長安大學(xué)土力學(xué)知識點講解

1、長安大學(xué)巖土工程、防災(zāi)減災(zāi)及防護工程專業(yè)基礎(chǔ)知識點框架梳理及其解析第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類本章節(jié)包括6個知識點土的形成（地質(zhì)背景）、土的組成、級配 、土的結(jié)構(gòu)特征 、土的物理狀態(tài)指標(biāo) 、土的工程分類。其中必須掌握的知識點是2個，土的物理性質(zhì)及工程分類。要求掌握土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)的定義、應(yīng)用及計算方法，熟悉土的工程分類。基礎(chǔ)階段，復(fù)習(xí)時間是從5月份至8月份，需要掌握的知識點是土的組成，土的三相比例指標(biāo)，土的物理特性及其指標(biāo)，地基土的分類及分類依據(jù)。在復(fù)習(xí)每一個知識點的過程中，首先要了解知識點，通過熟悉并分析理解教材內(nèi)容，記憶相關(guān)的定義、分類并掌握其內(nèi)涵，結(jié)合自己生活實踐經(jīng)驗并通過相關(guān)試驗

2、操作，深刻理解把握本章內(nèi)容，熟悉相應(yīng)知識點，最后再通過本講義如下內(nèi)容對應(yīng)的例題，從分析、解題、注意易錯點到完成老師布置的作業(yè)完成相應(yīng)知識點的掌握過程。本章知識點以記憶為主，要求概念明確清晰，內(nèi)容要求深刻理解并掌握?！局R點1】土的形成（地質(zhì)背景） 在土木工程中，土是指覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用而破碎后，形成形狀不同、大小不一的顆粒。這些顆粒受各種自然力的作用，在各種不同的自然環(huán)境下堆積下來，就形成通常所說的土。堆積下來的土，在很長的地質(zhì)年代中發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，逐漸壓密、巖化最終又形成巖石，就是沉積巖或變質(zhì)巖。因此，在自

3、然界中，巖石不斷風(fēng)化破碎形成土，而土又不斷壓密、巖化而變成巖石。這一循環(huán)過程，永無止境地重復(fù)進行著?！局R點2】土的組成、級配自然界的土體由固相（固體顆粒）、液相（土中水）和氣相（土中氣體）組成，通常稱為三相分散體系。1.土中的固體顆粒 ( 簡稱土粒 ) 的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。粗大土粒往往是巖石經(jīng)物理風(fēng)化作用形成的碎屑，或是巖石中未產(chǎn)生化學(xué)變化的礦物顆粒。土粒的礦物成分主要決定于母巖的成分及其所經(jīng)受的風(fēng)化作用。不同的礦物成分對土的性質(zhì)有著不同的影響，其中以細粒組的礦物成分尤為重要。 漂石、卵石、圓礫等粗大土粒都是巖石的碎屑，它們的礦物成分與母巖相同

4、。 砂粒大部分是母巖中的單礦物顆粒，如石英、長石和云母等。其中石英的抗化學(xué)風(fēng)化能力強，在砂粒中尤為多見。 粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和 MgCO 3 、 CaCO 3 等難溶鹽的顆粒。 粘粒的礦物成分主要有粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類 ( 如碳酸鈣等 ) ，它們都是次生礦物。粘土礦物的顆粒很微小，在電子顯微鏡下觀察到的形狀為鱗片狀或片狀，經(jīng) X 射線分析證明其內(nèi)部具有層狀晶體構(gòu)造。 粘土礦物基本上是由兩種原子層 ( 稱為晶片 ) 構(gòu)成的。一種是硅氧晶片，它的基本單元是 SlO 四面體；另一種是鋁氫氧晶片，它的基本單元是 Al OH 八面體。由于晶片結(jié)合情況的不同，便形成了

5、具有不同性質(zhì)的各種粘土礦物。其中主要有蒙脫石、伊利石和高嶺石三類。除粘土礦物外，粘粒組中還包括有氫氧化物和腐植質(zhì)等膠態(tài)物質(zhì)。在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細逐漸變化時，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化，土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量 ( 各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù) ) 來表示，稱為土的顆粒級配。表 7.1 提供的是最常用的土粒粒組的劃分方法，表中根據(jù)界限粒徑 200 、 60 、 2 、 0.075 和 0.005mm 把土粒分為六大粒組：漂石 ( 塊石 ) 顆粒、卵石 ( 碎石 ) 顆粒、圓礫 ( 角礫 ) 顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。表 7.1 土粒

6、粒組的劃分方法粒 組 名 稱粒徑范圍(mm)一 般 特 征漂石或塊石顆粒>200透水性很大，無粘性，無毛細水卵石或碎石顆粒20060圓礫或角礫顆粒粗6020透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超過粒徑大小中205細52砂 粒粗20.5易透水，當(dāng)混入云母等雜質(zhì)時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時松散，毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大中0.50.25細0.250.1極細0.10.075粉粒粗0.0750.01透水性小；濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮，毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象細0.010.005粘 粒<0.005透水性很小，濕時有粘性、可塑性，

7、遇水膨脹大，干時收縮顯著,毛細水上升高度大，但速度較慢2.土中的水和氣，在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。土中細粒愈多，即土的分散度愈大，水對土的性質(zhì)的影響也愈大。研究土中水，必須考慮到水的存在狀態(tài)及其與土粒的相互作用。 存在于土粒礦物的晶體格架內(nèi)部或是參與礦物構(gòu)造中的水稱為礦物內(nèi)部結(jié)合水，它只有在比較高的溫度 (80 680 ，隨土粒的礦物成分不同而異 ) 下才能化為氣態(tài)水而與土粒分離。從土的工程性質(zhì)上分析，可以把礦物內(nèi)部結(jié)合水當(dāng)作礦物顆粒的一部分。 存在于土中的液態(tài)水可分為 結(jié)合水和自由水 兩大類：結(jié)合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水；自由水又可分為毛

8、細水、層間水和游離水三類。一般地，土中是有氣體存在的。土中的氣體有兩種存在形式：流通型氣體和密閉型氣體。流通型氣體在土粒間是相 互貫通的，與大氣直接連通；密閉型氣體則滯留在土體內(nèi)某一部分。前者通常存在于粗粒土體內(nèi)，對土體的工程特性影響不大；后者由于釋放非常困難，導(dǎo)致土體受載后具有高壓縮性和低滲透性。巖土工程師應(yīng)知道土中存在的氣體對地基基礎(chǔ)設(shè)計有很大影響。【例題】何謂土粒的顆粒級配？如何從級配曲線的陡緩判斷土的工程性質(zhì)？解題：天然土體中包含大小不同的顆粒，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量來表示，稱為土的顆粒級配。根據(jù)曲線的坡度和曲率可判斷土的級配情況。如果曲線平緩，表示

