào)w（活炭）組成，含水量極高，可達(dá)百分之百，壓縮性很大，承載力極低，不宜作為建筑物的天然地基。七、冰川沉積物七、冰川沉積物八、風(fēng)積物八、風(fēng)積物作 業(yè)：補(bǔ)充題第四系沉積物的類型有哪些？土力學(xué)教案 主要內(nèi)容

18、：土的生成與特性；土的三相組成；土的三相比例指標(biāo) 重點(diǎn)內(nèi)容：土的三相組成；土的三相比例指標(biāo)及其相互關(guān)系 教學(xué)方法：精講啟發(fā)式與邏輯推理式 第二章 土的物理性質(zhì)與工程分類 2.1 土的生成與特性一、土的生成一、土的生成 土是由巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積等過(guò)程后的產(chǎn)物，土的來(lái)源是巖石。地球表面3080km范圍是地殼，地殼原來(lái)是堅(jiān)硬的巖石。 完整巖石 風(fēng)化和剝蝕風(fēng)化和剝蝕 不同粒度的固體顆粒 搬運(yùn)和沉積搬運(yùn)和沉積 土（第四紀(jì)沉積物）成巖作用成巖作用 巖石。 所以，在地殼變動(dòng)的億萬(wàn)年歷史長(zhǎng)河中，巖石和土可能交替地反復(fù)形成，周期性的破碎和集合。二、土的特性二、土的特性 在土力學(xué)中，將土作為一種工程材料

19、來(lái)研究。與其它材料相比，土有如下特性：1散體性（壓縮性大、強(qiáng)度低、透水性大）散體性（壓縮性大、強(qiáng)度低、透水性大）：顆粒之間無(wú)粘結(jié)或弱粘結(jié)，存在大量孔隙，可以透水、透氣。2多相性多相性：土往往是由固體顆粒、水和氣體組成的三相體系，三相之間質(zhì)和量的變化直接影響它的工程性質(zhì)。3成層性成層性：土粒在沉積過(guò)程中，不同階段沉積物成分、顆粒大小及顏色等不同，而使豎向呈現(xiàn)成層的特征。4. 變異性變異性：土是在自然界漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期演化形成的多礦物組合體，性質(zhì)復(fù)雜，不均勻，且隨時(shí)間還在不斷變化。 2.2 土的三相組成 土體中由土的顆粒形成骨架，骨架之間存在孔隙，孔隙中存在著液態(tài)水和空氣。 不同地區(qū)的土體，其三

20、相構(gòu)成的比例是不同的，即便同一地點(diǎn)的土體，其三相組成也隨環(huán)境的變化而變化。如天氣的晴雨、季節(jié)的變化、溫度的高低、地下水位的升降等，都會(huì)引起土體三相比例的變化。氣相氣體液相水）固相固體顆粒（土粒土的三相 若土中孔隙全部被水充滿時(shí)為飽和土飽和土；孔隙全部被氣體充滿時(shí)稱為干土干土；土中孔隙同時(shí)有水和氣體存在時(shí)為非飽和土飽和土。 土體的三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也不相同。如：如干粘土堅(jiān)硬、強(qiáng)度大，濕粘土顯可塑性、強(qiáng)度低。 由此可見(jiàn)，土的三相對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)有重大影響，所以首先應(yīng)研究土的三相組成。一、土的固體顆粒一、土的固體顆粒1土粒的劃分在自然界中存在各種土，其顆粒有大小是不同的。土粒的劃分在自

21、然界中存在各種土，其顆粒有大小是不同的。由由110-6mm的極細(xì)粘土顆粒，的極細(xì)粘土顆粒， 一直變化到幾米大小的巖石碎塊 。最終反映在土的物理力學(xué)性質(zhì)上也出現(xiàn)明顯的差別。也就是說(shuō)，即便土的礦物成份相同，但當(dāng)其顆粒不同時(shí)，土的物理性質(zhì)也明顯不同。比如，當(dāng)土粒變細(xì)時(shí)，可由無(wú)粘性變?yōu)橛姓承?，其抗壓?qiáng)度下降，壓縮性提高。 土粒的大小稱為粒度粒度。在工程上常把大小相近的土粒合并為一組，稱為粒組粒組。顆粒間的分界線是人為確的定。 對(duì)粒組的劃分，各個(gè)國(guó)家，甚至一個(gè)國(guó)家各個(gè)部門(mén)都有不同的規(guī)定。 1）建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）的劃分標(biāo)準(zhǔn)（表21）； （2）水電部（SL237-1999）的劃

22、分標(biāo)準(zhǔn)（表22）； （3）土的分類標(biāo)準(zhǔn)（GBJ145-90）的劃分標(biāo)準(zhǔn)（表23）。粒組統(tǒng)稱粒 組 名 稱粒徑范圍mm巨粒組漂石或塊石顆粒200卵石或碎石顆粒20020粗粒組圓礫或角礫顆粒粗2010中105細(xì)52砂 粒粗20.5中0.50.25細(xì)0.250.1極細(xì)0.10.075細(xì)粒組粉 粒粗0.0750.01細(xì)0.010.005粘 粒0.005表1-1為建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）的劃分標(biāo)準(zhǔn) 粒組統(tǒng)稱粒 組 名 稱粒徑范圍mm巨粒組漂石或塊石顆粒200卵石或碎石顆粒20060粗粒組圓礫或角礫顆粒粗6020中205細(xì)52砂 粒粗20.5中0.50.25細(xì)0.250.075細(xì)粒

