地基講稿-第1章-1

第1章土的物理性質(zhì)與軟土地基處理第一節(jié)土的成因與組成第二節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)第三節(jié)土的物理狀態(tài)與工程特性第四節(jié)地基巖土的工程分類與野外鑒別本章講授內(nèi)容第五節(jié)軟土地基處理一、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的概念二、地基基礎(chǔ)在工程中的重要性四、地基基礎(chǔ)設(shè)計的要求與程序三、課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求回顧結(jié)構(gòu)荷載基底壓力上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基示意圖壓力擴(kuò)散線持力層下臥層地基地基：承受建筑物荷載應(yīng)力與應(yīng)變不能忽略的土層。（有一定深度和范圍）天然地基：沒有經(jīng)過人為處理，直接修建。人工地基：承載力低，高壓縮性地基，人工處理后才能修建?；A(chǔ)：埋入土層一定深度并將荷載傳給地基的建筑物下部結(jié)構(gòu)。淺基礎(chǔ)(≤5m)：用一般方法、工藝施工。深基礎(chǔ)(樁基、沉井)：特殊工藝施工。本章主要內(nèi)容:土的組成，物理性質(zhì)與狀態(tài)指標(biāo)，工程分類。以上指標(biāo)將影響土的物理、力學(xué)性質(zhì)。工程上可將土示為一種工程材料。本章概要1.土：巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、破碎、搬運(yùn)、沉積等過程形成的堆積物，由固體顆粒、水和氣體組成的

三相分散體系。（形成了土自身固有的特性）第一節(jié)土的成因與組成一、土的生成

風(fēng)化：物理風(fēng)化—機(jī)械破壞，無質(zhì)變（稱為原生礦物）；化學(xué)風(fēng)化—水與大氣作用，產(chǎn)生次生礦物；生物風(fēng)化—動植物、微生物生長使巖石破壞變化。內(nèi)力地質(zhì)作用—內(nèi)部壓力、溫度變化引起。外力地質(zhì)作用—天體間引力、太陽輻射等引起。

3.地質(zhì)年代：按地殼的發(fā)展、演化歷史劃分的時間段落。

分為代、紀(jì)、世、期，現(xiàn)代土一般指新生代第四紀(jì)Q（距今2.5~100萬年）沉積形成的。

(侏羅紀(jì)：距今135~180百萬年（恐龍時代）)2.地質(zhì)作用：地殼在太陽輻射、地球重力及地球內(nèi)熱能作用下，處于不斷的運(yùn)動和演變中，這種作用稱為地質(zhì)作用。基巖殘積土坡積土洪積土沖積土風(fēng)積土（黃土高原風(fēng)成學(xué)說）4.土按成因條件分類：雅丹地貌（風(fēng)蝕作用形成）雅丹地貌新疆烏爾蘇戈壁雅丹魔鬼城羅布泊“雅丹”地貌特例：干土與飽和土

二、土的組成土一般是由固體顆粒、水和氣體組成的三相孔隙介質(zhì)?？紫端畾怏w土三相分布組成示意圖土顆粒(一)土中固體顆粒：土顆粒構(gòu)成土的骨架，其大小、粗細(xì)、成分與組成決定土的物理力學(xué)性質(zhì)。粒組劃分工程上將物理力學(xué)性質(zhì)相近的顆粒劃分為一組，便于研究。細(xì)粒：粉粒：0.005＜d≤0.075；粘粒：d≤0.005巨粒：漂石、塊石：d＞200；卵石、碎石：60＜d≤200粗粒：礫粒、粗粒：20＜d≤60，細(xì)粒：2＜d≤20；砂粒：0.075＜d≤2透水性大，無粘性。透水性大，無粘性。易透水，無粘性，松散。透水性小，稍有粘性。透水性很小，有粘性，可塑。d土顆粒粒徑粒組劃分及特性土工分析方法：（土工試驗）篩分法（0.075~60）密度計法(≤0.075的粉粒，粘粒)試驗結(jié)果表述：顆粒級配：指大小土粒的搭配情況，通常用各粒組的相對含量表示。顆粒級配曲線：縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比；橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑（取對數(shù)坐標(biāo)）。曲線平緩，粒徑不均勻，級配好；曲線陡，粒徑均勻，級配不好。曲線特征天然地基土是由不同粒組組成的混合物顆粒級配曲線：反映土粒大小搭配情況不均勻系數(shù)：d60—限定粒徑d10—有效粒徑d30—對應(yīng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量占總質(zhì)量的30%時的粒徑。曲率系數(shù)：cu＜5，級配不好；cu＞10，cc=1~3級配良好。級配評價工程評價（二）土中水：按物理狀態(tài)分為土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水結(jié)合水存于孔隙中固態(tài)水（冰）氣態(tài)水（孔隙中水氣）液態(tài)水（有以下兩種存在方式，影響土性）1.結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水：緊靠土粒表面（受電場作用力很大）近于固體特征。弱結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水外，受電場作用減小，呈粘滯狀態(tài)，對粘性土物理力學(xué)性質(zhì)影響大。2.自由水（不受電場吸引）重力水：存在于地下水位以下土孔隙中，服從重力規(guī)律，傳遞水壓力，對土粒有浮力。毛細(xì)水：存在于地下水位以上土孔隙中（表面張力作用產(chǎn)生，細(xì)粒土明顯），注意防凍、防潮。潛水承壓水含水層地下水埋藏方式簡介天然地面補(bǔ)給源不透水層噴泉地下水位面井上層滯水（三）土中氣體與大氣相通時可排出，封閉氣泡可使土產(chǎn)生壓縮性和彈性。（對土的性質(zhì)影響相對較?。゛.單粒結(jié)構(gòu)（砂粒以上）b.蜂窩結(jié)構(gòu)（粉粒）c.絮狀結(jié)構(gòu)（粘粒）結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，受擾動后強(qiáng)度降低。a.單粒結(jié)構(gòu)b.蜂窩結(jié)構(gòu)c.絮狀結(jié)構(gòu)三、土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)：土粒的空間排列及其連接形式。土的構(gòu)造示意圖(a)水平層理構(gòu)造；(b)交錯層理構(gòu)造；(c)裂隙構(gòu)造(a)(b)(c)土的構(gòu)造：宏觀上土的組成，如成層性、裂隙性。四、土的工程特性高壓縮性高滲透性低承載力（散粒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的）概要：土中三相（質(zhì)量與體積）組成比例關(guān)系，直接影響土的工程性質(zhì)（干濕、軟硬、松密等）。氣水土粒WWwWSVVSVvVaVw第二節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)（本章重點(diǎn)）a-氣體s-土粒w-水v-孔隙W—重量V—體積一、土的三相組成簡圖：可用烘干法測定，反應(yīng)土的干濕程度。同類土，w越大，土越軟。二、基本指標(biāo)（可由試驗直接測得）1.土的重度－γ

