土力學(xué)與地基基礎(chǔ)考試真題下載.pdf

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 主主 題 題 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記 內(nèi)內(nèi) 容 容 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 土的物理性質(zhì)土的物理性質(zhì) 教學(xué)目的 要求教學(xué)目的 要求 掌握 掌握 土的物理性質(zhì)指標(biāo)及換算 理解理解 土的物理狀態(tài) 特征指標(biāo) 了解了解 土的組成和特性 地基土的工程分類 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)內(nèi)容 基本內(nèi)容 基本內(nèi)容 土的形成 土的三相組成 土的物理狀態(tài) 土的結(jié)構(gòu) 土的工程 分類 土的擊實(shí)性和擊實(shí)試驗(yàn) 重點(diǎn) 重點(diǎn) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)及換算 物理狀態(tài) 特征指標(biāo) 地基土的工程分類 難點(diǎn) 難點(diǎn) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)及換算 基本要求基本要求 了解土的組成和特性 土的物理性質(zhì)指標(biāo)及換算 土的物理狀態(tài) 特征 指標(biāo) 地基土的工程分類 1 1 概述概述 1 土的物理性質(zhì)是土的基本性質(zhì) 如輕重 松密 干濕 軟硬等 2 土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)緊密相關(guān) 因此研究地基變形及穩(wěn)定必予以 研究 3 研究物理性質(zhì)內(nèi)容包括 土的生成與組成 土的三相單比例指標(biāo) 組 成土的三相單性質(zhì) 土的狀態(tài) 土的壓實(shí)和滲透 它的分類 4 研究方法 分析和試驗(yàn)法 1 2 土的生成土的生成 簡(jiǎn)單說 土是原巖 風(fēng)化 搬運(yùn) 沉積 的產(chǎn)物 經(jīng)地質(zhì)作用形成的 1 2 1 地質(zhì)作用的概念地質(zhì)作用的概念 定義 導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用 分類 根據(jù)能量來源不同可分為兩類 即內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 沉積巖形成巖石 沉積 搬運(yùn) 風(fēng)化 作用造型 地球重力位能 太陽(yáng)幅射能 產(chǎn)生能量來源 外力地質(zhì)作用 變質(zhì)石作用下生成的巖漿石稱 揮發(fā)性物質(zhì)等變質(zhì)原巖在高溫高壓及滲入 稱為巖漿巖巖漿冷凝后生成的巖石 產(chǎn)生巖石 變質(zhì)作用 地殼運(yùn)動(dòng) 巖漿活動(dòng) 作用類型 元素蛻變產(chǎn)生熱能 地球自轉(zhuǎn)施轉(zhuǎn)能 產(chǎn)生能量來源 內(nèi)力地質(zhì)作用 按能量來源分地質(zhì)作用 3 3 2 1 2 2 1 1 4 3 2 1 2 2 1 1 B A 1 2 2 礦物與巖石的概念礦物與巖石的概念 一 礦物 1 定義及分類 礦物是地殼中天然生成的自然元素或化合物 蒙朧石粘土礦物高嶺石伊利石次生礦物化學(xué)風(fēng)化 云母等長(zhǎng)石石英巖漿冷凝生成原生礦物 2 礦物外表形態(tài) 形狀不規(guī)則非結(jié)晶體 形狀較規(guī)則結(jié)晶體 3 組成巖石的礦物稱造巖礦物 二 巖石 巖石是一種或多種礦物的集合體 不同巖石特征表現(xiàn)為礦物成分不同 結(jié)構(gòu)不同和構(gòu)造不同三個(gè)方面 巖石結(jié)構(gòu) 礦物顆粒結(jié)晶程度 大小和形狀組合方式稱為結(jié)構(gòu) 巖石構(gòu)造 巖石中礦物排列方式及填充方式 1 2 3 地質(zhì)年代的概念地質(zhì)年代的概念 地質(zhì)年代 地殼發(fā)展歷史與地殼動(dòng)運(yùn) 沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時(shí)代段 