23、組粉 粒0.0750.005粘 粒0.005表1-2為水電部（SL237-1999）的劃分標(biāo)準(zhǔn) 粒組統(tǒng)稱粒 組 名 稱粒徑范圍mm巨粒組漂石或塊石顆粒200卵石或碎石顆粒20060粗粒組圓礫或角礫顆粒粗6020細(xì)202砂 粒20.075細(xì)粒組粉 粒0.0750.005粘 粒0.005表1-3為土的分類標(biāo)準(zhǔn)（GBJ145-90）的劃分標(biāo)準(zhǔn)。 2、粒度成份及其表示方法、粒度成份及其表示方法 土的粒度成份是指土中各種不同粒組的相對(duì) 含量，以干土重量的百分比表示。它用來(lái) 描述土的各種不同粒徑土粒的分布特性。 常見(jiàn)的粒度成份表示方法有：（1）表格法）表格法，以列表形式直接表達(dá)各粒組的百分含量，見(jiàn)下表。（

24、2）累計(jì)曲線法）累計(jì)曲線法（見(jiàn)圖21）。是一種較完善的圖示方法，通常采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。橫坐標(biāo)按對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示粒徑d，縱坐標(biāo)表示小于某一粒徑的土粒的百分含量。 根據(jù)曲線的陡緩可進(jìn)行粗略分析：如曲線平緩，表示粒徑相差懸殊，土粒不均勻，即級(jí)配良好（圖2-1中a線）；反之，曲線很陡，表示粒徑均勻，級(jí)配不好（圖2-1中b線）。 根據(jù)累計(jì)曲線的坡度，只能粗略了解土粒級(jí)配的好壞，但要科學(xué)的評(píng)價(jià)土顆粒級(jí)配情況，要有定量指標(biāo)。 首先介紹幾個(gè)概念：有效粒徑有效粒徑d10：小于某粒徑的土相對(duì)含量為10時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑。限制粒徑限制粒徑d60：小于某粒徑的土的相對(duì)含量為60時(shí)，相應(yīng)的粒徑為限制粒徑。不均勻系數(shù)不均

25、勻系數(shù): 曲率系數(shù)曲率系數(shù)(或稱級(jí)配系數(shù)或稱級(jí)配系數(shù))：評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)Cu 10時(shí) 稱為級(jí)配良好的土； 當(dāng) Cu 510且Cc = 13時(shí)，土級(jí)配良好，否則不好。3粒度成份分析法粒度成份分析法 粒度成份分析的目的是確定各粒組顆粒的相對(duì)含量。對(duì)于顆粒大于0.075mm的土，可用“篩分法”。對(duì)于顆粒小于0.075mm的土，可用“沉降分析法”。 下面介紹這兩種方法：（1）篩分法）篩分法 拿一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩，其孔徑分別為200、60、20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.1、0.075mm，按孔徑大小自上而下迭放著，并放上底盤(pán)。篩分前，首先將土樣烘干，使之松散，稱取土樣總重量。然后將

26、土樣倒入最上面的一只篩中，經(jīng)過(guò)振動(dòng)，各個(gè)篩及底盤(pán)中均留有或多或少的土樣，稱取留在各個(gè)篩孔上的土重，除以土樣總重，可得各粒組土粒的相對(duì)含量。（2）沉降分析法）沉降分析法，包括比重計(jì)法和移液管法?？蓞⒖加嘘P(guān)土工試驗(yàn)規(guī)程 ，留在試驗(yàn)課講解。二、土中水二、土中水 土中水有不同形態(tài)，如固態(tài)的冰、氣態(tài)的水蒸汽、液態(tài)的水，還有礦物顆粒晶格的結(jié)晶水。 水蒸汽一般對(duì)土的影響不大（包括在氣體中）。結(jié)晶水是土顆粒的組成部分，不能自由移動(dòng)，只有在高溫下才能脫離晶格，對(duì)土的性質(zhì)影響也不大（包括在土顆粒中）。至于固態(tài)的冰，只有當(dāng)土中的溫度低于00C時(shí)，土中水結(jié)冰成為固態(tài)。當(dāng)土中水結(jié)冰時(shí)，發(fā)生凍脹現(xiàn)象，當(dāng)融化時(shí)又產(chǎn)生融陷現(xiàn)

27、象，使建筑物產(chǎn)生不均勻沉降。在北方寒冷地區(qū)，“凍脹”和“融陷”對(duì)建筑物或多或少地產(chǎn)生影響，但在南方，凍結(jié)深度很小。不會(huì)產(chǎn)生影響，對(duì)土性影響最大的還是液態(tài)水。 1. 土粒與水的相互作用土粒與水的相互作用 土粒表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場(chǎng)，由于水分土粒表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場(chǎng)，由于水分子是極性分子，在電場(chǎng)作用下將定向排列，土粒與水分子子是極性分子，在電場(chǎng)作用下將定向排列，土粒與水分子的吸引力稱為電分子引力（靜電引力），電分子引力隨距的吸引力稱為電分子引力（靜電引力），電分子引力隨距土粒距離而減小土粒距離而減小 ，如上圖所示。在靠近土粒表面處，電分子引力最強(qiáng)，把水分子牢固地吸附在

