地基基础教案1-23.doc

教 案
2008 —2009 学年第一学期
课 程 名 称： 地基与基础
课 程 编 号:
系别、专业、年级： 建工0701—06
任 课 教 师： 张营
教 师 所 在 单 位: 建筑工程系-结构教研室
济南工程职业技术学院
课程及教材简介
教研室负责人签字
年 月 日
教学大纲
授课时间9月15日 第1次课
授课章节
绪论
任课教师
及职称
张营(助教）
教学方法
与手段
方法：讲授法、谈话法、讨论法、案例教学法
手段：常规

教学目的与要求：
1、 使学生了解地基基础这门课主要讲授的内容和所要掌握的理论知识及实践技能
2、 使学生了解地基与基础在工程中的应用及重要性
3、 通过讲解一些基础工程的例子，让学生对这门课产生浓厚的兴趣，提高学生主动学习的积极性
4、 掌握土力学及地基基础一些基本概念
5、 了解一些典型的基础工程实例

教学重点、难点：
1、 理解掌握土力学与地基基础的关系
2、 重点理解土力学及地基基础的基本概念
3、 掌握本门课所要学习的重点及知识点

课时分配计划
1、对课程描述，课程的学习目标介绍（15分钟)
2、列举基础工程实例(20分钟）
3、讲授本节主要内容 （40分钟）
4、列举课本工程实例（10分钟)
5、总结布置作业(5分钟）

布置作业：
1、 地基的概念
2、 基础的概念及分类

下次课预习要点：
1、 土的成因与结构
2、 土的组成

实施情况及课后教学效果分析
通过列举基础工程实例，学生对本门课产生了浓厚的兴趣，并且对一些简单的基础工程施工有所了解，能使学生在今后的学习中有的放矢，提高了学生自主学习的积极性。教学效果较好。

教学内容与过程：
英文名称:Soil Mechanics and Foundation Engineering
千里之行始于足下，万丈高楼平地起.
一、课程描述
1、本课程是工民建、公路与桥梁类专业的一门实践性较强的技术基础课.
2、本课程主要内容是讲授土质、土力学及基础工程中的基本理论知识，以土力学地基基础为重点。从土的成因出发，分析土的本质特征，强度，变形机理,对其工程性质作出定性评价;在此基础上研究各种常见的分散体由荷载作用引起的力学方向的变化规律，包括土中应力，强度稳定性，应力应变关系。并运用于地基处理、天然地基上浅基础的设计和计算，桩基础的计算原理及桩基础承载能力的计算中，介绍浅基础，桩基础、沉井基础的施工方法。本课程的任务是使学生具有地基土的基本物理性质及土力学的基本知识；了解地基处理各种方法；能进行桥梁浅基础设计；学会基本土工试验的操作技能.
3、根据本课程所需力学知识，并以岩土知识为依托,应安排在学完《工程力学》、《工程地质学》课程后进行。
二、课程目标
学习本课程后，学生能够达到下列课程目标：
1、知识目标：认识土的三相组成及工程性质,了解土的工程分类和各基础的初步设计，以及地基基础的处理方法；掌握土力学的基本理论，基础施工的工序步骤。
2、技能目标：进行“天然地基浅基础”或“桩基础”课程设计，并做相应的土质土力学实验。具备操作土工试验的技能与能力。
实训：
土的密度和土样含水量的测定
粘性土的液塑限测定
击实实验
固结实验
直接剪切实验
天然地基上浅基础设计
桩基础设计