(kN/m3)一般用環(huán)刀法測定，天然土γ在16~22kN/m3之間。2.土的含水量－w？反映土密實(shí)度γ＞20kN/m3土較密實(shí)；γ＜18kN/m3土較松軟。3.土粒相對密度（或稱土粒比重）－dsγs—土顆粒重度土粒重量與同體積4℃時水的重量之比。用比重瓶法測定。一般砂土：2.65~2.95，粘土：2.7~2.75。透水石環(huán)刀法重度測定環(huán)刀含水量測定三、換算指標(biāo)（以下定義指標(biāo)可由上述三個指標(biāo)推算得出）3.土的有效重度（地下水位以下水受浮力作用）－(kN/m3)2.土的飽和重度－(kN/m3)(kN/m3)1.土的干重度－γdγsatγ′4.土的孔隙比－6.土的飽和度－5.土的孔隙率－用于評價天然土層的密實(shí)程度，一般e＜0.6為低壓縮性土，e＞1為疏松的高壓縮性土。亦反映土的密實(shí)程度反映土中孔隙被水充滿的程度，Sr=0為干土，Sr=100為飽和土。enSr四、指標(biāo)換算公式（書P14表1—3）【例2-1】某土樣測得重量為1.87N，體積為100cm3,烘干后重量為1.67N，已知土粒的相對密度為ds=2.66，試求：γ、w、e、sr、γd、γsat、γ′

?！窘狻康谌?jié)土的物理狀態(tài)指標(biāo)與工程特性重點(diǎn)內(nèi)容：掌握判斷不同土物理狀態(tài)的依據(jù)N63.5≤5松散10＜N63.5≤20中密5＜N63.5≤10稍密N63.5＞20密實(shí)一、無粘性土（碎石土、砂土）的密實(shí)度《規(guī)范》法探測：重型圓錐動力觸探試驗用錘擊數(shù)N63.5判斷其密實(shí)度。也可根據(jù)野外方法鑒別(教材P13表1-5）（一）碎石土的密實(shí)度30cm錘重：63.5kN落距：760mm動力觸探試驗標(biāo)準(zhǔn)慣入器重型圓錐地面觸探桿被探測土層采用相對密實(shí)度Dr判斷（試驗困難，應(yīng)用較少）e---土天然孔隙比emin---土最小孔隙比emax---土最大孔隙比0≤Dr≤0.33松散0.33＜Dr≤0.67中密0.67＜Dr≤1密實(shí)（二）砂土的密實(shí)度N≤10松散15＜N≤30中密10＜N≤15稍密N＞30密實(shí)《規(guī)范》法探測：標(biāo)準(zhǔn)慣入試驗用錘擊數(shù)N判斷。用孔隙比e判斷e＜0.6

密實(shí)是良好的天然地基e＞0.95

松散不宜作天然地基即粘性土的軟硬程度—因土粒與水作用強(qiáng)，故水對其工程性質(zhì)影響大。固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)

