土力學全冊配套完整課件緒論一、基本概念：（專業(yè)基礎課）（１）一、基本概念：（專業(yè)基礎課）

土力學：土力學是利用力學知識和土工試驗技術來研究土的應力、強度變形和穩(wěn)定以及土與結(jié)構物相互作用及其規(guī)律的一門學科。（是力學分支）力學知識--材料力學、結(jié)構力學、彈性力學。土工試驗--物性、壓縮、滲透、強度等試驗。一、基本概念：（專業(yè)基礎課）（３）地基：受建筑物荷載影響的那一部分地層稱為地基。即建筑物荷載使地層一定范圍內(nèi)的應力和應力狀態(tài)發(fā)生變化?；A：建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構是基礎?；A是建筑物的一部分，起到擴散應力的作用。一、基本概念：（專業(yè)基礎課）（４）一、基本概念：（專業(yè)基礎課）（５）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性（１）（一）土的特點：散粒體-離散性、孔隙性、多相性三相體-固相、液相、氣相

二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２）

這些性質(zhì)大大的增加了研究土體力學性質(zhì)的復雜程度。而其他的固體材料－鋼材、混凝土等。鋼材的晶格之間發(fā)生錯位，就說明鋼材已破壞。而土顆粒在外力作用下發(fā)生錯位移動，但這并不意味著土的破壞。土的破壞標準與典型固體材料的破壞的標準是不相同的。由以上的這些特殊性質(zhì)，影響到土的物理力學性質(zhì)—抗剪強度（較一般建筑材料）低，具有較大的壓縮性和對水的滲透性。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（3）（二）重要性：

鋼材與土的破壞特征的不同

強度（舉例）：加拿大特朗斯康谷倉長54.9m×寬23.5m×高31m，鋼砼筏基原2m自重2萬噸，第一次裝谷27000t，下沉，24小時后西沉8.8m，東上抬1.5m，傾斜26.53°。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（4）事故原因：地表以下3m為高塑性軟粘土R=32t/㎡而Pu=28.1t/㎡處理：在16m將基巖上做70多根砼支柱—用388個50t千斤頂糾正，但降低4m多。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（5）

變形（舉例）：蘇州虎丘塔：建于宋朝（961年），七層高47.5m，現(xiàn)傾斜，（偏2.31m）產(chǎn)生裂縫。原因：地基土層度不一（西南2.8m東北5.8m）（深山深水港碼頭庫區(qū)填土變形控制）。

穩(wěn)定（舉例）：碼頭失穩(wěn)二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（6）該谷倉平面呈矩形，南北向長59.44m，東西向?qū)?3.47m，高31.00m，容積36368立方米，容倉為圓筒倉，每排13個圓倉，5排共計65個圓筒倉。谷倉基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，厚度61cm，埋深3.66m。圖片：加拿大特朗斯康谷倉二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（7）谷倉于1911年動工，1913年完工，空倉自重20000T，相當于裝滿谷物后滿載總重量的42.5%。1913年9月裝谷物，10月17日當谷倉已裝了31822谷物時，發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)豎向沉降達30.5cm，結(jié)構物向西傾斜，并在24小時內(nèi)谷倉傾斜，傾斜度離垂線達26°53ˊ，谷倉西端下沉7.32m，東端上抬1.52m，上部鋼筋混凝土筒倉堅如磐石。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（8）谷倉地基土事先未進行調(diào)查研究，據(jù)鄰近結(jié)構物基槽開挖試驗結(jié)果，計算地基承載力為352kPa，應用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗與計算，谷倉地基實際承載力為（193.8-276.6）kPa，遠小于谷倉破壞時發(fā)生的壓力329.4kPa，因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（9）事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了４米。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１0）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１1）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１2）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１3）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１4）盾構隧道適用于軟土地區(qū)埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管線密集區(qū)的下部。盾構隧道示意圖二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１5）盾構是這種施工方法中最主要的施工機具，它是一個既能支撐地層壓力又能在地層中推進的鋼筒結(jié)構體--隧道掘進機。目前，盾構法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地鐵區(qū)間隧道、電力電訊隧道、市政管線隧道和進水排水隧道等地下工程。

二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１6）上海影像圖二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１7）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（１8）一期工程二期工程合計南線堤（km）1.61.6潛堤（km）3.23.2南導堤（km）3018.0848.08北導堤（km）27.9121.2949.20丁壩（km/座）11.19/1018.9/1430.9/19表2.5整治建筑物工程各階段建設規(guī)模注：二期工程曾將一期工程已完4座丁壩接長，故總數(shù)為19座丁壩。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（19）海港新城一期市政Ｃ１道路及雨水管道工程Ｃ１道路示意圖二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２0）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２1）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２2）一期工程總體布置圖工程概況二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２3）二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２4）一般建筑物的設計可分為三個部：從上而下由上部結(jié)構、基礎、地基三個部分組成，這三個部分雖然各自的功能不同，研究方法相異，但卻是彼此互相聯(lián)系相互制約的整體。上部結(jié)構是根據(jù)人們的需要的具體條件所設計的，可以做出各種各樣和選擇而且在使用階段可以看得見，可以了解到結(jié)構破壞前的預兆。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２5）而地基和基礎卻不同，基礎屬于地下隱蔽工程，不能直觀地顯示出來，尤其地基是一個確定的因素，不是可以任意選擇的，要了解地基的工程情況，就要通過勘案的手段來完成，所有不同，往往會導致事故的發(fā)生。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２6）通過許多工程實踐可以了解到，建筑物的事故許多與地基基礎有關，地基基礎事故很不容易發(fā)現(xiàn)預兆，事故發(fā)生后補救也相當困難，而且要耗費大量的人力財力，所以地基基礎的勘案、設計的施工質(zhì)量直接關系到建筑物的安危與工程師所設計的作品是否成功有著主要的關系。二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２7）地基的變形較大，包括沉降量、沉降差傾斜和局部傾斜超過了人們所能接受的程度。地基的強度問題：當建筑物荷載超過地基承載力時，地基在外荷作用下有可能發(fā)生失穩(wěn)，產(chǎn)生剪切破壞。地基基礎的事故一般容易在下面兩個方面發(fā)生：二、土力學在工程建設（包括港口航道與海岸工程專業(yè)）中的重要性。（２8）這兩個問題可以通過以下工程實例看到。通過以上的工程實例可以看到基礎工程在整個建筑工程中占有重要位置，不論做什么事往往我們都強調(diào)要打好基礎，現(xiàn)在真的學到地基基礎這門課了，一定要重視起來。三、本課程的學習目的、學習方法和要求（1）

目的：通過本課程的學習，掌握土力學的基本理論和計算方法，了解土地的一般物理性質(zhì)、力學這性質(zhì)和土的有關指標的測定方法，能在工程設計、計算中正確應用土力學理論和土性指標，解決一般的疑難問題。三、本課程的學習目的、學習方法和要求（２）內(nèi)容：土性、滲透、應力、變形、強度、土壓力、土坡、承載力