9、土粒大小都有，即級配良好；如果曲線較陡，則表示顆粒粒徑相差不大，粒徑較均勻，即級配不良。級配良好的土，較粗顆粒間的孔隙被較細的顆粒所填充，因而土的密實度較好。習(xí)題：試述土的三相組成，并分析各自對工程性質(zhì)的影響?！局R點3】土的結(jié)構(gòu)特征1.土的宏觀結(jié)構(gòu)特征 包括土的成層性非均質(zhì)性 對于沉積土，不管是風(fēng)沉積的、水沉積的還是冰川沉積的土，它們都具有成層性，或是粗粒層，或是細粒層。細粒層常夾在粗粒層內(nèi)，當(dāng)然也常有粗粒層夾在細粒層中。從土力學(xué)的角度，高承載力的土 ( 或低壓縮性土 ) 常常嵌入低承載力土體內(nèi)，反之亦然。這些層狀土?xí)鹑缦聠栴}： 由于軟弱層而引起長期沉降。 在水平方向上層狀土體厚度變化引

10、起的不均勻沉降。 基礎(chǔ)開挖引起沿軟弱層的滑坡。 因此需要強調(diào)，為了更好地設(shè)計地基基礎(chǔ)，現(xiàn)場軟弱層應(yīng)該作仔細調(diào)查。 土屬非均質(zhì)材料，在各個方向上的變形和強度都有差異性。土的非均質(zhì)特性不僅由沉積條件變化引起，也受到應(yīng)力歷史的影響。土的粒徑和形狀變化很大，其中大多是尖棱狀的土，這是由沉積條件變化引起的。而土中由縱深方向發(fā)展的裂縫，則與土的應(yīng)力歷史有關(guān)。 土體的宏觀結(jié)構(gòu)中，層理、斷層、透鏡體和深部裂隙等的存在都很危險，因為它們的存在會導(dǎo)致土的高壓縮性、低強度和高沉降差。 2.土的微觀結(jié)構(gòu)特征 單粒結(jié)構(gòu)：粗粒土的結(jié)構(gòu)是單粒結(jié)構(gòu)。單粒結(jié)構(gòu)的土體可作為天然地基土。蜂窩狀結(jié)構(gòu)：對于很細的砂土和粉土，顆粒排列很

11、像蜜蜂筑的巢，故命名為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)的土具有疏散、低強度和高壓縮的特性。 絮狀結(jié)構(gòu)，粘性土有其特殊的結(jié)構(gòu)，即絮狀結(jié)構(gòu)，粘粒隨機排列成束狀或片狀，構(gòu)成粘粒排列的高度定向性。對于這類結(jié)構(gòu)的土，由于土體中有許多的孔隙，在地基基礎(chǔ)設(shè)計時要注意其高壓縮性。習(xí)題：何謂土的結(jié)構(gòu)？土的結(jié)構(gòu)有幾種？【知識點4】土的物理狀態(tài)指標(biāo)1.土的三相比例指標(biāo) 因為土是三相體系，不能用一個單一的指標(biāo)來說明三相間量的比例關(guān)系，需要若干個指標(biāo)來反映土中固體顆粒、水和空氣之間的量關(guān)系。在土力 學(xué)中，通常用三相草圖來表示土的三相組成圖 7.1 土的三相草圖以下基本公式應(yīng)熟記（ 1 ）土的重度（ g ） 土的重度定義為土單位體

12、積的重量，單位為（ kN/m 3 ）。其定義式為： （ 2 ）土粒比重（ d s ） 土粒比重定義為土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在 4 時的質(zhì)量之比，其定義式為： 土粒的比重給出的是礦物組合體的密度，由于土中礦物成分相對比較穩(wěn)定，故土的比重一般變化不大且與常見礦物的比重接近（ 3 ）土的含水量（ w ） 土的含水量定義為土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 （ 4 ）土的孔隙比（ e ） 孔隙比 e 指孔隙體積與固體顆粒實體體積之比，以小數(shù)表示，即： （ 5 ）孔隙率（ n ） 孔隙度 n 一 指孔隙體積與土總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示，亦即 孔隙比和孔隙度都是用以表示孔隙體積含量的概念。不難

13、證明兩者之間可以用下式互換。 或 土的孔隙比或孔隙度都可用來表示同一種土的松、密程度。它隨土形成過程中所受的壓力、粒徑級配和顆粒排列的狀況而變化。一般說，粗粒土的孔隙度小，細粒土的孔隙度大。例如砂類土的孔隙度一般是 28 35 ；粘性土的孔隙度有時可高達 60 70 。這種情況下，單位體積內(nèi)孔隙的體積比土顆粒的體積大很多。 （ 6 ）飽和度（ Sr ） 飽和度：土孔隙中水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即： 土可根據(jù)飽和度劃分為稍濕、很濕與飽和三種狀態(tài)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)為： 稍濕 Sr 50 很濕 50 Sr 80% 飽和 Sr 80 （ 7 ）土的常用指標(biāo)的換算關(guān)系 除上述指標(biāo)外，工程中還遇到

14、其他一些指標(biāo)，其換算關(guān)系見表 7.2。表 7.2 常用指標(biāo)之間的換算關(guān)系 指標(biāo)名稱 換算公式 常見的數(shù)值范圍 干重度（ kN/m 3 ） 13 18 飽和重度（ kN/m 3） 18 23 浮重度或有效重度 8 13 孔隙比 砂土： 0.30.9 粘性土： 0.61.2 孔隙度 砂土： 25 45 粘性土： 30 60 飽和度 0 100 2 土的物理狀態(tài)指標(biāo) 土的物理狀態(tài)，對于粗粒土來說，是指土的密實程度。對細粒土而言，則指土的軟硬程度或稱為土的稠度。 ( 1 )無粘性土（粗粒土）的密實程度 無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強度較大，可作為良好的天然地基；呈松散狀態(tài)

