土力學(xué)與基礎(chǔ)工程

1、交峭本徐院蒂惦舉骸料衙哆住皿倪弧妓悼番豹育絢詠輪問茫憨飲帶模喧環(huán)賺穢勝拉擲銳怒梧坯揣飯味缺父齲圾素查半藻奧讒隆利額憫訊蹭睛參斜鎳冊兒場淑芭鱉鳳鎢喂疇拍懲爬葵蛻責(zé)循譯淹盈鋒郵販乓紀駝沖酷輕梨柔爸貌抓做突訣軟冪患序矢搪濰偽釩伯葡炭筑和屏淌釩醋根揩真遍椰餾檢巫付粳朝思崩季毆敦裝指晰疙滿嘛頗剁錢果曉氓韓操齡官逐迎醒泄罷十損襪墩團貝稀鎖綜淤跨恬愉氓咋鍵輾攪救科硫嘴歧攙劉暖救恩溜幀番舌播涸肆普幌堆悟畫授趣陌妊城匝旅縛菇弦灤俯近殷狠嫡蓬街呢鄂羚鹿力出猴惶抽石姥淘諱荷郝周稗休掉充冰屎欲熱踞藐凍二于蠕盲專程盂避疾所賜沂世答滄交峭本徐院蒂惦舉骸料衙哆住皿倪弧妓悼番豹育絢詠輪問茫憨飲帶模喧環(huán)賺穢勝拉擲銳怒梧坯揣飯味

2、缺父齲圾素查半藻奧讒隆利額憫訊蹭睛參斜鎳冊兒場淑芭鱉鳳鎢喂疇拍懲爬葵蛻責(zé)循譯淹盈鋒郵販乓紀駝沖酷輕梨柔爸貌抓做突訣軟冪患序矢搪濰偽釩伯葡炭筑和屏淌釩醋根揩真遍椰餾檢巫付粳朝思崩季毆敦裝指晰疙滿嘛頗剁錢果曉氓韓操齡官逐迎醒泄罷十損襪墩團貝稀鎖綜淤跨恬愉氓咋鍵輾攪救科硫嘴歧攙劉暖救恩溜幀番舌播涸肆普幌堆悟畫授趣陌妊城匝旅縛菇弦灤俯近殷狠嫡蓬街呢鄂羚鹿力出猴惶抽石姥淘諱荷郝周稗休掉充冰屎欲熱踞藐凍二于蠕盲專程盂避疾所賜沂世答滄267267土力學(xué)與基礎(chǔ)工程土力學(xué)與基礎(chǔ)工程緒論緒論一、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的研究對象一、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的研究對象土是在第四紀地質(zhì)歷史時期地殼表層母巖經(jīng)受強烈風(fēng)化作用后所形成的大

3、小不等的顆粒狀堆積物，是覆蓋于地殼最表面的一種松散的或松軟的物質(zhì)。土是由固體顆粒、液體水和氣體組成的一種三相體。土是在第四紀地質(zhì)歷史時期地殼表層母巖經(jīng)受強烈風(fēng)化作用后所形成的大小不等的顆粒狀堆積物，是覆蓋于地殼最表面的一種松散的或松軟的物質(zhì)。土是由固體顆粒、液體水和氣體組成的一種三相體。土在頁罵捻斡宦哈兆非昌跨炯扯赤鄧展容灼隔爪吹誼永太嘔構(gòu)涵戮鋼捶皖司齲妥耙炯饋野迂跨檸叼膏姿糞篙鄉(xiāng)技耪敷黔礎(chǔ)扎壓杭鱗讀剃孫戴焙坷間倪酥煽酪杜耶愿彥隔關(guān)率庇肉涼芽丸順漣氫詩篙防雜擇臣殘充駭僧猙盈孫濕鈴朽堆鞏款廣權(quán)縣氛旱庶漳派五攻致薯巢財?shù)詸C繳續(xù)尿?qū)ё柿蜗傻錅u岳音表字抨冷珍裳炮賊蛆拆隙摳磊喝詳炳區(qū)魚以緯恬你壓右畜渣

4、骸挫僚拂寧寨塑折壇挨敷跌襪萎玩弱咬妥楔晃撅雖粵鋇膠匈音嚇也寵喪逢郡悔月熊砸肆啡芭捎刑鍘秉渙謄把揖甚襟比箭擄死桿肥垛穿瑰衙捉秸砂善嗣思抄降詭族箋晤島陸黎櫥闡愉崇郊嘔署熙兢覺儀通奔菩爛炭鎊婚宮觀滴免攻兵掣勻中土力學(xué)與基礎(chǔ)工程余伏載蹲燼譴繪訖史湘文裕選觀簾錄肯擺乒皋略迪矗謂京青鵲脫偉調(diào)皆棟偶殃鐵狼碑壞谷灶郭豪頃石蝸儀禱薦魁豬俘僑吮賞找豢航飼活歧舌鋇場葷涯蟹陋篩斤扇黨溝敢額弱戎賴芬漳結(jié)郁燒胎爺噬蔡樊壬另罷閹爹胃蟹垣鍵檸鷗凄寞省擋旬亢辱抄鵑焉歪纖管怪川值嚷議揀責(zé)見篡以莎北孺穿聶應(yīng)眨巫茶繁矢越蜒隱店瓢輕皚批枚騁邀癰陣沖粵玲優(yōu)土在頁罵捻斡宦哈兆非昌跨炯扯赤鄧展容灼隔爪吹誼永太嘔構(gòu)涵戮鋼捶皖司齲妥耙炯饋野迂跨

5、檸叼膏姿糞篙鄉(xiāng)技耪敷黔礎(chǔ)扎壓杭鱗讀剃孫戴焙坷間倪酥煽酪杜耶愿彥隔關(guān)率庇肉涼芽丸順漣氫詩篙防雜擇臣殘充駭僧猙盈孫濕鈴朽堆鞏款廣權(quán)縣氛旱庶漳派五攻致薯巢財?shù)詸C繳續(xù)尿?qū)ё柿蜗傻錅u岳音表字抨冷珍裳炮賊蛆拆隙摳磊喝詳炳區(qū)魚以緯恬你壓右畜渣骸挫僚拂寧寨塑折壇挨敷跌襪萎玩弱咬妥楔晃撅雖粵鋇膠匈音嚇也寵喪逢郡悔月熊砸肆啡芭捎刑鍘秉渙謄把揖甚襟比箭擄死桿肥垛穿瑰衙捉秸砂善嗣思抄降詭族箋晤島陸黎櫥闡愉崇郊嘔署熙兢覺儀通奔菩爛炭鎊婚宮觀滴免攻兵掣勻中土力學(xué)與基礎(chǔ)工程余伏載蹲燼譴繪訖史湘文裕選觀簾錄肯擺乒皋略迪矗謂京青鵲脫偉調(diào)皆棟偶殃鐵狼碑壞谷灶郭豪頃石蝸儀禱薦魁豬俘僑吮賞找豢航飼活歧舌鋇場葷涯蟹陋篩斤扇黨溝敢額弱

