2土的性质及工程分类.pptx

2.1.1土的物理性质概述土的物理性质概述岩石岩石风化（风化（物理、物理、化学化学）作用）作用岩石破碎岩石破碎 化学成分改变化学成分改变搬运搬运沉积沉积大小、形状和大小、形状和成分都不相同成分都不相同的松散颗粒集的松散颗粒集合体合体（土）（土）土土固相固相液相液相气相气相土中颗粒的大小、成分及三相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质反映出土的不同性质 2.1 概述固体矿物颗粒固体矿物颗粒 （固相）（固相）土中气体土中气体（气相）（气相）土中水土中水（液相）（液相）土的三相组成土的三相组成2.2 土的三相组成及其结构2.2.1 2.2.1 土的固体颗粒（固相）土的固体颗粒（固相）土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分决定土的工程性质的主要成分1.土粒的矿物成分土粒的矿物成分(1)(1)原生矿物：原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同分与母岩相同,石英、云母、长石等石英、云母、长石等特征：特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点 (2)(2)次生矿物：次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同其成分与母岩不相同,高岭石、伊利石、蒙脱石等高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点易膨胀的特点 2.土粒粒组（1）粒度、粒组、界限粒径的概念（2）土粒粒组的划分粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒圆粒圆粒碎石碎石块石块石0.0050.075260200巨粒巨粒粗粒粗粒细粒细粒3土的颗粒级配土的颗粒级配 工程上将各种不同的土粒按其粒径划分为若干工程上将各种不同的土粒按其粒径划分为若干粒组，土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒粒组，土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数），称为土的颗粒级配总量的百分数），称为土的颗粒级配 （1）土的颗粒级配(2)(2)颗粒粒径级配曲线颗粒粒径级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐横坐标表示土粒的粒径标表示土粒的粒径(对数坐标）的曲线。对数坐标）的曲线。土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线（3 3）颗粒级配的描述）颗粒级配的描述 不均匀系数不均匀系数Cu u 描述颗粒级配的不均匀程度描述颗粒级配的不均匀程度 曲率系数曲率系数Cc c 描述颗粒级配曲线整体形态描述颗粒级配曲线整体形态 连续级配土连续级配土，Cu5的土视的土视为级配不良的土；为级配不良的土；Cu5的的土视为级配良好的土土视为级配良好的土不连续级配土，同时满足不连续级配土，同时满足Cu5和和Cc=13时，为良时，为良好级配土好级配土d10、d30、d60为为小于某粒径的土粒含量为小于某粒径的土粒含量为10%、30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径（1 1）筛分法）筛分法用一套孔径不同的标准筛，按从上至下筛孔逐用一套孔径不同的标准筛，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将风干的试样土倒进筛内然后摇渐减小放置。将风干的试样土倒进筛内然后摇振，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占振，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数总土粒质量的百分数 试验方法试验方法筛分法：筛分法：适用于适用于0.075mmd60mm比重计法比重计法:适用于适用于d0.075mm4 4 颗粒分析试验颗粒分析试验筛分法（筛分法（d0.075mm的土）的土）（2 2）比重计法）比重计法 利用大小不同的土粒在水中的沉降速度不同利用大小不同的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量来确定小于某粒径的土粒含量v2.2.22.2.2土中的水和气土中的水和气 1.土中水的存在形态强结合水：强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水：弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱，是塑性受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱，是塑性性有可塑性的原因。性有可塑性的原因。v2 2土中气体土中气体 土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为分，分为与大气连通的非封闭气体与大气连通的非封闭气体和和与大气与大气不连通的封闭气体不连通的封闭气体（1）非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大对土的性质影响不大 （2）封闭气体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时 3 粘土颗粒与水的相互作用（1）粘土颗粒表面的带电现象 粘土颗粒表面带有负电荷，在直流电的作用下土颗粒向正极移动，工程上利用这一特性进行电渗排水。（2）双电层与扩散层的概念（3）影响扩散层的因素4 土的冻胀（1）土的冻胀现象及其危害（2）影响冻胀的因素 土的因素 冻胀现象通常发生在细粒土中，粉砂、粉土、粉质粘土和粉质亚砂土冻胀明显 水的因素 有水源补给时冻胀现象明显 温度因素 气温下降缓慢，强度小，负温持续时间常，冻胀明显。2.2.32.2.3土的结构和构造土的结构和构造 1 1 土的结构：土的结构：土粒的大小、形状、相互排列及连接关土粒的大小、形状、相互排列及连接关系等特征。