《地基與基礎(chǔ)工程》 單元教學(xué)設(shè)計(jì)

單元設(shè)計(jì)linn

《地基與基礎(chǔ)工程》單元教學(xué)設(shè)計(jì)

任課教師：魏海

第一部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容

【步驟一】新知識(shí)的引入

一、地基與基礎(chǔ)的概念

1、地基：建筑物建在土層上，受建筑物荷載影響的那一部分地層稱

為地基。

2、地基分類

天然地基：地基土未經(jīng)加固處理，直接支承建筑物的。

人工地基：天然地基不能滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)地基進(jìn)行人工加固處理。

3、基礎(chǔ)：將結(jié)構(gòu)物所承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分。

二、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本條件

(1)地基的強(qiáng)度：要求作用于地基的荷載不超過地基的承載能力，保證

地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲(chǔ)備；

(2)地基的變形：控制基礎(chǔ)沉降使之不超過地基的變形允許值，保證建

筑物不因地基變形而損壞或者影響其正常使用；

(3)基礎(chǔ)的強(qiáng)度和剛度：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在地

基反力作用下不產(chǎn)生過大強(qiáng)度破壞，并具有改善沉降與不均勻沉降的能力。

三、地基與基礎(chǔ)的重要性

(一)變形問題

1、意大利比薩斜塔

2、蘇州市虎丘塔：

（二）強(qiáng)度問題（地基滑動(dòng)）

加拿大特朗斯康谷倉

（三）滲透問題

【步驟二】深化

一、軟弱地基的加固處理

軟弱地基指高壓縮土地基。高壓縮性土分為自然沉積的（如淤泥、泥

炭等）和人工堆積的（如建筑垃圾、生活垃圾、工業(yè)廢料、爐渣等）兩

種。在進(jìn)行軟弱地基加固處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)高壓縮性土的特性不同，采用不

同的方法處理。地基加固的方法可歸納為“挖、填、換、夯、壓、擠、

拌”七種。

二、基礎(chǔ)的類型

基礎(chǔ)的類型較多，從基礎(chǔ)的材料及受力來劃分，可分為剛性基礎(chǔ)、柔

性基礎(chǔ)；按基礎(chǔ)的構(gòu)造形式劃分，可分為條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、

箱形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等；按基礎(chǔ)的埋置深度不同分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)，當(dāng)埋

深小于5m的基礎(chǔ)稱為淺基礎(chǔ)，埋深大于5m的基礎(chǔ)稱為深基礎(chǔ)。

1.剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)

剛性基礎(chǔ)是指用燒結(jié)磚、灰土、混凝土、三合土等受壓強(qiáng)度大，而受

拉強(qiáng)度小的剛性材料做成。用于地基承載力較好、壓縮性較小的中小形民

用建筑。由于這些剛性材料的特點(diǎn)，基礎(chǔ)剖面尺寸必須滿足剛性條件的要

求，即對(duì)基礎(chǔ)的出挑寬度b和高度H之比進(jìn)行限制，以保證基礎(chǔ)在此夾角

范圍內(nèi)不因受彎和受剪而破壞，該夾角稱為剛性角

(tana=b/H)o

柔性基礎(chǔ)指柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。這

種基礎(chǔ)不受剛性角限制，基礎(chǔ)具有較大的抗拉、抗彎能力，普遍應(yīng)用于單

層、多層民用于工業(yè)建筑中。柔性基礎(chǔ)的做法需在基礎(chǔ)底板下均勻澆注一

層素混凝土墊層，目的是保證基礎(chǔ)鋼筋和地基之間有足夠的距離，以免鋼

筋銹蝕。墊層一般采用CIO素混凝土，厚度70~100mm,墊層兩邊應(yīng)伸出

底板各100mm。

2.條形基礎(chǔ)

條形基礎(chǔ)沿墻身設(shè)置形成連續(xù)的帶形，也稱帶形基礎(chǔ)。地基條件較好,

基礎(chǔ)埋置深度淺時(shí)，墻承載的建筑多采用條形基礎(chǔ)。橫向配筋為主要受力

鋼筋，縱向配筋為次要受力鋼筋或者是分布鋼筋。主要受力鋼筋布置在下

面。

3.獨(dú)立基礎(chǔ)

