地下空間工程土的工程性質(zhì)課件

土力學包括哪些內(nèi)容？基礎(chǔ)物理性質(zhì)先導土中應力具體應用土壓力……核心滲透特性變形特性強度特性1基礎(chǔ)與主線先導具體應用土的物理性質(zhì)及分類土的滲透性土中應力土的壓縮性和地基沉降計算土的抗剪強度土壓力滲透特性變形特性強度特性地基承載力土坡和地基的穩(wěn)定性2第二章土的物理性質(zhì)及工程分類

§2.1土的組成及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造§2.2土的物理性質(zhì)指標§2.3土的物理狀態(tài)指標§2.4土的工程分類主要內(nèi)容3土的概念——多種礦物顆粒組成的松散集合體。巖石風化巖石破碎化學成分改變剝蝕搬運沉積松散顆粒集合體（土）土的生成：巖石地球風化顆粒堆積物地球4碎散性非連續(xù)介質(zhì)受力以后易變形強度低，易在聯(lián)接處破壞土的特點顆粒之間無聯(lián)結(jié)或聯(lián)結(jié)微弱5三相介質(zhì)多孔性受力后水、氣可排出，使土體積減小土的特點固相—土骨架液相—水氣相—空氣6自然變異性（1）復雜性（2）易變性（3）結(jié)構(gòu)性土的特點7碎散性多孔性自然變異性力學特性復雜變形特性強度特性滲透特性8§2.1土的組成及其結(jié)構(gòu)與構(gòu)造一、土的固相

土粒的大小、相關(guān)礦物成分以及大小搭配情況對土的物理力學性質(zhì)有明顯影響

1.土的顆粒級配工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為若干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土?？偭康陌俜謹?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配試驗方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.075mm9篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分數(shù)10比重計法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11顆粒粒徑級配曲線縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標）12顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫13顆粒級配的應用土的顆粒級配主要影響到土的滲透性、壓實性和強度。在工程上要根據(jù)不同目的來選擇土料：作為河岸路基，要考慮滲透性，應選級配良好的細砂作為一般地基，主要考慮壓縮性和強度，應選級配均勻的粗粒土。142.土粒的礦物成分礦物成分取決于母巖的礦物成分和風化作用原生礦物：由巖石經(jīng)過物理風化形成，其礦物成分與母巖相同次生礦物：巖石經(jīng)化學風化后所形成的新的礦物，其成分與母巖不相同

例：石英、云母、長石等特征：礦物成分的性質(zhì)較穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等特征：性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強的親水性，遇水易膨脹的特點15二、土中的水

結(jié)晶水——進入土顆粒礦物結(jié)晶格架中的水結(jié)合水重力水——在重力或水頭壓力下運動的自由水毛細水——存在于地下水位以上，受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水——受靜電引力吸附在土粒表面的水土中水的含量顯著影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。16三、土中氣體

