土建类地基与基础整套全体教学教程电子教案讲义.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,21,世纪高职高专规划教材,土建类,地基与基础,主 编 王启亮 吴继锋 陈贤清,副主编 聂 堃 邓庆阳 俞信平,参 编 崔宇亮 阎凤翔 贺晨云,杨 光 林 楠,前 言,地基和基础是建筑物的根本，它们的施工质量直接影响着建筑物的安全和使用寿命。地基与基础的设计施工的重要性，决定厂本课程的重要地位。“地基与基础”是高职高专土建类相关专业必修的基础性课程。本教材根据全国高职高专教育土建类专业教学指导委员会制定的教育标准和培养方案及主干课程教学大纲，以国家现行地基与基础工程施工与质量验收等相关标准规范为依据，本着“必需、够用”的原则，以“讲清概念、强化应用”为主旨组织编写。要学好本课程，应该坚持理论联系实际的方法，掌握建筑工程相关施工质量验收规范，并边学习边实践，应用所学知识去解决实际工程中的施工技术问题。,下一页,前 言,本教材共分十章，主要内容包括土的物理性质及工程分类、地基中的应力计算、土的压缩性与地基沉降计算、土的抗剪强度与地基承载力、土压力与土坡稳定、建筑场地的工程地质勘察、天然地基上浅基础的设计、桩基础、软弱地基处理、区域性地基等。本教材的编写力求体现高等职业教育教学的特点，理论联系实际，综合运用有关学科的基本理论和知识，注重实践能力的培养。,为方便教学，各章前设置,【,学习重点,和,【,培养日标,，对学生学习和教师教学作厂引导,;,各章后设置,【,本章小结,】,和,【,思考与练习,】,，从更深层次给学生以思考、复习的切人点，构建厂“引导学习总结练习”的教学模式。通过本课程的学习，应能达到以下几点要求,:,掌握土的物理指标的测定与换算，土的压实机理，土的工程分类。,下一页,上一页,前 言,掌握自重应力的计算，矩形面积均布荷载任意点下应力计算,(,角点法,),，基底附加压力的计算方法，自重应力和土中附加应力分布规律。,掌握土的抗剪强度理论，直接剪切试验，临塑荷载和临界荷载，地基极限承载力。,掌握地质勘察的各种方法，验槽内容以及基槽局部处理的方法。,掌握浅基础的类型，基础埋置深度、地基承载力确定的方法和计算过程，刚性基础设计与计算和地基变形验算，刚性扩大基础的设计与计算，减轻不均匀沉降的措施。,掌握桩基础的适用条件，桩的作用与分类，桩和桩基础的构造，桩基础的施工方法，单桩竖向承载力的确定，桩基工程施工质量的测试技术及规范标准。,掌握软弱地基处理的各种方法及其基本原理、设计与施工要点、质量检验方法。,下一页,上一页,前 言,本教材由王启亮、吴继锋、陈贤清主编，聂,iin,、邓庆阳、俞信平副主编，崔宇亮、阎风翔、贺晨石、杨光、林楠等参与编写。,本教材既可作为高职高专教育土建类相关专业教材，也可作为工程设计、施工、监理等相关专业人员学习、培训的参考用书。本教材编写过程中，参阅厂国内同行多部著作，部分高职高专院校教师也提出厂很多宝贵意见，在此，对他们表示衷心的感谢,!,本教材编写过程中，虽经推敲核证，但限于编者的专业水平和实践经验，仍难免有疏漏或不妥之处，恳请广大读者指正。,上一页,返回,绪 论,一、土力学的概念,土力学是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的性质、地基土的应力、地基的变形、土的抗剪强度与地基承载力、土的压力及土坡稳定性等内容的一门学科，它是本课程的理论基础。由于土与其他连续固体介质的根本不同，仅靠具备系统理论和严密公式的力学知识，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，而必须借助经验、现场实验、室内试验辅以理论计算，因此也可以说土力学是一门依赖于实践的学科。,二、地基,土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层称为地基。良好的地基一般应具有较高的承载力与较低的压缩性，以满足地基基础设计的两个基本条件,(,强度条件与变形条件,),。软弱地基的工程性质较差，需经过人工地基处理才能达到设计要求。我们把不需处理而直接利用天然土层的地基称为天然地基,;,把经过人工加工处理才能作为地基的称为人工地基。人工地基施工周期长、造价高，因此建筑物一般宜建造在良好的天然地基上。,下一页,绪 论,三、基础,埋人土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构称为基础。,根据不同的分类方法，基础可以有多种形式，但不论是何种基础形式，其结构本身均应具有足够的承载力和刚度，在地基反力作用下不发生破坏，并应具有改善沉降与不均匀沉降的能力。通常把埋置深度不大,(,一般小于,5 m),，只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础统称为浅基础,(,各种单独的和连续的基础,),。