《土力學與地基基礎》第一章土及其基本性質

1、11.1 概述概述1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標1.4 土的分類土的分類1.5 土的壓實特性土的壓實特性1.6 地基勘察地基勘察2（1）土是由土顆粒、水、 空氣組成的三相混合體 -飽和土、干燥土、 非飽和土（2）土是離散顆粒的混合體 -摩擦準則、剪脹剪縮特性（3）土是天然產(chǎn)物高嶺土在電子顯微鏡下的照片高嶺土在電子顯微鏡下的照片1.1 概述概述3書中各章對土性的假定書中各章對土性的假定 章節(jié)章節(jié) 第第2章章 第第3章章 第第4章章 第第68章章基本基本方程方程土土土土顆顆粒粒骨骨架架孔孔隙隙水水拉普拉斯方程拉普拉斯方程熱傳導方程熱傳導方程彈性理論

2、彈性理論滑移線理論滑移線理論粘性流體粘性流體粘性流體粘性流體剛體剛體彈性體彈性體彈性體彈性體剛塑性體剛塑性體應變應變應變應變應變應變應變應變應應力力應應力力應應力力應應力力4一、按成因分類1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類5二、按粒徑分類1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類6氫氧氫氧 鋁鋁氧氧 硅硅n H2OK K蒙脫石蒙脫石伊里石伊里石高嶺石高嶺石粘土礦物構造單元示意圖粘土礦物構造單元示意圖硅氧四面體硅氧四面體硅氧晶片硅氧晶片 鋁氫氧晶片鋁氫氧晶片粘土礦物的晶片示意圖粘土礦物的晶片示意圖三、粘土顆粒與粘土礦物鋁氫氧八面體鋁氫氧八面體1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類7蒙脫石：

3、顆粒較細、易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力強）、蒙脫石：顆粒較細、易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力強）、 強度低、壓縮性強度低、壓縮性伊里石：居中伊里石：居中高嶺石：顆粒較粗、不易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力差）、高嶺石：顆粒較粗、不易吸水膨脹、失水收縮（吸水能力差）、 強度高、壓縮性低強度高、壓縮性低1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類三、粘土顆粒與粘土礦物8四、超靈敏土 靈敏度靈敏度 =utuqSq低靈敏中靈敏高靈敏重塑土的無側限抗壓強度重塑土的無側限抗壓強度(kPa(kPa) )uq1.2 土的成分及其分類土的成分及其分類 原狀土的無側限抗壓強度原狀土的無側限抗壓強度(kPa(kPa)

4、)uq原狀土的無側限抗壓強原狀土的無側限抗壓強度度重塑土的無側限抗壓強重塑土的無側限抗壓強度度91.3 土的基本物理指標土的基本物理指標一、土的三項比例指標 氣相固相液相+ + +構成土骨架，起決定作用構成土骨架，起決定作用重要影響重要影響土體次要作用次要作用10氣水土粒m質量質量體積體積VVvVsVaVw土的三項組成示意圖土的三項組成示意圖msmw1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標一、土的三項比例指標 111、孔隙比（void ratio) evSVeV孔隙體積土粒體積孔隙比 孔隙體積與土顆粒體積之比。1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標一、土的三項比例指標體積體積Va氣水土粒Vv

5、VsVw122、孔隙率（ porosity) nV100%VnV孔隙體積總體積孔隙率 孔隙體積與土體體積之比， 用百分數(shù)表示1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標一、土的三項比例指標體積體積氣水土粒VvV13ws100(%)mwm水質量土粒質量含水量土中水的質量與土顆粒質量之比烘干法測定含水量1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標一、土的三項比例指標m質量質量氣水土粒msmw3、含水量（ water content) w144、飽和度（degree of saturation) SrwrV100(%)VSV水體積孔隙體積飽和度孔隙中水的體積與孔隙體積之比1.3 土的基本物理指標土的基本物理

6、指標一、土的三項比例指標體積體積Va氣水土粒VvVsVw151、土顆粒密度和土的比重(1)土顆粒密度ssssmV土粒質量土粒體積土粒密度土顆粒單位體積的質量（g/cm3)1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw161、土顆粒密度和土的比重（2）土粒比重 Gs土粒比重土顆粒質量與同體積的4oC時的純水的質量之比。ssssw11wmGV純水在純水在4oC時的密度，時的密度，等于等于1g/cm3或或1t/m3。1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw17比重瓶法求土粒比重比重瓶1.3 土的基本

7、物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度182、天然密度和天然重度（1）天然密度tmV土 質 量總 體 積天然密度土單位體積質量（g/cm3或t/m3)求天然密度 實驗室：環(huán)刀法 現(xiàn) 場：置換法1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw19（2）天然重度天然重度土單位體積重量（kN/m3)ttWmggVV土 重 量總 體 積1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度2、天然密度和天然重度20sdmV土粒質量總體積干密度土單位體積土粒質量（g/cm3或t/m3)3、干密度和干重度（1）干密度1.3 土的基本物理指標土的基本

