巖土力學(xué)的資料第1頁/共215頁巖土力學(xué)的概念土力學(xué)是一門研究土體滲流、壓縮和強(qiáng)度三個(gè)主要課題的學(xué)科巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性態(tài)的理論和應(yīng)用的學(xué)科第2頁/共215頁巖土力學(xué)的研究對(duì)象研究對(duì)象：土和巖石土體是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，是一種松散的顆粒堆積物。

巖石是由礦物和巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而成的自然體。巖體是受到各種性質(zhì)的軟弱面切割而成的自然地質(zhì)綜合體。巖體結(jié)構(gòu)：包括結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。

第3頁/共215頁巖土力學(xué)研究的內(nèi)容對(duì)工程地質(zhì)定性成果進(jìn)行定量分析和計(jì)算巖土體物力性質(zhì)研究巖土體的穩(wěn)定性參數(shù)測(cè)試方法研究、現(xiàn)場(chǎng)大型力學(xué)試驗(yàn)、應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)巖土體中應(yīng)力和應(yīng)變的分布規(guī)律及巖土體和工程建筑物相互作用的研究影響巖土體穩(wěn)定性的各種因素和作用力，定量評(píng)價(jià)巖土體穩(wěn)定性的理論和科學(xué)計(jì)算方法的研究加固巖土體的工程措施和處理技術(shù)研究第4頁/共215頁巖土力學(xué)在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)作用一(宏觀）應(yīng)用巖土力學(xué)知識(shí)分析、計(jì)算、評(píng)價(jià)建筑物地基變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，確保水庫、大壩等的安全可靠性盡可能把不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，提高建筑物的穩(wěn)定性并節(jié)約投資第5頁/共215頁作用二：水利水電建設(shè)中的巖土工程0概述壩堤基礎(chǔ)的穩(wěn)定、地下電站建設(shè)、引水隧道建設(shè)、開挖邊坡、評(píng)價(jià)水利水電的建設(shè)環(huán)境和地下滲透水的狀態(tài)等與巖土工程密切相關(guān)的是高壩建設(shè)、引水隧洞、自然邊坡的穩(wěn)定三峽大型水利樞紐，面對(duì)一系列巖土工程技術(shù)難題，如船閘高邊坡的計(jì)算分析與建設(shè)第6頁/共215頁0概述二灘水電站在基巖上建高壩要求解決建基面的力學(xué)分級(jí)，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，多裂隙巖體的強(qiáng)度及變形分析方法二灘地下廠房規(guī)模為世界第四，洞室群要求采用施工優(yōu)化系統(tǒng)高165M處于復(fù)雜地基上的李家峽拱壩，在大壩軟弱夾層運(yùn)用了砼置換、抗震樁、傳力峒及600T位的錨拉技術(shù)第7頁/共215頁1高壩建設(shè)中的巖土工程問題（1）勘探技術(shù)方面高壩基巖的勘探，需解決許多與工程地質(zhì)、巖體力學(xué)有關(guān)的難題，如區(qū)域性的構(gòu)造穩(wěn)定、復(fù)雜巖基、風(fēng)化基巖的力學(xué)特性（2）水利水電建設(shè)中的巖體質(zhì)量分級(jí)：巖體質(zhì)量分級(jí)按不同的工程類型，如大壩主地基、邊坡開挖工程等，進(jìn)行不同的分級(jí)。單因素分級(jí)法指標(biāo)：按巖石抗壓強(qiáng)度分級(jí)；按風(fēng)化程度分級(jí)；按巖石質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)；以彈性波速度分級(jí)。第8頁/共215頁1高壩建設(shè)中的巖土工程問題多因素分級(jí)法指標(biāo)：按巖體連續(xù)性分級(jí)；西班牙的圖末羅法分級(jí)；我國的損傷力學(xué)巖體分類法（3）大壩穩(wěn)定計(jì)算分析引用非線性非連續(xù)介質(zhì)模型對(duì)大壩穩(wěn)定性進(jìn)行分析清華大學(xué)的三維非線性大壩分析程序，可分析大型拱壩的整體穩(wěn)定性第9頁/共215頁1高壩建設(shè)中的巖土工程問題（4）壩基巖體穩(wěn)定評(píng)價(jià)目前主要采用計(jì)算分析法和模型試驗(yàn)法計(jì)算分析法：有限元法，剛體極限平衡法模型試驗(yàn)法：地質(zhì)力學(xué)模型，脆性材料模型評(píng)價(jià)拱壩壩肩巖體穩(wěn)定，是拱壩設(shè)計(jì)中面臨的最困難的問題之一第10頁/共215頁2土壩工程（1）土壩工程加固防滲應(yīng)用技術(shù)目前，我國已建成土壩6萬余座，占大壩總數(shù)的90%。我國土壩中大多是碾壓式土壩根據(jù)土石料的性質(zhì)，放在壩體內(nèi)適當(dāng)?shù)牟课徊⒉捎眠m當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)礫質(zhì)土、風(fēng)化巖、石渣用于筑壩的技術(shù)第11頁/共215頁2土壩工程利用機(jī)械把風(fēng)化巖壓碎作為防滲體把不同的土石料拌和后建成強(qiáng)度高的防滲體凍土筑壩技術(shù)瀝青砼塑料薄膜等材料作為土石壩的防滲結(jié)構(gòu)土壩基礎(chǔ)的不良地基處理：水泥粘土灌漿法、砼防滲墻、土鋪蓋防滲、泥漿防滲槽、化學(xué)材料灌漿、砂井加固等第12頁/共215頁2土壩工程（2）土壩工程設(shè)計(jì)土的強(qiáng)度力學(xué)模型的應(yīng)用土壩的穩(wěn)定性分析土壩分析中計(jì)算機(jī)數(shù)值方法的引入壩體變形和裂縫的研究引入仿真破壞模擬用有限元法模擬土壩滲流土壩邊坡穩(wěn)定分析的動(dòng)力分析方法沉降計(jì)算與固結(jié)理論第13頁/共215頁3地下水電站建設(shè)中的巖土工程地下水電站指引水道、調(diào)壓井、壓力管道、主廠房部分洞室、尾水洞室等均位于地下的電站在地質(zhì)條件允許的情況下，可充分利用圍巖承載能力減少支承結(jié)構(gòu)，節(jié)省鋼材、水泥，降低工程造價(jià)把圍巖視為承載結(jié)構(gòu)，建立巖體支護(hù)概念地下洞室計(jì)算方法－數(shù)值模擬法：塊體法、彈塑性模型分析法第14頁/共215頁3地下水電站建設(shè)中的巖土工程地下洞室的穩(wěn)定判據(jù)：以巖體的屈服、變形、狀態(tài)作為判據(jù)噴錨支護(hù)加固地下結(jié)構(gòu)：錨桿、錨索、噴射砼等洞室群的施工優(yōu)化：從全局出發(fā)，找出有利于圍巖穩(wěn)定而且經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化施工方案第15頁/共215頁作用三：鐵路建設(shè)中的巖土工程鐵路建設(shè)中的巖土工程包括巖土工程勘探、路基、橋梁基礎(chǔ)工程、隧道工程。遙感、物探、原位測(cè)試、巖土試驗(yàn)滑坡、崩塌、泥石流及巖溶等復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的鐵路工程軟土、膨脹土、黃土、凍土等特殊條件下的鐵路工程風(fēng)沙地區(qū)的鐵路工程第16頁/共215頁作用三：鐵路建設(shè)中的巖土工程錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、加筋土擋土墻、抗滑樁、樁板墻、錨索抗滑樁及土釘墻等各種支擋結(jié)構(gòu)工程重載及高速鐵路路基復(fù)雜條件下橋梁及基礎(chǔ)工程復(fù)雜條件下長(zhǎng)、大隧道工程第17頁/共215頁作用四：港口建設(shè)中的巖土工程港口建設(shè)中的巖土工程包括軟土地基的勘探取土和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、沿海軟粘土工程、軟基加固工程、樁基和其他港工結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)和施工工程采用淺層剖面儀在大面積水域中進(jìn)行初步勘探并結(jié)合少量鉆孔，鑒別土類和土層采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、土壓力計(jì)等常規(guī)設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和原體觀測(cè)用砂井排水堆載預(yù)壓方法加固軟粘土地基第18頁/共215頁作用四：港口建設(shè)中的巖土工程用袋裝砂井和塑料紙板排水處理淤泥質(zhì)海岸用振沖碎石樁法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、深層拌合法、填土超載擠淤法、爆炸擠淤法等加固軟基預(yù)應(yīng)力鋼筋砼空心方樁應(yīng)用于高樁碼頭大型鋼管樁應(yīng)用于建造深水碼頭大型預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管樁應(yīng)用于建造海水腐蝕碼頭第19頁/共215頁作用四：港口建設(shè)中的巖土工程其他港工建筑物基礎(chǔ)：大直徑圓筒結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻，大型扶壁，沉井和沉箱等第20頁/共215頁作用五：城建中的環(huán)境巖土工程處于江河湖泊或海洋沿岸的城市，城市環(huán)境災(zāi)害防治擺在重要地位城市防洪：須控制淹沒高度，涉及上下游河道清理工程、防洪堤和防汛墻工程等采取技措提高大壩抗洪能力：用探地雷達(dá)等無損檢測(cè)方法查明堤防工程的地層特點(diǎn)和險(xiǎn)情隱患；用旋噴等加固大堤地基；用防滲墻等延長(zhǎng)滲透途徑；采用經(jīng)濟(jì)高效新型加固材料加速工程進(jìn)度，提高工程質(zhì)量第21頁/共215頁作用五：城建中的環(huán)境巖土工程山城的泥石流治理：在形成區(qū)用溝坡兼治措施；在流通區(qū)，筑各種攔截壩、溢流壩；在堆積區(qū)，采取排導(dǎo)停淤措施港口城市須疏通航道，合理構(gòu)筑導(dǎo)堤，提高通航能力海岸城市須進(jìn)行岸坡穩(wěn)定保護(hù)，合理地構(gòu)筑圍海海堤城市地面沉降，涉及深井回灌、高層建筑糾偏等工程第22頁/共215頁任務(wù)