縮限ws

塑限wp（測）液限wL（測）含水量（一）界限含水量（由試驗測得）粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量

二、粘性土的物理特征IP大，則粘粒（d≤0.005mm顆粒）含量多，故工程上用于對土進(jìn)行分類，即：當(dāng)：IP＞10時為粘性土。（二）塑性指數(shù)－IP

表示土在可塑狀態(tài)下的含水量變化范圍。塑性指數(shù)（三）液性指數(shù)－IL

反映土不同天然含水量（w）狀態(tài)下軟硬程度指標(biāo)，規(guī)范根據(jù)液性指數(shù)將粘性土劃分為如下五種狀態(tài)：IL≤00~0.250.25~0.750.75~1IL＞1堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)粘性土具有天然結(jié)構(gòu)性，其結(jié)構(gòu)破壞時強(qiáng)度降低，壓縮性增大。用靈敏度表示：

St=qu/q0

qu—原狀土強(qiáng)度；q0—重塑土強(qiáng)度。（四）粘性土的靈敏度高靈敏度的土，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，因而基槽施工時應(yīng)注意防止土體結(jié)構(gòu)擾動，避免承載力降低。1＜St≤22＜St≤4St＞4低靈敏度中靈敏度高靈敏度錐式液限儀（五）黏性土塑限wp、液限wL的測定錐式液限儀測定土的液限電腦液塑限聯(lián)合測定儀搓條法測定塑限土樣含水量測量土樣烘干

三、土的壓實(shí)性（填土施工）1.壓實(shí)壓實(shí)是指采用人工或機(jī)械以夯、碾、振動等方式，對土施加夯壓能量，使土顆粒原有結(jié)構(gòu)破壞，空隙減小，氣體排出，重新排列壓實(shí)致密，從而得到新的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。2.擊實(shí)試驗在工程建設(shè)中，經(jīng)常會遇到填土或松軟地基，為了改善這些土的工程性質(zhì)，常采用壓實(shí)的方法使土變得密實(shí)。擊實(shí)試驗就是模擬施工現(xiàn)場壓實(shí)條件，采用錘擊方法使土體密度增大、強(qiáng)度提高、沉降變小的一種試驗方法。擊實(shí)試驗分輕型擊實(shí)試驗和重型擊實(shí)試驗兩種方法。輕型擊實(shí)試驗適用于粒徑小于5mm的粘性土；重型擊實(shí)試驗適用于粒徑不大于20mm的土。擊實(shí)儀構(gòu)造最優(yōu)含水量：使土在同樣的擊實(shí)能情況下獲得最大密實(shí)程度的土含水量。土在一定的擊實(shí)效應(yīng)下，如果含水率不同，則所得的密度也不相同，擊實(shí)試驗的目的是測定試樣在一定擊實(shí)次數(shù)下或某種壓實(shí)功能下的含水率與干密度之間的關(guān)系，從而確定土的最大干密度和最優(yōu)含水率，為施工控制填土密度提供設(shè)計依據(jù)。w含水量γd干重度wopγdmax不同擊實(shí)能情況下曲線最優(yōu)含水量wop應(yīng)由擊實(shí)試驗確定，經(jīng)驗：

wop=wp+2η經(jīng)驗系數(shù):黏土取0.95；粉質(zhì)黏土取0.96；粉土取0.97。施工質(zhì)量控制：壓實(shí)系數(shù)λcλc=γd/γdmaxγd—施工干重度γdmax—試驗最大干重度

四、土的滲透性水流通過土中孔隙難易程度的性能稱為土的滲透性。滲透變形滲透破壞流砂管涌土顆粒移動土體變形地基變形、下沉、破壞第四節(jié)地基巖土的工程分類與野外鑒別目的：根據(jù)工程性質(zhì)相近原則，按粒組相對含量、

IP值進(jìn)行分類，便于研究應(yīng)用(設(shè)計、施工)。工程分類巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土概要：重點(diǎn)掌握巖土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)及工程特性。完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎無試驗，可現(xiàn)場觀察劃分。一、巖石（廣義）指顆粒間牢固連接，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。按堅硬程度分類別（Mpa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖單軸抗壓強(qiáng)度＞6030~6015~305~15≤5按完整性分

二、碎石土指粒經(jīng)大于2mm的顆粒含量超全重50%的土。分如下亞類：漂、塊石（粒徑＞200，含量＞50%）；卵、碎石（粒徑＞20，含量＞50%）；圓、角礫（粒徑＞2，含量＞50%）。三、砂土指粒經(jīng)大于2mm的顆粒含量不超全重50%、大于0.075mm超全重50%的土。分如下亞類：礫砂(粒徑＞2，含量25~50%)；粗砂(粒徑＞0.5，含量＞50%)；中砂(粒徑＞0.25，含量＞50%)；細(xì)砂(粒徑＞0.075，含量＞85%)；粉砂(粒徑＞0.075，含量＞50%)。五、粘性土