土的基本知识认知

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1、基础工程 工程技术专业1地基的形式：地基的形式：天然地基天然地基岩石、碎石、砂土、粘土。岩石、碎石、砂土、粘土。人工地基人工地基压实、换土、桩基。压实、换土、桩基。地基与基础的概念地基与基础的概念基础基础：建筑物最建筑物最下部的承重构件下部的承重构件地基：地基：基础基础下部承受建筑物下部承受建筑物全部荷载的土层全部荷载的土层23基础的组成基础的组成4桩桩基基础础形形式式5桩基组成桩基组成6柱下独立桩基础柱下独立桩基础7课程项目项目项目1 1 土的基本知识认知土的基本知识认知项目项目2 2 地基应力与地基压缩变形计算地基应力与地基压缩变形计算 项目项目3 3 土的抗剪强度与地基承载力计算土的抗剪

2、强度与地基承载力计算项目项目4 4 土方工程施工土方工程施工项目项目5 5 工程地质勘察工程地质勘察 项目项目6 6 天然地基浅基础设计天然地基浅基础设计 8课程项目实训项目实训项目1 1 单元实训单元实训柱下扩展独立基础的计算与分析柱下扩展独立基础的计算与分析项目项目7 7 桩基础施工桩基础施工项目项目8 8 基坑工程与降排水工程基坑工程与降排水工程 项目项目9 9 地基处理地基处理实训项目实训项目2 2 单元实训单元实训桩基础施工方案编制桩基础施工方案编制9项目项目1 1 土的基本知识认知土的基本知识认知10主要内容任务任务1.1 1.1 土的成因与组成土的成因与组成任务任务1.2 1.2

3、 土的物理性质指标计算土的物理性质指标计算任务任务1.3 1.3 土的压实及最优含水量测定土的压实及最优含水量测定任务任务1.4 1.4 土的物理状态指标与工程分类土的物理状态指标与工程分类 11教学目标土的成因土的成因与组成与组成了解了解了解了解熟悉熟悉熟悉熟悉掌握掌握掌握掌握土的物理性土的物理性质指标和土质指标和土的物理状态的物理状态指标指标土的压实及土的压实及最优含水量；最优含水量；土的分类和土的分类和野外鉴别野外鉴别12重重 点点土的物理性质指标；土的物理性质指标；土的物理状态指标土的物理状态指标难难 点点土的物理性质指标；土的物理性质指标；土的物理状态指标及地基土（岩）的工程土的物理

4、状态指标及地基土（岩）的工程分类分类13任务1.1 土的成因与组成土的成因与组成141.1.1 土的成因土的成因岩石岩石岩石破碎、岩石破碎、化学成分化学成分改变改变大小、形大小、形状和成分状和成分不相同的不相同的松散颗粒松散颗粒集合体集合体风化作用风化作用搬运沉积搬运沉积土土15 1.1.1 土的成因土的成因主要成因主要成因类型类型残积物残积物坡积物坡积物洪积物洪积物冲积物冲积物16 1.1.1 土的成因土的成因 残积物（层）断面图残积物（层）断面图 17 1.1.1 土的成因土的成因坡积物（层）断面图坡积物（层）断面图 18 1.1.1 土的成因土的成因 洪积物（层）断面图洪积物（层）断面图

5、 19 1.1.1 土的成因土的成因 河谷横断面图河谷横断面图 201.1.1 土的成因土的成因211.1.2 土的组成土的组成 在天然状态下，自然界中的土是由固体颗粒、在天然状态下，自然界中的土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。固体颗粒构成土的水和气体组成的三相体系。固体颗粒构成土的骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充有水和骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充有水和气体，因此，土也被称为三相孔隙介质。气体，因此，土也被称为三相孔隙介质。 土土固相固相液相液相气相气相 土的三相比例不同，土的状态和工土的三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同。若土位于地下水程性质也不相同。若土位于地下水位线以

6、下，土中孔隙全部充满水时，位线以下，土中孔隙全部充满水时，称为称为饱和土饱和土；当土中孔隙没有水时，；当土中孔隙没有水时，则称为则称为干土干土；土中孔隙同时有水和；土中孔隙同时有水和气体存在时，称为气体存在时，称为非饱和土（湿土）非饱和土（湿土）。 相相 （phase;faciesphase;facies ）：系统）：系统中具有相同化学属性和物理特中具有相同化学属性和物理特性的一种状态。性的一种状态。 221 1土的固体颗粒土的固体颗粒土的固体颗粒即为固相。土的固体颗粒即为固相。土粒的大小、形状、矿物成分土粒的大小、形状、矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响。自以及大小搭配情况

7、对土的物理力学性质有明显影响。自然界中的土都是由大小不同的土颗粒组成。然界中的土都是由大小不同的土颗粒组成。土颗粒的大小与土的性质密切相关。土颗粒的大小与土的性质密切相关。粒径大小在一定范粒径大小在一定范围内的土，其矿物成分及性质都比较相近。因此，可将围内的土，其矿物成分及性质都比较相近。因此，可将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组的性质随分界尺寸的不同而呈现出一干粒组，各个粒组的性质随分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。我国习惯把土粒分为六

