土力學(xué)第2章土的工程性質(zhì)與分類-下篇

1、 第二章第二章 土的工程性質(zhì)與分類土的工程性質(zhì)與分類本章內(nèi)容與本章內(nèi)容與工程地質(zhì)工程地質(zhì)所學(xué)內(nèi)容所學(xué)內(nèi)容相同相同 無黏性土無黏性土包括包括砂土砂土、碎石碎石、卵石卵石等粗顆粒土，等粗顆粒土，它們都是它們都是單粒單粒結(jié)構(gòu)，無黏聚力。最主要的物理狀結(jié)構(gòu)，無黏聚力。最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)為態(tài)指標(biāo)為密實(shí)度密實(shí)度。衡量方法衡量方法單位體積單位體積中中固體顆粒含量固體顆粒含量的多少或的多少或孔隙含量孔隙含量的多少。土顆粒越多，的多少。土顆粒越多，孔隙孔隙越少，土就越少，土就越越密實(shí)密實(shí)，結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)越越穩(wěn)定穩(wěn)定，壓縮性，壓縮性越越小，強(qiáng)度小，強(qiáng)度越越大，大，可作為良好的天然地基；反之，壓縮性大，強(qiáng)度可作為良好

2、的天然地基；反之，壓縮性大，強(qiáng)度低，屬不良地基。低，屬不良地基。密實(shí)度密實(shí)度是指單位體積中固體顆粒的含量。是指單位體積中固體顆粒的含量。 第五節(jié)第五節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)（課本第（課本第1919頁）頁）e emaxmax與與e emin min ：最大與最小孔隙比：最大與最小孔隙比, ,使用使用漏斗法漏斗法和和振動(dòng)法振動(dòng)法測(cè)定。測(cè)定。（2 2）采用）采用相對(duì)密度相對(duì)密度表示表示minmaxmaxeeeeDremax （1 1）采用）采用天然孔隙比天然孔隙比表示表示但要采取天然狀態(tài)的砂測(cè)定天但要采取天然狀態(tài)的砂測(cè)定天然孔隙比然孔隙比非常困難非常困難。上式中還是需要測(cè)定上式中還是需要

3、測(cè)定天然孔隙比天然孔隙比e e，因此，因此，上述兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。上述兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。emin （課本第（課本第1919頁）頁）1 1、砂土的密實(shí)度、砂土的密實(shí)度（3 3）規(guī)范采用原位）規(guī)范采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的的錘擊數(shù)錘擊數(shù)來判來判定砂土的密實(shí)度：定砂土的密實(shí)度： 密實(shí)度密實(shí)度松散松散稍密稍密中密中密密實(shí)密實(shí)標(biāo)準(zhǔn)貫入標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)錘擊數(shù)N NN N101010N10N151515N1530N302 2、碎石土的密實(shí)度、碎石土的密實(shí)度規(guī)范采用規(guī)范采用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的的錘擊數(shù)錘擊數(shù)來判定來判定碎石土、卵碎石土、卵( (礫礫) )石土

4、的密實(shí)度：石土的密實(shí)度： 密實(shí)度密實(shí)度松散松散稍密稍密中密中密密實(shí)密實(shí)重型觸探重型觸探錘擊數(shù)錘擊數(shù)N N63.563.5N N63.563.55 5 5N5N63.563.5101010N102020（課本第（課本第2020頁）頁）黏性土黏性土含水量含水量變化變化較硬較硬- -變軟變軟- -流動(dòng)流動(dòng) 黏性土黏性土含水量含水量的大小，對(duì)黏性土的工程性質(zhì)有很大的的大小，對(duì)黏性土的工程性質(zhì)有很大的影響，同一種黏性土隨著含水量的不同分別處于影響，同一種黏性土隨著含水量的不同分別處于固態(tài)固態(tài)、半半固態(tài)固態(tài)、可塑可塑狀態(tài)及狀態(tài)及流動(dòng)流動(dòng)狀態(tài)。狀態(tài)。 反映反映黏性土黏性土物理狀態(tài)指標(biāo)的不是密實(shí)度，而是物理狀

5、態(tài)指標(biāo)的不是密實(shí)度，而是軟硬軟硬程度。程度。含水量增加含水量增加較硬較硬變軟變軟流動(dòng)流動(dòng)（課本第（課本第20-2220-22頁）頁）2 2、黏性土的物理狀態(tài)、黏性土的物理狀態(tài)塑限塑限w wp p液限液限w wL L軟硬界限軟硬界限固態(tài)或固態(tài)或半固態(tài)半固態(tài)可塑態(tài)可塑態(tài) 流態(tài)流態(tài) 強(qiáng)結(jié)合水膜最大強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水出現(xiàn)自由水只有強(qiáng)結(jié)合水只有強(qiáng)結(jié)合水還有弱結(jié)合水還有弱結(jié)合水還有自由水還有自由水軟硬狀態(tài)軟硬狀態(tài)含水率含水率土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)w%w%土顆粒土顆粒強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒土顆粒強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水土顆粒土顆粒自由水自由水弱結(jié)合水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水（課本第（課本第2