學習要求：土力學-專業(yè)基礎課，共54學時，講+習+實=38+8+8

學習方法：要轉(zhuǎn)變（中學-大學基礎-大學專業(yè)部分）選一位課代表：教-學相長三、本課程的學習目的、學習方法和要求（３）

成績：考試課=期終考試+作業(yè)+試驗報告。本門課是一門專業(yè)基礎課，在學習方法上要注意，課前要預習，聽課時可以抓住重點。

大綱規(guī)定：土力學為考試課。

大課：56學時，講課學時（40）

習題、討論課：8學時工程造價主要取決于材料所需的資金。材料費占工程投資的大部分。三、本課程的學習目的、學習方法和要求（4）實驗課：8學時課后留：思考題（幫助弄清大課中講的基本概念）和習題：（進一步掌握概念并熟悉有關計算方法）；質(zhì)疑；成績：作業(yè)兩個本子，實驗報告按時交（到期末考試前未完成作業(yè)者不能參加其中考試），并算成績的一部分。（其中測驗）期末考試三、本課程的學習目的、學習方法和要求（5）選一課代表，以便在教學和學習上有問題進行聯(lián)系——定答疑和（質(zhì)疑）時間主講——

輔導——

試驗——四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（１）（一）國內(nèi)既古老又新興的學科土力學是人們在在長期工程實踐中形成發(fā)展起來的一門學科。我國勞動人民從遠古時代就能利用土石作為地基和建筑材料修筑房屋了。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（２）如西安新石器時代的半坡村遺址，就發(fā)現(xiàn)有土臺和石礎，這就是古代的“堂高三尺、茅茨土階”（語見≤韓非子≥）的建筑。我國舉世聞名的秦萬里長城逾千百年而留存至今，充分體現(xiàn)了我國古代勞動人民的高超水平。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（3）

隋朝石工李春所修建成的趙州石拱橋，造型美觀，至今安然無恙。橋臺砌置于密實的粗砂層上，一千三百多年來估計沉降量約幾厘米。現(xiàn)在驗算其基底壓力約500-600kpa，這與現(xiàn)代土力學理論給出的承載力值很接近。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（4）根據(jù)《夢溪筆談》記載，北宋初著名木工喻皓（公元989年）在建造開封開寶寺木塔時，考慮到當?shù)囟辔鞅憋L，便特意使建于飽和土上的塔身稍向西北傾斜，設想在風力的長期斷續(xù)作用下可以漸趨復正?？梢娫诋敃r的工匠已考慮到建筑物地基的沉降問題了。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（5）墻內(nèi)豎有木柱茅草下密排樹枝起龍骨作用。d=5~6m四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（6）（二）國外而作為本學科理論基礎的土力學的發(fā)端，始于十八世紀興起了工業(yè)革命的歐洲。隨著資本主義工業(yè)化的發(fā)展，為了滿足向國內(nèi)外擴張市場的需要，陸上交通進入了所謂“鐵路時代”，因此，最初有關土力學的個別理論多與解決鐵路路基問題有關。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（7）

1773年，法國的C.A.庫倫（Coulomb）根據(jù)試驗創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強度公式，提出了計算擋土墻土壓力的滑楔理論。

1869年英國的W.G.M.朗肯（Rankine）又從不同角度提出了擋土墻土壓力理論。

1885年法國J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了彈性半無限空間在豎向集中力作用下的應力和變形的Boussinesq解。

1922年瑞典W.費蘭紐斯（Fellenius）為解決鐵路塌方問題提出了土坡穩(wěn)定分析法。

以上這些方法至今仍廣泛應用。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（8）

1925年美國K.太沙基（Tezarghi）歸納發(fā)展了以往的理論，發(fā)表了《土力學》一書，他被認為是土力學的奠基人。從1936年在美國召開的第一屆國際土力學與基礎工程會議起，土質(zhì)土力學方面的國際學術交流日益活躍。世界各地包括中國在內(nèi)的許多國家也都交流和總結(jié)了本學科新的研究成果和實踐經(jīng)驗，促進了該學科的發(fā)展。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（9）時至今日，伴隨著工程建設事業(yè)突飛猛進的發(fā)展，土質(zhì)土力學圍繞從宏觀到微觀結(jié)構、本構關系與強度理論、物理模擬與數(shù)值模擬、測試與監(jiān)測技術、土質(zhì)改良等方面取得了長足進展。電子技術的應用為這門學科注入了新的活力，實現(xiàn)了測試技術的自動化和理論分析的準確性，標志著本學科進入一個新的時期。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（10）對土力學發(fā)展作出巨大貢獻科學家Terzaghi,K

太沙基

Rankine,W.J.M朗肯Coulomb,C.A

庫侖

Bishop,A.W

畢肖普Boussinesq,J

布辛奈斯克

Jaky,J杰克Fellenius,W費爾紐斯Janbu,N簡布Skempton,A.W斯開普登四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（11）四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（１2）總結(jié)國外：

18世紀工業(yè)革命：

1773年（法）庫侖

1869年（英）朗肯

1885年（法）布辛涅斯克

1892年（瑞）費侖紐斯土坡穩(wěn)定

1925年Tezarghi《土力學》近代土力學學科的形成四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（１3）國內(nèi)：

50年代～60年代初：土力學的一個大的發(fā)展。

70年代末以后～上世紀末：多項工程、重大工程建設。

巖土工程：土力學為核心內(nèi)容之一。展望：土力學理論，勘察與實驗技術，設計與施工。四、本學科的國內(nèi)外發(fā)展概況（１4）土力學的應用行業(yè)：

——地下、近海、深海

——環(huán)境保護，生態(tài)恢復

——建設與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)、相適應

——航天、航宇工程建設的大發(fā)展為土力學的發(fā)展帶來了前所未有機遇。土的物理性質(zhì)和工程分類（１）土的物理性質(zhì)和工程分類（２）本章主要討論土的物質(zhì)組成以及定性、定量描述其物質(zhì)組成的方法，包括:土的三相組成土的三相指標**土的結(jié)構構造粘性土的界限含水量**砂土的密實度**土的工程分類*這些內(nèi)容是學習土力學原理和基礎工程設計與施工技術所必需的基本知識，也是評價土的工程性質(zhì)、分析與解決土的工程技術問題時討論的最基本的內(nèi)容。1.1

土的形成（生成）土是由巖石經(jīng)風化、搬運、堆積的產(chǎn)物自然界的土是由巖石經(jīng)風化、搬運、堆積而形成。影響土的組成的主要因素:母巖成分(原生礦物，次生礦物)風化性質(zhì)（物理、化學、生物風化）搬運過程（水、風、重力）堆積的環(huán)境（河、湖、海、沙漠）1.2土的（三相）組成固體顆粒水氣體（a）實際土體；（b）土的三相圖；（c）各相的質(zhì)量與體積圖1-1土的三相圖一、土的固相土的固相物質(zhì)包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是構成土的骨架最基本的物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應從其礦物成分、顆粒的大小和形狀來描述。（一）土的粒度成分（土粒級配）（１）天然土是由大小不同的顆粒組成的，土粒的大小稱為粒度。土顆粒的大小相差懸殊，從大于幾十厘米的漂石到小于幾微米的膠粒。土粒的形狀是不規(guī)則的，很難直接測量土粒的大小，只能用間接的方法來定量地描述土粒的大小及各種顆粒的相對含量。（一）土的粒度成分（土粒級配）（２）

粒度成分：用不同粒徑顆粒的相對含量來描述土的顆粒組成。粒度成分測定常用方法:

1）篩分法：對粒徑大于0.075mm的土粒

2）沉降分析法：對小于0.075mm的土粒1．土的粒組劃分（１）天然土的粒徑一般是連續(xù)變化的，為了描述方便，工程上常把大小相近的土粒合并為組，稱為粒組。粒組間的分界線是人為劃定的，劃分時應使粒組界限與粒組性質(zhì)的變化相適應，并按一定的比例遞減關系劃分粒組的界限值。1．土的粒組劃分（２）粒徑d:＞=200，200-60，60-2，2-0.075，0.075-0.005,＜＝0.005粒組：漂石卵石圓礫砂粒粉粒粘粒塊石碎石角礫1．土的粒組劃分（3）對粒組的劃分，各個國家，甚至一個國家的各個部門有不同的規(guī)定。從70年代末到80年代末這十年中，我國的粒組劃分標準出現(xiàn)了一些變化。

