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1、土力学与地基基础主讲：吉力此且 工程师/全国注册二级建造师四川科技职业学院 土木与建筑工程学院,第一章 土的性质及工程分类,1.1 土的组成与形成 1.2 土的物理性质指标 1.3 土的物理状态指标 1.4 土的结构与构造 1.5 土的工程分类 1.6 土的现场鉴别 1.7 土的击实性 1.8 土的渗透性,土：狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。广义：土则是将整体岩石也视为土,风化,搬运、沉积, 1 土的形成,1.1 土的形成与组成,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体,次要作用,1.1 土的形成与组成, 2 土的组
2、成,物理状态 力学特性,粒径级配,矿物成分,颗粒形状,1.1 土的形成与组成, 3 土中的固体颗粒,1.3.1 土的固体颗粒粒组,卵石或碎石颗粒 (20200mm) 圆砾或角砾颗粒 (220mm) 砂 (0.0752mm),粉粒(0.0050.075mm)粘粒(5 ，Cc13,1.3.3 土的固体颗粒颗粒级配分析方法,颗粒分析试验筛分法：粒径600.075mm静水沉降法（沉降分析法）：粒径0.075mm,1.3.3 土的固体颗粒筛分法,筛分法,筛析机,10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1,200g,10 16 18 24 22 38 72,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径
3、(mm),P % 95 87 78 66 55 36,土的粒径级配累积曲线,筛分法,粒径级配,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 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：如果 Cu 5且 C c = 1 3 ， 级配 良好的土；如果 Cu 3 或 Cc 1, 级配 不良的土,1.4.1 土中水和气土中水,土中水-土中水是土的液体相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪
4、性等，都直接或间接地与其含水量有关。,1.4.1 土中水和气,土中水,自由水,结合水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。,自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。,结晶水,结晶水：土粒矿物内部的水。,2.2.2 土中水和气,强结合水-具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。,弱结合水,自由水-可以传递静水压力 、能溶解盐类。,1.4.2 土中水和气自由水,毛细水：存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。 重力水：存在于地下水位以下的透水土层中的水。当存在水头差时将产生流动。,毛细水
5、： 存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。,1.4.3 土中水和气毛细水,毛细管水上升高度的影响因素,孔隙大小和形状粒径尺寸水的表面张力,1.4.2 土中水和气毛细水,重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用 。 应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计,1.4.3 土中水和气重力水,1.4.4 土中水和气土中气,与大气相通,无影响，易挤出,与大
6、气不相通（空气、水气、天然气）,压力作用下可压缩或融解,土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬程度,土的物理性质指标 (松密程度、干湿程度、轻重程度),力学特性,直接影响,表示,1.2 土的物理性质指标,土的三个组成相的体积和质量上的比例关系,1.2 土的物理性质指标,表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。 注意：土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大
7、，承载力越高。,1.2 土的物理性质指标,1.2 土的物理性质指标土粒相对密度,土粒比重（土粒相对密度）：土粒密度与4时纯水的密度之比，一般用ds表示，无量纲。即：,土粒比重决定于土的矿物成分，同一种类的土，其比重变化幅度很小。 试验室内用比重瓶测定。,1.2 土的物理性质指标天然密度,天然密度 ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为g/cm3或t/m3，即：,天然密度取决于土粒密度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合反映了土的物质组成与结构特征，其变化范围较大。一般粘性土= 1.82.0g/cm3；砂土=1.62.0g/cm3。天然密度一般用“环刀法”测定 。,1.2 土的物理性质指标天然密度,1
8、.2 土的物理性质指标含水量,土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：,含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用“烘干法”确定。,1.2 土的物理性质指标含水量,1.2 土的物理性质指标干密度和干容重,干密度d（干容重d）,定义：单位体积内土粒的质量或重量。表达式：,1.2 土的物理性质指标饱和密度和饱和容重,饱和密度sat（饱和容重sat ）,定义： 土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量。 表达式：,1
9、.2 土的物理性质指标浮密度和浮容重,定义：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差。 表达式：,浮密度 （浮容重 ）,1.2 土的物理性质指标密度,1.2 土的物理性质指标孔隙比与孔隙率,土的孔隙比e ：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。即：,土的孔隙率n ：土中孔隙所占体积与总体积之比，孔隙率用百分数表示。即：,1.2 土的物理性质指标孔隙比和孔隙率,e是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般e1.0的土是疏松的高压缩性土。一般来说粗粒土的孔隙率大，细粒土的孔隙率小。,1.2 土的物理性质指标饱和度,土的饱和度Sr: 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以
10、百分率计，即：,1.2 土的物理性质指标指标换算,例1：已知 V=60cm3，m=114g，ds=2.67，ms=92g试求 ， d， sat，w，e，Sr例2：已知某饱和土样 ds=2.73， sat =1.82g/cm3试求 e 例3：某填方工程，V=30000 m3 ，要求压实干密度 d=1.7t/m 3 ，现有土料天然密度 =1.64t/m 3 ，含水量w=15%。试求 需要填多少方土？,1.3 土的物理状态,无粘性土的土粒之间的联结微弱，因此其工程性质主要与密实度有关； 粘性土颗粒很细，比表面积大，水对其性质影响较大，因此其工程特性主要取决于稠度。,1.3.1 无粘性土的密实度,无粘
11、性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。密实度的评价方法有三种： 1、 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 2、 利用标准贯入试验等原位测试方法 3、 野外观测方法 （用于碎石土）,1.3.1 无粘性土的密实度,相对密实度：砂土的密实程度并不完全取决于天然孔隙比，而很大程度上取决于土的级配情况，相对密实度同时反映了孔隙比和级配的影响，以Dr表示。,最小孔隙比是最紧密状态的孔隙
12、比，用“振击法”测定。最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用“松砂器法”测定。,虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗粒形状等因素。但由于对砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。规范用标准贯入试验的锤击数来划分砂土的密实度。,砂 土 的 密 实 度,1.3.1 无粘性土的密实度标准贯入试验,碎石土的密实度碎石土更不宜取得原状土样，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、稍密、松散四种。,1.3.1 无粘性土的密实度野外观测法,1.3.2 粘性土的物理特性,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,刚沉积
13、的粘土，本身不能保持其形态，极易流动,外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状,水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩。,含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂。,体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡。,固态或半固态,塑态,流态,强结合水,弱结合水,自由水,含水量,w,1.3.2 粘性土的稠度与界限含水量,粘性土,0 ws w p w L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。,粘性土的稠度反映土中水的形态,1.3.2 粘性土的稠度与界限含水量,粘性土,0 ws w p w L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,粘性土的界限含水量：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（Atterberg 1911）。,界限含水量的测定方法：塑限：搓条法液限：锥式液限仪（碟式液限仪）。,
