第0章緒論

《土力學(xué)》部分

（-）土力學(xué)的概念

土力學(xué)——用力學(xué)原理去研究土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及隨時(shí)間

變化和滲透性規(guī)律的學(xué)科。

土力學(xué)是研究土體的一門(mén)力學(xué)。廣義的土力學(xué)包括土的生成、組成、物理化學(xué)、

物理生物性質(zhì)及分類在內(nèi)的土質(zhì)學(xué)。

（二）土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)是土力學(xué)。土力學(xué)研究的對(duì)象可概

括為：研究土的本構(gòu)關(guān)系以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用的規(guī)律。

土的本構(gòu)關(guān)系即土的應(yīng)力~應(yīng)變~強(qiáng)度~時(shí)間四個(gè)變量之間的內(nèi)在關(guān)

系。

（三）本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求

學(xué)習(xí)土力學(xué)基礎(chǔ)理論，從研究土的物理力學(xué)特性開(kāi)始，土是i種特

殊的建筑材料，與鋼、木材等有本質(zhì)區(qū)別，土是有固體顆粒、水、氣三

相組成，其受力變形機(jī)理十分復(fù)雜?，F(xiàn)有的士力學(xué)理論很難模擬天然上

層在建筑物作用所表現(xiàn)的各種力學(xué)形狀的全貌，所以還要借助試驗(yàn)、實(shí)

測(cè)，緊密結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合理分析。了解地基勘察和原位測(cè)試技術(shù)以

及室內(nèi)土工試驗(yàn)方法也是本課程的一個(gè)重要方面。

（四）本學(xué)科發(fā)展概況

1.土力學(xué)理論的發(fā)展

在1773-1776年庫(kù)侖提出土的抗剪強(qiáng)度和上壓力的滑動(dòng)土楔理論，土

力學(xué)進(jìn)入古典理論時(shí)期，其后，彭斯萊對(duì)現(xiàn)行滑動(dòng)土楔作了更完善的解。

郎肯從塑性應(yīng)力場(chǎng)出發(fā)建立了新的土壓力理論，對(duì)土力學(xué)的發(fā)展起了很

大影響。布新納斯克提出了一點(diǎn)集中荷載作用下彈性地集中的應(yīng)力和位

移的計(jì)算理論。達(dá)西通過(guò)水在砂中的滲流實(shí)驗(yàn)，建立了達(dá)西公式。

1925年，太沙基（集大成者）的“土力學(xué)”出版，土力學(xué)進(jìn)入一個(gè)

新的時(shí)期。他提出了有效應(yīng)力理論，一維固結(jié)理論，使土力學(xué)成為一門(mén)

系統(tǒng)的學(xué)科。

此后30年內(nèi)，由于計(jì)算機(jī)的普及使用，是土力學(xué)在基本理論、計(jì)算

方法、室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備等諸方面都得到了革命性的發(fā)展。

在土的本構(gòu)關(guān)系的研究，建立了各種應(yīng)力一應(yīng)變一時(shí)間的非線性數(shù)

學(xué)模型，計(jì)算土的彈塑性變形和應(yīng)力應(yīng)變隨時(shí)間的流變過(guò)程。

在計(jì)算方法中，把數(shù)值計(jì)算方法如差分法、有限元法等直接運(yùn)用到

地基和土工計(jì)算中。

在室內(nèi)試驗(yàn)方面，改進(jìn)了試驗(yàn)設(shè)備，并自動(dòng)采集和加工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在原位測(cè)試方面，進(jìn)一步改進(jìn)各種原位測(cè)試儀器，如靜力觸探儀、

十字板剪力儀、旁壓儀等。

2.本學(xué)科今后的發(fā)展方向

本構(gòu)模型的使用范圍存在一定的局限性，且試驗(yàn)參數(shù)多，易產(chǎn)生誤

差。

粘性土的抗剪強(qiáng)度的研究，有許多影響強(qiáng)度的因素還未搞清楚。

土的動(dòng)力性質(zhì)的研究

計(jì)算方法中，有些計(jì)算問(wèn)題有待進(jìn)一步研究：如土體在反復(fù)或周期

荷載下的變形和穩(wěn)定計(jì)算問(wèn)題等。

試驗(yàn)設(shè)備中，土工試驗(yàn)的離心機(jī)，許多土的重力的模擬問(wèn)題，只能

靠離心機(jī)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決。許多抗震問(wèn)題，也要靠離心試驗(yàn)。

將可靠度理論應(yīng)用到地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中。(因?yàn)榈鼗O(shè)計(jì)參數(shù)有一

定隨機(jī)性)

《基礎(chǔ)工程》部分

(―)地基及基礎(chǔ)的概念

關(guān)于地基及基礎(chǔ)，有人分不清楚，常常把地基稱為基礎(chǔ)。實(shí)際上，

兩者是完全不相同的。

1.地基一一承受建筑物荷載的地層。

地基的分類：

按地質(zhì)情況分：

〔右基

天然地基［淺基

按設(shè)計(jì)施工情況分：［深基

人工地基

2.基礎(chǔ)——建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)，即建筑物最底下的一部

分，由鋼筋混凝土、混凝土或石專等建材筑成，其作用是擴(kuò)散上部結(jié)構(gòu)荷

載，減小應(yīng)力強(qiáng)度，傳給地基。

基礎(chǔ)的分類：

摩擦樁

按巖層埋藏深淺夕去能

籟件及施工技術(shù)

基礎(chǔ)

基礎(chǔ)

蔡|饕深度分

探群基

.也下連續(xù)墻等

基礎(chǔ)一般施工工序是：

1.開(kāi)挖基坑2.基坑支護(hù)3.基坑排水（井點(diǎn)降水等）4.基底處理5.基礎(chǔ)砌

筑

（-）地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)是土力學(xué)。土力學(xué)研究的對(duì)象可概

括為：研究土的本構(gòu)關(guān)系以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用的規(guī)律。土的本構(gòu)關(guān)