系等特征。（1）单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构沉落形成的单粒结构.特点特点:土粒间点与点接触。根据形成条件不同，可分为疏土粒间点与点接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态松状态和密实状态 密实状态密实状态疏松状态疏松状态(2)蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 3.絮状结构絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构下沉，形成孔隙较大的絮状结构 蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构v2 2土的构造土的构造 土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性二者都造成了土的不均匀性 （1）层理构造：层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中,由于由于不同阶段不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿而沿竖向竖向呈现呈现出成层特征出成层特征 （2)裂隙构造：裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所土体被许多不连续的小裂隙所分割分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 2.3 土的物理性质指标v2.3.12.3.1土的三相图及指标定义土的三相图及指标定义 n1 1 三个基本试验指标三个基本试验指标 （1）土的密度土的密度：单位体积土的质量单位体积土的质量 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVv气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V（2)土的含水量土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，以土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示百分数表示测定方法：测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般为砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小(3)土粒相对密度土粒相对密度ds：土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水的时纯水的质量之比质量之比 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V2.反映单位土体质量和重力的指标反映单位土体质量和重力的指标（3 3）饱和密度）饱和密度sat ：土体中孔隙完全被水充满时土体中孔隙完全被水充满时单位体积质量单位体积质量 （2 2）干密度）干密度d ：单位体积单位体积土土中固中固体颗粒部分的质量体颗粒部分的质量 （4 4）浮密度）浮密度 ：土单位体积内土粒质量与同体积水的质土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差量之差 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V（1 1）天然密度）天然密度 v3 3 反映土的空隙特征和含水程度的指标反映土的空隙特征和含水程度的指标 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V（1 1）孔隙比）孔隙比e ：土中孔土中孔隙体积与土粒体积之比隙体积与土粒体积之比 （3）土的饱和度土的饱和度Sr：土中孔隙水的体积与孔隙总体积土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态砂土根据饱和度分为三种状态:（2 2）孔隙率）孔隙率n ：土中孔隙体积与土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示总体积之比，以百分数表示 Sr50%稍湿；稍湿；50Sr80%很湿；很湿；Sr80%饱和饱和v2.3.22.3.2指标间的换算指标间的换算气气水水土粒土粒dsw Vs11+1+e质量质量m体积体积V土的三相指标中土的三相指标中，土粒比重土粒比重ds ，含水量含水量和和密度密度是通过试是通过试验测定的，可以根据三个基验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标本指标换算出其余各指标Vv=edsw ds（1）w 推导：推导：换算关系式：换算关系式：v例题分析例题分析 n【例】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为湿土质量为187g，烘干后，干土质量为烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度若土粒的相对密度ds为为2.66，求该土样的含水量，求该土样的含水量、密度密度、重度重度、干重度干重度d 、孔隙比、孔隙比e、饱和重度、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答】解答】2.4 无粘性土的密实度 2.4.12.4.1无粘性土的密实度的划分无粘性土的密实度的划分1.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用来表示粉砂土的密实度。对于同一种可以用来表示粉砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散愈大，土愈松散 优点：简单方便优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素缺点：无法反映土的级配因素0.90.75中密中密密实密实稍密稍密2.