28、顆粒表面而形成吸附層（固定層）。在吸附層外，靜電引力比較小，水分子的活動(dòng)性要比吸附層大一些，形成擴(kuò)散層。在擴(kuò)散層之外，水分子幾乎不受靜電引力作用，因此，其排列是雜亂無(wú)章的。吸附后和擴(kuò)散層與土粒表面負(fù)電荷統(tǒng)稱為雙電層。 2.中水的分類中水的分類（1）結(jié)合水）結(jié)合水： 是被土顆粒表面電分子引力吸附著的一層較薄的水，即位于吸附層的擴(kuò)散層中的水。 結(jié)合水的密度、粘度均比一般水高，冰點(diǎn)低于00C，最低可達(dá)零下幾十度，對(duì)土的工程性質(zhì)影響極大。按電分子引力的強(qiáng)弱，結(jié)合水分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水。強(qiáng)結(jié)合水（吸著水）強(qiáng)結(jié)合水（吸著水）：靠近土粒表面吸附層中的水。其特征其特征：a、電分子引力最大，可達(dá)1000個(gè)大氣

29、壓；b、厚度為幾個(gè)水分子厚；c、冰點(diǎn)很低，最低為-78C，不凍結(jié)；d、不能自由流動(dòng)，在1050C時(shí)才能蒸發(fā)；e、性質(zhì)接近固體，不能傳遞靜水壓力，具有極大的粘滯性、彈性和抗剪強(qiáng)度。弱結(jié)合水（薄膜水）弱結(jié)合水（薄膜水）：處于擴(kuò)散層中的水。其特征其特征：a、受電分子引力較小，呈粘滯狀態(tài)，厚度稍大些；b、不能自由流動(dòng)，不能傳遞靜水壓力；c、有從厚水膜向薄水膜移動(dòng)的特性。 隨著與土粒表面的距離增大，電分子引力逐漸減少，弱結(jié)合水逐漸過(guò)渡為自由水。（2）自由水）自由水： 電場(chǎng)影響范圍以外，服從重力規(guī)律的土孔隙中的水，稱為自由水。其特征其特征：a、無(wú)抗剪強(qiáng)度，能傳遞靜水壓力；b、在重力作用下在土孔隙中可由高處

30、向低處流動(dòng)；c、具有溶巖能力。 自由水可分為重力水和毛細(xì)水。重力水重力水：在孔隙中只受重力作用而自由流動(dòng)的水。重力水一般只存在于地下水位以下的透水層中。毛細(xì)水毛細(xì)水：受到表面張力作用而存在于地下水位以上的透水層中的自由水。 由于表面張力作用，地下水沿著土孔隙不規(guī)則的毛細(xì)孔上升，形成毛細(xì)上升帶。其上升高度主要取決于土顆粒的大小，粘性土中為56m。對(duì)于粒徑大于2mm的土無(wú)毛細(xì)現(xiàn)象，毛細(xì)水對(duì)公路路基的干濕狀態(tài)及凍害有重要的影響，對(duì)砂土的強(qiáng)度也有一定的影響。三、土中氣體三、土中氣體 土中孔隙中沒(méi)有被水占據(jù)的部分都是氣體，可分為：1、自由氣體、自由氣體：是指與大氣連通的土孔隙中的氣體，在土受壓縮時(shí)逸出，

31、對(duì)工程無(wú)影響。這種含氣體的土稱為非飽和土。2、封閉氣泡、封閉氣泡：指與大氣隔，存在于粘性土層中的氣體。 土中氣泡多時(shí)增加了土的壓縮性，但同時(shí)減少了土的滲透性，對(duì)土的工程性質(zhì)影響較大。在受到外力作用時(shí)，隨著壓力的增大，這種氣泡可被壓縮或溶解于水中；壓力減小時(shí)，氣泡可恢復(fù)原狀或重新游離出來(lái)。 在泥和泥炭土中，由于微生物的活動(dòng)和分解作用，土中產(chǎn)生一些可燃?xì)怏w(如硫化氫、甲烷等)，使土層不易在自重作用下壓密而形成高壓縮性的軟土層。 2.3 土的三相比例指標(biāo) 上節(jié)我們著重介紹了土的三相組成，既土是由固體顆粒、水和氣體組成的，本節(jié)著重研究這三者在數(shù)量上的關(guān)系。 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)：土的三相在

32、體積和重量上的關(guān)系稱為土的三相比例指標(biāo)。 為研究土的三相比例指標(biāo)，在土中任取一體積為V的土體，是由固體顆粒、水和氣體組成的，假設(shè)能夠?qū)⑷叻蛛x開(kāi)來(lái)，如下圖所示： 圖中：ma-土中氣體的質(zhì)量（可忽略，即ma = 0） mw-土中水的質(zhì)量 ms-土中固體顆粒的質(zhì)量 m-土的總質(zhì)量 Va-土中氣體所占體積 Vw-土中水所占體積 Vs-土中固體顆粒所占體積 Vv-土中孔隙部分體積，Vv = Vw + Va V-土的總體積，V = Vv + Vs = Va + Vw + Vs一、試驗(yàn)指標(biāo)一、試驗(yàn)指標(biāo)（一）土的密度和重度（一）土的密度和重度 密度密度：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量稱為土的密度。 一般土的1.62.0g

33、cm3 。土越密實(shí)，密度越大。 測(cè)定方法測(cè)定方法：土的密度用“環(huán)刀法”測(cè)定，將環(huán)刀放在原狀土樣上面，邊壓邊削去環(huán)刀外圍的土，直至土樣壓滿環(huán)刀容積為止，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，與環(huán)刀容積之比既為土的密度。2. 重度重度：?jiǎn)挝惑w積土的重力,稱為重量密度（簡(jiǎn)稱重度）,即：（二）土的含水量（二）土的含水量1定義定義：土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比，稱為含水量，常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，即 土的含水量反映土的干濕程度，含水量越大，土越濕越軟，地基土承載能力越低。我國(guó)沿海軟粘土含水量常接近50，高者達(dá)6070。2. 測(cè)定方法測(cè)定方法：一般采用“烘干法”測(cè)定，取一小塊原狀土（濕土），稱取其質(zhì)量，記為m1。然后置于烘箱內(nèi)，