《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ7一89）和《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021一94)在修訂和編制過程中經(jīng)過充分論證，將砂粒粒組與粉粒組的界限從0.05mm改為0.075mm。表1-1粒組劃分標準(GB50021-94)粒組名稱粒組范圍(mm)粒組名稱粒組范轉(zhuǎn)(mm)漂石(塊石)粒組>200砂粒粒組0.075~2卵石(碎石粒組)20~200粉粒粒組0.005~0.075礫石粒粗2~20粘粒粒組<0.0051．土的粒組劃分（4）我國上述規(guī)范采用的粒組劃分標準見表1-1。《土的工程分類標準》（GBJ145-90）在砂粒粒組與粉粒粒組的界限上取與上述規(guī)范相同的標準，但將卵石粒組與礫石粒組界限改為60mm，其粒組劃分標準見表1-2。表1-2粒組劃分(GBJ145-90)粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒組范圍(mm)巨粒漂石(塊石)粒組卵石(碎石)粒組>200200~60粗粒粗礫礫粒細礫砂粒60~2020~22~0.075細粒粉粒粘粒0.075~0.005<0.0052．粒度成分分析方法（１）對于粗粒土可以采用篩分法，而對于細粒土則必須用沉降分析法（比重計法）分析粒度成分。（１）篩分法是用一套不同孔徑的標準篩把各種粒組分離出來，這和建筑材料的粒徑級配篩分試驗是一樣的。2．粒度成分分析方法（２）按我國原有的標準，最小孔徑的篩是0.1mm,但是新的篩孔標準已改為0.075mm,這相當于美國ASTM標準的200號篩（即在1平方英寸面積上共有200個篩孔）。圖１－2細篩2．粒度成分分析方法（3）（２）沉降分析法是根據(jù)土粒在懸液中沉降的速度與粒徑的平方成正比的司篤克斯公式來確定各粒組相對含量的方法。（比重計法）但實際上，土粒并不是球形顆粒，因此用上述公式計算的并不是實際土粒的尺寸，而是與實際土粒有相同沉降速度的理想球體的直徑，稱為水力直徑。2．粒度成分分析方法（4）用沉降分析法測定土的粒度成分可用兩種方法，即比重計法和移液管法。１）比重計是用測定液體密度的一種儀器，對于不均勻的液體，從比重計讀出的密度只表示浮泡形心處的液體密度。２）移液管法是用一種特定的裝置在一定深度處吸出一定量的懸液，用烘干的方法求出其密度。用上述二種方法都可以求出土粒的粒徑和累計百分含量。3．粒度成分及其表示方法（１）土的粒度成分是指土中各種不同粒組的相對含量（以干土質(zhì)量的百分比表示），它可用以描述土中不同粒徑土粒的分布特征。常用的粒度成分的表示方法有表格法、累計曲線法和三角坐標法。（１）表格法：是以列表形式直接表達各粒組的相對含量。它用于粒度成分的分類是十分方便的，例如表1-3給出了3種土樣的粒度成分分析結(jié)果。表1-3粒度成分分析結(jié)果(%)粒組(mm)土樣A土樣B土樣C0.10~0.0759.04.614.40.075~0.01－8.137.60.01~0.005－4.211.10.005~0.001－5.218.9<0.001－1.510.0粒組(mm)土樣A土樣B土樣C10~5－25.0－5~23.120.0－2~16.012.3－1~0.516.48.0－0.5~0.2541.56.2－0.25~0.1026.04.98.03．粒度成分及其表示方法（2）（２）累計曲線法：是一種圖示的方法，通常用半對數(shù)紙繪制，１）橫坐標（按對數(shù)比例尺）表示某一粒徑，２）縱坐標表示小于某一粒徑的土粒的百分含量。3．粒度成分及其表示方法（3）表1-3中的三種土的累計曲線如圖1-1所示。3．粒度成分及其表示方法（4）在累計曲線上，可確定兩個描述土的級配的指標：不均勻系數(shù)

曲率系數(shù)

式中：分別相當于累計百分含量為10％、30％和60％的粒徑；稱為有效粒徑；稱為限制粒徑；稱為平均粒徑。3．粒度成分及其表示方法（5）不均勻系數(shù)

、

反映大小不同粒組的分布情況：>=5、=1-3的土級配良好，其余情況為級配不良。<5的土稱為勻粒土，級配不良；

越大，表示粒組分布范圍比較廣>10的土級配良好但如

過大，表示有可能缺失中間粒徑，屬不連續(xù)級配，故需同時用曲率系數(shù)來評價。曲率系數(shù)則是描述累計曲線整體形狀的指標。3．粒度成分及其表示方法（6）（３）三角坐標法：這也是一種圖示法，它利用等邊三角形內(nèi)任意一點至三個邊(、

、)的垂直距離的總和恒等于三角形之高的原理，用表示組成土的三個粒組相對含量，即土中的三個垂直距離可以確定一點的距離。三角形坐標只適用于劃分為三個粒組的情況。例如當把粘性土劃分為砂土、粉土和粘土粒組時,就可以用圖1-2所示的三角形坐標圖來表示。3．粒度成分及其表示方法（7）三種方法特點和適用條件（１）表格法能很清楚的用數(shù)量說明土樣的個粒組含量，但對于大量土樣之間的比較就顯得過于冗長，且無直觀概念，使用比較困難。（２）累計曲線法能用一條曲線表示一種土的粒度成分，而且可以在一張圖上同時表示多種土的粒度成分，能直觀的比較其級配情況。3．粒度成分及其表示方法（8）（３）三角坐標法能用一點表示一種土的粒度成分，在一張圖上能同時表示許多種土的粒度成分，便于進行土料的級配設計。三角坐標圖中不同的區(qū)域表示土的不同組成，因而還可以用來確定按粒度成分菜蜘住名。（４）在工程上可根據(jù)使用的要求選用適合的表示方法，也可以在不同的場合選用不同的方法。3．粒度成分及其表示方法（9）圖1-3三角坐標圖（二）土的礦物成分（１）土中的礦物成分：1．原生礦物：原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。單礦物顆粒：石英、長石、云母等。多礦物顆粒：母巖碎屑、卵石、碎石。（二）土的礦物成分（２）2．次生礦物：粘土礦物，難溶鹽１）次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風化作用后形成的新礦物（如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦物以及碳酸鹽等）。次生礦物按其與水的作用可分為易溶的、難溶的和不溶的，次生礦物的水溶性對土的性質(zhì)有重要的影響。（二）土的礦物成分（３）２）粘土礦物主要有兩種原子結(jié)構單元組成：硅氧四面體鋁氫氧八面體粘土礦物的主要代表性礦物為

高嶺石：蒙脫石：具強烈的吸水膨脹、失水收縮特性伊利石：（二）土的礦物成分（４）由于其親水性不同，當其含量不同時土的工程性質(zhì)就各異。在以物理風化為主的過程中，巖石破碎而并不改變其成分，巖石中的原生礦物得以保存下來。在化學風化的過程中，有些礦物分解成為次生的粘土礦物。粘土礦物是很細小的扁平顆粒，表面具有極強的和水相互作用的能力。顆粒愈細，表面積愈大，這種親水的能力就愈強，對土的工程性質(zhì)的影響也就愈大。（二）土的礦物成分（5）3．有機質(zhì)：腐殖質(zhì)，泥炭在風化過程中，在微生物作用下，土中產(chǎn)生復雜的腐殖質(zhì)，此外還會有動植物殘體等有機物，如泥炭等。有機顆粒緊緊地吸附在無機礦物顆粒的表面形成了顆粒間的連接，但是這種連接的穩(wěn)定性較差。（二）土的礦物成分（6）4．粘土礦物的帶電性

