土力學(xué)第二章土的工程性質(zhì)及工程分類

土力學(xué)第二章土的工程性質(zhì)及工程分類第一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二第二章土的性質(zhì)及工程分類§2.1概述§2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)§2.3土的物理性質(zhì)指標§2.4無粘性土的密實度§2.5粘性土的物理特性§2.6土的滲透性§2.7土的壓實原理§2.8地基土的工程分類第二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土是指：連續(xù)堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。風化巖石地球顆粒堆積物地球搬運、沉積2.1概述什么是土？第三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二卵石粘土砂

礫石料第四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二一般固體：液體：土體（散粒）：可保持固定的形狀不具有特定的形狀具有一定但不固定的形狀第五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二碎散性土有哪些特點？非連續(xù)介質(zhì)受力以后易變形體積變化主要是孔隙變化剪切變形主要由顆粒相對位移引起強度低巖石風化的產(chǎn)物第六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二多相介質(zhì)三相性（三相體系）土有哪些特點？固相—土骨架液相—水氣相—空氣第七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二天然性（自然變異性）自然界的產(chǎn)物土有哪些特點？非均勻性各向異性結(jié)構(gòu)性時空變異性第八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二碎散性三相性天然性力學(xué)特性復(fù)雜變形特性強度特性滲透特性土有哪些特點？第九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)第十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二一.固體顆粒物理力學(xué)特性組成情況礦物成分大小和形狀2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)第十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－礦物成分原生礦物

石英、長石、云母次生礦物

主要是粘土礦物，包括三種類型高嶺石、伊利石、蒙脫石粘土礦物:復(fù)合的鋁-硅酸鹽晶體，顆粒程片狀。由硅片和鋁片構(gòu)成的晶胞所組合而成土的固體顆粒物質(zhì)分為無機礦物顆粒和有機質(zhì)第十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二硅片的結(jié)構(gòu)基本單元：硅-氧四面體2.2.1土的固體顆粒－礦物成分第十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二鋁片的結(jié)構(gòu)基本單元：鋁-氫氧八面體2.2.1土的固體顆粒－礦物成分第十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）粘土礦物的結(jié)晶格架蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性強度壓縮性大10-20m2/g小大小中80-100m2/g中中中小800m2/g大小大9克蒙脫石的總表面積大約與一個足球場一樣大第十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二砂粒與粘粒第十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二原生礦物

圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物

針狀、片狀、扁平狀2.2.1土的固體顆粒－顆粒形狀第十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－粒組粒徑：顆粒的大小通常以直徑表示。稱為粒徑（mm）或粒度。粒組：工程上常把大小、性質(zhì)相近的土粒合并為一組，稱為粒組。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。第十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－粒組土顆粒巨粒(>200mm)粗粒(0.075~200mm)細粒(<0.075mm)卵石或碎石顆粒(20~200mm)圓礫或角礫顆粒(2~20mm)砂(0.075~2mm)粉粒(0.005~0.075mm)粘粒(<0.005mm)第十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二粘土細砂粗砂碎石卵石碎石粘土第二十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－顆粒級配土的顆粒級配土由不同粒組的土顆?；旌显谝黄鹚纬?，土的性質(zhì)主要取決于不同粒組的土粒的相對含量。土的顆粒級配定義：土中所含各粒組的相對含量，以土粒總重的百分數(shù)表示，稱為土的顆粒級配。土的顆粒級配分析方法列表法（P7）顆粒級配曲線法第二十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－顆粒級配試驗結(jié)果可繪制在半對數(shù)坐標上

縱坐標：小于某粒徑的土粒質(zhì)量百分數(shù)

橫坐標：使用對數(shù)尺度表示土的粒徑，可以把粒徑相差上千倍的粗粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對土的性質(zhì)可能有主要影響的顆粒部分清楚地表達出來。第二十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－顆粒級配第二十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二第二十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－顆粒級配不均勻系數(shù)：