相对密实度相对密实度DrDr0.33疏松状态疏松状态0.33Dr0.67中密状态中密状态0.67Dr1密实状态密实状态优点：优点：计入土的级配因素，理论上比较完善计入土的级配因素，理论上比较完善。缺点：缺点：天然孔隙比难以获取，且天然孔隙比难以获取，且e emaxmax,e eminmin的测定受人为的影响的测定受人为的影响较大较大。砂土的密实度划分砂土的密实度划分分别为砂土在最松散状态、天然状态、最密实分别为砂土在最松散状态、天然状态、最密实状态时的孔隙比状态时的孔隙比3.按动力触探确定无粘性土的密实度按动力触探确定无粘性土的密实度 天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数力触探的锤击数N63.5进行评定进行评定(GB50007-2002)密实度密实度按按N评定砂石密实度评定砂石密实度 按按N63.5评定碎石土密实度评定碎石土密实度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.5204 碎石土的野外鉴别碎石土的野外鉴别2.5 2.5 粘性土的物理特性粘性土的物理特性2.5.12.5.1粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量1 1 界限含水量界限含水量:粘性土由某一种状态过渡到另一状态粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量称为土的界限含水量的分界含水量称为土的界限含水量2 2 界限含水量的测定界限含水量的测定 0固态固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限P液限液限L半固态半固态缩限缩限s液限：锥式液限仪、碟式液限仪、液塑限联合测定仪液限：锥式液限仪、碟式液限仪、液塑限联合测定仪塑限：搓条法，液塑限联合测定法塑限：搓条法，液塑限联合测定法3 3 界限含水量的测定方法规定与比较界限含水量的测定方法规定与比较（2）碟式液限仪测定的液限大于锥式液限仪测定）碟式液限仪测定的液限大于锥式液限仪测定的液限。的液限。液限液限塑限塑限锥式液限仪锥式液限仪液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪碟式液限仪测定碟式液限仪测定搓条法搓条法（1 1）测定方法规定）测定方法规定液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪下沉深度为下沉深度为10mm所对应的含水量为液限所对应的含水量为液限;下沉深度为下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限处所对应的含水量为塑限 2.5.2粘性土的塑性指数和液性指数粘性土的塑性指数和液性指数1 1 塑性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土处在可塑状态即土处在可塑状态的含水量变化范围的含水量变化范围说明：说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高塑性指数就越高 说明：说明：液性指数表征土抵抗外力的量度液性指数表征土抵抗外力的量度,其值越大其值越大,表示抵抗外表示抵抗外力的能力越小力的能力越小.根据根据IL值可以直接判定土的软硬状态值可以直接判定土的软硬状态 2 2 液性指数液性指数IL是粘性是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比之比 状态状态液性指数液性指数坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1v例题分析例题分析 n【例】某砂土试样某砂土试样,试验测定土粒相对密度试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量含水量=9.43%,天然密度天然密度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称已知砂样最密实状态时称得干砂质量得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密并判断砂土所处的密实状态实状态 【解答】解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度相对密实度中密状态中密状态2.5.3 粘性土的灵敏度和触变性1 1 灵敏度灵敏度低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏高灵敏高灵敏2 触变性触变性 粘性土结构遭到破坏，强度降低，但随着时粘性土结构遭到破坏，强度降低，但随着时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性。变性。2.6 土的渗透及渗流v2.6.12.6.1土的渗流定律土的渗流定律1856年法国学者年法国学者DarcyDarcy对砂土的渗对砂土的渗透性进行研究透性进行研究结论：结论：水在土中的渗透速度与试水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比样的水力梯度成正比v=ki达西定律达西定律水力梯度，即沿渗流方向单水力梯度，即沿渗流方向单位渗流长度的水头损失位渗流长度的水头损失 1 1 达西定律达西定律（1）达西渗流试验）达西渗流试验（2 2）达西定律适用范围与起达西定律适用范围与起始水力坡降始水力坡降达西定律达西定律砂土的渗透速度与水砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系力梯度呈线性关系 密实的粘土，需要克服密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才结合水的粘滞阻力后才能发生渗透能发生渗透;同时渗透系同时渗透系数与水力坡降的规律还数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线偏离达西定律而呈非线性关系性关系 达西定律适用于层达西定律适用于层流，不适用于紊流流，不适用于紊流v=kiivO O砂土砂土ib起始水起始水力坡降力坡降虚直线简化虚直线简化0iv密实粘土密实粘土v2 2 土的渗透系数土的渗透系数时间时间t内流出的水量内流出的水量(1)(1)常水头试验常水头试验 整个试验过程整个试验过程中水头保持不变中水头保持不变 适用于透水性大（适用于透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土。