粘土礦物帶電性在19世紀就為列依斯通過實驗發(fā)現(xiàn)了，稱為電滲電泳試驗（列依斯試驗）：如圖，接通電源后，發(fā)現(xiàn)陽極筒中水位不斷下降，變混濁，陰極筒內(nèi)水位上升說明：粘土顆粒帶負電正極=電泳水分子陽離子負極=電滲細顆粒（二）土的礦物成分（7）在工程上可以利用這一物理現(xiàn)象處理一些地基問題。帶電的原因：①從組成：組成粘土礦物晶片的邊面處為負離子，帶負電，面棱角處帶電，②了解作用：礦物一般在水中要離解的正負離子，正離子一向擴散到水中，所以礦物果粒帶負電：③吸附作用及置換作用→低價陽離子，置換晶體中的高價陽離子土里粒帶負電。（二）土的礦物成分（８）（三）土粒的形狀（１）土粒的形狀是多種多樣的，卵石接近于圓形而碎石頗多棱角，云母是薄片狀而石英砂卻是顆粒狀的。土粒形狀對于土的密實度和土的強度有顯著的影響，棱角狀的顆?；ハ嗲稊D咬合形成比較穩(wěn)定的結(jié)構，強度較高；磨圓度好的顆粒之間容易滑動，土體的穩(wěn)定性比較差。（三）土粒的形狀（２）土粒的形狀與土的礦物成分有關，也與土的形成條件及地質(zhì)歷史有關。原生礦物：粒狀片狀次生礦物：片狀針狀

顆粒的比表面積定義：比表面積砂高嶺土蒙脫土二、土的液相

結(jié)晶水（強、弱）結(jié)合水自由水土的液相是指存在于土孔隙中的水。通常認為水是中性的，在零度時凍結(jié)。但實際上土中的水是一種成分非常復雜的電解質(zhì)水溶液，它和親水性的礦物顆粒表面有著復雜的物理化學作用。水-極性分子。１．結(jié)合水（１）按照水與土相互作用程度的強弱，可將土中水分為結(jié)合水和自由水兩大類。結(jié)合水是指處于土顆粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服從靜水力學規(guī)律，其冰點低于零度。結(jié)合水又可分為：強結(jié)合水弱結(jié)合水。１．結(jié)合水（２）（１）強結(jié)合水在最靠近土顆粒表面處，水分子和水化離子排列得非常緊密，以致其密度大于1，并有過冷現(xiàn)象，即溫度降到零度以下不發(fā)生凍結(jié)的現(xiàn)象。１．結(jié)合水（３）（２）在距土粒表面較遠地方的結(jié)合水稱為弱結(jié)合水。

由于引力降低，弱結(jié)合水的水分子的排列不如強結(jié)合水緊密，弱結(jié)合水可能從較厚水膜或濃度較低處緩慢地遷移到較薄的水膜或濃度較高處，亦即可從一個土粒遷移到另一個土粒，這種運動與重力無關，這層不能傳遞靜水壓力的水定義為弱結(jié)合水。１．結(jié)合水（４）圖1-4吸著水示意圖１．結(jié)合水（５）圖1-5土粒、結(jié)合水、自由水示意圖２．自由水（１）２.自由水包括：毛細水重力水１）毛細水不僅受到重力的作用，還受到表面張力的支配，能沿著土的細孔隙從潛水面上升到一定的高度。這種毛細上升對于公路路基土的干濕狀態(tài)及建筑物的防潮有重要影響。

2）重力水在重力或壓力差作用下能在土中滲流，對于土顆粒和結(jié)構物都有浮力作用，在土力學計算中應當考慮這種滲流及浮力的作用力。在以后的章節(jié)中將進一步討論重力水的滲流及浮力的作用與計算問題。２．自由水（2）圖1-6土層內(nèi)的毛細管水帶圖1-7毛細管水壓示意圖三、土的氣相（１）土的氣相是指充填在土的孔隙中的氣體，包括與大氣連通的和不連通的兩類。與大氣連通的氣體對土的工程性質(zhì)沒有多大的影響，它的成分與空氣相似，當土受到外力作用時，這種氣體很快從孔隙中擠出；三、土的氣相（２）密閉的氣體對土的工程性質(zhì)有很大的影響，密閉氣體的成分可能是空氣、水汽或天然氣。在壓力作用下這種氣體可被壓縮或溶解于水中，而當壓力減小時，氣泡會恢復原狀或重新游離出來。含氣體的土稱為非飽和土，非飽和土的工程性質(zhì)研究已成為土力學的一個新分支。1.3土的結(jié)構與構造一、土的結(jié)構在漫長的地質(zhì)年代里，由各種物理的、化學的、物理一化學的及生物的因素綜合作用形成土的各種結(jié)構，使得大自然的土具有各種各樣的工程特征。研究土的工程性質(zhì)必須重視對土的結(jié)構性的分析，學習土力學也必須掌握有關土的結(jié)構構造的知識。

一、土的結(jié)構（１）

土的結(jié)構是指土粒（或團粒）的大小、形狀、互相排列及聯(lián)結(jié)的特征

土的結(jié)構是在成土過程中逐漸形成的，它反映了土的成分、成因和年代對土的工程性質(zhì)的影響。例如西北黃土的大孔隙結(jié)構是在干旱的氣候條件下形成的，而西南的紅粘土是在濕熱的氣候條件下形成的。這二種土雖然都具有大孔隙，但成因不同，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)不同，工程性質(zhì)也就截然不同。土的結(jié)構對土的工程性質(zhì)有重要的影響，但到目前為止還未能提出滿意的定量方法來描述土的結(jié)構。一、土的結(jié)構（2）土的結(jié)構按其顆粒的排列和聯(lián)結(jié)可分為圖1-8所示的三種基本類型。土的單粒結(jié)構土的蜂窩結(jié)構土的絮狀結(jié)構圖1-8土的結(jié)構的基本類型一、土的結(jié)構（3）一、土的結(jié)構（4）S=57MPaS=38MPaS=0圍壓為4MPa時的結(jié)構復形照片剪切帶斷面放大系數(shù)為12