8、大粒组我国习惯把土粒分为六大粒组: :漂石漂石( (块石块石) )、卵石（碎、卵石（碎石）、圆粒（角砾）、砂粒、粉粒和黏粒。石）、圆粒（角砾）、砂粒、粉粒和黏粒。1.1.2 土的组成土的组成 23粒组划分标准粒组划分标准粒组名称粒组名称 粒组范围粒组范围/ /mm 一般特征一般特征 漂石漂石( (块石块石) )200 200 透水性很大，无黏性，无毛细水透水性很大，无黏性，无毛细水 卵石（碎石）卵石（碎石）2020200 200 砾石砾石2 220 20 透水性大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒透水性大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒径径 砂粒砂粒0.0750.0752 2 易透水，当混入云母

9、等杂质时透水性减小，而易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松压缩性增加；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大 粉粒粉粒0.0050.0050.075 0.075 透水性小，湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干燥透水性小，湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干燥时有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出时有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象现冻胀现象 黏粒黏粒0.005 0.005 透水性很小，湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀透水性很小，湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高

10、度大，但速大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速度慢度慢1.1.2 土的组成土的组成 241.1.2 土的组成土的组成 土的颗粒级配土的颗粒级配为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各个粒组占土粒总中各个粒组的相对含量（各个粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。25确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法适用粗颗粒土，一般用于粒径适用粗颗粒土，一般用于粒径小于等于小于等于60mm，大于大于0.075mm的土。它是用一套孔的土。它是用一套孔径不同的筛

11、子，按从上至下筛径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算在各筛上的土质量，然后计算占总土粒质量的百分数占总土粒质量的百分数。 试验器具筛分法筛分法1.1.2 土的组成土的组成 26密度瓶法密度瓶法 适用于细颗粒土，适用于细颗粒土，一般用于粒径小于一般用于粒径小于0.0750.075mm的土粒质的土粒质量占试样总质量的量占试样总质量的10%10%以上的土。以上的土。 密度瓶法 1.1.2 土的组成土的组成 27图1-2 颗粒级配曲线 1.1.2 土的组成土的组成 土的颗粒级配曲线2

12、8颗粒级配的描述颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系数工程上常用不均匀系数Cu描描述颗粒级配的不均匀程度述颗粒级配的不均匀程度 d10、d30、d60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 工程上把工程上把Cu5的土视为的土视为级配不良的土；级配不良的土； Cu10的的土视为级配良好的土土视为级配良好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级配曲线描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺整体形态，表明某粒组是否缺失情况失情况 对于砾类土或砂类土，同对于砾类土或砂类土，同时满足时满足Cu5和和Cc=13时，时，定名为良好级配砂或良好级定名为良

13、好级配砂或良好级配砾配砾 1.1.2 土的组成土的组成 29 2 2土中水土中水土中水与土颗粒之间的相互作用对土的性质影响很土中水与土颗粒之间的相互作用对土的性质影响很大，而且土颗粒越细影响越大。土中液态水主要有大，而且土颗粒越细影响越大。土中液态水主要有结合水和自由水两大类。结合水和自由水两大类。（1）结合水结合水：是指由土粒表面电分子引力吸附的：是指由土粒表面电分子引力吸附的土中水。土中水。（2）自由水自由水：是指存在于土粒电场范围以外的水，：是指存在于土粒电场范围以外的水，自由水又可分为毛细水和重力水。自由水又可分为毛细水和重力水。1.1.2 土的组成土的组成 303. .土中气体土中气

14、体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体。气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体。非封闭气体非封闭气体 封闭气体封闭气体受外荷作用时被挤受外荷作用时被挤出土体外，对土的出土体外，对土的性质影响不大性质影响不大受外荷作用，不能逸出，被压缩或受外荷作用，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，使原，对土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土体受力后变形达到

15、稳定的历时 1.1.2 土的组成土的组成 311.1.3 土的结构土的结构 土的结构是指由土土的结构是指由土粒单元的大小、形状、粒单元的大小、形状、表面特征、相互排列表面特征、相互排列及其联结关系等因素及其联结关系等因素形成的综合特征。形成的综合特征。 土的结构土的结构单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构 32单粒结构单粒结构a a）疏松状态疏松状态 b b）紧密状态紧密状态 蜂窝状结构 絮状结构1.1.3 土的结构土的结构33 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的构造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土的成层性和裂隙性, ,即层理构

16、造和裂隙构造，二者都造成了即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性。土的不均匀性。 层理构造层理构造土体被许多不连续的小裂隙土体被许多不连续的小裂隙所所分割分割, ,在裂隙中常充填有各在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。种盐类的沉淀物。土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中, ,由于由于不同不同阶段阶段沉积的物质成分、颗粒沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同大小或颜色不同, ,而沿而沿竖向竖向呈呈现出成层特征。现出成层特征。裂隙构造裂隙构造1.1.4土的构造土的构造34土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有以下特性：土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有以下特性： 高压缩性高压缩性 由于土是一种松散由