34、烘箱內(nèi)溫度一般控制1001050C，烘至恒重，再稱土樣質(zhì)量，記為m2 （干土的重量）。則，土的含水量為： 式中：m1-原狀土樣的濕土質(zhì)量； m2-烘干后土樣的干土質(zhì)量（即為土顆粒質(zhì)量ms）。 快速測(cè)定的方法：酒精燃烘法，紅外線法，鐵鍋炒干法。（三）土粒相對(duì)密度（土粒比重）（三）土粒相對(duì)密度（土粒比重）ds1定義定義：土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在4C時(shí)質(zhì)量的比值，時(shí)質(zhì)量的比值，稱為土粒的相對(duì)密度稱為土粒的相對(duì)密度，即 式中：s土粒的密度，即單位體積土粒的質(zhì)量（s= sg稱為土粒密度）； w4C時(shí)純蒸餾水的密度，一般取 w 1.0g/cm3。 因?yàn)閣 1.0g/cm3，

35、故實(shí)用上，土粒相對(duì)密度在數(shù)值上即等于土粒的密度，但是一無(wú)量綱數(shù)。2測(cè)定方法測(cè)定方法：比重瓶法測(cè)定。 土粒相對(duì)密度的變化范圍不大，細(xì)粒土（粘性土）一般為2.702.75；砂土一般為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加時(shí)，土粒相對(duì)密度減小。二、換算指標(biāo)二、換算指標(biāo)（一）干密度（一）干密度Pd與干重度與干重度d1.干密度干密度Pd：土的固相質(zhì)量ms與總體積v之比，即: Pd越大，土越密實(shí)，常作為填土容實(shí)度的施工控制指標(biāo)。2.干重度干重度d =Pd g = 10Pd（二）飽和密度（二）飽和密度Psat與飽和重度與飽和重度sat1. 飽和密度Psat ：土中孔隙全部充滿水時(shí)，單位體積土的質(zhì)量。 2飽和重度s

36、at = Psat g = 10 Psat （三）有效密度P（浮密度）和有效重度 （浮重度）1有效密度：在地下水位以下，單位體積中土粒的質(zhì)量扣除同體積水的質(zhì)量后，即為單位土體積中土粒的有效質(zhì)量，稱為土的有效密度，即2有效重度有效重度 = P g=10P（kN/m3） = sat w(w=10KN/m3)（四）土的孔隙比（四）土的孔隙比 土中孔隙體積與顆粒體積之比，稱為孔隙比，即 e=Vv/Vs 孔隙比是表明土密實(shí)程度的一個(gè)很重要的物理指標(biāo)，建筑物的沉降量與的孔隙比有著密切的關(guān)系。天然狀態(tài)下的粘性土 1時(shí)，土是松軟的，建筑物的沉降量也大，屬高壓縮性土。（五）孔隙率（度）（五）孔隙率（度）n 土中

37、孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即：（六）土的飽和度（六）土的飽和度Sr 土中水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即： 土的飽和度反映土的潮濕程度。如果Sr=100%，表明土孔隙中充滿水，土是完全飽和的；Sr=0，則土是完全干燥的。通?？筛鶕?jù)飽和度的大小將砂土劃分為稍濕、很濕和飽和三種狀態(tài)： Sr50% 稍濕 50%Sr80% 很濕 Sr80% 飽和三、指標(biāo)間的關(guān)系三、指標(biāo)間的關(guān)系 上面我們講了試驗(yàn)指標(biāo)和換算指標(biāo)，其中試驗(yàn)指標(biāo)有三個(gè)，它們是土的密度，土粒比重和含水量。這三個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)必須通過(guò)試驗(yàn)才能確定，土的密度用“環(huán)刀法”測(cè)定，土粒比重用“比重瓶法”測(cè)定，含水量用“烘干法”測(cè)定。在測(cè)定出

38、這三個(gè)基本指標(biāo)后，其余換算指標(biāo)可根據(jù)這三個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)算出來(lái)。下面我們著重介紹一下?lián)Q算指標(biāo)與試驗(yàn)指標(biāo)間的關(guān)系。 設(shè)土粒體積Vs1，則根據(jù)孔隙比定義得： Vv=Vse=e V=1+e 根據(jù)相對(duì)密度定義得： 根據(jù)含水量定義得： 根據(jù)體積和質(zhì)量關(guān)系： 根據(jù)上圖，可由指標(biāo)的定義得到下述計(jì)算公式，即 作 業(yè)：P29：第1題、第2題、第5題土力學(xué)教案 課 次：第3次 主要內(nèi)容：土的物理特性指標(biāo)；土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造；土的工程分類 重點(diǎn)內(nèi)容：黏性土的物理特性指標(biāo)；土的工程分類 教學(xué)方法：精講啟發(fā)式 2.4 土的物理特性指標(biāo)一、一、粘性土的物理特性指標(biāo) 粘性土粘性土：是指具有可塑狀態(tài)性質(zhì)的土，它們?cè)谕饬Φ淖饔孟?，可塑?/p>