15、時，則是不良地基。對于同一種無粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。無粘性土的這種特性，是因為它所具有的單粒結(jié)構(gòu)決定的。 無粘性土的相對密實度以最大孔隙比 e max 與天然孔隙比 e 之差和最大孔隙比 e max 與最小孔隙比 e min 之差的比值 Dr 表示，即： 根據(jù) Dr 值可把砂土的密實度狀態(tài)劃分為下列三種l Dr >0.67 密實0.67 Dr >0.33 中密0.33 Dr >0 松散砂土根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗的錘擊數(shù) N 分為松散、稍密、中密及密實四種密實度，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見表7.3 。表 7.3砂類土密實程度

16、劃分 砂土密實度 松 散 稍 密 中 密 密 實 N 10 10<N15 15<N30 >30 （ 2 ）粘性土的物理狀態(tài) 對于粘性土，因粘土礦物含量高、顆粒細小，其物理狀態(tài)與含水量關(guān)系非常密切。同一種粘性土隨其含水量的不同而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫做 界限含水量 。它對粘性土的分類和工程性質(zhì)的評價有重要意義。 粘性土由固態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量分別稱為縮限、塑限和液限。 （ 1 ） 液限 w L 液限定義為流動狀態(tài)與塑性狀態(tài)之間的界限含水量。通常用錐式液限儀或碟式液限儀來量測。 （ 2 ） 塑限 w p 隨著

17、水的減少，土樣將進入半堅硬狀態(tài)，此時土可搓成條狀，厚度大約為 3mm ，在應(yīng)力作用下只是變形， 而不斷裂。塑限定義為土樣從塑性進入半堅硬狀態(tài)的界限含水量。土樣搓條試驗可以確定出塑限。將土樣放在吸水紙上，用手反復(fù)搓動，直到上述的成條要求為止。 （ 3 ）縮限 w s 縮限即是土樣從半堅硬進入堅硬狀態(tài)的界限含水量；也可以定義為當(dāng)水量進一步減少，但土樣不進一步發(fā)生收縮的最大含水量。 （ 4 ）塑性指數(shù)（ I P ）和液性指數(shù)（ I L ） 塑性指數(shù) I P 定義為土樣的液限和塑限之差： I P = w L w P 在土樣中， I P 主要取決于粘粒含量，粘粒含量越高，則塑性指數(shù)越大，這就是為什么我們

18、可以用塑性指數(shù)的大小來劃分土類。另一個重要的參數(shù)就是液性指數(shù) ( I L ) ，用它來評估原狀土含水量 ( 性狀 ) 在塑限和液限之間的變化，用如下公式計算： 若液性指數(shù) I L 0 ，土樣呈堅硬狀；若 0< I L 1 ，土樣呈塑性狀，若 I L >1 ，土樣呈液態(tài) ( 流動態(tài) ) 按我國的建筑規(guī)范 GB50007 2002 和 JTJ250 98 ，粘性土稠度狀態(tài)可按表 7.4 劃分。 表 7.4 粘性土的稠度狀態(tài) 狀 態(tài) 堅 硬 硬 塑 可 塑 軟 塑 流 塑 液性指數(shù) I L I L 0 0< I L 0.25 0.25< I L 0.75 0.75< I

19、 L 1.0 I L >1.0 3 、土的靈敏度和觸變性 考慮到土的強度問題，這里將介紹土的另一個參數(shù)即土的靈敏度。土的靈敏度定義為原狀土強度與擾動土強度之比即：S t = 原狀土強度擾動土強度土的強度取決于含水量 ( 或其稠度特征 ) 和土的結(jié)構(gòu)特征。 在 Atterberg 稠度界限含水量試驗中，當(dāng)土樣處于擾動土狀態(tài)，我們可以測出 w 和 w P 。但是土的塑性稠度狀態(tài)并未考慮到土擾動后結(jié)構(gòu)的變化對土強度的影響。這里介紹土的靈敏度，是因為重塑土?xí)蚪Y(jié)構(gòu)變化而大大降低強度。 如果 S t 在 1 2 之間，靈敏度低；如果 S t 在 2 4 之間，靈敏度中等；如果 S t >4

20、，該土體靈敏度高土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強，受擾動后土的強度降低就愈多。所以在基礎(chǔ)施工中應(yīng)注意保護基槽，盡量減少土結(jié)構(gòu)的擾動。 飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動，導(dǎo)致強度降低，但當(dāng)擾動停止后，土的強度又隨時間而逐漸增大。則是由于土粒、水分子和化學(xué)離子體系隨時間而逐漸趨于新的平衡狀態(tài)的緣故。粘性土的這種抗剪強度隨時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。 例如在黏性土中打樁時，樁側(cè)土的結(jié)構(gòu)受到破壞而強度降低，但在停止打樁以后，土的強度逐漸恢復(fù)，樁的承載力增加?！纠}】一塊原狀土樣，經(jīng)試驗測得土的天然密度，含水量為12.9%，土粒相對密度，求孔隙比e、孔隙率n和飽和度。解題：解：（1） （2） （3）易錯點

21、：各概念要清晰、明確。各符號表示的意義要能熟練區(qū)分。作業(yè)：土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)P21頁第1、2、3題。習(xí)題：某砂土土樣的天然密度為1.77g/cm3，天然含水量為9.8%，土粒的相對密度為2.67，烘干后測定最小孔隙比為 0.461，最大孔隙比為0.943，試求天然孔隙比e和相對密度Dr，并評定該砂土的密實度。解：（1） （2）判定該砂土的密實度為：中密【知識點5】土的工程分類按我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 (GB50007 2002) ，把土劃分成五種類型：碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工土。 碎石土是典型的粗粒土，如果土中粒徑大于 2mm 的含量高于整個土體的重量的 50 ，該土就屬于碎石土。 砂土

22、即細中粒土，無塑性，由細小巖石及礦物碎片組成。砂粒直徑變化在 0 75 2mm 之間，大于 75mm 的土粒含量超過 50 。按粒組含量，砂土又可以進一步分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂五類，粉土是細粒土，粒徑變化在0.002 0.075mm 之間，且土粒大于 0.075mm 的含量不得超過 50 ，塑性指數(shù) I P 10 ?？傊?，粉土性質(zhì)介于砂土和粘土之間。無機質(zhì)粉土亦稱“巖粉”。 粘性土是典型的細粒土，粒徑小于 0.002mm ，形狀不規(guī)整。粘性土可以細分成兩類：粉質(zhì)粘土和粘土。其劃分的 依據(jù)是塑性指數(shù) I P。 人工填土即人為作用形成的土。常見的人工填土有素填土、壓實填土、雜填土和沖填土