反之，浅层土质不良，而需把基础埋置于深处土质较好的地层时，就要借助特殊的施工方法，建造各种类型的深基础,(,桩基础、沉井和地下连续墙等,),厂。,四、地基基础设计的基本原理,地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组成部分。它与建筑物的安全和正常使用有着密切的关系。设计时，要考虑场地的工程地质和水文地质条件，,下一页,绪 论,同时也要考虑建筑物的使用要求、上部结构特点和施工条件等各种因素，使基础工程做到安全可靠、经济合理、技术先进和便于施工。,一般认为，地基基础在设计时应考虑的因素有,:,(1),施工期限、施工方法及所需的施工设备等。,(2),在地震区，应考虑地基与基础的抗震。,(3),基础的形状和布置，以及与相邻基础和地下构筑物、地下管道的关系。,(4),建造基础所用的材料及基础的结构形式。,(5),基础的埋置深度。,(6),地基土的承载力。,(7),上部结构的类型、使用要求及其对不均匀沉降的敏感度。,五、地基基础在建筑工程中的重要性,上一页,下一页,绪 论,建筑物的地基、基础和上部结构三部分，虽然各自的功能不同、研究方法相异，然而对一个建筑物来说，在荷载作用下，这三方面却是彼此联系、相互制约的整体。,地基和基础是建筑物的根本，又属于地下隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。实践表明，建筑物事故的发生，很多与地基基础有关，而且，地基基础事故一旦发生，补救并非易事。另外，基础工程费用与建筑物总造价的比例，视其复杂程度和设计、施工的合理与否，可以变动在百分之儿到儿十之间。因此，地基及基础在建筑工程中的重要性是显而易见的。工程实践中，虽然地基基础事故屡有发生，但是，只要严格遵循基本建设原则，按照勘察设计施工的先后顺序，并切实抓好这三个环节，那么，地基基础事故一般是可以避免的。,六、本课程的特点及要求,上一页,下一页,绪 论,本课程是一门综合性很强的课程，它涉及工程地质、土力学、建筑力学、建筑结构、建筑材料、施工技术等学科领域。因此在学习本课程时，既要注意与其他学科的联系，又要注意紧紧抓住土的应力、强度和变形这一核心问题。同时要学会阅读和使用工程地质勘察资料，掌握土的现场原位测试和室内土工试验，并应用这些基本知识和原理，结合建筑结构和施工技术等知识，解决地基基础工程问题。,学习时应该突出重点，兼顾全面。从工业与民用建筑专业的要求出发，学习本课程时，应该重视工程地质的基本知识，培养阅读和使用工程地质勘察资料的能力,;,必须牢固掌握土的应力、变形、强度和地基计算等土力学基本原理，从而能够应用这些基本概念和原理，结合有关建筑结构理论和施工知识，分析和解决地基基础问题。,七、本学科的发展概况,上一页,下一页,绪 论,追本溯流，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，就已创造厂自己的地基基础工艺。我国西安半坡遗址和殷墟遗址的考古发掘中都发现有土台和石础，这就是古代“堂高三尺、茅茨土阶”,(,语见,韩非子,),建筑的地基基础形式。历代修建的无数建筑物都出色地体现厂我国古代劳动人民在地基基础工程方面的高超水平。举世闻名的长城、蜿蜒万里的大运河，如不处理好岩土的有关问题，就不能穿越各种地质条件的广阔地区，而被誊为亘古奇观,;,宏伟壮丽的宫殿寺院，要依靠精心设计建造的地基基础，才能逾千百年而留存至今,;,遍布各地的巍巍高塔，是由于奠基牢固，方可经历多次强震强风的考验而安然无恙。这些事实就是地基基础学发展的明证。,从,20,世纪,50,年代起，现代科技成就尤其是电子技术渗人厂土力学及基础工程的研究领域。在实现实验测试技术自动化、现代化的同时，人们对土的基本性质又有厂更进一步的认识,;,上一页,下一页,绪 论,随着电子计算机的迅速发展和数值分析法的广泛应用，科学研究和工程设计更具备了强有力的手段，遂使土力学理论和基础工程技术也出现厂令人瞩日的进展。因此，有人认为，,1957,年召开的第四届国际土力学与基础工程会议标志着一个新时期的开始。正是在这个时期，年轻的中华人民共和国以朝气蓬勃的姿态进人厂国际土力学及基础工程科技交流发展的行列。从,1962,年开始的全国土力学及基础工程学术讨论会的多次召开，已成为本学科迅速进展的里程碑。我国在土力学与基础工程各个领域的理论与实践新成就，已达到难以尽述的境地。,我国的地基及基础科学技术，作为岩土工程的一个重要组成部分，已经、也必将继续遵循现代岩土工程的工作方法和研究方法阔步进人,21,世纪，从而取得更多、更高的成就，为我国的现代化建设作出更大的贡献。