放大系數(shù)為35１．單粒結(jié)構（１）單粒結(jié)構這是碎石土和砂土的結(jié)構特征。其特點是土粒間沒有聯(lián)結(jié)存在，或聯(lián)結(jié)非常微弱，可以忽略不計。疏松狀態(tài)的單粒結(jié)構在荷載作用下，特別在振動荷載作用下會趨向密實，土粒移向更穩(wěn)定的位置，同時產(chǎn)生較大的變形；１．單粒結(jié)構（２）密實狀態(tài)的單粒結(jié)構在剪應力作用下會發(fā)生剪脹，即特點體積膨脹，密度變松。單粒結(jié)構的緊密程度取決于礦物成分、顆粒形狀、粒度成分及級配的均勻程度。片狀礦物顆粒組成的砂土最為疏松；渾圓的顆粒組成的土比帶棱角的容易趨向密實；土粒的級配愈不均勻，結(jié)構愈緊密。２．蜂窩狀結(jié)構這是以粉粒為主的土的結(jié)構特征，粒徑在0.02-0.002mm左右的土粒在水中沉積時，基本上是單個顆粒下沉，在下沉過程中碰上已沉積的土粒時，如土粒間的引力相對自重而言已經(jīng)足夠地大，則此顆粒就停留在最初的接觸位置上不再下沉，形成大孔隙的蜂窩狀結(jié)構。３．絮狀結(jié)構這是粘土顆粒特有的結(jié)構，懸浮在水中的粘土顆粒當介質(zhì)發(fā)生變化時，土粒互相聚合，以邊一邊、面一邊的接觸方式形成絮狀物下沉，沉積為大孔隙的絮狀結(jié)構。一、土的結(jié)構（5）卸載時土體的膨脹（如鉆探取土時土樣的膨脹或基坑開挖時基底的隆起）會松動土的結(jié)構；當土層失水干縮或介質(zhì)變化時，鹽類結(jié)晶膠結(jié)能增強土粒間的聯(lián)結(jié)；土的結(jié)構形成以后，當外界條件變化時，土的結(jié)構會發(fā)生變化。土層在上覆土層作用下壓密固結(jié)時，結(jié)構會趨于更緊密的排列；一、土的結(jié)構（6）在外力作用下（如施工時對土的擾動或剪應力的長期作用）會弱化土的結(jié)構，破壞土粒原來的排列方式和土粒間的聯(lián)結(jié)，使絮狀結(jié)構變?yōu)槠叫械闹厮芙Y(jié)構，降低土的強度，增大壓縮性。因此，在取土試驗或施工過程中都必須盡量減少對土的擾動，避免破壞土的原狀結(jié)構。二、土的構造非層理構造層理構造：正常層理薄層透鏡體尖滅體斜層面1.4土的物理性質(zhì)指標（三相比例指標）（１）土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關系稱為三相比例指標。三相比例指標反映:土的干燥與潮濕疏松與緊密這是評價土的工程性質(zhì)的最基本的物理性質(zhì)指標，也是工程地質(zhì)勘察報告中不可缺少的基本內(nèi)容。1.4土的物理性質(zhì)指標（三相比例指標）（２）ThreePhasesinSoilsS:SolidSoilparticleW:LiquidWater(electrolytes)

A:AirAir1.4土的物理性質(zhì)指標（三相比例指標）（３）為了推導土的三相比例指標，通常把在土體中實際上是處于分散狀態(tài)的三相物質(zhì)理想化地分別集中在一起，構成如圖1-3所示的三相圖。在圖（c）中，右邊注明各相的體積，左邊注明各相的質(zhì)量。土樣的體積V為土中空氣的體積

、水的體積

和土粒的體積

之和；土樣的質(zhì)量

為土中空氣的質(zhì)量

、水的質(zhì)量

和土粒的質(zhì)量之和；通常認為空氣的質(zhì)量可以忽略，則土樣的質(zhì)量就僅為水和土粒質(zhì)量之和。1.4土的物理性質(zhì)指標（三相比例指標）（４）三相比例指標可分為兩種，一種是試驗指標；另一種是換算指標。（a）實際土體；（b）土的三相圖；（c）各相的質(zhì)量與體積圖1-1土的三相圖一、試驗指標

1土的密度

2土粒比重（土粒相對密度）

3土的含水（量）率通過試驗測定的指標有土的密度、土粒比重和含水量。１．土的密度（１）土的密度是單位體積土的質(zhì)量，如令土的體積為,質(zhì)量為

，則土的密度

可由下式表示：１．土的密度（２）土的密度常用環(huán)刀法測定，其單位是

，一般土的密度為

。當用國際單位制計算重力

時，由土的質(zhì)量產(chǎn)生的單位體積的重力稱為重力密度），簡稱為重度；重力等于質(zhì)量乘以重力加速度，則重度由密度乘以重力加速度求得，其單位是

，但在工程上為簡化計常用其密度乘以10。１．土的密度（３）對天然土求得的密度稱為天然密度，相應的重度稱為天然重度，以區(qū)別于其他條件下的指標，如下面將要講到的干密度和干重度、飽和密度和飽和重度等。２．土粒比重土粒比重是干土粒的質(zhì)量

與其同體積4°C時水的質(zhì)量之比，由下式表示：1．土粒密度（4）土名砂土砂質(zhì)粉土粘質(zhì)粉土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.65~2.692.702.712.72~2.732.74~2.76表1-4土粒比重的一般數(shù)值1．土粒密度（5）3土的含水率

是土中水的質(zhì)量

與固體（土粒）質(zhì)量

之比，由下式表示:1．土粒密度（6）含水率通常以百分數(shù)表示。含水率常用烘干法測定，是描述土的干濕程度的重要指標，土的天然含水率變化范圍很大，從干砂的含水率接近于零到蒙脫土的含水率可達百分之幾百。二、換算指標（１）除了上述三個試驗指標之外，還有六個可以計算求得的指標，稱為換算指標，包括土的干密度（干重度）、飽和密度（飽和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率和飽和度。二、換算指標（２）土的孔隙比

土的孔隙率土的飽和度二、換算指標（３）土的干密度土的飽和密度土的浮密度二、換算指標（４）土的重度土的干重度土的飽和重度土的有效（?。┲囟雀擅芏?/p>

是土的固相質(zhì)量

與土的總體積

之比，可由下式表示：

土的干密度越大，土越密實，強度就越高，水穩(wěn)定性也好。干密度常用作填土密實度的施工控制指標。１．干密度２．土的飽和密度土的飽和密度是當土的孔隙中全部為水所充滿時的密度，即全部充滿孔隙的水的質(zhì)量

與固相質(zhì)量

之和與土的總體積

之比，由下式表示：

當用干密度或飽和密度計算重力時，也應乘以10變換為干重度或飽和重度。３．浮重度當土浸沒在水中時，土的固相受到水的浮力作用，土體的重力也應扣除浮力。計算地下水位以下土層的自重應力時應當用有效重度，有效重度是扣除浮力以后的固相重力與土的總體積之比（又稱為浮重度），由下式表示：

式中——為水的重度，純水在4℃時的重度等于9.81，在工程上化整為l0。４．土的孔隙比土的孔隙比是孔隙的體積

與固相體積

之比，由下式表示：

孔隙比用來評價土的緊密程度，或從孔隙比的變化推算土的壓密程度，在土力學的計算中經(jīng)常用到這個指標。５．土的孔隙率土的孔隙率是孔隙的體積

與土的總體積

之比，由下式表示：

６．土的飽和度土的飽和度是指孔隙中水的體積

與孔隙體積

之比，由下式表示：三、三相比例指標的換算（１）土的三相比例指標之間可以互相換算，根據(jù)上述三個試驗指標，可以用換算公式求得。全部計算指標，也可以用某幾個指標換算其他的指標。這種換算關系見表1-5。三、三相比例指標的換算（２）表1-5三相指標的換算關系三、三相比例指標的換算（３）【例題1-1】已知土的試驗指標為

=17,

=27.2和=l0％，求

、

和。【解】可以有二種解法。第一種方法直接用表1-5中的換算公式計算；第二種方法利用試驗指標按定義分別求出三相物質(zhì)的重力和體積，然后按定義計算。三、三相比例指標的換算（４）第一種方法三、三相比例指標的換算（５）第二種方法

