地基土的物理性質(zhì)及分類課件

建筑地基基礎(chǔ)郭曉劍注冊造價師一級建造師1地基土（巖）的物理性質(zhì)及分類江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.1地質(zhì)作用和地質(zhì)構(gòu)造1.1.1地質(zhì)作用建筑場地的地形、地貌和組成物質(zhì)（土與巖石）的成分、分布厚度及特性，取決于地質(zhì)作用。構(gòu)成天然地基的物質(zhì)是地殼中的巖石和土。地殼平均厚度為16km，它的物質(zhì)、形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造是在不斷地改造和演變的。導(dǎo)致地殼成分、構(gòu)造、形態(tài)發(fā)生變化的作用，稱為地質(zhì)作用?？煞譃閮?nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.1.2地質(zhì)構(gòu)造的概念由于受到地殼運動的作用而發(fā)生連續(xù)或不連續(xù)的永久性形變而形成的各種構(gòu)造形態(tài)。褶皺構(gòu)造地殼中的巖體由于受到地殼運動的作用而發(fā)生連續(xù)、完整的永久性形變而形成的各種構(gòu)造形態(tài)。斷裂構(gòu)造在地殼運動的作用下，巖層喪失了原有的連續(xù)完整性，在其內(nèi)部產(chǎn)生了許多斷裂面，統(tǒng)稱為斷裂構(gòu)造。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.1.3地質(zhì)年代的概念地質(zhì)年代是指地殼發(fā)展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時代段落。在地質(zhì)學(xué)中，把某一地質(zhì)時代形成的一套巖石稱為那個時代的地層。年代單位宙代紀世地層單位宇界系統(tǒng)江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院在新生代中最新近的一個紀稱為第四紀。通常所說的土為新生代第四紀更新世（距今約100萬年）形成的，更新世又分為早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后為全新世（Q4）。紀(系)江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.2.2巖石的成因類型巖漿巖巖漿巖是由巖漿侵入地殼或噴出地表而形成的。巖漿噴出地表冷凝后形成的稱為噴出巖，在地表以下冷凝形成的則稱為侵入巖。沉積巖地表的原巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕作用而形成的巖石碎屑、溶液析出物或有機質(zhì)等，經(jīng)流水、風(fēng)、冰川等搬運到低洼處或海洋中沉積而成。變質(zhì)巖組成地殼的巖石由于地殼運動和巖漿活動的影響，使其在固態(tài)下發(fā)生礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的改變，從而形成新的巖石。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.3土的成因類型1.3.1殘積土、坡積土、洪積土殘積土原巖表面經(jīng)風(fēng)化作用后而殘留在原地的碎屑物。坡積土高處的巖石風(fēng)化物，由于受到雨、雪水流的搬運，或由于重力的作用而沉積在較平緩的山坡上洪積土由暴雨或大量融雪形成的暫時性山洪急流，將大量的基巖風(fēng)化產(chǎn)物或基巖剝蝕、搬運、堆積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原而形成洪積土。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.4土的組成1.4.1土的固體顆粒土中的固體顆粒(簡稱土粒)的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院土的顆粒級配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細逐漸變化時，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶譃槿舾闪＝M，各個粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。根據(jù)界限粒徑200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分為六大粒組：漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫(角礫)顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量(各粒組占土粒總量的百分數(shù))來表示，稱為土的顆粒級配。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院利用顆粒級配累積曲線可以確定土粒的級配指標，d60與d10的比值稱為不均勻系數(shù)：

不均勻系數(shù)反映大小不同粒組的分布情況，越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級配越良好，作為填方工程的土料時，則比較容易獲得較大的密實度．曲率系數(shù)描寫的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。顆粒級配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院土粒的礦物成分土粒的礦物成分主要決定于母巖的成分及其所經(jīng)受的風(fēng)化作用。不同的礦物成分對土的性質(zhì)有著不同的影響，其中以細粒組的礦物成分尤為重要。六大粒組的礦物成分漂石、卵石、圓礫等粗大顆粒；砂粒；粉粒；粘粒。粘土礦物的比表面由于粘土礦物是很細小的扁平顆粒，顆粒表面具有很強的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強。粘土礦物表面積的相對大小可以用單位體積(或質(zhì)量)的顆粒總表面積(稱為比表面)來表示。由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化，必然導(dǎo)致土的性質(zhì)的突變，所以，土粒大小對土的性質(zhì)起著重要的作用。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院土中氣土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。

在粗粒的沉積物中常見到與大氣相聯(lián)通的空氣，它對土的力學(xué)性質(zhì)影響不大。在細粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，它在外力的作用下具有彈性，并使土的透水性減小。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.4.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.5土的三相比例指標

1.5.1土的固體顆粒上節(jié)介紹了土的組成，特別是土顆粒的粒組和礦物成分，是從本質(zhì)方面了解土的性質(zhì)的根據(jù)。但是為了對土的基本物理性質(zhì)有所了解，還需要對土的三相——土粒(固相)、土中水(液相)和土中氣(氣相)的組成情況進行數(shù)量上的研究。土的三相比例指標：土粒比重、含水量、密度、干密度、飽和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、飽和度。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院氣水土