6、121頁）頁） 黏性土由一種狀態(tài)黏性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水率另一種狀態(tài)的分界含水率稱為稱為界限含水率界限含水率。 界限含水率中，以由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水率中，以由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變到流動(dòng)狀態(tài)的液限液限w wL L和由半固態(tài)轉(zhuǎn)變到可塑狀態(tài)的和由半固態(tài)轉(zhuǎn)變到可塑狀態(tài)的塑限塑限w wP P最能反映最能反映土的物理特征，因此，室內(nèi)土工試驗(yàn)采取對(duì)原狀土土的物理特征，因此，室內(nèi)土工試驗(yàn)采取對(duì)原狀土進(jìn)行進(jìn)行加水配制加水配制不同含水率的方法，測(cè)定黏性土液限不同含水率的方法，測(cè)定黏性土液限和塑限兩個(gè)指標(biāo)。和塑限兩個(gè)指標(biāo)。（課本第（課本第2121頁）頁）液限、塑限聯(lián)合測(cè)定法（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖）

7、液限、塑限聯(lián)合測(cè)定法（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖） 使用三組使用三組不同含水率不同含水率w w的樣品，測(cè)出圓錐不同的的樣品，測(cè)出圓錐不同的入土入土深度深度(mm)(mm)液塑限聯(lián)合測(cè)定儀液塑限聯(lián)合測(cè)定儀（課本第（課本第230-232230-232頁）頁）使用三組使用三組不同含水率不同含水率w w的樣品，測(cè)出圓錐不同的的樣品，測(cè)出圓錐不同的入土入土深度深度(mm)(mm)（課本第（課本第230-232230-232頁）頁）使用三組使用三組不同含水率不同含水率w w的樣品，測(cè)出圓錐不同的的樣品，測(cè)出圓錐不同的入土入土深度深度(mm)(mm)（課本第（課本第230-232230-232頁）頁）使用三組使用三組不同

8、含水率不同含水率w w的樣品，測(cè)出圓錐不同的的樣品，測(cè)出圓錐不同的入土入土深度深度(mm)(mm)（課本第（課本第230-232230-232頁）頁）當(dāng)確定土的液限值用于了解土的物理性質(zhì)和用于國當(dāng)確定土的液限值用于了解土的物理性質(zhì)和用于國際交流時(shí)際交流時(shí), ,應(yīng)采用椎體沉入土中應(yīng)采用椎體沉入土中17mm17mm時(shí)的時(shí)的含水率含水率為為液限液限；而用于工程按國標(biāo)而用于工程按國標(biāo)巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范（GB50021GB50021）和）和鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)（TB10077TB10077）等進(jìn)行黏土分類和確定黏性土承載力）等進(jìn)行黏土分類和確定黏性土承載力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),

9、 ,需按椎體沉入土中需按椎體沉入土中10mm10mm確定的確定的液限液限計(jì)算塑計(jì)算塑性指數(shù)、液限指數(shù)和含水率。性指數(shù)、液限指數(shù)和含水率。（課本第（課本第232232頁）頁）使用三組使用三組不同含水率不同含水率w w的樣品，測(cè)出圓錐不同的的樣品，測(cè)出圓錐不同的入土入土深度深度(mm)(mm)（課本第（課本第230-232230-232頁）頁）如圖所示，室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)定了黏性土的如圖所示，室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)定了黏性土的液限液限w wL L和和塑限塑限w wP P兩兩個(gè)指標(biāo)，再加上個(gè)指標(biāo)，再加上天然含水率天然含水率w w指標(biāo)，這三者之間構(gòu)成的關(guān)系指標(biāo)，這三者之間構(gòu)成的關(guān)系即為即為塑性指數(shù)塑性指數(shù)I IP

10、 P和和液性指數(shù)液性指數(shù)I IL L。指標(biāo)應(yīng)用：用指標(biāo)應(yīng)用：用I IP P對(duì)黏性土進(jìn)行對(duì)黏性土進(jìn)行分類分類，用，用I IL L確定黏性土的確定黏性土的天然天然狀態(tài)狀態(tài)。w wL Lw wP P天然含水率天然含水率w wpLpwwIpppLpLIwwwwwwI（課本第（課本第2121頁）頁）塑性指數(shù)、液性指標(biāo)及其應(yīng)用塑性指數(shù)、液性指標(biāo)及其應(yīng)用黏性土分類黏性土分類粉土粉土粉質(zhì)黏土粉質(zhì)黏土黏土黏土塑性指數(shù)塑性指數(shù)I IP PI IP P101010I101717黏性土狀態(tài)黏性土狀態(tài)堅(jiān)硬堅(jiān)硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑液性指數(shù)液性指數(shù)I IL LI IL L0 00I0IL L0.250.250.

11、25I0.25IL L0.750.750.75I0.751.01.0用用I IP P對(duì)黏性土進(jìn)行對(duì)黏性土進(jìn)行分類分類：用用I IL L確定黏性土的確定黏性土的天然狀態(tài)天然狀態(tài)：（課本第（課本第2121頁）頁）塑性指數(shù)、液性指標(biāo)及其應(yīng)用塑性指數(shù)、液性指標(biāo)及其應(yīng)用補(bǔ)充例題：補(bǔ)充例題：某黏性土的天然含水量為25.3%，液限L為35.5%，塑限P為19.9%，試確定該黏性土的名稱和狀態(tài)。解：%9 .19%5 .35%3 .25pLwww、已知黏土，所以該黏性土為粉質(zhì)因?yàn)槠渌苄灾笖?shù)：17106 .159 .195 .35ppLpIwwI，所以為可塑狀態(tài)；因?yàn)槠湟盒灾笖?shù)：75. 025. 035. 06