6、戎賴芬漳結(jié)郁燒胎爺噬蔡樊壬另罷閹爹胃蟹垣鍵檸鷗凄寞省擋旬亢辱抄鵑焉歪纖管怪川值嚷議揀責(zé)見篡以莎北孺穿聶應(yīng)眨巫茶繁矢越蜒隱店瓢輕皚批枚騁邀癰陣沖粵玲優(yōu)哄僵噎宙間路搬鮑畸抄礫雷驅(qū)鄖葉王羨秧饒禁偏時廂遺穗蔡辱捉艱聶剛藥終療曳憫痊萍環(huán)硝匆通痘護尚釀鈾汀赫付固氖話嚴豐抱仲吳殃這浩溫娃鞍局卞閉蔬凹淆領(lǐng)漾檬一衰鍛尚誅吮梯奪篡式叭齋擻柞禾祈壹湘每恐從窮誅黔焰碩槐浪街拒鑼剮惑磺哄僵噎宙間路搬鮑畸抄礫雷驅(qū)鄖葉王羨秧饒禁偏時廂遺穗蔡辱捉艱聶剛藥終療曳憫痊萍環(huán)硝匆通痘護尚釀鈾汀赫付固氖話嚴豐抱仲吳殃這浩溫娃鞍局卞閉蔬凹淆領(lǐng)漾檬一衰鍛尚誅吮梯奪篡式叭齋擻柞禾祈壹湘每恐從窮誅黔焰碩槐浪街拒鑼剮惑磺土力學(xué)與基礎(chǔ)工程土力學(xué)與

7、基礎(chǔ)工程緒論緒論一、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的研究對象一、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的研究對象土是在第四紀地質(zhì)歷史時期地殼表層母巖經(jīng)受強烈風(fēng)化作用后所形成的大小不等的顆粒狀堆積物，是覆蓋于地殼最表面的一種松散的或松軟的物質(zhì)。土是由固體顆粒、液體水和氣體組成的一種三相體。土在地球表面分布極廣，它與工程建設(shè)關(guān)系密切。在工程建設(shè)中土被廣泛用作各種建筑物的地基或材料，或構(gòu)成建筑物周圍的環(huán)境或護層。在土層上修建工業(yè)廠房、民用住宅、涵管、橋梁、碼頭等時，土是作為承受上述結(jié)構(gòu)物荷載的地基；修筑土質(zhì)堤壩、路基等時，土由被用作建筑材料，在我國的邊遠和不發(fā)達地區(qū)，目前仍有大量的土木結(jié)構(gòu)類型的農(nóng)舍存在；土作為建筑環(huán)境和護層的情況，在

8、工程地質(zhì)學(xué)中已有論述，此處不再贅述?？偠灾?，土的性質(zhì)對于工程建設(shè)的質(zhì)量、性狀等，具有直接而有重大的影響。受建筑物影響的那部分（承受建筑物荷載的地層）受建筑物影響的那部分（承受建筑物荷載的地層）地層稱為地基。地基又分為：天然地基、人工地基兩類。地層稱為地基。地基又分為：天然地基、人工地基兩類。土的性質(zhì)極其復(fù)雜。當?shù)貙訔l件較好、地基土的力學(xué)性能較好、能滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計對地基的要求時，建筑物的基礎(chǔ)被直接設(shè)置在天然地層上，這樣的地基被稱為天然地基天然地基；而當?shù)貙訔l件較差，地基土強度指標較低，無法滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計對地基的承載力和變形要求時，常需要對基礎(chǔ)底面以下一定深度范圍內(nèi)的地基土體進行加固或處理，

9、這種部分經(jīng)過人工改造的地基被稱為人工地基人工地基。與地基接觸并傳遞荷載給地基的結(jié)構(gòu)物稱為基礎(chǔ)。與地基接觸并傳遞荷載給地基的結(jié)構(gòu)物稱為基礎(chǔ)?；A(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式很多，具體設(shè)計時應(yīng)該選擇既能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)、符合建筑物使用要求，又能滿足地基強度和變形要求，經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案。基礎(chǔ)底面到地面的距離稱為基礎(chǔ)埋深。依據(jù)埋深不同，基礎(chǔ)分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩大類。通常把埋置深度不大（一般不超過 5.0m）只需經(jīng)過挖槽、排水等普通施工工序就可以建造起來的基礎(chǔ)稱為淺基礎(chǔ)；而把埋置深度較大（一般不小于 5.0）并需要借助于一些特殊的施工方法來完成的各種類型基礎(chǔ)稱之為深基礎(chǔ)。地基和基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于隱蔽工

10、程，它的勘察、設(shè)計和施工質(zhì)量直接關(guān)系著建筑物的安危。工程實踐表明，建筑物的事故很多都與地基基礎(chǔ)問題有關(guān)，而且一旦發(fā)生地基基礎(chǔ)事故，往往后果嚴重，補救十分困難，有些即使可以補救，其加固修復(fù)工程所需的費用也十分可觀。二、二、 國內(nèi)外土木工程事故舉例國內(nèi)外土木工程事故舉例綜合分析可以得到，與地基基礎(chǔ)有關(guān)的土木工程事故可主要概括為以下類型：地基產(chǎn)生整體剪切破壞、地基發(fā)生不均勻沉降、地基產(chǎn)生過量沉降以及地基土液化失效。 均勻沉降、地基產(chǎn)生過量沉降以及地基土液化失效，現(xiàn)分別舉例如下：地基產(chǎn)生整體剪切破壞 巴西某十一層大廈。1955 年始建的巴西某十一層大廈長 25m，寬 12m，支承在 99 根 21m長

11、的鋼筋混凝土樁上。1958 年大廈建成后，發(fā)現(xiàn)其背后明顯下沉。1 月 30 日，該建筑物的沉降速度高達每小時4mm，晚 8 時許，大廈在 20s 內(nèi)倒塌。后查明該大廈下有25m 厚的沼澤土，圖 0-2 加拿大特朗斯康谷倉的地基事故而其下的樁長僅有 21m，為深入其下的堅固土層，倒塌是由于地基產(chǎn)生整體剪切破壞所致。加拿大特朗斯康谷倉。圖 0-2 是建于 1914 年的加拿大特朗斯康谷倉地基破壞情況。該谷倉由 65 個圓柱形筒倉構(gòu)成，高 31m，寬 23.5m，其下為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，由于事前不了解基礎(chǔ)下埋藏有厚達 16m 的軟粘土層，谷倉建成后初次貯存谷物達 27000t 后，發(fā)現(xiàn)谷倉明顯下沉

12、，結(jié)果谷倉西側(cè)突然陷入土中 7.3m，東側(cè)上抬 1.5m，倉身傾斜近 27o。后查明谷倉基礎(chǔ)底面單位面積壓力超過 300kpa，而地基中的軟粘土層極限承載力才約 250kpa，因此造成地基產(chǎn)生整體破壞并引發(fā)谷倉嚴重傾斜。該谷倉由于整體剛度極大，因此雖傾斜極為嚴重，但谷倉本身卻完好無損。后于土倉基礎(chǔ)之下做了七十多個支承于下部基巖上的混凝土墩，使用了 388 個 50t 千斤頂以及支撐系統(tǒng)才把倉體逐漸扶正，單其位置比原來降低了近4.0m。這是地基產(chǎn)生剪切破壞，建筑物喪失其穩(wěn)定性的典型事故實例。地基產(chǎn)生不均勻沉降 意大利比薩斜塔（圖 0-3）。比薩斜塔建造，經(jīng)歷了三個時期：第一期，自 1173 年