,上一页,目 录,绪论,第一章 土的物理性质及工程分类,第二章 地基中的应力计算,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,第四章 土的抗剪强度与地基承载力,第五章 土压力与土坡稳定,目 录,第六章 建筑场地的工程地质勘察,第七章 天然地基上浅基础的设计,第八章 桩基础,第九章 软弱地基处理,第十章 区域性地基,第一章土的物理性质及工程分类,第一节土的构成及其构造,第二节土的物理性质指标,第三节土的物理状态指标,第四节土的压实性与渗透性,第五节地基岩土的工程分类,第六节岩土的野外鉴别方法,第一节土的构成及其构造,一、土的成因,岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后，所形成的各种疏松的沉积物，在建筑工程上都称之为“土”。这是土的狭义概念。土的广义概念是将整体岩石也包括在内，但人们一,般都使用土的狭义概念。,风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动等,(,也称为外力地质作用,),密切相关，一般分为物理风化、化学风化和生物风化三种。由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩解为碎块的属于物理风化。这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿物。由于水溶液、大气等因素的影响，使岩石的矿物成分不断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化。这种风化作用使岩石的矿物成分发生改变，土的颗粒变得很细，称为次生矿物。由于动、植物的生长使岩石破碎的属于生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作用。,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,由于成土过程各环节交错反复，成土的自然地理环境复杂多样，因此，土的类型与性质是千差万别的。但是在大致相同的地质年代及相似的沉积条件下形成的堆积物往往在成分及性质卜是相沂的十的性质一方而取决干原始沉积条件所决宁的十粒成分、结构、石隙中水溶液的性质等，另一方面也取决于沉积以后的经历，如沉积年代的长短、自然地理条件的变迁等都可引起原始沉积物的成分或性质的某些改变。一般沉积年代越为久远，上覆土层重量越大，土压得越密实，由孔隙水中析出的化学胶结物也就越多。因此，老土层比新土层的强度、变形模量要高，甚至由散粒体经过成岩作用又变成整体岩石，如砂土成为砂岩，黏土变成页岩等。日前所见到的土大都是第四纪沉积层，一般都呈松散状态。但第四纪是由距今一百万年前开始的一个相当长的时期，第四纪早期沉积的土和近期沉积的土，在性质上就有着相当大的区别。这种影响，对钻性土尤为明显。,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,建筑工程中将土,(,岩石除外,),分为儿大类，即碎石土、砂土、粉土、黍占性土和人工填土。碎石和砂土统称为无钻性土。粉土是既不同于钻性土，又有别于砂土，介乎二者之间的土。不同的自然地理环境对土的性质也有很大影响。我国沿海地区的软土、严寒地区的永冻土、西北地区的湿陷性黄土、西南亚热带的红钻土等除具有一般土的共性外，还具有自己的特点。,二、土的组成,土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例关系都对土的性质有显著影响。,(,一,),土的固体颗粒,1.,土的粒径级配,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,为厂便于研究，将土粒按大小及性质的不同，划分成若干粒组。土的颗粒越小，与水的相互作用就越强烈。粗颗粒和水之间儿乎没有物理化学作用，而粒径小于,0.005 mm,的钻粒和胶粒就受水的强烈影响，遇水时出现钻性、可塑性、膨胀性等粗颗粒所不具有的诸种特性。很显然，土中所含的各个粒组的相对含量不同，表现出来的土的性质也就不同。,工程中常用的粒径分析法有筛分法,(,适用于粒径大于,0.074 mm,的土,),与比重计法,(,适用于粒径小于,0.074 mm,的土,),两种。如土中同时含有粒径大于和小于,0.074 mm,的土粒时，则两种方法并用。,颗粒分析的结果常用如,图,1-1,所示的粒径级配曲线表示。图中的纵坐标表示小于某粒径的土粒占土总重的百分比，横坐标表示粒径。粒径级配曲线可以对土的颗粒组成给以明确的概貌，如由曲线,2,可以看出，所试验的土样含劲粒,44%,，粉粒,36%,，砂粒,20%,。,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,若级配曲线平缓，表示土中各种大小的土粒都有，颗粒不均匀，级配良好,;,曲线陡峻则表示土粒均匀，级配不好。具体可用不均匀系数,K,，来衡量。