建筑地基基础_地基土【岩】的物理性质及分类_课件.pdf

A R江西理工大学经济管理学院1.1 地质作用和地质构造1.1.1 地质作用建筑场地的地形、地貌和组成物质土与岩石）的 成分、分布厚度及特性，取决于地质作用。构成天然地基的物质是地壳中的岩石和土。地壳 平均厚度为16km,它的物质、形态和内部构造是 在不断地改造和演变的。导致地壳成分、构造、形态发生变化的作用，称为地质作用。可分为内 力地质作用和外力地质作用。江西理工大学经济管理学院内力地质作用 一般认为，由于地球自转产生的旋转能和放射 性元素蜕变产生的热能等引起地壳物质成分、内 部构造以及地表形态发生变化的地质作用。eg.岩浆活动，地壳运动构造运动）和变质作用。外力地质作用 由太阳辐射能和地球重力位能引起。昼夜和季 节气温变化，雨雪、山洪、河流、冰川、风及生 物等对母岩产生的风化、剥蚀、搬运与沉积作用。这种外力包括大气、水、生物）对原岩机械 破碎和化学变化的作用，统称为风化作用。江西理工大学经济管理学院1.1.2 地质构造的概念由于受到地壳运动的作用而发生连续或不连续的永 久性形变而形成的各种构造形态。褶皱构造地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而发生连续、完整的永久性形变而形成的各种构造形态。断裂构造在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完整 性，在其内部产生了许多断裂面，统称为断裂构 造。江西理工大学经济管理学院1.1.3 地质年代的概念地质年代是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境 及生物演化相应的时代段落。在地质学中，把某一地质时代形成的一套岩石称为 那个时代的地层。年代单位宙代纪世地层单位宇界系统江西理工大学经济管理学院在新生代中最新近的一个纪称为第四纪。通常所 说的土为新生代第四纪更新世（距今约100万年）形成的，更新世又分为早更新世Q1）、中更新 世Q2）、晚更新世Q3）,其后为全新世 94）。第四纪地质年代 表1-7一世（统）距今年代（百万年）第四纪（系）Q全新世（绩）Qh或Q&0.025更新世（统）Qp晚更新世（上更新统）q30.150中更新世（中更新统）Q21 0.500早更新世（下更新统）Q11.000江西理工大学经济管理学院1.2 岩石的成因类型和工程分类1.2.1 主要造岩矿物矿物和岩石是组成地壳的物质。矿物是地壳中天然 生成的自然元素或化合物。岩石是由一种或多种 矿物组合成的集合林。在岩石中常见的矿物称为造岩矿物。最常见的造岩 矿物只有三十多种，如石英、长石、辉石、角闪 石、云母、方解石、高岭石等。江西理工大学经济管理学院1.2.2 岩石的成因类型j-J-r U夕 J-JU石浆石岩浆岩是由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成的。岩 浆喷出地表冷凝后形成的称为喷出岩，在地表以 下冷凝形成的则称为侵入岩。沉积岩地表的原岩经风化剥蚀作用而形成的岩石碎屑、溶 液析出物或有机质等，经流水、风、冰川等搬运 到低洼处或海洋中沉积而成。变质岩组成地壳的岩石由于地壳运动和岩浆活动的影响，使其在固态下发生矿物成分、结构和构造的改变,从而形成新的岩石。江西理工大学经济管理学院1.2.3 岩石的工程分类按岩石的坚硬程度分为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。按岩石的风化程度分为：未风化、微风化、中等风 化、强风化、全风化、残积土。按岩石的完整程度分为：完好、较完整、较破碎、极破碎。江西理工大学经济管理学院1.3 土的成因类型1.3.1 残积土、坡积土、洪积土残积土原岩表面经风化作用后而残留在原地的碎屑物。坡积土高处的岩石风化物，由于受到雨、雪水流的搬运，或由于重力的作用而沉积在较平缓的山坡上洪积土由暴雨或大量融雪形成的暂时性山洪急流，将大量 的基岩风化产物或基岩剥蚀、搬运、堆积于山谷 冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积土。江西理工大学经济管理学院1.3.2 冲积土平原河谷冲积土 山区河谷冲积土 三角洲冲积土1.3.3 其它沉积土海洋沉积土湖泊沉积土江西理工大学经济管理学院1.4 土的组成1.4.1 土的固体颗粒土中的固体颗粒（简称土粒）的大小和形状、矿物成 分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要 因素。江西理工大学经济管理学院质相应地发生变化。将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围,分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同 而呈现出一定质的变化。根据界限粒径200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组：漂 石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、圆砾（角砾）颗 粒、砂粒、谿粒反粘粒。土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组 的相对含量（各粒组占土粒总量的百 分数）来表 示，称为土的颗粒级配。江西理工大学经济管理学院图1-10颗粒级配曲线江西理工大学经济管理学院利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标,d60与diO的比值称为不均匀系数：6()/Ao不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况，越大 表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的 密实度.