獨(dú)立基礎(chǔ)呈獨(dú)立的矩形塊狀，形式有臺(tái)階形，錐形、杯形等。獨(dú)立基

礎(chǔ)主要用于柱下。當(dāng)建筑物上部采用骨架(框架結(jié)構(gòu)、單層排架及門架結(jié)

構(gòu))承重時(shí)?，采用獨(dú)立基礎(chǔ)。當(dāng)柱子采用預(yù)制構(gòu)件時(shí)，則基礎(chǔ)做成杯口形，

柱子嵌固于杯口內(nèi)，故稱為杯形基礎(chǔ)?；A(chǔ)之內(nèi)的縱橫兩方向配筋都是受

力鋼筋，且長(zhǎng)方向的一般布置在下面。

4.連續(xù)基礎(chǔ)

(1)柱下單向條形基礎(chǔ)；當(dāng)建筑物上部采用框排架結(jié)構(gòu)承重時(shí)，采

用柱下單向條形基礎(chǔ)。

(2)井格基礎(chǔ)；當(dāng)框架結(jié)構(gòu)處在地基條件較差的情況時(shí)，為了提高

建筑物的整體性，避免各柱子之間產(chǎn)生不均勻沉降，常將柱下基礎(chǔ)沿

縱、橫方向連接起來，做成“十”字交叉的井格基礎(chǔ)，故又稱十字帶

形基礎(chǔ)。

(3)筏形基礎(chǔ)

當(dāng)建筑物上部荷載較大，而建筑基地的承載能力又比較弱，這時(shí)采用

帶形基礎(chǔ)或井格基礎(chǔ)不能滿足地基變形要求時(shí)，常將墻下或柱下基礎(chǔ)連成

一片，成為一個(gè)整板，這種基礎(chǔ)稱為筏形基礎(chǔ)。筏形基礎(chǔ)有平板式和梁板

式之分，這種基礎(chǔ)適應(yīng)于較弱地基，可一定程度減少不均勻沉降。

5.箱形基礎(chǔ)

箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土的底板、頂板和若干縱橫墻組成的，形成空

心箱體的整體結(jié)構(gòu)，共同承受上部結(jié)構(gòu)荷載。箱形基礎(chǔ)整體空間剛度大,

對(duì)抵抗地基的不均勻沉降有利，一般適用于高層建筑或在軟弱地基上建造

的重型建筑。當(dāng)基礎(chǔ)的中空部分尺度較大時(shí)，可用作地下室。

6.樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)通常由樁和樁頂上承臺(tái)兩部分組成，并通過承臺(tái)將上部較大的

荷載傳至深層較為堅(jiān)硬的地基中去，多用于高層建筑。樁基按受力情況分

為端承樁和摩擦樁兩種；按制作方法分，則可分為預(yù)制樁與現(xiàn)制樁兩種。

第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容

第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容

【步驟一】宣布教學(xué)內(nèi)容

主要內(nèi)容：土的生成與特性；土的三相組成；土的三相比例指標(biāo)。重

點(diǎn)內(nèi)容：土的三相組成；土的三相比例指標(biāo)及其相互關(guān)系。

【步驟二】新知識(shí)的引入

一、土的結(jié)構(gòu)

1.土粒間的連結(jié)關(guān)系

（1）接觸連結(jié)：是指顆粒之間的直接接觸，接觸點(diǎn)上的連結(jié)強(qiáng)度主

要來源于外加壓力所帶來的有效接觸壓力。這種連結(jié)方式在碎石土、砂土、

粉土中或近代沉積土中普遍存在。

（2）膠結(jié)連結(jié)：是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒膠結(jié)連

結(jié)在一起，一般其連結(jié)較為牢固。膠結(jié)物質(zhì)一般有粘土質(zhì)，可溶鹽和無定

形鐵、鋁、硅質(zhì)等。

（3）結(jié)合水連結(jié)：是指通過結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來的形式，

又叫水膠連結(jié)。這種連結(jié)在一般粘性土中普遍存在。

（4）冰連結(jié)：是指含冰土的暫時(shí)性連結(jié)，融化后即失去這種連結(jié)。

2.土的結(jié)構(gòu)類型

（1）單粒結(jié)構(gòu)

單粒結(jié)構(gòu)為砂土和碎石土的主要結(jié)構(gòu)形式，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與

點(diǎn)的接觸。松的單粒結(jié)構(gòu)骨架不穩(wěn)定，易變形，當(dāng)受到震動(dòng)或其它外力作

用時(shí)、土粒易發(fā)生移動(dòng)，土中孔隙減少，引起土的較大變形，

未經(jīng)處理不宜作地基。密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)土粒排列緊密結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度

