巖土基礎知識

地基基礎工程

第一章巖土的基本知識1.1巖石（略）1.2土的形成與組成1.3土的結構和構造1.4土的三相組成（土顆粒、水、空氣）1.5土的物理性質指標（密度、孔隙比、含水量等）1.6土的物理狀態(tài)指標（密實度、稠度等）1.7土的工程分類（碎石土、砂土、粘性土等）1.8地基土的野外鑒別與描述（略）內容提要內容提要形成過程形成條件物理力學性質影響土是巖石經(jīng)過風化、剝蝕、破碎、搬運、沉積等過程后在不同條件下形成的自然歷史的產物。土是碎散、多孔、各向異性的材料。巖石地球土地球風化、搬運、沉積地質成巖作用1.2土的形成與組成生物風化物理風化化學風化礦物成分未變無粘性土原生礦物礦物成分改變粘性土次生礦物風化作用分類有機質巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物動植物活動引起的巖石和土體粗顆粒的粒度或成分的變化殘積土無搬運運積土有搬運土質較好殘積土強風化弱風化微風化母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細不均無層理母巖表層經(jīng)風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘留在原地的堆積物風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物搬運與沉積運積土運積土有搬運風：風積土重力:坡積土

流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:冰積土土粒粗細不同，性質不均勻有分選性，近粗遠細渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機物淤泥，土性差顆粒細，表層松軟，土性差土粒粗細變化較大，性質不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理定義：土體的結構是指土生成工程中所形成土粒的空間排列及其形式。力學特性影響土的結構反映土的成分形成條件分類單粒結構蜂窩結構絮狀結構1.3土的結構和構造粒間作用力可否作天然地基單粒結構重力、毛細力密實的單粒結構是良好的天然地基碎石土或砂土在水或空氣中沉積形成松散密實1.3.1土的結構粒間作用力可否作為天然地基水中的懸浮力、自重力（斥力減小引力增加）絮狀結構(凝聚結構)蜂窩結構(分散結構)顆粒間的引力、自重力（粒間引力占優(yōu)勢）注意：天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結構過渡向另一種結構。

不可不可細粒土的結構是指由粉粒（粒徑0.005~0.075mm）在水中下沉時形的。是指由粘粒（粒徑≤0.005mm）集合體組成。土的構造：是指土體中各結構單元之間的關系，主是從宏觀角度研究土的組成，其主要特點是土的成層性和裂縫性。力學特性影響土的構造類型層狀構造分散構造裂隙構造結核狀構造通常分散構造土的工程性質最好，結核狀構造土的工程性質取決于細粒土部分，裂隙構造不連續(xù)的裂縫破壞土的整體性，土的工程性質最差。

土體構造特征反映土體在力學性質和其他工程性質的各向異性或上體各部位的不均勻性，因此，要掌握其變化規(guī)律。

例如，由砂土和粘性土組成的層狀或互層構造土體的物理力學性質皆顯示其各向異性特點。

又如，黃土由于其垂直節(jié)理（裂隙）發(fā)育，強烈地降低其抗水穩(wěn)定性和力學穩(wěn)定性，特別在邊坡地段，沿裂隙極易產生坍方和滑坡現(xiàn)象。土體的構造特征是決定勘探、取樣或原位測試布置方案和數(shù)量的重要因素之一。

研究土體構造特征的重要意義：氣相固相液相++構成土骨架，起主體作用重要影響次要作用土體三相組成示意圖1.4土的三相組成1.4.1土顆粒(固相)土顆粒是由大小不等、形狀不同的礦物顆?；驇r石碎屑按照各種不同的排列方式組合在一起，構成土的骨架，是土中最穩(wěn)定、變化最小的部分。物理狀態(tài)力學特性粒組的劃分土的顆粒級配土粒的礦物成分漂石、塊石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm礫粒