本学科发展概况
¯ 《土力学》学科发展概况
• 18世纪 土力学理论的产生和发展
• 1773年 法国的库仑(Coulomb）-—砂土抗剪强度理论
与土压力理论
• 1857年 英国朗肯-朗肯土压力理论
• 1885年 法国布新奈斯克(Boussinesq）—弹性半空间解
• 1925年 美国太沙基—《土力学》专著与有效应力原理
本学科研究领域
20世纪60年代～70年代
区域性土分布和特性
地基处理技术 水利、铁道和矿井等工程建设
70年代～80年代
基础工程、围护体系的稳定和变形
复合地基新技术的开发和应用 建筑工程、市政工程和交通工程建设
地基基础施工质量检测及岩土工程测试技术
90年代后
岩土工程计算机分析
岩土工程可靠度分析 城市地铁、越江越海地下隧道、超高层建筑超深基础及特大桥超深基坑工程建设等
环境岩土工程
特殊岩土工程问题
近年来
随着工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺、新测试技术等研究和应用进展以及有关基础工程各种设计与施工、质量检测的规范规程日臻完善，为我国基础工程设计与施工做到技术先进、经济合理、确保质量提供了理论与实践依据。
与本课程有关的工程问题
1、土三个方面的应用
建筑物地基
土作为构筑物的环境
土工建筑材料
2、与土有关的工程
土
建筑
桥梁
地铁隧道
边坡
道路
大坝

