工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)土的性質(zhì)及工程分類

2、土的物理性質(zhì)及工程分類

2.1概述2.2土的組成及土的構(gòu)造2.3土的物理性質(zhì)目的2.4無粘性土的密實度2.5粘性土的物理特性2.6土的浸透及滲流2.8土的工程分類土的構(gòu)成構(gòu)成過程構(gòu)成條件物理力學(xué)性質(zhì)影響土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后,在不同條件下構(gòu)成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、堆積風(fēng)化巖石地球土地球2.1概述固體礦物顆粒〔固相〕土中氣體〔氣相〕土中水〔液相〕2.2土的三相組成及土的構(gòu)造土的固體顆粒是土的三相組成中的主體，是決議土的工程性質(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土的固體顆粒次生礦物蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石2.土顆粒的大小與外形粒組按粗細(xì)進(jìn)展分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑3.土的粒徑級配〔1〕定義工程中常用土中各粒組的相對含量，占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來表示，稱為土的粒徑級配?！?〕粒徑分析方法篩分法〔d>0.075mm的土〕密度計法〔d<0.075mm的土〕篩分法〔d>0.075mm的土〕篩分法就是用一套規(guī)范篩子如孔直徑(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規(guī)范篩內(nèi)搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計算出各粒組的相對含量，即得土的顆粒級配。沉降分析法：詳細(xì)有密度計法(也稱比重計法)或移液管法(也稱吸管法)。該兩法的實際根底都是根據(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密度計法〔d<0.075mm的土〕〔3〕顆粒級配的表示方法表示方法：表格法、顆粒累計級配曲線法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600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/d101、不均勻系數(shù)延續(xù)程度:Cc=d302/(d60×d10)

2、曲率系數(shù)粒徑級配累積曲線及目的的用途：粒組含量用于土的分類定名；不均勻系數(shù)Cu用于斷定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土曲率系數(shù)Cc用于斷定土的延續(xù)程度：Cc=1~3,級配延續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級配不延續(xù)土不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于斷定土的級配優(yōu)劣：假設(shè)Cu≥5且Cc=1~3，級配良好的土；假設(shè)Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土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:吸附在土顆粒外表的水

自在水:電場引力作用范圍之外的水2.2.2.1土中水存在的形狀強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水結(jié)合水陳列致密、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時可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)密度>1.0~1.7g/cm3冰點(diǎn)-20~30℃外力作用下可以挪動不因重力而挪動，有粘滯性弱結(jié)合水圖2.8礦物顆粒對水分子的靜電引力作用土中毛細(xì)景象2.2.2.3毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫穿的孔隙可以看成許多外形不一、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象:水柱T為外表張力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,存在方式有兩種:自在氣體:與大氣相通,對土的性質(zhì)影響不大封鎖氣體:與大氣隔絕,增大土體的彈性和緊縮性土體中氣體2.2.1土的構(gòu)造2.2.3土的構(gòu)造構(gòu)造單粒構(gòu)造蜂窩構(gòu)造絮狀構(gòu)造砂粒粉粒粘粒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2.3.1土的三相比例目的概述土的物理性質(zhì)直接反映土的松密、軟硬等物理形狀，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。三相目的的定義2.3土的物理性質(zhì)目的固相液相氣相土顆粒土中水土中氣Water水Air空氣Soil固體顆粒VaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的物理性質(zhì)目的一共有9個?！?〕反映土松密程度的目的有2個：土的孔隙比e=Vv/Vs土的孔隙率n=Vv/V×100％