曲率系數(shù)：小于某粒徑的土粒含量占總土顆粒質(zhì)量的60%時的粒徑-限定粒徑（d60）。小于某粒徑的土粒含量占總土顆粒質(zhì)量的30%時的粒徑-中值粒徑（d30）。小于某粒徑的土粒含量占總土顆粒質(zhì)量的10%時的粒徑-有效粒徑（d10）。第二十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－顆粒級配不均勻系數(shù)：可以反映大小不同粒組的分布情況，Cu越大表示土粒大小分布范圍廣，級配良好。曲率系數(shù)：描述累積曲線的分布范圍，反映曲線分布的整體形態(tài)，表示是否有某粒組缺失的情況。Cu>5，Cc＝1～3

第二十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－顆粒級配分析方法顆粒分析試驗篩分法：粒徑60~0.075mm靜水沉降法（沉降分析法）：粒徑<0.075mm第二十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－－篩分法篩分法

篩析機

第二十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－－比重瓶法第二十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.1土的固體顆粒－－比重瓶法第三十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線水分法第三十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二顆粒級配粒徑級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~

3,級配連續(xù)土；Cc>3或

Cc<1,級配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果

Cu≥5且

Cc=1~3，級配良好的土；

如果

Cu<5或

Cc>3或

Cc<1,級配不良的土第三十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－土中水土中水-土中水是土的液相組成部分。水對無粘性土的工程地質(zhì)性質(zhì)影響較小，但粘性土中水是控制其工程地質(zhì)性質(zhì)的重要因素，如粘性土的可塑性、壓縮性及其抗剪性等，都直接或間接地與其含水量有關(guān)。第三十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土中水按存在形態(tài)分：固態(tài)水：礦物內(nèi)部結(jié)晶水或內(nèi)部結(jié)合水，存在于土粒礦物的晶體格架內(nèi)部或是參與礦物構(gòu)造的水。根據(jù)對土的工程性質(zhì)的影響，可把礦物內(nèi)部結(jié)合水當做土體礦物顆粒的一部分，在比較高的溫度下（80-680℃）才能化為氣態(tài)水而與顆粒分離。氣態(tài)水：土中氣的一部分。液態(tài)水：井水，河水，海水等。2.2.2土中水和氣－土中水第三十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣-土中水粘土顆粒表面帶電現(xiàn)象Ruess（列伊斯）1807年。陽極管中水自下而上渾濁，說明粘土顆粒在向陽極移動，同時管中水位逐漸下降；陰極管內(nèi)水仍是清澈的，水位在逐漸升高。說明粘土顆粒帶有負電荷。固體顆粒在直流電作用下向某一電極移動的現(xiàn)象稱為電泳，而水分子向相反電極移動的現(xiàn)象稱為電滲。第三十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣土中液態(tài)水自由水結(jié)合水強結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細水結(jié)合水：受電分子吸引力作用吸附于土粒表面的成薄膜狀的水。自由水：存在于土粒表面電場影響范圍以外的土中水。第三十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－結(jié)合水強結(jié)合水特點：緊靠土粒表面，其性質(zhì)接近于固體，密度為1.2-2.4g/m3，冰點-78℃，不能傳遞靜水壓力，具有極大的粘滯度，彈性和抗剪強度。第三十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－結(jié)合水弱結(jié)合水特點：這層水不是接近于固態(tài)而是一種粘滯水膜。受力時能由水膜較厚處緩慢轉(zhuǎn)移到水膜較薄處，也可以因電場引力從一個土粒的周圍移到另一個顆粒的周圍。即弱結(jié)合水膜能發(fā)生變形，但不因重力作用而流動。弱結(jié)合水的存在是粘性土在某一含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)出可塑性的原因，土的凍脹也與弱結(jié)合水的性質(zhì)有關(guān)，此部分水對粘性土的影響最大。第三十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－自由水自由水是存在于土粒表面電場影響范圍以外的土中水，它的性質(zhì)與普通水一樣，能夠傳遞靜水壓力，冰點為0℃，有溶解鹽類的能力。按所受作用力的不同，可分為重力水和毛細水兩種。第三十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－自由水重力水是存在于地下水位以下，土顆粒電分子引力范圍以外的水，存在水頭差的時候產(chǎn)生流動，對土顆粒及結(jié)構(gòu)物有浮力作用。毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力的作用，存在于地下水位以上的透水層中自由水。第四十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二毛細水：受到水與空氣交界面處表面張力的作用，存在于地下水位以上透水層中自由水。2.2.2土中水和氣－毛細水毛細現(xiàn)象：指土中水在表面張力作用下，沿著細的孔隙向上及向其他方向移動的現(xiàn)象。第四十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二毛細水危害：若毛細水上升至地表，會引起土質(zhì)鹽漬化、沼澤化，而且會使地基濕潤、強度降低、變形增大。在寒冷地區(qū)還會促使土的凍脹，地下室會過分潮濕，故在工程中要注意防潮、防凍。2.2.2土中水和氣－毛細水毛細壓力：由于土粒表面的濕潤作用，使毛細水形成彎液面。在水和空氣分界面上產(chǎn)生的表面張力總是沿著彎液面切線方向作用的，它促使兩個土顆?；ハ嗫繑n，在土粒接觸面上產(chǎn)生一個壓力，這個壓力稱為毛細壓力，也稱為毛細粘聚力。第四十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土的凍脹：當大氣負溫傳入土中時，土中的自由水首先凍結(jié)成冰晶體，隨著氣溫的繼續(xù)下降，弱結(jié)合水的最外層也開始凍結(jié)，使冰晶體逐漸擴大。這樣使冰晶體周圍土粒的結(jié)合水膜減薄，土粒就產(chǎn)生剩余的分子引力。由于結(jié)合水膜的減薄，使得水膜中的離子濃度增加，產(chǎn)生了滲透壓力。在這兩種引力作用下，下臥未凍結(jié)區(qū)水膜較厚處的弱結(jié)合水被吸引到水膜較薄的凍結(jié)區(qū)，并參與凍結(jié)，使冰晶體增大，而不平衡引力繼續(xù)存在，只要有水源補給，未凍結(jié)區(qū)的水分就會不斷向凍結(jié)區(qū)遷移和積聚，使冰晶體不斷擴大，在土層中形成冰夾層，土體隨之發(fā)生隆起，即凍脹現(xiàn)象。2.2.2土中水和氣－土的凍脹土的融陷現(xiàn)象：當氣溫升高，土層解凍時，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，即出現(xiàn)融陷現(xiàn)象。第四十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－土的凍脹凍脹危害：凍脹和融陷都將對工程產(chǎn)生不利影響，特別是高寒地區(qū)，發(fā)生凍脹時，使路基隆起，柔性路面鼓包，開裂，剛性路面錯縫或折斷；修建在凍土上的建筑物，凍脹引起建筑物開裂、傾斜甚至使輕型構(gòu)筑物倒塌。而發(fā)生融陷后，路基土在車輛反復(fù)碾壓下，輕者路面變得較軟，嚴重路面翻漿，也會使房屋、橋梁、涵管發(fā)生大量下沉或不均勻下沉，引起建筑物的開裂破壞。影響凍脹因素：土的因素：細粒土，如粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)亞砂土。水的因素：由水分的遷移和積聚所致。3.溫度的因素：氣溫驟降或緩慢下降。結(jié)論：在持續(xù)負溫作用下，地下水位較高處的粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土等土層常具有較大的凍脹危害。第四十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.2土中水和氣－土中氣