連通氣體——與大氣相連通，在外力作用下易排出，對土的性質(zhì)影響不大。封閉氣體——與大氣不相連通，在外力作用下易溶于水，外力卸除后又重新釋放出來，使得土的彈性增加，透水性減小。17四、桿土的物結(jié)構(gòu)在成土好過程中運所形成舟的土粒矩的空間橋排列及張其聯(lián)結(jié)顧形式，吊與組成析土的顆削粒大小重、顆粒食形狀、格礦物成償分和沉見積條件克有關(guān)。單粒結(jié)坊構(gòu)——碎石類列土和砂惡類土的下結(jié)構(gòu)特寶征蜂窩物結(jié)構(gòu)——粉土的勿結(jié)構(gòu)特賭征絮狀靜結(jié)構(gòu)——粘性土奶的結(jié)構(gòu)匯特征土的結(jié)頂構(gòu)類型屋：181.單粒結(jié)撒構(gòu)：粗礦訊物顆寬粒在傭水或?？諝鈩罩性谀献灾厝饔密囅鲁凛喡湫无q成的列單粒蠻結(jié)構(gòu)園，其特裕點是土粒繼間存在長點與點子的接觸竭。根據(jù)寶形成條胡件不同過，可分朝為疏松蝦狀態(tài)和襪密實狀闊態(tài)密實狀態(tài)疏松狀態(tài)192.蜂窩結(jié)敲構(gòu)：顆粒間炒點與點傅接觸，接由于彼回此之間月引力大灣于重力貿(mào)，接觸蠢后，不冷再繼續(xù)坑下沉，習形成鏈書環(huán)單位辦,很多吩鏈環(huán)聯(lián)觀結(jié)起來睜，形成泊孔隙較錦大的蜂蕩窩狀結(jié)逐構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)203.絮狀蘋結(jié)構(gòu)：細微粘堂粒大都秩呈針狀陪或片狀頁，質(zhì)量達極輕，曠在水中稠處于懸圓浮狀態(tài)診。當懸酷液介質(zhì)盞發(fā)生變艙化時，膊土粒表親面的弱按結(jié)合水債厚度減鍛薄，粘饒粒互相巖接近，在凝聚成凳絮狀物狹下沉，宮形成孔恥隙較大躺的絮狀尚結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)21五、土尾的構(gòu)造土的構(gòu)虛造是指土蕉體中各柳結(jié)構(gòu)單杜元之間坑的關(guān)系媽。主要駱特征是西土的成社層性和立裂隙性溫,即層禮理構(gòu)造嗚和裂隙迅構(gòu)造，遇二者都掌造成了初土的不驗均勻性1.層理激構(gòu)造斬：土粒在瞞沉積過呼程中,硬由于不同垮階段沉積紅的物國質(zhì)成佩分、妥顆粒默大小港或顏解色不鉆同,盆而沿豎向呈現(xiàn)出搖成層特弓征2.裂隙構(gòu)巧造：土體制被許斷多不郊連續(xù)醋的小獅裂隙懼所分割,在裂撤隙中常御充填有諸各種鹽綠類的沉棟淀物22§2.2土的更物理究性質(zhì)娛指標一、土事的三相棵圖氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVv下標S——土粒W——水a(chǎn)—獻—氣體土的澇三相專之間違的數(shù)巴量比欠例直眨接影湊響土上的性類質(zhì)。濕土——三相干土——兩相飽和土——兩相23二、豪指標淡的定拆義1.土粒比論重（土除粒相對立密度）Gs：土粒然質(zhì)量漠與同置體積洽的4℃時純水鍋的質(zhì)量存之比墻。(無量垮綱)土粒南比重貴決定考于土鑒的礦解物成弦分。可用比差重瓶法菠測定。一般葛范圍皇：細右粒土丙（粘色性土淡）一敗般2.奪70～2.7日5；砂斜土一希般為2.6姥5左右脅。土顛中有痕機質(zhì)遺含量須增加師，土煙粒相丹對密比度減建小，2.翅4～2.框5。4°C時純儲水的聚密度捆，＝1g/油cm3或1t/易m3氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V242.土的密野度ρ：單位餃體積奏土的軌質(zhì)量工程謙中常錘用重扶度來表示滔單位體嘗積土的腥重力重力加芬速度，妖近似取10板m/偏s2氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V測定勁方法恥：環(huán)刀法25氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V3.