绪论
1、土的物理性质及工程分类
2、土中应力计算
3、土的压缩性和地基沉降计算 土力学部分
4、土的抗剪强度和地基承载力
5、土压力和土坡稳定
6、建筑场地的工程地质勘察
7、天然地基上浅基础设计
8、桩基础设计 基础工程部分
9、地基处理
10、区域性地基
一、 土力学、地基及基础概念
土-—
是地壳岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是各种矿物颗粒组成的松散集合体,是由固体颗粒水和空气组成的三相体系。
无粘性土：颗粒间互不连接、完全松散
粘性土：颗粒间虽有连接，但连接远小于颗粒本身强度
土的主要特点：松散性和三相组成，这是它在强度和变形等力学性质上与其他连续固体介质根本不同的内在原因。
土力学——
是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的生成、组成、密度或软硬状态等物理性质以及土的应力、变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科。（简单说 ：就是用力学的观点研究土各种性能一门科学。)
土与其他连续固体介质不同，仅靠具备系统理论和严密的公式的力学知识，尚不能描述土体在受力后所表现的性状及由此引起的工程问题.必须借助经验、现场实验、室内试验辅助理论计算，因此土力学是一门依赖实践的科学。
地基--
土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层。承受建筑荷载并受其影响的该部分地层.
地基分类
天然地基：未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基.
人工地基：经过人工加工处理才能作为地基的。
基础—
把埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构。
基础作用
1、承受上部结构荷载
2、向地基 传递压力起承上传下作用
3、调整地基变形
基础分类
浅基础
-—用普通(常规)方法施工的基础.一般基础埋深d≤5m。
深基础
—-需要一定的机械设备建造的基础。如桩基、墩基、和地下连续墙等。埋深d≥5m。
基础埋深：从设计地面（一般从室外地面)到基础底面的垂直距离叫~。
持力层:直接与基础地面接触的土层.（基础直接坐落的土层)
下卧层：地基内持力层下面的土层叫~。
软弱下卧层:地基承载力低于持力层的下卧层叫~。
地基与基础设计的基本条件
强度条件 ：作用在基础底面的压力必须小于等于地基承载力特征值。
变形条件 ：基础沉降不得超过地基变形容许值。也就是说将地基变形值必须限制在建筑所允许的范围内。
二、地基基础在建筑工程中的重要性
地基与基础是建筑物的根基,又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危!
实践证明,建筑物的事故很多是与地基基础有关的。
基础工程失败的例子… 1
加拿大Transcona谷仓，南北长59。44m，东西宽23。47m，高31。00m.基础为钢筋混凝土筏板基础，厚2m,埋深3.66m。谷仓1911年动工,1913年秋完成。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重的 42。5％.1913年9月装谷物，发现谷仓 1 小时内竖向沉降达 30.5cm，并向西倾斜,24小时后倾倒,西侧下陷7。32m，东侧抬高1。52m，倾斜27°。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙,后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。
　　事故的原因是:设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，不了解埋藏有厚达16m的软粘土层，而采用了邻近建筑地基 352kPa 的承载力，建成后初次储藏谷物吗，使基底平均压力达到了320kPa.事后1952年的勘察试验与计算表明，该地基的实际承载力为193.8 ～ 276。6kPa，远小于谷仓地基破坏时329.4kPa的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。
基础工程失败的例子… 2
意大利比萨(Pisa）斜塔自 1173年9月8日 动工,至1178年建至第4层中部，高度29m 时,因塔明显倾斜而停工.94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高 48m，再次停工中断82年.1360年再次复工1370年竣工，前后历经近200年。
　　该塔共8层，高 55m，全塔总荷重145MN,相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂,下面为粉土和粘土层.由于地基的不均匀下沉,塔向南倾斜，南北两端沉降差 1.8m ,塔顶离中心线已达 5。27m ，倾斜5。5°,成为危险建筑。
比萨斜塔能闻名于世，至少有以下原因：一、倾斜超极限却巍然屹立；二、它是意大利伟大科学家伽利略自由落体运动的实验室;三、意大利政府投巨资拯救斜塔而产生的新闻效应。比萨斜塔1174年开始兴建,由意大利著名建筑师那诺·皮萨诺主持，从动工到建成用了将近200年时间。建筑用材料全是意大利上等大理石，塔身墙壁底厚4米，顶部厚1米多,总重量为14553吨。这座8层圆柱形建筑高约60米（原设计高100米)，整座塔身洁白如玉，高耸入云，建成后倾斜5。8度，而建筑学教科书上的倾斜极限是5.7度。塔身虽然倾斜,但它历经风雨侵蚀几百年，依然挺拔屹立而不倒，故曰建筑“奇迹".不过，人们不要以为这是建筑师们精心设计的,甚至有人开玩笑说:这是800多年前“豆腐渣工程”.当时,建主教堂、洗礼堂施工都很顺利，唯独钟楼一开工就遇到了难题———费了蛮大的劲挖不到硬地基，工程师们又缺乏对地基土质层的勘查钻探，致使塔体奠基没有完全到位。动工建筑到第三层钟楼开始倾斜，加上用的是大理石，其不断增加的重量导致偏差越来越大，找遍了专家,想尽了办法，得不到解决，不得已停止施工。这一停就是近百年！重新开工后，工程师们想尽办法扭转倾斜的塔身，比如,增加倾斜相反方向的重量试图“扶正重心”，但终因“先天不足”落下“终身残疾”.不过说来也奇，建到顶层时居然不斜了！
为了确保游客安全，为了保护这座世界知名斜塔，避免其过度倾斜而坍塌,意大利当局决定于1990年1月关闭斜塔，着手加固纠偏工作，并邀请国内外专家对该塔进行拯救性“纠偏扶正”.1998年7月底,我国著名纠偏专家曹教授,应意中友好协会主席奥纳多·兰西奥的邀请，飞往意大利为比萨斜塔纠偏当参谋、出主意。经科学家们反复论证、实验、比对,采取有效措施，硬是把斜塔成功“扶正"了近50厘米,塔顶偏离中心的距离，由5米缩小到4。5米，其稳定性已经达标。意大利专家称，这座斜塔至少还可以矗立300年.
基础工程失败的例子… 3
苏州虎丘塔,建于五代周显德六年至北宋建隆二年（公元959～961) ，7级八角形砖塔,塔底直径13。66m，高47。5m，重63000kN。 其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因,造成该塔向东北方向倾斜.1956～1957年间对上部结构进行修缮，但使塔重增加了2000kN,加速了塔体的不均匀沉降。1957年，塔顶位移为1.7m,到1978年发展到2。3m,重心偏离基础轴线0。924m，砌体多处出现纵向裂缝，部分砖墩应力已接近极限状态. 　　
后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜.
基础工程失败的例子… 4
这两个筒仓是农场用来储存饲料的，建于加拿大红河谷的Lake
Agassiz粘土层上，由于两筒之间的距离过近，在地基中产生的应力发生叠加，使得两筒之间地基土层的应力水平较高，从而导致内侧沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。
基础工程失败的例子… 5
除满足承载力的要求外，还要求地基不能发生过大的变形。图示为墨西哥城的一幢建筑,可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650％，液限500％ ，塑性
指数350 ，孔隙比为15 ，具有极高的压缩性。
基础工程失败的例子… 6
南京地铁火车站基坑施工现场
07年5月28日滑坡事故，两人死亡。
发生土方坍塌的工作面位于基坑的东端，坍塌的土质大多为淤泥质土和杂填土。