粗礫20<d<60mm

細礫2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一個粒組內的土，工程性質相近。一般而言，粗粒土的壓縮性低、強度高、滲透性大。有棱角的土顆粒形狀粗糙，不易滑動，所組成的土強度比表面圓滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多個粒組混合而成的。用土的粒徑級配（顆粒級配）來描述土中各粒組的相對含量。測定方法土的粒徑級配：土中各粒組的相對含量，用質量百分數(shù)表示，繪制成粒徑級配曲線使用。篩分法：適用于粒徑>0.075mm的土密度計法：適用于粒徑<0.075mm的土土的粒徑級配篩分法（適用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套標準篩子，孔直徑(mm)分別為20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標準篩內搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。篩分法原理：密度計法：適用于d<0.075mm的細顆粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510典型粒徑級配曲線密度計分析結果1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536篩分結果粒徑級配曲線的應用思考:土1、2、3按粗細如何排序？為什么？1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑((mm)土的粒徑級配曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

粗細程度：平均粒徑d50d60—限定粒徑d10

—有效粒徑d30

—中值粒徑不均勻程度：不均勻系數(shù)Cu=d60/d10連續(xù)程度:

曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,級配不均勻粒徑級配曲線的應用1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配曲線d60d10d30連續(xù)程度:曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級配連續(xù)性好粒徑級配曲線的應用土樣d60d10d30CuCc藍土0.330.0050.063662.41紅土0.330.0050.03660.545綠土0.330.0050.08663.88粒組含量用于土的分類定名；工程中用不均勻系數(shù)Cu評價土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~3,級配連續(xù)土Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：當Cu≥5且Cc=1~3時，為級配良好的土；當Cu<5或Cc>3或Cc<1時,為級配不良的土。粒徑級配曲線的應用1.4.2土中水(液相)土中的液態(tài)水主要可以分為:結合水借助于電分子引力牢固吸附在土顆粒表面的水重力水毛細水強結合水弱結合水液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水水的含量及性質影響土的性質1、土中水分類自由水

2、水的性質排列致密、定向性強密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)強結合水性質穩(wěn)定強結合水位于強結合水之外，以水膜的形式包圍著土粒外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性弱結合水固定層擴散層土中毛細現(xiàn)象毛細水分布在土粒內部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細管。重力水位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或壓力作用下流動，能傳遞靜水壓力并產生浮力。1.4.3土中氣體(氣相)自由氣體:與大氣相通，對土的性質影響不大封閉氣體:與大氣隔絕，增大土體的彈性和壓縮性，如橡皮土；降低土的滲透性。土體中氣體氣相固相液相++構成土骨架，起主體作用重要影響次要作用土體三相組成示意圖1.4土的三相組成1.4.1土顆粒(固相)土顆粒是由大小不等、形狀不同的礦物顆?；驇r石碎屑按照各種不同的排列方式組合在一起，構成土的骨架，是土中最穩(wěn)定、變化最小的部分。物理狀態(tài)力學特性粒組的劃分土的顆粒級配土粒的礦物成分漂石、塊石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm礫粒

粗礫20<d<60mm

細礫2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一個粒組內的土，工程性質相近。一般而言，粗粒土的壓縮性低、強度高、滲透性大。有棱角的土顆粒形狀粗糙，不易滑動，所組成的土強度比表面圓滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多個粒組混合而成的。用土的粒徑級配（顆粒級配）來描述土中各粒組的相對含量。測定方法土的粒徑級配：土中各粒組的相對含量，用質量百分數(shù)表示，繪制成粒徑級配曲線使用。篩分法：適用于粒徑>0.075mm的土密度計法：適用于粒徑<0.075mm的土土的粒徑級配篩分法（適用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套標準篩子，孔直徑(mm)分別為20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標準篩內搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。篩分法原理：密度計法：適用于d<0.075mm的細顆粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510典型粒徑級配曲線密度計分析結果1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536篩分結果粒徑級配曲線的應用思考:土1、2、3按粗細如何排序？為什么？1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑((mm)土的粒徑級配曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