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 落 相對(duì)地質(zhì)年代 根據(jù)古生物演化和巖層形成的順序劃分成自然段 太古 代 元古代 古生代 中生代和新生代 每代分為若干紀(jì) 每紀(jì)分世和期 新生代中最近的一個(gè)紀(jì)稱為第四紀(jì) 經(jīng)外力地質(zhì)作用風(fēng)化 搬運(yùn) 沉積形成 稱第四紀(jì)沉積物 1 2 4第四紀(jì)沉積物第四紀(jì)沉積物 一 殘質(zhì)物 坡質(zhì)物和洪積物 1 殘積物 原巖經(jīng)風(fēng)化 剝蝕而殘留在外地的部分 2 坡積物 雨 霧水流地質(zhì)作用將遠(yuǎn)處的巖石風(fēng)化物 慢慢地洗刷剝蝕 順斜坡逐漸移 動(dòng) 覺積在較平緩的山坡上而形成的沉積物 3 洪積物 和坡積物類似 只不過它是由山洪急流引起的 埋藏于地表下層是復(fù)雜多變的鉆孔鉆在不同位置會(huì)得出不同的結(jié)論 二 沖積物 河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積 洪積物剝蝕搬運(yùn)沉積 在河流坡降平緩地帶而形成的沉積物 磨圓分選作用 1 平原河谷沖積物 河漫灘 階地等地貌單元 地貌 錯(cuò)綜復(fù)雜的地質(zhì)作用形成各種成因地形 三 其它沉積物 1 海洋沉積物 濱海沉積物 即石 圓礫 砂 淺海沉積物 細(xì)顆粒砂土 粘性土 淤泥和生物化學(xué)沉積物 陸坡和深海沉積物 有機(jī)質(zhì)軟泥 2 湖泊沉積物 湖邊沉積物 湖心沉積物 沼澤沉積物 總之 母巖風(fēng)化搬運(yùn)沉積地質(zhì)作用形成土 土具有成層規(guī)律 1 3 土的組成土的組成 土由固體顆粒 土中水和氣體組成 本節(jié)重點(diǎn)從組成物性質(zhì)分析 1 3 1 土的固體顆粒土的固體顆粒 土顆粒大小 形狀 礦物成份反映土的性質(zhì) 一 土的顆粒大小 級(jí)配 1 級(jí)配 顆粒大小搭配情況稱為土的級(jí)配 2 粒組 顆粒按大小分組稱為粒組 常用粒組劃分為六大組 即漂石 卵石 圓礫 砂粒 粉粒 粘粒 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 土粒粒組劃分 隨粒徑變化 土的透水性 粘性 毛細(xì)水變化不同 如 顆粒由大到小 則 透水性 由大 小 粘 性 由小 大 毛細(xì)水上升高度 由小 大 3 顆粒分析方法 篩分法 粒徑 0 075mm 利用標(biāo)準(zhǔn)篩 密度計(jì)法 粒徑 0 075m 4 顆粒級(jí)配曲線 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 為什么要選用半對(duì)數(shù)坐標(biāo) 原因是 粒徑差別很大 有時(shí)達(dá)上百倍 上千倍以上 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)便于表 達(dá) 級(jí)配曲線有以下用途 判斷級(jí)配好壞 緩 級(jí)配好 陡 級(jí)配差 了解各粒組合量 不同粒組分布 確定土的名稱 土粒的級(jí)配指標(biāo) 不均勻系數(shù) Cu 60 10 d Cu d 限制粒徑 有效粒徑 60 d 10 d 式中 土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 60 的粒徑 60 d 土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 10 的粒徑 10 d 30 d 土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 30 的粒徑 Cu 5 均粒土 級(jí)配差 Cu 10 級(jí)配良好 實(shí)際上 單靠 Cu 還不夠 還要考慮曲線的整體形狀 故引進(jìn)曲率系數(shù) Cc 6010 2 30 dd d CC 故對(duì)礫類土或砂類土 良好級(jí)配的條件 為同時(shí)滿足 Cu 5 Cc 1 3 二 土粒的礦物成分 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 不同顆粒其礦物成分不同 如 漂石 卵石 圓礫 同母巖 砂粒 單獨(dú)礦物顆粒 長(zhǎng)石 石英 云母 尤其石英 