　　据专家介绍,茶亭站所在的南京城西属于滨江带，地质条件为河漫滩地质,土壤的含水量超过60％。仅仅集庆门大街站、所街站、元通站这三站,每天抽水量就高达80000立方米，工程期间抽取的地下水足可以形成一个小湖泊.记者在河西这几个站的开挖现场看到,挖下去四五层楼那么深，地下仍然是黑乎乎的淤泥.
基础工程成功的例子
赵州桥位于河北赵州,隋代公元595~605年修建,净跨37。02m 。基础建于粘性土地基，基底压力500~600kPa,但地基并未产生过大变形 ，按照现在的规范检算，地基承载力和基础后侧被动土压力均正好满足要求，且经无数次洪水和地震的考验而无恙.
台北101 目前为世界上最高建筑，高508m，共101层,位于台北信义区.
阿联酋迪拜正兴建一幢全球最高的“迪拜大厦”，楼高至少690米，预计于2008年完工。迪拜大厦不仅是全球最高建筑物，也将是最高的人工塔.
润阳江阴大桥润扬大桥，一座新桥,一座新的长江大桥，如同蛟龙，横跨长江南北，连接镇江扬州两地。润扬大桥由悬索桥和斜拉桥结合而成，跨江长度7.3公里，总长35。66公里。长桥卧波,刚柔相济。
润扬长江公路大桥为目前我国第一大跨径的组合型桥梁，其建设过程中攻克多项世界性技术难题 ，创造出8项全国第一.
第一大跨径：大桥南汊主桥为主跨径长1490米的单孔双铰钢梁悬索桥，是目前中国第一、世界第三的特大跨径悬索桥.
第一大锚碇：大桥北锚碇要承受6。8万吨的主缆拉力，锚体由近6万立方米混凝土浇筑而成，国内第一、世界罕见.
第一特大深基坑：为了给巨大的锚体安个“家”，开挖了世界罕见的特大深基坑，开挖土方近17万立方米，是我国第一特大深基坑.
第一高塔：大桥南汊悬索桥索塔高达215。58米，相当于73层楼的高度，是目前国内桥梁中最高的索塔。
第一长缆：悬索桥主缆缠丝采用的是国内首次使用的“S”型钢丝,两根主缆每根长2600米，为国内第一长缆。
第一重钢箱梁：大桥悬索桥桥面钢箱梁宽38。7米，高3米，钢箱梁共有93节，总重量为21000余吨,最大一节钢箱梁重达506吨,是目前国内最重的。
第一大面积钢桥面铺装：在全国首次全部采用环氧沥青铺装，铺装总长度2248米，铺装总面积达70800平方米。
第一座刚柔相济的组合型桥梁:润扬长江公路大桥由北接线、北汊斜拉桥、世业洲互通、南汊悬索桥、南接线、南接线延伸段6个部分组成，其中南汊主桥是柔性悬索桥,北汊主桥是刚性斜拉桥,是我国第一座刚柔相济的组合型桥梁。
国际桥梁协会主席伊藤学赞叹不已：“这是我见到的最漂亮的混凝土"。
参与建设的同济大学土木学院徐伟教授说：“这个桥能够这么快，这么高质量的造好，我们可以扬眉吐气的说,中国桥梁的建设水平位居世界前列。"
润扬大桥作为长江干流上的第36座大桥，刷新了中国桥梁史上八项记录，其中悬索桥主跨达到1490米,位居中国第一,世界第三。交通部总工程师凤懋润说:它是中国桥梁工程的品牌。他说：“这座大桥是我们中国应用自己的技术、自己的材料、自己的专家建成的零缺陷、零事故死亡率、无缝隙的管理，这样一座世界级的桥梁。”