系即土的應(yīng)力~應(yīng)變~強(qiáng)度~時(shí)間四個(gè)變量之間的內(nèi)在關(guān)系。

（三）基礎(chǔ)工程內(nèi)容及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)條件

基礎(chǔ)工程包括基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)。本課程主要介紹地基和基

礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理。

基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)——包括基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和地基設(shè)計(jì)兩部分。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)——基礎(chǔ)形式的選擇、基礎(chǔ)埋置深度及基底面積大小、基

礎(chǔ)內(nèi)力和斷面計(jì)算等。如果地下部分是多層的結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還包括地

下結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

地基設(shè)計(jì)——地基土的承載力確定、地基變形計(jì)算、地基穩(wěn)定性計(jì)

算等。當(dāng)?shù)鼗休d力不足或壓縮性很大而不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要進(jìn)

行地基處理。

為了保證建筑物的安全和正常使用，在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，須滿足以

下兩個(gè)技術(shù)條件：

1.變形條件:要求建筑物的沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜都不能大

于地基容許變形值。

2.強(qiáng)度條件:作用于地基荷載不超過(guò)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。

3.上部結(jié)構(gòu)的其他要求:除滿足上述要求，還應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)

構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性要求。

地基基礎(chǔ)是建筑物的根基，它的勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系著

建筑物的安危。據(jù)統(tǒng)計(jì)，眾多工程事故中，很多與地基基礎(chǔ)問(wèn)題有關(guān)。

而且，一旦發(fā)生地基基礎(chǔ)事故，補(bǔ)救非常困難。

（四）國(guó)內(nèi)外地基基礎(chǔ)工程成敗實(shí)例

1.建筑物傾斜

眾所周知的意大利比薩斜塔。該塔1173年動(dòng)工修建，筑至24米時(shí)

發(fā)生傾斜。一百年后續(xù)建該塔至塔頂，高約55米。目前，塔北側(cè)沉降1

米，南側(cè)下沉近3米，沉降差達(dá)1.8米?；A(chǔ)地面傾斜值經(jīng)計(jì)算為0.093,

而我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002中規(guī)定，

504砥4100米，其允許值為0.005,傾斜達(dá)極危險(xiǎn)狀態(tài)。

2.地基滑動(dòng)

最出名的例子當(dāng)數(shù)加拿大的朗斯康谷倉(cāng)：該谷倉(cāng)長(zhǎng)59.4米，寬23.5

米，高31.0米，容積36500立方米。基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚0.6米,

埋深3.6米。

該谷倉(cāng)完工后初次存谷物，谷倉(cāng)下沉30厘米，未引起重視，24小時(shí)

內(nèi)，西端下沉7.3米，東端上抬1.5米，整個(gè)谷倉(cāng)傾斜26度53分。

1.墻體開(kāi)裂

2.基礎(chǔ)斷裂

3.地基液化失效

日本新瀉公寓在1964年6約16日，新瀉發(fā)生7.5級(jí)大地震，打面

積沙土地基產(chǎn)生液化，失去承載力。

1.山坡滑動(dòng)

以上都是一些工程事故，但也有地質(zhì)條件不良，工程有預(yù)處理得當(dāng)

而獲的成功：

廣州的白云賓館：該賓館為高層建筑，地面以上33層，高114.05米。

總重近100萬(wàn)KN,地基覆蓋層厚薄相差懸殊，最淺10米，最深27.75

米，為適應(yīng)抗震、抗臺(tái)風(fēng)要求，采用樁基與墩基287根。所用鋼筋混凝

土灌注樁直徑1米，單樁承載力4500KN,混凝土直徑2米多。建成后

使用良好，沉降小于4毫米。

總之，在設(shè)計(jì)滿足變形和強(qiáng)度這兩個(gè)技術(shù)條件后，在工程實(shí)踐中，嚴(yán)

格遵循基本建設(shè)原則，按照勘察一設(shè)計(jì)一施工的先后程序，切實(shí)抓好這

三個(gè)環(huán)節(jié)，地基基礎(chǔ)事故一般是可以避免的。

（五）本課程的內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求

本課程共分8章，前五章為土力學(xué)部分，學(xué)習(xí)土力學(xué)的基本理論。

第1章工程地質(zhì)

主要介紹礦物與巖石，第四紀(jì)沉積層及不良地質(zhì)條件，地下水對(duì)工

程的影響

第2章土的物理性質(zhì)及工程分類

主要介紹土的生成、土的組成、土的三相比例指標(biāo)、無(wú)粘性土的密

實(shí)度、粘性土的物理特征以及地基土（巖）的分類。

第3章士的壓縮性和地基沉降計(jì)算

主要講述了土的自重應(yīng)力的計(jì)算、基底壓力的計(jì)算、地基附加應(yīng)力

的計(jì)算，土的壓縮性以及地基的最終沉降量的計(jì)算。并介紹了土的固結(jié)

理論和應(yīng)力歷史對(duì)地基沉降的影響。

第4章士的抗剪強(qiáng)度與地基承載力

主要介紹了庫(kù)倫公式、莫爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論、抗剪強(qiáng)度的測(cè)定方法、

飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度、無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度等內(nèi)容。地基破壞型式和

地基承載力、臨塑荷載、極限荷載、地基極限承載力的計(jì)算。

第5章土壓力與土坡穩(wěn)定

主要介紹擋土墻的土壓力，郎肯土壓力理論和庫(kù)倫土壓力理論兩種

經(jīng)典理論。擋土墻的類型、擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算；土坡的穩(wěn)定性分析和地

基的穩(wěn)定性分析。

第6章工程建設(shè)的巖土工程勘察

主要介紹巖土工程勘察的任務(wù)和內(nèi)容、巖土工程勘察方法、勘探工

作、測(cè)試工作及指標(biāo)整理；巖土工程勘察成果報(bào)告的編制、閱讀和使用。

第7章天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

理解地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念，掌握淺基礎(chǔ)（無(wú)筋擴(kuò)

展基礎(chǔ)、擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、柱下條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：基礎(chǔ)埋

置深度的選擇、地基承載力設(shè)計(jì)值的計(jì)算，按地基承載力確定基礎(chǔ)底面

尺寸，地基特征變形的驗(yàn)算和基礎(chǔ)底面尺寸的調(diào)整等內(nèi)容。了解十字交

叉基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算。

第8章樁基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)