粉粒 多為石英和難溶鹽顆粒 粘粒 粘土礦物和各種難溶鹽 粘土礦物 兩種原子層 或稱晶片 構(gòu)成 一種硅氧晶片 基本單元 Si O 四面 體 另一種是鋁氫氧晶片 基本單元 AL OH 八面體 粘土礦物晶片示意圖 晶片結(jié)合情況不同 形成不同的粘土礦物 粘土礦物的晶格構(gòu)造 粘土礦物顆粒很小 引入此表面積 即單位體積或單位質(zhì)量顆粒的表面積 1cm立方顆粒 表面積 6cm2 比表面積 6cm 1 0 001mm立方顆粒 表面積 6 104cm2 比表面積 6 1046cm 1 1 3 2 土中水和氣土中水和氣 一 土中水 土中水形態(tài) 固態(tài) 液態(tài) 氣態(tài) 1 結(jié)合水 指受電分子引力吸附于土粒表面的水電分子引力可達(dá)幾千或幾萬個(gè) 大氣壓 使水分子和土粒粘在一起 結(jié)合水可分強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水 性質(zhì)接近固體 密度約 1 2 2 4g cm3 冰點(diǎn)為 78 具有極大粘 滯度 彈性和抗剪強(qiáng)度 弱結(jié)合水 它是緊靠強(qiáng)結(jié)合水外圍形成的一層結(jié)合外膜 不能傳遞靜水壓力 其含量多時(shí) 土具有可塑性 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 礦物顆粒對(duì)水分子的靜電引力作用 2 自由水 存在于土粒表面電分子引力影響范圍以外的水 重力水 在壓力差以下運(yùn)動(dòng) 存在于地下水位以下透水土層中的地下水 開挖基礎(chǔ)必須注意 毛細(xì)水 由水和空氣表面引力作用的自由水 存在于地下水位以上的透水土層中 可 分兩類 毛細(xì)上升水 毛細(xì)懸掛水 毛細(xì)水產(chǎn)生毛細(xì)粘聚力 二 土中氣 土中氣可分為與大氣連通的和不連通的氣體 封閉氣泡度與透水性減小 淤 泥有機(jī)質(zhì)含量高時(shí) 土不易壓密 高壓縮性 1 3 3 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu) 土的結(jié)構(gòu)是指土粒單元的大小 形狀 相互排列及其聯(lián)結(jié)等因素 形成的綜合特征 按顆粒排列不同可分為 a 單粒結(jié)構(gòu) 按不同排列可分為疏松的緊密的 b 蜂窩結(jié)構(gòu) 主要由粉粒組成類似蜂窩形狀 c 絮狀結(jié)構(gòu) 粘粒 形狀似棉絮 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 土的構(gòu)造 土層中物質(zhì)成分和顆粒大都相近的 各部分之間相互關(guān)系的特 征稱為土的構(gòu)造 如 土的層理構(gòu)造等 1 4土的三相量比例指標(biāo)土的三相量比例指標(biāo) 土中三相之間相互比例不同 土的工程性質(zhì)也不同 因此需要定量研究二相 之間的比例關(guān)系 即土的物理性質(zhì)指標(biāo)的物理意義和數(shù)值大小 工程實(shí)際中常用 三相圖來表示 如上圖所示 圖中把自然界中土的三相混合分布的情況分別集中 起來 固相集中于下部 液相居中部 氣相集中于上部 圖左邊標(biāo)出各相的質(zhì)量 圖右邊標(biāo)明各相的體積 圖中符號(hào)含義如下 V 土的總體積 awsv VVVVVV s w Vv 土的孔隙體積 va VVV Vs 土粒體積 Va 氣體體積 Vw 水的體積 m 土的總質(zhì)量 aw mmmm s ma 土中氣體的質(zhì)量 ms 固體顆粒質(zhì)量 mw 水的質(zhì)量 1 4 1 室內(nèi)直接測(cè)定的指標(biāo)室內(nèi)直接測(cè)定的指標(biāo) 一 土粒比重 土粒相對(duì)密度 s d 11 1 ss s s m d vww 土粒質(zhì)量與同體積 4 純水的質(zhì)量比 1w 純水在 4 時(shí)的密度 g cm3 t m3 土的比重在數(shù)值上等于土粒的密度 砂土 Gs 2 65 2 69 粉土 Gs 2 70 2 71 粘性土 Gs 2 72 2 76 比重瓶法測(cè)定 二 土的含水量 新規(guī)程稱含水率 w 100 w s m w m 水的質(zhì)量 土顆粒質(zhì)量 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 