工程地質(zhì)與地基基礎之土的性質(zhì)及工程分類課件

2、土的物理性質(zhì)及工程分類

2.1概述2.2土的組成及土的結(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

土的滲透及滲流2.8

土的工程分類2、土的物理性質(zhì)及工程分類

2.1概述1土的形成形成過程形成條件物理力學性質(zhì)影響土是巖石經(jīng)過風化后,在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積風化巖石地球土地球2.1概述土的形成形成過程物理力學性質(zhì)影響土是巖石經(jīng)過風化后,在不同條2固體礦物顆粒（固相）土中氣體（氣相）土中水（液相）固體礦物顆粒（固相）土中氣體土中水32.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)土的固體顆粒是土的三相組成中的主體，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（2）次生礦物（3）腐植質(zhì)2.2.1土的固體顆粒2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)土的固體顆粒是土的4次生礦物蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石次生礦物蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石52.土顆粒的大小與形狀粒組按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑2.土顆粒的大小與形狀粒組按粗細進行分組，將粒徑63.土的粒徑級配（1）定義

工程中常用土中各粒組的相對含量，占總質(zhì)量的百分數(shù)來表示，稱為土的粒徑級配。（2）粒徑分析方法篩分法（d>0.075mm的土）密度計法（d<0.075mm的土）3.土的粒徑級配（1）定義7篩分法（d>0.075mm的土）篩分法（d>0.075mm的土）8篩分法就是用一套標準篩子如孔直徑(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標準篩內(nèi)搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。沉降分析法：具體有密度計法(也稱比重計法)或移液管法(也稱吸管法)。該兩法的理論基礎都是依據(jù)Stokes(司篤克斯)定律，即球狀的細顆粒在水中的下沉速度與顆粒直徑的平方成正比105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536篩分法原理圖篩分法篩分法就是用一套標準篩子如孔直徑(mm)：20、10、5.09密度計法（d<0.075mm的土）密度計法（d<0.075mm的土）10（3）顆粒級配的表示方法表示方法：表格法、顆粒累計級配曲線法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600（3）顆粒級配的表示方法表示方法：表格法、顆粒累計級配曲線法11工程地質(zhì)與地基基礎之土的性質(zhì)及工程分類課件12特征粒徑:d60:限定粒徑d10:有效粒徑d30

:中值粒徑不均勻程度：Cu=d60/d10

1、不均勻系數(shù)連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

2、曲率系數(shù)特征粒徑:不均勻程度：1、不均勻系數(shù)連續(xù)程度:213粒徑級配累積曲線及指標的用途：粒組含量用于土的分類定名；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,級配不良的土粒徑級配累積曲線及指標的用途：粒組含量用于土的分類定名；不均142.2.2

土中水和氣（1）固態(tài)水（2）氣態(tài)水（3）液態(tài)水結(jié)合水:吸附在土顆粒表面的水

自由水:電場引力作用范圍之外的水2.2.2.1

土中水存在的狀態(tài)強結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細水2.2.2土中水和氣2.2.2.1土中水存在的狀態(tài)強結(jié)合15結(jié)合水排列致密、定向性強密度>1.2~2.4g/cm3冰點-76℃具有極大的粘滯性和固體的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)強結(jié)合水位于強結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)密度>1.0~1.7g/cm3冰點-20~30℃外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性弱結(jié)合水圖2.8礦物顆粒對水分子的靜電引力作用結(jié)合水排列致密、定向性強強結(jié)合水位于強結(jié)合水之外，電場引力作16土中毛細現(xiàn)象2.2.2.3毛細水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細管上升高度:毛細升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對象:水柱T為表面張力土中毛細現(xiàn)象2.2.2.3毛細水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔172.2.2.5土體中氣體(氣相)土體中的氣體是指存于土體空隙中未被水占據(jù)的部分,存在形式有兩種:自由氣體:與大氣相通,對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體:與大氣隔絕,增大土體的彈性和壓縮性土體中氣體2.2.2.5土體中氣體(氣相)土體中的氣體是指存182.2.1

土的結(jié)構(gòu)2.2.3

土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)砂粒粉粒粘粒2.2.1土的結(jié)構(gòu)2.2.3土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造單粒結(jié)構(gòu)192.2.2

土的構(gòu)造層狀構(gòu)造分散構(gòu)造結(jié)核狀構(gòu)造裂隙狀構(gòu)造2.2.2土的構(gòu)造層狀構(gòu)造202.3.1

土的三相比例指標概述土的物理性質(zhì)直接反映土的松密、軟硬等物理狀態(tài)，也間接反映土的工程性質(zhì)。土的松密和軟硬程度主要取決于土的三相各自在數(shù)量上所占的比例。三相指標的定義2.3