介紹樁基礎(chǔ)的適用性、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)原則。講述了單樁軸向荷載

的傳遞、單樁豎向承載力的確定、群樁效應(yīng)、樁基承載力和沉降驗(yàn)算、

樁的水平承載力與位移。要求掌握樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程。簡(jiǎn)介沉井基礎(chǔ)、地

下連續(xù)墻等內(nèi)容。

第一節(jié)第四紀(jì)沉積層

（-）土的沉積類型

土的歷史在地質(zhì)年代中一般較短，多數(shù)在一百萬(wàn)年內(nèi)，屬第四紀(jì)沉

積。

不同成因類型的第四紀(jì)沉積物，各具有一定的分布規(guī)律和工程地質(zhì)

特征。下面分別介紹主要的幾種類型。

1.殘積物、坡積物和洪積物

（1）殘積物（Q"）——巖層表面經(jīng)風(fēng)化破壞后未被搬運(yùn)帶走而殘留原

地的碎屑堆積物。

特征：顆粒大小不均、多棱角、沒(méi)有層理構(gòu)造、孔隙度較大。作為建筑

物地基易引起不均勻沉降。殘積物中殘留碎屑的礦物成分與下臥基巖基

本一致。

（2）坡積物（?！埃捎谒腿谘⑸狡赂咛幍膸r石風(fēng)化產(chǎn)物洗刷、

剝蝕，順坡向下搬運(yùn)的堆積物。

特征：一般分布在坡腰上或坡腳下，其上部與殘積物相接。

隨斜坡自上而下呈現(xiàn)又粗而細(xì)的分選現(xiàn)象，其礦物成分與下臥基巖

沒(méi)直接關(guān)系。

土質(zhì)不均勻，厚度變化很大，土質(zhì)疏松，壓縮性高。

（3）洪積物（Qj——暫時(shí)性山洪激流將其沖蝕地表時(shí)形成大量

泥沙和石塊等挾帶到溝谷口或山麓平原堆積而成的沉積物。

特征：有不規(guī)則的層理構(gòu)造，例如：夾層尖滅、透鏡體等

近山地洪積物的顆粒較粗，地下水埋藏較深，土承載力較高,

為良好天然地基。

遠(yuǎn)山地洪積物的顆粒較細(xì)，成份均勻，厚度較大，土質(zhì)較密

實(shí)，良好天然地基。

上述兩部分的過(guò)渡地帶，常為沼澤地帶，土質(zhì)軟弱，承載力

低。

2.沖積物（Q"）

沖積物——由江河水流搬運(yùn)的巖石風(fēng)化產(chǎn)物在沿途沉積而成。沖積土分

布范圍很廣，可分為山區(qū)河谷沖積土、平原河谷沖積土、三角洲沖積土

等類型。

沖積物特征：有明顯的層理構(gòu)造和分選現(xiàn)象。

砂石有較好的磨圓度。

山區(qū)到平原，河床坡度由陡轉(zhuǎn)平，水流速由急變緩，故沉積物厚度有小

變大，粒度由粗變細(xì)，土的力學(xué)性質(zhì)逐漸變差。

（1）平原河谷沖積物——平原河谷除河床外，多有河漫灘和階地。

河漫灘不宜做地基。階地位置越高，其形成年代越早。高階地做地基，

工程地質(zhì)條件很好。

（2）山區(qū)河谷沖積物——沉積物較粗，分選性較差，具有透鏡體

和傾斜層理構(gòu)造，厚度不大。

3.其他沉積物

海洋沉積物（Q'”）、湖泊沉積物（°,）、冰川沉積物（）及風(fēng)積物（Qei"）

（1）海洋沉積物——分四種海相沉積物：濱海沉積物、淺海沉積物、陸

坡沉積物、深海沉積物。

1）濱海沉積物主要由卵石、圓礫和砂等粗碎屑物質(zhì)組成，具有基本水平

或緩傾斜的層理構(gòu)造。作為地基，其強(qiáng)度較高，但透水性較大。

2）淺海沉積物主要有細(xì)顆粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學(xué)沉積物，具

有層理構(gòu)造，壓縮性高且不均勻。

3）陸坡和深海沉積物主要為有機(jī)質(zhì)淤泥，成份均一。

（2）湖泊沉積物——湖邊沉積物和湖心沉積物。

第二節(jié)不良地質(zhì)條件

良好的地質(zhì)條件對(duì)建筑工程是有利的，不良的地質(zhì)條件導(dǎo)致建筑物

地基基礎(chǔ)的事故。下面介紹幾種建筑工程中常見(jiàn)的不良地質(zhì)條件。

（一）斷層

巖層在地應(yīng)力作用下發(fā)生破裂，斷裂面兩側(cè)的巖體發(fā)生顯著的相對(duì)

位移，稱為斷層。斷層顯示地殼大范圍的錯(cuò)斷。

斷層對(duì)建筑工程的危害極大。對(duì)于一般的中小斷層來(lái)說(shuō)，斷層形成

的年代越新，則斷層的活動(dòng)可能性越大。永久性建筑物應(yīng)避免橫跨在斷

層上，否則，一旦斷層活動(dòng)，后果不堪設(shè)想。

（-）斷層節(jié)理發(fā)育的場(chǎng)地

斷層在地應(yīng)力作用下形成斷裂構(gòu)造，但未發(fā)生相對(duì)位移時(shí)稱為節(jié)理。

節(jié)理發(fā)育時(shí)，巖體被節(jié)理切割成碎塊，破壞了巖層的整體性。

（三）滑坡

山坡的穩(wěn)定性對(duì)建筑物的安危具有重要的意義。

山坡失穩(wěn)的原因：

1.人類活動(dòng)因素

（1）在山麓建房，為利用土地削去坡腳；

（2）在坡上建房，增加坡面荷載；

（3）生產(chǎn)與生活用水大量滲入坡體內(nèi)，降低了土的抗剪強(qiáng)度。

2.自然環(huán)境因素

（1）坡腳被河流沖刷，使原天然邊坡變陡；

（2）連降暴雨，大量雨水滲入坡體內(nèi)，降低土的抗剪強(qiáng)度。

（四）河床沖淤

平原河道往往有彎曲，凹岸受水流的沖刷產(chǎn)生坍岸，危及岸上建筑

物的安全；凸岸水流的流速慢，產(chǎn)生淤積，使當(dāng)?shù)爻樗緹o(wú)水可抽。

（五）岸坡失穩(wěn)