,K,u,=d,60,/d,10,(1-1),式中,d,60,-,限定粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的,60%;,d,10,-,有效粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的,10%,。,工程上把,K,u,5,的土看做是级配均匀,;K,u,10,的土看做是级配良好，土中的大孔隙可为细颗粒所填充，因而适于用作填方土料及混凝土工程的砂石料。,2.,土粒的矿物成分,土粒的矿物成分决定于母岩的矿物成分及风化作用。粗大的土粒往往是岩石经物理风化作用形成的原生矿物，其矿物成分与母岩相同，常见的如石英、长石、石母等，一般砾石、砂等都属此类。这种矿物成分的性质较稳定，由其组成的土表现出无钻性、透水性较大、压缩性较低等性质。,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,细小的土粒主要是岩石经化学风化作用形成的次生矿物，其矿物成分与母岩完全不同，如钻土矿物的蒙脱石、伊利石、高岭石等。次生矿物性质不稳定，具有较强的亲水性，遇水膨胀，脱水收缩。上述三种钻土矿物的亲水性依次减弱，蒙脱石最强，伊利石次之，高岭石最弱。,(,二,),土中的水,1.,结合水,这部分水是借土粒的电分子引力吸附在土粒表面上的水，对土的工程性质影响极大。由于土粒与其周围介质,(,包围它的气体或液体,),间发生物理化学变化，使土粒表面带电,(,多为负电,),，并在周围的空间内形成电场，将介质中的水分子,为极性分子，如,图,1-2,(a),所示,及游离阳离子吸附于表面，从而形成结合水膜，如,图,1-2,(b),所示。,2.,自由水,这种水处于土粒的电分子吸力以外，受重力法则控制，不能抗剪，密度在,1,左右。,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,自由水又分两种,:,位于地下水位以下的水叫重力水，因为它仅受本身的重力作用而运动,;,位于地下水位以上的水，除重力外还受毛细作用，称为毛细水。土粒间的孔隙是互相连通的，地下水沿着这个不规则的通道上升，形成土中的毛细水上升带。毛细水的上升高度,:,碎石土一无,(,一般认为粒径大于,2 mm,的土粒无毛细现象,);,砂土,2 m,以下,;,粉土及黍占性土,2m,以上。,(,三,),土中的气体,土中的气体存在于土孔隙中未被水占据的部位。在粗粒的沉积物中有与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中则有与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下的弹性变形增加，透水性减小。,对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物,(,嫌气细菌,),的分解作用，在土中蓄积厂某种可燃气体,(,如硫化氢、甲烷等,),，使土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,三、土的结构和构造,(,一,),土的结构,1.,单粒结构,单粒结构,(,图,1-3,),为碎石土和砂土的结构特征，这种结构是由土粒在水中或空气中自重下落堆积而成的。因土粒尺寸较大，粒间的分子引力远小于土粒自重，故土粒间儿乎没有相互联结的作用，是典型的散粒状物体，简称散体。单粒结构可分为疏松的与紧密的结构。,前者颗粒间的孔隙大，颗粒位置不稳定，不论在静载或动载作用下都很容易错位，产生很大下沉，在振动作用下尤甚,(,体积可减少,20%),。因此疏松的单粒结构未经处理不宜作为地基。紧密的单粒结构的颗粒排列已接近最稳定的位置，在动、静荷载作用下均不会产生较大下沉，是比较理想的天然地基。,2.,蜂窝结构,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,蜂窝结构,(,图,1-4,),多为颗粒细小的钻性土所具有的结构形式，有时粉砂也可能有。据研究，粒径在,0.002 0.02 mm,之间的土粒在水中沉积时，基本是单个土粒下沉，在下沉途中碰上已沉积的土粒时，由于土粒间的相互分子引力对自重而言已经足够大，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下降，而形成很大孔隙的蜂窝状结构。,3.,絮状结构,絮状结构,(,图,1-5,),是颗粒最细小的钻性土所特有的结构形式。粒径小于,0.002 mm,的土粒能够在水中长期悬浮，不因自重而下沉。当在水中加人某些电解质后，颗粒间的排斥力削弱，运动着的土粒凝聚成絮状物下沉，形成类似蜂窝而孔隙很大的结构，称为絮状结构。,(,二,),土的构造,上一页,下一页,返回,第一节土的构成及其构造,土的构造是指土体中各结构单元之间的关系，其主要特点是土的成层性和裂隙性。成层,性是指土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小等不同，沿竖向呈现出,成层特征,;,裂隙性是指土体被许多不连续的小裂隙所分割，破坏厂土的整体性，强度低，渗,透性高，工程性质差。