土的緊含水諷量ω：土中廣水的顫質(zhì)量理與土涂粒質(zhì)柿量之秒比。堅％土的仇含水難量是悉標志戚土含潔水程態(tài)度的沈一個客重要鉛物理醉指標刑。天然斑土層截含水功量變病化范邀圍較減大，紫與土蛇的種跑類、您埋藏冠條件響及其重所處舍的自胳然地氏理環(huán)釀境等急有關(guān)嫂。測定舒方法饒：通常用狼烘干法語，亦可乖近似用割酒精燃趨燒法264.不同狀辭態(tài)下土階的密度胖和重度干密截度ρd：單位體拌積中固誰體顆粒作部分的敬質(zhì)量浮密愉度ρ：土單更位體狗積內(nèi)拋土粒肺質(zhì)量毒與同祝體積菜水的拖質(zhì)量卵之差各密墻度指剪標在考數(shù)值估上的錄關(guān)系衰：ρsat>ρ>ρd>ρ可證明框：ρ＝ρsat－ρw氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V飽和幫密度ρsat：土體中標孔隙完款全被水豪充滿時唉的土的疼密度工程誕上用弦以控排制填濱方的淺施工折質(zhì)量武。27氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V孔隙搶比e和孔隙格率n孔隙笑比e：土中孔面隙體積罵與土粒棵體積之關(guān)比飽和度Sr：土中孔給隙水的圓體積與耗孔隙總君體積之丟比，％飽和度援描述土饒中孔隙密被水充斬滿的程洗度。干解土Sr=0,飽和劈燕土Sr=10牛0%。砂土根據(jù)飽露和度分促為三種蒸狀態(tài):孔隙縣率n：土中防孔隙謊體積淺與總生體積詢之比葵，以沾百分階數(shù)表飾示Sr≤50秀%稍濕；50％＜Sr≤8狐0%很濕；Sr＞80勾%飽和5.描述仆土的債孔隙予體積國相對編含量來的指座標28三、僑指標值間的及換算氣水土粒Gsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積V土的三遺相指標她中，土粒比撥重Gs，含水挨量ω和密度ρ是通過泉試驗測門定的，?？梢愿g據(jù)三個囑基本指移標換算哨出其余斬各指標Vv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

推導踩：換算逃關(guān)系姐式：29四、滅例題士分析【例1】某土樣徑經(jīng)試驗賠測得體揮積為100cm3，濕土儉質(zhì)量逆為187g，烘干市后，輝干土管質(zhì)量免為167g。若土粒忠的相對菠密度Gs為2.6孫6，求該州土樣的免含水量ω、密度ρ、重度、干重閣度d、孔隙將比e、飽撫和重神度sat和有效挎重度?！窘獯鸱骸?0【例2】已知土竄粒比重Gs為2.72，飽眼和度Sr為37債%，孔隙比e為0.咬95。問當Sr提高到90％時，每縱立方的煙土應加暴多少水期？【解答】由Vv賞=eVs=V－Vs得Vs他=V注/1＋e=父1/架1+名0.咐95發(fā)=0茅.5瞧13破m3Vv遺=eV模s=0焦.9烏5×裝0.睛51騎3=冷0.煙48驅(qū)7m3當Sr為37軋%時，Vw=SrVv=0婚.3初7×0傷.4紐奉87爆=0治.1沃8m3當Sr為90%時，Vw=SrV昂v=0期.9壞0×0山.4曠87療=0蹄.4道38驗m3（Vv不變）?Vw=0歲.4帥38－0.1煉8=0棚.25沸8m3故應西加水?Ww=γw·?Vw=1派0×0毅.2燭58裁=2恒.5警8k呀N31【例3】某料場30萬方修土料觀，初講始孔向隙比e1＝1.秧2，問醋可填館筑e2＝0.齡7的土繼堤多炎少立侍方米雙？【解答站】（填筑界前后Vs不變）V＝Vv煮+V蝦s=e2Vs+由Vs=犯(0.忍7+1叫)Vs趕=1.斃7×13槽.64品=23夫.18萬方32【例4】某基且坑體串積20燥00立方披米，乞土料爛比重Gs為2勒.7，含水者量ω為15%，孔隙比e為0.6。要求攔填土ω為17%，干幼容重γd為17.筍6kN斤/m3.問（1）取土盤場土的川容重、潛干容重意和飽和苦度？（2）取多哲少方土額？（3）碾工壓時凍應灑佳多少復水？理填土催的孔壺隙比束是多川少？【解答學】（1）33（2）填土（3）由得Ww=50猛60.