土力學(xué)地基基礎(chǔ)課程講解第2章輔導(dǎo)

第2章土的物理性質(zhì)

及分類(lèi)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性一地質(zhì)作用概念地質(zhì)作用——導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化。按能量來(lái)源不同分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。1內(nèi)力地質(zhì)作用——地球產(chǎn)生的能量引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用，如巖漿活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)等。2外力地質(zhì)作用——由太陽(yáng)輻射能和地球重力位能所引起的地質(zhì)作用。風(fēng)化作用是由于氣溫變化、大氣、水分及生物活動(dòng)等自然條件使巖石破壞的地質(zhì)作用。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性二風(fēng)化作用1物理風(fēng)化——巖石受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度變化，不均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂隙，崩解為碎塊。只改變顆粒大小與形狀，不改變礦物成分。產(chǎn)物：碎石、卵石、礫石、砂土等2化學(xué)風(fēng)化——巖石碎屑與水、氧氣、二氧化碳等接觸，使巖石碎屑發(fā)生化學(xué)變化，改變?cè)瓉?lái)礦物成分，產(chǎn)生新的成分（次生礦物）。如：粘土、粉質(zhì)粘土。3生物風(fēng)化——生物活動(dòng)過(guò)程中對(duì)巖石的破壞作用。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性三土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1土的結(jié)構(gòu)定義：土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。分類(lèi)：可分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)。（1）單粒結(jié)構(gòu)粗大顆粒下沉而形成的。全部由砂礫或更粗土粒組成的土都具有單粒結(jié)構(gòu)。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性單粒結(jié)構(gòu)可疏松也可緊密。緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，強(qiáng)度大，壓縮性小，是較良好的天然地基。疏松狀單粒結(jié)構(gòu)的土，強(qiáng)度小，壓縮性大，不宜做建筑物的地基。土的單粒結(jié)構(gòu)（a）疏松的（b）緊密的土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性（2）蜂窩結(jié)構(gòu)由粉粒(0.075—0.005mm)組成的土的結(jié)構(gòu)形式。沉積過(guò)程中顆粒的吸引力大于其重力，逐漸下沉吸引形成蜂窩狀土.（3）絮狀結(jié)構(gòu)粘粒(<0.005mm)集合體組成的結(jié)構(gòu)形式，類(lèi)似蜂窩且孔隙很大的絮狀結(jié)構(gòu)。顆粒之間存在吸力和斥力，長(zhǎng)期懸浮，緩慢下沉形成絮凝結(jié)構(gòu)。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性工程性質(zhì)密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好，蜂窩結(jié)構(gòu)與絮狀結(jié)構(gòu)如被擾動(dòng)破壞天然結(jié)構(gòu)，則強(qiáng)度低、壓縮性高。不可作天然地基。粘土顆粒沉積結(jié)構(gòu)（a）鹽液中絮凝（b）非鹽液中絮凝（c）分散型土的蜂窩結(jié)構(gòu)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性2土的構(gòu)造：同一土層中，土顆粒之間相互作用關(guān)系的特征。（1）層狀構(gòu)造土層由不同顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層一層互相平行。層理一般呈水平方向。（2）分散構(gòu)造土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近。如砂與卵石層為分散構(gòu)造。（3）結(jié)核狀構(gòu)造土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.2