粗細程度：平均粒徑d50d60—限定粒徑d10

—有效粒徑d30

—中值粒徑不均勻程度：不均勻系數(shù)Cu=d60/d10連續(xù)程度:

曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,級配不均勻粒徑級配曲線的應用1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配曲線d60d10d30連續(xù)程度:曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級配連續(xù)性好粒徑級配曲線的應用土樣d60d10d30CuCc藍土0.330.0050.063662.41紅土0.330.0050.03660.545綠土0.330.0050.08663.88粒組含量用于土的分類定名；工程中用不均勻系數(shù)Cu評價土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~3,級配連續(xù)土Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：當Cu≥5且Cc=1~3時，為級配良好的土；當Cu<5或Cc>3或Cc<1時,為級配不良的土。粒徑級配曲線的應用1.4.2土中水(液相)土中的液態(tài)水主要可以分為:結合水借助于電分子引力牢固吸附在土顆粒表面的水重力水毛細水強結合水弱結合水液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水水的含量及性質影響土的性質1、土中水分類自由水

2、水的性質排列致密、定向性強密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)強結合水性質穩(wěn)定強結合水位于強結合水之外，以水膜的形式包圍著土粒外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性弱結合水固定層擴散層土中毛細現(xiàn)象毛細水分布在土粒內部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細管。重力水位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或壓力作用下流動，能傳遞靜水壓力并產生浮力。1.4.3土中氣體(氣相)自由氣體:與大氣相通，對土的性質影響不大封閉氣體:與大氣隔絕，增大土體的彈性和壓縮性，如橡皮土；降低土的滲透性。土體中氣體氣相固相液相++構成土骨架，起主體作用重要影響次要作用土體三相組成示意圖1.4土的三相組成1.4.1土顆粒(固相)土顆粒是由大小不等、形狀不同的礦物顆?；驇r石碎屑按照各種不同的排列方式組合在一起，構成土的骨架，是土中最穩(wěn)定、變化最小的部分。物理狀態(tài)力學特性粒組的劃分土的顆粒級配土粒的礦物成分漂石、塊石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm礫粒

粗礫20<d<60mm

細礫2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一個粒組內的土，工程性質相近。一般而言，粗粒土的壓縮性低、強度高、滲透性大。有棱角的土顆粒形狀粗糙，不易滑動，所組成的土強度比表面圓滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多個粒組混合而成的。用土的粒徑級配（顆粒級配）來描述土中各粒組的相對含量。測定方法土的粒徑級配：土中各粒組的相對含量，用質量百分數(shù)表示，繪制成粒徑級配曲線使用。篩分法：適用于粒徑>0.075mm的土密度計法：適用于粒徑<0.075mm的土土的粒徑級配篩分法（適用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套標準篩子，孔直徑(mm)分別為20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標準篩內搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。篩分法原理：密度計法：適用于d<0.075mm的細顆粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510典型粒徑級配曲線密度計分析結果1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536篩分結果粒徑級配曲線的應用思考:土1、2、3按粗細如何排序？為什么？1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑((mm)土的粒徑級配曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

粗細程度：平均粒徑d50d60—限定粒徑d10

—有效粒徑d30

—中值粒徑不均勻程度：不均勻系數(shù)Cu=d60/d10連續(xù)程度:

曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,級配不均勻粒徑級配曲線的應用1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配曲線d60d10d30連續(xù)程度:曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級配連續(xù)性好粒徑級配曲線的應用土樣d60d10d30CuCc藍土0.330.0050.063662.41紅土0.330.0050.03660.545綠土0.330.0050.08663.88粒組含量用于土的分類定名；工程中用不均勻系數(shù)Cu評價土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~3,級配連續(xù)土Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：當Cu≥5且Cc=1~3時，為級配良好的土；當Cu<5或Cc>3或Cc<1時,為級配不良的土。粒徑級配曲線的應用1.4.2土中水(液相)土中的液態(tài)水主要可以分為:結合水借助于電分子引力牢固吸附在土顆粒表面的水重力水毛細水強結合水弱結合水液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水水的含量及性質影響土的性質1、土中水分類自由水