土中含水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比用烘干法測(cè)定 試驗(yàn)時(shí) s s mm w m 濕土 w 30 硬土 三 土的密度 土單位體積的質(zhì)量稱為土的密度 m v 土的總質(zhì)量 土的總體積 粘 性 土 砂 土 腐 殖 土 用環(huán)刀法測(cè)定 3 0 2 8 1cmg 3 0 2 6 1cmg 3 7 1 5 1cmg 1 4 2 換算指標(biāo)換算指標(biāo) 四 土的干密度 d 飽和密度 sat 有效密度 1 土的干密度是土單位體積中固體顆粒的質(zhì)量 干密度是評(píng)定土體緊密程度的 標(biāo)準(zhǔn) s d m v 土顆粒質(zhì)量 土的總體積 2 飽和密度是土孔隙體充滿水時(shí)單位體積質(zhì)量 稱為土的飽和密度 svw sat mv v 土孔隙充滿水時(shí)的質(zhì)量 總體積 3 地下水位以下 單獨(dú)土體積中土粒質(zhì)量扣除浮力后 即為單位土體積中土粒 的有效質(zhì)量 稱為土的浮密度 w satw ss mv v 4 重度和密度 重度又稱土的重力密度kN m3 g g dd g satsat 重度單位 kN m3 常用于應(yīng)力計(jì)算 五 土的孔隙比和孔隙率 1 土的孔隙比 e 是土中孔隙體積與土粒體積之比 e 0 6 較密實(shí) e 1 0 疏松 土 v s v e v 孔隙體積 土粒體積 2 孔隙率 v v n v 孔隙體積 土?？傮w積 六 飽和度 S 土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積比稱飽和度用表示 S 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 100 w v v S v 水的體積 孔隙體積 S 50 稍濕 50 80 很濕 80 飽和 S S 證明 1 1 1 1 s w dwm ve 2 1 d w 由公式 1 1 s d w s s mm m vv mm wv m m 3 1 1 sw dw e 由右式 1 111 sw w sasss ss mm m vmvvvv e mm vv v v 4 1 sw sat de e 1 svws satw mvde ve 5 1 11 sswswswsw mvdvd vee 6 1 e n e 1 1 v ve n ve 7 s wd S e ws v vwd S ve 小結(jié) 土的三相量比例指標(biāo)系三相的比例指標(biāo) 概括為 1 質(zhì)量 質(zhì)量 s w m m w 1 wd m d s s s 2 質(zhì)量 體積 s s ssdsat v m 3 體積 體積 s v v v e v v n v v w v v S 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 指標(biāo)換算設(shè) 1 s v 體積 evv wssw wdwmm ev 1 wssw wdmmm 1 1 s v wss dm 氣 水 土粒 1 s v ws s s v m d 1 wss dm v s v v v v e s w m m w wssw wdwmm ev 1 ws wdm 1 推導(dǎo)公式 1 1 w s wd e 證 右式 1 1 sw vs dwm e m vv 1 1 sw dw e 1 e n e 證 1 v ve n ve s d w S e 證 wwwsww v vmwdwds veee S 1 d w 證 1 1 s s wsw ss m mm vm v m wv mmm mv mm 1 sw sat de e 證 s 11 svwswwsw at mvdede vee 需要說明 由于研究比例指標(biāo) 所以 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 設(shè) 均可 1 v10 v 100 s v 需要說明 以上我們討論土的密度 在有關(guān)土力學(xué)計(jì)算中常用土的重力密度 簡(jiǎn)稱重度 重度 飽和重度 sat 干重度 d 有效重度 其單位kN m3 g g 為重力加速度 土的三相比例換算公式 1 5 無粘性土的密實(shí)度無粘性土的密實(shí)度 一 用相對(duì)密度D 無粘性土的密實(shí)度 可用孔隙比e來表示 但e受多種因素的影響 如 礦 物成分級(jí)配 粒度成分等 并且砂土原狀土樣很難取得 