解決巖土工程問題通過巖土力學(xué)分析計(jì)算，提出建筑物結(jié)構(gòu)類型、施工方法及運(yùn)營使用中的注意事項(xiàng)提出改善和防治不良地質(zhì)條件，解決巖土工程問題的方法和措施第23頁/共215頁巖土力學(xué)的研究方法土力學(xué)的研究方法理論和室內(nèi)外土工試驗(yàn)及工程實(shí)踐相結(jié)合，理論計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)并重巖石土力學(xué)的研究方法采用對(duì)自然巖體進(jìn)行性質(zhì)測(cè)定、理論計(jì)算、科學(xué)試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法第24頁/共215頁巖土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史巖土力學(xué)是一門既古老、又新興的學(xué)科，人類很早就懂得廣泛利用土進(jìn)行工程建設(shè)（我國的長(zhǎng)城、南北大運(yùn)河）直到十八世紀(jì)中葉，人類對(duì)土在工程建設(shè)方面的特性，尚停留在感性認(rèn)識(shí)階段。第25頁/共215頁土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，提出了大量與土力學(xué)有關(guān)的問題和不少成功的經(jīng)驗(yàn)，特別是一些工程事故的教訓(xùn)，迫切促使人們?nèi)で罄碚摰慕忉?，并要求永通過實(shí)踐檢驗(yàn)的理論來直到以后的工程實(shí)踐。筑城學(xué)（歐洲）墻后土壓力問題鐵路、公路、水利工程土坡穩(wěn)定問題半經(jīng)驗(yàn)分析階段第26頁/共215頁土力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史二十世紀(jì)，隨著土建規(guī)模的擴(kuò)大，促使人們?nèi)娴叵到y(tǒng)地對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)作理論和實(shí)踐研究，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，世界不少國家分分成立專門土力學(xué)研究機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)研究。十八世紀(jì)二十年代，著名的土力學(xué)家太沙基的土力學(xué)專著《土力學(xué)》問世，標(biāo)志著土力學(xué)作為一門獨(dú)立的較系統(tǒng)而完整的學(xué)科，自1936年以來，已召開了十一屆國際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議。近四十年來，由于尖端科學(xué)、生產(chǎn)發(fā)展的需要，土力學(xué)的研究領(lǐng)域又有了明顯的擴(kuò)大土動(dòng)力學(xué)、凍土力學(xué)、海洋土力學(xué)、月球土力學(xué)同時(shí)巖石力學(xué)也已與土力學(xué)分離而單獨(dú)稱為一門學(xué)科。第27頁/共215頁巖石力學(xué)的進(jìn)展和動(dòng)向重視工程地質(zhì)宏觀研究大力發(fā)展巖體和巖石測(cè)試和檢測(cè)技術(shù)加強(qiáng)對(duì)巖體和巖石基本性質(zhì)的研究數(shù)值分析在巖石力學(xué)中廣泛應(yīng)用強(qiáng)調(diào)巖石力學(xué)在工程上的應(yīng)用，重點(diǎn)轉(zhuǎn)向地下工程重視工程實(shí)例的總結(jié)分析和現(xiàn)場(chǎng)判斷，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的建立工作第28頁/共215頁巖土力學(xué)的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)巖土力學(xué)，必須特別注意認(rèn)識(shí)土的特點(diǎn)多樣性易變性巖土力學(xué)密切結(jié)合專業(yè)和實(shí)踐的一門課程，學(xué)習(xí)中不但要著重于基本概念的理解，掌握計(jì)算方法而且要學(xué)會(huì)初步解決實(shí)際問題的能力。第29頁/共215頁巖土力學(xué)與其它課程的關(guān)系巖土力學(xué)屬于技術(shù)基礎(chǔ)課，它在一般基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起到承上啟下的作用。先行課程：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性理論初步、工程地質(zhì)學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)、水力學(xué)后續(xù)課程：水工結(jié)構(gòu)、地基及基礎(chǔ)巖土力學(xué)是一門邊緣學(xué)科，它所設(shè)計(jì)的自然科學(xué)范圍很廣，除了和力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)各鄰近學(xué)科有密切關(guān)系外，它還涉及到普通地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的知識(shí)領(lǐng)域。第30頁/共215頁第一章巖土的物理性質(zhì)及工程分類