粒土的三相組成示意圖江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院土的干密度d、飽和密度sat、和有效密度′mVVmVVmVWssWVssatsdrrrrr-=′.+==計算自重應(yīng)力時，須采用土的重力密度，簡稱重度。土的濕重度、干重度d、飽和重度sat、有效重度′分別按下式計算：江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.土的干重度γd(1)表達式：dγ=固體重力總體積=wsv(2)物理意義：單位體積的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。(3)常見值：13~18KN/m3(4)工程應(yīng)用：常用做填方工程中土體壓實質(zhì)量控制的標準。(5)換算公式：γd=1+ωγ江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院(1)表達式：satγ=孔隙全部充滿水的總重力總體積=Gsv(2)物理意義：孔隙中全部充滿水時單位體積的重力，即飽和度為100%時的重力密度。(3)常見值：18~23KN/m3+Vvγw(1)表達式：=wsv(2)物理意義：地下水位以下土體受水的浮力作用時單位體積的重力。(3)常見值：8~13KN/m3+Vvγw3.土的有效重度γ′γ′-vVγw=γsatγw-2.土的飽和重度γsat江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.5.2指標的換算

令w1=

w,Vs=1因所以VV=e,V=1+e江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院可得：推導(dǎo)得：江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.6無粘性土的密實度無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強度較大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時，則是不良地基。對于同一種無粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.6.1砂土砂土的密實度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，屬密實的砂土，是良好的天然地基，當(dāng)e大于0.95時，為松散狀態(tài)，不宜作天然地基。但未考慮土顆粒級配的影響。若考慮級配因素，可采用相對密實度Dr來表示砂土的密實度：采用現(xiàn)場標準貫入試驗錘擊數(shù)N來判斷江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.6.2碎石土碎石土不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現(xiàn)場進行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密和稍密三種。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.7粘性土的物理特征粘性土最主要的性質(zhì)是土粒與水相互作用產(chǎn)生的稠度。它反映土粒之間連接強度隨含水量高低而變化的性質(zhì)。A稠度：是指土的軟硬狀態(tài)或土對受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力。B稠度界限：粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的分界含水量。

江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.7.1界限含水量同一種粘性土隨其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫界限含水量界限含水量的測定方法：塑限：搓條法（滾搓法）；液限：錐式液限儀（如下圖）。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.7.2塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)IP：IP表示土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍大小。它與顆粒粗細、礦物成分和水中離子成分濃度有關(guān)。土顆粒越細且含量越多，則比表面越大，土的結(jié)合水含量越高，IP越大。當(dāng)水中高價陽離子濃度增加時，土粒表面吸附的反離子層厚度變薄結(jié)合水含量相應(yīng)減少，IP也小；反之，IP變大。PLpIww-=（省去%）江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院液性指數(shù)IL：IL是反映粘性土軟硬狀態(tài)的指標。流動狀態(tài);可塑狀態(tài);固態(tài)。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.7.3靈敏度和觸變性靈敏度：天然狀態(tài)的粘性土當(dāng)受擾動后，其強度降低、壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對強度的這種影響，可用靈敏度衡量：根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為：低靈敏、中靈敏、高靈敏。觸變性：飽和粘性土當(dāng)受擾動后，其強度降低，但當(dāng)擾動停止后，強度又隨時間增大，這種特性稱為觸變性。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.8土的滲透性地下水通過土顆粒之間的孔隙流動，土體可被水透過的性質(zhì)稱為土的透水性。它表明水通過孔隙的難易程度。工程設(shè)計中，計算地基沉降速率，或地下水位以下施工需計算地下水的涌水量，選擇排水措施等均應(yīng)用滲透性指標。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.8.1地下水的埋藏條件上層滯水：地表水下滲積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水。為雨水補給，有季節(jié)性。潛水：埋藏在地表以下第一個連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層上，具有自由水面的重力水。為雨水等補給，水位有季節(jié)性變化。一般埋藏在第四紀沉積層及基巖的風(fēng)化層中。水面標高稱為地下水位。承壓水：埋藏在兩個連續(xù)分布的隔水層之間，完全充滿的有壓地下水。通常存在于卵石層中，承受一定的靜水壓力。其埋藏區(qū)與地表補給區(qū)不一致。因此，承壓水的動態(tài)變化受局部氣候因素影響不明顯。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.8.2水的透水性滲透實驗與達西定律法國學(xué)者達西（Darcy,H.）1856年做砂土的滲透實驗，發(fā)現(xiàn)達西定律。注意：達西定律中，v不是某個土孔隙中水的滲流速度，而是水流通過的整個斷面上的平均滲流速度。k的物理意義：單位水力坡降(i=1)時的滲透速度。

江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院影響土滲透性因素：土孔隙大小土粒的大小、形狀、級配以及顆粒的排列和土的結(jié)構(gòu)等地下水溫度、密度及其粘滯性（即內(nèi)摩阻力）地下水的飽和度江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院1.8.3動水力和流砂現(xiàn)象動水力水流動時，水對單位體積土的骨架作用的力。是水流對土體施加的體積力。與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院流砂：當(dāng)水流自下而上流動時，動水力方向與重力方向相反，使土顆粒懸浮。當(dāng)動水力等于或大于土的浮重度時，土粒之間毫無壓力，土隨水流動。即：γw×i=γ’，所以，icr=γ’/γw稱為臨界水力坡降。防治流砂的原則：a、減少或消除坑內(nèi)外地下水