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1、0.1 土力学与地基基础的研究对象土力学与地基基础的研究对象 什么是土力学与地基基础？什么是土力学与地基基础？ 土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论0 绪论绪论0.1.1 土和土力学土和土力学（1）定义）定义 是岩石风化的产物，是母岩风化后经搬运、沉积等地是岩石风化的产物，是母岩风化后经搬运、沉积等地质作用形成的岩石碎屑和单独矿物颗粒组成的集合体。质作用形成的岩石碎屑和单独矿物颗粒组成的集合体。（2）特性）特性三相系、性质复杂多变三相系、性质复杂多变散粒体散粒体视为连续体分析视为连续体分析强度较低、压缩性较大、可渗透性强度较低、压缩性较大、可渗透性非线性弹性、弹塑性非线性弹性、弹塑性1
2、（3）作用）作用地基地基环境环境材料材料（5）土力学）土力学以以各门力学各门力学与与工程实践工程实践相结合为基础，以相结合为基础，以土土为研究对为研究对象，研究土的象，研究土的物理特性物理特性及其受及其受力力后后应力应力、变形变形、强度强度、稳稳定定和和渗透渗透等特性及其随等特性及其随时间时间变化规律的学科，它是力学的变化规律的学科，它是力学的一个分支。一个分支。（4）简单分类）简单分类粘性土和无粘性土粘性土和无粘性土细粒土和粗粒土细粒土和粗粒土土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论20.1.2 地基和基础地基和基础（a）水闸）水闸（b）柱子）柱子上部结构上部结构基础基础地基地基土力学与
3、地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体是一整体3土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论阿联酋迪拜全阿联酋迪拜全球最高的球最高的“哈哈利法塔利法塔 迪拜迪拜大厦大厦”，162层，层，高高818m。4土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6年，花费年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，是连接东德和西德的重要项目。是连接东德和西德的重要项目
4、。5土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论贵州贵州北盘江大桥号称亚洲第一高桥，主跨北盘江大桥号称亚洲第一高桥，主跨388米，米，我国首座采用双向预应力砼加劲板梁设计的特大型桥梁。我国首座采用双向预应力砼加劲板梁设计的特大型桥梁。6土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论7土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（2）基础（）基础（foundation ）d d( (D Df f) )b b( (B B) )地基地基地面地面基础底面基础底面基础基础N N连接上部结构和地基连接上部结构和地基的部分，其承受上部结构的部分，其承受上部结构的自重以及作用于建筑物的自重以及作用于建筑物上的各
5、种荷载，并将其扩上的各种荷载，并将其扩散传递给基础底面下的土散传递给基础底面下的土层。层。 深基础和浅基础深基础和浅基础刚性基础和柔性基础刚性基础和柔性基础8土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（3）地基（）地基（subgrade,foundation soil）由于建筑物的修建而由于建筑物的修建而引起应力状态发生改变的引起应力状态发生改变的地（土）层。地（土）层。地基的持力层地基的持力层地基的持力层地基的持力层：基础：基础底面下直接承受荷载，底面下直接承受荷载，对地基起主要作用的对地基起主要作用的土层，或基础直接搁土层，或基础直接搁置其上的土层。置其上的土层。地基的下卧层地基的下卧层
6、地基的下卧层地基的下卧层：持力：持力层下受荷载影响较小层下受荷载影响较小的土层。的土层。天然地基和人工地基天然地基和人工地基地基地基地面地面基础底面基础底面基础基础N N地基持力层地基持力层地基下卧层地基下卧层影响深度影响深度附加应力大小附加应力大小附加应力分布附加应力分布9土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（4）地基基础设计原则）地基基础设计原则地基的强度条件地基的强度条件地基的变形条件地基的变形条件综合考虑地基、基础与上部结构三者的相互关系综合考虑地基、基础与上部结构三者的相互关系综合考虑安全、经济、合理、可行性综合考虑安全、经济、合理、可行性10土力学与地基基础土力学与地基基础
7、0 绪论绪论0.2 土力学与地基基础的重要性土力学与地基基础的重要性 为什么学习土力学与地基基础？为什么学习土力学与地基基础？ 0.2.1 土力学与地基基础的重要性土力学与地基基础的重要性隐蔽工程隐蔽工程造价高、工期长造价高、工期长地基与基础的复杂性地基与基础的复杂性失事后果严重失事后果严重 应用广泛，应用广泛，高层建筑和大型工程的要求高层建筑和大型工程的要求地基：变形、强度、渗流和地震等地基：变形、强度、渗流和地震等 地基：变形、强度、渗流和地震等地基：变形、强度、渗流和地震等 基础：断裂、滑移等基础：断裂、滑移等 11土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论Ref：建筑地基基础设计规范
8、建筑地基基础设计规范GB50007-20110.2.2 国内外工程事故示例国内外工程事故示例 0.2.2.1 0.2.2.1 变形变形 倾斜倾斜局部倾斜局部倾斜沉降差沉降差沉降量沉降量地基变形特征：地基变形特征：12土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（1）倾斜）倾斜比萨斜塔比萨斜塔8层层55m直径直径16m偏离中心偏离中心5.27m倾斜倾斜5.5度度 修建时间修建时间:11731370 高耸结构高耸结构地基持力层为地基持力层为粉砂、下面为粉粉砂、下面为粉土和粘性土；粘土和粘性土；粘土由南向北变薄土由南向北变薄13土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论苏州虎丘塔苏州虎丘塔14土力
9、学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论苏苏州州虎虎丘丘塔塔高耸结构高耸结构地基覆盖层相差悬殊地基覆盖层相差悬殊落成于宋代落成于宋代961年年高高47.5m，7层层塔顶偏离中心线塔顶偏离中心线2.31m, 塔身现不少裂缝塔身现不少裂缝15土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论虎丘塔地基为人工地虎丘塔地基为人工地基，覆盖层厚度西南基，覆盖层厚度西南为为2.8m，东北为，东北为5.8m，厚度相差，厚度相差3.0m，这，这是虎丘塔发生倾斜的是虎丘塔发生倾斜的根本原因。此外，南根本原因。此外，南方多暴雨，雨水渗入方多暴雨，雨水渗入地基块石填土层，冲地基块石填土层，冲走块石之间的细粒土，走块石之间
10、的细粒土，形成很多空洞，这是形成很多空洞，这是虎丘塔发生倾斜的重虎丘塔发生倾斜的重要原因。要原因。 16土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（2）建筑地基严重下沉）建筑地基严重下沉墨墨西西哥哥市市艺艺术术宫宫(1904)17土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论地基土为超高压地基土为超高压缩性淤泥缩性淤泥,天然天然孔隙比孔隙比712，天然含水率天然含水率150 600，为，为世界罕见的软弱世界罕见的软弱土，层厚土，层厚 25m。下沉达下沉达4m，旁边，旁边的道路下沉的道路下沉2m 。 18土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论上上海海展展览览中中心心馆馆地基土为高压缩性淤泥
11、质软土地基土为高压缩性淤泥质软土 19541979平均沉降平均沉降160cm，前，前6个月沉降个月沉降60cm19土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论大型建筑物大型建筑物变形时间长变形时间长地基土为高压缩性土，如淤泥质土、火山灰等地基土为高压缩性土，如淤泥质土、火山灰等沉降量大的特点：沉降量大的特点：地基可压缩土层厚地基可压缩土层厚20土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论墨墨西西哥哥城城（3）沉降差、局部倾斜）沉降差、局部倾斜21土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论22土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（1）地基承载力）地基承载力0.2.2.2 0.2.2.2