與大氣相通無影響，易擠出與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）壓力作用下可壓縮或融解封閉氣體對土的性質(zhì)有較大影響，導(dǎo)致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時間的發(fā)展過程。第四十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)性—土的組成與物理性質(zhì)并不能完全決定土的性質(zhì)，土的結(jié)構(gòu)對土的性質(zhì)具有很大的影響，這種特性稱為土的結(jié)構(gòu)性（土的結(jié)構(gòu)是指土顆?；蚣象w的大小和形狀，表面特征，排列形式以及它們之間的連接特征）。單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)、絮凝結(jié)構(gòu)。第四十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－單粒結(jié)構(gòu)特點：單粒結(jié)構(gòu)是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的。土粒間存在點與點的接觸，隨著它的形成條件的不同，可形成密實的或者疏松的狀態(tài)。（碎石土和砂土）第四十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－單粒結(jié)構(gòu)疏松狀態(tài)：骨架不穩(wěn)定，在荷載作用下，特別是在震動荷載作用下會使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實，同時產(chǎn)生較大的變形。未經(jīng)處理不宜作為建筑物的地基。第四十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－單粒結(jié)構(gòu)密實狀態(tài)：土粒排列緊密，在動荷載及靜荷載作用下都不會產(chǎn)生較大沉降，強度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然地基。單粒結(jié)構(gòu)的松密程度取決于礦物成分、顆粒形狀、級配情況。第四十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－蜂窩結(jié)構(gòu)土粒下沉過程中，土粒間的分子吸力大于下沉土粒重量形成鏈環(huán)狀單元，很多這樣的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來，便形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)常在粉土、粘土類中遇到。具有蜂窩結(jié)構(gòu)的土有很大孔隙，但由于弓架作用使其可以承擔一般的水平荷載，當承受較高水平荷載和動荷載，結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致嚴重地基沉降。第五十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－絮凝結(jié)構(gòu)微小的粘粒，重量極輕，靠其自重在水中下沉，極為緩慢，由于土粒間的吸引力形成土粒集合體—團粒而下沉。主要存在于海積粘土中?？紫逗艽?，強度低、壓縮性高、對擾動比較敏感，土粒間的聯(lián)接強度會由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強。第五十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－土的結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)中密實的單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì)最好，蜂窩狀為其次，絮凝結(jié)構(gòu)土工程性質(zhì)最差。后兩種結(jié)構(gòu)土，如果因振動其天然結(jié)構(gòu)被破壞的話，強度很低，壓縮性大。因此未經(jīng)處理不能作為天然地基。第五十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造－土的構(gòu)造裂隙、節(jié)理構(gòu)造粘性土或淤泥質(zhì)粘性土夾層——層理構(gòu)造