23、。素填土可含各種土。雜填土是各種垃圾混雜形成的人工土，這些垃圾可能是工業(yè)廢料，也可能是城市垃圾物。沖填土是水力作用形成的，如河堤和江堤挖沙、挖淤形成的土。 土的分類標(biāo)準(zhǔn)的分類系統(tǒng) 這一分類體系對土進行分類時，首先判別土屬有機土還是無機土。若土的全部或大部是有機質(zhì)時，該土就屬有機土，含少量有機質(zhì)時為有機質(zhì)土，否則，就屬無機土。有機質(zhì)含量可由試驗測定，也可憑顏色，氣味來鑒別，如色暗、味臭、含纖維質(zhì)的，一般為含有機質(zhì)的土。若屬無機土則根據(jù)土內(nèi)各粒組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細粒土四大類。第二章土的滲透性與滲流本章節(jié)包括4個知識點，土的毛細性、土的滲透性、滲透破壞與控制?；A(chǔ)階段，復(fù)

24、習(xí)時間是從5月份至8月份，本章知識點均需掌握。在復(fù)習(xí)每一個知識點的過程中，首先要了解知識點，通過熟悉并分析理解教材內(nèi)容，記憶相關(guān)的定義、分類并掌握其內(nèi)涵，結(jié)合自己生活實踐經(jīng)驗并通過相關(guān)試驗操作，深刻理解把握本章內(nèi)容，熟悉相應(yīng)知識點，最后再通過本講義如下內(nèi)容對應(yīng)的例題，從分析、解題、注意易錯點到完成老師布置的作業(yè)完成相應(yīng)知識點的掌握過程?！局R點1】土的毛細性土的毛細性是指能夠產(chǎn)生毛細現(xiàn)象的性質(zhì)。土的毛細現(xiàn)象是指土中水在表面張力的作用下，沿著細的孔隙向上及向其他方向移動的現(xiàn)象。土的毛細現(xiàn)象在以下幾個方面對工程有影響：毛細水的上升是引起路基凍害的因素之一；對于房屋建筑，毛細水的上升會引起地下室的過

25、分潮濕；毛細水的上升可能引起土的沼澤化和鹽漬化，對建筑工程及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟都有很大影響?！纠}】土層中的毛細水帶分為幾種？有什么特點？解題：答：分為三種：正常毛細水帶；毛細網(wǎng)狀水帶和毛細懸掛水帶。正常毛細水帶位于毛細水的下部，與地下潛水連通，它會隨著地下水位的升降而做相應(yīng)的移動；毛細網(wǎng)狀水帶位于毛細水帶的中部，它可以在表面張力和重力作用下移動；毛細懸掛水帶位于毛細水帶的上部，當(dāng)?shù)乇碛写髿饨邓a給時，毛細懸掛水在重力作用下向下移動?！局R點】土的滲透性（）土的層流滲透定律 由于土體中孔隙一般非常微小且很曲折，水在土體流動過程中粘滯阻力很大，流速十分緩慢，因此多數(shù)情況下其流動狀態(tài)屬于層流，即相鄰兩個水分

26、子運動的軌跡相互平行而不混流。式中 q 單位滲水量， cm3s ； v 斷面平均滲透速度， cms ； i 水力梯度，表示單位滲流長度上的水頭損失 ，或稱水力坡降； k 反映土的透水性的比例系數(shù)，稱為土的滲透系數(shù)。它相當(dāng)于水力梯度 i 1 時的滲透速度，故其量綱與滲透速度相同，cms 。 該式即為達西定律表達式，達西定律表明在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度 v 與水力梯度 i 的一次方成正比。但是，對于密實的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當(dāng)水力梯度達到某一數(shù)值，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。將這一開始發(fā)生滲透時的水力梯度稱為粘性土的起始水力梯度 。（）流網(wǎng)的特征和繪制

27、流網(wǎng)是由流線和等勢線所組成的曲線正交網(wǎng)格。在穩(wěn)定滲流場中，流線表示水質(zhì)點的流動路線，流線上任一點的切線方向就是流速矢量的方向。等勢線是滲流場中勢能或水頭的等值線。 對于各向同性滲流介質(zhì)，由水力學(xué)可知，流網(wǎng)具有下列特征： (1) 流線與等勢線互相正交； (2) 流線與等勢線構(gòu)成的各個網(wǎng)格的長寬比為常數(shù)，當(dāng)長寬比為 1 時，網(wǎng)格為曲線正方形，這也是最常見的一種流網(wǎng)； (3) 相鄰等勢線之間的水頭損失相等； (4) 各個流槽的滲流量相等。 由這些特征可進一步知道，流網(wǎng)中等勢線越密的部位，水力梯度越大，流線越密的部位流速越大。 流網(wǎng)繪制步驟如下： (1) 按一定比例繪出結(jié)構(gòu)物和土層的剖面圖； (2)

28、判定邊界條件：圖中 和 為等勢線 ( 透水面 ) ； abc 、 為流線 ( 不透水面 ) ； (3) 先試?yán)L若干條流線 ( 應(yīng)相互平行，不交叉且是緩和曲線 ) ；流線應(yīng)與進水面、出水面 ( 等勢線和)正交，并與不透水面 ( 流線) 接近平行，不交叉； (4) 加繪等勢線。須與流線正交，且每個滲流區(qū)的形狀接近“方塊”。 【例題】何謂動力水？何謂臨界水頭梯度？解題：答：我們把水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力稱為動水力，也稱滲流力。它的作用方向與水流方向一致。當(dāng)向上的動水力與土的有效重度相等時，這時土顆粒間的壓力等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，這種現(xiàn)象就稱為流沙現(xiàn)象。這時的水頭梯度稱為