12、 强度强度 加加拿拿大大特特朗朗斯斯康康谷谷仓仓失事原因：未进行调查研究，而是根据相邻结构物基槽开挖失事原因：未进行调查研究，而是根据相邻结构物基槽开挖试验结果估算，导致地基超载发生强度破坏而滑动。试验结果估算，导致地基超载发生强度破坏而滑动。23土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论美国纽约某水泥仓库美国纽约某水泥仓库失事原因：粘土地基、超载失事原因：粘土地基、超载24土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论（2）边坡失稳）边坡失稳香香港港宝宝城城大大厦厦25土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论1级平台级平台3级平台级平台2级平台级平台三三峡峡泄泄滩滩滑滑坡坡26土力学与地
13、基基础土力学与地基基础0 绪论绪论图图图图1-3 1-3 四川红花水库滑坡示意图四川红花水库滑坡示意图四川红花水库滑坡示意图四川红花水库滑坡示意图失事原因：失事原因：失事原因：失事原因： 土的抗剪强度低土的抗剪强度低 设计坝坡较陡设计坝坡较陡 坝体填筑迅速，孔压来不及消散坝体填筑迅速，孔压来不及消散淤泥质软土淤泥质软土淤泥质软土淤泥质软土27土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论0.2.2.3 0.2.2.3 渗流及渗透变形渗流及渗透变形 堤坝管涌破坏堤坝管涌破坏下沉下沉下沉下沉管涌管涌管涌管涌堤坝渗流破坏示意图堤坝渗流破坏示意图堤坝渗流破坏示意图堤坝渗流破坏示意图（1）渗流产生浮力渗流
14、力渗流产生浮力渗流力（2）渗流破坏形式：流土和管涌渗流破坏形式：流土和管涌 徐州市区塌陷徐州市区塌陷 美国一净水工厂美国一净水工厂28土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论 山东蒙城节制闸山东蒙城节制闸粉质粘土和细砂层粉质粘土和细砂层粉质粘土和细砂层粉质粘土和细砂层山东蒙城节制闸示意图山东蒙城节制闸示意图渗径短路渗径短路渗径短路渗径短路渗透变形渗透变形渗透变形渗透变形不均匀沉降不均匀沉降不均匀沉降不均匀沉降陷落倒塌陷落倒塌陷落倒塌陷落倒塌29土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论Sand boilsSand boils0.2.2.4 0.2.2.4 液化液化 30土力学与地基基础土
15、力学与地基基础0 绪论绪论上海莲花小区一上海莲花小区一13层楼房倒塌示意图层楼房倒塌示意图 0.2.2.5 0.2.2.5 地下洞室开挖、施工等地下洞室开挖、施工等31土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论0.2.2.6 0.2.2.6 建筑物基础开裂建筑物基础开裂 南京分析仪器厂职工住宅南京分析仪器厂职工住宅 北京大学气轮机基座北京大学气轮机基座 0.2.2.7 0.2.2.7 建筑物基槽变位滑动建筑物基槽变位滑动 四层厚板结构楼四层厚板结构楼 上海上海18层科研楼层科研楼 0.2.2.8 0.2.2.8 冻融冻融 盘锦市房屋盘锦市房屋 大连市金州石棉矿大连市金州石棉矿 0.2.3 不
16、良地基处理成功实例不良地基处理成功实例 清华大学第四教学楼清华大学第四教学楼 苏州市里河桥新村住宅苏州市里河桥新村住宅32土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论0.3 本学科的发展简况本学科的发展简况 感性认识阶段感性认识阶段 理性认识阶段理性认识阶段 独立学科的形成阶段独立学科的形成阶段 1925年，太沙基（年，太沙基（Terzaghi）“土力学土力学（Eoubakmeceanik）”的出版，被公认为土力学的开始。的出版，被公认为土力学的开始。 发展阶段发展阶段33土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论0.4 本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法（1）研究对象的复杂多变性
17、）研究对象的复杂多变性（2）研究内容的广泛性）研究内容的广泛性（3）研究方法的特殊性）研究方法的特殊性 对于土的有关知识从感性阶段过渡到理性阶段，人们往对于土的有关知识从感性阶段过渡到理性阶段，人们往往把实际的复杂的土加以简化往把实际的复杂的土加以简化 土力学理论通常都应用一些土的物理力学指标和参数土力学理论通常都应用一些土的物理力学指标和参数 土力学中的公式和方法，绝大部分都是半理论半经验土力学中的公式和方法，绝大部分都是半理论半经验性的混合产物，注重理论联系实践性的混合产物，注重理论联系实践34土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论1 杨进良杨进良. 土力学土力学M. 北京北京: 中
18、国水利水电出版社中国水利水电出版社, 2006.2 周汉荣周汉荣, 赵明华赵明华. 土力学地基与基础土力学地基与基础M. 北京北京: 中国建中国建筑工业出版社筑工业出版社, 1997.参考资料：参考资料：35土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论掌握土、地基与基础的概念及其性质掌握土、地基与基础的概念及其性质了解土力学地基基础在土木工程中的重要性及发展概况了解土力学地基基础在土木工程中的重要性及发展概况了解土力学地基基础的学科特点了解土力学地基基础的学科特点熟悉课程的研究特点、学习要求和学习方法熟悉课程的研究特点、学习要求和学习方法 本章重点：本章重点：本章要求：本章要求：土、地基与基础
19、的概念及其性质土、地基与基础的概念及其性质36土力学与地基基础土力学与地基基础0 绪论绪论37土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1 工程地质概论工程地质概论1.1 概述（简）概述（简） 工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，它是地质学与土木、水利等工程之间的边缘学科，是研究它是地质学与土木、水利等工程之间的边缘学科，是研究地质体的性状、在人为改变条件下的变动及其与人类工程地质体的性状、在人为改变条件下的变动及其与人类工程活动之间的相互制约关系。活动之间的相互制约关系。 1.1.1 工程地质的内容与重点工程地质的
20、内容与重点1.1.2 建筑场地的形成建筑场地的形成 内力地质作用内力地质作用岩浆活动、地质运动、变质作用岩浆活动、地质运动、变质作用 外力地质作用外力地质作用38土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1.1.3 地质年代地质年代（1）地质相对年代：宙、代、纪、世（国际通用）地质相对年代：宙、代、纪、世（国际通用） 期、时（生物地理区）；期、时（生物地理区）；（2）地层单位：）地层单位： 宇、界、系、统、宇、界、系、统、 层、带；层、带；（3）宙：隐生宙和显生宙；）宙：隐生宙和显生宙；（4）代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代；）代：太古代、元古代、古生代、中生代、新
21、生代；（5）第四纪）第四纪Q：距今约：距今约200万年。万年。1.1.3.1 1.1.3.1 地质时代地质时代（1）绝对年代：又称同位素年代，是根据岩石中放射性）绝对年代：又称同位素年代，是根据岩石中放射性 元素蜕变产物的含量计算出来的。元素蜕变产物的含量计算出来的。（2）相对年代：表示地层相对新老关系的时代顺序。）相对年代：表示地层相对新老关系的时代顺序。 1.3.1.2 1.3.1.2 地质相对年代地质相对年代39土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论 矿物是地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素矿物是地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。组成岩石的