土的構(gòu)造是指土層的層理、裂隙和大孔隙等宏觀特征，亦稱宏觀結(jié)構(gòu)。第五十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土的物理狀態(tài)松密程度軟硬程度土的物理性質(zhì)(松密程度、干濕程度、輕重程度)工程性質(zhì)間接反映直接反映2.3土的物理性質(zhì)指標土的三相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系取決于第五十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.3土的物理性質(zhì)指標

表示土的三相組成部分質(zhì)量、體積之間的比例關(guān)系的指標，稱為土的三相比例指標。主要指標有：相對密度、天然密度、含水量（這三個指標需用實驗室實測）和由它們?nèi)齻€計算得出的指標干密度、飽和密度、孔隙率、孔隙比和飽和度。注意：土的三相比例指標是其物理性質(zhì)的反映，但與其力學(xué)性質(zhì)有內(nèi)在聯(lián)系，顯然固相成分的比例越高，其壓縮性越小，抗剪強度越大，承載力越高。第五十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.3土的物理性質(zhì)指標1.土的三相關(guān)系示意圖第五十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土的天然密度一般用“環(huán)刀法”測定。

天然狀態(tài)下土的密度變化范圍很大，一般為1.6-2.2。土單位體積的質(zhì)量稱為土的天然密度。單位：1）土的天然密度2.三個基本試驗指標第五十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比（用百分數(shù)表示）。

含水量是表示土濕度的一個重要物理指標。

土的含水量一般采用“烘干法”測定。2）土的含水量第五十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土的固體顆粒質(zhì)量與同體積4℃時純水的質(zhì)量之比。

—土粒密度

—純水在4℃時的密度土的相對密度可在實驗室采用“比重瓶法”測定。3）土粒相對密度第五十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二3.反映土單位體積質(zhì)量的指標1）土的干密度土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量。工程上常用土的干密度來評價土的密實程度，以控制填土、高等級公路路基和壩基的施工質(zhì)量。2）土的飽和密度土孔隙中充滿水時的單位體積質(zhì)量。第六十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二3）土的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。4.反映土的孔隙特征，含水程度的指標1）土的孔隙比土中孔隙體積與土的顆粒體積之比。第六十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土的孔隙率是土中孔隙體積與總體積之比（百分數(shù)表示）。

2）土的孔隙率

土的孔隙比和孔隙率都是反映土體密實程度的重要物理性質(zhì)指標，一般情況下，孔隙比和孔隙率越大，土愈疏松，反之，土愈密實。3）土的飽和度土中水的體積與孔隙體積之比，以百分率計。