河、湖、海岸在自然環(huán)境中通常是暫時(shí)穩(wěn)定的，若在岸邊修建建筑

物，由于增加了工程的荷重，可能使岸坡失穩(wěn)。若地基土質(zhì)軟弱，還應(yīng)

考慮在地震動(dòng)荷作用下，土的抗剪強(qiáng)度降低，岸坡可能產(chǎn)生滑動(dòng)。

（六）河溝側(cè)向位移

在靠近河溝修建建筑物，若地基土為含水量高、密度低的粘性土，

則此建筑物地基可能向河溝方向側(cè)向位移，導(dǎo)致工程發(fā)生傾斜或墻體開(kāi)

裂事故。

第三節(jié)地下水

（-）地下水對(duì)工程的影響

地下水對(duì)工程的設(shè)計(jì)方案、施工方法與工期、工程投資以及工程長(zhǎng)

期使用，都有密切的關(guān)系。而且，若對(duì)地下水處理不當(dāng)，還可能產(chǎn)生不

良影響，甚至發(fā)生工程事故。地下水對(duì)建筑工程的主要影響如下：

1.基礎(chǔ)埋深

通常設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的埋置深度d應(yīng)小于地下水位深度h,。當(dāng)寒冷地區(qū)基

礎(chǔ)底面的持力層為粉砂或粘性土，若地下水位埋藏深度低于凍深小于

1.5~2.0m,則冬季可能因毛細(xì)水上升而使地基凍脹，頂起基礎(chǔ)，導(dǎo)致墻

體開(kāi)裂。

2.施工排水

當(dāng)?shù)叵滤宦癫販\，基礎(chǔ)埋置深度大于地下水位深度時(shí)，基槽開(kāi)挖

與基礎(chǔ)施工必須進(jìn)行排水。中小型工程水量不大，可以采用挖排水溝與

集水井排水。重大工程地下水深度大、涌水量多時(shí)，應(yīng)采用井點(diǎn)降低地

下水位法，根據(jù)具體情況，選用輕型井點(diǎn)、管井井點(diǎn)或深井井點(diǎn)等。

3.地下水位升降

地下水在地基持力層中上升，將使粘性土軟化，增大壓縮性；濕陷

性黃土則產(chǎn)生嚴(yán)重濕陷；膨脹土地基吸水膨脹，將基礎(chǔ)頂起。

反之，如地下水位在地基持力層中大幅度下降，則將使建筑物產(chǎn)生

附加沉降。

4.地下室防水

建筑物的地下室可用作文化娛樂(lè)、商店、人防等活動(dòng)場(chǎng)所。當(dāng)?shù)叵?/p>

室常年或雨季處在地下水位以下，則必須做好防水層。

5.水質(zhì)侵蝕性

當(dāng)?shù)叵滤泻泻Φ幕瘜W(xué)物質(zhì)時(shí)，則對(duì)建筑基礎(chǔ)具有侵蝕性，需采

取必要的措施。

6.空心結(jié)構(gòu)物浮起

地面下的水池與油罐等空心結(jié)構(gòu)物，位于地下水位埋藏淺的場(chǎng)地，

在竣工使用前，因地下水的浮力，可能將空心結(jié)構(gòu)物浮起，需要進(jìn)行計(jì)

算并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決。

7.承壓水沖破基槽

存在承壓水的地區(qū)，基槽開(kāi)挖的深度要計(jì)及承壓水上面的隔水層的

自重應(yīng)力應(yīng)大于承壓水的壓力，否則，承壓水可能沖破基槽底部的隔水

層，使承壓水涌上基槽造成流土破壞。

（二）地下水分類

1.上層滯水

積聚在局部隔水層上的水稱為上層滯水。這種水靠雨水補(bǔ)給，有季

節(jié)性。上層滯水范圍不大，存在于雨季，旱季可能干涸。

2.潛水

埋藏在地表下第一個(gè)連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層以上，具有自由水面的

重力水稱為潛水。自由水面為潛水面，水面標(biāo)高稱為地下水位。地面至

潛水面的鉛直距離h,為地下水的埋藏深度。

潛水由雨水與河水補(bǔ)給，水位也有季節(jié)性變化。

3.承壓水

埋藏在兩個(gè)連續(xù)分布的隔水層之間完全充滿的有壓地下水稱為承壓

水，它通常存在于砂卵石層。

(三)地下水的運(yùn)動(dòng)

土的滲透——地下水從物質(zhì)微孔中透過(guò)的現(xiàn)象叫滲透。土具有被液體

透過(guò)的性質(zhì)稱為土的滲透性。

滲流——液體在土孔隙中流動(dòng)問(wèn)題稱為滲流。

1.達(dá)西公式

設(shè)土的全斷面為A,通過(guò)A單位時(shí)間流量為Q,則土的全斷面的平均

v=2

流速A0

試驗(yàn)證明v與水力梯度i成正比，即v=ki

k為滲透系數(shù)。由量綱分析知，k單位為m/s或cm/so此即達(dá)西公式,

表明在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力梯度i的一次方成正比。

在較大的水力梯度下，水呈紊流狀態(tài)，呈非線性關(guān)系，達(dá)西公式不

適用。

2.滲透實(shí)驗(yàn)與滲透系數(shù)

滲透系數(shù)k是反映土的滲透能力的定量指標(biāo)?？梢酝ㄟ^(guò)試驗(yàn)直接測(cè)

得。測(cè)定方法分為室內(nèi)滲透試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

(1)室內(nèi)滲透試驗(yàn)