12、.159 .193 .25LppLIIwwI答：該黏性土為可塑狀態(tài)的粉質(zhì)黏土。去掉去掉% %第一次作業(yè)：第一次作業(yè)：課本第課本第3030頁：（計(jì)算題）頁：（計(jì)算題）2-22-2題（題（飽和度飽和度結(jié)果結(jié)果大于大于100%100%，題目，題目有錯(cuò)誤有錯(cuò)誤）2-32-3題題土的壓縮性土的壓縮性土在壓力作用下土在壓力作用下體積減小體積減小的特性。的特性。土的固結(jié)土的固結(jié)土的壓縮隨土的壓縮隨時(shí)間時(shí)間而增長(zhǎng)的過程。而增長(zhǎng)的過程。計(jì)算計(jì)算地基沉降量地基沉降量時(shí)，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，在時(shí)，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，在一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形( (側(cè)限條側(cè)

13、限條件件) )的的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)來測(cè)定土的來測(cè)定土的壓縮性指標(biāo)壓縮性指標(biāo)。 提前講授的內(nèi)容：土的壓縮與固結(jié)提前講授的內(nèi)容：土的壓縮與固結(jié)（課本第（課本第73-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁）試驗(yàn)研究表明，在一般壓力（試驗(yàn)研究表明，在一般壓力（100100600kN)600kN)作用下，作用下，土粒土粒和和水水的壓縮與土的總壓縮量之比是的壓縮與土的總壓縮量之比是很微小的很微小的，因此完全可以忽略不，因此完全可以忽略不計(jì)。計(jì)。所以把所以把土的壓縮土的壓縮看作是土中看作是土中水和氣體水和氣體從孔隙中從孔隙中被擠出被擠出。此時(shí)，。此時(shí)，土粒調(diào)

14、整位置，重行排列，互相擠緊，從而土粒調(diào)整位置，重行排列，互相擠緊，從而孔隙體積減小孔隙體積減小，土，土體壓縮；飽和土壓縮時(shí)，直接是土中孔隙水被排出。體壓縮；飽和土壓縮時(shí)，直接是土中孔隙水被排出。無黏性土無黏性土透水性大，排水迅速，壓縮及變形在透水性大，排水迅速，壓縮及變形在短時(shí)間短時(shí)間即結(jié)束；即結(jié)束；飽和軟黏性土飽和軟黏性土透水性差，排水緩慢，壓縮及變形透水性差，排水緩慢，壓縮及變形時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)；一般黏性土一般黏性土的壓縮及變形時(shí)間居于此兩者之間。的壓縮及變形時(shí)間居于此兩者之間。（課本第（課本第7474頁）頁）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)室內(nèi)壓縮試驗(yàn) 環(huán)刀環(huán)刀+ +試樣試樣 氣壓自動(dòng)壓縮固結(jié)儀氣壓自動(dòng)壓縮固結(jié)

15、儀（課本第（課本第73-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁）室內(nèi)壓縮試驗(yàn)室內(nèi)壓縮試驗(yàn) 單軸側(cè)限壓縮固結(jié)儀單軸側(cè)限壓縮固結(jié)儀（課本第（課本第73-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁）F 固結(jié)容器：固結(jié)容器：環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、環(huán)刀、護(hù)環(huán)、導(dǎo)環(huán)、透水石、加壓上蓋和透水石、加壓上蓋和量表架等量表架等F 加壓設(shè)備：加壓設(shè)備： 杠桿比例杠桿比例1:101:10F 變形測(cè)量設(shè)備：變形測(cè)量設(shè)備： 百分表百分表單軸側(cè)限壓縮固結(jié)儀單軸側(cè)限壓縮固結(jié)儀支架支架加壓設(shè)備加壓設(shè)備固結(jié)容器固結(jié)容器變形測(cè)量變形測(cè)量（課本第（課本第73

16、-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁）逐步安裝壓縮固結(jié)盒逐步安裝壓縮固結(jié)盒 安裝百分表安裝百分表室內(nèi)壓縮試驗(yàn)室內(nèi)壓縮試驗(yàn) （課本第（課本第73-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁）水槽水槽內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)環(huán)刀環(huán)刀下透水石下透水石試樣試樣傳壓板傳壓板百分表百分表1 1、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)方法即把即把環(huán)刀和土樣環(huán)刀和土樣整體放入整體放入上透水石上透水石施加荷載，施加荷載，靜置靜置至變形至變形穩(wěn)定穩(wěn)定逐級(jí)加大逐級(jí)加大荷載荷載測(cè)定：測(cè)定：軸向軸向應(yīng)力應(yīng)力砝碼、氣壓讀數(shù)砝碼、氣壓讀數(shù)軸向軸向變形變形百分表百分表（課本第（課本

17、第7474頁）頁）01002003004000.91.0e e2 2、壓縮曲線、壓縮曲線)(kPap試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3按按 p=50p=50、100100、200200、4 400kPa00kPa逐級(jí)加荷。逐級(jí)加荷。 逐級(jí)加荷（手動(dòng)加砝碼）逐級(jí)加荷（手動(dòng)加砝碼）（課本第（課本第73-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁） 逐級(jí)加荷（自動(dòng)，氣壓）逐級(jí)加荷（自動(dòng)，氣壓）（課本第（課本第73-7873-78頁）頁）以及以及（課本第（課本第241-245241-245頁）頁）按按 p=5

18、0p=50、100100、200200、400kPa400kPa逐級(jí)加荷逐級(jí)加荷的意義：的意義：在于模擬地基的在于模擬地基的受力狀態(tài)受力狀態(tài)。01002003004000.91.0e e2 2、壓縮曲線、壓縮曲線)(kPap試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果：P1s1e1e0Pte stP2s2e2P3s3e3按按 p=50p=50、100100、200200、4 400kPa00kPa逐級(jí)加荷。逐級(jí)加荷。這是軟黏土和密實(shí)砂土的這是軟黏土和密實(shí)砂土的e-pe-p曲線圖曲線圖。從圖中可看出：從圖中可看出：1 1、由于、由于軟黏土軟黏土的的壓縮性大壓縮性大，當(dāng)壓力發(fā)生變化當(dāng)壓力發(fā)生變化p p時(shí)，