土的飽和度反映了土中孔隙被水充滿的程度。第六十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二上述土的三相比例中，天然密度、含水量和相對密度三個指標是通過試驗測定的。在測定這三個指標后，可導(dǎo)出其余各個指標。

5.指標換算第六十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二密度

干密度

令第六十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二孔隙比

飽和密度

有效密度

孔隙率

飽和度

第六十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二[例2.1]一塊原狀土樣，經(jīng)試驗測得土的三個基本試驗指標：

求孔隙比，孔隙率和飽和度。解：答：經(jīng)計算得到孔隙比e為0.805，孔隙率n為44.6%，飽和度Sr為42.8%。第六十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.4無粘性土的密實度本次課主要內(nèi)容：1.

無粘性土的密實度（2.4）；2.粘性土的物理特性（2.5）；本次課重點難點：重點：掌握反映無粘性土密實度的指標“相對密實度”、砂土的密實度狀態(tài)分類、粘性土的液限、塑性、靈敏度、觸變性等物理特性。難點：塑限液限測定方法（試驗），粘性土的物理特性和工程實際有哪些關(guān)聯(lián)？第六十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.4無粘性土的密實度無粘性土的密實度指的是碎石土和砂土的疏密程度。

密實的無粘性土由于壓縮性小，抗剪強度高，承載力大，可作為建筑物的良好地基。但如處于疏松狀態(tài)，尤其是細砂和粉砂，其承載力就有可能很低，因為疏松的單粒結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，在外力作用下很容易產(chǎn)生變形，且強度也低，很難作天然地基。密實度的評價方法有三種：

1、室內(nèi)測試孔隙比確定相對密實度的方法

2、利用標準貫入試驗等原位測試方法

3、野外觀測方法（用于碎石土）無粘性土：指含粘土顆粒較少，透水性大的土，包括粗粒土和粉土。粉土的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理力學(xué)性質(zhì)接近于砂土。第六十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.4無粘性土的密實度判別無粘性土密實程度孔隙比e顆粒的形狀和級配對孔隙比有著極大的影響孔隙比e未能考慮級配的因素最松散狀態(tài)-最大孔隙比最密實狀態(tài)-最小孔隙比土粒粒徑較均勻時-差值較小土粒粒徑不均勻時-差值較大綜合反映土粒級配、土粒形狀和結(jié)構(gòu)等因素。第六十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.4無粘性土的密實度相對密實度：砂土的密實程度并不完全取決于天然孔隙比，而很大程度上取決于土的級配情況，相對密實度同時反映了孔隙比和級配的影響，以Dr表示。最小孔隙比是最緊密狀態(tài)的孔隙比，用“振擊法”測定。最大孔隙比是土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比，用“松砂器法”測定。密實中密松散1Dr>0.670.33<Dr

0.670<Dr

0.33相對密實度對于土作為土工構(gòu)筑物和地基的穩(wěn)定性，特別是在抗震穩(wěn)定性方面具有重要的意義。第七十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二雖然相對密實度從理論上能反映顆粒級配、顆粒形狀等因素。但由于對砂土很難采取原狀土樣，故天然孔隙比不宜測準。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）用標準貫入試驗的錘擊數(shù)來劃分砂土的密實度。砂土的密實度2.4無粘性土的密實度－標準貫入試驗密實度密實中密稍密松散標貫擊數(shù)NN>3030≥N>1515≥N>10N≤10第七十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二碎石土的密實度

碎石土更不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現(xiàn)場進行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密、稍密、松散四種。

2.4無粘性土的密實度－野外觀測法第七十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二松散55%，絕大部分不接觸鍬易挖掘，井壁極易坍塌鉆進很容易，沖擊鉆探時，鉆桿無跳動，孔壁易坍塌第七十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5粘性土的物理特性流動狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能保持其形態(tài)，極易流動外力作用可塑成任何形狀而不產(chǎn)生裂縫，當在外力去掉后仍能保持已獲得的形狀不變水分蒸發(fā)，上覆沉積層厚度增加，含水率減小，體積收縮。含水率減小,喪失可塑性，在外力作用下，易于發(fā)生破裂。體積不再收縮，空氣進入土體，土的顏色變淡。第七十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)流態(tài)強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水含水量w土顆粒強結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強結(jié)合水第七十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.1粘性土的稠度與界限含水量粘性土····0wsw

pw

L固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)塑限液限縮限粘性土的界限含水量：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)。由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫界限含水量。瑞典科學(xué)家阿特堡（Atterberg1911）提出，這些界限含水量又稱為阿特堡界限。第七十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二界限含水量的測定方法：塑限：搓條法液限：錐式液限儀（碟式液限儀）。2.5.1粘性土的稠度與界限含水量····0wswpw

