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1、第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体固相（土颗粒） 、液相（土中水）和气相（土中空气） 。固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。2.土粒颗粒级配（粒度）2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。粒径大于等于 0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。粒径小于等于 0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。颗粒级配曲线斜率: 某粒径范围内颗粒的含量。陡 相应粒组质量集中；缓-相应粒组含量少；平台-相应粒组缺乏。特征粒径: d50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30 粗细程度
2、： 用 d50 表示。 曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数 Cu = d60 / d10 ，Cu 5,级配均匀，不好Cu10 ,，级配良好，连续程度:曲率系数 Cc = d302 / (d60 d10 )。较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。Cc = 1 3, 级配连续性好。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）不均匀系数 Cu 用于判定土的不均匀程度：Cu 5, 不均匀土； Cu 3 或 Cc 3 或Cc 、土中水土中水存在于土体的孔隙中或土粒表面，分为自由水和结合水。自由水就是我们通常所说的地下水，结合水是指受到电分子引力作用而吸附在土粒表面的水
3、。结晶水矿物内部的水结合水吸附在土颗粒表面的水（强结合水和弱结合水）自由水电场引力作用范围之外的水（重力水和毛细水）重力水：在重力作用下可在土中自由流动。毛细水：存在于固气之间，在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动. 土中气体自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道，可能会形成“橡皮土” 。土的三相比例指标反映三相组成间数量关系的指标称为三相比例指标。它是评价土体工程性质的基本参数。m水、土总质重，kg；m s土颗粒质量，kg；m w土中水质量，kg。且 m=ms+mw。V-土体总体积，m 3；Vs-土粒体积，m 3；V w-土中水体积，m 3；V
4、a-土中气体体积，m 3；V V-土中孔隙体积，m3。且 V=Vs+VV；V V=Va+ Vw。土的三项基本物理指标密度 ：单位体积土的质量 常见值：重力密度 ：单位体积土的重量 常见值：土粒密度 s：土中固体颗粒单位体积的质量 土粒相对密度 ds：土颗粒重量与同体积 4C 时纯水的重量比。)(g3N 3)216(mkNsV即： ssVWd)2016g常见值：砂土26.526.9 粉土27.027.1 粘性土27.227.4土的含水量 ：土中水的质量与固体颗粒质量的比值 常见值：砂土（04） ； 粘性土（2060）土的六个导出指标1、孔隙比 e：土中孔隙体积与土颗粒体积之比 常见值：砂土0.5
5、1.0，e 1.0 时，为软弱地基2、孔隙率 n：土中孔隙体积与土总体积之比 常见值：n=(3050)%3 饱和度 sr：水在空隙中充满的程度 常见值：01vwrVs4 干密度：土的固体颗粒质量与总体积之比 msd5、饱和密度：土中孔隙完全被水充满时，单位体积质量 饱和容重：6、有效密度：地下水位以下，土体受浮力作用时，单位体积的质量有效重度（浮容重）： g指标间的换算导出指标与基本指标的关系eVmsssd1)( eVemwsswsws 1)1( eVmwswvs1sat )(01)()( sswsssswsssv dVe粘性土的物理特性指标粘性土的界限含水量及其测定粘性土所处的物理状态（软硬
6、状态）与土的含水量密切相关。当含水量很小时，感觉较硬，外力作用下，将其压碎成粉沫状；我们称其处于固体状态，少加一点水，充分湿润加压后，感觉稍软，加力压碎后成边缘破裂的饼状，称其为半固态；再加水充分湿润，它就具有一定的可塑性；水加的过多，就成了流塑状态的泥浆状。粘性土从一种状态转变到另一种状态，含水量应有一个分界值，我们称其为界限含水量，分别称为液限、塑限和缩限。1.液限 WL粘性土从可塑状态转变到流塑状态时含水量的分界值，称为粘性土的液限，记为 WL。2.塑限 Wp粘性土从可塑状态转变到半固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的塑限，记为 Wp 3.缩限 Ws从半固体状态转变到固体状态时含水量的
7、分界值，称为粘性土的缩限，记为 Ws。塑性指数 Ip：粘性土液、塑限差值（去掉百分号）称为粘性土的塑性指数，记为 Ip 。Ip = W L -Wp 塑性指数反映的是粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围；而粘性土与水作用能力的大小与粒径密切相关，这段范围越大，说明土体中细粒土含量越多；土体中蒙脱土矿物含量越多；说明土体中弱结合水含量就越多，土粒表面吸附的阳离子层厚度就越厚，由此推断：土中低价离子含量就越多，土的渗透性就越差、阻水性就越好。因此，塑性指数 Ip 是粘性土各种影响因子作用后的一个综合反映，从一定程度上，反映了粘性土的工程性质。它是粘性土命名的依据。工程上，用塑性指数 Ip 对粘性土进