較大，壓縮性較小，是良好的天然地基。

（2）蜂窩結(jié)構(gòu)

主要由粉粒（粒徑為0.005mm~0.075mm）組成的結(jié)構(gòu)形式，在水中

因自重作用而下沉，碰到別的正在下沉或已沉積的土粒，由于土粒間的分

子引力大于下沉土粒的重力，則下沉土粒被吸引，不再下沉，逐漸形成鏈

環(huán)狀單元。很多這樣的鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，便形成較大孔隙的蜂窩結(jié)構(gòu)。

（3）絮狀結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)又稱絮凝結(jié)構(gòu)，細(xì)微的粘粒（粒徑小于0.005mm）大都呈針

狀或片狀，形成絮狀結(jié)構(gòu)。蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)的土，其土粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)

度會(huì)由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強(qiáng)，這種強(qiáng)度稱為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

二、土的構(gòu)造

1.層狀構(gòu)造

土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層層互相平行，反

映不同年代不同搬運(yùn)條件形成的土層。

2.分散構(gòu)造

是指顆粒在其搬運(yùn)和沉積過程中，經(jīng)過分選的卵石、礫石、砂等因沉

積厚度較大而不顯層理的一種構(gòu)造。

3.核狀構(gòu)造

在細(xì)粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含碣石的粉質(zhì)黏土、含礫

石的黏土等，均屬結(jié)核狀構(gòu)造。

4.裂隙構(gòu)造

裂隙構(gòu)造是因土體被各種成因形成的不連續(xù)的小裂隙切割而形成的，

在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物。不少堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)的粘性土具有

此種構(gòu)造。

三、土的工程分類

土是自然地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，它的成份、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是是千變?nèi)f化的,

其工程性質(zhì)也是千差萬別的。因此，有必要對(duì)土進(jìn)行科學(xué)的分類，即把工

程性質(zhì)近似的土劃分為一類。人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，已提出過不少分

類系統(tǒng)。如：地質(zhì)分類、土壤分類、粒徑分類、結(jié)構(gòu)分類等。每一種分類

系統(tǒng)，反映了土某些方面的特征。在工程實(shí)踐中需要的是適合于工程用途

的工程分類方法，既按土的主要工程特性進(jìn)行分類。

1.巖石

巖石是指顆粒間牢固粘結(jié)，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。（1）按巖

石的堅(jiān)硬程度，分為堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。

（2）按巖石的風(fēng)化程度，分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化和

全風(fēng)化。（3）按巖石的完整程度，分為完整、較完整、較破碎、破碎、極

破碎。

2.碎石土

是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土。根據(jù)粒組含量及

顆粒形狀可分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫。

3.砂土

是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%,而粒徑大于0.075mm

的顆粒含量超過全重50%的土。根據(jù)粒組含量分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)

砂和粉砂。

4.粉土

是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%,且塑性指數(shù)IP?10

的土。

5.粘性土

粘性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土。根據(jù)塑性指數(shù)Ip可分為粉質(zhì)粘

士(10<lp^l7)和粘土(lp>17)o

6.人工填土

人工填土是指由于人類活動(dòng)而形成的堆積物。根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,

可分為素填土、雜填土和沖填土三類。按堆填時(shí)間，分為老填土和新填土。

7.特殊性土

(1)淤泥和淤泥質(zhì)土

淤泥：天然含水量3>3L,天然孔隙比e>；1.5的粘性土稱為淤泥。

淤泥質(zhì)土：天然含水量3>；3L,天然孔隙比1.0<eW1.5的粘性土稱為

淤泥質(zhì)土。

(2)紅粘土和次生紅粘土

紅粘土：液限3L>50%,裂隙發(fā)育，具有明顯收縮性的棕紅、褐黃

等色的高塑性粘土稱為紅粘土，一般分布于北緯33度以南地區(qū)。

次生紅粘土：經(jīng)搬運(yùn)但仍保留紅粘土特征，且液限3L>45%的土,

稱為次生紅粘土。

(3)黃土

是一種含大量碳酸鹽類，且常能以肉眼觀察到大孔隙的黃色粉狀土。

天然黃土在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較低。但當(dāng)其受水浸濕

后，因黃土自身大孔隙結(jié)構(gòu)的特征，壓縮性劇增使結(jié)構(gòu)受到破壞，土層突

然顯著下沉，同時(shí)強(qiáng)度也隨之迅速下降，這類黃土統(tǒng)稱為濕陷性黃土。

(4)膨脹土

是指土中含有大量的親水性粘土礦物成分(如蒙脫石、伊利石等),

在環(huán)境溫度及濕度變化影響下，可產(chǎn)生強(qiáng)烈脹縮變形的土。由于膨脹土通

常強(qiáng)度較高，壓縮性較低，易被誤認(rèn)為是良好的地基。但遇水后，就呈現(xiàn)