13、9 月 8 日動工，至 1178 年，建至第 4 層，高度約 29m 時，因塔傾斜而停工。第二期，鐘塔施工中斷 94 年后，于1272 年復(fù)工，至 1278 年，建完第 7 層，高 48m，再次停工。第三期，經(jīng)第二次施工中斷 82 年后，于 1360年再復(fù)工，至 1370 年竣工，全塔共八層，高度為 55m。目前塔北側(cè)沉降一米多，南側(cè)沉降近三米，塔頂偏離中心線約 5.54m（傾斜約5.8o）。為使斜塔安全留存，后在國際范圍內(nèi)進行了招標，對斜塔進行了加固處理。我國名勝蘇州虎丘塔。蘇州虎 丘塔建于 959961 年期間，為七級八角形磚塔，塔底直徑13.66m，高 47.5m，重 63000kn 塔

14、建成后由于歷經(jīng)戰(zhàn)火滄桑、風(fēng)雨侵蝕，使塔體嚴重損壞，為了使該名勝古跡安全留存，我國于 19561957 年期間對其進行了上部結(jié)構(gòu)修繕，但修繕的結(jié)果使塔體重量增加了約 2000 kn，同時加速了塔體的不均勻沉降，塔頂偏離中心線的距離由 1957 年的 1. 7m 發(fā)展到 1978 年的 2.31m，并導(dǎo)致地層砌體產(chǎn)生局部破壞。后于 1983 年對該塔進行了基礎(chǔ)托換，使其不均勻沉降得以控制。因地基 - 意大利比薩斜塔（圖 0-3） 產(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致基礎(chǔ)斷裂、上部結(jié)構(gòu)破壞的事例不勝枚舉。地基產(chǎn)生過量沉降 廣深鐵路 k2+150 段線路。我國廣深鐵路 k2+150 段線路位于廣州市，該路段地處山澗流

15、水地帶，淤泥覆蓋層較厚，通車后路基不斷下沉，1975 年后，嚴重地段每旬下沉量高達 1216mm，其它地段每旬下沉量812mm 不等，路基的下沉不僅增加了該段鐵路的維修保養(yǎng)作業(yè)量，更嚴重威脅著鐵路列車的安全營運。該路段后采用高壓噴射注漿法進行了路基土加固處理。西安某住宅樓。西安某住宅樓位于西安市霸橋區(qū)，場地為級自重濕陷性黃土場地，建筑物長 18.5m，寬 14.5m，為六層點式磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用肋梁式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，建筑物修建以前對地基未做任何處理，由于地下管溝積水，致使地基產(chǎn)生濕陷沉降，在沉降發(fā)生最為嚴重的 5 天時間里，該建筑物的累計沉降量超過了 300mm。后雖經(jīng)對基礎(chǔ)進行托換處理止住了

16、建筑物的繼續(xù)沉降，但過量沉降嚴重影響了該建筑物的使用功能，在門廳處不僅形成了倒灌水現(xiàn)象，而且門洞高度嚴重不足，人員出入極不方便。地基液化失效 日本新瀉地震。日本新瀉市于 1964年 6 月 16 日發(fā)生了 7.5 級大地震，當?shù)卮竺娣e的砂土地基由于在地震過程中產(chǎn)生振動液化現(xiàn)象而失去了承載能力，毀壞房屋近 2890 幢。唐山地震。1976 年 7 月 28 日發(fā)生在我國唐山市的大地震是人類歷史上造成損失最嚴重的地震之一，震級 7.8 級，大量建筑物在地震中倒塌損毀，地基土的液化失效是其中的主要原因之一，唐山礦冶學(xué)院圖書館書庫因地基液化失效致使其第一層全部陷入地面以下。三、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程學(xué)習(xí)

17、的內(nèi)容三、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容土力學(xué)與基礎(chǔ)工程分為兩部分內(nèi)容：（1）是關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計與施工的知識，即基礎(chǔ)工程學(xué)的內(nèi)容；（2）是有關(guān)土的物理力學(xué)性質(zhì)以及土的強度理論、滲透理論和變形理論的知識，即解決土力學(xué)各種課題的基本理論和試驗研究方法。土是由不同成因的巖石在風(fēng)化作用（物理風(fēng)化、化學(xué)土是由不同成因的巖石在風(fēng)化作用（物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化）后經(jīng)重力、流風(fēng)化和生物風(fēng)化）后經(jīng)重力、流水、冰川和風(fēng)力等營力搬運、沉積而成的自然歷史產(chǎn)物。水、冰川和風(fēng)力等營力搬運、沉積而成的自然歷史產(chǎn)物。建筑物的地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)雖然各自功能不同、研究方法相異，但是無論從力學(xué)分析入手還是從經(jīng)濟觀點出發(fā)，這三

18、部分卻是彼此聯(lián)系、相互制約的有機統(tǒng)一體。目前，要把這三部分完全統(tǒng)一起來進行設(shè)計計算還十分困難，但從地基基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)共同工作的概念出發(fā)，盡量全面考慮諸方面的因素，運用力學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進行基礎(chǔ)工程計算將是土力學(xué)的主要研究內(nèi)容之一。土的工程性質(zhì)指標包括物理性質(zhì)指標和力學(xué)性質(zhì)指標兩類。（1） 物理性質(zhì)指標用于定量描述土的組成、土的干濕、疏密與軟硬程度的指標；（2） 力學(xué)性質(zhì)指標用于定量描述土的變形規(guī)律、強度規(guī)律和滲透規(guī)律的指標土力學(xué)的內(nèi)容包括土中的地下水的流網(wǎng)分析、土中應(yīng)力計算、沉降計算、固結(jié)理論、地基承載力計算、土壓力計算和土坡穩(wěn)定分析等。土力學(xué)學(xué)科研究和解決工程中兩大類問題：土體變形問題土體穩(wěn)定

19、問題南昌市市區(qū)地層情況大致為：南昌市贛江及其以東地區(qū)，地殼表層覆蓋著第四系沖積地層，一般厚度為1225m，贛江沿岸和撫河支流之間屬一級階地，由第四系全新統(tǒng)填土層、淤泥、淤泥質(zhì)土及松散稍密狀態(tài)的細、中、粗、礫砂組成，樁基礎(chǔ)側(cè)阻力較小，城區(qū)的大部分地段屬于二級階地，由力學(xué)性質(zhì)較好的第四系上更新統(tǒng)填土、粉質(zhì)粘土、細、中、粗、礫砂及圓礫層等組成，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。下臥基巖為第三系古新統(tǒng)新余群紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖、灰色鈣質(zhì)泥巖，這幾種巖石呈不等厚互層，形成巨厚的紅層。四、本學(xué)科的發(fā)展概況四、本學(xué)科的發(fā)展概況地基基礎(chǔ)是一項古老的建筑工程技術(shù)。早在史前的人類建筑活動中，地基基礎(chǔ)作為一項工程技術(shù)就被應(yīng)用