督87k逗N，Ws=33鏡739女.1k只N設加水xkN，則解出x=澡67邪4.侍8k燒N34§2.際3土的臥物理灣狀態(tài)判指標一、無歪粘性土辮的密實倚度無粘性藏土一般指圓碎石(類)和砂(類)土。無粘性帖土的物切理性質(zhì)偉主要決初定于土肚的密實服度狀態(tài)稈。土的左密實顯度指單勢位體粉積土占中固渴體顆也粒的虎含量兆。根掀據(jù)土墓顆粒緊含量毛的多粒少，同天然賤狀態(tài)叮下的嫁砂、幕碎石獻等處蛋于從乒緊密漏到松餃散的棍不同督物理種狀態(tài)君。351.孔隙比e孔隙槐比e可以直用來壯表示省砂土惹的密財實度編。對災于同器一種陜土，北當孔穗隙比夢小于才某一頃限度瞞時，小處于詳密實客狀態(tài)噸?？遵樝侗榷斡竽?，土撤愈松響散。但孔穗隙比e難以限反映嬌顆粒丸級配腫的影狂響。2.相對密貴實度Dr砂土在碼天然狀費態(tài)下孔瘋隙比砂土能在最考密實陶狀態(tài)磨時的賽孔隙些比砂土福在最策松散榮狀態(tài)什時的俱孔隙柱比當Dr=0時，e=emax，表示土段處于最切疏松狀討態(tài);當Dr=1.誼0時，e=emi愚n，表職示土帆體處抹于最逝密實便狀態(tài)Dr≤1/3疏松狀盟態(tài)1/越3＜Dr≤2欲/3中密狀繳態(tài)2/芬3＜Dr≤1密實恒狀態(tài)363.按動力營觸探確安定無粘著性土的朱密實度天然砂屠土的密滿實度，去可按原照位標準塘貫入試業(yè)驗的錘蔑擊數(shù)N進行辰評定鎮(zhèn)。天慣然碎慶石土互的密壟實度陵，可峽按原宴位重蜻型圓桃錐動動力觸惡探的采錘擊游數(shù)N63.排5進行嬌評定(GB5畢000鴨7-2怕002齊)密實度按N評定砂土密實度按N63.5評定碎石土密實度松散稍密中密密實N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞2037二、例眨題分析【例】某砂土遭試樣,菌試驗測快定土粒斗相對密煮度Gs=2.斷7,含水燭量ω=9.修43%,天然巖密度ρ=1.靜66g芬/cm3。已知砂叫樣最密艷實狀態(tài)彼時稱得殖干砂質(zhì)泄量ms1=1.捎62灑kg,最疏想松狀矩態(tài)時希稱得林干砂赤質(zhì)量ms2=1.4直5kg。求此紀砂土粱的相白對密攔度Dr,并判斷柏砂土所勞處的密足實狀態(tài)【解答】砂土在紫天然狀影態(tài)下的勝孔隙比砂土最俗小孔隙辭比砂土最登大孔隙抄比相對傲密實凈度∈（慶1/嫂3,圈2/鋸3]中密總狀態(tài)38三、業(yè)粘性紙土的存稠度1.粘性雁土的剛稠度曾狀態(tài)稠度是指遵土的篩軟硬噸程度較或土若受外衣力作極用所甜引起浮變形棕或破統(tǒng)壞的區(qū)抵抗障能力匯,是診粘性境土最如主要錄的物笑理狀片態(tài)特粘征0固態(tài)或憑半固態(tài)可塑狀籃態(tài)流動暫狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL粘性素土由辨某一叛種狀君態(tài)過街渡到稻另一適狀態(tài)甲的界腹限含未水量震稱為張土的滲稠度略界限(阿太堡延界限)縮限ωs可塑狀抵態(tài)是指無土在外杜力作用皂下可塑軌成任何忽形狀而炊不發(fā)生需裂紋，旨并當外輕力移去源后仍能傾保持既姐得的形餡狀。39測定方迅法：液限：我國采芬用錐式畫液限儀盛，76g錐體怎人工鏡放錐5s時沉入顏土中10努mm美國雨、日視本等繩國家谷采用課碟式腰液限睛儀。塑限鞏：搓條法骨，土條衡直徑為3mm時恰跟好開絡始斷死裂聯(lián)合測咳定法：勝錐式液針限儀電園磁放錐衰，下沉深漸度為10mm和2m菊m所對應發(fā)的含水曲量分別攤為液限和塑炕限《公路殲土工爬試驗越規(guī)程》(J檢TJ勢05女1－93窄)規(guī)定采趟用100饑g錐體下餓沉20陪mm為液屢限。40液塑限新聯(lián)合測虎定儀下沉癥深度止為10mm所對應常的含水值量為液橋限;下竿沉深度末為2mm處所對槽應的含書水量為徒塑限412.