土力学与基础工程-第二章

1
2
无粘性土的密实度
无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。 密实度的评价方法有三种： 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 利用标准贯入试验等原位测试方法 野外观测方法 （用于碎石土）
1.2 土的物理性质指标－天然密度
土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：
01
含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用“烘干法”确定。
土中水
自由水
结合水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
结晶水
结晶水：土粒矿物内部的水。
土中水和气
弱结合水
2.2.2 土中水和气
强结合水-具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。 自由水-可以传递静水压力 、能溶解盐类。
颗粒堆积物
土： 狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 广义：土则是将整体岩石也视为土
岩石
地球
地球
搬运、沉积
1 土的形成
1.1 土的形成与组成
构成土骨架，起决定作用1.1 土的形成与组成 Nhomakorabea气相
固相
液相
+
+
重要影响
土体
粘性土的稠度反映土中水的形态
粘性土的稠度与界限含水量
粘性土
·
·
·
·
0 ws w p w L
固态
土粒比重
2.65－2.69
2.70－2.71
2.72－2.73
2.74－2.76
1
土的物理性质指标－天然密度
2
天然密度 ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为g/cm3或t/m3，即：
3
天然密度取决于土粒密度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合反映了土的物质组成与结构特征，其变化范围较大。一般粘性土ρ= 1.8－2.0g/cm3；砂土ρ=1.6－2.0g/cm3。天然密度一般用“环刀法”测定 。
自由水
弱结合水
强结合水
粘性土的稠度与界限含水量
粘性土
·
·
·
·
0 ws w p w L
固态
半固态
可塑状态
流动状态
稠度：粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。
粒径/mm
土的固体颗粒－颗粒级配
不均匀系数： 曲率系数： 小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的60%时的粒径-限定粒径（d60）。 小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的30%时的粒径-中间粒径（d30） 。 小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的10%时的粒径-有效粒径（d10） 。
Cu>5 ，Cc＝1～3
土力学与地基基础
主讲：吉力此且 工程师/全国注册二级建造师
四川科技职业学院 土木与建筑工程学院
01
02
03
第一章 土的性质及工程分类
O1
1.1 土的组成与形成
O2
1.2 土的物理性质指标
O3
1.3 土的物理状态指标
O4
1.4 土的结构与构造
O5
1.5 土的工程分类
O6
1.6 土的现场鉴别
不均匀系数可以反映大小不同粒组的分布情况，Cu越大表示土粒大小分布范围广，级配良好。
曲率系数描述累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
土的固体颗粒－颗粒级配
筛分法：粒径60~0.075mm
01
静水沉降法（沉降分析法）：粒径<0.075mm
02
颗粒分析试验
土的固体颗粒－颗粒级配分析方法
土的固体颗粒－－筛分法
0.33Dr<0.67
Dr<0.33
虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗粒形状等因素。但由于对砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。《规范》用标准贯入试验的锤击数来划分砂土的密实度。 砂 土 的 密 实 度 无粘性土的密实度－标准贯入试验
密实度
密 实
中 密
稍 密
松 散
标贯击数N
N>30
30≥N>15
次要作用
2 土的组成
D
C
B
A
物理状态 力学特性
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
E
3 土中的固体颗粒
1.1 土的形成与组成
土的固体颗粒－粒组
土颗粒
巨粒(>200mm) 粗粒(0.075~200mm) 细粒(<0.075mm)
卵石或碎石颗粒 (20~200mm) 圆砾或角砾颗粒 (2~20mm) 砂 (0.075~2mm)
土的孔隙率n ：土中孔隙所占体积与总体积之比，孔隙率用百分数表示。即：
1
2
3
1.2 土的物理性质指标－孔隙比和孔隙率
e是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。一般来说粗粒土的孔隙率大，细粒土的孔隙率小。
1.2 土的物理性质指标－饱和度
15≥N>10
N≤10
无粘性土的密实度－野外观测法
碎石土的密实度 碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密、稍密、松散四种。
粘性土的物理特性
固体状态 外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状 体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡。
筛析机
02
筛分法
01
土的粒径级配累积曲线
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
200g
10 16 18 24 22 38 72
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