22、矿物称为造岩矿物（或化合物。组成岩石的矿物称为造岩矿物（30余种）。余种）。（1）按成因分类）按成因分类1.2 矿物与岩石（简）矿物与岩石（简）1.2.1 主要的造岩矿物主要的造岩矿物1.2.2 岩石的类型和性质岩石的类型和性质（1）矿物的种类：原生矿物和次生矿物）矿物的种类：原生矿物和次生矿物（2）矿物的主要物理性质）矿物的主要物理性质-形态、颜色、光泽、硬度、形态、颜色、光泽、硬度、解理、断口。解理、断口。 （3）矿物的鉴定方法）矿物的鉴定方法-肉眼鉴定法、偏光显微镜法。肉眼鉴定法、偏光显微镜法。1.2.2.1 1.2.2.1 岩石的类型岩石的类型 岩浆岩（火成岩）岩浆岩（火成岩） 沉积岩
23、（水成岩）沉积岩（水成岩） 变质岩变质岩40土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论（2）按坚固性分类）按坚固性分类 硬质岩石硬质岩石 软质岩石软质岩石（3）按风化程度分类）按风化程度分类 未风化未风化 微风化微风化 中等风化中等风化 强风化强风化1.2.2.2 1.2.2.2 岩石的性质（略）岩石的性质（略）41土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑。碎屑。1.3 第四纪沉积物（简）第四纪沉积物（简）1.3.1 残积层残积层1.3.2 坡积层坡积层 河床沉积层
24、河床沉积层 河漫滩沉积层河漫滩沉积层 河流阶地沉积层河流阶地沉积层 古河道沉积层古河道沉积层1.3.3 洪积层洪积层1.3.4 冲积层冲积层1.3.4.1 1.3.4.1 平原河谷冲积层平原河谷冲积层42土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论 滨海沉积物滨海沉积物 大陆架浅海沉积物大陆架浅海沉积物 陆坡沉积物陆坡沉积物 深海沉积物深海沉积物1.3.4.2 1.3.4.2 山区河谷冲积层山区河谷冲积层1.3.4.3 1.3.4.3 山前平原冲积洪积层山前平原冲积洪积层1.3.4.4 1.3.4.4 三角洲沉积层三角洲沉积层1.3.5 海相沉积层海相沉积层1.3.6 湖沼沉积
25、层湖沼沉积层 湖相沉积层湖相沉积层 沼泽沉积层沼泽沉积层1.3.7 冰积层和风积层冰积层和风积层 冰碛层冰碛层 冰水沉积层冰水沉积层43土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1.4 不良地质条件（简）不良地质条件（简）1.4.1 断层断层1.4.2 节理发育节理发育1.4.3 滑坡滑坡1.4.4 河床冲淤河床冲淤1.4.5 岸坡失稳岸坡失稳1.4.6 河沟侧向位移河沟侧向位移44土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1.5 地下水地下水1.5.1 地下水对工程的影响（略）地下水对工程的影响（略） 基础埋深基础埋深1.5.2 地下水分类（图地下水分类（
26、图1-13） 施工排水施工排水 地下水位升降地下水位升降 地下室防水地下室防水 水质侵蚀性水质侵蚀性 空心结构物浮起空心结构物浮起 承压水冲破基槽承压水冲破基槽 上层滞水上层滞水 潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。具有自由水面的重力水。 承压水承压水1.5.3 地下水位地下水位 初见水位初见水位 稳定水位稳定水位45土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1.5.4 地下水的运动地下水的运动土的渗透性：土体可被水透过的性质。土的渗透性：土体可被水透过的性质。1.5.4.1 1.5.4.1
27、 达西（达西（Darcy,1856Darcy,1856）定律）定律（1）定义定义 公式公式 渗透系数渗透系数 水力梯度水力梯度 流速流速v（2）适用范围：砂土、一般粘性土适用范围：砂土、一般粘性土46大小：大小： 土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1.5.4.2 1.5.4.2 动水力（渗透力）动水力（渗透力）（3）渗流作用于土骨架单位）渗流作用于土骨架单位体积上的力（体积上的力（单位体积单位体积 渗流渗流力力GD、j）为）为 （1）土颗粒对水流的阻力）土颗粒对水流的阻力 （2）总渗透力为渗透水流）总渗透力为渗透水流作用在土颗粒上的力，大作用在土颗粒上的力，大小为小为
28、方向：与渗流方向一致方向：与渗流方向一致 作用点：土骨架重心。作用点：土骨架重心。 47土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论（1）流土）流土（2）管涌）管涌1.5.4.3 1.5.4.3 渗透破坏形式渗透破坏形式 在渗流作用下，某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移在渗流作用下，某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象。它可以是整体性的，也可是局部性的。流土或砂动的现象。它可以是整体性的，也可是局部性的。流土或砂沸常发生于渗流出逸处而不发生于土体内部。沸常发生于渗流出逸处而不发生于土体内部。 在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过其粗大在渗流作用下，无粘性土体中的细小
29、颗粒，通过其粗大孔隙发生移动，或被水流带出的现象。它发生的部位可以在孔隙发生移动，或被水流带出的现象。它发生的部位可以在渗流出逸处，也可以在土体内部，故亦称之为渗流引起的潜渗流出逸处，也可以在土体内部，故亦称之为渗流引起的潜蚀现象。蚀现象。 （1-5） 临界水力梯度临界水力梯度 48土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1.5.5 地下水水质（简）地下水水质（简）（1）结晶性侵蚀）结晶性侵蚀（2）分解性侵蚀）分解性侵蚀（3）结晶分解复合型侵蚀）结晶分解复合型侵蚀49土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论1 杨进良杨进良. 土力学土力学M. 北京北京:
30、 中国水利水电出版社中国水利水电出版社, 2006.参考资料：参考资料：2 周汉荣周汉荣, 赵明华赵明华. 土力学地基与基础土力学地基与基础M. 北京北京: 中国建中国建筑工业出版社筑工业出版社, 1997.50土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论了解地质年代、工程地质的内容和重点了解地质年代、工程地质的内容和重点熟悉矿物与岩石的种类熟悉矿物与岩石的种类熟悉第四纪沉积层的分类及其特点熟悉第四纪沉积层的分类及其特点熟悉不良地质条件熟悉不良地质条件熟悉地下水对工程的影响、地下水位、水质熟悉地下水对工程的影响、地下水位、水质掌握地下水分类、达西定律、渗流力及渗流变形型式掌握地
31、下水分类、达西定律、渗流力及渗流变形型式 本章重点：本章重点：本章要求：本章要求：地下水分类地下水分类达西定律的定义及适用范围达西定律的定义及适用范围 渗流力及渗流变形型式渗流力及渗流变形型式 习题：习题：复习思考题复习思考题1.14、1.15习题习题1.7、1.851土力学与地基基础土力学与地基基础1 工程地质概论工程地质概论522.1 2.1 土的土的生生成与特性成与特性土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积第第2 2章章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学物
32、理力学性质性质 风化风化岩石岩石地球土土地球影响影响53生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物动植物的活动动植物的活动1 1 土的物性及分类土的物性及分类一一. . 风化风化有有 机机 质质1.11.1土的土的生生成成岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的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影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的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，形成作用而改变其矿物的化学成分