設土的體積等于1，則土的重力

已知土粒的重力

與水的重力

之和等于土的重力,即

水的重力

與土的重力

之比等于含水量

則

解聯(lián)立方程即可得土粒的重力

和水的重力三、三相比例指標的換算（６）土粒體積

可由土粒的重度

和土粒的重力

求得，其值為0.57m3，孔隙的體積

為0.43m3，水的體積

由水的重度

和水的重力

求得，其值為0.15m3。求得三相物質(zhì)的重力和體積以后就可根據(jù)定義計算孔隙比,

飽和度和干重度

的數(shù)值。三、三相比例指標的換算（７）三、三相比例指標的換算（８）從上述二種方法計算的結(jié)果看出，在尾數(shù)上有一個單位的誤差，這是第二種方法計算誤差積累的緣故，在工程實用上一般都用第一種方法計算。這里介紹第二種方法的目的是為了使讀者通過例題熟悉三相指標的定義。三、三相比例指標的換算（９）【例題1-2】已知飽和粘土的含水量為36％，求其孔隙比?！窘狻看祟}只給出一個試驗指標，但同時給出飽和、粘土二個可以利用的條件，飽和土的飽和度為1，粘土的土粒密度可以從表1-4查得為2.74～2.76(g/cm3)，如以中間值計算則得三、三相比例指標的換算（１０）如果土的密度取下限值2.74,則求得土的孔隙比為0.986；如取上限值2.76，則求得土的孔隙比為0.994。這對于取小數(shù)點后二位的精度，孔隙比均為0.99，可見表1-4中土的密度值的幅度變化對于三相指標的計算影響不大。此題的目的是為了使讀者學習如何查用土的密度的經(jīng)驗值以及掌握飽和土的物理特性，對飽和土來說，孔隙比與含水量呈線性關系，軟土的含水量一般均超過36％。大量實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計也證明了這一點。1.5土的物理狀態(tài)和土的壓實度粘性土的界限含水量在生活中經(jīng)常可以看到這樣的現(xiàn)象，雨天土路泥濘不堪，車輛駛過便形成深深的車轍，而放晴以后土路卻異常堅硬。這種現(xiàn)象說明土的工程性質(zhì)與它的含水量有著十分密切的關系，因此需要定量地加以研究。一、粘性土的狀態(tài)與界限含水量土從泥濘到堅硬經(jīng)歷了幾個不同的物理狀態(tài)。含水量很大時土就成為泥漿，是一種粘滯流動的液體，稱為流動狀態(tài)；含水量逐漸減少時，粘滯流動的特點漸漸消失而顯示出塑性。所謂塑性就是指可以塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，并在外力解除以后能保持已有的形狀而不恢復原狀的性質(zhì)。粘土的可塑性是一個十分重要的性質(zhì)，對于陶瓷工業(yè)、農(nóng)業(yè)和土木工程都有重要的意義。當含水量繼續(xù)減少時，則發(fā)現(xiàn)土的可塑性逐漸消失，從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)。（一）粘性土的狀態(tài)圖1-9粘性土的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程

（二）分界含水量（１）分界含水量：從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)的分界點１.流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)間的分界含水量稱為液限

；２.可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)間的分界含水量稱為塑限;３.半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)間的分界含水量稱為縮限

。（二）分界含水量（２）塑限

和液限

在國際上稱為阿太堡界限(Atterberglimits)，來源于農(nóng)業(yè)土壤學，后來被應用于土木工程，成為粘性土的重要指標。

塑限

是用搓條法測定的。把塑性狀態(tài)的土在毛玻璃板上用手搓條，在緩慢的、單方向的搓動過程中土內(nèi)的水分漸漸蒸發(fā)，如搓到土條的直徑為3mm左右時斷裂為若干段，則此時的含水量即為塑限

。（二）分界含水量（３）

搓好的泥條（二）分界含水量（４）液限

可用兩種方法測定。我國采用平衡錐式液限儀測定，平衡錐重為76g，錐角為300。試驗時使平衡錐在自重作用下沉入土體，當達到規(guī)定的深度時的含水量即為液限。沉人深度按試驗標準有兩種規(guī)定，一種為l0mm；另一種為17mm。前一種標準是我國慣用的標準，《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GBJ7一89)和《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021一94)采用這一標準。（二）分界含水量（５）

《土的工程分類標準》(GBJ145-90)則采用后一種標準錐式液限儀二、塑性指數(shù)（１）可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征?？伤苄缘拇笮∮猛撂幵谒苄誀顟B(tài)的含水量變化范圍來衡量，從液限到塑限含水量的變化范圍愈大，土的可塑性愈好。這個范圍稱為塑性指數(shù)

。

塑性指數(shù)習慣上用不帶％的數(shù)值表示。二、塑性指數(shù)（２）

Atterberg界限是細粒土顆粒與土中水相互物理化學作用的結(jié)果。土中粘粒含量越多，土的可塑性就越大，液限、塑限和塑性指數(shù)都相應增大，這是由于粘粒部分含有較多的粘土礦物顆粒和有機質(zhì)的緣故。二、塑性指數(shù)（３）如以塑性指數(shù)為縱坐標，小于0.002mm的膠粒含量為橫坐標繪制散點圖，如圖1-10所示。圖1-10土的活動性指數(shù)二、塑性指數(shù)（４）按活動性指數(shù)的大小，可以劃分為低活動性粘土（AC

＜0.75）中等活動性粘土（AC=0.75-1.25）高活動性粘土(AC＞1.25)。二、塑性指數(shù)（５）當粘粒部分為不同礦物成分時，其活動性指數(shù)是不同的。根據(jù)Skempton的報道：石英的活動性指數(shù)為零方解石僅為0.18云母為0.23高嶺石為0.33-0.46伊利石為0.90鈣蒙脫石為1.5鈉蒙脫石為7.2二、塑性指數(shù)（６）從這些資料可知，土的高塑性的機理在于土的粘粒部分中含有能與水發(fā)生物理化學作用的高親水性的粘土礦物。塑性指數(shù)是土的最基本、最重要的物理指標之一，它綜合地反映了土的物質(zhì)組成，廣泛應用于土的分類和評價。三、液性指數(shù)（１）土的天然含水量是反映土中水量多少的指標，在一定程度上說明土的軟硬與干濕狀況。僅有含水量的絕對數(shù)值卻不能確切地說明土處在什么狀態(tài)。

三、液性指數(shù)（２）如果有幾個含水量相同的土樣，但它們的塑限、液限不同，那么這些土樣所處的狀態(tài)可能不同。例如，土樣的含水量為32％，則對于液限為30％的土是處于流動狀態(tài)，而對液限為35％的土來說則是處于可塑狀態(tài)。三、液性指數(shù)（３）需要提出一個能表示天然含水量與界限含水量相對關系的指標—液性指數(shù)

來描述土的狀態(tài)?？伤軤顟B(tài)的土的液性指數(shù)在0到1之間，液性指數(shù)越大，表示土越軟；液性指數(shù)大于1的土處于流動狀態(tài)；小于0的土則處于固體狀態(tài)或半固體狀態(tài)。液性指數(shù)三、液性指數(shù)（４）液性指數(shù)固然可以反映土所處的狀態(tài)，但必須指出，液限和塑限都是用重塑土測定的，沒有反映土的原狀結(jié)構的影響。保持原狀結(jié)構的土即使天然含水量大于液限，但仍有一定的強度，并不呈流動的性質(zhì)，可稱為潛流狀態(tài)。這就是說，雖然原狀土并不流動，但一旦天然結(jié)構被破壞時，強度立即喪失而出現(xiàn)流動的性質(zhì)。三、液性指數(shù)（５）