L固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)塑限液限縮限第七十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二搓條法錐式液限儀2.5.1粘性土的稠度與界限含水量第七十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征，可塑性的大小用土處在可塑狀態(tài)時的含水量的變化范圍來衡量，從液限到塑限含水量的變化范圍越大，土的可塑性越好。塑性指數(shù)：指液限和塑限的差值（省去%號），即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，用IP表示。

塑性指數(shù)越大，表明土的顆粒越細，比表面積越大，土的粘粒或親水礦物含量越高，土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍越廣。亦即塑性指數(shù)能綜合反映土的礦物成分和顆粒大小的影響，故塑性指數(shù)常作為工程上對粘性土進行分類的依據(jù)。2.5.2粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)第七十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二IP粘粒含量蒙脫石高嶺石伊利石蒙脫石粘粒含量IPIP與礦物成分的關(guān)系2.5.2粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)第八十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.2粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)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IL表示。即液性指數(shù)表征天然含水量與界限含水量間的相對關(guān)系，可塑狀態(tài)的土的液性指數(shù)在0~1之間；液性指數(shù)大于1，處于流動狀態(tài)；液性指數(shù)小于0，土處于固態(tài)或半固體狀態(tài)。天然含水量對粘性土的狀態(tài)有很大影響，但對于不同的土，即使具有相同的含水量，如果它們的塑限、液限不同，所處的狀態(tài)也不同，需要一個表征土的天然含水量與分界含水量之間相對關(guān)系的指標。第八十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.2粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)IL≤00~0.250.25~0.750.75~1.0IL>1.0《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）規(guī)定，粘性土根據(jù)液性指數(shù)可劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種軟硬狀態(tài)。第八十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.2粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù)注意由于液限和塑限目前都是用擾動土測定的，土的結(jié)構(gòu)已徹底破壞，而天然土一般在自重作用已有很長的歷史，它獲得了一定的結(jié)構(gòu)強度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定會發(fā)生流動。含水率大于液限只是意味著：若土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，它將轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿酀{。第八十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.2粘性土的天然稠度在公路建設(shè)中，有時還用稠度來區(qū)分粘性土的狀態(tài)。土的液限與天然含水量之差和塑性指數(shù)之比，稱為土的天然稠度。第八十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二天然狀態(tài)的粘性土當受擾動后，其強度降低、壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對強度的這種影響，可用靈敏度衡量：式中qu，qu'—原狀、重塑試樣的無側(cè)限抗壓強度。2.5.3粘性土的靈敏度和觸變性第八十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.3粘性土的靈敏度與觸變性土的靈敏度越高，其結(jié)構(gòu)性越強，受擾動后的強度降低就越明顯。為此，在基礎(chǔ)工程施工中必須注意保護基槽，盡量減少對土結(jié)構(gòu)的擾動。根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為：低靈敏中等靈敏高靈敏1<St