39、任何形狀而不開(kāi)裂，當(dāng)外力去掉后，仍可保持原形狀不變，土的這種性質(zhì)稱為可塑性。（一）粘性土的界線含水量（一）粘性土的界線含水量 含水量的大小對(duì)粘性土的工程性質(zhì)要產(chǎn)生極大的影響，隨著含水量的增加，粘性土的強(qiáng)度要降低，壓縮性要提高。 粘性土隨著含水量的增加，將由固態(tài)固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流流動(dòng)狀態(tài)動(dòng)狀態(tài)，如下圖所示。 流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)粘土中水較多、土粒完全被水隔開(kāi)時(shí),土成泥漿狀，可流動(dòng)。這時(shí)土的抗剪強(qiáng)度極低。 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)：在外力作用下可塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，當(dāng)外力移去后能保持既得形狀，不回彈也不坍塌，粘性土的這種特性稱為可塑性，相應(yīng)的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。此時(shí)土有很小的抗剪強(qiáng)度。

40、半固態(tài)半固態(tài)：當(dāng)含水量繼續(xù)減少時(shí)，土體因水份減少而發(fā)生體積收縮，稱為半固態(tài)。 固態(tài)固態(tài)：當(dāng)含水量進(jìn)一步減少，但其體積不再收縮時(shí)，粘土處于固態(tài)。 處于半固態(tài)和固態(tài)的粘性土，具有較大的抗剪強(qiáng)度，在外力作用下不再有可塑性，而是呈脆性脆性。 界線含水量界線含水量：粘性土的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一種狀態(tài)時(shí)的分界含水量稱為界線含水量。 土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水量稱為液限液限，用WL表示；土由可塑狀態(tài)變化到半固態(tài)的界限含稱為塑限，用WP表示；由半固態(tài)到固態(tài)的界限含水量稱為縮限縮限，用WS表示。塑限WP和液限WL在國(guó)際上稱為阿太堡界限，來(lái)源于土壤學(xué)，后來(lái)應(yīng)用于土木工程。 處于固態(tài)的土，基本上只含強(qiáng)結(jié)合水；處

41、于半固態(tài)的土，含強(qiáng)結(jié)合水及部分弱結(jié)合水；處于塑性狀態(tài)的粘性土含有結(jié)合水和少部分自由水；處于流動(dòng)狀態(tài)的粘性土含有大量的自由水。（二）界限含水量的測(cè)定方法（二）界限含水量的測(cè)定方法1液限液限WL的測(cè)定的測(cè)定我國(guó)用錐式液限儀 來(lái)測(cè)定，如下圖所示。 將調(diào)成濃糊狀的試樣裝滿盛土杯，刮平杯口面，手握手柄將園錐體輕放于試樣之上，使其在自重作用下緩慢下沉。如經(jīng)過(guò)15s圓錐沉入深度恰好為10mm時(shí)，該試祥的含水量即為液限wL值。 若錐體入土深度大于10mm，說(shuō)明土樣的含水量高于液限；若錐體入土深度小于10mm，說(shuō)明土樣的含水量低于液限。需重新調(diào)配試樣，直到合格為止。 對(duì)于合格的試樣，利用烘干法測(cè)定其含水量，即為

42、液限wL。 在歐美等國(guó)家多采用碟式液限儀。2塑限塑限WP的測(cè)定的測(cè)定 用“搓條法”測(cè)定，將調(diào)配好的試樣，用手先搓成直徑小于10mm的小園球，然后用手撐放在毛玻璃板上搓成小土條，若土條搓至直徑為3mm時(shí)正好斷裂或出現(xiàn)較多裂縫，這時(shí)土樣的含水量就是塑限。若土條搓至直徑3mm時(shí)仍未斷裂，說(shuō)明試樣含水量高于塑限；如土條過(guò)早斷裂，說(shuō)明土樣含水量低于塑限。在這種情況下，都需重新調(diào)配試樣直到合格為止。然后，將合格的試樣稱取15g，用”烘干法”測(cè)定含水量，即得塑限P。3液塑限聯(lián)合測(cè)定法（公路系統(tǒng)） 用錐式液限儀進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，圓錐的入土深度與土樣的含水量有關(guān)。試驗(yàn)表明，二者在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為直線關(guān)系，如下圖所示。

43、試驗(yàn)時(shí)，調(diào)配成三種含水量不同的試樣，分別用錐式液限儀來(lái)測(cè)定入土深度，這樣便在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)上得到三個(gè)點(diǎn)， 通過(guò)這三點(diǎn)，畫(huà)一條直線。相應(yīng)于入土深度10mm時(shí)的含水量為液限L，相應(yīng)于入土深度為2mm時(shí)的含水量為塑限P。（三）塑性指數(shù)與液性指數(shù)（三）塑性指數(shù)與液性指數(shù)1塑性指數(shù)塑性指數(shù)：液限L與塑限P的差值，即 IP = LP 習(xí)慣用不帶的數(shù)值表示。 塑性指數(shù)的大小，反映了土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。IP值越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大。而土處于可塑狀態(tài)時(shí)，土中水是結(jié)合水和小部分自由水。 因此，IP的大小與土中結(jié)合水的含量有明顯的關(guān)系，也就是與土顆粒大小有關(guān)，土粒越細(xì)，粘粒越多，其比表面積

44、越大，結(jié)合水含量越高，IP值也就越大。 此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對(duì)于塑性指數(shù)相似的粘性土，一般均表現(xiàn)出相似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對(duì)于塑性指數(shù)相似的粘性土，一般均表現(xiàn)出相似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。 2液性指數(shù)（稠度）液性指數(shù)（稠度） 式中：-土的天然含水量。 由上式可見(jiàn)：當(dāng)P時(shí)，IL L時(shí)，IL 1，土處于流動(dòng)狀態(tài)。 由此可見(jiàn)，液性指數(shù)IL的大小反映了粘性土的軟硬程度。IL越大，土越軟。根