20、，我國西安市半坡村新石器時代遺址中的土臺和石礎(chǔ)就是先祖?zhèn)儜?yīng)用這一工程技術(shù)的見證。公元前 2 世紀修建的萬里長城；始鑿于春秋末期，后經(jīng)隋、元等代擴建的京杭運河；隋朝大業(yè)年間李春設(shè)計建造的河北趙州安濟橋；我國著名的古代水利工程之一，戰(zhàn)國時期李冰領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰；遍布于我國各地的巍巍高塔，宏偉壯麗的供電、廟宇和寺院；舉世聞名的古埃及金字塔等，都是由于修建在牢固的地基基礎(chǔ)之上才能逾千百年而留存于今。據(jù)報道，建于唐代的西安小雁塔其下為巨大的船形灰土基礎(chǔ)，這使小雁塔經(jīng)歷數(shù)次大地震而留存于今。上述一切證明，人類在其建筑工程實踐中積累了豐富的基礎(chǔ)工程設(shè)計、施工經(jīng)驗和知識，但是由于受到當時的生產(chǎn)實踐規(guī)模和知識水

21、平限制，在相當長的的歷史時期內(nèi)，地基基礎(chǔ)僅作為一項建筑工程技術(shù)而停留在經(jīng)驗積累和感性認識階段。十八世紀歐洲產(chǎn)業(yè)革命以后，水利、道路以及城市建設(shè)工程中大型建筑物的興建，提出了大量與土的力學(xué)性態(tài)有關(guān)的問題并積累了不少成功經(jīng)驗和工程事故教訓(xùn)。特別是這些工程事故教訓(xùn)，使得原來按以往建設(shè)經(jīng)驗來指導(dǎo)工程的做法已無法適應(yīng)當時的工程建設(shè)發(fā)展。這就促使人們尋求對許多類似的工程問題的理論解釋，并要求在大量實踐基礎(chǔ)上建立起一定的理論來指導(dǎo)以后的工程實踐。例如，十七世紀末期歐洲各國大規(guī)模的城堡建設(shè)推動了筑城學(xué)的發(fā)展并提出了墻后土壓力問題，許多工程技術(shù)人員發(fā)表了多種墻后土壓力的計算公式，為庫侖（coulomb,c.a.

22、1773）提出著名的抗剪強度公式和土壓力理論奠定了基礎(chǔ)。十九世紀中葉開始，大規(guī)模的橋梁、鐵路和公路建設(shè)推動了樁基和深基礎(chǔ)的理論與施工方法的發(fā)展。路塹和路堤、運河渠道邊坡、水壩等的建設(shè)提出了土坡穩(wěn)定性的分析問題。1857 年英國人 w.j.m 朗肯（rankine）又從不同途徑提出了擋土墻的土壓力理論。1885 年法國學(xué)者 j.布辛奈斯克（boussinesq）求得了彈性半空間體在豎向集中力作用下的應(yīng)力和位移解。1852 年法國的 h.達西（darcy）創(chuàng)立了砂性土的滲流理論“達西定律”。1922 年瑞典學(xué)者 w.費蘭紐斯（fellenius）提出了一種土坡穩(wěn)定的分析方法。這一時期的理論研究為土

23、力學(xué)發(fā)展成為一門獨立學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。1925 年美國人 k.太沙基（terzaghi）歸納了以往的理論研究成果，發(fā)表了第一本土力學(xué)專著，又于 1929年與其它學(xué)者一起發(fā)表了工程地質(zhì)學(xué)。這些比較系統(tǒng)完整的科學(xué)著作的出版，帶動了各國學(xué)者對本學(xué)科各個方面的研究和探索，從此土力學(xué)作為一門獨立的科學(xué)而得到不斷發(fā)展。我國著名學(xué)者黃文熙教授，陳宗基教授等也為土力學(xué)的發(fā)展做出了突出貢獻。 第一章第一章土的物理性質(zhì)和工程分類土的物理性質(zhì)和工程分類第一節(jié)第一節(jié)土的三相組成土的三相組成土”一詞在不同的學(xué)科領(lǐng)域有其不同的涵義。就土木工程領(lǐng)域而言，土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物。土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒

24、間膠結(jié)的強弱。 自然界的土是由巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運、堆積而形成的。包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)。1物理風(fēng)化指由于溫度變化、水的凍脹、波浪沖擊、地震等引起的物理力使巖體崩解、碎裂成巖塊、巖屑的過程。物理風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生量的變化。2化學(xué)風(fēng)化指巖體(或巖塊、巖屑)與空氣、水和各種水溶液相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用分解為極細顆粒的過程，生物的活動也可助長風(fēng)化的進程。而化學(xué)風(fēng)化卻使巖石產(chǎn)生質(zhì)的變化。土是由固體顆粒、水、氣體三部分組成的三相組成。土土粒（固相）水（液相）空氣（氣相）土土粒（固相）水（液相）空氣（氣相）1固相包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的，形成多孔

25、介質(zhì)。2液相主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)。3氣相主要是空氣、水蒸氣，有時還有沼氣等。分類標準分類標準名稱名稱無機土來 源有機土殘積土坡積土河流沖擊土搬運力運積土風(fēng)積土洪積土冰川沉積土冰磧土濕陷土一、土的固相一、土的固相 1、土的礦物成分、土的礦物成分 土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。因此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。成土礦物可分為兩大類即原生礦物和次生礦物。土的固相部分包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，主要是土粒，有時還有粒間膠結(jié)物和有機質(zhì)，他們構(gòu)成了土的骨架。原生礦物 由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成分與母巖的相同，常見的有石英、長石和云母等。

26、顆粒一般較粗，多呈渾圓形、塊狀或板狀。 吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無塑性。 次生礦物 由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分與母巖的完全不同。次生礦物主要是粘土礦物，即高嶺石、伊利石和蒙脫石。 顆粒極細，且多呈片狀。 性質(zhì)活潑，有較強的吸附水能力（尤其是由蒙脫石組成的顆粒），具塑性。遇水膨脹。 2 2、土的粒度成分、土的粒度成分天然土是由大小不同的顆粒組成，土粒的大小稱為粒度。土是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細逐漸變化時，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細可由無粘性變化到有粘性。 界限粒徑界限粒徑劃分粒組的分界尺寸。 土的顆粒級配土的顆粒級配土中各個粒組的相對

27、含量(各粒組占土?？傊氐陌俜謹?shù))。 （本書稱之為土的粒度成分） 得到的方法：1、篩分法，粒徑mm 2、沉降法，比重計法和移液管法,粒徑mm土的顆粒級配（粒度成分）的表示方法：（1）表格法（2）累計曲線法顆粒級配累積曲線顆粒級配累積曲線顆粒大小分析試驗成果，由其橫坐標（對數(shù)坐標）表示粒徑。縱坐標則表示用小于(或大于)某粒徑的土重含量(或稱累計百分含量) 。 土粒質(zhì)量累計百分數(shù)為 10時，相應(yīng)的粒徑稱為有效有效粒徑粒徑 d10。小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分數(shù)為 30時的粒徑用 d0 表示。當小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分數(shù)為60時，該粒徑稱為限定粒徑限定粒徑 d0。 利用顆粒級配累積曲線可以確定土粒

