土力学与基础工程

2.2.2
土的构造
土的结构和构造
土的构造是指土体中各结构单元之间
的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性,
即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土
的不均匀性。
2.2.2
土的结构和构造
土的结构和构造的概念区别：
土的结构：指的是微观结构，借是指整个土层（土体）空间构成上特 征的总和，借助肉眼或放大镜鉴别。
与土有关的 工程问题
概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65 个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深 3.66m。1911年动工，1913年完工，自重 20000T。
事故： 1913年9月装谷物，10月17日 装了31822Ｔ谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜26°53ˊ 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损
土体三相比例不同，土的状态和工程性 质也随之各异，例如： 固体+气体（液体=0）为 干土，此时粘土呈坚硬状态， 砂土呈松散状态； 固体+液体+气体为湿土， 此时粘土多为可塑状态； 固体+液体（气体=0）为饱和土，此时 粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化， 而使工程遭受破坏；粘土地基受建筑物荷载 作用发生沉降需几十年才能稳定。
土粒的大小称为粒度； 大小、性质相近的土粒合并为一组,
称为粒组，可划分为：
200 60 2 0.075 0.005mm
漂石

卵石
砾石
砂粒
粉粒
粘粒
划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
土粒粒组的划分
粒 组 名 称 粒径范围 ＞ 200 200～ 20 粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细 20～ 10 10～ 5 5～ 2 2～ 0.5 0.5～ 0.25 0.25～ 0.1 0.1～ 0.05 0.05～ 0.01 0.01～ 0.005 ＜ 0.005 透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小 易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大， 随粒径变小而增大 透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀 小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大 较快，极易出现冻胀现象 透水性很小，湿时有粘性、可塑性， 遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升 高度大，但速度较慢 一 般 特 征 漂石、块石颗粒 卵石、碎石颗粒 圆砾、角砾颗粒
比萨斜塔治理措施： 在斜塔北侧的塔基下码 放了数百吨重的铅块，并使 用钢丝绳从斜塔的腰部向北 侧拽住，还抽走了斜塔北侧 的许多淤泥，并在塔基地下 打入10根50米长的钢柱。 历时10年半的比萨斜塔拯救工作已全部结 束。纠偏校斜43．8厘米，除自然因素外，可 确保3个世纪内不发生倒塌危险。
苏州虎丘塔：
加拿大特朗斯康谷仓
加拿大特朗斯康谷仓
原因： 地基土事先未进行调查， 据邻近结构物基槽开挖取土 试验结果，计算地基承载力 应用到此谷仓。1952年经勘 察试验与计算，地基实际承 载力远小于谷仓破坏时发生 的基底压力。因此，谷仓地 基因超载发生强度破坏而滑 动。
处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用 388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位 置比原来降低了４米。
2.3 土的物理性质指标
土是三相分散体系；从物理性质上可
利用三相在体积上和重量上的比例关系来
反映土的干湿程度和松密程度。反映三相
关系的指标称为基本物理性质指标。
2.3 土的物理性质指标
可分为两类： 一类是必须通过试验测定的，如含水 率、密度和土粒比重，称为直接指标； 另一类是根据直接指标换算的，如孔 隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。
和 Cc=1 ～ 3 时，定名为良好级配砂或良好
级配砾 。
小于某粒径之土质量百分数（％）
粒径(mm) d60 d10 d30
Cu
0.01 0.005
Cc
0.33
0.005
0.063
66
2.41
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
三、土力学的研究内容
土力学不仅研究土体当前的性状，
也要分析其性质的形成条件，并结合自
然条件和建筑物修建后对土体的影响，
分析并预测土体性质的可能变化，提出
有关的工程措施，以满足各类工程建筑
的要求。
四、地基与基础
支承基础的土体或岩体称为地基。地基 可分为天然地基与人工地基。
基础是将结构承受的各种作用传递到
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 如果 Cu ≥ 5且 C
= 1 ~ 3 ， 级配 良好的土； < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土
c
2.2.2
土中水和气
土中水处于不同位臵和温度条件下， 可具有不同的物理状态——固态、液态、 气态。液态水是土中孔隙水的主要存在状 态，因其受土粒表面双电层影响程度的不 同可分为结合水、毛细水、重力水。后两 者也称为非结合水（自由水）。
次生矿物
由原生矿物经化学风 化生成的新矿物。 它的成分与母岩的完 全不同。 有高岭石、伊利石和 蒙脱石粘土矿物。 颗粒极细，且多呈片 状。 性质活泼，吸附水能 力强，具塑性。
物理风化仅使岩 石产生量的变化
颗粒通常是由一种或几种原生矿物所 组成，它的成分与母岩的相同，颗粒 一般较粗， 吸附水的能力弱，性质比 较稳，无塑性。
2.1 概 述
土是由固、液、气相组成的三相分散系。
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架，
骨架间的空隙为液相和气相填满，这
些空隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水； 气相——主要是空气、水蒸气。
思考： 不同的土体三相比例是固定不变的吗？ 同一种土体三相比例的改变是否会对性质产 生影响呢？
土力学研究对象：与工程建设有关的土。 就土木工程领域而言，土是指覆盖在地 表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。 土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的 强弱。
二、土力学的研究对象
土的形成：
土是由地壳表层的整体岩石经受风化
作用后形成的大小悬殊的颗粒，经过不同
的搬运方式，在各种自然环境中生成的
沉积物。
二、土力学的研究对象
风化作用：