三、课程的基本内容与特点
本课程是土木工程专业的一门主干专业课程，其任务是保证各类建筑物安全可靠,使用正常,不发生各种地基基础工程质量事故。
1、基本内容：工程地质、土力学、建筑力学、建筑结构、建筑材料、施工技术等
2、本课程特点:
土力学部分：主要是土的物理性质、力学性质（土的压缩性、土中应力、变形、土压力、挡土结构及边坡稳定性验算等）。
基础工程部分：天然地基浅基础、桩基础设计及软土地基处理。
3、相关知识：
地基与基础是属于隐蔽工程（即看不见的结构）因此在学习过程中必须灵活运用相关知识因地制宜进行地基基础设计.
授课时间 9 月 18 日 第 2 次课
授课章节
1—1土的成因
1—2土的组成与结构
任课教师
及职称
张营（助教）
教学方法
与手段
方法：讲授法、讨论法、练习法
手段：常规

教学目的与要求：
1、 使学生了解土的成因
2、 使学生了解掌握土的三种结构及其特点与区别
3、 重点掌握土的三相组成,理解颗粒级配
4、 掌握判断土的级配情况

教学重点、难点：
1、 理解掌握土的结构与构造
2、重点理解土的三相组成，土的颗粒级配

课时分配计划
1、回顾复习，引导新课(5分钟)
2、讲授本节主要内容 (70分钟)
3、练习题（10分钟)
4、总结布置作业(5分钟）

布置作业：
课后复习思考题6

下次课预习要点:
1、土的物理性指标定义
2、 相关例题

实施情况及课后教学效果分析
本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容,学生能够很好的理解本课程的重点内容,并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

第一章 土的物理性质及工程分类
主要内容：
介绍土的形成及物质组成，从定性和定量两个方面描述土体的物质组成\密实程度及工程应用
知识要点:
1、 掌握土体的三相组成、三相比例指标之间的换算及 土的基本指标测试方法.
2、 了解无粘性土的密实度概念及判别方法。
3、 掌握粘性土的塑性指数和液性指数的作用和用途，以及粘性土的物理状态评价.
4、 掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法。
第一节 土的成因
一、土体的生成
土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物，是由固体颗粒水和空气组成的三相体系。
风化作用分类
物理风化———岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝，或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎——原生矿物-——无粘性土(矿物成分未变）
化学风化———母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物———次生矿物—-—粘性土（矿物成分改变)
生物风化—-—动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化——-有 机 质
二、土的结构和构造
1、定义:土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排列及其形式.
力学特性
影响
土的结构
反映
土的成分
形成条件
分类
单粒结构
蜂窝结构
絮状结构

2、单粒结构-——粗粒土的结构
指粗砂粒或更粗大的颗粒在水或空气中沉积形成.
(颗粒的自重大于颗粒之间的引力，每个颗粒在自
重作用下单独下沉到达稳定状态。
粒间作用力——重力、毛细力
密实
松散
可否作天然地基——密实的单粒结构是良好的天然地基
矿物成分-—原生矿物
3、细粒土的结构
絮状结构
(凝聚结构)
蜂窝结构
(分散结构)
示意图
是指由粉粒（粒径
0.005~0.075mm）在水中下沉时形的。
是指由粘粒（粒径≤0.005mm）
集合体组成。

形成环境 淡水中沉积 海水中沉积
水中的悬浮力、自重力
（斥力减小引力增加）
颗粒间的引力、自重力
（粒间引力占优势）
粒间作用力
可否作为天然地基 不可 不可
矿物成分 次生矿物 次生矿物
后两种结构土，在干扰破坏天然结构后,强度很低、压缩性大.不可作为天然地基。
注意：天然条件下，可能是多种组合,或者由一种结构过渡向另一种结构。
颗粒形状
原生矿物圆状、浑圆状、棱角状
次生矿物针状、片状、扁平状
土的构造：是指土体中各结构单元之间的关系，是从宏观角度研究土的组成，其主要特点是土的成层性和裂缝性。
力学特性
土的构造
类型
层状构造
分散构造
裂隙构造
结核状构造
影响