8、物理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw21（2）干重度干重度土單位體積土粒重量（kN/m3)ssddWm ggVV3、干密度和干重度1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw22sVwsatmVV飽和密度孔隙充滿水時土單位體積質量 （g/cm3或t/m3)（1）飽和密度4、飽和密度和飽和重度1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw23（2）飽和重度飽和重度孔隙充滿水時土單位體積 重量（kN/m3)satsatg4、飽和密度和飽和重度1.3 土的基本物理指標土的基本物

9、理指標二、土顆粒密度與重度VaVvVs氣水土粒mVwmsmw24（2）有效重度（浮重度）ssw-mVV 土粒質量 浮力總體積（1）有效密度（浮密度）5、有效密度和有效重度有效密度地下水位以下，單位體積土粒質量扣除 浮力后，即為單位土體積中土粒的有效 密度（g/cm3或t/m3)。g1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度255、比重Gs1、孔隙比e2、孔隙率n4、含水量w3、飽和度St6、天然密度t 天然重度t7、干密度干重度8、飽和密度飽和重度9、浮密度浮重度（烘干法測定）（比重瓶法測定）（環(huán)刀法測定）三項測定值, 其余可進行指標換算。1.3 土的基本物理指標土的基本物理

10、指標二、土顆粒密度與重度26氣水土粒質量m體積VV=1+eVv=eVs=1土的三項物理指標換算圖土的三項物理指標換算圖e=VV/VsssswmGVwsmwm1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度27sw(1)1Gwe1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度28sw(1)1Gwe1.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度29土的三相比例指標換算公式 1 名稱名稱 符號符號 三相比例表達式三相比例表達式 常用換算公式常用換算公式 單位單位sG土粒比重土粒比重含水量含水量密密 度度飽和密度飽和密度有效密度有效密度干密度干密度g/cm3g/c

11、m3 g/cm3g/cm3wdsatssswmGVrsS eGwws100%mwmrsS ewGd1wVmsw(1)1Gwed(1)wsVwsatmVVsdw1Ged1wsdmVsVwmVV sw11Ge satw ssatw1Gee30kN/m3 名稱名稱 符號符號 三相比例表達式三相比例表達式 常用換算公式常用換算公式 單位單位重度重度干重度干重度飽和重度飽和重度孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率有效重度有效重度 kN/m3 kN/m3 kN/m3飽和度飽和度dsatenrSmggVsw(1)1GwesddmggVsvwsatsatmVggVsswmVggVsdw1Gessatw1GeeeGs11v

12、sVeVv100%VnVwrv100%VSVswd1Gesw(1)1Gweeen1dsw1nG stwGSedtwwSn土的三相比例指標換算公式 231例題例題1.1 1.1 某工程地基勘探中，取原狀50cm3，重95.15g，烘干后重75.05g，土粒比重為2.67 。求：dsatr,we nS解解：繪制三相比例圖質量（g)體積(cm3)m = 95.15g95.15V = 50cm350ms = 75.05g75.0520.13www1 /mg cmV3w20.1Vcm20.1ssswmGVssswmVG311.28167. 205.75cm28.11Vv = 5028.11= 21.89

13、cm321.89Va = 21.8920.1= 1.79cm31.791.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度mw = 95.1575.05= 20.1g32質量（g)體積(cm3)95.155075.05121.891.792、計算三相比例指標mgV3/03.19105015.95mkNsdmgV3/01.15105005.75mkNsvwsatmVgV3/39.191050189.2105.75mkNsatw =19.39-10=9.39kN/m3wsmwm%78.262678. 005.751 .20VsVeV78. 011.2889.21VV

14、nV%78.434378. 05089.21wrVVSV%8 .91918. 089.211 .201.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度例題例題1.11.133 某土料孔隙比e=0.9，飽和度Sr=40%，如果在體積不變的情況下，使飽和度增加到Sr=90%，問1m3土料中應加多少水。體積體積(m3)1加水后體積加水后體積(m3)Vs0.9VeVVv+Vs=1m3Vv=0.9Vs=0.474m33s10.5261 0.9Vm0.4740.526w1r1v0.4VSV加水前3w10.4 0.4740.19Vmw2r2v0.9VSV加水后3w20.9 0.4740.43Vm0

15、.190.43所以所以1m3土加水量為土加水量為0.430.19=0.24(t)解：10.5261.3 土的基本物理指標土的基本物理指標二、土顆粒密度與重度例題例題1.21.2341.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標35干土質量干土質量1.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標（1 1）篩分試驗）篩分試驗篩分試驗示意圖m1盤底m275mm3106mm4250mm5425mm6850mm72mm篩孔孔徑篩孔孔徑36（2）顆粒級配曲線）顆粒級配曲線 （在單對數(shù)坐標紙上制圖）（在單對數(shù)坐標紙上制圖）通過質量的百分數(shù)（通過質量的百分數(shù)（%）0.0010.010.11101000204