出較大的吸水膨脹和失水收縮的能力，往往導(dǎo)致建筑物和地坪開裂、變形

而破壞。

(5)多年凍土

是指凍結(jié)狀態(tài)在自然界連續(xù)保持3年或3年以上的土。當(dāng)自然條件改

變時(shí)，它將產(chǎn)生凍脹、融陷、熱融滑塌等特殊不良地質(zhì)現(xiàn)象。

(6)鹽漬土

是指易溶鹽含量大于0.5%,且具有吸濕、松脹等特性的土。由于可

溶鹽遇水溶解，可能導(dǎo)致土體產(chǎn)生濕陷、膨脹以及有害的毛細(xì)水上升，使

建筑物遭受破壞。

【步驟三】深化

土的三相比例指標(biāo)：土的三相在體積和重量上的關(guān)系稱為土的三相比

例指標(biāo)。為研究土的三相比例指標(biāo)，在土中任取一體積為V的土體，是由

固體顆粒、水和氣體組成的，假設(shè)能夠?qū)⑷叻蛛x開來，如下圖所示：

一、試驗(yàn)指標(biāo)

(-)土的密度和重度

密度：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量稱為土的密度。

(二)土的含水量

3

1.定義：土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比，稱為含水量，常用百分

數(shù)來表示，即

（三）土粒相對(duì)密度（土粒比重）ds

1.定義：土粒的質(zhì)量與同體積純蒸儲(chǔ)水在4°C時(shí)質(zhì)量的比值，稱為

土粒的相對(duì)密度，即

二、換算指標(biāo)

（一）干密度Pd與干重度yd

1.干密度Pd：土的固相質(zhì)量ms與總體積v之比，即：

2.干重度yd=Pdg=10Pd

（二）飽和密度Psat與飽和重度Ysat

1.飽和密度Psat：土中孔隙全部充滿水時(shí)，單位體積土的質(zhì)量。

（三）有效密度P'和有效重度Y'

1.有效密度：在地下水位以下，單位體積中土粒的質(zhì)量扣除同體積

水的質(zhì)量后，即為單位土體積中土粒的有效質(zhì)量，稱為土的有效密度，即

（四）土的孔隙比e

土中孔隙體積與顆粒體積之比，稱為孔隙比，即

e=Vv/Vs

（五）孔隙率（度）n

土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即：

（六）土的飽和度Sr

土中水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即：

【步驟四】訓(xùn)練

例1：某原狀土樣，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得天然密度為??1.67g/cm3,含水率為

w?12.9%,土粒比重ds?2.67,試計(jì)算:

(1)土的孔隙比e、孔隙率n和土的飽和度Sr；

(2)當(dāng)土中孔隙充滿水時(shí)土的密度Psat和含水率3。

第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容

第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容

【步驟一】新知識(shí)的引入

一、土的物理狀態(tài)指標(biāo)

(-)粘性土的物理特性指標(biāo)

粘性土：是指具有可塑狀態(tài)性質(zhì)的土，它們?cè)谕饬Φ淖饔孟拢伤艹?/p>

任何形狀而不開裂，當(dāng)外力去掉后，仍可保持原形狀不變，土的這種性質(zhì)

稱為可塑性。

1、粘性土的界線含水量

含水量的大小對(duì)粘性土的工程性質(zhì)要產(chǎn)生極大的影響，隨著含水量的

增加，粘性土的強(qiáng)度要降低，壓縮性要提高。

粘性土隨著含水量的增加，將由固態(tài)一半固態(tài)一可塑狀態(tài)一流動(dòng)狀態(tài),

如下圖所示。

流動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)粘土中水較多、土粒完全被水隔開時(shí)，土成泥漿狀，可