通常分散构造土的工程性质最好是理性地基，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙构造不连续的裂缝破坏土的整体性故土的工程性质最差。
三、土的工程特性
土与其他具有连接固体介质的建筑材料相比，具有压缩性高、强度低、透水性打大三个显著的工程特点。
1、 土的压缩性，主要是在压力作用下，土颗粒位置发生重新排列,导致土孔隙体积减小和孔隙中水和空气排出的结果。
2、 土的强度，是指土的抗剪强度。
无粘性土的强度来源于土表面粗糙不平产生的摩擦力。黏性土的强度除摩擦力以为还有黏聚力.无论是摩擦力还是黏聚力，其强度都小于建筑材料本身强度，因此土的强度比其他建筑材料都低很多。
3、 材料的透水性,土的透水性大，尤其是粗颗粒的卵石或粗砂,其透水性更大。
4、 还有土的沉积年代越长，则土的工程性质越好。
第二节 土的组成

气相
固相
液相
+
+
构成土骨架，起主体作用
重要影响

次要作用
土体三相组成示意图
土体

一、土中的固体颗粒（固相）
物理状态
力学特性
粒组的划分
土的颗粒级配
土粒的矿物成分

1。 粒组的划分
2、土颗粒的配级
—-通常将各粒组的相对含量，用质量百分数来表示
确定方法筛分法：适用于粒径在0。074 ~ 60mm 的土㎜～～
密度计法：适用于粒径小于0。074 mm 的土
表述方法粒径级配累积曲线
筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，
将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。
密度计法(也称比重计法) ：是沉降分析法的一种，另外还有移液管法(也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比
P
%
95
87
78
66
55
36
10
5.0
2.0
1.0
0.5
0.25
0.1

200g
10
16
18
24
22
38
72

筛分法原理图

小于某粒径之土质量百分数P（％）

粒径(mm）
0.05
0。01
0.005
百分数P（%)
26
13。5
10
d60
d10
d30
Cu
Cc
0。33
0。005
0。063
66
2。41
沉降分析结果
典型颗分级配曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
粒径(mm)
10
5.0
1.0
0.5
0.10
0.05
0.01
0.005
0.001

特征粒径：
d60-控制粒径
d10-有效粒径
d30—中值粒径
粗细程度： 用平均粒径d50 表示
不均匀程度：- 不均匀系数
Cu = d60 / d10
Cu≥5,级配不均匀
连续程度： — 曲率系数
Cc = d302 / （d60×d10）
小于某粒径之土质量百分数（％）
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
5.0
1.0
0.5
0.10
0.05
0.01
0.005
0.001
粒径(mm)
土的粒径级配累积曲线

C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
较大颗粒缺少
Cc 减小
较小颗粒缺少
Cc 增大

粒径级配累积曲线及指标的用途：
1）、粒组含量用于土的分类定名；
2）、工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度:
Cu ≥ 5， 不均匀土；Cu 〈 5， 均匀土
3)、曲率系数Cc用于判定土的连续程度:
C c = 1 ～ 3， 级配连续土;Cc 〉 3 或Cc 〈 1，级配不连续土
4）、不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：
当Cu ≥ 5且C c = 1 ～ 3 时，为级配良好的土;
当Cu 〈 5 或Cc 〉 3 或Cc 〈 1时 ， 为级配不良的土
3、土粒的矿物成分-—决定于母岩的矿物成分及风化作用
粗粒土主要是原生矿物(石英、长石、云母等）的产物，一般碎石、砂都属于此类。
细粒土主要是次生矿物的产物，主要是粘土矿物，包括三种类型高岭石、伊利石、蒙脱石。三种粘土矿物的亲水性依次减弱。
粘土矿物:由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成
二 、土中水（液相）-其含量及性质影响土的性质
1、土中水分类
液态水、固态水、气态水
根据土体中水分子受到电场力的作用大小，土体中的液态水主要可以分为:
结合水借助于电分子引力牢固—强结合水
吸附在土颗粒表面的水-弱结合水
自由水电场引力作用范围之外的水-—重力水和毛细水
2、水的性质
强结合水
Ø 排列致密、定向性强
Ø 密度〉1g/cm3
Ø 冰点处于零下几十度
Ø 具有固体的的特性
Ø 温度高于100°C时可蒸发
Ø 强结合水性质稳定
弱结合水
Ø 位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒
Ø 外力作用下可以移动
Ø 对黏性土的物理力学性质影响较大
Ø 不因重力而移动，有粘滞性
重力水——是位于地下水位以下的土空隙中,能在重力或压力作用下流动。其性质能传递静水压力并产生浮力.
毛细水——分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。
三、土中气体（气相）
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,
存在形式有两种：
土体中气体
自由气体：与大气相通，对土的性质影响不大
封闭气体：与大气隔绝，增大土体的弹性和压缩性
授课时间 9 月 22 日 第 3 次课
授课章节
1—3土的物理性质指标
任课教师
及职称
张营（助教)
教学方法
与手段
方法：讲授法、讨论法、练习法
手段：常规