物理风化：不改变原来矿物成分
化学风化：改变原来矿物成分 生物风化：动、植物等对岩体的破坏
二、土力学的研究对象
土的特点：

松散性
孔隙性


多相性
自然变异性
二、土力学的研究对象
土的两个延伸概念： 土具有成层性。物质组成、物理化学 状态基本一致，工程性质大体相仿的同一 层土称为土层。 由若干厚度不等、性质各异、以一定 上下层序组在一起的土层集合体称为土体。
透水性很大，无粘性，无毛细水
砂
粒
粉
粒
粘
粒
粘 土 粘 土 碎石 碎石
细砂
粗砂 卵石
2.2.1
试验方法
土的固体颗粒（固相）
筛分法： 适用于0.075mm≤d≤60mm
沉降分析法: 适用于d＜0.075mm
筛分法>0.075mm
摇摆式筛析机
利用不同大小的
土粒在水中的沉降速
度不同来确定小于某 粒径的土粒含量。
水 的 类 型 结 合 水 非 结 合 水 毛 细 水 重 力 水
主要作用力 物理化学力 表面张力和重力 重 力
2.2.2
土中的气体
土中水和气
与大气相通 压缩性高；
与大气隔绝 降低透水性
一般空气中成分； 成分 微生物产生可燃气体（H2S）
2.2.2
土的结构和构造
土的结构是指土粒单元的大小、形状、 相互排列及其联结关系等因素形成的综合 特征。 单粒结构 砂层，砾石层 土的结构 蜂窝结构 粉粒 絮状结构 粘粒
地基上的结构组成部分。
P (上部荷载)
上部结构
基础
地下水位
地基
基础埋深
地基与基础设计必须满足的基本条件：
1、作用在地基上的荷载效应（基底压应力）不得超过地 基容许承载力； 2、基础沉降不得超过地基变形容许值； 3、挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防失稳破坏 的安全储备。
五、由土引起的工程问题
五、由土引起的工程问题
变形问题： 变形超过限度。 稳定问题： 受力超过限度，取决于土的强度。
六、土力学课程的特点

土力学的研究必须注意土的本质特性。


土力学的研究必须注意实践性。
土力学的研究必须注意工程实用性。 土力学是一门偏于计算的学科。
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土的性质及工程分类
学习要求： 了解土的成因和三相组成，掌握土的 物理性质和物理状态指标的定义、物理概 念、计算公式和单位。要求熟练地掌握物 理指标的三相换算。了解地基土的工程分 类依据与准确定名。
土 力 学
主讲人：陈林靖 福州大学土木工程学院 岩土工程研究所
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绪 论
土力学是力学的一个分支，是一
门研究土的学科，是为了解决工程中有 关土的问题。
一、土力学的概念
土力学：利用力学的一般原理，研究土
的物理、化学和力学性质及土体在荷载、
水、温度等外界因素作用下工程性状的应 用科学。
二、土力学的研究对象
土的粒径级配累积曲线
d60
d30
d10
Cc 3.98 2.41 0.545
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,