45、據(jù)液性指數(shù)IL的大小，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范范將粘性土劃分為五種軟硬狀態(tài)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表（四）粘性土的靈敏度和觸變性（四）粘性土的靈敏度和觸變性 天然狀態(tài)下的粘性土，由于地質(zhì)歷史作用常具有一定的結(jié)構(gòu)性。當(dāng)土體受到外力擾動(dòng)作用，其結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，土的強(qiáng)度降低，壓縮性增高。工程上常用靈敏度St來(lái)衡量粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的影響。粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài) 1靈敏度靈敏度 Si= qu /qu 式中：qu原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa； qu重塑土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa。 土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈明顯。因此，在基礎(chǔ)工程施工中必須注意保護(hù)基槽，盡量減少對(duì)土

46、結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。2粘性土的觸變性粘性土的觸變性：粘性土受擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度降低，而靜止時(shí)土的強(qiáng)度又重新增長(zhǎng)的性質(zhì)，稱為土的觸變性。 土的觸變性對(duì)樁基礎(chǔ)很有利，打預(yù)制樁時(shí)，樁周圍土受震結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，使樁容易打入。當(dāng)打樁停止后，土的部分強(qiáng)度又恢復(fù)，使樁的承載力又提高了。（五）土的最優(yōu)含水量（五）土的最優(yōu)含水量1定義定義 修建公路，有一半以上的路段為填方路段，人工填土作為路基必須處理，一般采用壓路機(jī)碾壓法。對(duì)于建筑工程，當(dāng)人工填土作為建筑物地基時(shí)，也必須處理，一般利用人工夯實(shí)的方法進(jìn)行分層夯實(shí)，以提高填土的強(qiáng)度，增加密實(shí)度和降低透水性，降低壓縮量。 對(duì)于過(guò)干的土進(jìn)行夯打時(shí)，由于土中水主要是強(qiáng)結(jié)合水，土粒周

47、圍的水膜很薄，顆粒間具有很大的分子吸引力，阻止顆粒間的移動(dòng)，擊實(shí)比較困難。當(dāng)含水量繼續(xù)增加時(shí)，土中含強(qiáng)結(jié)合水及弱結(jié)合水，水膜變厚，土粒間聯(lián)結(jié)力減弱而使土粒便于移動(dòng)，擊實(shí)效果較好；當(dāng)水含量繼續(xù)增大時(shí)，土中出現(xiàn)了自由水，擊實(shí)時(shí)，孔隙中過(guò)多的水分不易立即排出，勢(shì)必阻止土粒間的靠擾，產(chǎn)生軟彈現(xiàn)象（俗稱橡皮土），擊實(shí)效果反而下降。所以，要使土的擊實(shí)效果最好，含水量必定有一個(gè)最佳值，即最優(yōu)含水量。 最優(yōu)含水量最優(yōu)含水量：在一定夯擊或壓實(shí)能量下，填土達(dá)到最大干密度時(shí)，相應(yīng)的含水量為最優(yōu)含水量。2最優(yōu)含水量最優(yōu)含水量0P的測(cè)定的測(cè)定 用擊實(shí)儀測(cè)定，如下圖所示。 圖中擊錘重24.5N，錘底直徑50mm，落距46

48、0mm，擊實(shí)筒的容積為1000cm3，內(nèi)裝土樣。 導(dǎo)筒起導(dǎo)向作用，將土樣放，松手后擊錘在自重作用下下落，可將土樣擊實(shí)。 試驗(yàn)時(shí)，對(duì)同一種土，配成若干份含水量不同的試樣，對(duì)每一份先取1/3倒入擊實(shí)筒內(nèi)，進(jìn)行擊實(shí)。對(duì)于砂土一般20擊，粘土30擊。然后再取1/3倒入擊實(shí)筒，再進(jìn)行擊實(shí)，最后將另外1/3倒入擊實(shí)筒，進(jìn)行擊實(shí)，也就是分三層夯實(shí)，達(dá)到規(guī)定擊數(shù)后，測(cè)定土樣的含水量和干密度。含水量一般用烘干法測(cè)定，而土樣的干密度可按下式計(jì)算，即 式中：m-擊實(shí)筒的土樣質(zhì)量，g； A0-擊實(shí)筒內(nèi)面積，cm2； h-擊實(shí)后試樣高度，cm； -含水量，用烘干法測(cè)定。 根據(jù)對(duì)不同含水量試樣進(jìn)行試驗(yàn) 的結(jié)果，繪制擊實(shí)曲

49、線，即含水 量與干密度關(guān)系的曲線，如下圖 所示，曲線處于峰值的含水量就 是最優(yōu)含水量0P，相應(yīng)的干密 度為dmax. 從擊實(shí)曲線可以看出，當(dāng)填土中的含水量低于最優(yōu)含水量時(shí)，隨著含水量的增加，干密度也隨之加大，表明擊實(shí)效果逐步提高。當(dāng)含水量高于最優(yōu)含水量后，隨著含水量的增加，擊實(shí)效果反而下降。因此，用人工填土作為地基時(shí)，首先應(yīng)調(diào)整其含水量為最優(yōu)含水量，然后再夯實(shí)或碾壓，才能獲得最高的密實(shí)度。3最優(yōu)含水量經(jīng)驗(yàn)值最優(yōu)含水量經(jīng)驗(yàn)值 0p=p+2 有時(shí)，在缺少擊實(shí)儀條件下，可根據(jù)測(cè)得的塑限估計(jì)最優(yōu)含有時(shí)，在缺少擊實(shí)儀條件下，可根據(jù)測(cè)得的塑限估計(jì)最優(yōu)含水量。水量。二、無(wú)粘性土的密實(shí)度二、無(wú)粘性土的密實(shí)度