1.1巖土體的特性1.1.1土的結(jié)構(gòu)與特性

土的概念及土的形成在土木工程領(lǐng)域，土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物，土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒膠結(jié)的強(qiáng)弱，所以，有時(shí)也會(huì)遇到難以區(qū)分的情況。

第31頁/共215頁土的來源土根據(jù)來源可分為無機(jī)土：巖石風(fēng)化天然土土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物有機(jī)土：腐殖土，由植物完全或部分分解的堆積物具有高壓縮性、低強(qiáng)度，為不良建筑物地基風(fēng)化：物理風(fēng)化：溫度應(yīng)力巖石開裂水的凍脹裂縫張開巖石開裂波浪沖擊地震風(fēng)沙礫沖擊巖石破裂化學(xué)風(fēng)化：巖石與空氣、水和各種溶液相接觸經(jīng)氧化炭化作用分解成細(xì)小的顆粒致使巖石的礦物成分發(fā)生變化水化在自然界，物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化是同時(shí)或交替進(jìn)行的，所以任何一種天然土通常既是物理風(fēng)化的產(chǎn)物，又是化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。第32頁/共215頁土的種類殘積土：巖石風(fēng)化后仍然留在原地的堆積物。殘積土的厚度和風(fēng)化程度主要取決于氣候條件和暴露時(shí)間，其明顯特征是顆粒多為角粒，且母巖種類對(duì)殘積土的性質(zhì)有顯著影響。(優(yōu)良母巖、質(zhì)地不良母巖)運(yùn)積土：經(jīng)流水、風(fēng)和冰川等動(dòng)力搬運(yùn)離開產(chǎn)地的堆積物?？煞譃楹恿鬟\(yùn)積土風(fēng)積土冰川沉積土沼澤土（腐植土）第33頁/共215頁河流沉積土

水沖積形成的，上游顆粒粗，下游顆粒細(xì)，故：

上游：強(qiáng)透水，引起滲漏和滲透變形問題

下游：地基土的高壓縮性和低強(qiáng)度引起的基礎(chǔ)沉降和穩(wěn)定問題，同時(shí)要考慮滲透變形問題第34頁/共215頁風(fēng)積土黃土典型特點(diǎn)：濕陷性，所謂濕陷性指黃土未浸水時(shí)，含水率低，一般10%左右，仍能維持陡壁或承受較大的建筑物荷載，可一旦濕水，其膠結(jié)強(qiáng)度會(huì)迅速降低，會(huì)在自重或建筑物荷載下劇烈下沉，黃土的這種性質(zhì)稱為濕陷性。第35頁/共215頁冰川沉積土未經(jīng)水流搬運(yùn)，直接從冰層中擱置下來的冰磧土。其特點(diǎn)是：不成層，性質(zhì)一般不均勻，可作為土石壩的不透水材料，而化學(xué)膠結(jié)的冰磧土具有很高的密實(shí)性，常常是極好的建筑物地基。冰水沖積土：由冰川融化水搬運(yùn)、堆積在冰層外圍的沖積土，具有與河流沖積土類似的性質(zhì)，是優(yōu)良的透水材料和混凝土骨料第36頁/共215頁土的生成——物理風(fēng)化第37頁/共215頁第38頁/共215頁土的生成——化學(xué)風(fēng)化第39頁/共215頁第40頁/共215頁砂粒與粘粒第41頁/共215頁土層分布示意第42頁/共215頁特殊土第43頁/共215頁

土的三相組成土是由固體顆粒和顆粒之間的孔隙所組成，而孔隙中通常存在著水和空氣兩種物質(zhì)，因此，土是固體顆粒、水、空氣組成的混合物，常稱為土的三相系。根據(jù)研究組成土的三個(gè)部分固相、液相和氣相所占用的比例不同對(duì)土的工程性質(zhì)有著很大的影響。固相：土粒、粒間膠結(jié)物、有機(jī)質(zhì)骨架液相：水及其溶解物氣相：空氣及其他氣體飽和土：土骨架孔隙全部被水占滿時(shí)。干土：土骨架的孔隙僅含空氣濕土：地下水位以上，地面以下一定深度內(nèi)兼含空氣和水，屬三相系，稱為濕土。第44頁/共215頁一、土的固相

（一）、成土礦物（二）、土粒的粒組（三）、土粒的分析方法（四）、土粒的級(jí)配第45頁/共215頁成土礦物

土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，土粒的礦物成分取決于成土母巖的礦物成分風(fēng)化后的風(fēng)化作用，一般可分為兩類：原生礦物：石英、長(zhǎng)石、云母；巖石物理風(fēng)化生成的土粒，土粒較粗，多呈渾圓狀、塊狀或板狀，吸附水的能力較弱，性質(zhì)穩(wěn)定，無塑性次生礦物：化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，性質(zhì)與母巖完全不同，一般為粘土礦物

第46頁/共215頁成土礦物砂粒一般由石英構(gòu)成，其次是長(zhǎng)石、云母，當(dāng)砂土中含有大量呈片狀的云母時(shí)將

粘粒包含由次生礦物構(gòu)成的極細(xì)土粒，粘粒含量增加，土的透水性減小，可塑性和壓縮性增高。

第47頁/共215頁土粒的粒組

天然土由無數(shù)大小不同的土粒組成，逐個(gè)研究它們的大小是不可能的，統(tǒng)稱是將工程性質(zhì)相近的土粒合并成一組稱為粒組

漂石粒卵石粒

礫

粒砂

粒粉

粒粘

粒膠

粒巨粒組

d>60mm粗粒組

60mm～0.075mm細(xì)粒組

d<0.075mm第48頁/共215頁土粒的粒組第49頁/共215頁土粒的分析方法

土的性質(zhì)取決于各不同粒組的相對(duì)含量。為了確定各粒組的相對(duì)含量，必須用試驗(yàn)方法（顆分試驗(yàn)）將各粒組區(qū)分開來，最常用的顆分試驗(yàn)方法有篩分法和比重計(jì)法兩種。

第50頁/共215頁篩分法：

適用于粒徑大于0.075mm的土

利用一套孔徑由大到小的篩子，將事先稱過質(zhì)量的干試樣放入篩中，經(jīng)過充分震搖后，把留在各級(jí)篩上的土粒分別稱量，算出小于某粒徑的土粒含量，用以確定土中各粒組的土粒含量

第51頁/共215頁篩分法：

適用于粒徑大于0.075mm的土第52頁/共215頁比重計(jì)法：

適用于粒徑小于0.075mm的土

比重計(jì)法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒便開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計(jì)，在不同時(shí)刻測(cè)懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級(jí)配曲線。

第53頁/共215頁比重計(jì)法：

適用于粒徑小于0.075mm的土第54頁/共215頁顆粒分析試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)結(jié)果可繪制在半對(duì)數(shù)紙上縱坐標(biāo)：小于某粒徑的土粒含量橫坐標(biāo)：使用對(duì)數(shù)尺度表示土的粒徑，可以把粒徑相差上千倍的粗粒都表示出來，尤其能把占總重量少，但對(duì)土的性質(zhì)可能有總要影響的顆粒部分清楚地表達(dá)出來