2

2<St

4St

>4第八十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.5.3粘性土的靈敏度與觸變性觸變性：飽和粘性土當受擾動后，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，其強度降低，但當擾動停止后，土的強度又隨時間增大，這種特性稱為觸變性。粘性土結(jié)構(gòu)遭到破壞，強度降低，但隨時間發(fā)展土體強度恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。第八十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7土的壓實性及動力特性土的壓實性指土體在壓實能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力產(chǎn)生位移，使土中孔隙減小，密度增加的這種性質(zhì)。土工建筑物，如土壩、土堤及道路填方是用土作為建筑材料填筑而成，為了保證填土有足夠的強度，較小的壓縮性和透水性。在施工中常常需要壓密填料，以提高土的密實度和均勻性。填土的密實度常以其干密度來表示。壓實方法：碾壓法，夯實法，振動三類。工程實踐表明，對于過濕或者過干的粘性土土體都難以壓實。只有在適當?shù)暮糠秶鷥?nèi)才能壓實。在一定的壓實功（能）下使土最容易壓實，并能達到最大密實度時的含水量稱為土的最優(yōu)或最佳含水量，與其相對應(yīng)的干密度則稱為最大干密度。第八十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7土的壓實性及動力特性壓實原理：可以用結(jié)合水膜潤滑理論及電化學(xué)性質(zhì)來解釋。粘性土中含水量較低，土較干時，土粒表面的結(jié)合水膜較薄，水處于強結(jié)合水狀態(tài)，土粒間距較小，粒間電作用力以引力占優(yōu)勢，土粒之間的摩擦力，粘結(jié)力都很大，所以土粒相對位移時阻力大，盡管有擊實功作用，但也較難克服這種阻力，因此壓實效果差。隨著含水量的增加，結(jié)合水膜增厚，土粒間距也逐漸增加，此時斥力增加而使土塊變軟，引力相對減小，壓實功比較容易克服粒間引力而使土粒相互位移，趨于密實，壓實效果好。含水量繼續(xù)增加時，粒間引力減小，但土中出現(xiàn)了自由水，水占據(jù)體積越大，顆粒能夠占據(jù)的相對體積就越小，擊實過程中過多的水分不易排出，阻止土粒移動，所以干密度會變小，擊實效果反而下降。第八十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7.1土的壓實原理－擊實試驗輕型：粒徑小于5毫米重型：粒徑小于20毫米25下，分三層擊實56下，分5層擊實第九十頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7土的壓實原理第九十一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二擊實儀第九十二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二峰值：土的干密度隨含水量的變化而變化，并在擊實曲線上出現(xiàn)一個干密度峰值，只有當土的含水量達到最優(yōu)含水量時，才能得到這個峰值。擊實曲線位于理論飽和曲線左邊擊實曲線的形態(tài)。擊實曲線在最優(yōu)含水量兩側(cè)左陡右緩，且大致與飽和曲線平行，表明土在最優(yōu)含水量偏干狀態(tài)時，含水量對土的密實度影響更為明顯。第九十三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7.2影響擊實效果的因素含水量的影響擊實功能的影響土的性質(zhì)第九十四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二含水率的影響當含水率較小時，土的干密度隨著含水率的增加而增大，而當干密度增加到某一值后，含水率繼續(xù)增加反而使干密度減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，此時對應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。2.7.2影響擊實效果的因素第九十五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7.2影響擊實效果的因素1、土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大，最優(yōu)含水率則逐漸減小。但是這種增大或減小的速率是遞減的，因而光靠增加擊實功能來提高土的干密度是有一定限度的。2、含水率較低時擊數(shù)的影響顯著。當含水率較高時，含水率與干密度的關(guān)系曲線趨近于飽和線，也就是說，這時提高擊實功能是無效的。填料的含水率過高和過低都是不利的，過高惡化土體的力學(xué)性質(zhì)，過低則填土遇水后容易引起濕陷。擊實功的影響：第九十六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土類和級配的影響：同樣的含水率情況下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指數(shù)越大，越難于壓實；對于無粘性土，含水率對壓實性的影響沒有像粘性土那么敏感，其擊實曲線與粘性土不同，在含水率較大時得到較高的干密度。因此在無粘性土的實際填筑中同時需要不斷灑水使其在較高含水率下壓實。無粘性土通常用相對密實度來控制，一般不進行擊實試驗；級配良好的土易于壓實，反之則不易壓實。2.7.2影響擊實效果的因素第九十七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二工程實踐中，用土的壓實度或者壓實系數(shù)來直接控制填方工程質(zhì)量，壓實系數(shù)定義為工地壓實時要求達到的最大干密度與室內(nèi)擊實試驗所得到的最大干密度之比值。2.7.2壓實度（壓實系數(shù)）在工地對壓實度進行檢驗，一般采用灌砂法、濕度密度儀法或核子密度儀來測定土的干密度和含水量。第九十八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7.2壓實度（壓實系數(shù)）第九十九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.7.3砂土液化液化：任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過程。就無粘性土而言，這種由固體狀態(tài)變?yōu)橐后w狀態(tài)的轉(zhuǎn)化是由于孔隙水壓力增大和有效應(yīng)力減小的過程。（美國土木工程協(xié)會巖土工程分部土動力學(xué)委員會）土體液化是指飽和狀態(tài)砂土或粉土在一定強度的動荷載作用下表現(xiàn)出類似液體性質(zhì)而完全喪失承載力的現(xiàn)象。第一百頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二