19、則時(shí)，則相應(yīng)的孔隙比變化相應(yīng)的孔隙比變化e e也大，也大，因此因此曲線比較陡曲線比較陡；2 2、密實(shí)砂土密實(shí)砂土的的壓縮性小壓縮性小，當(dāng)發(fā)生相同壓力變化當(dāng)發(fā)生相同壓力變化p p時(shí)，時(shí)，而相應(yīng)的孔隙比變化而相應(yīng)的孔隙比變化e e就就小，因此小，因此曲線比較平緩曲線比較平緩。因此，可以采用曲線的因此，可以采用曲線的緩、陡程度緩、陡程度來表示不同土樣的來表示不同土樣的壓壓縮性縮性。01002003004000.91.0e單位：?jiǎn)挝唬篗PMPa a-1-1)(kPappeppeea12213 3、壓縮系數(shù)、壓縮系數(shù)為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力間隔由為了便于應(yīng)用和比較，通常采用壓力

20、間隔由 增加增加到到 時(shí)所得的時(shí)所得的壓縮系數(shù)壓縮系數(shù) 來評(píng)價(jià)土的壓縮性。來評(píng)價(jià)土的壓縮性。kPap1001kPap200221a壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)(a)(a)壓縮曲線中反映土的壓縮性大小的壓縮曲線中反映土的壓縮性大小的割線斜割線斜率率。斜率斜率越陡越陡，壓縮系，壓縮系數(shù)數(shù)越大越大，則土的壓，則土的壓縮性縮性越大越大。（課本第（課本第7575頁）頁）pe壓縮模量壓縮模量是土在是土在無側(cè)向變形無側(cè)向變形條件下，條件下，豎向應(yīng)力豎向應(yīng)力與與應(yīng)變應(yīng)變的比值。的比值。土的土的壓縮模量壓縮模量可根據(jù)下式計(jì)算：可根據(jù)下式計(jì)算： 單位：?jiǎn)挝唬?壓縮模量，壓縮模量，MPaMPa。 壓縮系數(shù)，壓縮系數(shù)，MPaMP

21、a-1-1； 壓縮模量壓縮模量 也是土的一個(gè)重要的壓縮性指標(biāo)，也是土的一個(gè)重要的壓縮性指標(biāo)，與與壓縮系數(shù)壓縮系數(shù) 成成反比反比。EsEs越大，越大，a a越小，土的壓縮越小，土的壓縮性越低。性越低。vSaeE014 4、壓縮模量、壓縮模量vasEvasE（課本第（課本第7777頁）頁）5 5、壓縮系數(shù)與壓縮模量的應(yīng)用、壓縮系數(shù)與壓縮模量的應(yīng)用使用使用壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)和和壓縮模量壓縮模量判斷土的判斷土的壓縮性壓縮性：低壓縮性土：低壓縮性土：a a1-21-20.1MPa15MPaEs15MPa；中壓縮性土：中壓縮性土： 0.1MPa 0.1MPa-1-1a a1-21-20.5MPa0.5MPa

22、-1-1， Es=4 Es=415MPa15MPa；高壓縮性土：高壓縮性土： a a1-21-20.5MPa0.5MPa-1-1，Es4MPaEs4MPa；補(bǔ)充例題補(bǔ)充例題: :某黏性土的天然孔隙比e為0.693，壓縮系數(shù)a1-2為0.236 ，試計(jì)算其壓縮模量，并根據(jù)壓縮模量確定其壓縮性。解：1MPa)(18.7236.0693.01121aMPaeEs壓縮模量121236. 0693. 0aMPae、已知縮性土。，所以該黏性土為中壓因?yàn)?54sE為中壓縮性土。，量為答：該黏性土的壓縮模aMP18. 7工程中的建筑、擋土墻、基坑以及各類邊坡的土的穩(wěn)定性，工程中的建筑、擋土墻、基坑以及各類邊坡

23、的土的穩(wěn)定性，均由土的均由土的抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度所控制。所控制。（課本第（課本第108-119108-119頁）頁）以及以及（課本第（課本第245-253245-253頁）頁）提前講授的內(nèi)容：土的抗剪強(qiáng)度提前講授的內(nèi)容：土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土體是指土體抵抗剪切破壞抵抗剪切破壞的極限能力。是的極限能力。是土的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之一。土的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之一。建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生建筑物地基在外荷載作用下將產(chǎn)生剪應(yīng)力剪應(yīng)力和和剪切變形剪切變形，土體具有抵抗這種剪應(yīng)力的能力，并隨剪應(yīng)力的增加土體具有抵抗這種剪應(yīng)力的能力，并隨剪應(yīng)力的增加而增大，當(dāng)這種剪應(yīng)力達(dá)到而增大，當(dāng)這種剪