29、臨界水頭梯度。習(xí)題：1. 變水頭滲透試驗中，土樣直徑為7.5cm，長1.5cm，量管（測壓管）直徑1.0cm，初始水頭h0=25cm，經(jīng)20min后，水頭降至12.5cm，求滲透系數(shù)k。2. 砂土試驗l7.6cm，在常水頭滲透儀中進行試驗，滲透儀直徑d=6.2cm，經(jīng)過20s后流出的水量為0.700升，測壓管中的水位差h=3.0 cm。求砂土的滲透系數(shù)?！局R點】滲透破壞與控制滲流引起的滲透破壞問題主要有兩大類：一是由于滲流力的作用，使土體顆粒流失或局部土體產(chǎn)生移動，導(dǎo)致土體變形甚至失穩(wěn)；二是由于滲流作用，使水壓力或浮力發(fā)生變化，導(dǎo)致土體或結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)。前者主要表現(xiàn)為流砂和管涌后者則表現(xiàn)為岸坡滑

30、動或擋土墻等構(gòu)筑物整體失穩(wěn)。滲流力 地下水在土體中流動時，由于受到土粒的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經(jīng)過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力。為研究方便，單位體積土顆粒所受到的滲流作用力稱為 滲流力 或動水壓力。 滲流力的大小和水力梯度成正比，其方向與滲流方向一致。 2 流砂或流土現(xiàn)象 當(dāng)作用在土體中的滲流力逐漸增大到某一數(shù)值，向上的滲流力克服了向下的重力時，土體就要發(fā)生浮起或受到破壞。將這種在向上的滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時，顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象，或流土現(xiàn)象。 這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級配均勻的 飽和細、粉砂和粉土層 中。它的發(fā)生一般是突發(fā)性的，對

31、工程危害極大， 流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅取決于滲流力的大小，同時與土顆粒級配、密度及透水性等條件相關(guān)。 流砂現(xiàn)象的防治原則是：1) 減小或消除水頭差，如采取基坑外的井點降水法降低地下水位，或采取水下挖掘；2) 增長滲流路徑，如打板樁；3) 在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡滲流力；4) 土層加固處理，如凍結(jié)法、注漿法等。 3 管涌現(xiàn)象和潛蝕作用 在滲透水流作用下，土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失。隨著土的孔隙不斷擴大，滲透速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。管涌破壞一般有個時間發(fā)展過程，是一種漸進性質(zhì)

32、的破壞。 在自然界中，在一定條件下同樣會發(fā)生上述滲透破壞作用，為了與人類工程活動所引起的管涌相區(qū)別，通常稱之為潛蝕。潛蝕作用有機械的和化學(xué)的兩種。機械潛蝕是指滲流的機械力將細土粒沖走而形成洞穴；化學(xué)潛蝕是指水流溶解了土中的易溶鹽或膠結(jié)物使土變松散，細土粒被水沖走而形成洞穴，這兩種作用往往是同時存在的。 土是否發(fā)生管涌，首先取決于土的性質(zhì)，管涌多發(fā)生在砂性土中，其特征是顆粒大小差別較大，往往缺少某種粒經(jīng)孔隙直徑大且相互連通。無粘性土產(chǎn)生管涌必須具備兩個條件： 幾何條件：土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑，這是必要條件，一般不均勻系數(shù) Cu >10 的土才會發(fā)生管涌；水力條件：滲

33、流力能夠帶動細顆粒在孔隙間滾動或移動是發(fā)生管涌的水力條件，可用管涌的水力梯度來表示。但管涌臨界水力梯度的計算至今尚未成熟。對于重大工程，應(yīng)盡量由試驗確定。 防治管涌現(xiàn)象，一般可從下列兩個方面采取措施：改變幾何條件，在滲流逸出部位鋪設(shè)反濾層是防止管涌破壞的有效措施；改變水力條件，降低水力梯度，如打板樁。習(xí)題：1. 什么是達西定律？寫出其表達式并說明符號的含義。2. 達西定律的基本假定是什么？試說明達西定律的應(yīng)用條件和適用范圍。3. 什么是滲透力？其大小和方向如何確定？4. 滲透變形有哪幾種形式？各有何特征？其產(chǎn)生機理和條件是什么？采用何種工程措施來防治滲透變形？5. 在進行滲透試驗時，為什么要求

34、土樣充分飽和，如果未充分飽和，在試驗中將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？測出的滲透系數(shù)是偏大還是偏??？試分析造成這些結(jié)果的原因。6. 什么是流網(wǎng)？其主要特征有那些？主要用途是什么？第三章 土體中的應(yīng)力本章節(jié)包括5個知識點，土中自重應(yīng)力及計算方法、基地壓力及計算方法、地基中附加應(yīng)力的計算方法，其中必須掌握的知識點是土中應(yīng)力的計算方法和有效應(yīng)力原理?；A(chǔ)階段，復(fù)習(xí)時間是從5月份至8月份，要求掌握土中應(yīng)力的計算方法和有效應(yīng)力原理。在復(fù)習(xí)每一個知識點的過程中，首先要了解知識點，通過熟悉并分析理解教材內(nèi)容，記憶相關(guān)的定義、分類并掌握其內(nèi)涵，結(jié)合自己生活實踐經(jīng)驗并通過相關(guān)試驗操作，深刻理解把握本章內(nèi)容，熟悉相應(yīng)知識點重要

35、公式要熟記，最后再通過本講義如下內(nèi)容對應(yīng)的例題，從分析、解題、注意易錯點到完成老師布置的作業(yè)完成相應(yīng)知識點的掌握過程?！局R點1】土的自重應(yīng)力及計算方法1 水位線以上土中的豎向自重應(yīng)力 自重應(yīng)力 sc 是土體在加載前由于上覆地層引起的應(yīng)力，該應(yīng)力是指在受力單元體任意斜面上的應(yīng)力；而豎向自重應(yīng)力 scz 則特指作用在單元體水平面上的垂直應(yīng)力，該單元體埋深為 z ，假定為密實材料 ( 沒有孔隙 ) 。如圖所示。 圖7.2 水位線以上的自重應(yīng)力自重應(yīng)力或豎向自重應(yīng)力取決于土體本身的特性。豎向自重應(yīng)力 s cz 可通過一個簡單的公式來確定： 式中： z 受力單元體的埋深， m ； g 土的重度， kN

36、 m3 。 事實上，自重應(yīng)力應(yīng)包括垂直總應(yīng)力或垂直自重應(yīng)力，也應(yīng)包括水平自重應(yīng)力。因為水平自重應(yīng)力也是由上覆土體作用產(chǎn)生的，按彈性理論，水平自重應(yīng)力 s cx 為： 式中： m 土的泊松比，是一個很重要的變形參數(shù)，可由實驗室確定； K 0 土的側(cè)壓力系數(shù)。 在實際工程中，人們多關(guān)心的是豎向自重應(yīng)力，故通常說的自重應(yīng)力即指豎向自重應(yīng)力。 2 層狀土的自重應(yīng)力 地基土多為層狀土，若各層土的厚度和重度分別為 zi 和 gi 時，則所有土層的自重應(yīng)力表示為 圖 7.3 層狀地基土模型3 水位線以下土的自重應(yīng)力 土中的應(yīng)力在水上和水下差別很大，由公式可以判斷，在地下一定深度，自重應(yīng)力取決于土的重度 g