曲率系数描写的是累积曲线的分布范围,反映曲线的整体形状。颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。江西理工大学经济管理学院响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要。六大粒组的矿物成分漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒；砂粒；粉粒；粘粒O粘土矿物的比表面由于粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有 很强的与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力 就愈强。粘土矿物表面积的相对大小可以用单位体积（或质量）的颗粒总表面积（称为比表面）来表示。由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变化,必然导致土的性质的突变，所以，土粒大小对土的 性质起着重要的偏鼠工大学经济管理学院1.4.2 土中的水和气土中水在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于 液态、固态或气态。存在于土中的液态水可分为 吸附水（结合水）而自由水两大类。吸附水吸附水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土 中水。这种电分子吸引力高达几千到几万个大气 压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。自由水自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水 O它的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰 点为0,有溶解能力。江西理工大学经济管理学院o在粗粒的沉积物中常见到与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气泡，它 在外力的作用下具有弹性，并使土的透水性减小江西理工大学经济管理学院1.4.3 土的结构和构造土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列 及联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单 粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。江西理工大学经济管理学院在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的 各部分之间的相互关系的特征称为土的构造，土 的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的 构造的另一特征是土的裂隙性。江西理工大学经济管理学院1.5 土的三相比例指标1.5.1 土的固体颗粒上节介绍了土的组成，特别是土颗粒的粒组和矿物 成分，是从本质方面了解土的性质的根据。但是 为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土 的三相一土粒（固相）、土中水（液相）和土中气（气相）的组成情况进行数量上的研究。土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干 密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。江西理工大学经济管理学院江西理工大学经济管理学院 土粒比重（土粒相对密度）ds 土的密度 土的含水量江西理工大学经济管理学院土的十密度d、饱和密 度sat、和有效密度-出算自重应力时，须采用 土的重力密度，简称重度。土的湿重度、干重度d、Pd=msV砥十%饱和重度sat、有效重度 分别按下式计算：V_mXsPwP 一V江西理工大学经济管理学院1,土的干重度Yde _固体重力_ w表达式：乌一总体积一(2)物理意义：单位体积的土在水分烘干后的重力,即干土的重力密度。(3)常见值：1318KN/m3(4)工程应用：常用做填方工程中土体压实质量控 制的标准。(5)换算公式：yd=J1+co江西理工大学经济管理学院2,土的饱和重度ysate _孔隙全部充满水的总重力_Gs+Vvyw 表达式:%彳 加傅 V(2)物理意义：孔隙中全部充满水时单位体积的重力，即饱和度为100%时的重力密度。(3)常见值：18 23KN/m33.土的有效重度丫，表达式:一双+VHW 一 V(2)物理意义：地下水位以下土体受水的浮力作用 时单位体积的重力。(3)常见值：813KN/m3江西理工大学经济管理学院孔隙比e和孔隙率n土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密实 程度的重要物理性质指标，e或n越大,土越疏松，反之土越密实。一般 e1.0 的土是疏松的高压缩性土。很湿与饱和三种湿度状态。Sr 50 为稍湿；5080饱和。江西理工大学经济管理学院江西理工大学经济管理学院推导得:可得:江西理工大学经济管理学院江西理工大学经济管理学院江西理工大学经济管理学院1.6无粘性土的密实度无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系,呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地 基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种 无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密 实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密 直到松散状态。