從試驗(yàn)原理上可分為：常水頭法和變水頭法

圖2-1常水頭試驗(yàn)裝置示意圖圖2-2變水頭試驗(yàn)裝置示意圖

1)常水頭法——整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，水頭保持不變。

QL

k=

A\Ht

2)變水頭法——整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，水頭隨著時(shí)間變化。

dQ=fdha——細(xì)玻璃管的內(nèi)截面積。

hh

dQ=k-Adtk-Adt=-adh

將L代入上式，得L積分得

I。谷哈

(2)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定滲透系數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)打一口試驗(yàn)井，貫穿要測(cè)定k值的土層，在距井中心不同距離

處設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)觀測(cè)孔。自井中以不變的速度連續(xù)進(jìn)行抽水。形成一

個(gè)以井孔為軸心的降落漏斗狀地下水面。測(cè)定試驗(yàn)井和觀測(cè)孔中穩(wěn)定水

位，畫(huà)出測(cè)壓管水位變化圖。待出水量和井中動(dòng)水位穩(wěn)定一段時(shí)間后，

若測(cè)得抽水量為q,觀測(cè)孔距井軸線距離分別為n、n,孔內(nèi)的水位高度

為N、h2,通過(guò)達(dá)西定律即可求出土層的平均k值。

A=27irhi=dh/drq=Aki=27trkdh/dr

3.影響滲透系數(shù)的主要因素：

(1)土的粒度成分：土粒越粗，大小越均勻，形狀越圓滑，k值越大。

⑵土的密實(shí)度：土越密實(shí)，k值越小。砂土k值與土的孔隙比e的二次

方成正比。

(3)土的飽和度：一般情況下飽和度越低，k值越小。因?yàn)榈惋柡屯恋目?/p>

隙中存在較多氣泡會(huì)減小過(guò)水?dāng)嗝娣e，甚至堵塞細(xì)小孔道。

(4)土的結(jié)構(gòu)：擾動(dòng)土樣與擊實(shí)土樣的k值通常均比同一密度原狀土樣的

k值小。

(5)水的溫度：滲透系數(shù)與水的重度以及粘滯度有關(guān)。

(6)土的構(gòu)造：土的構(gòu)造對(duì)k值的影響也很大。層理構(gòu)造的土?xí)雇猎谒?/p>

平方向的口值比垂直方向k,值大很多。

2345

110110-10-10'10-10"10-710-810-9

好透水性弱透水性實(shí)際上不透水1

清潔的礫和砂細(xì)砂、粉砂、粉土均質(zhì)粘土

常水頭試驗(yàn)測(cè)定11

降水頭試驗(yàn)測(cè)定

時(shí)間沉降曲線測(cè)定

圖1-3各種土滲透系數(shù)及測(cè)定方法

4.滲透破壞與控制

滲流引起的滲透破壞問(wèn)題主要是：一是滲流力作用使土體產(chǎn)生移動(dòng),

如流砂、管涌。二是滲流作用導(dǎo)致土體失穩(wěn)。

(1)滲流力

J=yJ滲流力是體積力，量綱與容重同。大小與水力梯度成正比,

方向與滲流方向一致。

(2)流砂

在向上的滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時(shí)，顆粒出現(xiàn)懸浮、移

動(dòng)現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻的飽和細(xì)、粉砂

和粉土層中。它的產(chǎn)生與滲流力大小、土粒級(jí)配、密度及透水性有關(guān)。

臨界水力梯度i"=(GsT)(l-〃),其值大小與不均勻系數(shù)C,、細(xì)

顆粒含量、滲透系數(shù)等有關(guān)。

流砂防治原則：1)減小水頭差；2)增長(zhǎng)滲流路徑；3)在向上滲流

出口處增加可透水的覆重以平衡滲流力；4)土層加固處理：凍處理等。

(3)管涌現(xiàn)象和潛蝕作用

1)定義：

管涌一一在滲透水流作用下，細(xì)顆粒流失，土的孔隙不斷增大，產(chǎn)

生貫通的滲流管道，造成土體塌陷。

潛蝕——機(jī)械潛蝕和化學(xué)潛蝕

2）管涌產(chǎn)生條件一一幾何條件：孔隙直徑大于細(xì)顆粒直徑。不均

勻系數(shù)大于10。水力條件：滲流力能帶動(dòng)細(xì)顆粒移動(dòng)。

3）防治措施——改變兒何條件：如設(shè)反濾層。改變水力條件：降

低水力梯度，打板樁。

第一節(jié)土的生成與特性

（-）地質(zhì)作用概念

地質(zhì)作用——導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化成為地質(zhì)作用。

按能量來(lái)源不同，可分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。

1.內(nèi)力地質(zhì)作用——由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)

生的熱能等，引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地

質(zhì)作用，如巖漿活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)等。

2.外力地質(zhì)作用——由于太陽(yáng)輻射能和地球重力位能所引起的地質(zhì)

作用。其中風(fēng)化作用是由于氣溫變化、大氣、水分及生物活動(dòng)等自然條

件使巖石破壞的地質(zhì)作用。

（二）風(fēng)化作用

不同的風(fēng)化作用形成不同性質(zhì)的土，風(fēng)化作用主要有下列三種：

物理風(fēng)化——巖石受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度變化，不

均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂隙，崩解為碎塊。只改變顆粒大小與形

狀，不改變礦物成分。

產(chǎn)物：碎石、卵石、礫石、砂土等

化學(xué)風(fēng)化——巖石碎屑與水、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)接觸，使巖石

碎屑發(fā)生化學(xué)變化，改變?cè)瓉?lái)組成礦物的成分，產(chǎn)生一種新的成分（次

生礦物）。如：粘土、粉質(zhì)粘土。

生物風(fēng)化——生物活動(dòng)過(guò)程中對(duì)巖石的破壞作用。

（三）土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

1.土的結(jié)構(gòu)

土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等

因素形成的綜合特征。

土的結(jié)構(gòu)分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)。

(1)單粒結(jié)構(gòu)

粗大顆粒下沉而形成的。全部由砂礫或更粗土粒組成的土都具有單

粒結(jié)構(gòu)。單粒結(jié)構(gòu)可疏松也可緊密。緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，強(qiáng)度大，壓

縮性小，是較良好的天然地基。疏松狀單粒結(jié)構(gòu)的土，強(qiáng)度小，壓縮性

大，不宜做建筑物的地基。

(2)蜂窩結(jié)構(gòu)