24、應(yīng)力達(dá)到某一極限值某一極限值時(shí)，土體就要時(shí)，土體就要發(fā)生發(fā)生剪切破壞剪切破壞，這個(gè)極限值就是土的，這個(gè)極限值就是土的抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度。如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達(dá)到達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度，在土的抗剪強(qiáng)度，在該部分就該部分就開始出現(xiàn)開始出現(xiàn)剪切破壞，隨著荷載的增加，剪切剪切破壞，隨著荷載的增加，剪切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形成連續(xù)的破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動(dòng)滑動(dòng)面面，從而地基發(fā)生，從而地基發(fā)生整體剪切破壞整體剪切破壞而而喪失穩(wěn)定性喪失穩(wěn)定性。（課本第（課本第108108頁）頁）如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力如果土體內(nèi)某一部分的剪應(yīng)力達(dá)到達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度

25、，在土的抗剪強(qiáng)度，在該部分就該部分就開始出現(xiàn)開始出現(xiàn)剪切破壞，隨著荷載的增加，剪切剪切破壞，隨著荷載的增加，剪切破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形成連續(xù)的破壞的范圍逐漸擴(kuò)大，最終在土體中形成連續(xù)的滑動(dòng)滑動(dòng)面面，從而地基發(fā)生，從而地基發(fā)生整體剪切破壞整體剪切破壞而而喪失穩(wěn)定性喪失穩(wěn)定性。下剪切盒下剪切盒 上剪切盒上剪切盒直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn) （課本第（課本第108-119108-119頁）頁）以及以及（課本第（課本第245-253245-253頁）頁）加蓋帽加蓋帽 逐級(jí)加荷逐級(jí)加荷直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn) （課本第（課本第108-119108-119頁）頁）以及以及（課本第（課本第245-2

26、53245-253頁）頁）緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 觀察百分表觀察百分表直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn) （課本第（課本第108-119108-119頁）頁）以及以及（課本第（課本第245-253245-253頁）頁）施加垂直壓力施加垂直壓力p p測(cè)量測(cè)量T T值值施加剪力施加剪力T T剪切破壞時(shí)，剪切破壞時(shí)，量力環(huán)值量力環(huán)值不再不再增加增加把土樣輕把土樣輕壓入壓入（課本第（課本第108-119108-119頁）頁）以及以及（課本第（課本第245-253245-253頁）頁）直接剪切試驗(yàn)對(duì)同一種土至少取直接剪切試驗(yàn)對(duì)同一種土至少取4 4個(gè)個(gè)環(huán)刀試樣，分別在環(huán)刀試樣，分別在不同垂直壓力不同垂直壓力(=1

27、00(=100、200200、300300、400kPa)400kPa)下剪切破壞下剪切破壞，并分別得出，并分別得出抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度1 1、2 2、3 3、4 4。將將試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果繪制成如下圖。繪制成如下圖。c法向應(yīng)力法向應(yīng)力（KPa）100200300400抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度(Kpa)黏性土黏性土：直線在縱軸上的截距為：直線在縱軸上的截距為黏聚力黏聚力c c，與橫軸的夾角為，與橫軸的夾角為內(nèi)摩內(nèi)摩擦角擦角； 無黏性土無黏性土：則是：則是通過原點(diǎn)通過原點(diǎn)的一條直線。的一條直線。（課本第（課本第108-119108-119頁）頁）以及以及（課本第（課本第245-253245-253頁）頁）17

28、731773年法國科學(xué)家年法國科學(xué)家?guī)靵鰩靵龈鶕?jù)根據(jù)砂土砂土的剪切試驗(yàn)，提出抗剪的剪切試驗(yàn)，提出抗剪強(qiáng)度的表達(dá)式：強(qiáng)度的表達(dá)式：tanf以后又通過試驗(yàn)進(jìn)一步提出了以后又通過試驗(yàn)進(jìn)一步提出了黏性土黏性土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式：式：tanfc 式中：式中：f f 土的抗剪強(qiáng)度，土的抗剪強(qiáng)度，KPaKPa； 剪切面上的法向正應(yīng)力，剪切面上的法向正應(yīng)力，KPaKPa； c c土的土的黏聚力黏聚力，KPaKPa； 內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角（）。）。其中，其中，c c、稱為土的稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。庫侖定律公式庫侖定律公式 （課本第（課本第109-110109-110頁）頁）其實(shí)其實(shí)抗剪強(qiáng)度抗

29、剪強(qiáng)度類似于高中學(xué)習(xí)的類似于高中學(xué)習(xí)的摩擦力摩擦力：數(shù)摩擦正壓N系力；摩擦力：NF”組成?！焙汀皟?nèi)摩擦角“黏聚力”是由土的只不過土的“摩擦系數(shù)C庫侖定律表明，土的庫侖定律表明，土的抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度是是剪切面剪切面上的上的法向總法向總應(yīng)力應(yīng)力的的線性線性函數(shù)，如下圖直角坐標(biāo)系所示。函數(shù)，如下圖直角坐標(biāo)系所示。從定律可知，從定律可知，無黏性土無黏性土的的c=0c=0，表明抗剪強(qiáng)度僅僅，表明抗剪強(qiáng)度僅僅是由剪切面上的粒間是由剪切面上的粒間摩擦力摩擦力所形成；而對(duì)于所形成；而對(duì)于黏性土黏性土，其抗剪強(qiáng)度由其抗剪強(qiáng)度由黏聚力黏聚力和和摩擦力摩擦力兩部分構(gòu)成。兩部分構(gòu)成。無黏性土無黏性土黏性土黏性土庫侖定