教学目的与要求：
1、 使学生重点理解土的六组物理指标的意义
2、 使学生能理解性掌握各种指标的定义及其应用
3、 使学生了解各种指标的工程含义，及在工程中的应用
4、 通过讲解直接指标的试验方法，使学生了解获取各种直接指标的方法

教学重点、难点：
1、使学生重点理解土的六组物理指标的意义
2、使学生能理解性掌握各种指标的定义及其应用
3、熟练掌握相关例题的做法

课时分配计划
1、回顾复习,引导新课(5分钟）
2、讲授本节主要内容 （60分钟）
3、练习题（20分钟）
4、总结布置作业(5分钟)

布置作业：
课后习题1—1，1—2

下次课预习要点：
1、 砂土的密实度
2、 黏性土的塑、液性指标

实施情况及课后教学效果分析
本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§1。3 土物理性质指标
土的物理状态
粗粒土的松密程度
粘性土的软硬状态
土的物理性质指标
(三相间的比例关系)
力学特性
影响
表示

一。 土的三相图

水
气
土 粒
Va
Vw
Vs
Vv
V
Wa=0
Ww
Ws
W
质量
体积

二。土的物理性质指标确定
土的物理性质指标共有9个:e、n、ω、Sr、γ、ds、 γd、 γsat、 γ/
1、土的重度

Water
Air
Soil
Va
Vw
Vs
Vv
V
Wa=0
Ww
Ws
W
质量
体积
有时也称土的天然密度
定义: 土单位体积的质量
表达式：
单位： kN/m3 或 g/cm3
一般范围： 16 - 22 kN/m3
相关指标:
土的密度
γ=ρg
单位： kN/m3
工程上更常用于计算土的自重应力 三相草图有助于直观理解物性指标的概念
各种密度容重之间的大小关系：
土的重度
干重度

Water
Air
Soil
Va
Vw
Vs
Vv
V
Wa=0
Ww
Ws
W
质量
体积
饱和重度
浮容重
天然容重
干容重
饱和容重
2、土粒相对密度
定义: 土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值
表达式：单位: 无量纲
：4˚C时纯蒸馏水的密度
γs: 土粒的密度，单位体积土粒的质量
土粒比重一般范围:
粘性土 2。70-2。75
砂 土 2.65-2.95
土粒比重在数值上等于土粒的密度
=9.8 kg/m3

3、饱和度
定义： 土中水的体积与孔隙体积的比值，用百分数表示.
表达式：
饱和度表示孔隙中充满水的程度
Sr=0 ： 干土
Sr=100% ： 饱和土
4、土的含水量
定义： 土中水的质量与土粒重量之比, 用百分数表示
表达式：
注意: 一般用含水量衡量黏性土潮湿程度。
5、孔隙比、孔隙率（孔隙度)常用来反映土的密实程度
孔隙比定义： 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比， 无量纲
表达式：
孔隙率定义： 土中孔隙体积与土的总体积之比， 用百分数表示
表达式:
关系：
注: 以上9项物理性质指标，其中
三个指标最基本物理指标，
可直接通过实验测定得出
土的天然重度γ
天然含水量ω
土的相对密度ds