流動(dòng)。這時(shí)土的抗剪強(qiáng)度極低。

可塑狀態(tài)：在外力作用下可塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，

當(dāng)外力

移去后能保持既得形狀，不回彈也不坍塌，粘性土的這種特性稱為可

塑性，相應(yīng)的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。此時(shí)土有很小的抗剪強(qiáng)度。

半固態(tài)：當(dāng)含水量繼續(xù)減少時(shí)，土體因水份減少而發(fā)生體積收縮，稱

為半固態(tài)。

固態(tài)：當(dāng)含水量進(jìn)一步減少，但其體積不再收縮時(shí)，粘土處于固態(tài)。

處于半固態(tài)和固態(tài)的粘性土，具有較大的抗剪強(qiáng)度，在外力作用下不

再有可塑性，而是呈脆性。

界線含水量：粘性土的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一種狀態(tài)時(shí)的分界含水量稱為

界線含水量。

土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水量稱為液限，用WL表示；±

由可塑狀態(tài)變化到半固態(tài)的界限含稱為塑限，用WP表示；由半固態(tài)到固

態(tài)的界限含水量稱為縮限，用WS表示。塑限WP和液限WL在國際上稱

為阿太堡界限，來源于土壤學(xué)，后來應(yīng)用于土木工程。

處于固態(tài)的土，基本上只含強(qiáng)結(jié)合水；處于半固態(tài)的土，含強(qiáng)結(jié)合水

及部分弱結(jié)合水；處于塑性狀態(tài)的粘性土含有結(jié)合水和少部分自由水；處

于流動(dòng)狀態(tài)的粘性土含有大量的自由水。

2、粘性土的靈敏度和觸變性

天然狀態(tài)下的粘性土，由于地質(zhì)歷史作用常具有一定的結(jié)構(gòu)性。當(dāng)土

體受到外力擾動(dòng)作用，其結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，土的強(qiáng)度降低，壓縮性增高。

工程上常用靈敏度St來衡量粘性士結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的影響。

（1）靈敏度

quSt??qu

式中：qu——原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa；

qu'——重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa。

根據(jù)靈敏度的大小，粘性土分為

?高n敏土，St?4?2?St?4?中n敏土，?低n敏土，S?2t?

土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈明顯。

因此，在基礎(chǔ)工程施工中必須注意保護(hù)基槽，盡量減少對(duì)土結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。

(2)粘性土的觸變性

粘性土受擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度降低，而靜止時(shí)土的強(qiáng)度又重新增長(zhǎng)的性質(zhì)，稱

為土的觸變性。土的觸變性對(duì)樁基礎(chǔ)很有利，打預(yù)制樁時(shí)，樁周圍土受震

結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，使樁容易打入。當(dāng)打樁停止后，土的部分強(qiáng)度又恢

復(fù)，使樁的承載力又提高了。

(-)無粘性土的密實(shí)度

對(duì)于砂、卵石、礫石等無粘性土，屬單粒結(jié)構(gòu)，最主要的物理特性指

標(biāo)就是密實(shí)度。表明密實(shí)度的方法有三種：

1.用孔隙比e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)，e值越小，土越密實(shí)。

2.以相對(duì)密度Dr作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)

DY?emax?e

emax?emin相對(duì)密度

式中：e——天然孔隙比；

emax——最疏松狀態(tài)下的孔隙比，即最大孔隙比；

emin——最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比，即最小孔隙比。

Dr=0~loDr值越大，土越密實(shí)。則：

l^Dr>0,67密實(shí)的

0.67^Dr>0,33中密的

0.332Dr>0松散的

3.用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)捶擊數(shù)N63.5作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法，是將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中一