8、行工程分类。 Ip 17 粘土 10 Ip 10 -3cm/s）的土，例如砂土。 hAtQLktkiAtvqtQ2.变水头试验整个试验过程水头随时间变化。适用于透水性差，渗透系数小的粘性土。任一时刻 t 的水头差为 h，经时段 dt 后，细玻璃管中水位降落 dh，在时段 dt 内流经试样的水量 dQ=adh 在时段dt 内流经试样的水量 dQ=k.I.A.dt=k.A.h/L.dt 管内减少水量流经试样水量 a.dh=k.A.h/L.dt 分离变量，积分 212ln)(tAaLk3.现场抽水试验单一土层可以取样在室内测定，实际上土体都是成层的，有时室内测定结果很难代表现场实际，这时亦可采用现场
9、测试方法确定 k 值。根据井底土层的情况此井可分为完整井（井底位于不透水层）和非完整井（井底位于透水土层）两种类型；假设抽水孔钻至不透水层层面，属于完整井。钻孔1 个抽水孔，12 个观测孔，开始抽水！ LI0坚硬0.25硬塑0.75可塑1.0软塑 流塑Lhi在t 时间内，抽水量为 Q，并在土中形成一个降落漏斗，假定在任一半径处，水头梯度为常数，即 i=dh/dr， 任一点的过水断面为 2.r.h。Q=k.i.A. t=k.(dh/dr).A. t=k.(dh/dr).(2.r.h). t4.水平渗流层状地基的等效渗透系数条件： LhijjxxqjH等效渗透系数： ， 即得：ikv jjjjx
10、Hkik jxHk1常水头 变水头现场抽水 水平渗流竖直渗流 成层土渗透系数 2121 hr dtkdQ )(ln2112htkrQ 122ln)(rhtQkQ截面面积 aA2地 面 r抽 水 量观测孔H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL11 22不透水层H1H2H3Hhk1k2k3xzv承压水F31H4、竖直渗流层状地基的等效渗透系数条件： vjjhjH等效渗透系数 kz：v j = kj (h j/Hj) 因为 ， 推出jjkvzkvhjhjzkvHjzjz kH16.成层土的渗透系数实际工程中均是成层土，其渗透分为竖向渗透和水平向渗透两种。a.水平向渗流的平均渗透系数 k
11、x设各层土的渗透系数分别为 k1、 k2 、k 3 ，层厚分别为 H1 、H 2 、H 3 ，面积分别为 F1 、F 2 、F 3 ，流量为 Q1 、 Q2 、 Q3 ，总流量为 Q，则 Q1 = k1.i1. F1.t，Q 2 = k2.i2. F2.t，Q 3 = k3.i3. F3.t 水平向流动，各层土的水头梯度均相同，即 i= i1 = i2 = i3 总截面面积 F= F1 + F2 + F3 ，总流量 Q= Q1 + Q2 +Q3 即总流量 Q=kh.i.F.t = k1.i1. F1.t + k2.i2. F2.t + k3.i3. F3.t 所以有： niiiixx Hkk
12、1321相 等 时当 宽 度b.竖向渗流的平均渗透系数 kz此时，总流量等于各层流量，即 Q = Q1 = Q2 = Q3，总水头损失等于各土层水头损失之和；渗流面积相等： F = F1 = F2=F3， h= h1+h 2 +h 3，影响渗透性的因素1.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愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。 2.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。3.水的动力粘滞系数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。4.土中封闭气体含量土中封闭
13、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。tiFQk th)(321 thhQ )(321 tFkHttkz )(32132321Hkzniinii动水力渗透力、渗流力水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力 GDGD= J/V = wh/L = w i渗透变形土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏。基本类型：流砂与管涌。6、流砂：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。形成原因： ， 和土的密实度有关。crDiW0 edVWss1（2）管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地
14、表贯通的管道。形成原因：内因有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙；外因渗透力足够大。流砂与管涌比较：现象：流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动；管涌土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动。位置：流砂只发生在水流渗出的表层；管涌可发生于土体内部和渗流溢出处。土类：流砂只要渗透力足够大，可发生在任何土中；管涌一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土。历时：流砂破坏过程短；管涌破坏过程相对较长。后果：流砂导致下游坡面产生局部滑动等；管涌导致结构发生塌陷或溃口。防治措施：1)水工建筑物渗流处理措施 水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则，上游截渗、延长渗径，减小渗透压力，防止渗透变形。垂直截渗 ；设置水平铺盖；设置反滤层；排水减压。2)基坑开挖防渗措施工程降水设置板桩 水下挖掘。321321kHkz 冻土在冰冻季节因大气负温影响，土中水分冻结形成冻土。季节性冻土冬季冻结，夏季全部融化的冻土。多年冻土冻结状态持续三年或三年以上的土层。冻土现象由冻结和融化两种作用所引起的一些独特的现象。我国的冻土世界第三冻土大国，多年冻土占国土面积的 23% ，季节性冻土占国土面积的 50%以上。一 冻土现象冻胀现象土体冻结后形成冻土，水冻结后成冰；由于水结成冻的过程中体积要增大 9%，所以当土体中参与冻结的水份过多时，土体便发生体积膨胀，使地面隆起成丘，即冻胀现象。冻胀危害路基