有些坚硬和硬塑状态的钻性土具有此种构造。,土的构造类型见,表,1-1,。,上一页,返回,第二节土的物理性质指标,一、土的三相图,土是固、液、气三相的分散系。土中三相组成的比例指标反映着土的物理状态，如干燥或潮湿，疏松或紧密。这些指标是最基本的物理性质指标，它们对于评价土的工程性质具有重要的意义。,土的三相本来是混合分布的，但为厂阐述和标记的方便，将三相的各部分集合起来，画出土的三相示意图，如,图,1-10,所示。,图中各符号意义为,:,V,一土的总体积,;,V,s,一土中固体颗粒的体积,;,V,v,一土中孔隙的体积,;,V,w,一土中水所占的体积,;,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,V,a,一土中气体所占的体积,;,W,一土的总重量,;,W,s,一土中固体颗粒的重量,;,W,w,一土中水的重量,;,W,a,一土中气体的重量,(,一般认为,W,a,=0),。,二、土的主要物理指标,(,一,),土的饱和密度和饱和重度,土的饱和密度是指当土的孔隙中充满水时，土中的固体颗粒和水的质量之和与土样的总,体积之比，用符号 表示,:,(1-2),土的饱和重度为,:,(1-3),上一页,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,式中,-,土的饱和密度,;,-,土的饱和重度,;,m,s,-,固体部分质量，,g-,重力加速度。,(,二,),土的浮密度和浮重度,地下水位以下的土，其固体颗粒受到重力水的浮力作用，,去固体颗粒排开水的质量,(,即扣去浮力,),与土样的总体积之比，称浮密度，用符号 示,:,(1-4),土的浮重度为,:(1-5),从浮密度和浮重度的定义可知,:,(1-6),(1-7),上一页,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,(,三,),土的干密度和干重度,土的干密度是土中的固体部分质量与土样总体积之比或土单位体积内的干土质量，用符号 表示,:,(1-8),土的干重度为,:,(1-9),式中,-,土的干密度,;,-,土的干重度。,(,四,),土粒相对密度,土粒相对密度是土粒质量与同体积的水,(,在,4,o,C,时,),的质量之比，用符号,d,s,表示,:,(1-10),上一页,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,式中,m,s,、,m,w,-,固体、水的质量,;,V,s,-,固体的体积,;,-,土粒密度,(,在,4,o,C,时,);,-,水的密度,(,在,4,o,C,时,),。,(,五,),天然土的密度,天然土的密度是土样的总质量与其总体积之比，用符号 表示,:,(1-11),m,、,V,如,图,1-11,所示。,(1-12),上一页,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,式中,w-,土的天然含水量,;,e-,土的孔隙比,;,V-,土样的总体积，,V=V,s,十,V,v,V,v,为土中孔隙的体积，,V,v,=V,w,十,V,a,V,w,、,V,a,分别为水、气体的体积,;,M-,土样的总质量，,m=m,s,+m,w,+m,a,，其中,m,s,为固体的质量，,m,w,为水的质量，,m,a,为气体的质量，,m,a,可忽略。,其他符号意义同前。,(,六,),土的天然含水量,在天然状态下，土中含水的质量,(,或重量,),与土粒的质量,(,或重量,),之比，称为土的天然含水量，用符号二并用百分数表示,:,(1-13),式中，,m,s,-,土中固体部分的质量,(,重量,),。,上一页,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,(,七,),孔隙比,孔隙比是土中孔隙体积与固体颗粒体积之比，用符号,e,表示，,e,是一个正有理数,:,(1-13),式中,e-,孔隙比,;,V,v,-,孔隙体积,;,V,s,-,固体颗粒体积。,(,八,),孔隙率,孔隙率是土中的孔隙体积与总体积之比，用符号,n,表示,:,(1-14),上一页,下一页,返回,第二节土的物理性质指标,式中,n-,孔隙率,;,V,v,-,孔隙体积,;,V-,总体积。,三、土的三相物理性质指标,土的三相指标相互之间有一定的关系。只要知道其中某些指标，通过简单的计算，就可以得到其他指标。上述各指标中，土粒相对密度,d,s,含水量,w,、重度 三个指标必须通过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得来。其换算方法可从土的三相比例指标换算图,(,图,1-12,),来说明。令固体颗粒体积,V,s,=1,，根据定义即可得出,V,v,=e,V=1,十,e,、，。