16、06080100顆粒級配曲線粒徑（粒徑（mm) (對數(shù)坐標）對數(shù)坐標）1.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標37通過質量的百分數(shù)（通過質量的百分數(shù)（%）0.0010.010.11101000204060801001.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標粒徑（粒徑（mm) (對數(shù)坐標）對數(shù)坐標）38小于某粒徑的土重含量小于某粒徑的土重含量（%）0.0010.010.11100204060801001001.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標粒徑（粒徑（mm) (對數(shù)坐標）對數(shù)坐標）391009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（）小于某粒徑之

17、土質量百分數(shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線d60d10（3 3）有效粒徑）有效粒徑d d1010：（4 4）限定粒徑）限定粒徑d d6060：小于某粒徑的土粒質小于某粒徑的土粒質量累計百分數(shù)為量累計百分數(shù)為10%時時相應的粒徑。相應的粒徑。小于某粒徑的土粒質小于某粒徑的土粒質量累計百分數(shù)為量累計百分數(shù)為60%時時相應的粒徑。相應的粒徑。1.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標401009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（）小于某粒徑之土質量百分數(shù)（）105.01.

18、050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線d60d10d301.4 土的分類土的分類一、土的顆粒級配及其指標（5 5）不均勻系數(shù)）不均勻系數(shù)K Ku u：60u10dKd230c1060dKd d（6 6）曲率系數(shù)）曲率系數(shù)K Kc c：Ku 10，級配良好礫類土砂類土Kc=13級配良好Ku 17 粘 土表示粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土處于可塑狀態(tài)的變化范圍。1.4 土的分類土的分類二、稠度界限固態(tài)固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)流動狀態(tài)0縮限縮限塑限塑限液限液限44(一）巖石的工程分類一）巖石的工程分類1、巖石按堅固性分類2

19、、巖石按風化程度分類 類別 強度（MPa) 代表性巖石 硬質巖石 大于等于30 花崗巖、閃長巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英巖等軟質巖石 小于30 頁巖、粘土巖、云母片巖等微風化、中等風化、強風化1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類45（二）碎石土（二）碎石土（三）砂土（三）砂土1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類土的名稱土的名稱顆粒級配顆粒級配礫砂礫砂粒徑大于粒徑大于2mm2mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的25255050粗砂粗砂粒徑大于粒徑大于0.5mm0.5mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的5050中砂中砂粒徑大于粒徑大于0.25mm0.25mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的5050細砂細砂

20、粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的8585粉砂粉砂粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的顆粒占全重的的顆粒占全重的505046（四）粉土（四）粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%，塑性指數(shù)（五）粘土（五）粘土塑性指數(shù) IP10的土。1、按沉積年代分2、按塑性指數(shù)分（1）老粘土 粉質粘土：粘土：（2）一般粘性土（3）新近沉積粘性土1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類47（六）特殊土（六）特殊土1、軟土主要由細粒土組成；軟土分布于沿海、內陸河流下游及湖泊與沼澤地區(qū)。分類淤 泥：淤泥質土：泥 炭：有機質含量 60%有機質土：有機質含

21、量 50%特性e大，一般e1；壓縮性高；天然含水量高，天然含水量接近或大于液限；強度低，透水性差，變形穩(wěn)定時間長。1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類482、人工填土3、濕陷性土（六）特殊土（六）特殊土由人類活動堆積而成的土。(1)素填土：(2)雜填土：(3)沖填土： 土體在一定壓力下受水浸濕時產(chǎn)生的濕陷變形量達到一定數(shù)值（濕陷變形量大）的土。水壓力濕陷 由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的 填土，不含雜質或雜質很少。由含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾組成的填土。是由水力沖填泥砂形成的填土。1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類49（六）特殊土（六）特殊土4、膨脹土5、紅粘土 膨脹土是指粘粒成分主要由親水性粘粒礦物組成的粘性土。具有吸水膨脹，失水收縮的特性。 紅粘土是指碳酸鹽系出露的巖石，經(jīng)紅土化作用形成并覆蓋于基巖上的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。液限一般大于50，上硬下軟，具明顯收縮性，裂隙發(fā)育。6、多年凍土 三年以上溫度低于00C。雖凍土本身強度高，但受建筑物的影響，氣溫等自然條件變化可使其凍融或凍脹。1.4 土的分類土的分類三、土的工程分類50（七）細粒土按塑性圖分類（七）細粒土按塑性圖分類細粒土分類的塑性圖CH高液限粘土CL低液限粘土ML低液限粉土MH高液限粉土1.4 土的分類土的分類