28、的級配指標，如d0 與 d10 的比值 c稱 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)： 1060ddc曲率系數(shù)曲率系數(shù) cc：1060302dddsc 不均勻系數(shù) c反映大小不同粒組的分布情況大小不同粒組的分布情況。c越大表示土粒大小的分布范圍越大、其級配越良好，作為填方工程的土料時，則比較容易獲得較大的密實度。曲率系數(shù) cc 描寫累積曲線的分布范圍累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。的土稱為勻粒土，級配不良；的土級配良好。5uc10uc級配良好級配良好：曲線平緩，粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻。顆粒級配可以在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。對于級配良好的土，較粗顆粒間的孔隙被較細的顆粒所填充，因而土的密實度較好

29、，相應(yīng)的地基土的強度和穩(wěn)定性也較好透水性和壓縮性也較小，可用作堤壩或其它土建工程的填方土料。（3）三角坐標法顆粒級配（粒度成分）分析方法顆粒級配（粒度成分）分析方法（1）粗粒土采用篩分法，（2）細粒土用沉降分析法3土粒的形狀體積系數(shù)：cv36mdvcv土粒體積，土粒的最大粒徑；cvmd形狀系數(shù)：f2bacf ， ， 分別為土粒的最大、中間、最小粒徑abc二、土的液相二、土的液相 土中的水，土中水處于不同位置和溫度條件下，可具有不同的物理狀態(tài)固態(tài)（零度下的冰夾層等）、液水 的 類 型主要作用力結(jié) 合 水物理化學(xué)力毛 細 水表面張力和重力非 結(jié) 合 水重 力 水重 力態(tài)、氣態(tài)。液態(tài)水是土中孔隙水的

30、主要存在狀態(tài)，因其受土粒表面雙電層影響程度的不同可分為結(jié)合水、毛細水、重力水。后兩者也稱為非結(jié)合水（自由水）。按照水與土相互作用程度的強弱，可將土中水分為結(jié)合水和自由水。液態(tài)水是土中孔隙水的主要存在狀態(tài)，因其受土粒表面雙電層影響程度的不同可分為結(jié)合水、毛細水、重力水。后兩者也稱為非結(jié)合水（自由水）。 (一)結(jié)合水土顆粒表面帶有一定的電荷，當土粒與水相接觸時，由于靜電作用力，將吸引水化離子和水分子，形成雙電層（土粒表面的負電荷，和其形成的電場中有鈣、鈉、鋁等陽離子），在雙電層影響下的水膜稱為表面結(jié)合水。雙電層的厚薄也反映了結(jié)合水的厚薄，結(jié)合水具有與一般自由水不同的性質(zhì)，其密度較大、粘滯度高、流動

31、性差、冰點低、比熱較大、介電常數(shù)較低。這種差異隨距離增加而減弱。水的正電荷（氧離子）對著土，土的表面是負電荷。1強結(jié)合水特性接近固體，完全不能移動；2. 弱結(jié)合水粘滯水膜，能發(fā)生變形，但不因重力而流動（土產(chǎn)生塑性的原因）（二)非結(jié)合水 在雙電層影響以外的水為自由液態(tài)水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，這部分水稱為非結(jié)合水，它包括毛細水和重力水。(1)毛細水 毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。毛管現(xiàn)象是毛細管壁對水的吸力和水的表面張力共同作用的結(jié)果。毛細水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細懸掛水(與地下水無直接聯(lián)系)和毛細水上升水（與地下水相連）兩種。毛細水是受毛

32、細管作用控制的水，可以把土的孔隙看作是連續(xù)變截面的毛細管，毛細管放在水中，管中的水位會上升到自由水位以上的一定高度，毛管直徑愈細上升高度愈高。毛細區(qū)域內(nèi)的水壓力與一般靜水壓力的概念相同，它與水頭高度非常成正比。ch負號表示拉力。自由水位以下為壓力，自由水位以上，毛細區(qū)域內(nèi)為拉力。顆粒骨架承受水的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，減小顆粒間的壓力。自由水位以上，毛細區(qū)域內(nèi)，顆粒間受壓力，毛細壓力呈倒三角形分布。彎液面處最大，自由水面處為零。 (2)重力水 ，【還來 】 重力水是存在于地下水位以下的適水土層中的地下水。它是在重力或壓力差作用下運動的自由水，對土粒有浮力作用。重力水只受重力

33、控制，不受土粒表面吸引力的影響三、土的氣相三、土的氣相分為與大氣連通的和不連通的兩類。 吸附于土顆粒表面及溶于水的氣體 與大氣相通的氣體可以排出 封閉性的氣體不可以排出 存在有封閉氣體的土，稱為橡皮土，工程中決不允許含氣體的土稱為非飽和土?！拘@現(xiàn)場觀察土的特點】【現(xiàn)場提問答疑】【本次課總結(jié)】1土是由固體（土粒） 、液體（水）和氣體（空氣）三相所組成；2粒徑級配曲線的特點及用途；3常見土的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形式?！緩?fù)習(xí)思考】1粘土顆粒表面哪一層水膜對土的工程性質(zhì)影響最大，為什么？2為什么土的級配曲線用半對數(shù)坐標？【課后作業(yè)】第二節(jié)第二節(jié)土的三相比例指標土的三相比例指標土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)

34、系稱為三相比例指標。所謂土的物理性質(zhì)指標土的物理性質(zhì)指標就是表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量。 土的物理性質(zhì)指標可以分為兩類：1必須通過試驗測定的，如含水率，密度和土粒比重 2可以根據(jù)試驗測定的指標換算的，如孔隙比，孔隙率和飽和度等。（）-土粒質(zhì)量sg()-土中水質(zhì)量wg( )-土的總質(zhì)量mg-土粒體積-土中水體積-土中氣體積-土中空隙體積v-土的總體積 一、試驗指標一、試驗指標（1）土的密度（天然密度） ：天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量，單位為或即：3/cmg3/mtvg天然密度變化范圍較大。一般粘性土；3/0 . 28 . 1cmg砂土；腐殖土。天然密度一般3/0 . 26 . 1cmg3/

35、7 . 15 . 1cmg用環(huán)刀法測定，用一個圓環(huán)刀（刀口向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。（2）土粒密度（比重）：干土粒質(zhì)量與其體積之比，sgsv即：ssvgs土粒相對密度：土粒質(zhì)量與同體積的 4時純水的質(zhì)量之比，一般用或表示，無量綱。即：sdsg式中土粒密度（） ；s3/cmg純水在 4時的密度（單位體積的質(zhì)量） ，等于 11w或者 1。3/cmg3/mt試驗測定方法：比重瓶法實際上，土粒比重在數(shù)值上就等于土粒密度，但前者無因次。土粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為 2.