故常采用相對(duì)密度D 來 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 判定 max maxmin r ee D ee 松散的 中密的 密實(shí)的 3 2 3 1 1 D 二 用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)來判定 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種原位測(cè)試方法 試驗(yàn)方法是 將質(zhì)量為63 5 kg的錘頭 提升到76 cm的高度 讓錘頭自由下落 打擊標(biāo)準(zhǔn)貫入器 使貫入器入土深為30 crn所需的錘擊數(shù) 記為N63 5 這是一種簡(jiǎn)便的測(cè)試方法 N63 5的大小 綜合反 映了土的貫入阻力的大小 亦即密實(shí)度的大小 砂土的密實(shí)度 松散 稍密 中密 密實(shí) N 10 10 N 15 15 N 30 30 三 碎石土的野外鑒定法 根據(jù)骨架顆粒含量來排列 根據(jù)可挖性 可鉆性 分為密實(shí) 中密 稍密 1 6 粘性土的物理特征粘性土的物理特征 1 6 1 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量 粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量叫做界限含水量 研究粘 性土的分類及工程性質(zhì)的評(píng)價(jià) 縮限w y 塑限 p w液限 L w w 固態(tài) 半固態(tài) 可塑狀態(tài) 流動(dòng)狀態(tài) 液限 采用錐式液限儀例定 圓錐體 76克 5秒 下沉1mm L w 為和國(guó)際接軌 我國(guó)新 土工試驗(yàn)規(guī)程 規(guī)定使用碟式液限儀 其操作步驟 為 將制備的濃糊狀的試樣放在碟內(nèi) 刮平表面 用切檀器在土中成檀 檀底寬 度2mm 然后將碟子抬高10mm 使碟落 連續(xù)25次后 如土槽合攏長(zhǎng)為13mm 此時(shí)試樣的含水量即為液限 粘性土的塑限采用搓條法測(cè)得直徑3mm時(shí)恰好斷裂 土條的含水量就是塑 限值 p w 我國(guó)新的 土工試驗(yàn)規(guī)程 規(guī)定用聯(lián)合測(cè)定儀求液限 塑限 采用電磁放錐對(duì)試樣的含水量多次試驗(yàn) 在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上作出76克圓錐 體的入土深度與含水量的關(guān)系曲線 對(duì)應(yīng)于10mm及2mm時(shí)土樣的含水量分別 為該土的液限和塑限 1 6 2 粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù) PLp Iww 它是綜合反映影響粘性土特征的重要因素工程 工 程上按塑性指數(shù)對(duì)粘性土分類 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定GBJ7 89規(guī)定粘性土按塑性指數(shù) 又分為粘土 粉 質(zhì)粘土 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 學(xué)習(xí)筆記二 液性指數(shù) pp L LpP wwww I wwI 按軟硬狀態(tài)劃分 L I 0 堅(jiān)硬 0 0 25 硬塑 L I 0 25 0 75 可塑 L I 0 75 1 00 軟塑 L I L I 1 00 流塑 1 6 3粘性土的靈敏度和觸變性粘性土的靈敏度和觸變性 靈敏度 u t u q S q 式中 原狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 kPa u q 重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 kPa u q 1 St 2 低靈敏 2 St 4 中靈敏 St 4 高靈敏 土的靈敏度越高 結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng) 受擾動(dòng)后降低的強(qiáng)度也愈多 因此 應(yīng)保護(hù) 基檀 減少對(duì)結(jié)構(gòu)的擾動(dòng) 觸變性 抗剪強(qiáng)