砂土液化宏觀表現(xiàn)

液化的宏觀表現(xiàn)是：噴水冒砂，地面下陷（震陷），建筑物產(chǎn)生巨大沉降和嚴重傾斜，甚至失穩(wěn)。（滑坡、上浮）第一百零一頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時將趨于密實，使孔隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短暫時間內(nèi)，這種急劇上升的孔隙水壓力來不及消散，使原有土顆粒通過接觸點傳遞的壓力減小，當有效壓力完全消失時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近于液體的特性，這種現(xiàn)象稱為液化。砂土液化機理第一百零二頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二A.土類；B.土的密度；C.土的初始應(yīng)力狀態(tài)；D.往復(fù)應(yīng)力強度與往復(fù)次數(shù)；A.土層的地質(zhì)年代；抗震設(shè)計E.地震烈度和持續(xù)時間。D.地下水位深度；C.液化土層的埋深；B.土的組成和密實程度；

影響土液化的主要因素第一百零三頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二標準貫入試驗判別

標準貫入試驗設(shè)備由穿心錘（標準重量63.5kg）、觸探桿、貫入器等組成。試驗時，先用鉆具鉆至試驗土層標高以上15cm，再將標準貫入器打至試驗土層標高位置，然后在錘的落距為76cm的條件下，連續(xù)打入土層30cm，記錄所得錘擊數(shù)為N63.5。第一百零四頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二標準貫入試驗錘擊數(shù)臨界值Ncr的確定：

當?shù)孛嫦?5m深度范圍內(nèi)情況:判別15-20m范圍內(nèi)土的液化可能性時，錘擊數(shù)臨界值Ncr第一百零五頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二2.8地基土的工程分類第一百零六頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二我國的分類方法至今尚未統(tǒng)一，不同的部門根據(jù)各自行業(yè)特點建立了各自的分類標準。一般對粗粒土主要按顆粒組成進行分類，粘性土則按塑性指數(shù)分類。目前國內(nèi)應(yīng)用于對土進行分類的標準、規(guī)程（規(guī)范）主要有以下幾種：（1）建設(shè)部《土的分類標準》（GBJ145-90）（2）建設(shè)部《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB20007-2002）（3）交通部《公路土工試驗規(guī)程》（JTJ051-93）（4）水利部《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）2.8地基土的工程分類第一百零七頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二

一、巖石定義：顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。作為建筑物地基，除應(yīng)確定巖石的地質(zhì)名稱外，還應(yīng)劃分其堅硬程度、風化程度和完整程度。1.按堅硬程度分為：堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。2.按巖石風化程度分為：未風化、微風化、中風化、強風化、全風化。3.按完整程度分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎。4.按成因分為：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。2.8地基土的工程分類第一百零八頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二

二、碎石土1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量超過全重50%的土。2、分類依據(jù)：土的粒組含量及顆粒形狀。3、定名：漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫、角礫。4、工程性質(zhì)：根據(jù)骨架顆粒含量占總重的百分比，顆粒的排列，可挖性與可鉆性分為密實、中密、稍密和松散四等。

常見碎石土強度大、壓縮性小、滲透性大，為良好地基。

2.8地基土的工程分類第一百零九頁，共一百一十八頁，編輯于2023年，星期二土的名稱粒組含量礫砂粒徑大于2mm的顆粒占全重25-50%。粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重50%。中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重50%。細砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重85%。粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%。2.8地基土的工程分類三、砂土1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重的50%，且粒徑d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土。2、密實度：密實、中密、稍密、松散四狀態(tài)。3、工程性質(zhì)：礫砂、粗砂、中砂一般為良好地基；細砂、粉砂具體分析。第一百一十頁，共一百一十八頁，編輯于