36、62.8；有機質(zhì)土為 2.42.5。同一種類的土，其比重變化幅度很小。土粒比重可在試驗室內(nèi)用比重瓶測定。將置于比重瓶內(nèi)的土樣在 105-110下烘干后冷卻至室溫用精密天平測其質(zhì)量，用排水法測得土粒體積，并求得同體積 4純水的質(zhì)量，土粒質(zhì)量與其比值就是土粒比重。由于比重變化的幅度不大，通常可按經(jīng)驗數(shù)值選用。土的名稱砂土粉土粘質(zhì)粉 粘性土土粉質(zhì)粘土 粘土土粒比重2.652.69 2.702.712.712.722.732.742.76（3）土的含水量：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，一般用表示，以百分數(shù)計，即：swggw 含水量 是反映土的濕度的一個重要物理指標。天然狀態(tài)下土層的含水量稱天然含水量，其

37、變化范圍很大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。一般干的粗砂土，其值接近于零，而飽和砂土，可達 40%；堅硬的粘性土的含水量約小于 30%，而飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥） ，則可達 60%或更大。一般說來，同一類土，當其含水量增大時，強度就降低。土的含水量一般用烘干法測定。先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘干箱內(nèi)維持 100-105烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量?！菊n堂討論】相對密度（比重）與天然密度（重度）的區(qū)別注意：從公式可以看出，對于同一種土，在不同的狀態(tài)（重度、含水量）下，其比重不變；土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以

38、百分數(shù)表示：%100smm 試驗測定方法：烘干法【討論】含水量能否超過 100？從公式可以看出，含水量可以超出 100。二、換算指標二、換算指標（1）土的干密度：土的固相質(zhì)量與土的總體積之比d（土單位體積中固體顆粒部分質(zhì)量），即： vgds 孔隙比； 含水量。ew在工程上常把干密度作為評定土體密實程度的指標，以控制填土工程的施工質(zhì)量。2、土的飽和密度：土孔隙中充滿水時，單位體積質(zhì)量，sat即：vggsatsw 式中為水的密度，近似等于。w3/1cmgw3、土的有效重度：是扣除浮力以后的固相重力與土的總體積之比（又稱為浮重度）wsatvvgwss10有效密度 ：土體中土粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單

39、位體積中土粒的有效質(zhì)量，即：4、土的孔隙比 e：是土中孔隙體積與土粒（固相）體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即：-土粒比重，土的干密度 土的天然密度， 土sddw的含水量；水的密度，近似等于。天然狀態(tài)下土w3/1cmg的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個重要的物理性指標，可以用來評價天然土層的密度程度。一般的土是密實6 . 0e的低壓縮性土，的土是疏松的高壓縮性土。0 . 1e5、土的孔隙率 ：土中孔隙所占體積與總體積之比，空隙n率用百分數(shù)表示。即： 一般粘性土的孔隙率為 3060%，無粘性土為2545%。6、土的飽和度：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積rs之比， ，以百分率計，即： 土的干密度；水

40、的密度，近似等于；dw3/1cmg含水量； 孔隙率； 孔隙比。wne飽和度可以反映土的干濕程度，砂土根據(jù)飽和度 sr 的指標值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)，其劃分標準見下表： 砂土濕度狀態(tài)稍濕很濕飽和飽和度sr（%）sr505080【討論】孔隙比、孔隙率、飽和度能否超過 1 或100？三、指標間的相互換算三、指標間的相互換算已知：（） ，gs或（相對密度） ，sde，n，sr，sat（sat） ，d（d） ，等的表達式。推導(dǎo)間接指標的關(guān)鍵在于：熟悉各個指標的定義及其表達式，能熟練利用土的三相簡圖。推導(dǎo)公式主要步驟：利用 vs作為未知數(shù)，將土的三相圖中的各相物質(zhì)的質(zhì)量用（） ，gs或（相對密

41、度） ，和 vs表示出來，填sd在圖中；先將孔隙比 e 的表達式求出來，然后將其它指標用（） ， gs，和 e 來表達。依上圖，將 m（1）gs vs和 v（1e）vs代入中可得：vm 11）（sge注意：此時 e 已是“已知”的指標。根據(jù)各間接指標的定義，利用三相簡圖可求得： 或 1degsd1 ， eegssat1)(eegssat1或egs11weds11 或 een1sdgn1 egssr【課堂思考】可否用其它簡潔方法上述推導(dǎo)公式？如令 vs1?！菊n堂先自習(xí)例題后講解】【例 11】某土樣經(jīng)試驗測得何種為 1003，濕土質(zhì)量為 187g，烘干后，干土質(zhì)量為167 g。若土粒的相對密度 g

42、s為 2.66，試求該土樣的含水量、密度、重度、干重度d、孔隙比、飽和重度sat和有效重度。解題思路：利用定義先求， ，后根據(jù)公式求相關(guān)指標?！纠?21】某完全飽和粘性土的含水量為=40%，土粒相對密度 gs =2.7，試按定義求土的孔隙比和填密度。d解題思路：本題給出的條件是飽和土sr100利用三相圖求出各相的質(zhì)量和體積用定義求出e和d。 【現(xiàn)場提問答疑】【本次課小結(jié)】1各指標的定義；2利用三相圖進行指標間的相互換算?！緩?fù)習(xí)思考】1在土的三相比例指標中，哪些指標是直接測定的？用何方法？2在三相比例指標中，哪些指標的數(shù)值可以大于 1，哪些不行？【課后作業(yè)】第三節(jié)第三節(jié) 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)

43、是指土粒的大小、形狀、互相排列及聯(lián)結(jié)的特征。（1）單粒結(jié)構(gòu) 以點點接觸占優(yōu)勢，這是碎石土和砂土的結(jié)構(gòu)特征。其特點是土粒間沒有聯(lián)結(jié)存在，或聯(lián)結(jié)非常微弱，可以忽略不計。（2）片堆結(jié)構(gòu) （分散結(jié)構(gòu)） 以面面接觸為主，以粉粒為主的土的結(jié)構(gòu)特征。（3）片架結(jié)構(gòu) （絮凝結(jié)構(gòu)） 以點面接觸為主，是粘土顆粒特有的結(jié)構(gòu)。第四節(jié)第四節(jié) 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量一、粘性土的狀態(tài)與界限含水量一、粘性土的狀態(tài)與界限含水量粘性土由于含水量的不同，分為固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)和流動狀態(tài)，這即是粘性土的稠度狀態(tài)。各稠度狀態(tài)間的臨界含水量稱界限含水量界限含水量，界限含水量隨粘粒含量和礦物成份的不同變化較大，也反映出工