17、于土是一种松散的集合体，土的压的集合体，土的压缩性远远大于钢筋缩性远远大于钢筋和混凝土等。和混凝土等。 强渗透性强渗透性 土的渗透性远比其土的渗透性远比其他材料大。特别是他材料大。特别是粗粒土具有很强的粗粒土具有很强的渗透性。渗透性。低承载力低承载力 土的抗剪强度较低，而土的抗剪强度较低，而土体的承载力实质上取土体的承载力实质上取决于土的抗剪强度，故决于土的抗剪强度，故土的承载力较低。土的承载力较低。1.1.5土的特性土的特性35请同学们思考1.1.风化作用有哪些？各风化作用有哪些本质区别？风化作用有哪些？各风化作用有哪些本质区别？2.2.说明各种成因类型土的工程性质？说明各种成因类型土的工程

18、性质？3.3.确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法有哪些？确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法有哪些？ 各种试验方法适合的条件是什么？各种试验方法适合的条件是什么？4.4.颗粒级配的描述？颗粒级配的描述？ （1 1）颗粒越均匀越好；（）颗粒越均匀越好；（2 2）颗粒级配曲线越陡说明颗粒）颗粒级配曲线越陡说明颗粒越均匀；（越均匀；（3 3）级配曲线范围越大越好。）级配曲线范围越大越好。5.5.土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有哪些特性？土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有哪些特性？6.6.土中水的含量对土的性质有影响吗？土中水的含量对土的性质有影响吗？7.7.土的工程性质与什么因素有关？如

19、何描述？土的工程性质与什么因素有关？如何描述？3637任务任务1.2 土的物理性质指标土的物理性质指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVv38气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVv1.2.1土的三相图土的三相图39气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V 土土的的三三相相比比例例指指标标中中有有三三个个指指标标可可用用土土样样进进行行试试验验测测定定，称称为为基基本本指指标标，也称为试验指标。也称为试验指标。 基本指标基本指标土的密度土的密度 和重度和重度 土粒比重（土粒相对密度）土粒比重（土粒相对密度）ds 土的天然含

20、水量土的天然含水量w 1.2.2 基本指标基本指标 40 单位体积内土的质量称为土的密度单位体积内土的质量称为土的密度 单位体积内土的重力称为土的重度单位体积内土的重力称为土的重度 黏性土黏性土 =1.8=1.82.0g/cm2.0g/cm3 3, ,一般用一般用“环刀法环刀法”测定。测定。砂砂 土土 =1.6=1.62.0g/cm2.0g/cm3 3。（1）土的密度）土的密度 和重度和重度 41 土土中中固固体体矿矿物物的的质质量量与与土土粒粒同同体体积积4 4 o oC C纯纯水水质质量的比值，称为土粒比重（无量纲）量的比值，称为土粒比重（无量纲）。d ds s的变化范围不大，的变化范围不

21、大，常用常用比重瓶法比重瓶法测定，测定，取决于土的矿物成分。取决于土的矿物成分。（2）土粒比重（土粒相对密度）土粒比重（土粒相对密度）ds黏性土一般在黏性土一般在2.722.75粉土一般在粉土一般在2.70 2.71砂土一般在砂土一般在2.652.6942 土土中中水水的的质质量量与与土土粒粒质质量量之之比比（用用百百分分数数表表示示），称为土的含水量。（用，称为土的含水量。（用烘干法烘干法测定）测定） 含含水水量量是是标标志志土土的的湿湿度度的的一一个个重重要要物物理理指指标标。天天然然土土层层的的含含水水量量变变化化范范围围很很大大，它它与与土土的的种种类类、埋埋藏藏条条件件及及其其所所处

22、处的的自自然然地地理理环环境境等等有有关关。同同一一类类土，含水量越高，则土越湿，一般来说也就越软。土，含水量越高，则土越湿，一般来说也就越软。 （3）土的天然含水量）土的天然含水量w431.1.干密度干密度 d d和干重度和干重度 d d 2.2.土的饱和密度土的饱和密度 satsat和饱和重度和饱和重度 satsat3.3.土的有效密度土的有效密度 和有效重度和有效重度 4.4.土的孔隙比土的孔隙比e e和孔隙率和孔隙率n n 5.5.土的饱和度土的饱和度S Sr r1.2.3 换算指标换算指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积VV441.1.干密度干密度 d d

23、和干重度和干重度 d d 干密度干密度 d d ：单位体积内土颗粒的质量。单位体积内土颗粒的质量。 干重度干重度 d d ：单位体积内土颗粒受到的重力。单位体积内土颗粒受到的重力。 d =ms/V d =d g1.2.3 换算指标换算指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积VV45 2 2土的饱和密度土的饱和密度 satsat和饱和重度和饱和重度 satsat ：饱和密度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积土的饱和密度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积土的质量；饱和重度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积内质量；饱和重度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积内土的重量。土的重量