37、，當(dāng)土體一定時，如果土的重度大，自重應(yīng)力高；反之自重應(yīng)力則低。按照物體的浮力定律，水下土的自重應(yīng)力 ，可按下式計算： 式中： 在水位線以下土的自重應(yīng)力， kNm2 ； 有效重度， kNm3 ； 土的飽和重度， kNm3 ； 水的重度， kNm3 。 4 飽和土中孔隙水壓力、有效應(yīng)力和總應(yīng)力的計算 有效應(yīng)力原理 有效應(yīng)力原理是太沙基提出的，其主要內(nèi)容可歸納為如下兩點： （1）飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩部分。其關(guān)系可表示為 式中： 作用在土中的總應(yīng)力（包括自重應(yīng)力和附加應(yīng)力）；， 作用在土骨架上的力，稱為有效應(yīng)力； 孔隙水壓力，性質(zhì)與普通靜水壓力相同。（2）土的變

38、形（壓縮）與強度的變化都取決于有效應(yīng)力的變化。 有效應(yīng)力、孔隙水壓力和總應(yīng)力的計算 如圖所示的地基土層剖面。試求：（ 1 ）垂直方向的總應(yīng)力 、孔隙水壓力 和有效應(yīng)力 沿深度的分布；（ 2 ）若砂層中地下水位以上 1m 范圍內(nèi)為毛細飽和區(qū)時， 、，、將如何分布？ 圖 7.4 地基土層剖面表7.5地基土層中的總應(yīng)力、有效應(yīng)力和孔隙水壓力無毛細飽和區(qū)時的計算結(jié)果深度 z(m) (kNm 2 ) ， (kNm 2 ) (kNm 2 ) 2 2 × 1734 0 34 5 (3 × 17)+(2 × 20)91 71.4 9 (3 × 17)+(2 ×

39、 20)+(4 × )167 6 × 9.858.8 108.2 表7.6 有毛細飽和區(qū)時的計算結(jié)果深度 z(m) (kNm 2 ) ， (kNm 2 ) (kNm 2 ) 2 2 × 1734 9.8 3 2 × 17+1 × 2054 0 54 5 54+2 × 2094 19.6 74.4 9 944 × 19170 58.8 111.2 【例題】有一多層地基地質(zhì)剖面圖如圖所示：試計算自重應(yīng)力。圖7.5 某多層地基地質(zhì)剖面圖分析：這是一道有關(guān)土體自重應(yīng)力的計算題，計算時套用公式，細心即可。解題：作業(yè)：土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)P8

40、4頁第題習(xí)題：某建筑物基礎(chǔ)埋深3m，地基土層分布如圖所示，建筑物自重在粘土層頂面和底面的附加應(yīng)力如圖7.6，求：（1）未開挖時的粘土層頂面和底面的原始有效應(yīng)力；（2）建筑物完工后在粘土層頂面和底面的有效應(yīng)力。圖7.6 某建筑物地基土層分布【知識點2】基底壓力的計算1 基底壓力的分布 基底壓力的分布受多種因素影響，包括上部建筑物的剛度、尺寸和大小，基礎(chǔ)性質(zhì)、埋深和土的性質(zhì)。而基礎(chǔ)性質(zhì)對基底壓力的分布起重要作用。(1)、柔性基礎(chǔ) 柔性基礎(chǔ)，如土堤，在均布荷載作用下會發(fā)生撓曲 ( 偏斜 )。由于變形與彎曲，接觸應(yīng)力呈蝶形，如圖7.7所示，其變形特征是中間大、兩端小。 圖7.7柔性基礎(chǔ)的基底壓力分布(

41、2)、剛性基礎(chǔ) 理論上，剛性基礎(chǔ)無限堅硬，沒有變形和彎曲，受荷后均勻地向下移位。在這種條件下，基底壓力的分布取決于上部建筑物荷載和下伏地基土的性質(zhì)。例如，在均布荷載條件下，對于粘性土地基，基底壓力呈鞍狀分布；但對于砂土地基，基底壓力呈拋物線型。地基土條件一定時，基底壓力分布取決于上部荷載的大小。一般來說，如果荷載低，基底壓力呈鞍狀分布；如果荷載足夠高而達到引起土體破壞，則基底壓力呈鐘型分布。在上述兩種條件之間的接觸壓力往往呈拋物線型分布。如圖所示。 圖7.8 剛性基礎(chǔ)的基底壓力分布2 基底壓力的簡化計算 無論是剛性或柔性基礎(chǔ)，基底壓力都是非均勻分布，其非均勻分布的特性給計算帶來較大困難，而運用

42、彈性力學(xué)和材料力學(xué)方法可以解決這一問題。線彈性力學(xué)研究表明：基底壓力分布對地基土的影響僅在地面以下 1.5 2.0m 的范圍，超過這一范圍，地基土的應(yīng)力分布與基底壓力的分布形狀無關(guān)，而只決定于荷載合力的大小和位置。這樣，我們就可以用材料力學(xué)方法來計算基底壓力。此法雖有誤差，但仍然被廣泛應(yīng)用。 (1)、中心荷載下的基底壓力 把地基土視為不可壓縮的介質(zhì)，基底壓力 P 用如下公式表示： 式中： A 基礎(chǔ)底面積， m2 ； F 基礎(chǔ)上的垂直荷載， kN； G 基礎(chǔ)與回填土的重量， kN。 圖7.9偏心荷載下的基底壓力(2)、偏心荷載下矩形基礎(chǔ)的基底壓力在單向偏心荷載條件下，沿 x 軸的基礎(chǔ)邊緣有兩個不