50、對(duì)于砂、卵石、礫石等無(wú)粘性土，屬單粒結(jié)構(gòu)，最主要的物理特性指標(biāo)就是密實(shí)度。表明密實(shí)度的方法有三種：1. 用孔隙比孔隙比e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)，e值越小，土越密實(shí)。 以相對(duì)密度相對(duì)密度Dr作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn) 相對(duì)密度 式中：e天然孔隙比； emax最疏松狀態(tài)下的孔隙比，即最大孔隙比； emin最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比，即最小孔隙比。 Dr01。Dr值越大，土越密實(shí)。則： 10.67 密實(shí)的密實(shí)的 0.670.33 中密的中密的 0.330 松散的松散的 3. 用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)捶擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)捶擊數(shù)N63.5作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法，是將標(biāo)準(zhǔn)貫入器標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中一

51、定距離（30cm）所需落錘次數(shù)（標(biāo)貫擊數(shù)），記為N63.5，該值反映了土的密實(shí)度的大小。該值越大，土越密實(shí)（見(jiàn)下表） 砂土和碎石土密實(shí)度的劃分砂土和碎石土密實(shí)度的劃分 2.5 土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造一、土的結(jié)構(gòu)一、土的結(jié)構(gòu)1土粒間的連結(jié)關(guān)系土粒間的連結(jié)關(guān)系（1）接觸連結(jié)）接觸連結(jié)：是指顆粒之間的直接接觸，接觸點(diǎn)上的連結(jié)強(qiáng)度主要來(lái)源于外加壓力所帶來(lái)的有效接觸壓力。這種連結(jié)方式在碎石土、砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存在。（2）膠結(jié)連結(jié)）膠結(jié)連結(jié)：是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒膠結(jié)連結(jié)在一起，一般其連結(jié)較為牢固。膠結(jié)物質(zhì)般有粘土質(zhì)粘土質(zhì)，可溶鹽可溶鹽和無(wú)定形鐵、鋁、硅質(zhì)無(wú)定形鐵、鋁、硅質(zhì)等。 3）

52、結(jié)合水連結(jié)）結(jié)合水連結(jié)：是指通過(guò)結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來(lái)的形式，又叫水膠連結(jié)。這種連結(jié)在一般粘性土中普遍存在。 （4）冰連結(jié)）冰連結(jié)：是指含冰土的暫時(shí)性連結(jié)，融化后即失去這種連結(jié)。 2土的結(jié)構(gòu)類型土的結(jié)構(gòu)類型（1）單粒結(jié)構(gòu)）單粒結(jié)構(gòu)（a）為舒松狀態(tài)）為舒松狀態(tài)（b）為密實(shí)狀態(tài)）為密實(shí)狀態(tài)（2）蜂窩結(jié)構(gòu)）蜂窩結(jié)構(gòu) 主要由粉粒（粒徑為0.005mm 0.075mm）組成的結(jié)構(gòu)形式，在水中因自重作用而下沉，碰到別的正在下沉或已沉積的土粒，由于土粒間的分子引力大于下沉土粒的重力，則下沉土粒被吸引，不再下沉，逐漸形成鏈環(huán)狀單元。很多這樣的鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來(lái)，便形成較大孔隙的蜂窩結(jié)構(gòu)（3）絮狀結(jié)構(gòu)）絮狀結(jié)構(gòu)

53、 絮狀結(jié)構(gòu)又稱絮凝結(jié)構(gòu)，細(xì)微的粘粒（粒徑小于0.005mm）大都呈針狀或片狀，形成絮狀結(jié)構(gòu)。 蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)的土，其土粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度會(huì)由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強(qiáng)，這種強(qiáng)度稱為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。二、土的構(gòu)造二、土的構(gòu)造1層狀構(gòu)造層狀構(gòu)造 土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層層互相平行，反映不同年代不同搬運(yùn)條件形成的土層2分散構(gòu)造分散構(gòu)造 是指顆粒在其搬運(yùn)和沉積過(guò)程中，經(jīng)過(guò)分選的卵石、礫石、砂等因沉積厚度較大而不顯層理的一種構(gòu)造結(jié)核狀構(gòu)造在細(xì)粒土中混有粗顆粒或各種結(jié)核，如含礓石的粉質(zhì)黏土、含礫石的冰則黏土等，均屬結(jié)核狀構(gòu)造。裂隙構(gòu)造裂隙構(gòu)造是因土體被各種成因形成的不連續(xù)的小裂隙

54、切割而形成的，在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物。不少堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)的粘性土具有此種構(gòu)造，如圖l所示。裂隙將破壞土的整體性，增大透水性，對(duì)工程不利。 2.6 土的工程分類土的工程分類 土是自然地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，它的成份、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是是千變?nèi)f化的，其工程性質(zhì)也是千差萬(wàn)別的。因此，有必要對(duì)土進(jìn)行科學(xué)的分類，即把工程性質(zhì)近似的土劃分為一類。 人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，已提出過(guò)不少分類系統(tǒng)。如：地質(zhì)分類、土壤分類、粒徑分類、結(jié)構(gòu)分類等。每一種分類系統(tǒng)，反映了土某些方面的特征。在工程實(shí)踐中需要的是適合于工程用途的工程分類方法，既按土的主要工程特性進(jìn)行分類。 下面主要介紹建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