24、。 sat =（ms+Vvw）/V sat = satg 1.2.3 换算指标换算指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积VV463 3土的有效密度土的有效密度 和有效重度和有效重度 =（ms- - Vs w）/V = g 土土的的有有效效密密度度是是指指在在地地下下水水位位以以下下，单单位位土土体体积积中中土土粒粒的的质质量量扣扣除除土土体体排排开开同同体体积积水水的的质质量量；土土的的有有效效重重度度是是指指在在地地下下水水位位以以下下，单单位位土土体体积积中土粒所受的重力扣除水的浮力。中土粒所受的重力扣除水的浮力。1.2.3 换算指标换算指标474.4.土的孔隙比

25、土的孔隙比e e和孔隙率和孔隙率n n 孔孔隙隙比比为为土土中中孔孔隙隙体体积积与与土土粒粒体体积积之之比比，用用小小数数表表示示；孔孔隙隙率率为为土土中中孔孔隙隙体体积积与与土土的的总总体体积积之比，以百分数表示。之比，以百分数表示。e = Vv/Vs n =（Vv/V）100% 孔孔隙隙比比是是评评价价土土的的密密实实程程度度的的重重要要物物理理性性质质指指标标。一一般般孔孔隙隙比比小小于于0.60.6的的土土是是低低压压缩缩性性的的土土，孔孔隙隙比比大大于于1.01.0的的是是高高压压缩缩性性的的土土。土土的的孔孔隙隙率率也也可用来表示土的密实程度。可用来表示土的密实程度。 1.2.3

26、换算指标换算指标485 5土的饱和度土的饱和度S Sr r 土土中中水水的的体体积积与与孔孔隙隙体体积积之之比比，称称为为土土的的饱饱和度，以百分率表示。和度，以百分率表示。 Sr=（Vw/Vv）100% 饱饱和和度度用用作作描描述述土土体体中中孔孔隙隙被被水水充充满满的的程程度度。干干土土的的饱饱和和度度SrSr =0%=0%，当当土土处处于于完完全全饱饱和和状状态态时时SrSr =100%=100%。根根据据饱饱和和度度，土土可可划划分分为为稍稍湿湿、很很湿湿和饱和三种湿润状态：和饱和三种湿润状态：Sr50%Sr50% 稍湿稍湿50%50%Sr80%Sr80% 很湿很湿SrSr80%80%

27、 饱和饱和1.2.3 换算指标换算指标49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 VVv=edsw ds（1w）w 土的三相简图土的三相简图50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 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w和密度和密度可通过可通过试验测定，可以根据三个基试验测定，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（1w）w 推导：推导：土的三相简图土的三相简图51指标间的换算换算关系式：换算关系式：52总结：1. 1. 特定条件下土的密度（重度）

28、特定条件下土的密度（重度）干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效密度（有效重度）密度（有效重度）讨论相对大小讨论相对大小2. 2. 反映土的松密程度的指标反映土的松密程度的指标孔隙比、孔隙率孔隙比、孔隙率3. 3. 反映土的含水程度的指标反映土的含水程度的指标含水量、饱和度含水量、饱和度53各种密度和重度及其之间的关系sat d sat d 天然密度 =m/V 干密度 d =ms/V 饱和密度 sat =（ms+Vvw）/V 有效密度 =（ms- - Vs w）/V 天然重度 = g干重度 d =d g sat = sat g 饱和重度有效重度

29、 = gg54实测指标和换算指标密度 含水量土粒比重wds环刀法烘干法比重瓶法实测指标（试验指标）导出指标（换算指标）干密度 d饱和密度 sat有效密度 饱和度Sr孔隙比 e孔隙度 n55 【例例1-1】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm100cm3 3，湿土质量为，湿土质量为187g187g，烘干后，烘干后，干土质量为干土质量为167g167g。若土粒相对密度。若土粒相对密度dsds为为2.662.66，试求该土样的，试求该土样的含水量含水量w w、密度、密度 、重度、重度 、干重度、干重度 d d、孔隙比、孔隙比e e、饱和度、饱和度S Sr r、饱、饱和重度和重度 s

30、atsat和有效重度和有效重度 。并比较各密度和重度数值大小。并比较各密度和重度数值大小。【解解】w=mw/ms 100% =(187-167) /167100%=11.98 %=m/V =187/100=1.87 g/cm3 = g =1.8710=18.7 kN/m3d = dg= msg/ V =16710/100=16.7 kN/m356 【例例1-1】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm100cm3 3，湿土质量为，湿土质量为187g187g，烘干后，烘干后，干土质量为干土质量为167g167g。若土粒相对密度。若土粒相对密度dsds为为2.662.66，试求该土样

31、的，试求该土样的含水量含水量w w、密度、密度 、重度、重度 、干重度、干重度 d d、孔隙比、孔隙比e e、饱和度、饱和度S Sr r、饱、饱和重度和重度 satsat和有效重度和有效重度 。并比较各密度和重度数值大小。并比较各密度和重度数值大小。【解解】e = ds(1+w) w/ -1 =2.66(1+0.1198)/1.87-1=0.593Sr = w ds/ e =0.11982.66/0.593=0.537=53.7%sat = (ds+ e) w /(1+ e) =(2.66+0.593) 10/(1+0.593)=20.4 kN/m3 =(ds-1) w /(1+ e)= sa