据此，可以导出各指标间的换算公式，见,表,1-2,。,上一页,返回,第三节土的物理状态指标,一、无猫性土,无钻性土一般是指具有单粒结构的砂土与碎石土，土粒之间无钻结力，呈松散状态。它们的工程性质与其密实程度有关。密实状态时，结构稳定，强度较高，压缩性小，可作为良好的天然地基,;,疏松状态时，则是不良地基。,(,一,),砂土的密实度,砂土的密实度通常采用相对密实度,D,来判别，其表达式为,:,(1-16),式中,e-,砂土在天然状态下的孔隙比,;,e,max,-,砂土在最松散状态下的孔隙比，即最大孔隙比,;,e,min,-,砂土在最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。,下一页,返回,第三节土的物理状态指标,由上式可以看出,:,当,e=e,min,时，,D,r,=1,表示土处于最密实状态,;,当,e=e,max,时，,D,r,=0,表示土处于最松散状态。判定砂土密实度的标准如下,:,相对密实度从理论上讲是判定砂土密实度的好方法，但由于天然状态的。值不易测准、测定,e,max,和,e,min,的误差较大等实际困难，故在应用上存在许多问题。根据标准贯人试验锤击数,N,来评定砂土的密实度,(,表,1-3,),。,上一页,下一页,返回,第三节土的物理状态指标,(,二,),碎石土的密实度,碎石土的颗粒较粗，试验时不易取得原状土样，根据重型圆锥动力触探锤击数,N,63.5,可将碎石土的密实度划分为松散、稍密、中密和密实,(,表,1-4,),，也可根据野外鉴别方法确定其密实度,(,表,1-5,),。,二、黏性土,黏性土的主要物理状态特征是指其软硬程度。由于钻性土的主要成分是钻粒，土颗粒很细，土的比表面,(,单位体积颗粒的总表面积,),大，与水相互作用的能力较强，故水对其工程性质影响较大。,黏性土的物理状态主要指标见,表,1-6,。,上一页,返回,第四节土的压实性与渗透性,一、土的压实性,(,一,),土的压实性的概念,压实性是指采用人工或机械以夯、碾、振动等方式，对土施加夯压能量，使土颗粒原有结构破坏，空隙减小，气体排出，重新排列压实致密，从而得到新的结构强度。对于粗粒,土，主要是增加了颗粒间的摩擦和咬合,;,对于细粒土，则有效地增强了土粒间的分子引力。,(,二,),压实性侧定试验,在试验室进行击实试验是研究土压实性的基本方法。击实试验分轻型和重型两种，轻型击实试验适用于粒径小于,5mm,的钻性土，重型击实试验适用于粒径不大于,20mm,的土。试验时，将含水量为一定值的扰动土样分层装人击实筒中，每铺一层后，均用击锤按规定的落距和击数锤击土样，直到被击实的土样,(,共,35,层,),充满击实筒。由击实筒的体积和筒内击实土的总重量计算出湿密度 ，再根据测定的含水量 ，即可算出干密度 。,下一页,返回,第四节土的压实性与渗透性,同一组,(,通常为,5,个,),不同含水量的同一种土样，分别按上述方法进行试验，即可绘制一条击实曲线，如,图,1-13,所示。由图可见，对某一土样，在一定的击实功能作用下，只有当土的含水量为某一适宜值时，土样才能达到最密实。击实曲线的极值为最大干密度脚 ，相应的含水量即为最优含水量,w,op,。,(,三,),压实系数,在工程中，填土的质量标准常用压实系数来控制，压实系数定义为工地压实达到的干密度 与击实试验所得到的,最大干密度 之比，即 。压实系数愈接近,1,表明对压实质量的要求越高。,(,四,),影响因素,影响土压实性的因素很多，包括土的含水量、土类及级配、击实功能、毛细管压力、孔隙压力等，其中前三种是主要影响因素。,上一页,下一页,返回,第四节土的压实性与渗透性,二、土的渗透性,(,一,),土的渗透性的概念,土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透水性。地下水的补给与排泄条件，以及在土中的渗透速度与土的渗透性有关。在计算地基沉降的速率和地下水涌水量时都需要土的渗透性指标。,(,二,),渗透定律,早在,1856,年，法国学者达西在稳定流和层流条件下，用饱和粗颗粒土进行厂大量的渗透试验，测定水流通过试样单位截面积的渗流量，获得厂渗流量与水力梯度的关系，从而得到厂渗流速度与水力梯度和土体渗透性质的基本规律，即达西渗透定律。,地下水在土中的渗透速度一般可按达西,(Darcy),根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下,(,图,1-14,),V=ki(1-17),上一页,下一页,返回,第四节土的压实性与渗透性,式中,v-,水在土中的渗透速度,(cm/s),，它不是地下水的实际流速，而是在一单位时间,(S),内流过一单位土截面,(cm,2,),的水量,(cm,3,);,i-,水力梯度，即土中,A,1,和,A,2,两点的水头差,(H,1,-H,2,),与两点间的流线长度,(L),之比,;,图中,h,1,h,2,为两点的压头，,z,1,、,z,2,为位头，则,H,1,、,H,2,为总水头,;,k-,土的渗透系数,(cm/s),，与土的渗透性质有关的待定常数。