小于某粒径之土质量百分数P（％）
10
5.0
1.0
0.5
0.10
0.05
0.01
0.005
0.001
粒径(mm)
P % 95 87 78 66 55 36
筛分法
粒径级配
粒径级配累积曲线及指标的用途：
1）粒组含量用于土的分类定名；
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土
流动状态
刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动
01
可塑状态
水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩。
02
半固体状态
含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂。
03
固态或半固态
塑态
流态
强结合水
弱结合水
自由水
含水量
w
土颗粒
强结合水
弱结合水
土颗粒
强结合水
土颗粒
02
1.2 土的物理性质指标
1.2 土的物理性质指标
1.2 土的物理性质指标－土粒相对密度
土粒比重（土粒相对密度）：土粒密度与4℃时纯水的密度之比，一般用ds表示，无量纲。即： 土粒比重决定于土的矿物成分，同一种类的土，其比重变化幅度很小。 试验室内用比重瓶测定。
土的名称
砂土
粉土
粘性土
粉质粘土
粘土
土中水和气－重力水
土中水和气－土中气
与大气相通
无影响，易挤出
与大气不相通（空气、水气、天然气）
压力作用下可压缩或融解
封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程 。
1.2 土的物理性质指标
力学特性 表示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬程度 直接影响
1.2 土的物理性质指标－饱和密度和饱和容重
浮密度 （浮容重 ）
1.2 土的物理性质指标－浮密度和浮容重
定义： 单位体积内土粒质量与同体积水质量之差。 表达式：
1.2 土的物理性质指标－密度
1
2
3
土的物理性质指标－孔隙比与孔隙率
土的孔隙比e ：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。即：
粉粒(0.005~0.075mm) 粘粒(<0.005mm)
粘土 细砂 粗砂 碎石 卵石 碎石 粘土
土的颗粒级配分析方法 列表法（P5） 级配曲线法（P6）
土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。土的颗粒级配就是指大小土粒的搭配情况。
土的颗粒级配
土的物理性质指标
(松密程度、干湿程度、轻重程度) 土的三个组成相的体积和质量上的比例关系
表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。
01
注意：土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大，承载力越高。
3
试求 e
4
例3：某填方工程，V=30000 m3 ，要求压实干密度
5
d=1.7t/m 3 ，现有土料天然密度 =1.64t/m 3 ，
6
含水量w=15%。
7
试求 需要填多少方土？
8
1.2 土的物理性质指标－指标换算
土的物理状态
无粘性土的土粒之间的联结微弱，因此其工程性质主要与密实度有关； 粘性土颗粒很细，比表面积大，水对其性质影响较大，因此其工程特性主要取决于稠度。
01
02
03
04
毛细水：
存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。
重力水：
存在于地下水位以下的透水土层中的水。当存在水头差时将产生流动。
土中水和气－自由水
土中水和气－毛细水
毛细水： 存在于地下水位以上透水层中的水。水和空气交界处表面张力作用而产生。
土中水和气－毛细水
毛细管水上升高度的影响因素 孔隙大小和形状 粒径尺寸 水的表面张力
土的固体颗粒－颗粒级配
试验结果可绘制在半对数坐标上
01
纵坐标：小于某粒径的土粒累积含量
02
横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来.
03
土的固体颗粒－颗粒级配
土的固体颗粒－颗粒级配
小于某粒径的土含量/%
土的饱和度Sr: 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分率计，即：
砂土湿度状态
稍湿
很湿
饱和
饱和度Sr/%
Sr≤50
50<Sr≤80
Sr>80
例1：已知 V=60cm3，m=114g，ds=2.67，ms=92g
1
试求 ， d， sat，w，e，Sr
2
例2：已知某饱和土样 ds=2.73， sat =1.82g/cm3
02
1.2 土的物理性质指标－含水量
1.2 土的物理性质指标－含水量
定义：单位体积内土粒的质量或重量。
表达式：
干密度ρd（干容重γd）
1.2 土的物理性质指标－干密度和干容重
定义： 土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量。
表达式：
饱和密度ρsat（饱和容重γsat ）
重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用 。
应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计
无粘性土的密实度
相对密实度：砂土的密实程度并不完全取决于天然孔隙比，而很大程度上取决于土的级配情况，相对密实度同时反映了孔隙比和级配的影响，以Dr表示。
最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用“振击法”测定。最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用“松砂器法”测定。
密 实
中 密
松 散
Dr 0.67
4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
土中水和气－土中水
土中水-土中水是土的液体相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。