第55頁/共215頁顆粒分析試驗(yàn)曲線第56頁/共215頁顆粒分析試驗(yàn)曲線第57頁/共215頁顆粒分析的先進(jìn)方法－激光顆分第58頁/共215頁土粒的級(jí)配－級(jí)配的概念

土的級(jí)配指土中各粒組的相對(duì)含量，用土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù)表示

正常級(jí)配：土的顆粒大小分布是連續(xù)的，曲線坡度是漸變的

不連續(xù)級(jí)配：土中缺乏某些粒徑的土粒，曲線出現(xiàn)水平段

級(jí)配良好：粒徑分布曲線形狀平緩，土粒大小分布范圍廣，土粒大小不均勻

級(jí)配不良：粒徑分布曲線形狀較陡，土粒大小分布范圍窄，土粒均勻

第59頁/共215頁土粒的級(jí)配－級(jí)配的概念

為了判別土粒級(jí)配是否良好，常用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc兩個(gè)指標(biāo)來描述粒徑曲線的坡度和形狀。

分別為粒徑曲線縱坐標(biāo)上小于某粒徑含量10％、30％、60％時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑有效粒徑控制粒徑第60頁/共215頁土粒的級(jí)配－顆分曲線分析

土的粒徑范圍窄，分布曲線陡，d10和d60靠近，土的不均勻系數(shù)小，表示土粒均勻

土的粒徑范圍寬，分布曲線緩，d10和d60相距遠(yuǎn)，土的不均勻系數(shù)大，表示土粒不勻Cu大

不均勻

有細(xì)粒土填空

壓密度大

Cu小

均勻

無細(xì)粒土填空

壓密度小

第61頁/共215頁土粒的級(jí)配－顆分曲線分析對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的情況，有時(shí)Cu雖然大，但滲透穩(wěn)定性一樣不好，故Cu雖大，但并不表明土粒級(jí)配良好，還要用Cc來衡量，Cu和Cc描述了級(jí)配曲線整體特征，可描述土級(jí)配的好壞。Cc大Cc小臺(tái)階分布在臺(tái)階分布在第62頁/共215頁土粒的級(jí)配－顆分曲線分析級(jí)配的好壞由土粒的均勻程度和粒徑分布曲線的形狀去定。

規(guī)范規(guī)定：

同時(shí)滿足，級(jí)配良好

第63頁/共215頁二、土的液相

土的液相是水及各離子的溶液，其含量及性質(zhì)明顯地影響土，尤其是粘性土的性質(zhì)，如增加水量，可使土地狀態(tài)由堅(jiān)硬變?yōu)榭伤埽踔脸蔀榱鲃?dòng)狀態(tài)的土漿。

土中水可分為結(jié)合水、自由水第64頁/共215頁結(jié)合水：土粒礦物內(nèi)部的水

存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大于105℃）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。

特點(diǎn)：包圍在土顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)第65頁/共215頁自由水（毛細(xì)管水、重力水）

自由水指土粒表面引力作用范圍之外的水，與普通水一樣，受重力支配，能傳遞靜水壓力并具有融解作用。第66頁/共215頁自由水－毛細(xì)管水土中孔隙細(xì)水通道自由水上升毛細(xì)管水表面張力重力第67頁/共215頁毛細(xì)管水上升高度的影響因素孔隙大小和形狀

粒徑尺寸

水的表面張力第68頁/共215頁毛細(xì)管水－假凝聚力毛細(xì)管壓力負(fù)孔隙水壓力

可使土粒相互擠緊，可使無粘性土也象有粘聚力似的。由毛細(xì)管壓力所造成無粘性土間的連接力，稱之為假粘聚力。沙坑倒塌第69頁/共215頁重力水

重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水。它是土中其它類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，并對(duì)土粒起浮力作用。應(yīng)當(dāng)指出，水是土的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)實(shí)用觀點(diǎn)，一般認(rèn)為它不承受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時(shí)，說的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內(nèi)，它的壓縮量可以忽略不計(jì)

第70頁/共215頁三、土的氣相

與大氣相通無影響，易擠出與大氣不相通（空氣、水氣、天然氣）

壓力作用下可壓縮或融解

封閉氣體對(duì)土的性質(zhì)有較大影響，導(dǎo)致滲透性減小，彈性增大，拖延土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展過程。第71頁/共215頁巖石是由礦物的組成的，按成因巖石可劃分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。成因類型不一樣，差別也很大，因此，工程性質(zhì)極為多樣。1）巖漿巖的性質(zhì)巖漿巖具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，可作為各種建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各類巖石的工程性質(zhì)差異很大。1.1.2巖(石)體的特性第72頁/共215頁碎屑巖的工程地質(zhì)性質(zhì)一般較好，但其膠結(jié)物的成分和膠結(jié)類型影響顯著；

粘土巖和頁巖的性質(zhì)相近，抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度低，受力后變形量大，浸水后易軟化和泥化；化學(xué)巖和生物化學(xué)巖抗水性弱，常具不同程度的可溶性。常常導(dǎo)致地基和邊坡的失穩(wěn)。

沉積巖的性質(zhì)

第73頁/共215頁變質(zhì)巖的工程性質(zhì)與原巖密切相關(guān)，往往與原巖的性質(zhì)相似或相近。變質(zhì)巖的片理構(gòu)造(包括板狀、千枚狀、片狀及片麻狀構(gòu)造)會(huì)使巖石具有各向異性特征，水工建筑中應(yīng)注意研究其在垂直及平行于片理構(gòu)造方向上工程性質(zhì)的變化。巖體是地殼表層圈層，經(jīng)建造和改造而形成的具一定組分和結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體。巖體在一般情況下是非均質(zhì)的、各向異性的不連續(xù)體。

變質(zhì)巖的性質(zhì)第74頁/共215頁巖石的密度巖石密度（rockdensity）是指單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量，單位為g/cm3。它是研究巖石風(fēng)化、巖體穩(wěn)定性、圍巖壓力和選取建筑材料等必需的參數(shù)；

巖石密度又分為顆粒密度和塊體密度：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第75頁/共215頁顆粒密度巖石的顆粒密度（ρs）是指巖石固體相部分的質(zhì)量與其體積的比值。它不包括空隙在內(nèi)，因此其大小僅取決于組成巖石的礦物密度及其含量。巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。

物理性質(zhì)：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第76頁/共215頁塊體密度塊體密度（或巖石密度）是指巖石單位體積內(nèi)的質(zhì)量，按巖石試件的含水狀態(tài)，又有干密度（ρd）、飽和密度（ρsat）、和天然密度（ρ）之分，在未指明含水狀態(tài)時(shí)一般是指巖石的天然密度。

ρd=（1-16）

ρsat=（1-17）（1-18）

物理性質(zhì)：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第77頁/共215頁巖石的空隙性巖石的空隙率分為總空隙率（n）、總開空隙率（n0）、大開空隙率（nb）、小開空隙率（na）和閉空隙率(nc)幾種，各自的定義如下：

n=*100%=(1-)100%（1-4）

n0=*100%（1-5）

nb=*100%（1-6）

na=*100%=n0-nb

（1-7）

nc=*100%=n-n0

（1-8）

物理性質(zhì)：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第78頁/共215頁巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，稱為水理性質(zhì)。主要有吸水性、軟化性、抗凍性、滲透性、膨脹性及崩解性等。1)