粘性繪土的德塑性梢指數(shù)盤和液青性指奴數(shù)塑性催指數(shù)IP是液限把和塑限希的差值(省去%)，即土吃處在狂可塑城狀態(tài)疾的含像水量婚變化牧范圍說明膽：塑性賺指數(shù)劈燕的大曲小取期決于腫土顆套粒吸扇附結(jié)息合水棋的能宜力,商即與詞土中豎粘粒慎含量靈有關(guān)萬。粘箭粒含哪量越注多,梅塑性譜指數(shù)罩就越悠高說明：液性吩指數(shù)妥表征卻土的耀天然貞含水弦量與帥界限些含水模量間央的相藝對關(guān)廣系。疲當IL≤0時,ω≤ωP,土處賴于堅熱硬狀涂態(tài);博當IL＞1時,ω＞ωL,土處于掙流動狀緞態(tài)。根男據(jù)IL值可原以直辰接判石定土纖的軟沙硬狀詳態(tài)(GB5繳000觸7-2皇002嫂)液性攜指數(shù)IL是粘性土的天部然含水民量和塑鉆限的差殲值與塑耀性指數(shù)先之比狀態(tài)液性指數(shù)堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞142例題觀分析【例】已知獸粘土課比重深為2.項75，液限強為41％，塑論限為22％，飽墻和度98％，調(diào)孔隙撒比1.5未5。求察塑性晉指數(shù)銳和液艦性指其數(shù)?！窘獯稹苛魉茔U狀態(tài)43§2.4土的咸工程過分類一、分呼類的目打的和原徹則土的幫分類咸體系括就是云根據(jù)專土的沙工程哀性質(zhì)追差異節(jié)將土柜劃分宅成一紅定的倦類別燦，目派的在脆于通惡過通伴用的作鑒別困標準奧，便壩于在炕不同碌土類防間作記有價抱值的盤比較軟、評奶價、床積累感以及勞學術(shù)茄與經(jīng)刑驗的貌交流分類礦原則親：1.分類勤要簡著明，習既要筒能綜緊合反芽映土債的主說要工祖程性憐質(zhì)，籌又要羽測定亡方法籌簡單雨，使加用方倡便2.土的分臉類體系番所采用焦的指標葬要在一茫定程度付上反映絕不同類嚼工程用莊土的不歌同特性44二、分郊類體系萍與方法分類體希系：1.建筑工暗程系統(tǒng)尼分類體房誠系2.工程材灶料系統(tǒng)垂分類體隆系側(cè)重由把土判作為坐建筑胡地基途和環(huán)既境，信研究稿對象市為原友狀土積，例列如：專《建圖筑地垃基基煎礎(chǔ)設壁計規(guī)夏范》(GB障50階00皂7-鑼20醒02朱)地基土犬分類方雞法側(cè)重把萄土作為揚建筑材肢料，用撥于路堤蜓、土壩摩和填土殲地基工耗程。研主究對象振為擾動敬土，例鄙如：《俱土的分櫻類標準蝴》(GB嬸J1槽45算-9商0)工程用至土的分走類和《勸公路土尾工試驗頌規(guī)程》(JT熊J0五51熔-9睜3)土的闊工程宋分類45分類方圣法：1.《建筑壺地基基桑礎(chǔ)設計銅規(guī)范》(GB魚500個07－治200霧2)根據(jù)土瓶粒大小恒、粒組黨的土粒旁含量或緒土的塑群性指數(shù)屑把地基存土（巖梯）分為冠巖石、芒碎石土索、砂土府、粉土轟和粘性膨土五大仿類a.巖石的粱分類顆粒間艙牢固粘鄭結(jié),呈缺整體或巾具有節(jié)頌理隙的段巖體稱缺為巖石論，堅硬德程度可艱根據(jù)巖肥塊的飽棚和單軸事抗壓強陽度frk分類堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(Mpa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤546土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時應根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類b.碎石土迅的分類粒徑大謹于2mm的顆粒拒含量超辟過全重50%的土傍稱為節(jié)碎石揮土47c.砂土的奧分類粒徑儉大于2mm的顆粒爹含量不貌超過全耳重50%的土，簡且粒徑睛大于0.網(wǎng)07警5mm的顆保粒含匠量超挨過全甜重50%的土稱方為砂土土的名稱礫砂粗砂中砂細砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25％～50％注：定名時應根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全