32、t-w =20.4-10=10.4 kN/m3sat dsat d 比较比较57【课内训练1-1】某土样，测得某土样，测得 =1.67g/cm=1.67g/cm3 3，d ds s=2.67, =2.67, w w=12.9%=12.9%，求：，求：(1) (1) e e、S Sr r、d d的值。的值。(2) (2) w w为多少时，该土达到饱和？并求出饱和时的为多少时，该土达到饱和？并求出饱和时的 satsat 、 、 、 d d，此时此时 d d有无变化？有无变化？mw=dswwms=dswVv=eVs=158【课内训练1-1】 解解 （1 1）按例中的三相图有：）按例中的三相图有：ms

33、=dsw Vs =2.671g/cm31cm3=2.67gmw=dsVsw=2.671g/cm31cm312.9%=0.34gm=ms+mw=2.67+0.34=3.01gV=m/=3.01/1.67=1.80cm3e=V-Vs=1.80-1.0=0.80Sr=Vw/Vv=mw/w e=0.34/0.80=0.425d=ms/V=2.67/1.80=1.48g/cm3d=d g=1.48g/cm310.00m/s2 =14.80KN/m3NKgms-259【课内训练1-1】（2 2） 饱和时饱和时Sr=1.0,=1.0,此时含水量此时含水量w为：为：Sr = w ds/ e=1.0w=e/ds

34、=0.80/2.67=29.96% sat = (ds+ e) w /(1+ e) =(2.67+0.80) 10/(1+0.80)=19.28KN/m3 =(ds-1) w /(1+ e)= sat- w=19.28-10=9.28KN/m3 = g=1.67KN/m3 d d= =d g= g/(1+w)= /(1+w)=19.28 /(1+0.2996)=14.80KN/m3此时是饱和重度此时是饱和重度60请同学们思考：1.1.简述各种密度和重度及其之间的关系。简述各种密度和重度及其之间的关系。2.2.反映土的松密程度的指标有哪些？反映土的松密程度的指标有哪些？3.3.反映土的含水程度的

35、指标有哪些？反映土的含水程度的指标有哪些？4.4.实测指标和导出指标有哪些？实测指标和导出指标有哪些？5.5.土的三相图说明什么？土的三相图说明什么？6.6.一般来说，土的密度和重度量纲如何表示？一般来说，土的密度和重度量纲如何表示？7.7.判断：判断：（1 1）含水量越高，则土越湿，一般来说也就越软；含水量越高，则土越湿，一般来说也就越软；（2 2）有效重度是对地下水位以上的土而言；）有效重度是对地下水位以上的土而言；（3 3）同一种土，含水量不同，干密度一定不同。）同一种土，含水量不同，干密度一定不同。61任务1.3土的压实及最优含水量测定土的压实及最优含水量测定621.3.1 土的击实试

36、验击实试验在在工工程程实实践践中中，对对垫垫层层的的碾碾压压质质量量的的检检验验，是是要要求求能能获获得得填填土土的的最最大大干干密密度度 d dmaxmax，与与之之相相对对应应的的制制备备含含水水量量为为最最优优含含水水量量。其其最最大大干干密密度度可可用用室室内内击击实实实实验验确确定定。击击实实试验的操作步骤如下试验的操作步骤如下 : :1.1.将代表性的风干或在低于将代表性的风干或在低于6060o oC C温度下烘烤干的土样放温度下烘烤干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，过在橡皮板上用木碾碾散，过5mm5mm筛，拌匀备用。筛，拌匀备用。2.2.测定土样风干含水量，按土的塑限估计其最优含水

37、量，测定土样风干含水量，按土的塑限估计其最优含水量，按依次相差约按依次相差约2%2%的含水量制备一组（不少于的含水量制备一组（不少于5 5个）试样，个）试样，其中有两个大于和小于最优含水量，计算所需加水量。其中有两个大于和小于最优含水量，计算所需加水量。631.3.1 土的击实试验击实试验3.3.按预定含水量制备试样。称取土样，每个约按预定含水量制备试样。称取土样，每个约2.5kg2.5kg，平铺于一不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷平铺于一不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定的水量，稍静置一段时间再装入塑料袋内或密封洒预定的水量，稍静置一段时间再装入塑料袋内或密封盛样器内浸润

38、备用。浸润时间对高塑性黏土不得少于一盛样器内浸润备用。浸润时间对高塑性黏土不得少于一昼夜，对低塑性黏土可酌情缩短，但不少于昼夜，对低塑性黏土可酌情缩短，但不少于12h12h。641.3.1 土的击实试验击实试验4.4.将直径将直径9.125cm9.125cm，高，高15cm15cm的击实筒放在坚实地面上，的击实筒放在坚实地面上，将制备好的试样将制备好的试样600600800g800g（其数量应使击实后的试样（其数量应使击实后的试样略大于筒高的略大于筒高的1/31/3）倒入筒内，整平其表面，并用圆木）倒入筒内，整平其表面，并用圆木板稍加压紧，然后用锤（锤重板稍加压紧，然后用锤（锤重2.5kg2.