由粉粒(0.075—0.005mm)組成的上的結(jié)構(gòu)形式。

(3)絮狀結(jié)構(gòu)

粘粒(<0.005mm)集合體組成的結(jié)構(gòu)形式，類似蜂窩且孔隙很大的絮狀結(jié)

構(gòu)。

工程性質(zhì)

以上三種結(jié)構(gòu)中以密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好，蜂窩結(jié)構(gòu)與絮狀結(jié)構(gòu)

如被擾動(dòng)破壞天然結(jié)構(gòu)，則強(qiáng)度低、壓縮性高。不可作天然地基。

2.土的構(gòu)造

土的構(gòu)造指同一土層中，土顆粒之間相互作用關(guān)系的特征。

(1)層狀構(gòu)造

土層由不同顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層一層互相平行。層理

一般呈水平方向。

(2)分散構(gòu)造

土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近。如砂與卵石層為分散構(gòu)造。

(3)結(jié)核狀構(gòu)造

(4)裂隙構(gòu)造

土體中有許多不連續(xù)的小裂隙。如硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)的粘土為裂隙構(gòu)造。

工程性質(zhì)

一般分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好。結(jié)核狀構(gòu)造工程性質(zhì)好壞取決于細(xì)

粒土部分。裂隙構(gòu)造類土強(qiáng)度低、滲透性大，工程性質(zhì)差。

(四)土的工程特性

±——土是地殼表層的巖石長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)化作用和水流、冰川、風(fēng)等

自然力的剝蝕、搬運(yùn)及堆積作用而生成的松散沉積物。

土的三大工程特性——壓縮性、碎散性、滲透性

1.壓縮性大——反映壓縮性大小的指標(biāo)彈性模量

2.強(qiáng)度低——土的強(qiáng)度指抗剪強(qiáng)度。無(wú)粘性土的強(qiáng)度主要為土粒表面粗

糙不平的摩擦力，粘性土還有粘聚力，其大小遠(yuǎn)小于材料本身強(qiáng)度。

3.透水性大——土中固體顆粒之間有無(wú)數(shù)孔隙，孔隙是透水的，因此土

的透水性大。

（五）土的生成與工程特性的關(guān)系

各類土的生成條件不同，它們的工程特性也不同。

1.搬運(yùn)、沉積條件

通常流水搬運(yùn)沉積的土優(yōu)于風(fēng)力搬運(yùn)沉積的土。

2.沉積年代

通常土的沉積年代越長(zhǎng)，土的工程性質(zhì)越好。

第四紀(jì)晚更新世及以前沉積的粘性土，即老粘土，密度大、強(qiáng)度高、

壓縮性低，為良好的天然地基。

第四紀(jì)全新世沉積的粘性土為常見(jiàn)粘性土，其工程性質(zhì)需通過(guò)試驗(yàn)

進(jìn)行分析。

新近沉積粘性土強(qiáng)度低、壓縮性高，工程性質(zhì)差。

3.沉積的自然地理環(huán)境

自然地理環(huán)境不同所生成的土的工程性質(zhì)差異很大。土的性質(zhì)具有

區(qū)域性。

第二節(jié)土的三相組成

土的組成——土的物質(zhì)成分包括固態(tài)礦物顆粒、孔隙中的水及氣體。

即由土顆粒（固相）、水（液相）、氣（氣相）組成的三相體系。

（―）土的固體顆粒

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

由巖石經(jīng)物理風(fēng)化而成，其成分與母巖相同，包括單礦物顆粒和多

礦物顆粒。礦物成分為：石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石、輝石等。

(2)次生礦物

母巖巖屑經(jīng)化學(xué)風(fēng)化，改變?cè)瓉?lái)的化學(xué)成分，成為一種很細(xì)小的新

礦物，主要是粘土礦物。如：蒙脫石、伊利石、高嶺石。其中蒙脫石親

水性最大，伊利石居中，高嶺石最小。

(3)腐殖質(zhì)

2.土顆粒大小與形狀

土中固體顆粒的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力

學(xué)性質(zhì)重要因素。

土粒常被分成六組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。界限粒徑為

200,60,2,0.075,0.005mmo

0.000.010.070.10.250.5252060200

細(xì)1粗11粗1中T

粗中細(xì)極細(xì)細(xì)卵石y

粘粒粉粒砂粒圓礫碎石i

—p.1.

通常粗粒土的壓縮性低，強(qiáng)度高、滲透性大。

通常帶棱角的土抗剪強(qiáng)度比表面光滑的高。

3.土的粒徑級(jí)配

土的粒徑級(jí)配指的是土中各粒組的相對(duì)含量，占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)

表示。

這是無(wú)粘性土的重要指標(biāo)，是粗粒土的分類定名的標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)：土的粒徑級(jí)配是通過(guò)土的顆粒大小分析試驗(yàn)確定。

(1)粒徑大于0.075mm的粗粒組可用篩分法測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)室將風(fēng)干松散的代表性土樣通過(guò)一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩(20,

10,5,2.0,1.0,0.5,0,25,0.075mm),稱出留在各個(gè)篩子上的土重，

即可算出個(gè)各粒組的相對(duì)含量。

(2)粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒用比重法或移液管法

粉粒和粘粒粒徑小難以篩分，一般可根據(jù)土粒在水中勻速下沉?xí)r的

速度與粒徑的理論關(guān)系，用比重法或移液管法測(cè)得顆粒級(jí)配。

(3)繪制顆粒級(jí)配累計(jì)曲線。橫坐標(biāo)表示粒徑，用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示。

縱坐標(biāo)表示小于某顆粒的土中含量（％）

緩粒徑大小懸殊，土粒不均勻，級(jí)配良好

由曲線坡度大致判斷土的均勻程度

陡粒徑大小相差不大，土粒均勻，級(jí)配不好

有效粒徑4?！∮谀沉降耐亮Ｙ|(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)相應(yīng)

的粒徑。

限定粒徑——小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)相應(yīng)

的粒徑。

中值粒徑40——小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為30%時(shí)相應(yīng)的粒

徑。

C

不均勻系數(shù)“4。

曲率系數(shù)'4。々60

不均勻系數(shù)反映大小不同粒組的分布情況。值越大，土粒大小分布

范圍越大，級(jí)配良好。作為填方土料時(shí)，能有較大的密實(shí)度。

曲率系數(shù)是反映曲線的整體形狀，表示累積曲線的分布范圍。

對(duì)于級(jí)配良好的土，較粗顆粒之間的孔隙被較細(xì)的顆粒填充，因而

土的密實(shí)度較好，相應(yīng)的地基土強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較好，透水性和壓縮性

也較小，可作堤壩或其他工程的填方土料。

（二）土中的水

水分為結(jié)合水（礦物內(nèi)部）、自由水（孔隙中的水）

1.結(jié)合水——小土粒因表面的靜電引力而在其周?chē)降乃?。分為?qiáng)結(jié)

合水和弱結(jié)合水.