巖石的吸水性巖石在一定的試驗(yàn)條件下吸收水分的能力，稱為巖石的吸水性。常用吸水率，飽和吸水率與飽水系數(shù)等指標(biāo)表示。(1）吸水率：巖石的吸水率（a）是指巖石試件在大氣壓力條件下自由吸入水的質(zhì)量（mw1）與巖樣干質(zhì)量（ms）之比，用百分?jǐn)?shù)表示，巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第79頁/共215頁飽和吸水率巖石的飽和吸水率（ρ）是指巖石在高壓（一般壓力為15Mpa）或真空條件下吸入水的質(zhì)量（mw2）與巖樣干質(zhì)量（ms）之比,用百分?jǐn)?shù)表示，

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)

p=×100%（1-11）在高壓（或真空）條件下，總開空隙率可表示為：n0=×100%==ρdP

（1-12）它反映了巖石總開空隙率的發(fā)育程度，因此亦可間接地用它來判定巖石的風(fēng)化能力和抗凍性。

第80頁/共215頁飽水系數(shù)巖石的吸水率（a）與飽和吸水率（p）之比，稱為飽水系數(shù)。它反映了巖石中大、小開空隙的相對(duì)比例關(guān)系。一般說來，飽水系數(shù)愈大，巖石中的大開空隙相對(duì)愈多，而小開空隙相對(duì)愈少。飽水系數(shù)大，說明常壓下吸水后余留的空隙就愈少，巖石愈容易被凍脹破壞，因而其抗凍性差。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第81頁/共215頁巖石的軟化性巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，用軟化系數(shù)（KR）表示。KR定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度（Rcw）與干壓強(qiáng)度的比值，即：（1-13）KR愈小則巖石軟化性愈強(qiáng)。研究表明：巖石的軟化性取決于巖石的礦物組成與空隙性。當(dāng)巖石中含有較多的親水性和可溶性礦物，且含大開空隙較多時(shí)，巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第82頁/共215頁巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力，稱為抗凍性。常用凍融系數(shù)和質(zhì)量損失率來表示。凍融系數(shù)（Rd）是指巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度（Rc2）與凍融前干抗壓強(qiáng)度（Rc1）之比，用百分?jǐn)?shù)表示，

質(zhì)量損失率（Km）是指凍融試驗(yàn)前后干質(zhì)量之差（ms1-ms2）與試驗(yàn)前干質(zhì)量（ms1）之比，以百分?jǐn)?shù)表示即

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第83頁/共215頁

巖石的膨脹性巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。大多數(shù)結(jié)晶巖和化學(xué)巖是不具有膨脹性的，這是因?yàn)閹r石中的礦物親水性小和結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)力強(qiáng)的緣故。如果巖石中含有絹云母、石墨和綠泥石一類礦物，由于這些礦物結(jié)晶具有片狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，水可能滲進(jìn)片狀層之間，同樣產(chǎn)生楔劈效應(yīng)，有時(shí)也會(huì)引起巖石體積增大。巖石膨脹大小一般用膨脹力和膨脹率兩項(xiàng)指標(biāo)表示，這些指標(biāo)可通過室內(nèi)試驗(yàn)確定。目前國內(nèi)大多采用土的固結(jié)儀和膨脹儀的方法測(cè)定巖石的膨脹性。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第84頁/共215頁巖石的崩解性巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能。這種現(xiàn)象是由于水化過程中削弱了巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)引起的。常見于由可溶鹽和粘土質(zhì)膠結(jié)的沉積巖地層中。巖石崩解性一般用巖石的耐崩解性指數(shù)表示。這項(xiàng)指標(biāo)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第85頁/共215頁巖體工程分類既是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)巖體工程地質(zhì)條件的一個(gè)重要途徑。巖體工程分類實(shí)際上是通過巖體的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體的力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。其目的是通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計(jì)、加固、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。目前國內(nèi)外已提出的巖體分類方案得到大家共識(shí)的有數(shù)十種之多，多以考慮地下洞室圍巖穩(wěn)定性為主。有定性的，也有定量或半定量的，有單一因素分類，也有考慮多種因素的綜合分類。各種方案所考慮的原則和因素也不盡相同，但巖體的完整性和成層條件、巖塊強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和地下水等因素都不同程度地考慮到了。下面主要介紹幾種國內(nèi)外在水工建設(shè)工程中應(yīng)用較廣、影響較大的分類方法。

1.4.1巖體的工程分類第86頁/共215頁美國伊利諾斯大學(xué)用巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD來表示巖石的完整性。采用直徑為75mm的雙層巖心管金剛石鉆進(jìn)，提取直徑為54mm的巖心，將長(zhǎng)度小于10cm的破碎巖心及軟弱物質(zhì)剔除，然后測(cè)量大于或等于10cm長(zhǎng)柱狀巖心的總長(zhǎng)度(Lp)。用這一有效的巖心長(zhǎng)度與采集巖心段的鉆孔總進(jìn)尺(L)之比，取其百分?jǐn)?shù)就是RQD。按照RQD值大小可把巖石分成五個(gè)質(zhì)量等級(jí)

按巖體質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)：1.4.1巖體的工程分類第87頁/共215頁由比尼衛(wèi)斯基（Bienawski，1973）提出，后經(jīng)多次修改，于1989年發(fā)表在《工程巖體分類》一書中。該分類系統(tǒng)由巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水5類指標(biāo)組成。分類時(shí)，根據(jù)各類指標(biāo)的數(shù)值，按表1-7A的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分，求和得總分RMR值。然后按表1-7B和表1-8的規(guī)定對(duì)總分作適當(dāng)?shù)男拚?，即再根?jù)節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀變化對(duì)初值加以修正。最后用修正后的總分對(duì)照表1-7C求得所研究巖體的類別及相應(yīng)的無支護(hù)地下洞的自穩(wěn)時(shí)間和巖體強(qiáng)度指標(biāo)（c,φ）值。

巖體質(zhì)量評(píng)分(RMR)——地質(zhì)力學(xué)圍巖分類：1.4.1巖體的工程分類第88頁/共215頁1）巖石按堅(jiān)硬程度分類：《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021－2001）規(guī)定巖石的堅(jiān)硬程度可按表1-9分類。

巖石的工程分類1.4.2巖石的工程分類堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）fr>6060≥fr>3030≥fr>1515≥fr>5fr≤5第89頁/共215頁2）巖石按風(fēng)化程度分類

國標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2002）中提出巖石按風(fēng)化程度分類見表1-10。

巖石的工程分類1.4.2巖石的工程分類

風(fēng)化程度

野外特征風(fēng)化程度參數(shù)指標(biāo)壓縮波速度vp(m/s)波速比kv風(fēng)化程度kt未風(fēng)化巖質(zhì)新鮮，偶見分化痕跡>50000.9～1.00.9～1.0微風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色。有少量風(fēng)化裂隙4000～50000.8～0.90.8～0.9中等風(fēng)化結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物。風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進(jìn)2000～40000.6～0.80.4～0.8強(qiáng)風(fēng)化結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，分化裂隙發(fā)育，巖體破碎。用鎬可挖掘，干鉆不易鉆進(jìn)1000～20000.4～0.6<0.4全風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，有殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可用鎬挖，干鉆可鉆進(jìn)500～10000.2～0.4-殘積土組織結(jié)構(gòu)已全部破壞，已風(fēng)化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進(jìn)，具可塑性<500<0.2-第90頁/共215頁1.2巖土的物理性質(zhì)指標(biāo)