33、，形成新的矿物新的矿物54土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.1.2 土的结构和构造土的结构和构造指土在生成过程中形成的土粒空间排列及联结形式。指土在生成过程中形成的土粒空间排列及联结形式。2.1.2.1 2.1.2.1 土的结构土的结构（1）定义）定义（2）影响因素：矿物成分、颗粒大小形状、沉积条件）影响因素：矿物成分、颗粒大小形状、沉积条件（3）种类及其工程性质）种类及其工程性质单粒结构单粒结构凡粗颗粒凡粗颗粒土在沉积过程中，每个土在沉积过程中，每个颗粒在自重作用下单独颗粒在自重作用下单独下沉达到稳定状态。下沉达到稳定状态。图图 单粒结构单粒
34、结构单粒结构是粗粒土如单粒结构是粗粒土如砂土及砾石砂土及砾石等的结构等的结构特征。特征。 55土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类蜂窝结构蜂窝结构粉土、粘土粉土、粘土当土颗粒较细当土颗粒较细（d0.02mm）时，在水中单个下沉，）时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，因土粒之间的分子碰到已沉积的土粒，因土粒之间的分子引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引不再下沉，依次一粒粒被吸引，形成引不再下沉，依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。具有很大孔隙的蜂窝状结构。絮状结构絮状结构二级蜂窝结构，粒径较二级蜂窝结构，
35、粒径较细的粘土颗粒细的粘土颗粒 （d0.005mm）在水中）在水中长期悬浮，这种土粒在水中运动，相互长期悬浮，这种土粒在水中运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链环状的土集粒，碰撞而吸引逐渐形成小链环状的土集粒，质量增大而下沉，当一个小链环碰到另质量增大而下沉，当一个小链环碰到另一个小链环时相互吸引，不断扩大形成一个小链环时相互吸引，不断扩大形成大链环。大链环。蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构56土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.1.2.2 2.1.2.2 土的构造：同一土层中，土颗粒之间相互关系特征土的构造：同一土层中，土颗粒之间相互关系特征层状构
36、造层状构造土层由不同的颜色或不同的粒径的土组成土层由不同的颜色或不同的粒径的土组成层理，一层一层相互平行。反应不同年代不同搬运条件形层理，一层一层相互平行。反应不同年代不同搬运条件形成的土层，为细粒土的一个重要特征。成的土层，为细粒土的一个重要特征。分散构造分散构造土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂与土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石。卵石。结核状构造结核状构造在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，裂隙状构造裂隙状构造土体中有很多不连续的小裂隙，某土体中有很多不连续的小裂隙，某些硬塑或坚硬状态的粘土为此种构造。些硬塑或坚硬状态的粘土为此种构造。2.1.3 土的工
37、程性质（略）土的工程性质（略）2.1.4 土的生成与工程性质的关系（略）土的生成与工程性质的关系（略）572.2.1. 矿物成分原生矿物原生矿物 石英石英、长石长石、云母云母等次生矿物次生矿物 主要是主要是粘土矿物，包括三种类型粘土矿物，包括三种类型 高岭石高岭石、伊里石伊里石、蒙托石蒙托石;可可 溶盐；无定型氧化物胶体溶盐；无定型氧化物胶体2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.2.1. 2.2.1. 固体颗粒固体颗粒2.22.2土的三相组成土的三相组成粘土矿物粘土矿物: :由硅片和铝片构成的晶胞（晶格）所组合而成由硅片和铝片构成的晶胞（晶格）所组合而成581 1 土的物性土的物性及及分类分
38、类2.2.1. 2.2.1. 固体颗粒固体颗粒2.22.2土的三相组成土的三相组成硅片的结构（硅硅片的结构（硅-氧四面体）氧四面体）591 1 土的物性土的物性及及分类分类2.2.1. 2.2.1. 固体颗粒固体颗粒1.21.2土的三相组成土的三相组成铝片的结构（铝铝片的结构（铝-氢氧离子八面体）氢氧离子八面体）602 2 土的物性土的物性及及分类分类2.2.1 2.2.1 固体颗粒固体颗粒2.22.2土的三相组成土的三相组成粘土矿物的粘土矿物的晶格构造：晶格构造：二层型晶格二层型晶格三层型晶格三层型晶格高岭石高岭石蒙托石蒙托石伊利石伊利石粒径粒径比表面积比表面积亲亲 水水 性性胀胀 缩缩 性
39、性渗渗 透透 性性强度强度大大10-20m2/g小小小小大大大大中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大大大小小小小比表面积 ：单位质量土颗粒所拥有的总表面积9克蒙托石的总表面积大约与一个足球场一样大61土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.2.1.2 2.2.1.2 土颗粒的大小和形状（土粒粒组）土颗粒的大小和形状（土粒粒组）分界粒径分界粒径使土的性质呈质变的某些粒径。使土的性质呈质变的某些粒径。粒组粒组相邻分界粒径之间的粒径范围。相邻分界粒径之间的粒径范围。 粒径粒径/mm卵碎石卵碎石砾砾砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒漂块石漂块
40、石1/20022000.07560粘土粗砂碎石卵石颗粒级配颗粒级配各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示62土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.2.1.3 2.2.1.3 土粒分析方法土粒分析方法筛析法筛析法大于大于0.075mm土颗粒土颗粒密度计法密度计法小于小于0.075mm土颗粒土颗粒联合测定联合测定 确定土中各粒组的相对含量，通常用试验方法，称颗确定土中各粒组的相对含量，通常用试验方法，称颗粒大小分析试验，简称粒大小分析试验，简称颗分试验颗分试验。Sieve analysisHydrometer anal
41、ysis632.2.1. 2.2.1. 固体颗粒固体颗粒2 2 土的物性土的物性及及分类分类105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)2.22.2土的三相组成土的三相组成P%958778665536土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线沉降分析法沉降分析法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510642.2.1. 2.2
42、.1. 固体颗粒固体颗粒2 2土的物性土的物性及及分类分类2.22.2土的三相组成土的三相组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.0050.063 662.41特征粒径特征粒径: d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 限制限制粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30 : 中值粒径中值粒径不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 连续程
43、度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀粗细程度粗细程度： 用用d50 表示 65一一. . 固体颗粒固体颗粒1 1 土的物性土的物性及及分类分类1.21.2土的三相组成土的三相组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的颗粒级配累积曲线土的颗粒级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.
44、41R0.0300.545斜率斜率: : 某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大C c = 1 3, 级配连续性好级配连续性好66颗粒级配颗粒级配累积曲线及指标的用途颗粒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粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度：