2、水的性質排列致密、定向性強密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)強結合水性質穩(wěn)定強結合水位于強結合水之外，以水膜的形式包圍著土粒外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性弱結合水固定層擴散層土中毛細現(xiàn)象毛細水分布在土粒內部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細管。重力水位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或壓力作用下流動，能傳遞靜水壓力并產生浮力。1.4.3土中氣體(氣相)自由氣體:與大氣相通，對土的性質影響不大封閉氣體:與大氣隔絕，增大土體的彈性和壓縮性，如橡皮土；降低土的滲透性。土體中氣體氣相固相液相++構成土骨架，起主體作用重要影響次要作用土體三相組成示意圖1.4土的三相組成1.4.1土顆粒(固相)土顆粒是由大小不等、形狀不同的礦物顆?；驇r石碎屑按照各種不同的排列方式組合在一起，構成土的骨架，是土中最穩(wěn)定、變化最小的部分。物理狀態(tài)力學特性粒組的劃分土的顆粒級配土粒的礦物成分漂石、塊石（巨粒土）d＞200mm卵石、碎石60<d<200mm礫粒

粗礫20<d<60mm

細礫2<d<20mm沙粒0.075<d<2mm粉粒0.005<d<0.075mm粘粒d<0.005mm同一個粒組內的土，工程性質相近。一般而言，粗粒土的壓縮性低、強度高、滲透性大。有棱角的土顆粒形狀粗糙，不易滑動，所組成的土強度比表面圓滑的土更高。自然界里的天然土，往往是由多個粒組混合而成的。用土的粒徑級配（顆粒級配）來描述土中各粒組的相對含量。測定方法土的粒徑級配：土中各粒組的相對含量，用質量百分數(shù)表示，繪制成粒徑級配曲線使用。篩分法：適用于粒徑>0.075mm的土密度計法：適用于粒徑<0.075mm的土土的粒徑級配篩分法（適用于0.075<d<60mm的土）105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536用一套標準篩子，孔直徑(mm)分別為20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標準篩內搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。篩分法原理：密度計法：適用于d<0.075mm的細顆粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510典型粒徑級配曲線密度計分析結果1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72gP%958778665536篩分結果粒徑級配曲線的應用思考:土1、2、3按粗細如何排序？為什么？1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑((mm)土的粒徑級配曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

粗細程度：平均粒徑d50d60—限定粒徑d10

—有效粒徑d30

—中值粒徑不均勻程度：不均勻系數(shù)Cu=d60/d10連續(xù)程度:

曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)Cu

≥5,級配不均勻粒徑級配曲線的應用1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配曲線d60d10d30連續(xù)程度:曲率系數(shù)Cc=d302

/(d60×d10)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級配連續(xù)性好粒徑級配曲線的應用土樣d60d10d30CuCc藍土0.330.0050.063662.41紅土0.330.0050.03660.545綠土0.330.0050.08663.88粒組含量用于土的分類定名；工程中用不均勻系數(shù)Cu評價土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~3,級配連續(xù)土Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：當Cu≥5且Cc=1~3時，為級配良好的土；當Cu<5或Cc>3或Cc<1時,為級配不良的土。粒徑級配曲線的應用1.4.2土中水(液相)土中的液態(tài)水主要可以分為:結合水借助于電分子引力牢固吸附在土顆粒表面的水重力水毛細水強結合水弱結合水液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水水的含量及性質影響土的性質1、土中水分類自由水

2、水的性質排列致密、定向性強密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)強結合水性質穩(wěn)定強結合水位于強結合水之外，以水膜的形式包圍著土粒外