土的物理性質(zhì)指標固相液相氣相土顆粒土中水土中氣2.3.1土的三相比例指標概述2.3土的物理性質(zhì)指標固相21Water水Air空氣Soil固體顆粒VaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積Water水Air空氣Soil固體顆粒VaVwVsVv22土的物理性質(zhì)指標一共有9個。（1）反映土松密程度的指標有2個：土的孔隙比

e=Vv/Vs土的孔隙率

n=Vv/V×100％

（2）反映含水程度的指標有2個：土的含水量w=mw/ms×100％土的飽和度Sr=Vw/Vv×100％土的物理性質(zhì)指標一共有9個。23(3)特定條件下的密度指標有5個：土的天然密度ρ=m/v土的干密度ρd=Ms/V土的飽和密度ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V土的浮密度（有效密度）ρ/=(ms-Vs×ρw)/V=ρsat-ρw土粒相對密度（土粒比重）ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)=ρs/ρw1(3)特定條件下的密度指標有5個：24其中三個基本試驗指標土的天然密度ρ

測定：環(huán)刀法

土的含水量w測定：烘干法土粒相對密度（土粒比重）ds測定：比重瓶法

其它6個指標：Sr、ρd、ρsat、ρ/、e、n可通過指標換算得到。

其中三個基本試驗指標土的天然密度ρ測定：環(huán)刀法252.3.4

指標的換算土的密度、含水量、土粒比重是通過試驗測定，其他指標可由這三個指標換算得到。2.3.4指標的換算土的密度、含水量、土粒比重262.4無粘性土的密實度（1）孔隙比e優(yōu)點：簡單方便缺點：無法反映土的級配因素0.60.750.85松散中密密實稍密2.4無粘性土的密實度（1）孔隙比e0.60.750.827（2）相對密實度Dr定義：優(yōu)點：計入土的級配因素，理論上比較完善。缺點：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測定受人為的影響較大。（2）相對密實度Dr28（3）標準貫入試驗錘擊數(shù)N為標準301510松散中密密實稍密（3）標準貫入試驗錘擊數(shù)N為標準301510松散中密密實稍密292.5

粘性土的物理特性界限含水量、液限、塑限、縮限塑性指數(shù)液性指數(shù)靈敏度粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同時所表現(xiàn)出的物理狀態(tài)，反映土的軟硬程度。2.5粘性土的物理特性界限含水量、液限、塑限、縮限粘性土的30液限、塑限、縮限

一、定義

界限含水量、液限WL、塑限Wp、縮限Ws二、測定方法液塑限聯(lián)合測定法wSWpWL流動狀態(tài)固態(tài)可塑狀態(tài)半固態(tài)0液限、塑限、縮限一、定義wSWpWL流動狀態(tài)固態(tài)可塑狀態(tài)半31測試結(jié)果整理測試結(jié)果整理32粘性土的可塑性指標塑性指數(shù)IP液性指數(shù)IL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL<0

液性指數(shù)

流塑

軟塑

可塑

硬塑

堅硬

狀態(tài)

無單位粘性土的可塑性指標IL>1.00.75<IL≤10.2533粘性土的靈敏度和觸變性低靈敏度中靈敏度高靈敏度粘性土的靈敏度和觸變性低靈敏度342.6土的滲透及滲流

土中通常含有水，土中含水量的變化及土體中水的流動對土特性的影響非常大。有時這種影響可能會帶來災難。當水在土中流動較快時，將引起壩基滲流、基坑滲流、塌方、泥石流及流土、地下工程受淹等災害。2.6土的滲透及滲流土中通常含有水，土中含水量35透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護下的基坑滲流第1節(jié)地下水引發(fā)的工程問題透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護下的基坑滲流第1節(jié)地下水引36一、滲透試驗與達西定律1.滲透試驗一、滲透試驗與達西定律1.滲透試驗37粗粒土：①礫石類土中的滲流不符合達西定律②砂土中滲透速度vcr=0.3-0.5cm/s

2、適用條件ivovcrivoi0層流（線性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性較重的粘性土兩種特例粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)粗粒土：2、適用條件ivovcrivoi0層流（線性流）38二、滲透系數(shù)的測定

測定土的滲透系數(shù)的方法有:室內(nèi)試驗測定方法野外試驗測定方法常水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔注水試驗二、滲透系數(shù)的測定室內(nèi)試驗測定方法常水頭試驗法變水頭試驗39三.滲透破壞在滲透力較大時，土體內(nèi)會發(fā)生流土、管涌等滲透破壞現(xiàn)象。介紹如下：

