工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)02土性質(zhì)與工程分類

工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)02土性質(zhì)與工程分類第一頁，共55頁。土的形成形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)影響土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后,在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積風(fēng)化巖石地球土地球2.1概述第二頁，共55頁。固體礦物顆粒（固相）土中氣體（氣相）土中水（液相）第三頁，共55頁。2.2土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)土的固體顆粒是土的三相組成中的主體，是決定土的工程性質(zhì)的主要成分。

1.土粒的礦物成分（1）原生礦物（2）次生礦物（3）腐植質(zhì)2.2.1土的固體顆粒第四頁，共55頁。次生礦物蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石第五頁，共55頁。2.土顆粒的大小與形狀粒組按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑第六頁，共55頁。3.土的粒徑級(jí)配（1）定義

工程中常用土中各粒組的相對(duì)含量，占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來表示，稱為土的粒徑級(jí)配。（2）粒徑分析方法篩分法（d>0.075mm的土）密度計(jì)法（d<0.075mm的土）第七頁，共55頁。篩分法（d>0.075mm的土）第八頁，共55頁。篩分法就是用一套標(biāo)準(zhǔn)篩子如孔直徑(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，將烘干且分散了的200g有代表性的試樣倒入標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計(jì)算出各粒組的相對(duì)含量，即得土的顆粒級(jí)配。沉降分析法：具體有密度計(jì)法(也稱比重計(jì)法)或移液管法(也稱吸管法)。該兩法的理論基礎(chǔ)都是依據(jù)Stokes(司篤克斯)定律，即球狀的細(xì)顆粒在水中的下沉速度與顆粒直徑的平方成正比105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536篩分法原理圖篩分法第九頁，共55頁。密度計(jì)法（d<0.075mm的土）第十頁，共55頁。（3）顆粒級(jí)配的表示方法表示方法：表格法、顆粒累計(jì)級(jí)配曲線法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600第十一頁，共55頁。第十二頁，共55頁。特征粒徑:d60:限定粒徑d10:有效粒徑d30

:中值粒徑不均勻程度：Cu=d60/d10

1、不均勻系數(shù)連續(xù)程度:Cc=d302

/(d60×d10)

2、曲率系數(shù)第十三頁，共55頁。粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：粒組含量用于土的分類定名；不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~

3,

級(jí)配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級(jí)配不連續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

如果

Cu≥5且

Cc=1~3，級(jí)配良好的土；

如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級(jí)配不良的土第十四頁，共55頁。2.2.2

土中水和氣（1）固態(tài)水（2）氣態(tài)水（3）液態(tài)水結(jié)合水:吸附在土顆粒表面的水

自由水:電場(chǎng)引力作用范圍之外的水2.2.2.1

土中水存在的狀態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水第十五頁，共55頁。結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)密度>1.2~2.4g/cm3冰點(diǎn)-76℃具有極大的粘滯性和固體的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)密度>1.0~1.7g/cm3冰點(diǎn)-20~30℃外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性弱結(jié)合水圖2.8礦物顆粒對(duì)水分子的靜電引力作用第十六頁，共55頁。土中毛細(xì)現(xiàn)象2.2.2.3毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管上升高度:毛細(xì)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對(duì)象:水柱T為表面張力第十七頁，共55頁。2.2.2.5土體中氣體(氣相)土體中的氣體是指存于土體空隙中未被水占據(jù)的部分,存在形式有兩種:自由氣體:與大氣相通,對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體:與大氣隔絕,增大土體的彈性和壓縮性土體中氣體第十八頁，共55頁。2.2.1

土的結(jié)構(gòu)2.2.3

土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)砂粒粉粒粘粒第十九頁，共55頁。2.2.2

土的構(gòu)造層狀構(gòu)造分散構(gòu)造結(jié)核狀構(gòu)造裂隙狀構(gòu)造第二十頁，共55頁。2.3.1

土的三相比例指標(biāo)概述土的物理性質(zhì)直接反映土的松密、軟硬等物理狀態(tài)，也間接反映土的工程性質(zhì)。土的松密和軟硬程度主要取決于土的三相各自在數(shù)量上所占的比例。三相指標(biāo)的定義2.3

土的物理性質(zhì)指標(biāo)固相液相氣相土顆粒土中水土中氣第二十一頁，共55頁。Water水Air空氣Soil固體顆粒VaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第二十二頁，共55頁。土的物理性質(zhì)指標(biāo)一共有9個(gè)。（1）反映土松密程度的指標(biāo)有2個(gè)：土的孔隙比

e=Vv/Vs土的孔隙率

n=Vv/V×100％

（2）反映含水程度的指標(biāo)有2個(gè)：土的含水量w=mw/ms×100％土的飽和度Sr=Vw/Vv×100％第二十三頁，共55頁。(3)特定條件下的密度指標(biāo)有5個(gè)：土的天然密度ρ=m/v土的干密度ρd=Ms/V土的飽和密度ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V土的浮密度（有效密度）ρ/=(ms-Vs×ρw)/V=ρsat-ρw土粒相對(duì)密度（土粒比重）ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)=ρs/ρw1第二十四頁，共55頁。其中三個(gè)基本試驗(yàn)指標(biāo)土的天然密度ρ