55、的分類法和公路公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范分類法。一、一、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范分類法分類法1巖石巖石 巖石是指顆粒間牢固粘結(jié)，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。（1）按巖石的堅(jiān)硬程度）按巖石的堅(jiān)硬程度，分為堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖 巖石堅(jiān)硬程度的劃分巖石堅(jiān)硬程度的劃分 （2）按巖石的風(fēng)化程度）按巖石的風(fēng)化程度，分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化。（3）按巖石的完整程度）按巖石的完整程度，分為完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎 2碎石土碎石土 是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。巖石的完整程度巖石的完整程度 2碎石土碎石土 是指粒

56、徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。 根據(jù)粒組含量及顆粒形狀可分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫碎石土的分類碎石土的分類 3砂土砂土 是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%，而粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。 根據(jù)粒組含量分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂 砂土的分類砂土的分類 4粉土粉土 是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%，且塑性指數(shù)IP10的土。5粘性土粘性土 粘性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土。 根據(jù)塑性指數(shù)Ip可分為粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土（10Ip17）和粘土粘土（Ip17）。6人工填土人工填土 人工填土是指由于人類活動(dòng)而形成的堆積物。（1

57、）根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,可分為素填土素填土、雜填土雜填土和沖填土沖填土三類。素填土素填土：由碎石、砂土、粉土、粘性土等組成的填土，不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。雜填土雜填土：含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。 沖填土沖填土：由水力沖填泥砂形成的填土。（2）按堆填時(shí)間,分為老填土老填土和新填土新填土。老填土老填土：堆填時(shí)間超過(guò)10年的粘土或超過(guò)5年的粉土。新填土新填土：堆填時(shí)間小于10年的粘土或小于5年的粉土。7特殊性土特殊性土（1）淤泥和淤泥質(zhì)土）淤泥和淤泥質(zhì)土 淤泥淤泥：天然含水量L，天然孔隙比e1.5的粘性土稱為淤泥。 淤泥質(zhì)土淤泥質(zhì)土：天然含水量L，天然孔隙比1.0 50，裂隙發(fā)

58、育，具有明顯收縮性的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土稱為紅粘土，一般分布于北緯33度以南地區(qū)。 次生紅粘土次生紅粘土：經(jīng)搬運(yùn)但仍保留紅粘土特征，且液限L45的土，稱為次生紅粘土。（3）黃土）黃土：是一種含大量碳酸鹽類，且常能以肉眼觀察到大孔隙的黃色粉狀土。 天然黃土在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較低。但當(dāng)其受水浸濕后，因黃土自身大孔隙結(jié)構(gòu)的特征，壓縮性劇增使結(jié)構(gòu)受到破壞，土層突然顯著下沉，同時(shí)強(qiáng)度也隨之迅速下降，這類黃土統(tǒng)稱為濕陷性黃土。（4）膨脹土）膨脹土：是指土中含有大量的親水性粘土礦物成分（如蒙脫石、伊利石等），在環(huán)境溫度及濕度變化影響下，可產(chǎn)生強(qiáng)烈脹縮變形的土。 由于膨脹土通常強(qiáng)度較高

59、，壓縮性較低，易被誤認(rèn)為是良好的地基。但遇水后，就呈現(xiàn)出較大的吸水膨脹和失水收縮的能力，往往導(dǎo)致建筑物和地坪開(kāi)裂、變形而破壞。（5）多年凍土）多年凍土：是指凍結(jié)狀態(tài)在自然界連續(xù)保持3年或3年以上的土。 當(dāng)自然條件改變時(shí)，它將產(chǎn)生凍脹、融陷、熱融滑塌等特殊不良地質(zhì)現(xiàn)象。（6）鹽漬土）鹽漬土：是指易溶鹽含量大于0.5，且具有吸濕、松脹等特性的土。 由于可溶鹽遇水溶解，可能導(dǎo)致土體產(chǎn)生濕陷、膨脹以及有害的毛細(xì)水上升，使建筑物遭受破壞。二、細(xì)粒土按塑性圖分類（自學(xué)）二、細(xì)粒土按塑性圖分類（自學(xué)）三、三、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范分類法分類法1碎石土碎石土的分類與建筑地基基礎(chǔ)設(shè)

60、計(jì)規(guī)范完全相同，參見(jiàn)表。 2.砂土砂土的分類名稱和標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表。3.粘性土粘性土的分類名稱和標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表砂土分類砂土分類 粘性土分類粘性土分類 作 業(yè)：P29：第3題、第4題 土力學(xué)教案 課 次：第4次 主要內(nèi)容：土的毛細(xì)性；土的滲透性；土在凍結(jié)過(guò)程中的水分遷移與集聚 重點(diǎn)內(nèi)容：土的毛細(xì)現(xiàn)象及其危害；達(dá)西定律；凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害 教學(xué)方法：精講啟發(fā)式 第三章第三章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 土中水并非處于靜止不變的狀態(tài)，而是在不停的運(yùn)動(dòng)著。土中水的運(yùn)動(dòng)原因和形式很多，主要有：（1）在重力作用下，地下水的滲流-土的滲透性問(wèn)題。（2）土在附加應(yīng)力作用下孔隙水的擠出-土的固結(jié)問(wèn)題。（3）由于表