土的生成與特性（4）裂隙構(gòu)造土體中有許多不連續(xù)的小裂隙。如硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)的粘土為裂隙構(gòu)造。工程性質(zhì)一般分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好。結(jié)核狀構(gòu)造工程性質(zhì)好壞取決于細(xì)粒土部分。裂隙構(gòu)造類(lèi)土強(qiáng)度低、滲透性大，工程性質(zhì)差。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成一土的固體顆粒土的固體顆粒是三相組成中的主體，是決定土的工程性質(zhì)的主要成分。1土粒的礦物成分（1）原生礦物礦物成分為：石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石、輝石等。（2）次生礦物土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成母巖巖屑經(jīng)化學(xué)風(fēng)化成為粘土礦物。如：蒙脫石、伊利石、高嶺石。其中蒙脫石親水性最大，伊利石居中，高嶺石最小。（3）腐殖質(zhì)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成2土顆粒大小與形狀土中固體顆粒的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)重要因素。土粒常被分成六組，劃分粒組的分界尺寸稱(chēng)為界限粒徑。界限粒徑為200，60，2，0.075，0.005mm。粘粒粉粒細(xì)0.0050.010.0750.10.250.5252060200砂粒粗極細(xì)細(xì)中粗細(xì)中粗圓礫或角礫卵石碎石漂石塊石土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成3土的粒徑級(jí)配土的粒徑級(jí)配——土中各粒組的相對(duì)含量，占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。它是粗粒土的分類(lèi)定名的標(biāo)準(zhǔn)。粒徑級(jí)配試驗(yàn)方法：（1）粒徑大于0.075mm的粗粒組可用篩分法測(cè)定。（2）粒徑小于0.075mm的粘粉粒用比重法0.075mm0.25mm0.5mm1.0mm2.0mm5.0mm10mm篩底座20mm土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成（3）繪制顆粒級(jí)配累計(jì)曲線(xiàn)。有效粒徑d10——小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)相應(yīng)的粒徑。限定粒徑d60——小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)相應(yīng)的粒徑。中值粒徑d30——小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為30%時(shí)相應(yīng)的粒徑。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成顆粒級(jí)配累積曲線(xiàn)圖小于某粒徑的土重含量％土粒粒徑，mm緩粒徑大小懸殊，土粒不均勻，級(jí)配良好陡粒徑大小相差不大，土粒均勻，級(jí)配不好由曲線(xiàn)坡度大致判斷土的均勻程度土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成不均勻系數(shù)曲率系數(shù)不均勻系數(shù)越大，土粒大小分布范圍越大，級(jí)配良好。作為填方土料時(shí)，能有較大的密實(shí)度。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.3

土的三相組成二土中的水：結(jié)合水（礦物內(nèi)部）、自由水（孔隙中的水）1結(jié)合水——小土粒因表面的靜電引力而在其周?chē)降乃７譃閺?qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水.2自由水——存在土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。能傳水壓，有溶解能力。(1）重力水(2）毛細(xì)水三土中氣：主要是空氣和水氣，有時(shí)可能有沼氣、二氧化碳、硫化氫等。土中氣體對(duì)工程性質(zhì)影響較小。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)一土的三項(xiàng)基本物理性質(zhì)指標(biāo)1土粒比重（土的相對(duì)密度）Gs

（1）定義——土粒質(zhì)量與同體積4攝氏度純水質(zhì)量之比（2）表達(dá)式：無(wú)量綱數(shù)值上等于土粒密度（3）常見(jiàn)值：2.6—2.8（4）測(cè)定方法：比重瓶法或經(jīng)驗(yàn)法土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)2土的含水量w（1）定義——土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，%（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：砂土（0—40）%；粘性土（20---60）%（4）測(cè)定方法：烘干法、炒干法、酒精燃燒法等土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)3土的密度

（1）定義——土單位體積的質(zhì)量，單位g/cm3或t/m3（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：砂土1.6—2.0粘性土1.8—2.0 （4）測(cè)定方法：環(huán)刀法、蠟封法等以上三個(gè)為土的基本物理指標(biāo)，均可由實(shí)驗(yàn)室直接測(cè)定其數(shù)值。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)二反映土的松密程度的指標(biāo)1孔隙比e

（1）定義——土中孔隙體積與土粒體積之比（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：砂土0.5—1.0，當(dāng)e<0.6時(shí)，呈密實(shí)狀態(tài)，良好地基粘性土0.5—1.2，當(dāng)e>1.0時(shí)，高壓縮性土，軟弱地基土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)2孔隙率n