（1）強(qiáng)結(jié)合水（附著水）——緊靠土粒表面的結(jié)合水，無(wú)溶解鹽類能力,

不傳遞靜水壓力

（2）弱結(jié)合水（薄膜水）一一緊靠強(qiáng)結(jié)合水外圍形成的一層結(jié)合水模。

不能傳遞靜水壓力，但可緩慢移動(dòng)。

2.自由水——存在土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。能傳水壓，有溶解

能力。

(1)重力水：存在于地下水位以下透水土層中的地下水。重力水對(duì)土中

應(yīng)力狀態(tài)、排水防水措施有重要影響。

(2)毛細(xì)水：受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。

按存在形式分為毛細(xì)上升水——毛細(xì)水下部與地下水面相連。

毛細(xì)懸掛水——毛細(xì)水下部懸空而不與地下水

面相連。

毛細(xì)水上升高度：在粗粒土中高度很小，在細(xì)粒土中較大。

寒冷地區(qū)毛細(xì)水上升可能加劇凍脹現(xiàn)象。凍脹現(xiàn)象是土體因土中水

凍結(jié)形成凍土。某些細(xì)顆粒土在凍結(jié)時(shí)發(fā)生體積膨脹。融陷現(xiàn)象是土層

解凍時(shí)，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，稱為融陷現(xiàn)象。

(三)土中氣

土中氣體主要是空氣和水氣，有時(shí)可能有沼氣、二氧化碳、硫化氫

等。

土中氣體對(duì)土的工程性質(zhì)的影響較小。在某些情況下有影響，如：

封閉氣體使土不易壓實(shí)，在受壓狀態(tài)下可能沖破土層溢出造成突然沉陷。

第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)

(-)土的三項(xiàng)基本物理性質(zhì)指標(biāo)

1.土粒比重(土的相對(duì)密度)Gs

(1)定義——土粒質(zhì)量與同體積4攝氏度純水質(zhì)量之比

G」加$=P,

(2)表達(dá)式：'匕"Av"P.無(wú)量綱數(shù)值上等于土粒

密度

(3)常見(jiàn)值：26—2.8

(4)測(cè)定方法：比重瓶法或經(jīng)驗(yàn)法

2.土的含水量w

(1)定義——土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)計(jì)

w=^-xlOO%

（2）表達(dá)式：叫

（3）常見(jiàn)值：砂土（0-0）%粘性土（20—60）%

（4）測(cè)定方法：烘干法、炒干法、酒精燃燒法等

3.土的密度p

（1）定義——土單位體積的質(zhì)量，單位g/cn?或"m3

m

p——

（2）表達(dá)式：v

（3）常見(jiàn)值：砂土1.6—2.0粘性土1.8—2.0

（4）測(cè)定方法：環(huán)刀法、蠟封法等

以上三個(gè)為土的基本物理指標(biāo)，均可由實(shí)驗(yàn)室直接測(cè)定其數(shù)值。

（二）反映土的松密程度的指標(biāo)

1.孔隙比e

（1）定義——土中孔隙體積與土粒體積之比

（2）表達(dá)式：匕

（3）常見(jiàn)值：砂土0.5—1.0,當(dāng)e<0.6時(shí)，呈密實(shí)狀態(tài)，為良好地

t

粘性土0.5—1.2,當(dāng)e>1.0時(shí)，疏松高壓縮性土，為軟弱地基

（4）確定方法：據(jù)p、Gs、w實(shí)測(cè)值計(jì)算

2.孔隙率n

（1）定義——土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示

V

〃=ixl00%

（2）表達(dá)式：v

（3）常見(jiàn)值：n=（30~50）%

（4）確定方法：據(jù)p、Gs、w實(shí)測(cè)值計(jì)算

（三）反映土中含水程度的指標(biāo)

1.含水量w（前已述）

2.土的飽和度Sr

（1）定義——土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比

V

sr=-X100%

（2）表達(dá)式：。

（3）常見(jiàn)值：S=（0~100）%----------1---------1------

r稍濕|很濕|飽和

（4）確定方法：據(jù)p、Gs、w實(shí)測(cè)值計(jì)算50%80%

（5）工程應(yīng)用：砂土與粉土以飽和度作為濕度劃分標(biāo)準(zhǔn)。

（四）特定條件下土的密度（重度）

1.土的干密度Pd、干容重汽

（1）定義---土單位體積中固體顆粒的質(zhì)量，單位g/cn?或t/m3

_ms

Pd

（2）表達(dá)式：vyd=pd-g

（3）常見(jiàn)值：1.3—2.0g/cm3

（4）測(cè)定方法：環(huán)刀法

（5）工程應(yīng)用：土的干密度通常用作填方工程，包括土壩、路基和

人工壓實(shí)地基，土體壓實(shí)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。pd越大，表明土體壓得越密

實(shí)，即工程質(zhì)量越好，但花費(fèi)的壓實(shí)費(fèi)用也越大。

2.飽和密度Psat、飽和容重Ysat

（1）定義——孔隙中全部充滿水時(shí)單位體積中的土質(zhì)量,單位g/cm3

或t/m，

（2）表達(dá)式：sa，~v~v

3

（3）常見(jiàn)值：psat1.8—2.3g/cm

3.有效密度p:有效容重父

（1）定義——地下水位以下，土體受水的浮力作用時(shí)單位體積中的

土質(zhì)量，單位g/cm3或t/m3

叫-一匕ms-（v-v）■/??.