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021一94）規(guī)定粘性土的狀態(tài)應根據(jù)液性指數(shù)IL分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑，并應符合圖1-11的規(guī)定。圖1-11塑性圖三、液性指數(shù)（６）【例題1-3】已知粘性土土的液限為41％，塑限為22％，飽和度為0.98，孔隙比為1.55，試計算塑性指數(shù)、液性指數(shù)及確定粘性土的狀態(tài)。三、液性指數(shù)（７）

【解】根據(jù)液限和塑限可以求得塑性指數(shù)為19，土的密度可從表1-4查得，則土的含水量及液性指數(shù)可由下式求得四、砂土的密實度砂土的密實度對其工程性質(zhì)具有重要的影響。密實的砂土具有較高的強度和較低的壓縮性，是良好的建筑物地基；但松散的砂土，尤其是飽和的松散砂土，不僅強度低，且水穩(wěn)定性很差，容易產(chǎn)生流砂、液化等工程事故。對砂土評價的主要問題是正確地劃分其密實度。（一）相對密實度（１）土的孔隙比一般可以用來描述土的密實程度，但砂土的密實程度并不單獨取決于孔隙比，而在很大程度上取決于土的級配情況。粒徑級配不同的砂土即使具有相同的孔隙比，但由于顆粒大小不同，顆粒排列不同，所處的密實狀態(tài)也會不同。為了同時考慮孔隙比和級配的影響，引入砂土相對密實度的概念。（一）相對密實度（２）最小孔隙比:砂土處于最密實狀態(tài)時的孔隙比最大孔隙比:砂土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比按下式計算砂土的相對密實度

：

（一）相對密實度（３）從上式可以看出，當砂土的天然孔隙比接近于最小孔隙比時，相對密實度接近于ｌ，表明砂土接近于最密實的狀態(tài)；而當天然孔隙比接近于最大孔隙比則表明砂土處于最松散的狀態(tài)，其相對密實度接近于0。根據(jù)砂土的相對密實度可以按表1-6將砂土劃分為密實、中密、和松散三種密實度。表1-6砂土密實度劃分標準密實度密實中密松散相對密實度1~0.670.67~0.330.33~0（一）相對密實度（4）我國一些地區(qū)砂土的最大孔隙比和最小孔隙比的實測資料見表1-7。從表可以看出顆粒的大小和級配對砂土的這二個指標的影響，隨著粒度增大，最大孔隙比和最小孔隙比都相應地減少；級配良好的砂土與級配均勻的相比，最大孔隙比增大，最小孔隙比減小。土類地區(qū)最大孔隙比最小孔隙比粉砂黑龍江1.210.62細砂1.080.59中砂1.010.55粗砂0.980.52礫砂0.980.48土類地區(qū)最大孔隙比最小孔隙比中砂(級配均勻)(級配良好)四川德陽1.051.140.670.51粗砂(級配均勻)(級配良好)0.891.040.560.48礫砂(級配均勻)(級配良良好)0.640.740.400.38表1-7砂土最大孔隙比和最小孔隙比資料（一）相對密實度（5）（二）標準貫入試驗（１）

從理論上講，用相對密實度劃分砂土的密實度是比較合理的。但由于測定砂土的最大孔隙比和最小孔隙比試驗方法的缺陷，試驗結(jié)果常有較大的出入；同時也由于很難在地下水位以下的砂層中取得原狀砂樣，砂土的天然孔隙比很難準確地測定，這就使相對密實度的應用受到限制。因此，在工程實踐中通常用標準貫入擊數(shù)來劃分砂土的密實度。（二）標準貫入試驗（２）標準貫入試驗聲用規(guī)定的錘重(63.5kg)和落距(76cm)把標準貫入器（帶有刃口的對開管，外徑50mm,內(nèi)徑35mm）打入土中，記錄貫入一定深度（30cm）所需的錘擊數(shù)N值的原位測試方法。標準貫入試驗的貫入錘擊數(shù)反映了土層的松密和軟硬程度，是一種簡便的測試手段。

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）規(guī)定砂土的密實度應根據(jù)標準貫入錘擊數(shù)按表1-8的規(guī)定劃分為密實、中密、稍密和松散四種狀態(tài)。表1-8按標準貫入錘擊數(shù)N值確定砂土密實度N

值密度值N≤10松散10＜N≤15稍密15＜N≤30中密N＞30密實（二）標準貫入試驗（3）（二）標準貫入試驗（4）五、土的壓實性（１）

1．概述土用作地基土用作材料：經(jīng)人工作用：土的結(jié)構、構造、w等有很大變化，與天然情況下不相同。

五、土的壓實性（２）（不同）概念：

壓實：土體受瞬時重復荷重，土粒很快克服阻力，產(chǎn)生位移，↓↑，稱為壓實。

壓縮：

固結(jié)：粘性土壓實過程，主要是排氣，使↓，可使

↑，↓↓。1．概述直到1933年，Proctor建立了壓實理論，說明了—關系，提出

和

概念。（30年代以后---近代方法修建的土石壩）（土石壩）填方工程的主要問題之一：正確掌握土的壓實特性，合理選擇壓實機械和壓實參數(shù)。壓實機械：平碾、網(wǎng)絡碾，墊塊碾、氣胎碾、夯板、振動碾壓費用占土石壩造價10～15%。2．土的擊實試驗含水率的影響干密度擊實功的影響最優(yōu)含水率含水率最大干密度干密度擊實曲線干密度含水率3．壓實原理（１）壓實：土在瞬時重復荷重作用下，土顆粒很快克服粒間力，產(chǎn)生位移，土的孔隙減小，重度增加，稱為壓實。土的壓實線。對壓實機理還沒有說服力的解釋推理、判斷。3．壓實原理（２）（１）普氏毛管潤滑說

低，產(chǎn)生負孔壓，毛管壓力使土粒拉緊，阻力大，不易壓實；隨

增大，水起潤滑，但

太大，隨

↑，水占孔隙體積、排不出，

反而降低。3．壓實原理（３）（２）霍金吐根的粘著水說

低，較干燥時，凝聚力較大，剪阻力大，

低，增高，水膜變厚，凝聚力減小，剪阻力小，

增加，當

增加到一定，粘著水的凝聚力不再降低，而增加的水分，不僅不能有助于壓實，反而使

減少。3．壓實原理（４）（３）蘭姆的顆粒定向理論從土的結(jié)構（雙電層理論）解釋：

低：孔隙水鹽濃度大，顆間以吸收引力為主，呈凝聚結(jié)構，不易壓實，使

小；

增加：雙電層擴張，使引力減小而斥力增加，形成分散結(jié)構，易壓實而

升高。

這一理論僅考慮片狀粘粒，不適于粗粘土非尾片土。

、—一個地區(qū)的

與

相關關系，統(tǒng)計而來。4．壓實對土的工程性質(zhì)和力學性質(zhì)的影響（１）

（1）強度：土的強度隨↑而增加，但峰值在

干側(cè)，達到和超過關

時

增加而強度下降，過度壓實，施工必須控制在

干側(cè)。（2）壓縮性：土的壓縮性隨↑而減少，但飽和后壓縮性增加（與強度結(jié)論相同）。4．壓實對土的工程性質(zhì)和力學性質(zhì)的影響（２）（3）滲透性：土的滲透性縫↑而減小，在