流土:在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象。原因：動水壓力GD大于水的浮重度動水壓力：滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。大小:三.滲透破壞流土:在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)40在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙外因——滲透力足夠大

管涌在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通過較大顆粒所41流土與管涌的比較流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口流土與管涌的比較流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動管涌只發(fā)42

圖為發(fā)生在上海黃浦江隧道施工中流土帶來的災害。施工中發(fā)生滲水后，隨后出現(xiàn)大量流砂涌入施工中的隧道，導致中山南路部分地面下沉，建筑傾斜。圖為發(fā)生在上海黃浦江隧道施工中流土帶來43

圖為發(fā)生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛長，使土體中的水力坡降增加，加之土結(jié)構(gòu)的幾何原因，發(fā)生了圖中的管涌。沙袋用來提高逸出口水位，以降低水力坡降。此外還拋了一些大的礫石形成反濾層。圖為發(fā)生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛44

四、防治流土、管涌的基本措施防治流土的關(guān)鍵在于控制滲流逸出處的水力坡降,基本措施是確保實際的逸出坡降不超過允許坡降。防止管涌一般可從下兩方面采取措施:

1.改變水力條件,降低土層內(nèi)部和滲流逸出處的滲透坡降。如上游做防滲鋪蓋或打板樁等；

2.改變幾何條件,在滲流逸出部位鋪設層間關(guān)系滿足要求的反濾層,是防止管涌破壞的有效措施。第5節(jié)流土、管涌及其防治四、防治流土、管涌的基本措施第5節(jié)流土、管涌及其45大堤江河沙袋礫石大堤江河沙袋礫石46工民建標準水利部標準鐵道部標準交通部標準2.8

土的工程分類工民建標準2.8土的工程分類47分類依據(jù)：能反映土的物理力學性質(zhì)－土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土進行分類，以便于工程應用及研究本節(jié)主要介紹建筑地基基礎設計規(guī)范——GB50007－2002分類法土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土分類依據(jù)：能反映土的物理力學性質(zhì)－土的組成土的工程分48一、巖石按成因分類巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖按堅硬程度分類按完整程度分類一、巖石按成因分類巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖按堅硬程度分類按完整程度49二、碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質(zhì)量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質(zhì)量50%二、碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石50三、砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25--50%礫砂粗砂中砂細砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量50%三、砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)51四、粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)Ip≤10的土粒徑大于0.075mm的顆粒含量大于全質(zhì)量50%塑性指數(shù)Ip>10的土五、粘性土10<Ip≤17的土Ip>17的土粘土粉質(zhì)粘土四、粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%而塑52六、人工填土人類活動而形成的各類土。成分復雜，均勻性差。分類方法:按組成物質(zhì)分類如下表：土的名稱組成物質(zhì)素填土素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等組成的填土雜填土雜填土為含有建筑物垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土沖填土沖填土為由水力沖填泥砂形成的填土壓實填土經(jīng)過壓實或夯實的素填土為壓實填土六、人工填土人類活動而形成的各類土。成分復雜，均勻性差。分類531、軟土：天然含水量大于液限()，天然孔隙比≥1．5的粘性土是淤泥，1≤e＜1.5的粘性土為淤泥質(zhì)土。工程性質(zhì)：壓縮性高、強度低、透水性低，為不良地基。2、紅粘土和次生紅粘土：>50%，=30～50，e=1.1～1.7，Sr＞0.85。液限>45%的土為次生紅粘土。紅粘土的工程性質(zhì)：強度高壓縮性低，失水收縮顯著。七、特殊土1、軟土：天然含水量大于液限()，天543、膨脹土：土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，其自由膨脹率大于或等于40％的粘性土。4、黃土：濕陷性5、凍土：凍脹融沉6、鹽漬土：含易溶鹽含量大于0.5%，且具有吸濕、松脹特性。3、膨脹土：土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸5546．凡事不要說＂我不會＂或＂不可能＂，因為你根本還沒有去做！

47．成功不是靠夢想和希望，而是靠努力和實踐．

48．只有在天空最暗的時候，才可以看到天上的星星．

49．上帝說：你要什么便取什么，但是要付出相當?shù)拇鷥r．

50．現(xiàn)在站在什么地方不重要，重要的是你往什么方向移動。

51．寧可辛苦一陣子，不要苦一輩子．

52．為成功找方法，不為失敗找借口．

53．不斷反思自己的弱點，是讓自己獲得更好成功的優(yōu)良習慣。

54．垃圾桶哲學：別人不要做的事，我揀來做！

55．不一定要做最大的，但要做最好的．