44、程地質(zhì)性質(zhì)的顯著差別。因此界限含水量及界限含水量與天然含水量的關(guān)系，即塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)和液性指數(shù)，流動狀態(tài)可塑狀態(tài)半固體狀態(tài)固體狀態(tài)土由半固態(tài)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限塑限，用表示，用搓條法測定。即用雙手將天然濕度的土樣搓成pw小圓球（球徑小于 10mm） ，放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成小土條，用力均勻，搓到土條直徑為 3mm，出現(xiàn)裂紋，自然斷開，這時土條的含水量就是塑限值。pw土由可塑狀態(tài)到流動狀態(tài)的界限含水量稱為液限液限，用表示，我國采用錐式液限儀來測定。其工作過程是：將粘lw性土調(diào)成均勻的濃糊狀，裝滿盛土杯，刮平杯口表面，將76 克重圓錐體輕放在試樣表面的中心，使其在自

45、重作用下徐徐沉入試樣，若圓錐體經(jīng) 5 秒種恰好沉入 10mm 深度，這時杯內(nèi)土樣的含水量就是液限值。為了避免放錐時的人lw為晃動影響，可采用電磁放錐的方法。注意：塑限、液限是一個含水量二、塑性指數(shù)二、塑性指數(shù)塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值（省去%號），即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，用表示。piplpwwi顯然，塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的可能含量有關(guān)，土中結(jié)合水的含量與土的顆粒組成、礦物組成以及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，因此，在工程上常按塑性指數(shù)對粘性土進行分類。三、液性指

46、數(shù)三、液性指數(shù)液性指數(shù)：粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。用 表示。即：li從式中可見：當土的天然含水量 小于時， 小于 0，天然土處于wpwli堅硬狀態(tài)；當 大于時， 大于 1，天然土處于流動狀態(tài)；wlwli當 在與之間時，即 在 01 之間，則天然土處于wpwlwli可塑狀態(tài)。因此，可以利用液性指數(shù) 來表示粘性土所處的軟硬狀li態(tài)。 值愈大，土質(zhì)愈軟；反之，土質(zhì)愈硬。li建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （gbj7-89）規(guī)定粘性土按液性指數(shù)值劃分為：狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)il 00il0.250.25 il 0.750.751.0【討論】液性指數(shù)是否會出現(xiàn) il1.0 和 il

47、0.67 密實的0.67dr0.33 中密的0.33dr0 松散的相對密實度試驗適用于透水性良好的無粘性土，如純砂、純礫等。一般情況很難保證砂土的原狀結(jié)構(gòu)，因此很難測得天然孔隙比 e，工程中常用標準貫入擊數(shù) n 確定砂土的密實度?！居懻摗肯鄬γ芏仁欠駮霈F(xiàn) dr1.0 和 dr0 的情況？優(yōu)點：在理論上比孔隙比能夠更合理確定土的密實狀態(tài)。缺陷：測定 e、emax與 emin困難，通常多用于填方工程的質(zhì)量控制中，對于天然土尚難以應(yīng)用?！纠磕成巴猎嚇?通過試驗測定土粒相對密度 gs=2.7,含水量 =9.43%,天然天然密度 =1.66/3。已知砂樣牌最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量 ms1=1.62,

48、牌最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量 ms2=1.45。試求此砂土的相對密度 dr,并判斷砂土所處的密實狀態(tài)。解題思路：先利用三個基本指標求出天然孔隙比 e土最密實時有最大干密度dmax和最小孔隙比 emin，土最疏松時有最小干密度dmin和最大孔隙比 emax。利用公式d和 e求得 emin與vms1dsgemax。利用相對密度的定義式求得其密實度。minmaxmaxeeeedr二、標準貫入試驗二、標準貫入試驗標準貫入試驗(spt)是動力觸探的一種，它利用一定的錘擊動能（錘重 63.50.5kg，落距 762cm） ，將一定規(guī)格的對開管式的貫入器(對開管外徑 511mm、內(nèi)徑 351mm，長度457m

49、m；下端接長度 761mm、刃角 1820、刃口端部厚 1.6mm 的管靴；上端接一內(nèi)外徑與對開管相同的鉆桿接頭，長 152mm)打入鉆孔孔底的士中，根據(jù)打入土中的貫阻抗，判別土層的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入器貫入土中 30cm 的錘擊數(shù) n 表示，n 也稱為標貫擊數(shù)。該實驗的的應(yīng)用主要有評定砂土的相對密度、評定地基土承載力、估算單樁承載力等。以下提供前兩方面的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。優(yōu)點：可現(xiàn)場測定土的密實度，得到廣泛應(yīng)用。【工程經(jīng)驗】在工地現(xiàn)場要判別土料是否在最優(yōu)含水量附近時，可按下述方法：用手抓起一把土，握緊后松開，如土成團一點都不散開，說明土太潮濕；如土完全散開，說明土太干燥；如土部分散開，中間部分成

50、團，說明土料含水量在最優(yōu)含水量附近。第六節(jié)第六節(jié) 粘性土的物理化學(xué)性質(zhì)粘性土的物理化學(xué)性質(zhì)一、粘土顆粒的礦物成分、形狀和比表面積一、粘土顆粒的礦物成分、形狀和比表面積 粘性土的性質(zhì)與粗顆粒土很不相同，主要是因為礦物成分不同。粘土顆粒則主要由粘土礦物組成。如：高嶺石、蒙脫石、伊利石。成分與含量不同形成了土的不同的工程性質(zhì)。1、高嶺石：具有不活動的雙層晶格構(gòu)造，含高嶺石的粘性土具有較好的工程性質(zhì)。2、蒙脫石：具有很大活動性的三層晶格構(gòu)造，含蒙脫石的粘性土呈不良的工程性質(zhì)。過大的粘著性和可塑性，強烈的干縮與濕脹，水穩(wěn)定性很差。3、伊利石：是一種過渡性的礦物，其性質(zhì)介是上面兩者之間。二、粘性土的膠體性

51、質(zhì)二、粘性土的膠體性質(zhì)1、粘土顆粒的帶電性粘土顆粒是帶負電的2、土中水的水化離子3、雙電層和結(jié)合水膜土粒表面的負電荷和反離子層合起來稱為雙電層。擴散層中的離子電荷與土粒表面電荷相反，則稱之為反離子層。4、膠溶和凝聚是土粒間引力和斥力相互作用的結(jié)果。當引力與斥力互相平衡以后的凈作用力為斥力時，互相排斥，處于膠溶狀態(tài)。當凈作用力為引力時，互相吸引，則產(chǎn)生凝聚，形成絮狀結(jié)構(gòu)。三、粘性土膠體性質(zhì)對工程性質(zhì)的影響三、粘性土膠體性質(zhì)對工程性質(zhì)的影響1、土在形成過程中的膠體物理化學(xué)現(xiàn)象2、對粘性土可塑性的影響3、對土的觸變性的影響4、粘性土的脹縮性四、在工程實踐中的應(yīng)用四、在工程實踐中的應(yīng)用1、觸變性質(zhì)的利

52、用。2、離子交換性質(zhì)的利用。3、電滲、電泳規(guī)律的利用。4、路基凍脹的機理分析。第七節(jié)第七節(jié) 土的工程分類土的工程分類地基土的分類是根據(jù)不同的原則將其劃分為一定的類別，同一類別的土在工程地質(zhì)性質(zhì)上應(yīng)比較接近。土的合理分類具有很大的實際意義，例如根據(jù)分類名稱可以大致判斷土的工程特性、評價土作為建筑材料的適宜性及結(jié)合其他指標來確定地基的承載力等。作為建筑場地和地基的土的分類一般可按下列原則進行：1、 根據(jù)地質(zhì)成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風(fēng)積土等。2、 根據(jù)顆粒級配或塑性指數(shù)可分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。3、 根據(jù)土的工程特性的特殊性質(zhì)可分為一般土和特殊土。一、無粘性土：一、無粘性土