測(cè)定：環(huán)刀法

土的含水量w測(cè)定：烘干法土粒相對(duì)密度（土粒比重）ds測(cè)定：比重瓶法

其它6個(gè)指標(biāo)：Sr、ρd、ρsat、ρ/、e、n可通過指標(biāo)換算得到。

第二十五頁，共55頁。2.3.4

指標(biāo)的換算土的密度、含水量、土粒比重是通過試驗(yàn)測(cè)定，其他指標(biāo)可由這三個(gè)指標(biāo)換算得到。第二十六頁，共55頁。2.4無粘性土的密實(shí)度（1）孔隙比e優(yōu)點(diǎn)：簡單方便缺點(diǎn)：無法反映土的級(jí)配因素0.60.750.85松散中密密實(shí)稍密第二十七頁，共55頁。（2）相對(duì)密實(shí)度Dr定義：優(yōu)點(diǎn)：計(jì)入土的級(jí)配因素，理論上比較完善。缺點(diǎn)：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測(cè)定受人為的影響較大。第二十八頁，共55頁。（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N為標(biāo)準(zhǔn)301510松散中密密實(shí)稍密第二十九頁，共55頁。2.5

粘性土的物理特性界限含水量、液限、塑限、縮限塑性指數(shù)液性指數(shù)靈敏度粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同時(shí)所表現(xiàn)出的物理狀態(tài)，反映土的軟硬程度。第三十頁，共55頁。液限、塑限、縮限

一、定義

界限含水量、液限WL、塑限Wp、縮限Ws二、測(cè)定方法液塑限聯(lián)合測(cè)定法wSWpWL流動(dòng)狀態(tài)固態(tài)可塑狀態(tài)半固態(tài)0第三十一頁，共55頁。測(cè)試結(jié)果整理第三十二頁，共55頁。粘性土的可塑性指標(biāo)塑性指數(shù)IP液性指數(shù)IL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL<0

液性指數(shù)

流塑

軟塑

可塑

硬塑

堅(jiān)硬

狀態(tài)

無單位第三十三頁，共55頁。粘性土的靈敏度和觸變性低靈敏度中靈敏度高靈敏度第三十四頁，共55頁。2.6土的滲透及滲流

土中通常含有水，土中含水量的變化及土體中水的流動(dòng)對(duì)土特性的影響非常大。有時(shí)這種影響可能會(huì)帶來災(zāi)難。當(dāng)水在土中流動(dòng)較快時(shí)，將引起壩基滲流、基坑滲流、塌方、泥石流及流土、地下工程受淹等災(zāi)害。第三十五頁，共55頁。透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流第1節(jié)地下水引發(fā)的工程問題第三十六頁，共55頁。一、滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律1.滲透試驗(yàn)第三十七頁，共55頁。粗粒土：①礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律②砂土中滲透速度vcr=0.3-0.5cm/s

2、適用條件ivovcrivoi0層流（線性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性較重的粘性土兩種特例粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)第三十八頁，共55頁。二、滲透系數(shù)的測(cè)定

測(cè)定土的滲透系數(shù)的方法有:室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)第三十九頁，共55頁。三.滲透破壞在滲透力較大時(shí)，土體內(nèi)會(huì)發(fā)生流土、管涌等滲透破壞現(xiàn)象。介紹如下：

流土:在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時(shí)發(fā)生懸浮移動(dòng)的現(xiàn)象。原因：動(dòng)水壓力GD大于水的浮重度動(dòng)水壓力：滲透作用中，孔隙水對(duì)土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。大小:第四十頁，共55頁。在滲流作用下，一定級(jí)配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因——滲透力足夠大

管涌第四十一頁，共55頁。流土與管涌的比較流土土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象位置土類歷時(shí)后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動(dòng)可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級(jí)配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對(duì)較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口第四十二頁，共55頁。

圖為發(fā)生在上海黃浦江隧道施工中流土帶來的災(zāi)害。施工中發(fā)生滲水后，隨后出現(xiàn)大量流砂涌入施工中的隧道，導(dǎo)致中山南路部分地面下沉，建筑傾斜。第四十三頁，共55頁。

圖為發(fā)生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛長，使土體中的水力坡降增加，加之土結(jié)構(gòu)的幾何原因，發(fā)生了圖中的管涌。沙袋用來提高逸出口水位，以降低水力坡降。此外還拋了一些大的礫石形成反濾層。第四十四頁，共55頁。

四、防治流土、管涌的基本措施防治流土的關(guān)鍵在于控制滲流逸出處的水力坡降,基本措施是確保實(shí)際的逸出坡降不超過允許坡降。防止管涌一般可從下兩方面采取措施:

1.改變水力條件,降低土層內(nèi)部和滲流逸出處的滲透坡降。如上游做防滲鋪蓋或打板樁等；

2.改變幾何條件,在滲流逸出部位鋪設(shè)層間關(guān)系滿足要求的反濾層,是防止管涌破壞的有效措施。第5節(jié)流土、管涌及其防治第四十五頁，共55頁。大堤江河沙袋礫石第四十六頁，共55頁。工民建標(biāo)準(zhǔn)水利部標(biāo)準(zhǔn)鐵道部標(biāo)準(zhǔn)交通部標(biāo)準(zhǔn)2.8

土的工程分類第四十七頁，共55頁。分類依據(jù)：能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)－土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類，以便于工程應(yīng)用及研究本節(jié)主要介紹建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范——GB50007－2002分類法土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土第四十八頁，共55頁。一、巖石按成因分類巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖按堅(jiān)硬程度分類按完整程度分類第四十九頁，共55頁。二、碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質(zhì)量50%卵石碎石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礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質(zhì)量50%第五十頁，共55頁。三、砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25--50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0