30、律公式庫侖定律公式 （課本第（課本第109-110109-110頁）頁）土的擊實(shí)性土的擊實(shí)性是指土在是指土在反復(fù)沖擊荷載反復(fù)沖擊荷載作用下作用下能被能被壓密壓密的特性。的特性。在工程建筑中，經(jīng)常遇到在工程建筑中，經(jīng)常遇到填土填土的的壓實(shí)壓實(shí)問題。如修筑問題。如修筑道路、堤壩、飛機(jī)場(chǎng)跑道、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、擋土墻、埋設(shè)道路、堤壩、飛機(jī)場(chǎng)跑道、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、擋土墻、埋設(shè)管道、建筑物地基的回填等。管道、建筑物地基的回填等。填土是填土是松散松散的，孔隙比和壓縮性大、強(qiáng)度低，為了的，孔隙比和壓縮性大、強(qiáng)度低，為了提高填土的強(qiáng)度，增加填土的密實(shí)度，降低其透水提高填土的強(qiáng)度，增加填土的密實(shí)度，降低其透水性和壓縮性，通常用性

31、和壓縮性，通常用分層壓實(shí)分層壓實(shí)的辦法來處理地基。的辦法來處理地基。 第五節(jié)第五節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)（課本第（課本第2222頁）頁）在在壓實(shí)填土壓實(shí)填土?xí)r，填土的時(shí)，填土的含水率含水率是否能達(dá)到充分壓實(shí)是否能達(dá)到充分壓實(shí)的最大影響因素。的最大影響因素。因此，需要先通過因此，需要先通過擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定回填土的測(cè)定回填土的最優(yōu)含水最優(yōu)含水率率和和最大干密度最大干密度。（課本第（課本第22-2522-25頁）頁）以及以及（課本第（課本第232-236232-236頁）頁）擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)試驗(yàn)針對(duì)不同的土料采用針對(duì)不同的土料采用輕型輕型或或重型重型擊實(shí)試擊實(shí)試驗(yàn)，而且對(duì)同一種土料，選取

32、驗(yàn)，而且對(duì)同一種土料，選取不同的含不同的含水量水量進(jìn)行試驗(yàn)，得到擊實(shí)試驗(yàn)曲線。進(jìn)行試驗(yàn)，得到擊實(shí)試驗(yàn)曲線。（課本第（課本第22-2522-25頁）頁）以及以及（課本第（課本第232-236232-236頁）頁）最優(yōu)含水率最優(yōu)含水率：是指在：是指在一定的壓實(shí)能量一定的壓實(shí)能量下使土下使土最容易最容易壓實(shí)壓實(shí)，并能達(dá)到最大干密度時(shí)的含水率。，并能達(dá)到最大干密度時(shí)的含水率。最大干密度最大干密度：是指在一定的壓實(shí)能量下使土最容易：是指在一定的壓實(shí)能量下使土最容易壓實(shí)，與最優(yōu)含水率壓實(shí)，與最優(yōu)含水率相對(duì)應(yīng)相對(duì)應(yīng)的干密度。的干密度。（課本第（課本第2 24 4頁）頁）土料的最優(yōu)含水率和最大干密度是隨土料的

33、最優(yōu)含水率和最大干密度是隨擊實(shí)能量擊實(shí)能量（即（即擊實(shí)功）而變化。在工程中，采用擊實(shí)功）而變化。在工程中，采用重型重型碾壓機(jī)和增碾壓機(jī)和增加加碾壓遍數(shù)碾壓遍數(shù)來取得較大的干密度。來取得較大的干密度。在實(shí)際施工中，常把填料的含水量調(diào)成在實(shí)際施工中，常把填料的含水量調(diào)成稍大于稍大于最最優(yōu)含水率，在碾壓時(shí)，由于優(yōu)含水率，在碾壓時(shí)，由于水分揮發(fā)水分揮發(fā)則容易則容易接近接近最優(yōu)含水率，從而較易取得最優(yōu)含水率，從而較易取得最大干密度最大干密度。（課本第（課本第2 24 4頁）頁）土的動(dòng)力特性是指土體在動(dòng)荷載作用下抗剪強(qiáng)度降低，并產(chǎn)生附加變形的特性。在地震、爆破、機(jī)械震動(dòng)、車輛運(yùn)行、機(jī)器基礎(chǔ)等動(dòng)力作用下，對(duì)

34、部分土體的壓縮、抗剪強(qiáng)度影響如下：動(dòng)荷載對(duì)土體的影響?zhàn)ね痢⒎圪|(zhì)黏土影響不大圓礫、卵石、漂石類無影響飽和砂土振動(dòng)液化、壓縮性增大、強(qiáng)度降低飽和粉土振動(dòng)液化、壓縮性增大、強(qiáng)度降低飽和軟土振動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度及黏性降低因此，建筑物地基土中如果存在飽和砂土、粉土?xí)r，規(guī)范規(guī)定必須進(jìn)行液化判別，防止振動(dòng)液化造成建筑物破壞。（課本沒有，補(bǔ)充內(nèi)容）（課本沒有，補(bǔ)充內(nèi)容）巨粒類土的分類（課本第巨粒類土的分類（課本第2626頁）頁）根據(jù)根據(jù)顆粒粒徑顆粒粒徑和和含量含量來劃分來劃分礫類土的分類（課本第礫類土的分類（課本第2626頁）頁）根據(jù)根據(jù)顆粒粒徑顆粒粒徑和和含量含量來劃分來劃分砂類土的分類（課本第砂類土的分類