定距離（30cm）所需落錘次數(shù)（標(biāo)貫擊數(shù)），記為N635該值反映了土的

密實(shí)度的大小。該值越大，土越密實(shí)（見P20表1-5）。

【步驟二】深化

一、界限含水量的測(cè)定方法

1.液限WL的測(cè)定

我國用錐式液限儀來測(cè)定，如下圖所示。

將調(diào)成濃糊狀的試樣裝滿盛土杯，刮平杯口面，手握手柄將園錐體輕

放于試樣之上，使其在自重作用下緩慢下沉。如經(jīng)過15s圓錐沉入深度恰

好為10mm時(shí)，該試祥的含水量即為液限wL值。

若錐體入土深度大于10mm,說明土樣的含水量高于液限；若錐體入

土深度小于10mm,說明土樣的含水量低于液限。需重新調(diào)配試樣，直到

合格為止。

對(duì)于合格的試樣，利用烘干法測(cè)定其含水量，即為液限wL。

2.塑限WP的測(cè)定

用“搓條法”測(cè)定，將調(diào)配好的試樣，用手先搓成直徑小于10mm的

小園球，然后用手撐放在毛玻璃板上搓成小土條，若土條搓至直徑為3mm

時(shí)正好斷裂或出現(xiàn)較多裂縫，這時(shí)土樣的含水量就是塑限。若土條搓至直

徑3mm時(shí)仍未斷裂，說明試樣含水量高于塑限；如土條過早斷裂，說明

土樣含水量低于塑限。在這種情況下，都需重新調(diào)配試樣直到合格為止。

然后，將合格的試樣稱取15g,用“烘干法”測(cè)定含水量，即得塑限3P。

3.液塑限聯(lián)合測(cè)定法（公路系統(tǒng)）

用錐式液限儀進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，圓錐的入土深度與土樣的含水量有關(guān)。試

驗(yàn)表明，二者在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為直線關(guān)系，如下圖所示。

試驗(yàn)時(shí)，調(diào)配成三種含水量不同的試樣，分別用錐式液限儀來測(cè)定入

土深度，這樣便在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)上得到三個(gè)點(diǎn)，通過這三點(diǎn)，畫一條直線。

相應(yīng)于入土深度10mm時(shí)的含水量為液限3L,相應(yīng)于入土深度為2mm時(shí)

的含水量為塑限3P。

二、塑性指數(shù)與液性指數(shù)

1.塑性指數(shù)：液限3L與塑限3P的差值，即

IP=3L—3P

習(xí)慣用不帶％的數(shù)值表示。

塑性指數(shù)的大小，反映了土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。IP值越

大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大。而土處于可塑狀態(tài)時(shí)，土中水

是結(jié)合水和小部分自由水。因此，IP的大小與土中結(jié)合水的含量有明顯的

關(guān)系，也就是與土顆粒大小有關(guān)，土粒越細(xì)，粘粒越多，其比表面積越大，

結(jié)合水含量越高，IP值也就越大。

此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看

成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對(duì)于塑性指數(shù)相似的粘性土，一般均表現(xiàn)出相

似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。

2.液性指數(shù)（稠度）IL?w?wPw?wP?wL?wPIP

式中：3一一土的天然含水量。

由上式可見：當(dāng)3<；3P時(shí)，|L<；0,土處于固態(tài)和半固態(tài)。當(dāng)3PW

3忘3|,時(shí),0WILW1,土處于可塑狀態(tài)。當(dāng)3>；3L時(shí)，，

IL>1,土處于流動(dòng)狀態(tài)。

由此可見，液性指數(shù)IL的大小反映了粘性土的軟硬程度。IL越大，土

越軟。根據(jù)液性指數(shù)IL的大小，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》將粘性土劃分

為五種軟硬狀態(tài)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1-7(P22)o

【步驟三】訓(xùn)練

例1：某天然砂層，密度為1.47g/cm3,含水率為13%,由試驗(yàn)求得該

砂土的最小干密度為1.20g/cm3,最大干密度為1.66g/cm3,問該砂層處于

哪種狀態(tài)？

第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容

第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容

【步驟一】宣布教學(xué)內(nèi)容、目的

1、掌握壓縮試驗(yàn)原理及其壓縮性指標(biāo)，掌握土的單向壓縮的計(jì)算公

式及適用條件。

2、了解影響土的壓縮性的主要因素，了解土的彈性變形和塑性變形

的概念，了解應(yīng)力歷史對(duì)土壓縮性的影響。

3、掌握用e?p曲線計(jì)算沉降量和沉降差的方法。

4、理解用e?Igp曲線計(jì)算沉降量。

5、了解規(guī)范法計(jì)算沉降量的原理。

6、掌握固結(jié)度的概念及其用U?Tv曲線計(jì)算某一時(shí)刻的沉降量St。

7、了解飽和粘性土地基單向滲透固結(jié)理論。

【步驟二】新知識(shí)的引入

一、土的壓縮性

1、有效應(yīng)力原理

(1)有效應(yīng)力與孔隙水應(yīng)力的概念；

(2)有效應(yīng)力原理表達(dá)方法；

(3)利用有效應(yīng)力原理計(jì)算一點(diǎn)的有效應(yīng)力和孔隙水應(yīng)力。