45、 Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）Cu和和Cc用于判定砾类或砂类土的级配优劣：用于判定砾类或砂类土的级配优劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1g/cm1g/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的特性具有固体的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘
46、滞性弱结合水弱结合水69自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水 存在于地下水位以下透水层中存在于地下水位以下透水层中 在重力作用下可在土中自由流动在重力作用下可在土中自由流动 存在于地下水位以上透水层中存在于地下水位以上透水层中 在重力与表面张力作用下在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动可在土粒间空隙中自由移动2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.22.2土的三相组成土的三相组成2.2.2 2.2.2 土中水土中水702 2土的物性土的物性及及分类分类2.22.2土的三相组成土的三相组成2.2.2 2.2.2 土中水土中水土中毛细现象土中毛细现象 上升高度上升高度:毛细水毛细水分布
47、在土粒内部相互贯通的孔隙可以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、彼此看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管连通的毛细管毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比712.2.3 2.2.3 土中气体土中气体v自由气体：自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大与大气连通，对土的性质影响不大v封闭气体：封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道增加土的弹性；阻塞渗流通道2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.22.2土的三相组成土的三相组成722.3 土的三相比例指标土的三相比例指标土的物理状态土的物理状态无黏性土的松密程度无黏性土的松密程度黏性土的软硬状态黏性土的软硬状态2
48、2 土的物性土的物性及及分类分类土的三相比例指标土的三相比例指标( (三相间的比例关系三相间的比例关系) )力学特性力学特性影响影响表表示示73三相比例指标三相比例指标物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本
49、方法:三相草图法三相草图法741. 三相草图三相草图水气土粒VaVwVsVvVma=0mwmsm2 2 土的物性土的物性及及分类分类质量质量体积体积2.3 土的土的三相比例指标三相比例指标75三相草图三相草图2 2土的物性土的物性及及分类分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va V / ms m ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量
50、试验室测定试验室测定推导推导其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标762 2 土的物性土的物性及及分类分类2.2.室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积-土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的密度土的重度土的重度=g工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3定义定义: 土
51、单位体积的质量土单位体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标表达式表达式:相关指标相关指标:三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念试验方法试验方法:环刀法环刀法 g取取10 m/s2 772 2 土的物性土的物性及及分类分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量单位单位: 无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围: 粘性土粘性土 2.722.76 砂砂 土土 2.65-2.69 粉粒土粉
52、粒土 2.70-2.714C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度=1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义: 土粒质量与同体积土粒质量与同体积4 C时纯水的质量之比时纯水的质量之比 土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标表达式表达式:试验测定方法：比重瓶法试验测定方法：比重瓶法782 2 土的物性土的物性及及分类分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水率土的含水率定义定义: 土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, 用
53、百分数表示用百分数表示注意注意: 其实是含水比其实是含水比, 可达到或超过可达到或超过1002.3 土的三相比例指标土的三相比例指标表达式表达式:试验测定方法：烘干法 79v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) )2 2 土的物性土的物性及及分类分类. . 其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标关系关系:在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70%2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标定义定义: 土中孔隙体积与固体颗土中孔隙体积与固体颗粒体积之比粒
54、体积之比, 无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积体积定义定义: 土中孔隙体积与总体土中孔隙体积与总体积之比积之比, 用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积体积三相草图可用于确定物三相草图可用于确定物性指标之间的关系性指标之间的关系80v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标2 2 土的物性土的物性及及分类分类含水率含水率饱和度饱和度2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值
55、土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 饱和土饱和土812 2土的物性土的物性及及分类分类v表示土中表示土中密度和重度密度和重度的指标的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度有效重度有效重度饱和重度饱和重度2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 定义定义: 土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度, 等等于于 单位体积内土粒的质
56、量单位体积内土粒的质量表达式表达式:定义定义:土孔隙中充满水是的单位体积质量土孔隙中充满水是的单位体积质量表达式表达式:定义定义:地下水位以下，土单位体积中土粒的重量与地下水位以下，土单位体积中土粒的重量与同体积水的重量之差同体积水的重量之差82各种密度重度之间的大小关系：各种密度重度之间的大小关系：2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度饱和重度饱和重度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积831 1 土的物性土的物性及及分类分类常用的