反映土的密度指标有五个： γγd γsat　γ’ds
反映土的湿度指标有两个:ωsr
反映土的土的孔隙特征有两个：e n
常用的物理性质指标间的换算关系
换算步骤:
①:假设Vs=1（V=1或ms=1）,并画出三相草图；
②：解出各相物质的质量和体积的换算指标；
③：利用换算指标按基本定义列出所求的物理指标换算公式
共有九个参数:
V Vv Vs Va Vω / Ws W ω Wa W
已知关系五个:

Water
Air
Soil
0

Vs
Vv
V
e

1
1+e
质量
体积

物性指标是比例关系:可假设任一参数为1
对于饱和土， Va=0剩下两个独立变量
例题分析
【例1—1】某土样，重量为1。87N，体积为100cm3,烘干后，烘干土质量为1.67N。已知土粒的相对密度ds为2.66，试求：g、ω、e、sr、gd 、gsat和¢g
【解】

授课时间 9 月 25 日 第 4 次课
授课章节
1- 4无粘性土的特征
1-5粘性土的特征
任课教师
及职称
张营（助教）
教学方法
与手段
方法：讲授法、讨论法、练习法
手段：常规

教学目的与要求：
1、 使学生掌握砂土的密实度底含义及工程意义
2、 使学生黏性土的塑性、液性指数含义及工程意义
3、 使学生了解黏性土灵敏度及触变性在工程中的意义
4、 使学生了解性的掌握土的压实性在工程中的意义

教学重点、难点:
1、 使学生掌握砂土的密实度底含义及工程意义
2、 使学生黏性土的塑性、液性指数含义及工程意义

课时分配计划
1、回顾复习,引导新课（5分钟）
2、讲授本节主要内容 （60分钟）
3、练习题（20分钟)
4、总结布置作业（5分钟）

布置作业:
课后习题1—3

下次课预习要点:
地基岩土的工程分类标准

实施情况及课后教学效果分析
本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容,学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§1。4 土的物理状态指标
物理状态
力学特性
无黏性土密实度
黏性土物理特性

一、无黏性土的密实度
定义： 指具有单粒结构的碎石土与砂土,土粒之间无粘结力，呈松散状态
影响

无粘性土的密实程度 工程性质
土密实：结构稳定、强度高、压缩性低变形小
土松散:结构不稳定、强度低、压缩性高变形大
如何评定无粘性土密实度？
碎石土用触探锤击数Ｎ63。5
砂土用相对密度Dr
现场标准贯入试验锤击数Ｎ
①孔隙比e或孔隙率n
优点：简单方便
缺点：不能反映级配的影响且只能用于同一种土
Dr = 1 , 最密状态
Dr = 0 , 最松状态
Dr≤ 0.67 , 疏松状态
0.33 < Dr≤ 0.67 , 中密状态
Dr > 0.67 , 密实状态
②相对密度
emax与emin ：最大与最小孔隙比
优点：把土的级配因素考虑在内，
理论上较为完善
缺点：e、emin、 eman难以准确测定
③根据现场标准贯入试验锤击数Ｎ判定
标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为63.5kg的锤头，提升到76cm的高度,让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数,记为N63。5，这是一种简便的测试方法.N的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小.我国《岩土工程勘查规范》（GB50021－94)规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数进行划分.
标准贯入试验垂击数N63。5
N63.5≤5
5＜N63.5≤10
10 ＜N63。5≤20
N63.5＞20
密实度
松散
稍密
中密
密实
二、 粘性土的物理特性
Ø 粘性土的物理状态可以用稠度表示。
Ø 稠度是反映粘性土处于不同含水量时的软硬程度或浠稠程度。
Ø 粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。
粘性土随含水量变化可改变土的物理形态
一、界限含水量的测定方法
1、液限ωL
a、锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应的含水量。
b、碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应的含水量.
锥式液限仪碟式液限仪
2、塑限ωp
a、滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量.
b、液、塑性联合测定