39、5kg，锤底直径，锤底直径5cm5cm）进）进行击实，锤击时锤应自由铅直落下，落距行击实，锤击时锤应自由铅直落下，落距46cm46cm，对砂土，对砂土和粉土，每层为和粉土，每层为2020击，对粉质黏土和黏土，每层为击，对粉质黏土和黏土，每层为3030击。击。锤迹必须均匀分布于土面。然后安装套环，把土面刨成锤迹必须均匀分布于土面。然后安装套环，把土面刨成毛面，重复上述步骤进行第二层及第三层的击实，击实毛面，重复上述步骤进行第二层及第三层的击实，击实后超出击实筒的余土高度不得大于后超出击实筒的余土高度不得大于10mm10mm。651.3.1 土的击实试验击实试验5.5.用修土刀沿套环内壁削挖后，扭

40、动并取下套环，齐筒用修土刀沿套环内壁削挖后，扭动并取下套环，齐筒顶细心削平试样，拆除底板。顶细心削平试样，拆除底板。6.6.用推土器推出击实筒内试样，从试样中心处取用推土器推出击实筒内试样，从试样中心处取2 2个各个各约约151530g30g土样测定其含水量。土样测定其含水量。7.7.按按4 46 6步骤重复进行其他不同含水量试样的击实试验。步骤重复进行其他不同含水量试样的击实试验。66 计计算算试试验验中中的的五五个个不不同同含含水水量量w试试样样的的五五个个相相应应干干密密度度 d，以以干干密密度度为为纵纵坐坐标标，含含水水量量为为横横坐坐标标，绘绘制制 d和和w关关系系曲曲线线，如如图图

41、1-7所所示示。在在曲曲线线上上， d的的峰峰值值即即为为最最大大干干密密度度 dmax，与与之相对应的制备含水量为最优含水量之相对应的制备含水量为最优含水量wop。dg/cm3w%2610141822241.71.81.92.02.12.22.3dmaxwop1.3.2 最优含水量最优含水量压实曲线（击实曲线）压实曲线（击实曲线）671.3.3 砂土和黏土的压实曲线砂土和黏土的压实曲线68在室内击实在室内击实试验时，根试验时，根据不同的锤据不同的锤击数得到的击数得到的干密度，可干密度，可绘制数条绘制数条 d - w关系曲关系曲线及各锤击线及各锤击数下最大干数下最大干密度的轨迹密度的轨迹ab。

42、 1.3.4压实功能对压实曲线的影响压实功能对压实曲线的影响 击实功能越大，最大干密度越大，最优含水量越小击实功能越大，最大干密度越大，最优含水量越小69任务1.4 土的物理状态指标及地基土（岩）的工程分类703.动力触探动力触探指标指标1.4.1 无黏性土的密实度 砂砂土土、碎碎石石土土统统称称为为无无黏黏性性土土。无无黏黏性性土土的的密密实实度度与与其其工工程程性性质质有有着着密密切切的的关关系系，呈呈密密实实状状态态时时，强强度度较较高高，压压缩缩性性较较小小，可可作作为为良良好好的的天天然然地地基基；呈呈松松散散状状态态时时，则则强度较低，压缩性较大，为不良地基。强度较低，压缩性较大，

43、为不良地基。2.相对密度相对密度Dr 1.孔隙比孔隙比e 判别砂土判别砂土密实状态密实状态的指标的指标71 这这种种方方法法的的不不足足之之处处是是没没有有考考虑虑级级配配对对砂砂土土密密实实度度的的影影响响，有有时时较较疏疏松松的的级级配配良良好好的的砂砂土土比比较较密密的的颗颗粒粒均均匀匀的的砂砂土土孔孔隙隙比比要要小小。另另外外对对于于砂砂土土取取原原状状土土样样来来测测定定孔孔隙隙比比存存在在困困难。难。e e小于小于0.60.6时，时，属密实的砂土属密实的砂土, ,是良好的天是良好的天然地基。然地基。1.孔隙比孔隙比e当当e e大于大于0.950.95时，为松散状时，为松散状态，不宜

44、作天态，不宜作天然地基。然地基。1.4.1 无黏性土的密实度722.相对密度相对密度Dr砂土在最松砂土在最松散状态时的散状态时的孔隙比孔隙比砂土在天然状砂土在天然状态下孔隙比态下孔隙比砂土在最密实砂土在最密实状态时的孔隙状态时的孔隙比比1.4.1 无黏性土的密实度0Dr 0.33 松散松散0.33Dr0.67 中密中密0.67Dr1 密实密实733.3.按动力触探确定无黏性土的密实度按动力触探确定无黏性土的密实度 在实际工程中，天然砂土的密实度，可按原位标准在实际工程中，天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数贯入试验的锤击数N N 进行评定。天然碎石土的密实进行评定。天然碎石土的密实度

45、，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N N63.563.5进行进行评定。评定。地基规范地基规范分别给出了判别标准，见下表。分别给出了判别标准，见下表。 1.4.1 无黏性土的密实度74砂土和碎石土密实度的评定砂土和碎石土密实度的评定密实度密实度 松散松散 稍密稍密 中密中密 密实密实 按标准贯入锤按标准贯入锤击数击数N评定砂评定砂土密实度土密实度 N 10 10 N 15 15 N 30N 30按按N63.5评定碎评定碎石土的密实度石土的密实度 N63.55 5 N 1010 N 20N63.5 201.4.1 无黏性土的密实度75黏性土的工程特性与土的含水量