〔2〕反映含水程度的目的有2個：土的含水量w=mw/ms×100％土的飽和度Sr=Vw/Vv×100％(3)特定條件下的密度目的有5個：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土粒相對密度〔土粒比重〕ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)=ρs/ρw1其中三個根本實驗?zāi)康耐恋奶烊幻芏圈褱y定：環(huán)刀法土的含水量w測定：烘干法土粒相對密度〔土粒比重〕ds測定：比重瓶法其它6個目的：Sr、ρd、ρsat、ρ/、e、n可經(jīng)過目的換算得到。2.3.4目的的換算土的密度、含水量、土粒比重是經(jīng)過實驗測定，其他目的可由這三個目的換算得到。2.4無粘性土的密實度〔1〕孔隙比e優(yōu)點(diǎn)：簡一方便缺陷：無法反映土的級配要素0.60.750.85松散中密密實稍密〔2〕相對密實度Dr定義：優(yōu)點(diǎn)：計入土的級配要素，實際上比較完善。缺陷：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin的測定受人為的影響較大?！?〕規(guī)范貫入實驗錘擊數(shù)N為規(guī)范301510松散中密密實稍密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所表現(xiàn)出的物理形狀，反映土的軟硬程度。液限、塑限、縮限一、定義界限含水量、液限WL、塑限Wp、縮限Ws二、測定方法液塑限結(jié)合測定法wSWpWL流動形狀固態(tài)可塑形狀半固態(tài)0測試結(jié)果整理粘性土的可塑性目的塑性指數(shù)IP液性指數(shù)IL>1.00.75<IL≤10.25<IL≤0.750<IL≤0.25IL<0液性指數(shù)流塑軟塑可塑硬塑堅硬狀態(tài)無單位粘性土的靈敏度和觸變性低靈敏度中靈敏度高靈敏度2.6土的浸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對土特性的影響非常大。有時這種影響能夠會帶來災(zāi)難。當(dāng)水在土中流動較快時，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)禍。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)的工程問題一、浸透實驗與達(dá)西定律1.浸透實驗粗粒土：①礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律②砂土中浸透速度vcr=0.3-0.5cm/s2、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)二、浸透系數(shù)的測定測定土的浸透系數(shù)的方法有:室內(nèi)實驗測定方法野外實驗測定方法常水頭實驗法變水頭實驗法井孔抽水實驗井孔注水實驗三.浸透破壞在浸透力較大時，土體內(nèi)會發(fā)生流土、管涌等浸透破壞景象。引見如下：流土:在向上的浸透作用下，表層部分土體顆粒同時發(fā)生懸浮挪動的景象。緣由：動水壓力GD大于水的浮重度動水壓力：浸透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。大小:在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，經(jīng)過較大顆粒所構(gòu)成的孔隙發(fā)生挪動，最終在土中構(gòu)成與地表貫穿的管道。管涌緣由：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒構(gòu)成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因——浸透力足夠大管涌流土與管涌的比較流土土體部分范圍的顆粒同時發(fā)生挪動管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只需浸透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生部分滑動等景象位置土類歷時后果土體內(nèi)細(xì)顆粒經(jīng)過粗粒構(gòu)成的孔隙通道挪動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處普通發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導(dǎo)致構(gòu)造發(fā)生塌陷或潰口圖為發(fā)生在上海黃浦江隧道施工中流土帶來的災(zāi)禍。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。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添加，加之土構(gòu)造的幾何緣由，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構(gòu)成反濾層。四、防治流土、管涌的根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,根本措施是確保實踐的逸出坡降不超越允許坡降。防止管涌普通可從下兩方面采取措施:1.改動水力條件,降低土層內(nèi)部和滲流逸出處的浸透坡降。如上游做防滲鋪蓋或打板樁等；2.改動幾何條件,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、管涌及其防治大堤江河沙袋礫石工民建規(guī)范水利部規(guī)范鐵道部規(guī)范交通部規(guī)范2.8土的工程分類分類根據(jù)：能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)－土的組成土的形狀土的構(gòu)造土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)展分類，以便于工程運(yùn)用及研討本節(jié)主要引見建筑地基根底設(shè)計規(guī)范——GB50007－2002分類法土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土一、巖石按成因分類巖漿巖堆積巖蛻變巖按鞏固程度分類按完好程度分類二、碎石土土的稱號顆粒外形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的顆粒超越全質(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的顆粒超越全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超越全質(zhì)量50%三、砂土土的稱號粒組含量粒徑大于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的顆粒超越全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超越全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超越全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超越全質(zhì)量50%四、粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)Ip≤10的土粒徑大于0.075mm的顆粒含量大于全質(zhì)量50%塑性指數(shù)Ip>10的土五、粘性土10<Ip≤17的土Ip>17的土粘土粉質(zhì)粘土六、人工填土人類活動而構(gòu)成的各類土。成分復(fù)雜，均勻性差。分類方法:按組成物質(zhì)分類如下表：土的名稱組成物質(zhì)素填土素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等組成的填土雜填土雜填土為含有建筑物垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土沖填土沖填土為由水力沖填泥砂形成的填土壓實填土經(jīng)過壓實或夯實的素填土為壓實填土1、軟土：天然含水量大于液限(