（1）定義——土中孔隙體積與總體積之比，%（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：n=(30-50)%（4）確定方法：e和n均可據(jù)、Gs、w實(shí)測(cè)值計(jì)算土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)三反映土中含水程度的指標(biāo)1含水量w（前已述）2土的飽和度Sr（1）定義——被水充滿(mǎn)的孔隙體積與孔隙總體積之比（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：Sr=(0-100)%（4）確定方法：據(jù)、Gs、w實(shí)測(cè)值計(jì)算（5）工程應(yīng)用：砂土與粉土以飽和度劃分濕度。稍濕很濕飽和80%50%土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)四特定條件下土的密度1土的干密度d、干容重d（1）定義——土單位體積中固體顆粒質(zhì)量，g/cm3（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：1.3—2.0g/cm3（4）工程應(yīng)用：土的干密度用作填方工程中土體壓實(shí)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。d越大，土體壓得越密實(shí)，工程質(zhì)量越好，但花費(fèi)的壓實(shí)費(fèi)用也越大。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)2飽和密度sat、飽和容重sat

（1）定義——孔隙中全部充滿(mǎn)水時(shí)單位體積中的土質(zhì)量，單位g/cm3

或t/m3（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：sat1.8—2.3g/cm3土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)3有效密度、有效容重（1）定義——地下水位以下，土體受水的浮力作用時(shí)單位體積中的土質(zhì)量，單位g/cm3或t/m3（2）表達(dá)式：（3）常見(jiàn)值：為0.8—1.3g/cm3土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)

土的物理性質(zhì)指標(biāo)共9個(gè)，土粒比重Gs、密度、含水量w、干密度d、飽和密度sat、有效密度、孔隙比e、孔隙率n、飽和度Sr。9個(gè)指標(biāo)不是各自獨(dú)立，其中Gs、、w由實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，其余6個(gè)指標(biāo)可通過(guò)三項(xiàng)指標(biāo)換算求得。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)五三相草圖方法：首先繪制三相草圖，據(jù)三個(gè)已知指標(biāo)數(shù)值和各物理性質(zhì)指標(biāo)的定義進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)情況令V=1或Vs=1可使計(jì)算簡(jiǎn)化。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.4

土的物理性質(zhì)指標(biāo)【例2—1】已知某鉆孔原狀土試樣結(jié)果為：，w，Gs，求其余6個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)。氣水土顆粒m=Gs(1+w)wmw=wGswms=GswVv=eVs=1V=1+e解：=m/v=Gs(1+w)w/(1+e)則e=Gs(1+w)w/-1e知，n亦可求。n=e/(1+e)Sr=VW/VV=mw/(wVV)=wGs/ed=ms/V=Gs/w(1+e)sat=(ms+Vvw)/V=(Gs+e)/(1+e)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)一無(wú)粘性土的密實(shí)度無(wú)粘性土為單粒結(jié)構(gòu)，最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)是密實(shí)度。劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)是什么？1用孔隙比e（很少用）優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用方便。同一種土，密砂孔隙比e1，松砂孔隙比e2，必然e1<e2缺點(diǎn)：無(wú)法反映土粒級(jí)配因素。例如：兩種級(jí)配不同的砂，一種顆粒均勻密砂e1，一種級(jí)配良好的松砂e2，結(jié)果e1反而大于e2。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)2以相對(duì)密實(shí)度Dr為標(biāo)準(zhǔn)為了克服指標(biāo)e對(duì)級(jí)配不同的砂土難以準(zhǔn)確判別的缺陷，可用天然孔隙比與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實(shí)狀態(tài)孔隙比emin進(jìn)行對(duì)比，看e接近emax或接近emin。以此來(lái)判斷它的密實(shí)度，即相對(duì)密實(shí)度法。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)相對(duì)密實(shí)度Dr判別砂土密實(shí)度的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：用Dr來(lái)判別，計(jì)入土的級(jí)配因素，理論上完善缺點(diǎn)：emax、emin測(cè)定主觀性較大，數(shù)值與測(cè)試人員等因素有關(guān)，難獲得科學(xué)數(shù)據(jù)。松散中密密實(shí)2/31/3相對(duì)密實(shí)度判別密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)3以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N為標(biāo)準(zhǔn)方法：一種原位測(cè)試，用卷?yè)P(yáng)機(jī)把質(zhì)量為63.5kg的鋼錘，提升76cm高，讓鋼錘自由下落，打擊貫入器，使貫入器入土中深30cm所需的錘擊數(shù)，記N63.5。N值大小反映土的貫入阻力大小，即密實(shí)度大小。N越大，顯然土越密實(shí)。松散稍密中密密實(shí)N101530以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)劃分砂土密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)二粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)