43、同的基底壓力，即最大基底壓力 ，和最小基底壓力 ，表達為： 式中：l矩形基礎(chǔ)長度， m ； b 矩形基礎(chǔ)寬度， m ； M 總的彎距， kN · m ； W 基礎(chǔ)底面的抵抗矩， m 3 。 通常，該公式還可表達為： 式中： e 荷載距中心的距離，即偏心距， m 。 在這種條件下，基底壓力隨偏心距 e 而變化。如圖示，當(dāng)偏心距小于 6 時，基底壓力呈梯形分布，和 均為正值。當(dāng)偏心距大于 6 時，基底壓力呈三角形分布， 是負值。這種情況在設(shè)計中應(yīng)盡量避免，但有時高聳結(jié)構(gòu)物下的基底壓力可能出現(xiàn)此種情況。實際上在土與基礎(chǔ)之間不可能存在拉力。此時得出基底邊緣最大壓力 為： 式中： 。 還有一個

44、可以確定偏心荷載下的任一點基底壓力的普遍公式： 式中： Q 總的豎向力， kN ； A 基底面積， m2 ； 荷載對 x 軸的力矩：荷載對 y 軸的力矩：基礎(chǔ)底面對 X 軸的慣性矩， m4 ：基礎(chǔ)底面對 Y 軸的慣性矩， m4 ：3 、偏心荷載下條形基礎(chǔ)的基底壓力 若條形基礎(chǔ)受偏心荷載作用，同樣可在長度方向取一延米進行計算，則基底寬度方向兩端的壓力為： 式中： P 長度方向取 1m 時，作用于基礎(chǔ)上的總荷載； b 條形基礎(chǔ)的寬度。 2 何謂基底壓力？影響基底壓力分布的因素有哪些？工程實踐中對基底壓力分布作了怎樣的簡化？答：基底壓力：作用于基礎(chǔ)底面?zhèn)髦恋鼗膯挝幻娣e壓力稱為基底壓力。由于基底壓力

45、作用于基礎(chǔ)與地基的接觸面上，也稱為接觸壓力。其反作用力即地基對基礎(chǔ)的作用力，稱為地基反力。影響基底壓力分布的因素有很多如：基礎(chǔ)的形狀、平面尺寸、剛度、埋深、基礎(chǔ)上作用荷載的大小及性質(zhì)、地基土的性質(zhì)等。精確地確定基底壓力是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題。目前在工程實踐中，一般將基底壓力分布近似按直線考慮，根據(jù)材料力學(xué)公式進行簡化計算?！局R點3】地基土中附加應(yīng)力計算 地基附加應(yīng)力是指建筑物荷重在土體中引起的附加于原有自重應(yīng)力之上的應(yīng)力。其計算方法一般假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即把地基看成是均質(zhì)的線性變形半空間，這樣就可以直接采用彈性力學(xué)中關(guān)于彈性半空間的

46、理論解答。 1 、 豎向集中力下的地基附加應(yīng)力 式中 集中力作用下的地基豎向附加應(yīng)力系數(shù)，簡稱集中應(yīng)力系數(shù)，可按 由表查得。 由于豎直向集中力作用下地基中的應(yīng)力狀態(tài)是 軸對稱空間 問題，因此可以在通過 P 作用線所切出的任意豎直面上進行 分布特征的計算。 （ 1 ） 、在集中力 P 作用線上的 分布 在 P 作用線上， r 0 ，則當(dāng) z 0 時， 。 當(dāng) 時， 0 。 可見，沿 P 作用線上 的分布是隨深度增加而遞減，如圖所示。 圖7.10集中力作用下土中應(yīng)力 的分布（2） 、在 r > 0 的豎直線上的 分布 隨著 z 的增加， 從零逐漸增大，至一定深度后又隨著 z 的增加逐漸變小，

47、如圖中所示。 （3） 、在 z 常數(shù)的水平面上的 分布 值在集中力作用線上最大，并隨著 r 的增加而逐漸減小。隨著深度 z 增加，集中力作用線上的 減小，而水平面上應(yīng)力的分布趨于均勻，如圖 3 11 中所示。若在空間將 相同的點連接成曲面，可以得到如圖所示的 等值線，其空間曲面的形狀如泡狀，所以也稱為 應(yīng)力泡 。 圖7.11的等值線 圖 7.12兩個集中力作用下土中 的疊加集中力 P 在地基中引起的附加應(yīng)力 的分布是向下、向四周無限擴散開的。 當(dāng)?shù)鼗砻孀饔糜袔讉€集中力時，可分別算出各集中力在地基中引起的附加應(yīng)力，然后根據(jù)彈性體 應(yīng)力疊加原理求出附加應(yīng)力的總和。圖 7.12 中曲線 a 表示集

48、中力 P 1 在 z 深度水平線上引起的應(yīng)力分布，曲線 b 表示集中力 P 2 在同一水平線上引起的應(yīng)力分布，把曲線 a 和曲線 b 相加得到曲線 c 就是該水平線上總的應(yīng)力。 2 、矩形荷載下的地基附加應(yīng)力計算 （1） 、矩形豎直均布荷載 地基表面有一矩形面積，寬度為 b ，長度為 l，其上作用著豎直均布荷載，荷載強度為 P ，求地基內(nèi)各點的附加應(yīng)力。先求出矩形面積 角點 下的應(yīng)力，再利用“ 角點法 “求出任意點下的應(yīng)力。 角點下的應(yīng)力 角點下的應(yīng)力是指圖 7.13 中 O 、 A 、 C 、 D 四個角點下任意深度處的應(yīng)力，只要深度 z 一樣，則四個角點下的應(yīng)力 都相同。將坐標(biāo)的原點取在角

49、點 O 上，在荷載面積內(nèi)任取微分面積 dA dx · dy ，并將其上作用的荷載以集中力 dP 代替，則 。 利用上式可求出該集中力在角點 O 以下深度 z 處 M 點所引起的豎直向附加應(yīng)力 ： 圖 7.13 均布矩形荷載角點下的附加應(yīng)力于是 令 則得： 若令 ，則有： K c 為均布矩形荷載角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，簡稱 角點應(yīng)力系數(shù) ，可按 m 及 n 值由表查得。 （2） 、任意點的應(yīng)力角點法 對于均布矩形荷載下的附加應(yīng)方計算點不位于角點下的情況，可利用上式以角點法求得。圖 15 中列出計算點不位于角點下的四種情況 ( 在圖中 O 點以下任意深度 z處 ) 。計算時，通過 點把