1.2.1土的物理性質(zhì)指標(biāo)第91頁/共215頁概念所謂土的物理性質(zhì)就是表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量。土的物理性質(zhì)指標(biāo)不僅可以描述土的物理性質(zhì)和它所處的狀態(tài)，而且在一定程度上反映了土的力學(xué)性質(zhì)。

第92頁/共215頁土的物理性質(zhì)指標(biāo)的分類一類是必須通過試驗(yàn)測(cè)定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo)；一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)

第93頁/共215頁土的三相圖為便于說明這些物理性質(zhì)指標(biāo)的定義和它們的換算關(guān)系，常用三相圖表示土體內(nèi)三相的相對(duì)含量。

第94頁/共215頁試驗(yàn)直接測(cè)定的物理性質(zhì)指標(biāo)

～土的密度ρ和容重γ密度單位體積土的質(zhì)量，用ρ表示定義：?jiǎn)挝唬簁g/m3或g/cm3表達(dá)式：容重定義：?jiǎn)挝惑w積土的重量，用γ表示單位：KN/m3表達(dá)式：第95頁/共215頁土的密度ρ和容重γ測(cè)定方法：環(huán)刀法第96頁/共215頁土的比重Gs定義：土的質(zhì)量與同體積4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比（無因次）表達(dá)式：第97頁/共215頁土的比重Gs測(cè)定方法：比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量m1。然后把烘干土若干克(ms)裝入空比重瓶?jī)?nèi)，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質(zhì)量m2，按下式計(jì)算土粒比重第98頁/共215頁土的比重Gs第99頁/共215頁土的含水率

含水率：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示

表達(dá)式：

第100頁/共215頁土的含水率測(cè)定方法：烘干法。先稱出天然濕土的質(zhì)量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，稱干土的質(zhì)量。

第101頁/共215頁間接換算的物理性質(zhì)指標(biāo)

~土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示表達(dá)式：

第102頁/共215頁土中孔隙度n定義：土中的孔隙的體積與土的總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：

第103頁/共215頁土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：

第104頁/共215頁干密度ρd、干容重γd

定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)土粒的質(zhì)量或重量表達(dá)式：

第105頁/共215頁干密度ρd干容重γd土烘干，體積要減小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干容重是評(píng)價(jià)土密實(shí)程度的指標(biāo)，干密度或干容重越大表明土越密實(shí)，反之越疏松。常用它來控制填土工程的施工質(zhì)量。

第106頁/共215頁飽和密度ρsat與飽和容重γsat

定義：土中孔隙完全被水充滿，土處于飽和狀態(tài)時(shí)單位體積土的質(zhì)量或重量表達(dá)式：

第107頁/共215頁浮密度

與浮容重

定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差表達(dá)式：

第108頁/共215頁各種密度之間的比較第109頁/共215頁物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算

常用的物理性質(zhì)指標(biāo)共有9個(gè)，一般地說，已知其中任意3個(gè)，通過換算，可以求其余6個(gè)。

第110頁/共215頁孔隙比與孔隙率的關(guān)系

第111頁/共215頁干密度與濕密度和含水率的關(guān)系

第112頁/共215頁孔隙比與比重和干密度的關(guān)系

第113頁/共215頁飽和度與含水率、比重和孔隙比的關(guān)系

當(dāng)土飽和時(shí)，即為Sr=100％則

飽和含水率第114頁/共215頁浮密度與比重和孔隙比的關(guān)系

第115頁/共215頁例題某土樣，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得含水量為12.5%,

天然密度為1.60g/cm3,土粒相對(duì)密度為2.63,求孔隙比，孔隙率和飽程度。第116頁/共215頁1.3土的物理狀態(tài)指標(biāo)第117頁/共215頁1.3.1無粘性土的相對(duì)密實(shí)度

對(duì)無粘性土來說，土體的松密程度對(duì)土的工程性質(zhì)影響很大。土的密實(shí)程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好；土的密實(shí)程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差。描述土的松緊程度的指標(biāo)有干密度和孔隙比，密實(shí)度在一定程度上可用其孔隙比來反映第118頁/共215頁1.3.1無粘性土的相對(duì)密實(shí)度無粘性土的孔隙比的范圍受土粒的大小、形狀和級(jí)配的影響很大。因此即便兩種無粘性土具有同樣的孔隙比也未必表明他們處于同樣的狀態(tài)。在工程上一般用相對(duì)密實(shí)度Dr來衡量無粘性土的松緊程度。它是用無粘性土自身最松和最密兩種極限狀態(tài)作為判別的基準(zhǔn)。第119頁/共215頁相對(duì)密實(shí)度Dr定義（理論表達(dá)式）定義（實(shí)用表達(dá)式）emax無粘性土處于最松狀態(tài)時(shí)的孔隙比，可由其最小干密度換算

emin無粘性土處于最密狀態(tài)時(shí)的孔隙比，可由其最大干密度換算e0無粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比ρdmax無粘性土的最大干密度ρdmin無粘性土的最小干密度

ρd無粘性土的天然干密度或填筑干密度第120頁/共215頁相對(duì)密實(shí)度Dr無粘性土處于最密實(shí)的狀態(tài)

無粘性土處于最緊密的狀態(tài)

在工程上，用相對(duì)密實(shí)度劃分無粘性土狀態(tài)如下：

疏松中密密實(shí)第121頁/共215頁1.3.2粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)

粘性土的稠度

定義：指粘性土在某一含水率下對(duì)外界引起的變形或破壞的抵抗能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。第122頁/共215頁粘性土的稠度第123頁/共215頁粘性土的稠度流動(dòng)狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能保持其形態(tài)，極易流動(dòng)

外力作用可改變其形狀，而不改變其體積，并在外力卸除后仍能保持已獲得的形狀水分蒸發(fā)，上覆沉積層厚度增加，含水率減小，體積收縮含水率減小,喪失可塑性，在外力作用下，易于發(fā)生破裂體積不再收縮，空氣進(jìn)入土體，土的顏色變淡

第124頁/共215頁粘性土的稠度粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，稠度界限（阿太堡）Atterberg界限定義：第125頁/共215頁粘性土的稠度液限流動(dòng)狀態(tài)與可塑狀態(tài)的界限含水率，可塑狀態(tài)的上限含水率

塑限可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水率，可塑狀態(tài)的下限含水率

縮限半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)的界限含水率，即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變的含水率。