57、物理性质指标间的换算关系常用的物理性质指标间的换算关系1.3 土的三相比例指标土的三相比例指标教科书教科书 P54 表表2-1要点要点从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导（自学）必要时利用三相草图推导（自学）推导推导方法方法设设Vs=1，利用，利用3个试验指标推导出质量、个试验指标推导出质量、 体积体积的参数，再根据各指标定义推导换算指标的参数，再根据各指标定义推导换算指标 （教材第（教材第14页）页）84土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类土粒空气水2.3.5 指标换算方法指标换
58、算方法 85土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类（1）令土粒体）令土粒体积为积为1，由孔隙，由孔隙比的定义（孔比的定义（孔隙体积与土粒隙体积与土粒体积之比）知体积之比）知孔隙体积为孔隙体积为e，总体积为总体积为1+e。 土粒土粒气体气体水水86土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类由比重定义知由比重定义知 可得，可得， 由含水率定义知由含水率定义知 可得，可得， 由天然密度定义知由天然密度定义知 重新绘制三相图有重新绘制三相图有 87土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程
59、分类土粒气体气体水水（2）由水和土粒质量之和为土体质量知）由水和土粒质量之和为土体质量知 得孔隙比得孔隙比 88土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类（3）由饱和度的定义知）由饱和度的定义知 （4）由孔隙率定义知）由孔隙率定义知 （5）由干密度定义知）由干密度定义知 将将 e代入，得代入，得 89土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类（6）由饱和密度定义知）由饱和密度定义知 （7）由浮密度定义知）由浮密度定义知 902 2 土的物性土的物性及及分类分类小结小结2.3 土的三相比例指标土的三相比例指标物理性质指标
60、物理性质指标土的三个组成相的体积和质土的三个组成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的室内测定的 3 3 个物理性质指标个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念其它其它6 6个常用的物理性质指标个
61、常用的物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标（表示土中孔隙含量的指标（2个）个）v表示土中含水程度的指标（表示土中含水程度的指标（1个）个）v表示土中密度和重度的指标（表示土中密度和重度的指标（3个）个）三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法有效的方法91习题929394952 2 土的物性土的物性及及分类分类2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标土的物理状态土的物理状态无黏性土的松密程度无黏性土的松密程度黏性土的软硬状态黏性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相
62、间的比例关系三相间的比例关系) )力学特力学特性性影响影响表表示示96e emaxmax与与e eminmin ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比1.1.无黏性土的密实状态（粗粒土的密实状态（粗粒土）2 2 土的物性土的物性及及分类分类密实度密实度如何衡量如何衡量? ?单位体积中固体颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映级配的影响不能反映级配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土对对策策相对密实度相对密实度2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0.35emin = 0.20972 2
63、土的物性土的物性及及分类分类2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标e emaxmax: : 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比e eminmin: : 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比到最小孔隙比e emax
64、max与与e eminmin ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难98无黏性土的密实状态指标无黏性土的密实状态指标 判别标准：判别标准： D Dr r = 1 = 1 , , 最密状态最密状态 D Dr r = 0 = 0 , , 最松状态最松状态 D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密实状态密实状态2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标相对密实度相对密实度992 2 土的物性土的物性及及分类分类2.4
65、土的物理状态指标土的物理状态指标原位测试方法原位测试方法建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB 50007-2011GB 50007-2011分类法分类法 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007JTG D63-2007分类法分类法 1002. 黏性土的软硬状态黏性土的软硬状态2 2 土的物性土的物性及及分类分类也称也称稠度状态稠度状态2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标软硬状态与含水率有关软硬状态与含水率有关黏性土黏性土含水率含水率较硬较硬变软变软流动流动101塑限塑限p液限液限l2 2 土的物性土的物性及及分类分类界限含水率界限含水率2.4 土
66、的物理状态指标土的物理状态指标黏性土的软硬反映土中水的形态黏性土的软硬反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水软硬状态软硬状态含水率含水率土中水的形态土中水的形态w缩限缩限p102软硬状态软硬状态问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标对于对于不同的黏土，含水率相同，软硬状态可能不同软硬状态可能不同液性指数液性指数不同的黏土，p、l 大小不同定义：定义：wpwwlIL1坚硬状态坚硬状态可塑状态
67、可塑状态流流 态态0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑103重塑土重塑土2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标wpwwl试验方法试验方法：1)1)液限液限液限仪、液塑限联合测定仪、碟式液限议液限仪、液塑限联合测定仪、碟式液限议2)2)塑限塑限滚搓法、液塑限联合测定仪滚搓法、液塑限联合测定仪3)3)缩限缩限收缩仪试验收缩仪试验具体试验步骤自具体试验步骤自学试验指导手册学试验指导手册104吸附结合水的能力；黏性大小；大致反映黏土颗粒含量吸附结合水的能力；黏性大小；大致反映黏土颗粒含量 2 2 土的物性土的物性及及分
68、类分类2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标塑性指数塑性指数常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据计算时含水率要去掉计算时含水率要去掉%105 反映粘性土结构性的指标反映粘性土结构性的指标相同含水量、密度相同含水量、密度7. 粘性土的灵敏度粘性土的灵敏度 St 2 2 土的物性土的物性及及分类分类2.4 2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标=原状土原状土结构性结构性相同含水量相同含水量密度密度粉碎粉碎重塑重塑重塑土重塑土强度降低强度降低St11-22-44-88-1616粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动原状土的无侧限抗压强度原