的土，例如砂土。(2)现场抽水试验v3 3 影响渗透系数的因素影响渗透系数的因素（1）土粒大小与级配土粒大小与级配 细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。（2）土的密实度土的密实度 （3）水的动力粘滞系数水的动力粘滞系数 同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。4.土中封闭气体含量土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。含量愈多，土的渗透性愈小。v2.6.32.6.3渗透力和临界水头梯度渗透力和临界水头梯度1.渗透力渗透力水流流经这段土体，受水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力，阻力到土颗粒的阻力，阻力引起的水头损失为引起的水头损失为h说说明明：渗渗透透力力j是是渗渗流流对对单单位位土土体体的的作作用用力力，是是一一种种体体积积力力，其其大大小小与与水水力力坡坡降降成成正正比比，作作用用方方向向与与渗渗流流方方向向一一致致，单单位位为为kN/m3 h2h1h21L2.临界水力梯度临界水力梯度 当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任何力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力梯度即何力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力梯度即为临界水力梯度为临界水力梯度 在工程计算中，将土的临界水力梯度，除以某一安全系数在工程计算中，将土的临界水力梯度，除以某一安全系数Fs(23)，作为允许水力坡降，作为允许水力坡降i。设计时，为保证建筑物的安全，设计时，为保证建筑物的安全，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降i内内v2.6.42.6.4渗透破坏与控制渗透破坏与控制1.流土流土 渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土粒群同时渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土粒群同时发生悬浮、移动的现象发生悬浮、移动的现象 流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏淤泥等较易发生流土破坏 2.管涌管涌 在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象发生移动并被带出的现象 土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏 3.流土与管涌的判别流土与管涌的判别渗透破坏的形式与土的类别、颗粒级配渗透破坏的形式与土的类别、颗粒级配以及水力条件等因素有关以及水力条件等因素有关 粘性土由于粒间具有粘聚力，粘结较紧，一般不出现管涌而粘性土由于粒间具有粘聚力，粘结较紧，一般不出现管涌而只发生流土破坏；一般认为不均匀系数只发生流土破坏；一般认为不均匀系数Cu10的匀粒砂土，在的匀粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地区较易发生流土破坏一定的水力梯度下，局部地区较易发生流土破坏 对对Cu10的砂和砾石、卵石，分两种情况的砂和砾石、卵石，分两种情况:（1）当孔隙中细粒含量较少（小于当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，由于阻力较小，）时，由于阻力较小，只要较小的水力坡降，就易发生管涌只要较小的水力坡降，就易发生管涌（2）如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为含量约为30%35%），此时的阻力最大，一般不出现管涌而），此时的阻力最大，一般不出现管涌而会发生流土现象会发生流土现象例题分析例题分析v【例】某土坝地基土的比重某土坝地基土的比重d ds=2.68，孔隙比孔隙比e=0.82，下下游渗流出口处经计算水力坡降游渗流出口处经计算水力坡降i为为0.2，若取安全系数，若取安全系数Fs为为2.5，试问该土坝地基出口处土体是否会发生流土破坏，试问该土坝地基出口处土体是否会发生流土破坏 【解答解答】临界水力坡降临界水力坡降 由于实际水力坡降由于实际水力坡降i i，故土坝地基出口处土体不会发生故土坝地基出口处土体不会发生流土破坏流土破坏 允许水力坡降允许水力坡降 4 4 渗流破化的防治措施渗流破化的防治措施（1）水工）水工建筑物渗流处理措施建筑物渗流处理措施 水工建筑物的防渗工程措施一般以水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏上堵下疏”为原则，上游为原则，上游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形变形 垂直截渗垂直截渗 主要目的主要目的:延长渗径，降低上、下游的水力坡度，若垂直截渗能完延长渗径，降低上、下游的水力坡度，若垂直截渗能完全截断透水层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等全截断透水层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等均属于垂直截渗均属于垂直截渗 设置水平铺盖设置水平铺盖 上游设置水平铺盖，与坝体防渗体连接，延长了水流渗透路径上游设置水平铺盖，与坝体防渗体连接，延长了水流渗透路径 粘土铺盖粘土铺盖排水减压排水减压 粘性土粘性土含水层含水层减压井减压井为减小下游渗透压力，在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置为减小下游渗透压力，在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽减压井或深挖排水槽 2.