第126頁/共215頁粘性土的稠度粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)是逐漸過渡的，并無明確的界限。目前工程上只是根據(jù)某些通用的試驗(yàn)方法測(cè)定這些界限含水率。第127頁/共215頁塑限測(cè)定方法：搓滾法和液塑限聯(lián)合測(cè)定法第128頁/共215頁塑限測(cè)定方法：搓滾法：調(diào)制均勻的濕圖樣，在毛玻璃上搓滾成3毫米直徑的土條，若這個(gè)時(shí)刻恰好出現(xiàn)裂縫，就把土條的含水率定為塑限液塑限聯(lián)合測(cè)定法：取代表性試樣，加入不同數(shù)量的純水，調(diào)制成三種不同稠度的試樣，用電磁落錐測(cè)定圓錐在自重作用下經(jīng)5秒后沉入試樣的深度。以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐入土深度為縱坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)紙上繪制關(guān)系曲線。入土深度2毫米所對(duì)應(yīng)的含水率為塑限。第129頁/共215頁液限測(cè)定方法：液塑限聯(lián)合測(cè)定法：

《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）規(guī)定入土深度恰好為17毫米所對(duì)應(yīng)的含水率為17毫米液限，入土深度恰好為10毫米所對(duì)應(yīng)的含水率為10毫米液限。液塑限聯(lián)合測(cè)定法和碟式儀法

第130頁/共215頁液限測(cè)定方法：第131頁/共215頁液限測(cè)定方法：第132頁/共215頁縮限測(cè)定方法：收縮皿法

把土料的含水率調(diào)制到大于土的液限，然后將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測(cè)出干土樣的體積并稱量至0.1克，按下式計(jì)算

第133頁/共215頁塑性指數(shù)

液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）成為塑性指數(shù)塑性指數(shù)表示處于可塑狀態(tài)時(shí)土的含水率可變化幅度。塑性指數(shù)越大，可塑狀態(tài)含水率變化范圍也大。塑性指數(shù)是反映粘性土性質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)。一般地，塑性指數(shù)越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地分類指標(biāo)

第134頁/共215頁液性指數(shù)

粘性土即使具有相同的含水率，也未必處于同樣的狀態(tài)，與無粘性土的相對(duì)密實(shí)度相似，粘性土的狀態(tài)用液性指數(shù)來判別。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。第135頁/共215頁判定土處于堅(jiān)硬狀態(tài)

土處于可塑狀態(tài)

土處于流動(dòng)狀態(tài)

第136頁/共215頁注意由于液限和塑限目前都是用擾動(dòng)土測(cè)定的，土的結(jié)構(gòu)已徹底破壞，而天然土一般在自重作用已有很長(zhǎng)的歷史，它獲得了一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定會(huì)發(fā)生流動(dòng)。含水率大于液限只是意味著：若土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，它將轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿酀{。第137頁/共215頁土的壓實(shí)性

人們很早就用土作為建筑材料，而且知道要把松土擊實(shí)。公元前200多年，我國秦朝修筑馳實(shí)（行車大道），就有用“鐵錐筑土堅(jiān)實(shí)”的記載，說明那時(shí)人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到土的密度和土的工程特性有關(guān)。第138頁/共215頁土的壓實(shí)性

土的壓實(shí)性指在一定的含水率下，以人工或機(jī)械的方法，使土體能夠壓實(shí)到某種密實(shí)程度的性質(zhì)。土工建筑物，如土壩、土堤及道路填方是用土作為建筑材料填筑而成，為了保證填土有足夠的強(qiáng)度，較小的壓縮性和透水性。在施工中常常需要壓密填料，以提高土的密實(shí)度和均勻性。填土的密實(shí)度常以其干密度來表示。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究土的密實(shí)性是通過擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行的。第139頁/共215頁擊實(shí)試驗(yàn)

輕型：粒徑小于5毫米重型：粒徑小于40毫米25下，分三層擊實(shí)56下，分5層擊實(shí)第140頁/共215頁擊實(shí)儀第141頁/共215頁影響土的壓實(shí)性的因素含水率的影響對(duì)同一種土料，分別在不同的含水率下，用同一擊數(shù)將他們分層擊實(shí)，測(cè)定土樣的含水率和密度，然后以含水率為橫坐標(biāo)，干密度為縱坐標(biāo)，繪制擊實(shí)曲線。從圖中可以看出，當(dāng)含水率較小時(shí)，土的干密度隨著含水率的增加而增大，而當(dāng)干密度增加到某一值后，含水率繼續(xù)增加反而使干密度減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，此時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。第142頁/共215頁影響土的壓實(shí)性的因素?fù)魧?shí)功能的影響實(shí)驗(yàn)室中的擊實(shí)功能是用擊數(shù)來反映的，對(duì)同一種土，壓實(shí)功能小，則能達(dá)到的最大干密度也小，最優(yōu)含水率大；壓實(shí)功能大，則能達(dá)到的最大干密度也大，最優(yōu)含水率小用同一種土料在不同含水率下分別用不同的擊數(shù)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，就能得到一組隨擊數(shù)而異的含水率與干密度關(guān)系曲線。第143頁/共215頁影響土的壓實(shí)性的因素1、土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大，最優(yōu)含水率則逐漸減小。但是這種增大或減小的速率是遞減的，因而光靠增加擊實(shí)功能來提高土的干密度是有一定限度的。2、含水率較低時(shí)擊數(shù)的影響顯著。當(dāng)含水率較高時(shí)，含水率與干密度的關(guān)系曲線趨近于飽和線，也就是說，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的。填料的含水率過高和過低都是不利的，過高惡化土體的力學(xué)性質(zhì)，過低則填土遇水后容易引起濕陷。第144頁/共215頁影響土的壓實(shí)性的因素土類和級(jí)配的影響

同樣的含水率情況下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指數(shù)越大，越難于壓實(shí)對(duì)于無粘性土，含水率對(duì)壓實(shí)性的影響沒有像粘性土那么敏感，其擊實(shí)曲線與粘性土是不同的，在含水率較大時(shí)得到較高的干密度。因此在無粘性土的實(shí)際填筑中，同時(shí)需要不斷灑水使其在較高含水率下壓實(shí)。無粘性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)，通常是用相對(duì)密實(shí)度來控制的，一般不進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)級(jí)配良好的土易于壓實(shí)，反之則不易壓實(shí)第145頁/共215頁影響土的壓實(shí)性的因素粗粒含量的影響由于擊實(shí)儀尺寸的限制，實(shí)際試驗(yàn)中可能剔除超出粒徑的部分，然后進(jìn)行試驗(yàn)。這樣測(cè)得的最大干密度和最有含水率與實(shí)際土料在相同擊實(shí)功能下的最大干密度和最有含水率不同。對(duì)于輕型擊實(shí)試驗(yàn)，可按下式修正第146頁/共215頁1.4.3土的工程分類

第147頁/共215頁土的工程分類

對(duì)天然形成的土來說其成份、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)千變?nèi)f化，其工程性質(zhì)也千差萬別。為了能大致判別土的工程特性和評(píng)價(jià)土作為地基或建筑材料的適宜性，有必要對(duì)土進(jìn)行科學(xué)的分類。分類體系的建立是將工程性質(zhì)相近的土歸為一類，以便對(duì)土作出合理的評(píng)價(jià)和選擇恰當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)土的特性進(jìn)行研究。為了能通用，這種分類體系應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)明的，而且盡可能直接與土的工程性質(zhì)相聯(lián)系。第148頁/共215頁土的工程分類我國的分類方法至今尚未統(tǒng)一，不同的部門根據(jù)各自行業(yè)特點(diǎn)建立了各自的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般對(duì)粗粒土主要按顆粒組成進(jìn)行分類，粘性土則按塑性指數(shù)分類。目前國內(nèi)應(yīng)用于對(duì)土進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程（規(guī)范）主要有以下幾種：（1）建設(shè)部《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）（2）建設(shè)部《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7-89）（3）交通部《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051-93）（4）水利部《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）第149頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》