69、状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度（5）活动度）活动度A106含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。结构随时间变化的宏观表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。8. 粘性土的触变性粘性土的触变性 1 1 土的物性土的物性及及分类分类1.5 1.5 土的结
70、构与构造土的结构与构造107土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.5 地基土的工程分类地基土的工程分类2.5.1 分类的必要性和分类指标分类的必要性和分类指标土的颗粒大小及分布土的颗粒大小及分布土的塑性和液限土的塑性和液限有机质含量有机质含量2.5.2 岩石岩石2.5.3 碎石土碎石土2.5.4 砂土砂土2.5.5 粉土粉土2.5.6 粘性土粘性土2.5.7 人工填土人工填土108土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 该规范按土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数该规范按土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性
71、指数该规范按土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数该规范按土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土分为把地基土分为把地基土分为把地基土分为碎石土、砂土、粉土和粘性土碎石土、砂土、粉土和粘性土碎石土、砂土、粉土和粘性土碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，然后再四大类，然后再四大类，然后再四大类，然后再进一步细分。进一步细分。进一步细分。进一步细分。（1 1）碎石土的分类）碎石土的分类）碎石土的分类）碎石土的分类 若土中粒径大于若土中粒径大于若土中粒径大于若土中粒径大于2mm2mm的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的5050，则，则，则，则该土属于碎
72、石土。该土属于碎石土。该土属于碎石土。该土属于碎石土。（2 2）砂土的分类）砂土的分类）砂土的分类）砂土的分类 若土中粒径大于若土中粒径大于若土中粒径大于若土中粒径大于2mm2mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的5050、粒径大于粒径大于粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重的颗粒超过全重的颗粒超过全重5050，则该土属于砂土。，则该土属于砂土。，则该土属于砂土。，则该土属于砂土。 砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂2.5.2
73、建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范中的地基土分类中的地基土分类109土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类（3 3）粉土）粉土）粉土）粉土 若土的塑性指数小于或等于若土的塑性指数小于或等于若土的塑性指数小于或等于若土的塑性指数小于或等于1010，粒径大于，粒径大于，粒径大于，粒径大于0.075mm0.075mm的颗的颗的颗的颗粒含量超过总量的粒含量超过总量的粒含量超过总量的粒含量超过总量的5050，则该土属于粉土。，则该土属于粉土。，则该土属于粉土。，则该土属于粉土。（4 4）粘性土的分类）粘性土的分类）粘性土的分类）粘性土的分类 若土的塑性指数
74、大于若土的塑性指数大于若土的塑性指数大于若土的塑性指数大于1010，粒径大于，粒径大于，粒径大于，粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量的颗粒含量的颗粒含量的颗粒含量不超过总量的不超过总量的不超过总量的不超过总量的5050，则该土属于粘性土。进一步地，将再静，则该土属于粘性土。进一步地，将再静，则该土属于粘性土。进一步地，将再静，则该土属于粘性土。进一步地，将再静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水率大于液限、天然孔
75、隙比大于或等于率大于液限、天然孔隙比大于或等于率大于液限、天然孔隙比大于或等于率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.51.5的粘性土称为淤泥。的粘性土称为淤泥。的粘性土称为淤泥。的粘性土称为淤泥。天然孔隙比小于天然孔隙比小于天然孔隙比小于天然孔隙比小于1.51.5，但大于或等于，但大于或等于，但大于或等于，但大于或等于1.01.0的粘性土称为淤泥质的粘性土称为淤泥质的粘性土称为淤泥质的粘性土称为淤泥质土。土。土。土。 粘土：粘土：粘土：粘土： I IPP1717 粉质粘土：粉质粘土：粉质粘土：粉质粘土： 1010I IPP1717110土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土
76、的物理性质及工程分类 粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。（1 1）巨粒土和含巨粒土的分类）巨粒土和含巨粒土的分类）巨粒土和含巨粒土的分类）巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土应按试样中所含巨粒土和含巨粒土应按试样中所含巨粒土和含巨粒土应按试样中所含巨粒土和含巨粒土应按试样中所含粒径大于粒径大于粒径大于粒径大于60mm60mm的巨粒组含量来的巨粒组含量来的巨粒组含量来的巨粒组含量来划分。试样中含巨粒组质量多于总划分。试样中含巨粒组质量多于
77、总划分。试样中含巨粒组质量多于总划分。试样中含巨粒组质量多于总质量的质量的质量的质量的5050的土称为巨粒土；试样的土称为巨粒土；试样的土称为巨粒土；试样的土称为巨粒土；试样中巨粒组质量为总质量的中巨粒组质量为总质量的中巨粒组质量为总质量的中巨粒组质量为总质量的15155050的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的1515的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。的土，可扣除巨
78、粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。2.5.9 土的分类标准土的分类标准111土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类（2 2）粗粒土的分类）粗粒土的分类）粗粒土的分类）粗粒土的分类 试样中粒径大于试样中粒径大于试样中粒径大于试样中粒径大于0.075mm0.075mm的粗粒组质量多于总质量的粗粒组质量多于总质量的粗粒组质量多于总质量的粗粒组质量多于总质量5050的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土
79、和砂类土两类。试样的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样中粒径大于中粒径大于中粒径大于中粒径大于2mm2mm的砾粒组质量多于总质量的的砾粒组质量多于总质量的的砾粒组质量多于总质量的的砾粒组质量多于总质量的5050的土称为砾的土称为砾的土称为砾的土称为砾类土；试样中粒径大于类土；试样中粒径大于类土；试样中粒径大于类土；试样中粒径大于2mm2mm的砾粒组质量少于或等于总质量的砾粒组质量少于或等于总质量的砾粒组质量少于或等于总质量的砾粒组质量少于或等于总质量5050的土称为砂类土。的土称为砂类土。的土称为砂类土。的土称为砂类土。112土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工