基坑开挖防渗措施基坑开挖防渗措施人工降水人工降水 采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位在基坑内（外）设置排在基坑内（外）设置排水沟、集水井，用抽水水沟、集水井，用抽水设备将地下水从排水沟设备将地下水从排水沟或集水井排出或集水井排出原地下水位原地下水位明沟排水明沟排水原水位面原水位面一级抽水后水位一级抽水后水位二级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水多级井点降水要求地下水位降得较深，要求地下水位降得较深，采用井点降水。在基坑周采用井点降水。在基坑周围布置一排至几排井点，围布置一排至几排井点，从井中抽水降低水位从井中抽水降低水位 设置板桩设置板桩 沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降地下水的渗流路径，减小水力坡降钢板桩钢板桩水下挖掘水下挖掘 在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，并同时进行挖掘并同时进行挖掘 2.7 土的动力特性2.7.1土的压实原理及作用土的压实原理及作用 原理：原理：使用一定的压实、振动机具，使土颗粒重使用一定的压实、振动机具，使土颗粒重新组合、彼此挤紧、空隙减小新组合、彼此挤紧、空隙减小，形成密实的整体，形成密实的整体，达到压实的目的。达到压实的目的。作用：作用：土体经过压实之后，内摩阻力和粘聚力大大土体经过压实之后，内摩阻力和粘聚力大大增强，使土体的强度增大，稳定性增强；压实使土增强，使土体的强度增大，稳定性增强；压实使土体的透水性明显减低、毛细水作用减弱，水稳定性体的透水性明显减低、毛细水作用减弱，水稳定性大大提高大大提高2.7.2击实试验及其影响因素击实试验及其影响因素 在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。轻型和重型两种。击实筒击实筒护筒护筒击锤击锤导筒导筒轻型击实试验轻型击实试验适用于粒径小于适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为的土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为击锤质量为2.5kg。把制备成，把制备成，每层土料用击锤均匀锤击每层土料用击锤均匀锤击25下，下，击锤落高为击锤落高为30.5cm 重型击实试验重型击实试验适用于粒径小于适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为的土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为击锤质量为4.5kg，击锤落高为击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层分五层击实，每层56击。击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度1.击实试验击实试验2 土的击实曲线击实曲线的特点 具有峰值 击实曲线位于理论饱和曲线的左边 击实曲线左陡右缓 影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功能、土的种类和级配等能、土的种类和级配等 （1 1）含水量的影响）含水量的影响2 2 影响击实效果的因素影响击实效果的因素 填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土低，填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响到工程质量到工程质量 最佳含水量最佳含水量：在一定的压实功下使土最容易压实，并：在一定的压实功下使土最容易压实，并能达到最多密实度时所对应的含水量称为最佳含水量能达到最多密实度时所对应的含水量称为最佳含水量0d击数击数403020饱和线饱和线.土料的最大干密度和最土料的最大干密度和最优含水量不是常数。最大优含水量不是常数。最大干密度随击数的增加而逐干密度随击数的增加而逐渐增大渐增大,最优含水量逐渐减最优含水量逐渐减小。同时，光凭增加击实小。同时，光凭增加击实功能来提高土的最大干密功能来提高土的最大干密度是有限的度是有限的 当含水量较低时击数的当含水量较低时击数的影响较显著。当含水量较影响较显著。当含水量较高时，含水量与干密度关高时，含水量与干密度关系曲线趋近于饱和线，这系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的时提高击实功能是无效的 （2）击实功能的影响击实功能的影响（3）土类和级配的影响土类和级配的影响土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实。易于压实，级配不良的土，不易压实。含粗粒越多的土样其最大干密度越大，而最佳含含粗粒越多的土样其最大干密度越大，而最佳含水量越小，即随着粗粒土的增多，击实曲线形态不水量越小，即随着粗粒土的增多，击实曲线形态不变但朝左上方移动。变但朝左上方移动。2.8 土（岩）的工程分类v1 1分类的目的和原则分类的目的和原则 目的：土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流分类原则：分类原则：（1）分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便（2）土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性v2 2 分类体系与方法分类体系与方法 分类体系：分类体系：（1）.建筑工程系统分类体系建筑工程系统分类体系（2）工程材料系统分类体系工程材料系统分类体系侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：建筑地基基础设计规范例如：建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地地基土分类方法基土分类方法侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，例如：土的分类标准工程。