,在式,(1-17),中，当,i=1,时，,k=v,，即土的渗透系数，其值等于水力梯度为,1,时的地下水渗透速度，,k,值的大小反映厂土渗透性的强弱。,土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。各种土的渗透系数变化范围参见,表,1-7,。,上一页,下一页,返回,第四节土的压实性与渗透性,水在土体中渗流，渗透水流作用在土颗粒上的作用力称为渗透力。当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，使土体产生变形，称为土的渗透变形。若渗透水流把土颗粒带出土体,(,如流砂、管涌等,),，造成土体的破坏，称为渗透破坏。这种渗透现象会危及建筑物的安全与稳定，必须采取措施加以防治。,(,三,),影响因素,影响土的渗透性的因素除厂渗透水的密度和钻滞性等性质外，其他因素主要有土颗粒的大小和级配、孔隙比、矿物成分、微观结构和宏观构造，这些因素在不同土类中有不同的影响。粗粒土的渗透性主要取决于孔隙通道的截面积，细粒土的渗透性主要取决于钻土矿物表面的活性作用和原状土的孔隙比大小。,上一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,一、岩石和土的分类方法,岩石和土的分类方法很多，不同部门根据其不同的用途采用各自的分类方法。在建筑下程中，土是作为地基来承受建筑物的荷载的，因此从土的工程性质,(,特别是强度与变形特性,),及其与地质成因的关系的角度进行分类。,二、地基岩土的种类,(,一,),岩石,岩石,(,基岩,),是指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理、裂隙的岩体。岩石的分类见,表,1-8,。,(,二,),碎石土,碎石土为粒径大于,2 mm,的颗粒含量超过全重,50%,的土。碎石土可按,表,1-12,分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。,碎石土的密实度可根据圆锥动力触探锤击数按,表,1-13,或,表,1-14,确定，表中的,N,63.5,和,N,120,应按下述,(1),(2),修正。,下一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,(1),当采用重型圆锥动力触探确定碎石土密实度时，锤击数,N,63.5,应按下式修正,:,N,63.5,=a,1,.,N,63.5,(1-18),式中,N,63.5,-,修正后的重型圆锥动力触探锤击数,;,a,1,-,修正系数,;,N,63.5,-,实测重型圆锥动力触探锤击数。,(2),当采用超重型圆锥动力触探确定碎石土密实度时，锤击数,N,120,应按下式修正,:,N,120,=a,2,.,N,120,(1-19),式中,N,120,-,修正后的超重型圆锥动力触探锤击数,a,2,-,修正系数,;,N,120,-,实测超重型圆锥动力触探锤击数。,上一页,下一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,(,三,),砂土,砂土为粒径大于,2 mm,的颗粒含量不超过全重,50%,、粒径大于,0.075 mm,的颗粒超过全重,50%,的土。砂土可按表,1-15,分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,砂土的密实度应根据标准贯人试验锤击数实测值,:V,划分为密实、中密、稍密和松散，并应符合表,1-16,的规定。当用静力触探探头阻力划分砂土密实度时，可根据当地经验确定。,(,四,),粉土,粉土为粒径大于,0.075 mm,的颗粒质量不超过总质量的,50%,，且塑性指数等于或小于,10,的土。,粉土的密实度应根据孔隙比,e,划分为密实、中密和稍密,;,其湿度应根据含水量,w(%),划分为稍湿、湿、很湿。密实度和湿度的划分应分别符合表,1-17,和表,1-18,的规定。,(,五,),黏性土,上一页,下一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,黏性土为塑性指数,I,P,大于,10,的土，可按,表,1-19,分为钻土、粉质钻土。,黏性土的状态，可按,表,1-20,分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。,(,六,),人工填土,人工填土根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土、冲填土。,素填土为由碎石土、砂土、粉土、黍占性土等组成的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。