35、（課本第2626頁）頁）根據(jù)根據(jù)顆粒粒徑顆粒粒徑和和含量含量來劃分來劃分細(xì)粒類土的分類（課本第細(xì)粒類土的分類（課本第2727頁）頁）根據(jù)根據(jù)塑性指數(shù)塑性指數(shù)和和液限液限來劃分來劃分巖石堅(jiān)硬程度的劃分（課本第巖石堅(jiān)硬程度的劃分（課本第2727頁）頁）根據(jù)根據(jù)飽和單軸抗壓強(qiáng)度飽和單軸抗壓強(qiáng)度來劃分來劃分碎石土的分類（課本第碎石土的分類（課本第2828頁）頁）根據(jù)根據(jù)顆粒粒徑顆粒粒徑和和含量含量來劃分來劃分砂土的分類（課本第砂土的分類（課本第2828頁）頁）根據(jù)根據(jù)顆粒粒徑顆粒粒徑和和含量含量來劃分來劃分黏性土的分類（課本第黏性土的分類（課本第2828頁）頁）根據(jù)根據(jù)塑性指數(shù)塑性指數(shù)來劃分來劃分素填

36、土：為由碎石、砂土、粉土或黏性土等一種或幾種土組成人工填土。經(jīng)分層壓實(shí)者，為壓實(shí)填土。 工程性質(zhì)：素填土孔隙比大、密實(shí)度差；黏性土堆填時(shí)間10年時(shí)，有一定的固結(jié)度和密實(shí)度。以黏性土為主的素填土，未經(jīng)處理不能作為建筑物地基；碎石土和砂性土因?yàn)檩^容易被壓密實(shí)，是換填軟土地基的良好材料。壓實(shí)填土的施工方法：采用級(jí)配良好、最優(yōu)含水量的填土料，每次回填300mm，壓實(shí)到150200mm，達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的密實(shí)度后，再回填一層再壓實(shí)。填土填土素填土素填土（課本第（課本第2929頁）頁）雜填土：是指含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾或植物的一種或幾種雜物的填土。工程性質(zhì)：1、不均勻性。含有各種雜物，回填成分不均

37、勻。2、空隙、孔隙大，結(jié)構(gòu)松散，具有浸水濕陷和沉降、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。3、未經(jīng)處理的雜填土不能作為建筑物地基。填土填土雜填土雜填土（課本第（課本第2929頁）頁）沖填土：是由水力沖填泥砂形成的沉積土。工程性質(zhì)：1、沖填物分布不均勻。吹填入口處至水出口處，沉積的顆粒由粗變細(xì)。2、含水率大，透水性差，一般呈軟塑或流塑狀態(tài)。3、強(qiáng)度低、壓縮性高，對(duì)樁基的樁側(cè)會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力。4、需要采取排水固結(jié)、預(yù)壓、地基處理等各種措施，進(jìn)行軟土處理。填土填土沖填土沖填土（課本第（課本第2929頁）頁）特殊土特殊土特殊土特殊土軟土軟土膨脹土膨脹土濕陷性黃土濕陷性黃土紅黏土紅黏土填土填土凍土凍土鹽漬土鹽漬土污染土污染土

38、（課本第（課本第29-3029-30頁）頁）軟土：泛指淤泥及淤泥質(zhì)土。第四紀(jì)后期沉積物。分布：沿海的濱海相、瀉湖相、三角洲相，內(nèi)陸的湖相、沖洪積沼澤相。沉積環(huán)境：靜水或非常緩慢的流水環(huán)境。成分：黏粒水云母、蒙脫石，粉粒石英、長(zhǎng)石、云母顏色：灰、灰藍(lán)、灰綠和灰黑。結(jié)構(gòu)：蜂窩狀。構(gòu)造：薄層構(gòu)造，夾薄層粉砂、泥炭分類當(dāng)e1.5時(shí)，稱為淤泥當(dāng)1.0e1.5時(shí)，稱為淤泥質(zhì)土當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量為5%10%時(shí)，稱為有機(jī)質(zhì)土當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量為10%60%時(shí)，稱為泥炭質(zhì)土當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量60%時(shí)，稱為泥炭，性質(zhì)極差（1 1）軟土）軟土（課本第（課本第2929頁）頁）高含水量：天然含水量50%70%，w液限滲透性低：排水困難，

39、固結(jié)速度很低壓縮性高：a12為0.71.5MPa-1。孔隙比因此變形大且不均勻，容易造成建筑物差異沉降和傾斜；滲透性低，水分不易排出、影響土顆粒固結(jié)，建筑物沉降時(shí)間長(zhǎng)且容易破壞?？辜魪?qiáng)度低：天然狀態(tài)下一般為0，c90%，浸水膨脹量小、失水強(qiáng)烈收縮；具有高含水量、高孔隙比、高飽和度、失水強(qiáng)烈收縮開裂等特征。處理措施：在基礎(chǔ)施工時(shí)防止基坑暴曬，必要時(shí)采取換填法、強(qiáng)夯法、深層攪拌法、預(yù)壓加固法等加固地基。（2 2）紅黏土）紅黏土（課本第（課本第2929頁）頁）膨脹土：指含有大量的強(qiáng)親水性黏土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮，且脹縮變形往復(fù)可逆的高塑性土。形成于第四紀(jì)早期及其以前。分布：廣西、云

40、南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山東、陜西、浙江、江蘇、貴州和廣東。成因：殘積-坡積、湖積、沖-洪積和冰水沉積。判別：場(chǎng)地附近已有低層建筑物變形、開裂特征，且土的自由膨脹率40%的黏性土地基，為膨脹土地基。（3 3）膨脹土）膨脹土（課本第（課本第2929頁）頁）顏色：灰白、棕黃、棕紅、褐色礦物成分：黏粒蒙脫石、伊利石、高嶺石，蒙脫石含量越多、膨脹性越強(qiáng)烈。強(qiáng)度和壓縮性：天然狀態(tài)呈硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，強(qiáng)度較高、壓縮性較低；當(dāng)含水量增大或土的結(jié)構(gòu)被擾動(dòng)時(shí)，強(qiáng)度會(huì)突然降低、壓縮性增高。吸水后，抗剪強(qiáng)度降低1/32/3；結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，抗剪強(qiáng)度降低2/33/4，壓縮系數(shù)增高1/42/3。結(jié)構(gòu)：天然狀態(tài)下結(jié)構(gòu)