46、有很大关系。黏性土的工程特性与土的含水量有很大关系。0固态或半固态固态或半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我我国国一一般般用用锥锥式式液液限限仪仪测测定定液液限限，塑塑限限一一般般用用搓搓条条法法测测定定。液液、塑塑限限的的测测定定方方法法也也可可用用光光电电式式液液、塑塑限仪联合测定。限仪联合测定。 1. 1. 黏性土的界限含水量黏性土的界限含水量 1.4.2 黏性土的物理状态特征76锥式液限仪锥式液限仪77锥式液限仪78锥式液限仪测定土的液限79锥式液限仪测定土的液限8081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

47、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。 1.4.2 黏性土的物理特征822.2.黏性土的塑性指数和液性指数黏性土的塑性指数和液性指数塑性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土处在可塑状即土处在可塑状态的含水量变化范围态的含水量变化范围液性指数液性指数IL是黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数是黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比之比 1.4.2 黏性土的物理特征塑性指数的大小取决于土塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力颗粒吸附结合水的能力,即与土中黏粒含量有关。即与土中黏粒含量有关。黏粒含量越多

48、黏粒含量越多,塑性指数塑性指数就越高。就越高。 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IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1液性指数表征土的天然含水量与液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当界限含水量间的相对关系。当IL0时时,P,土处于坚硬状态土处于坚硬状态;当当IL1时时,L,土处于流动土处于流动状态。根据状态。根据IL值可以直接判定土的值可以直接判定土的软硬状态软硬状态黏性土状态的划分83某工程的土工试验成果见下表。表中给出了同一土层三个某工程的土工试验成果见下表。表中给出了同一土层三个土样的各项物理指标，试分别求出三个土样

49、的液性指数土样的各项物理指标，试分别求出三个土样的液性指数, ,以判别土所处的物理状态。以判别土所处的物理状态。土工试验成果表土工试验成果表 【例例1-2 】84【例例1-2 】【解答解答】（1）土样）土样1-1: IP = wL wP =34.820.9=13.9 IL=(wwP)/ IP=(29.520.9)/13.9=0.62 由表可知，土处于可塑状态；由表可知，土处于可塑状态；（2）土样）土样2-1: IP = wL wP =37.325.8=11.5 IL=(w- wP)/ IP=(30.125.8)/11.5=0.37 由表可知，土处于可塑状态；由表可知，土处于可塑状态；（3）土样

50、）土样3-1: IP = wL wP =35.623.8=11.8 IL=(wwP)/ IP=(27.523.8)/11.8=0.31 由表可知，土处于可塑状态。由表可知，土处于可塑状态。 综上所述，该土层处于综上所述，该土层处于可塑状态可塑状态。851.4.3 地基土（岩）的工程分类地基土（岩）的工程分类 分类的目的：分类的目的： 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类间作有价值的比较、

51、评价、积累以及学术与经验的交流流分类原则：分类原则：1.1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要分类要简明，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。测定方法简单，使用方便。2.2.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工程用土的不同特性 86分类体系与方法分类体系与方法1.建筑工建筑工程系统程系统2.工程材工程材料系统料系统分类体系分类体系分类体系分类体系侧重把土作为建筑地基侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原和环境，研究对象为原状土，例如：状土，例如：建筑地建筑地基基础设计规范基基

52、础设计规范(GB50007-2002)地基土地基土分类方法。分类方法。侧重把土作为建筑材料，侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动基工程。研究对象为扰动土，例如：土，例如：土的分类标土的分类标准准(GBJ145-90)工程用工程用土的分类。土的分类。87建筑地基建筑地基基础设计基础设计规范分类规范分类1岩石岩石2碎石土碎石土3砂土砂土4粉土粉土6人工土人工土5粘性土粘性土分类体系与方法分类体系与方法88 1岩石岩石 岩石是天然形成的，颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理岩石是天然形成的，颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理裂隙。岩石作为工程地基和环境可

53、按下列原则分类。裂隙。岩石作为工程地基和环境可按下列原则分类。 (1)岩石按坚固性划分（见下表）岩石按坚固性划分（见下表）岩石坚固性的划分岩石坚固性的划分 岩石类别岩石类别 代表性岩石代表性岩石 硬质岩石硬质岩石 花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄武岩、花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、硅质砾岩等石灰岩、石英砂岩、石英岩、硅质砾岩等 软质岩石软质岩石 页岩、黏土岩、绿泥石片岩、云母片岩等页岩、黏土岩、绿泥石片岩、云母片岩等 建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系89(2)岩石按风化程度划分（见下表）岩石按风化程度划分（见下表） 岩石按风化程度分类岩石按