1粘性土的界限含水量同一種粘性土隨其含水量不同，分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài)。（1）定義界限含水量——由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一狀態(tài)分界含水量。固態(tài)半固態(tài)可塑態(tài)流動(dòng)態(tài)縮限Ws塑限Wp液限WL含水量w土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)WL

液限——土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)界限含水量。WP

塑限——土由半固態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)界限含水量。WS

縮限——土由半固態(tài)不斷蒸發(fā)水分，直到體積不再縮小時(shí)土的界限含水量。（2）界限含水量測(cè)定WL液限用錐式液限儀或碟式液限儀。WP塑限用“搓條法”測(cè)定。用聯(lián)合測(cè)定法可測(cè)液限WL和塑限WP。WS縮限用收縮皿法測(cè)定。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)2粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)（1）塑性指數(shù)——液限和塑限的差值（省去），即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，用符號(hào)IP表示。

IP＝WL－WP物理意義：土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。即IP增大，土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍增大。工程應(yīng)用：用塑性指數(shù)劃分粘性土與粉土。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)（2）液性指數(shù)——粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，用符號(hào)IL表示。

物理意義：將w與wL與wp相比以反映土的軟硬不同。IL表示土軟硬狀態(tài)，IL越大，土愈軟，IL越小，土愈硬。堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑00.250.75IL流塑1.0土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)【例2－2】室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果給出某地基土樣的天然含水量w=19.3％，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7％。試求：（1）計(jì)算該土的塑性指數(shù)IP及液性指數(shù)IL；（2）確定該土的物理狀態(tài)。解：（1）塑性指數(shù)IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6液性指數(shù)IL=(w-wP)/(wL-wP)=(19.3-16.7)/11.6=0.224（2）0<IL=0.224<0.25，故該土處于硬塑狀態(tài)。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)3靈敏度（1）靈敏度St定義：靈敏度St——同一粘性土的原狀土與重塑土在孔隙和含水量不變時(shí)土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比。物理意義：St2低靈敏土；2<St4中靈敏土；St>4高靈敏土工程應(yīng)用：觸變性——結(jié)構(gòu)被破壞后（擾動(dòng)土），土的強(qiáng)度降低。但靜置一段時(shí)間，土的強(qiáng)度又逐漸增長(zhǎng)的性質(zhì)。沿海地區(qū)粘性土基本屬于一般粘性土和靈敏粘性土。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.6

地基土的工程分類(lèi)二碎石類(lèi)土1定義碎石類(lèi)土——粒徑大于2mm顆粒含量超過(guò)全重50％的土2分類(lèi)依據(jù)據(jù)土粒徑級(jí)配中各粒組含量和顆粒形狀進(jìn)行分類(lèi)定名。3定名4工程性質(zhì)常見(jiàn)的碎石類(lèi)土，強(qiáng)度大，壓縮性小，滲透性大，為優(yōu)良的地基，也可將樁放置在這類(lèi)土層。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.6

地基土的工程分類(lèi)碎石土的分類(lèi)名稱(chēng)顆粒形狀粒組含量漂石圓形及亞圓形為主粒徑d>200mm的顆粒含量超過(guò)全重的50％塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑d>20mm的顆粒含量超過(guò)全重的50％碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑d>2mm的顆粒含量超過(guò)全重的50％角礫棱角形為主注意：定名時(shí)應(yīng)據(jù)由大到小的順序，先符合者即為該土的名稱(chēng)。土力學(xué)地基基礎(chǔ)廈門(mén)大學(xué)土木系2.6

地基土的工程分類(lèi)三砂類(lèi)土1定義砂類(lèi)土——粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50％，粒徑大于0.075mm顆粒超過(guò)全重50％的土2分類(lèi)依據(jù)根據(jù)土的