,(,七,),湿陷性土,湿陷性土为浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于,0.015,的土。,上一页,下一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,三、岩石的分类,(,一,),岩石的基本分类方法及内容,岩石分类方法及内容见,表,1-8,。,(,二,),岩体完整程度的定性分类,岩体完整程度的定性分类见,表,1-9,。,(,三,),岩石坚硬程度的定性分类及岩石基本质量等级分类,岩石坚硬程度的定性分类见,表,1-10,。,岩石基本质量等级分类见,表,1-11,。,四、碎石土的分类,(,一,),碎石土的基本分类,碎石土的基本分类见,表,1-12,。,(,二,),碎石土密实度分类,上一页,下一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,1.,碎石土密实度按,N,63.5,分类,碎石土密实度按,N,63.5,分类见,表,1-13,。,2.,碎石土密实度按,N,120,分类,碎石土密实度按,N,120,分类见,表,1-14,。,五、砂土的分类,(,一,),砂土的基本种类,砂土的基本种类见,表,1-15,。,(,二,),砂土密实度分类,砂土密实度分类见,表,1-16,。,六、粉土的分类,上一页,下一页,返回,第五节地基岩土的工程分类,(,一,),粉土密实度分类,粉土密实度分类见,表,1-17,。,(,二,),粉土湿度分类,粉土湿度分类见,表,1-18,。,七、猫性土的分类与状态,(,一,),柔占性土的分类,黍占性土的分类见,表,1-19,。,(,二,),钻性土的状态,黍占性土的状态见,表,1-20,。,上一页,返回,第六节岩土的野外鉴别方法,一、勃土、粉质勃土、粉土野外鉴别方法,钻土、粉质钻土、粉土野外鉴别方法见,表,1-21,。,二、碎石土、砂土野外鉴别方法,碎石土、砂土野外鉴别方法见,表,1-22,。,三、新近沉积猫性土野外鉴别方法,新近沉积钻性土野外鉴别方法见,表,1-23,。,四、人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法,人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法见,表,1-24,。,返回,图,1-1,粒径级配曲线,返回,图,1-2,黏土矿物和水分子的相互作用,(a),极性水分子示意图,;(b),土粒表面的结合水膜,返回,图,1-3,单粒结构示竟图,返回,图,1-4,蜂窝结构示竟图,返回,图,1-5,絮状结构示竟图,返回,表,1-1,土的构造类型,类别,内容,层状构造,层状构造,(,图,1-6,),也称为层理，是大部分细粒土的重要外观特征之一，土层表现为由不同细度与颜色的颗粒构成的薄层交叠而成,.,薄层的厚度可由零点几毫米至几毫米,.,成分上有细砂与黏土交互层或黏土交互层等，最常见的层理是水平层理,(,薄层互相平行，且平行于土层界面,),，此外还有波状层理,(,薄层面呈现波状，总方向平行于层面,),及斜层理,(,薄层倾斜，与土层界面有一交角,),等,分散构造,分散构浩,(,图,1-7,),指土层中各部分的土粒组合无明显差别，分布均匀，各部分的性质亦相近。各种经过分选的砂、砾石、卵石形成较大的埋藏厚度，无明显层次，都属于分散构造，分散构造的土比较接近理想的各向同性体,裂隙状构造,裂隙状构造,(,图,1-8,),指裂隙中往往充填盐类沉淀，不少坚硬与硬塑状态的钻土具有此种构造。裂隙破坏土的整体性，裂隙面是土中的软弱结构面，沿裂隙面的抗剪强度很低而渗诱性很高，浸水以后裂缝张开，工程性质更差。,结核状构造,结核状构造,(,图,1-9,),指在细粒土中明显掺有人颗粒或聚集的铁质、钙质集合体及贝壳等杂物例如,.,含砾石的冰碛黏土、含结核的黄土等均属此类。由于大颗粒或结核往往分散，故此类土的性质取决于细颗粒部分，但在取小型试样试验时应注意将结核与大颗粒剔除，以免影响成果的代表性。,返回,图,1-6,层状构造示意图,返回,图,1-7,分散构造示章图,返回,图,1-8,裂隙状构造示竟图,返回,图,1-9,结核状构造示竟图,返回,图,1-10,土的三相示意图,返回,图,1-11,土样三相组成示意,返回,图,1-12,土的三相物理性质指标换算图,返回,表,1-2,土的三相物理性质指标常用换算公式,返回,表,1-3,砂土的密实度,返回,表,1-4,碎石土的密实度,返回,表,1-5,碎石土密实度的野外鉴别方法,返回,表,1-6,黏性土的物理状态指标,返回,图,1-13,击实曲线,返回,图,1-14,水的渗透,返回,表,1-7,各种土的渗透系数参考值,返回,表,1-8,岩石分类方法及内容,返回,表,1-9,岩体完整程度的定性分类,返回,表,1-10,岩石坚硬程度的定