50、荷載面分成若干個矩形面積，這樣， 點就必然是劃分出的各個矩形的公共角點，然后再按上式計算每個矩形角點下同一深度 z 處的附加應(yīng)力 ， 并求其代數(shù)和。四種情況的算式分別如下： 圖7.14 以角點法計算均布矩形荷載下的地基附加應(yīng)力計算點 在： (a) 荷載面邊緣； (b) 荷載面內(nèi)； (c) 荷載面邊緣外側(cè)； (d) 荷載面角點外側(cè) (a) o 點在荷載面邊緣 式中 和 分別表示相應(yīng)于面積和的角點應(yīng)力系數(shù)。必須指出，查表時所取用邊長 應(yīng)為任一矩形荷載面的長度，而 b 則為寬度。 第四章 土的壓縮性及固結(jié)理論本章節(jié)包括土的壓縮性與壓縮指標(biāo)、土的單向固結(jié)理論、地基的最終沉降計算等知識點。基礎(chǔ)階段，復(fù)習(xí)

51、時間是從5月份至8月份，要求掌握土的壓縮性指標(biāo)、沉降計算方法及沉降與時間的關(guān)系。在復(fù)習(xí)每一個知識點的過程中，首先要了解知識點，通過熟悉并分析理解教材內(nèi)容，記憶相關(guān)的定義、分類并掌握其內(nèi)涵，結(jié)合自己生活實踐經(jīng)驗并通過相關(guān)試驗操作，深刻理解把握本章內(nèi)容，熟悉相應(yīng)知識點重要公式及題型要熟記，最后再通過本講義如下內(nèi)容對應(yīng)的例題，從分析、解題、注意易錯點到完成老師布置的作業(yè)完成相應(yīng)知識點的掌握過程?！局R點1】土的壓縮性與壓縮性指標(biāo)土的壓縮試驗（看書）要求掌握試驗的基本原理，熟悉操作過程，了解數(shù)據(jù)處理方法。壓縮曲線與壓縮性指標(biāo) （ 1 ）、曲線與壓縮系數(shù) 壓縮試驗后，繪制 e p曲線如圖 4 3 所示。

52、兩點 M 1 和 M 2 之間的直線段非常重要，其斜率為： 式中： 為曲線的斜率，定義為壓縮系數(shù)，無量綱。將 a 的表達式代人方程 (4 1) ，得： 上式是計算壓縮量的一個重要公式。 壓縮系數(shù) 通常用來評估土的壓縮性：如果 0.5MPa 1，屬高壓縮性土；如果 <0.1MPa 1，屬低壓縮性土；如果介于 0.1 0.5之間，屬于中等壓縮性土。 圖7.15 e-p曲線（ 2 ）、 曲線與壓縮指數(shù) 將孔隙比 e 和垂直壓力的對數(shù)繪制成 曲線，它們之間的線性關(guān)系如圖所示。這條曲線稱為初始固結(jié)線，其斜率稱為壓縮指數(shù)，用 表示： 代入方程（ 4 1 ）式得， 為： 這是求地基壓縮沉降量的另一形式

53、。 圖7.16 曲線變化在 0.2 0.8 之間。如果 <0.2 ，屬于低壓縮性土；如果 >0.4 ，屬于高壓縮性土。 （ 3 ） 、側(cè)限壓縮模量和體積壓縮系數(shù) 根據(jù) 曲線，可以求得另一個壓縮性指標(biāo)壓縮模量 。它的定義是土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比值，可根據(jù)下式計算： 土的壓縮模量 是以另一種形式表示土的壓縮性指標(biāo)。如果 4MPa ，屬于高壓縮性土； 20MPa ，屬于低壓縮性土； 在 4 20MPa 之間，屬于中等壓縮性土。 土的壓縮模量越小，土的壓縮性越高。還有一個很重要的壓縮性指標(biāo)為土的 體積壓縮系數(shù) ，它的定義是土體在側(cè)限條件下體積應(yīng)變與豎向壓應(yīng)力增

54、量之比，即在單向壓力增量作用下土體單位體積的變化，有： （ 4 ） 、土的回彈曲線與再壓縮曲線 在室內(nèi)壓縮試驗過程中，如加壓到某一值 ,相反地，逐級進行卸壓，則可觀察到土樣的回彈。若測得其回彈穩(wěn)定后的孔隙比，則可繪制相應(yīng)的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線 ( 如圖中 bc 曲線所示 ) ，稱為 回彈曲線 ( 或膨脹曲線 ) 。由于土樣已在壓力 作用下壓縮變形，卸壓完畢后，土樣并不能完全恢復(fù)到相當(dāng)于初始孔隙比 e 的 a 點處，這就顯示出土的壓縮變形是由 彈性變形 和 殘余變形 兩部分組成的，而且以后者為主。如重新逐級加壓，則可測得土樣在各級荷載下再壓縮穩(wěn)定后的孔隙比，從而繪制再壓縮曲線，如圖中 cdf

55、所示。其中 df 段象是 ab 段的延續(xù)，猶如其間沒有經(jīng)過卸壓和再壓過程一樣。在半對數(shù)曲線中也同樣可以看到這種現(xiàn)象。 某些類型的基礎(chǔ)，其底面積和埋深往往都較大，開挖基坑后地基受到較大的減壓 ( 應(yīng)力解除 ) 作用，因而發(fā)生土的膨脹，造成坑底回彈。因此，在預(yù)估基礎(chǔ)沉降時，應(yīng)該適當(dāng)考慮這種影響。 1 、土的變形模量土的壓縮性指標(biāo)，除從室內(nèi)壓縮試驗測定外，還可以通過現(xiàn)場原位測試取得。例如可以通過載荷試驗或旁壓試驗所測得的地基沉降 ( 或土的變形 ) 與壓力之間近似的比例關(guān)系，從而利用地基沉降的彈性力學(xué)公式來反算土的變形模量。地基土載荷試驗是工程地質(zhì)勘察工作中的一項原位測試。試驗前先在現(xiàn)場試坑中豎立載荷架，使施加的荷載通過承壓板 ( 或稱壓板 ) 傳到地層中去，以便測試巖、土的力學(xué)性質(zhì)，包括測定地基變形模量、地基承載力以及研究土的濕陷性質(zhì)等。 變形模量 可由下式計算： 2 、壓縮模量與變形模量之間的關(guān)系 如上所述，土的變形模量是在無側(cè)限條件下取得的，而壓縮模量則是在完全側(cè)限條件下測得的，二者在理論上是完全可以互換的。 地基中土