研究对象为扰动土，例如：土的分类标准(GBJ145-90)工程用土的分类和公路土工试验规程工程用土的分类和公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类土的工程分类3 3建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)分类 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类（1）岩石岩石 颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类分类 坚硬程度类别坚硬程度类别饱和单轴抗压饱和单轴抗压强度强度frk(Mpa)坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩30frk60frk6015frk305frk15frk5（2）.碎石土的分类碎石土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土的土称为碎石土土的名称土的名称漂石漂石块石块石卵石卵石碎石碎石圆砾圆砾角砾角砾颗粒形状颗粒形状圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒含量超过全重粒含量超过全重50粒径大于粒径大于20mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50粒径大于粒径大于2mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50注注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定碎石土的分类碎石土的分类（3）.砂土砂土 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒的土，且粒径大于径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土的土称为砂土 土的名称土的名称砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量占全重的颗粒含量占全重2550注注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重85粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50砂土的分类砂土的分类（4）粉土的分类粉土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%，塑，塑性指数性指数IP10的土称为粉土的土称为粉土（5）粘性土的分类粘性土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%，塑性，塑性指数指数IP10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分土的名称土的名称粘土粘土粉质粘土粉质粘土塑性指数塑性指数注：注：塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆圆锥体沉入土样中深度为锥体沉入土样中深度为10mm测定的液限计算而得测定的液限计算而得 IP1710IP17（6 6）人工填土的分类人工填土的分类 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱较杂乱,均匀性较差，根据其物质组成和成因均匀性较差，根据其物质组成和成因,可分为素填土、可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土压实填土、杂填土和冲填土 4土的分类标准土的分类标准(GBJ14590)分类 根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类粒土和细粒土四大类（1)巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土的分类 土中粒径大于土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属之间，属于含巨粒土于含巨粒土(2)粗粒土的分类粗粒土的分类 巨粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类分为砾类土和砂类土两类(3)细粒土的分类细粒土的分类 土中粒径小于土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。的土属于细粒土。图中液限为图中液限为17mm液限液限细粒土按塑性图进行细分细粒土按塑性图进行细分v例题分析例题分析n【例】下图为某三种土下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线的颗粒级配曲线,试按试按地基规范分类法确定三种土的名称地基规范分类法确定三种土的名称【解答】解答】A土土:从从A土级配曲线查得土级配曲线查得,粒径小于粒径小于2mm的占总土质量的占总土质量的的67%、粒径小于、粒径小于0.075mm占总土质量的占总土质量的21%,满足粒满足粒径大于径大于2mm的不超过的不超过50%,粒径大于粒径大于0.075mm的超过的超过50%的要求的要求,该土属于砂土；该土属于砂土；又由于粒径大于又由于粒径大于2mm的占总土质量的的占总土质量的33%,满足粒径大满足粒径大于于2mm占总土质量占总土质量25%50%的要求的要求,故此土应命名为故此土应命名为砾土砾土 B土土:粒径大于粒径大于2mm的没有的没有,粒径大于粒径大于0.075mm占总土质占总土质量的量的52%,属于砂土。按砂土分类表分类属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为此土应命名为粉砂粉砂 C土土:粒径大于粒径大于2mm