54、风化程度分类 风化程度风化程度 特特 征征 微风化微风化 岩质新鲜，表面稍有风化迹象岩质新鲜，表面稍有风化迹象 中等风化中等风化 1.结构和构造层理清晰结构和构造层理清晰2.岩体被节理、裂隙分割成岩块（岩体被节理、裂隙分割成岩块（2050cm），），裂隙中裂隙中填充少量风化物。锤击声脆，且不易击碎填充少量风化物。锤击声脆，且不易击碎 3.用镐难挖掘，岩芯钻方可钻进用镐难挖掘，岩芯钻方可钻进 强风化强风化 1.结构和构造层理不清晰，矿物成分已显著变化结构和构造层理不清晰，矿物成分已显著变化2.岩体被节理、裂隙分割成碎石状（岩体被节理、裂隙分割成碎石状（220cm）,碎石用碎石用手可以折断手可以折

55、断 3.用镐可挖掘，手摇钻不易钻进用镐可挖掘，手摇钻不易钻进 建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系902碎石土碎石土 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的的颗粒含量超过总质量的50%的土，称为碎的土，称为碎石土。碎石土的划分标准见下表。石土。碎石土的划分标准见下表。碎石土按密实度可分为碎石土按密实度可分为密实、中密、稍密密实、中密、稍密三种类型。三种类型。 碎石土的分类碎石土的分类土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量 漂石漂石块石块石 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 粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒超过全重粒超过全重50%

56、卵石卵石砾石砾石 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 粒径大于粒径大于20mm的颗粒的颗粒超过全重超过全重50% 圆砾圆砾角砾角砾 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 粒径大于粒径大于2mm的颗粒的颗粒超过全重超过全重50% 建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系913. 砂土砂土 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%，且粒径大于，且粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的50%的土称为砂土。砂土的分类的土称为砂土。砂土的分类标准见下表。标准见下表。 砂土的分类砂土的分类 土的名称土的名称

57、粒组含量粒组含量 砾砂砾砂 粒径大于粒径大于2mm的颗粒占全重的颗粒占全重25%50% 粗砂粗砂 粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50% 中砂中砂 粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50% 细砂细砂 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重85% 粉砂粉砂 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50% 建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系924 4. . 粉土粉土 粉土为粒径大于粉土为粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过全部质的颗粒质量不超过全部质量的量的50%，且塑性指数等于或小于，且塑性

58、指数等于或小于10 的土。粉土的土。粉土的颗粒级配中的颗粒级配中0.050.1mm和和0.0050.05mm的粒的粒组占绝大多数，水与土粒之间的作用明显不同于黏组占绝大多数，水与土粒之间的作用明显不同于黏性土和砂土，其性质介于黏性土和砂土之间。性土和砂土，其性质介于黏性土和砂土之间。建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系93 5.黏性土黏性土 塑性指数塑性指数IP 大于大于10的土为黏性土。黏性土根据塑性指数的大的土为黏性土。黏性土根据塑性指数的大小可分为黏土、粉质黏土。黏性土的状态可根据液性指数划小可分为黏土、粉质黏土。黏性土的状态可根据液性指数划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑

59、和流塑状态。分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑状态。 黏性土的分类黏性土的分类塑性指数塑性指数IP 土的名称土的名称 IP 17 黏土黏土 10IP 17 粉质黏土粉质黏土 建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系94 6.人工填土人工填土 人工填土是指由于人类活动而形成的堆积物。其物质成分较人工填土是指由于人类活动而形成的堆积物。其物质成分较杂乱，均匀性较差，作为地基应注意其不均匀性。根据其物杂乱，均匀性较差，作为地基应注意其不均匀性。根据其物质组成和成因可分为素填土、杂填土和冲填土三类。质组成和成因可分为素填土、杂填土和冲填土三类。 (1)素填土素填土是由碎石土、砂土、粉土、

60、黏性土等一种或几种是由碎石土、砂土、粉土、黏性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或杂质很少。压实填土指经材料组成的填土，其中不含杂质或杂质很少。压实填土指经过压实或夯实的素填土。过压实或夯实的素填土。 (2) 杂填土杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。填土。 (3) 冲填土冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。为由水力冲填泥砂形成的填土。建筑地基基础设计规范分类体系建筑地基基础设计规范分类体系95 1.1.一地基土样，含水量一地基土样，含水量w w1818，干密度干密度 d d1.60g/cm1.60g/cm3 3, ,相对密度相

61、对密度d ds s3.103.10，液限，液限w wL L29.129.1，塑限，塑限w wp p17.317.3。 求求（1 1）该土的孔隙比该土的孔隙比e e、孔隙率、孔隙率n n及饱和度及饱和度S Sr r； （2 2）塑性指数）塑性指数I Ip p、液性指数、液性指数I IL L，并确定土的名称和，并确定土的名称和状态。状态。【课内训练1-2】96解解土颗粒土颗粒水水气气硬塑状态的粉质粘土硬塑状态的粉质粘土【课内训练1-2】97黏性土状态的划分黏性土状态的划分黏性土的分类黏性土的分类塑性指数塑性指数IP 土的名称土的名称 IP 17 黏土黏土 10IP 17 粉质黏土粉质黏土 状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑液性液性指数指数I IL L 000 0I IL L 0.250.250.250.25I IL L 0.750.750.750.75I IL L11I IL L 1 1【课内训练1-2】98