江西理工大学经济管理学院1.6.1 砂土砂土的密实度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6,属密实的砂土，是良好的天然地基，当e大于 0.95时，为松散状态，不宜作天然地基。但未考 虑土颗粒级配的影响。若考虑级配因素，可采用 相对密实度Dr来表示砂土的密实度：采用现场标准贯入试验锤击数N来判断江西理工大学经济管理学院162碎石土碎石土不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其 中。对这类土可在现场进行观察，根据其骨架颗粒 含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分 为密实、中密和稍密三种。江西理工大学经济管理学院1.7粘性土的物理特征 粘性土最主要的性质是土粒与水相互作用产生的 稠度。它反映土粒之间连接强度随含水量高低而 变化的性质。A稠度：是指土的软硬状态或土对受外力作用所 引起变形或破坏的抵抗能力。B稠度界限：粘性土由某一种状态过渡到另一状 态的分界含水量。江西理工大学经济管理学院1.7.1 界限含水量同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转 变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量01r界限,限 瞥 _含水量。固态半固态 可塑状态流动状看 30 o D（0,界限含水置的测定。方法：塑限：搓条法滚搓法）；液限6）；：锥式液限仪如下图）。江西理工大学经济管理学院1.7.2 塑性指数和液性指数 塑性指数IP：I=a）i 一0口（省去）p L PIP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗 粒粗细、矿物成分和水中离子成分浓度有关。土颗粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合 水含量越高，IP越大。当水中高价阳离子浓度增 加时，土粒表面吸附的反离子层厚度变薄结合水 含量相应减少，IP也小；反之，IP变大。江西理工大学经济管理学院IL是反映粘性土软硬状态的指标。江西理工大学经济管理学院1.7.3 灵敏度和触变性灵敏度：天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩 性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵 敏度衡量：根据灵敏度将饱和粘性土分为：低灵敏、中灵敏、iWj灵敏。触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但 当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称 为触变性。江西理工大学经济管理学院1.8 土的渗透性地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土体 可被水透过的性质称为土的透水性。它表 明水通过孔隙的难易程度。工程设计中，计算地基沉降速率，或地下 水位以下施工需计算地下水的涌水量，选 择排水措施等均应用渗透性指标。江西理工大学经济管理学院1.8.1 地下水的埋藏条件上层滞水：地表水下渗积聚在局部透水性小的粘性 土隔水层上的水。为雨水补给，有季节性。潜水：埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水 层上，具有自由水面的重力水。为雨水等补给，水位有季节性变化。一般埋藏在第四纪沉积层及 基岩的风化层中。水面标高称为地下水位。承压水：埋藏在两个连续分布的隔水层之间，完全 充满的有压地下水。通常存在于卵石层中，承受 一定的静水压力。其埋藏区与地表补给区不一致。因而，承压水的动态变化受局部气候因素影响 不明显。江西理工大学经济管理学院透水层图5-5各种类型地下水埋藏示意图1 一上层滞水；2潜水；3承压水江西理工大学经济管理学院1.8.2 水的透水性渗透实验与达西定律法国学者达西(Darcy,H.)1856年做砂土的渗透 实验，发现达西定律。注意：达西定律中，v不是某个土孔隙中水的渗流 速度，而是水流通过的整个断面上的平均渗流速 度。k的物理意义：单位水力坡降(i=1)时的渗透速度。江西理工大学经济管理学院结构等地下水温度、密度及其粘滞性（即内摩阻力）地下水的饱和度江西理工大学经济管理学院1.8.3动水力和流砂现象动水力水流动时，水对单位体积土的骨架作用的力。是水 流对土体施加的体积力。与水流受到土骨架的阻 力大小相等而方向相反。江西理工大学经济管理学院浮重度时，土粒之间毫无压力，土随水流动。II：ywXNy，所以，icr=Y/yw称为临界水 力坡降。防治流砂的原则:a、减少或消除坑内外地下水的水头差。b、增长渗流路径。c、在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重 以平衡动水力。江西理工大学经济管理学院1.9 土的工程分类粒径d2mm的颗粒含量不超过全重的50%,且粒 径d0,075mm的颗粒超过全重50%的土。粉土粒径d0,075mm的颗粒含量不超过全重50%,且lp01O 的土。粘性土 lp10的土。江西理工大学经济管理学院红粘土黄土膨胀土残积土冻土江西理工大学经济管理学院