濕測

最小，防滲材料，濕測有利。（4）膨脹量：同一種土，不同的

，不同的制備，其膨脹量不同。

試驗：

同↑膨脹量大，↑，

同，膨脹量小。對膨脹土，壓實使↑是不利的，控制

在濕側(cè)，可減少膨脹量。5．影響土壓實的因素（１）（１）含水量的影響（２）壓實功能能對壓實的影響（３）土類對壓實的影響（４）含水量制備方法對壓實的影響5．影響土壓實的因素（2）規(guī)程：1）將土風干，加水↑分樣擊實，

2）由干到濕風干逐級加水↓↑

3）濕水逐級風干↑↓由濕到干：內(nèi)濕外干→=<平均，不均勻。由干到濕：內(nèi)干外濕→=

><

平均，此為客觀推測還未試驗證實。5．影響土壓實的因素（３）（５）粘土礦物及交換陽離子對壓實的影響伊利土，高嶺土壓實性較好。蒙脫土，壓實性變化較大。含有不同交換陽離子的粘土礦物，壓實性也不同，壓實順序是Na>Cc>Mg>Fe>K。（６）溫度對壓實性的影響（７）粗料含量對壓實的影響5．影響土壓實的因素（４）5．影響土壓實的因素（５）5．影響土壓實的因素（６）5．影響土壓實的因素（７）5．影響土壓實的因素（８）5．影響土壓實的因素（９）5．影響土壓實的因素（１０）5．影響土壓實的因素（１１）5．影響土壓實的因素（１２）5．影響土壓實的因素（１３）5．影響土壓實的因素（１４）1.6

土的工程分類（１）一、概述土的工程分類是地基基礎勘察與設計的前提，一個正確的設計必須建立在對土的正確評價的基礎上，而土的工程分類正是工程勘察評價的基本內(nèi)容。1.6

土的工程分類（２）因此土的工程分類是巖土工程界普遍關心的問題之一，也是勘察、設計規(guī)范的首要內(nèi)容，在20世紀80年代到90年代制訂的一批規(guī)范發(fā)展和豐富了土的分類系統(tǒng)，我國的巖土分類學研究達到了一個新的水平。一、概述（１）

20世紀初期，瑞典土壤學家阿太堡

(A.Atterberg)提出了土的粒組劃分方法和土的液限、塑限的測定方法，為近代土分類系統(tǒng)的形成奠定了基礎。到40年代末50年代初，土的工程分類已逐步成熟，形成了不同的分類體系。一、概述（２）土的分類系統(tǒng)是把不同的土分別安排到各個具有相近性質(zhì)的組合中去，其目的是為了人們有可能根據(jù)同類土已知的性質(zhì)去評價其性質(zhì)，或為工程師提供一個可供采用的描述與評價土的方法。由于各類工程的特點不同，分類依據(jù)的側(cè)重面也就不同，因而形成了服務于不同工程類型的分類體系。對同樣的土如果采用不同的規(guī)范分類，定出的土名可能會有差別。在使用規(guī)范時必須充分注意這個問題。一、概述（３）分類只能提供一些最基本的信息，指導工程師選擇合適的勘察方法與試驗方法，明確評價的重點，建議必要的施工措施，但分類不能代替試驗和評價。在進行分類研究的時候，要遵循同類土的工程性質(zhì)最大程度相似和異類土的工程性質(zhì)顯著差異的原則來選擇分類指標和確定分類界限。離開了對工程性質(zhì)變化規(guī)律的研究這一前提，就不可能得出正確的工程分類結(jié)果。一、概述（４）土的工程分類我國土的工程分類：建設部、水利部、交通部土的分類標準：土體總的分類體系1．巨粒土和含巨粒土的分類1．巨粒土和含巨粒土的分類：巨粒土（再2分）d＞60mm的巨粒（質(zhì)量）組含量≥75%的土?；旌暇蘖Ｍ粒?分）d＞60mm的巨粒（質(zhì)量）組含量＜75%～＞50%的土。巨?；旌贤粒海?分）d＞60mm的巨粒（質(zhì)量）組含量≤50%～≥15%的土。2．粗粒土的分類2．粗粒土的分類：粗粒土：d＞0.075mm的粗粒組含量＞50%的土礫類土：（再三分）d＞2mm的粗粒組含量＞50%的土砂類土：（再三分）d＞2mm的粗粒組含量≤50%的土P31表1-113．細粒土的分類3．細粒土的分類：細粒土：d＞0.075的細粒組質(zhì)量≥50%的土再三分，塑性圖分類。

《建筑地基基礎設計規(guī)范》中的地基土分類二、碎石土分類（１）碎石土是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過總質(zhì)量的50％的土，按粒徑和顆粒形狀可進一步劃分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫，劃分的標準見表1-9。二、碎石土分類（２）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的顆粒含量超過總質(zhì)量的50%卵石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒含量超過總質(zhì)量的50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒含量超過總質(zhì)量的50%注:分類時應根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定表1-9碎石土的分類(GBJ7-89)三、砂土分類（１）砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50％且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過總質(zhì)量的50％的土。砂土可再劃分為5個亞類，即礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂，劃分的標準見表1-11。三、砂土分類（２）土的名稱粒組含量礫砂粒徑大于2mm的顆粒含量占總質(zhì)量的25%~50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒含量占總質(zhì)量的50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒含量占總質(zhì)量的50%細砂粒徑大于0.075mm的顆粒含量占總質(zhì)量的85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒含量占總質(zhì)量的50%表1-11砂土的分類(GBJ7-89)注:分類時應根據(jù)粒組含量由大天小以最先符合者確定四、細粒土分類（１）粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50％的土屬于細粒土，細粒土可劃分為粉土和粘性土兩大類，粘性土可再劃分為粉質(zhì)粘土和粘土兩個亞類，劃分標準見表1-12。四、細粒土分類（２）塑性指數(shù)土的名稱IP>17粘土10<IP≤17粉質(zhì)粘土IP≤10粉土表1-12

細粒土分類（GBJ7-89）四、細粒土分類（３）粉土是介于砂土和粘性土之間的過渡性土類，它具有砂土和粘性土的某些特征，根據(jù)粘粒含量可以將粉土再劃分為砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土，具體劃分標準見表1-13。表1-13粉土兩類的劃分粘粒含量土的名稱粒徑小于0.005mm的顆粒含量小于等于總量的10%砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過總質(zhì)量的10%粘質(zhì)粉土五、塑性圖分類（１）塑性圖分類最早由美國卡薩格蘭特(A.Casagrande)于1942年提出，是美國試驗與材料協(xié)會（ASTM）統(tǒng)一分類法體系中細粒土的分類方法，后來為歐美許多國家所采用。塑性圖以塑性指數(shù)為縱坐標，液限為橫坐標，如圖1-6所示。五、塑性圖分類（2）圖1-11塑性圖五、塑性圖分類（3）圖中有兩條經(jīng)驗界限，斜線稱為A線，它的方程為它的作用是區(qū)分有機土和無機土、粘土和粉土，根據(jù)卡薩格蘭特的建議，A線上側(cè)是無機粘土，下側(cè)是無機粉土或有機土；豎線稱為B線，其方程為

，其作用是區(qū)分高塑性土和低塑性土。五、塑性圖分類（４）在ASTM的分類體系中，在A線以上的土分類為粘土，如果液限大于50，稱為高塑性。粘土CH,液限小于50的土稱為低塑性粘土CL，在A線以下的土分類為粉土，液限大于50的土稱為高塑性粉土MH,液限小于50的土稱為低塑性粉土ML。在低塑性區(qū)，如果土樣處于A線以上，而塑性指數(shù)范圍在4~7之間，則土的分類應給以相應的搭界分類CL-ML。五、塑性圖分類（５）在應用ASTM塑性圖分類時應