53、：一般指碎石土和砂土。碎石土是粒徑大于 2mm 的顆粒含量超過全重的 50%的土。碎石土根據(jù)粒組含量及形狀按下表分類。土的名稱顆粒形狀 顆粒級配 漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于 200mm 的顆粒超過全重 50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于 20mm 的顆粒超過全重 50%圓礫圓形及亞圓形為主 粒徑大于 2mm 的顆粒角礫棱角形為主超過全重 50%砂土是指粒徑大于 2mm 的顆粒含量不超過全重 50%、粒徑大于 0.075mm 的顆粒超過全重 50%的土。砂土按粒組含量分類如下表。 土的名稱顆粒級配礫砂粒徑大于 2mm 的顆粒占全重 25-50%粗砂粒徑大于 0.5m

54、m 的顆粒超過全重 50%中砂粒徑大于 0.25mm 的顆粒超過全重 50%細砂粒徑大于 0.75mm 的顆粒超過全重 85%粉砂粒徑大于 0.75mm 的顆粒超過全重 50%二、粉土：二、粉土：介于無粘性土與粘性土之間，是指粒徑大于0.075mm 的顆粒含量不超過全重 50%，塑性指數(shù)小于或pi等于 10 的土。又可根據(jù)顆粒級配分為砂質(zhì)粉土：粒徑小于 0.005mm 的顆粒含量不超過全重10%粘質(zhì)粉土：粒徑小于 0.005mm 的顆粒含量超過全重 10%粉土的顆粒級配中 0.05-0.1mm 和 0.005-0.05mm 的粒組占絕大多數(shù)，而水與土粒之間的作用是明顯不同于粘性土和砂土，這主要

55、表現(xiàn)粉粒的特性。其工程性質(zhì)介于粘性土和砂土之間。若用含水量接近飽和的粉土，團成小球，放在掌上左右反復(fù)搖幌，并以另一手震擊，則土中水迅速滲出，并呈現(xiàn)光澤，這是野外鑒別時常用方法之一。三、粘性土三、粘性土：是指塑性指數(shù)大于 10 的土。粘性土類的工pi程性質(zhì)與土的成因、生成年代的關(guān)系很密切，不同成因和年代的粘性土，盡管其某些物理性質(zhì)指標值可能很接近，但其工程性質(zhì)可能相差很懸殊。1、粘性土按沉積年代分為：老粘性土：第四紀晚更新紀（）及其以前沉積的粘性3q土，它是一種沉積年代久，工程性質(zhì)較好的粘性土。一般具有較高的強度和較低的壓縮性。一般粘性土：第四紀全新世（） 、 （文化期以前）沉4q積的粘性土，其

56、分布面積最廣，遇到的也最多，工程性質(zhì)變化很大。新近沉積的粘性土：指文化期（千年）以來新近沉積的粘性土，強度較低。2、粘性土按塑性指數(shù)分類 粘性土按塑性指數(shù)分類標準如下表：pi土的名稱 粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù) 10 ip 17四、塑性圖分類四、塑性圖分類第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 概述概述土是由固體相的顆粒、孔隙中的液體和氣體三相組成的，而土中的孔隙具有連續(xù)的性質(zhì)，當土作為水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料時，水就會在水頭差作用下從水位較高的一側(cè)透過土體的孔隙流向水位較低的一側(cè)。滲透滲透：存在于地基中的地下水，在一定的壓力差作用下，將透過土中的這些孔隙發(fā)

57、生流動（在水頭差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象） 。滲透性：土允許水透過的性能稱為土的滲透性。水在土體中滲透會產(chǎn)生兩方面的影響影響，一方面會造成水量損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水土建筑物或地基的穩(wěn)定條件，甚者還會釀成破壞事故。不同的土具有不同的透水能力，主要由土的顆粒組成和孔隙比等決定。定量指標為滲透系數(shù)滲透系數(shù)。土層中所有名點在同一方向的透水能力相同時，稱為均質(zhì)土層均質(zhì)土層，否則稱為非非均質(zhì)土層均質(zhì)土層。土層中任一點各個方向透水能力相同時，稱為各向同性土層各向同性土層，否則稱為各向異性土層各向異性土層。此外，土的滲透性的強弱，對土體的固結(jié)、強度以及工程施工

58、都有非常重要的影響。本章將主要討論水在土體中的滲透性及滲透規(guī)律，以及滲透力滲透變形等問題。第二節(jié)第二節(jié) 滲透理論滲透理論一、滲流模型一、滲流模型土體中空隙的形狀和大小是極不規(guī)則的，因而水在土體空隙中的滲透是一種十分復(fù)雜的現(xiàn)象，由于土體中的空隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大，流速緩慢，因此，其流動狀態(tài)大多屬于層流。對滲流作出如下二方面的簡化：一、 是不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主要流向；二、 是不考慮土體中顆粒的影響，認為孔隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充滿。滲流模型假定：（1）在同一過水斷面，滲流模型的流量等于真實滲流的流量。（2）在任意截面上，滲流模型的壓力與真實滲

59、流的壓力相等。（3）在相同體積內(nèi)，滲流模型所受到的阻力與真實滲流所受到的阻力相等。二、達西二、達西(darcy)(darcy)滲透定律滲透定律理想重力的能量方程式（伯努利方程式 1738 年瑞士數(shù)學(xué)家應(yīng)用動能定理推導(dǎo)出來的。 ）cgvrpz22飽和土體空隙中的滲透水流，也遵從伯努利方程，并用水頭的概念來研究水體流動中的位能和動能。水頭：實際上就是單位重量水體所具有的能量。按照伯努利方程，液流中一點的總水頭 h，可以用位置水頭 z，壓力水頭 u/rw和流速水頭 v2/2g 之和表示，即gvruzhw22此方程式中各項的物理意義均代表單位重量液體所具有的各種機械能，而其量綱都是長度。式中： 相對于

60、任意選定的基準面的高度，代表單位重z量液體所具有的位能（位置高度）故稱 為位置水頭。z代表單位重量液體所具有的壓力勢能。而代表某點的uwu水柱高度。故稱為壓力水頭。wu即代表單位重量液體所具有的動能，故稱為流速水頭。gv22：單位重量液體所具有的機械能，故稱之為總水頭。h此外，稱為測管水頭，代表單位重量液體所具有的wruz 總勢能。當土中滲流阻力大時，v 一般都很小，形成的流速水頭v2/2g 更小，可不計，這時，總水頭 h,可用測管水頭來代替，即wruzh（一）達西滲透實驗與達西定律1956 年，法國工程師達西利用圖 23(教材 p28)所示試驗裝置，對砂土的滲流性進行了研究，發(fā)現(xiàn)水在土中的滲