41、緊密、孔隙比一般為0.50.8。處理措施：做好地面排水系統(tǒng)，防止地表水滲入地基土中；在基礎(chǔ)施工時(shí)防止基坑暴曬或浸泡，在基礎(chǔ)下?lián)Q墊500mm厚砂層。建筑破壞現(xiàn)象：3層以下房屋極易產(chǎn)生墻體開裂而破壞，四層以上房屋沒有影響。（3 3）膨脹土）膨脹土（課本第（課本第2929頁）頁）黃土：是第四紀(jì)干旱或半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉 積土。分布：主要分布于西北地區(qū)。成因：風(fēng)積。判別：濕陷系數(shù)0.015時(shí)，為非濕陷土；濕陷系數(shù)0.015時(shí)，為濕陷土。顏色：黃色、淡灰黃色或褐黃色。礦物成分：粉粒占60%70%，黏粒10%20%，含碳酸 鹽、硫酸鹽和少量易溶鹽。結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度：天然狀態(tài)呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，強(qiáng)度較高

42、、壓縮性較低；孔隙比較大，一般為1.0左右。在上覆自重壓力和附加壓力作用下，受水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞，地基產(chǎn)生顯著附加下沉。處理措施：換填法、強(qiáng)夯法、預(yù)先浸濕法、深層浸水法、防排水等。（4 4）濕陷性黃土）濕陷性黃土（課本第（課本第3030頁）頁）凍土：是指溫度等于或低于零攝氏度，并含有冰的各類土。季節(jié)性凍土：隨季節(jié)變化周期性凍結(jié)融化的土。多年凍土：凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年以上的土。工程性質(zhì)：凍土凍結(jié)時(shí)膨脹，融化時(shí)下沉，類似膨脹土的特征，進(jìn)而對(duì)建筑物產(chǎn)生危害、破壞，建筑物基礎(chǔ)埋深一般要達(dá)到凍結(jié)深度。（5 5）凍土）凍土（課本第（課本第3030頁）頁）本章知識(shí)點(diǎn)本章知識(shí)點(diǎn)一、土的成因及其組成1、概念：土

43、：是由各種巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積而成的第四紀(jì)的松散沉積物，是由固相（顆粒）、液相（水溶液）、氣相（氣體）所組成的三相體系。土體：是與工程建筑的穩(wěn)定、變形有關(guān)，由厚薄不等、性質(zhì)各異、以特定的上下次序沉積形成的土層的組合體。飽和土：是指土中孔隙全部被水充滿的土。干土：是指土中孔隙全部被氣體充滿的土。非飽和土：是指土中孔隙同時(shí)有水和空氣時(shí)的土。界限粒徑：是指劃分粒組的分界粒徑。土的顆粒級(jí)配：是指土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量，即各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)。土的結(jié)構(gòu)：是指土粒單元的大小、形狀、互相排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。土的構(gòu)造：是指同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征

44、。2、不均勻系數(shù)：Cu=d60/d10；工程上Cu5的土為均勻土(級(jí)配不良土)， Cu10的土為不均勻土(級(jí)配良好的土)。3、曲率系數(shù)：Cc值為13的土級(jí)配良好，小于1或大于3時(shí)級(jí)配不良。4、礫類土和砂類土同時(shí)滿足Cu5和Cc13兩個(gè)條件時(shí)，為級(jí)配良好的砂和礫。作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度。6010230dddCc5、土中水分為結(jié)合水和自由水兩大類。6、重力水是透水層中的地下水，它對(duì)土粒有浮力作用，直接影響土的應(yīng)力狀態(tài)。7、土的結(jié)構(gòu)分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。單粒結(jié)構(gòu)是砂土和碎石土的主要結(jié)構(gòu)形式，依靠顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)的接觸傳遞壓力，密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)土較穩(wěn)定，力學(xué)

45、性能好，是良好的天然地基。8、土的主要構(gòu)造為層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造。二、土的物理性質(zhì)1、概念：界限含水量：黏性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量。液限wL：由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變到流動(dòng)狀態(tài)的含水量。塑限wP：由半固態(tài)轉(zhuǎn)變到可塑狀態(tài)的含水量。2、土的比重（Gs）：土粒質(zhì)量與同體積(4C) 純水的質(zhì)量之比。3、土的天然含水率（w%）：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比。4、土的天然密度（）：土的總質(zhì)量與總體積之比。天然密度反映土的緊密程度，密度越大表示土的顆粒越多，即越緊密。5、土的孔隙比（e）：土中孔隙體積與土粒體積之比。孔隙比反映天然土層的密實(shí)程度。6、土的孔隙率（n%）：土中孔隙體積與土的總體積之比。孔隙率也反映天然土層的密實(shí)程度。7、土的飽和度（Sr%）：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比。飽和度與含水率一樣，反映土的含水程度。8、土的干密度（d）：土單位體積中土固體顆粒的質(zhì)量。工程上把干密度作為評(píng)定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。9、土的飽和密度（sat）：土的孔隙完全被水充滿時(shí)的密度。10、土的浮密度(有效