80、程分类土的物理性质及工程分类（3 3）细粒土的分类）细粒土的分类）细粒土的分类）细粒土的分类 试样中粒径小于试样中粒径小于试样中粒径小于试样中粒径小于0.075mm0.075mm的细粒组质量多于或等于总质的细粒组质量多于或等于总质的细粒组质量多于或等于总质的细粒组质量多于或等于总质量的量的量的量的5050的土称为细粒土。细粒土应按下列规定划分：的土称为细粒土。细粒土应按下列规定划分：的土称为细粒土。细粒土应按下列规定划分：的土称为细粒土。细粒土应按下列规定划分： 试样中粗粒组质量少于总质量的试样中粗粒组质量少于总质量的试样中粗粒组质量少于总质量的试样中粗粒组质量少于总质量的2525的土称为细粒
81、土；的土称为细粒土；的土称为细粒土；的土称为细粒土； 试样中粗粒组质量为总质量的试样中粗粒组质量为总质量的试样中粗粒组质量为总质量的试样中粗粒组质量为总质量的25255050的土称含粗粒的的土称含粗粒的的土称含粗粒的的土称含粗粒的细粒土；细粒土；细粒土；细粒土； 试样中含部分有机质的土称有机质土。试样中含部分有机质的土称有机质土。试样中含部分有机质的土称有机质土。试样中含部分有机质的土称有机质土。 细粒土可按塑性图进一步细分。细粒土可按塑性图进一步细分。细粒土可按塑性图进一步细分。细粒土可按塑性图进一步细分。113土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类
82、114土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类【例题例题例题例题】有有有有AA，B B，CC三种土，它们的粒径分布曲线如图所示。三种土，它们的粒径分布曲线如图所示。三种土，它们的粒径分布曲线如图所示。三种土，它们的粒径分布曲线如图所示。已知已知已知已知B B土的液限为土的液限为土的液限为土的液限为3838，塑限为，塑限为，塑限为，塑限为1919，CC土的液限为土的液限为土的液限为土的液限为4747，塑，塑，塑，塑限为限为限为限为2424。试对这三种土进行分类。试对这三种土进行分类。试对这三种土进行分类。试对这三种土进行分类。115土力学与地基基础土力学与
83、地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类【解解解解】（1 1）对）对）对）对AA土进行分类：土进行分类：土进行分类：土进行分类：从图从图从图从图1 12828曲线曲线曲线曲线AA查得粒径大于查得粒径大于查得粒径大于查得粒径大于60mm60mm的巨粒含量为零，而的巨粒含量为零，而的巨粒含量为零，而的巨粒含量为零，而粒径大于粒径大于粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的粗粒含量为的粗粒含量为的粗粒含量为的粗粒含量为9898，大于，大于，大于，大于5050，所以，所以，所以，所以AA土土土土属于粗粒土；属于粗粒土；属于粗粒土；属于粗粒土；从图中查得粒径大于从图中查得粒径大于从
84、图中查得粒径大于从图中查得粒径大于2mm2mm的砾粒含量为的砾粒含量为的砾粒含量为的砾粒含量为6363，大于，大于，大于，大于5050，所以所以所以所以AA土属于砾类土；土属于砾类土；土属于砾类土；土属于砾类土；细粒含量为细粒含量为细粒含量为细粒含量为2 2，少于，少于，少于，少于5 5，该土属砾；，该土属砾；，该土属砾；，该土属砾；从图中曲线查得从图中曲线查得从图中曲线查得从图中曲线查得d d1010，d d3030和和和和d d6060分别为分别为分别为分别为0.32mm0.32mm、1.65mm1.65mm和和和和3.55mm3.55mm，因此，土的不均匀系数因此，土的不均匀系数因此，土
85、的不均匀系数因此，土的不均匀系数 CCuu= d= d6060d d1010=3.55 =3.55 0.320.3211.011.0土的曲率系数土的曲率系数土的曲率系数土的曲率系数 CCcc=(d=(d3030) )2 2 d d10 10 d d60601.651.652 2 0.323.55=2.400.323.55=2.40116土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类由于由于由于由于CCuu5 5，CCcc1 13 3，所以所以所以所以AA土属于级配良好砾土属于级配良好砾土属于级配良好砾土属于级配良好砾（GWGW）。）。）。）。（2 2）对对对对
86、B B土进行分类：土进行分类：土进行分类：土进行分类：从图从图从图从图1 12828的的的的B B曲线中查得大于曲线中查得大于曲线中查得大于曲线中查得大于0.075mm0.075mm的粗粒含量为的粗粒含量为的粗粒含量为的粗粒含量为7272，大于，大于，大于，大于5050，所以，所以，所以，所以B B土属于粗粒土；土属于粗粒土；土属于粗粒土；土属于粗粒土；从图中查得大于从图中查得大于从图中查得大于从图中查得大于2mm2mm的砾粒含量为的砾粒含量为的砾粒含量为的砾粒含量为8 8，小于，小于，小于，小于5050，所，所，所，所以以以以B B土属于砂类土，但小于土属于砂类土，但小于土属于砂类土，但小于
87、土属于砂类土，但小于0.075mm0.075mm的细粒含量为的细粒含量为的细粒含量为的细粒含量为2828，在在在在151550%50%之间，因而之间，因而之间，因而之间，因而B B土属于细粒土质砂；土属于细粒土质砂；土属于细粒土质砂；土属于细粒土质砂；由于由于由于由于B B土的液限为土的液限为土的液限为土的液限为3838，塑性指数，塑性指数，塑性指数，塑性指数I Ipp383819191919，在在在在17mm17mm塑性图上落在塑性图上落在塑性图上落在塑性图上落在CLCL区，故区，故区，故区，故B B土最后应定名为粘土质砂土最后应定名为粘土质砂土最后应定名为粘土质砂土最后应定名为粘土质砂（S
88、CSC）。）。）。）。117土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类（3 3）对）对）对）对CC土进行分类：土进行分类：土进行分类：土进行分类：从图从图从图从图1 12828的的的的CC曲线中查得大于曲线中查得大于曲线中查得大于曲线中查得大于0.075mm0.075mm的粗粒含量为的粗粒含量为的粗粒含量为的粗粒含量为4646，介于，介于，介于，介于25255050之间，所以之间，所以之间，所以之间，所以CC土属于含粗粒的细粒土；土属于含粗粒的细粒土；土属于含粗粒的细粒土；土属于含粗粒的细粒土；从图中查得大于从图中查得大于从图中查得大于从图中查得大于2mm
89、2mm的砾粒含量为零，该土属于含砂细粒的砾粒含量为零，该土属于含砂细粒的砾粒含量为零，该土属于含砂细粒的砾粒含量为零，该土属于含砂细粒土；土；土；土；由于由于由于由于CC土的液限为土的液限为土的液限为土的液限为4747，塑性指数，塑性指数，塑性指数，塑性指数I Ipp=47=4724242323，在在在在17mm17mm塑性图上落在塑性图上落在塑性图上落在塑性图上落在CLCL区，故区，故区，故区，故CC土最后应定名为含砂低液限土最后应定名为含砂低液限土最后应定名为含砂低液限土最后应定名为含砂低液限粘土（粘土（粘土（粘土（CLSCLS）。）。）。）。118土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的
90、物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类1 杨进良杨进良. 土力学土力学M. 北京北京: 中国水利水电出版社中国水利水电出版社, 2006.参考资料：参考资料：2 周汉荣周汉荣, 赵明华赵明华. 土力学地基与基础土力学地基与基础M. 北京北京: 中国建中国建筑工业出版社筑工业出版社, 1997.119土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类掌握土的三种风化作用、土的结构和构造掌握土的三种风化作用、土的结构和构造掌握土的三相组成，土粒、土中水和气体性质掌握土的三相组成，土粒、土中水和气体性质掌握土的物理性质指标及推导掌握土的物理性质指标及推导掌握土的物理状态指标及其物理意义掌握土的物理状态指标及其物理意义熟悉土的工程分类熟悉土的工程分类本章重点：本章重点：本章要求：本章要求：土的三相组成，土粒、土中水和气体性质土的三相组成，土粒、土中水和气体性质土的物理性质指标及推导土的物理性质指标及推导土的物理状态指标及其物理意义土的物理状态指标及其物理意义习题：习题：复习思考题复习思考题2.6、2.8、2.13、2.17、2.18习题习题2.1、2.3、2.5、2.7120土力学与地基基础土力学与地基基础2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类121