該分類體系與一些歐、美國家的土分類體系在原則上沒有大的差別，只是在某些細(xì)節(jié)上作了一些變動(dòng)。土的總分類體系如下表。

第150頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》需要掌握的英文單詞：漂石：boulder礫石：gravel卵石：cobble粉土：mealy粘土：clay細(xì)粒土：fine-grained級(jí)配良好：well-graded級(jí)配不良：

poorly-graded第151頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》第152頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》巨粒土和含巨粒土的分類

第153頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》粗粒土的分類第154頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》第155頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》細(xì)粒土的分類

第156頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》第157頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》第158頁/共215頁《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》第159頁/共215頁《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

中的地基土分類

碎石土的分類

第160頁/共215頁《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

中的地基土分類砂土的分類

第161頁/共215頁《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

中的地基土分類粉土

若土的塑性指數(shù)小于或等于10，粒徑大于0.075的顆粒含量超過總量的50％，則該土屬于粉土

第162頁/共215頁《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

中的地基土分類粘性土的分類

第163頁/共215頁2.2.1土的滲透性

第164頁/共215頁一概述土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)。當(dāng)土作為建筑物的地基和直接用作建筑材料時(shí)，水就會(huì)在水位差的作用下，從水位較高的一側(cè)透過土的孔隙流向水位較低的一側(cè)。第165頁/共215頁關(guān)于防滲墻防滲墻施工現(xiàn)場(chǎng)防滲墻第166頁/共215頁滲透的定義及土的滲透性水透過土體孔隙的現(xiàn)象成為滲透土具有被水透過的性能稱為土的滲透性水在土體中的滲透，一方面會(huì)造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)釀成破壞事故。土的滲透性的強(qiáng)弱，對(duì)土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響第167頁/共215頁水的問題水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會(huì)由于滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問題；另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也就是說，說自身的量（涌水量，滲水量）、質(zhì)（水質(zhì)）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問題。第168頁/共215頁土的問題土的問題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基地穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的影響，在坡面、擋土墻等結(jié)構(gòu)物中常常會(huì)由于水的滲透而造成內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化而失穩(wěn)；土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會(huì)由于管涌逐漸改變地基土內(nèi)的結(jié)構(gòu)而釀成破壞事故；非飽和的坡面會(huì)由于水分的滲透而造成土的強(qiáng)度的降低而引起滑坡。由于滲透而引起的代表性例子就是地下水開采造成的地面下沉問題。第169頁/共215頁二Darcy滲透定律由于土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大，流速緩慢層流水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲徑長(zhǎng)度成反比

第170頁/共215頁Darcy滲透定律v滲透速度（cm/s或m/s）q滲流量（cm3/s后m3/s）i水力梯度，沿滲流方向單位距離的水頭損失，無因此h試樣兩端的水位差，即水頭損失L滲徑長(zhǎng)度k滲透系數(shù)（cm/s或m/s,m/d）A試樣截面積（cm2或者m2）第171頁/共215頁流速與水力梯度的關(guān)系－砂土砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透定律。第172頁/共215頁流速與水力梯度的關(guān)系－粘土對(duì)于密實(shí)的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當(dāng)水力梯度達(dá)到某一數(shù)值后，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始發(fā)生滲透時(shí)的水力梯度成為粘性土的起始水力梯度ib第173頁/共215頁粘性土不但存在起始水力梯度，而且當(dāng)水力梯度超過起始水力梯度后，滲透速度與水力梯度的規(guī)律還偏離達(dá)西滲透定律而呈非線性關(guān)系。為方便，用虛直線來描述密實(shí)粘土地滲透速度與水力梯度的關(guān)系，用以下形式表示。流速與水力梯度的關(guān)系－粘土第174頁/共215頁流速與水力梯度的關(guān)系－礫土在粗粒土中（礫、卵石等），只有在小的水力梯度下，滲透速度與水力梯度才呈非線性關(guān)系，而在較大的水力梯度下，水在土中流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力梯度呈非線性關(guān)系，此時(shí)達(dá)西定律同樣不能適用

第175頁/共215頁注意按照達(dá)西定律求出的滲透速度是一種假想的平均流速，它假定水在土中的滲透是通過土體截面來進(jìn)行的。實(shí)際上，水在土體中的實(shí)際流速要比用達(dá)西定律求出的流速要大得多。，他們之間的關(guān)系為第176頁/共215頁Darcy滲透定律的適用條件太沙基通過大量試驗(yàn)證明從砂土到粘土達(dá)西滲透定律在很大的范圍內(nèi)都能適用，其適用范圍是由雷諾系數(shù)來決定的，也就是說只有當(dāng)滲流為層流的時(shí)候才能適用。根據(jù)水的密度ρ，流速v，水的粘滯系數(shù)η，土粒粒子平均粒徑d，可以算出雷諾數(shù)Re第177頁/共215頁Darcy滲透定律的適用條件從層流轉(zhuǎn)換為紊流時(shí)的Re數(shù)一般為0.1~7.5的范圍，而一般認(rèn)為在土的孔隙內(nèi)水流只要雷諾數(shù)<1.0，達(dá)西定律就可以滿足。因此達(dá)西定律的適用界限可以考慮為第178頁/共215頁Darcy滲透定律的適用條件如果考慮水的密度ρ＝1.0（g/cm3）水溫10℃時(shí)水的粘滯系數(shù)η＝0.0131(g/sec·cm)，而一般的流速可以考慮v＝0.25（cm/sec）可以算出滿足達(dá)西定律的土的平均粒徑d

對(duì)于比粗砂更細(xì)的土來說，達(dá)西滲透定律一般是適用的，而對(duì)于粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。第179頁/共215頁土的滲透系數(shù)參考值土類滲透系數(shù)k(cm/s)滲透性純礫>10-1高滲透性純礫與礫混合物10-3~10-1中滲透性極細(xì)砂10-5~10-3低滲透性粉土、砂與粘土混合物10-7~10-5極低滲透性粘土<10-7幾乎不透水

影響滲透系數(shù)的因素很多，諸如土的種類、級(jí)配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準(zhǔn)確地測(cè)定土的滲透系數(shù)，必須盡力保持土的原始狀態(tài)并消除人為因素的影響第180頁/共215頁成層土的滲透系數(shù)天然沉積土往往由滲透性不同的土層組成。對(duì)于與土層層面平行和垂直的簡(jiǎn)單滲流情況，當(dāng)各層的滲透系數(shù)和厚度已知時(shí)，我們可以求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為進(jìn)行滲透計(jì)算的依據(jù)。第181頁/共215頁結(jié)論對(duì)于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性相差懸殊時(shí)與層向平行的平均滲透系數(shù)將取決于最透水土層