,c、Psa,=~~~~------------r------=P,~P

（2）表達(dá)式：vvSaW

（3）常見(jiàn)值：p'0.8—1.3g/cm3

綜上所述，土的物理性質(zhì)指標(biāo)共9個(gè)，土粒比重G5、、土的密度p、

土的含水量w、土的干密度pd、飽和密度Psat、有效密度P'、土的孔隙

比e、孔隙率n、土的飽和度工。

思考:這9個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)是否各自獨(dú)立,互不相關(guān)呢?（不是,

其中Gs、p、w由實(shí)驗(yàn)室測(cè)定,其余6個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)可通過(guò)三項(xiàng)草圖

換算求得）

三相圖計(jì)算物理指標(biāo)的方法，先繪制三相圖，再根據(jù)三個(gè)基本指標(biāo)與其

他各指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。

【例2-1】已知某鉆孔原狀土試樣結(jié)果為：p,w,Gs，求其余6個(gè)物

理性質(zhì)指標(biāo)。

第四節(jié)土的物理狀態(tài)指標(biāo)

上節(jié)已知土的9個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)，這兩節(jié)講土的物理狀態(tài)指標(biāo)。為進(jìn)一

步研究土的松密和軟硬，將土分兩大類分別進(jìn)行闡述（無(wú)粘性土和粘性

土）。

（-）無(wú)粘性土的密實(shí)度

無(wú)粘性土如砂、卵石均為單粒結(jié)構(gòu)，它們最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)是

密實(shí)度。那么工程中以什么作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)呢？

1.用孔隙比e（很少用）

優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用方便。同一種土，密砂孔隙比e”松砂孔隙比e2,必然

ei<e2

缺點(diǎn)：無(wú)法反映上粒級(jí)配因素。

例如：兩種級(jí)配不同的砂，一種顆粒均勻密砂el,一種級(jí)配良好的松砂

e2,結(jié)果el反而大于e2。

2.以相對(duì)密實(shí)度Dr為標(biāo)準(zhǔn)

為了克服上述用一個(gè)指標(biāo)e,對(duì)級(jí)配不同的砂土的難以準(zhǔn)確判別的缺

陷，可用天然孔隙比與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實(shí)狀態(tài)孔

隙比emin進(jìn)行對(duì)比，看e接近emax或接近emin。以此來(lái)判斷它的密實(shí)度，

即相對(duì)密實(shí)度法。

D,max

p-P

maxmin

松II中II密

-M./.,

1/32/3

相

一t

優(yōu)點(diǎn)：用Dr來(lái)判別，計(jì)入土的級(jí)配因素理論上完善

缺點(diǎn)：e,“ax、emin測(cè)定主觀性較大，即數(shù)值與測(cè)試人員的因素等有關(guān),

難獲得科學(xué)數(shù)據(jù)。

3

【例2—2］某細(xì)砂土測(cè)得w=23.2%,y=16kn/m,ds=2.68,取yw=

10kn/m3,將砂樣放入振動(dòng)器中，振動(dòng)后砂樣質(zhì)量為0.415kg,體積為

0.22Lo松散時(shí)質(zhì)量為0.42kg的砂樣，體積為0.35Lo求砂土的天然

孔隙比和相對(duì)密實(shí)度。

3.以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N為標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的一種原位測(cè)試。

方法：用卷?yè)P(yáng)機(jī)把質(zhì)量為63.5kg的鋼錘，提升76cm高，讓鋼錘自

由下落，打擊貫入器，使貫入器入土中深30cm所需的錘擊數(shù)，記N63.5。

N值大小反映士的貫入阻力大小，即密實(shí)度大小。N越大，顯然土

越密實(shí)。

101530N

w~I_ss?~s~?密實(shí)―

以標(biāo)

準(zhǔn)貫

(-)粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)

粘性土的物理特征是不是與砂土相似？是否可用孔隙比e、相對(duì)密實(shí)

度口和標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)其密實(shí)度呢？回答這兩個(gè)問(wèn)題,需從

粘性土和砂土的顆粒大小，土粒與土中水相互作用來(lái)分析。

砂土顆粒粗，砂粒粒徑d=0.075mm~2.0mm單粒結(jié)構(gòu)。土中結(jié)合水含

量較少，土粒與土中水相互作用不明顯，所以砂土用e、Dr、N反映其

密實(shí)度明確定砂土的工程性質(zhì)。而粘性土顆粒細(xì)，粘粒粒徑d<0.005mm,

細(xì)土粒周?chē)纬呻妶?chǎng)，吸引水分子定向排列，形成粘結(jié)水膜，土粒與土

中水相互作用顯著，例如：同一種粘性土，含水量小時(shí)，呈堅(jiān)固態(tài)，含

水量增加，土粒間距增大。呈可塑態(tài)。含水量再增加，出現(xiàn)較多自由水

時(shí)，粘性土呈流動(dòng)態(tài)。相應(yīng)的承載力急劇減小。可見(jiàn)土粘性土的最主要

的物理特征不是e、D”而是土與水相互作用的稠度。

1.粘性土的界限含水量

（1）定義：同一種粘性土隨其含水量不同，分別處于固態(tài)、半固態(tài)、

可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài)。

可塑性—當(dāng)粘性土在某含水量范圍內(nèi)，可用外力塑成任何形狀而

不發(fā)生裂紋，并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形狀土的這種性質(zhì)稱可塑

性。

界限含水量——粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一狀態(tài)的分界含水量

縮限Ws塑限Wp液限WL

-------1-------------1------------1--------------?含水量w

??半固態(tài)?可塑態(tài)1流動(dòng)態(tài)

WL液限——土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)界限含水量。亦稱塑性上限

含水量，用符號(hào)WL表示。

Wp塑限——土由半固態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。亦稱塑性

下限含水量，用符號(hào)Wp表示。

Ws縮限——士由半固態(tài)不斷蒸發(fā)水分，直到體積不再縮小時(shí)土的界

限含水量。用符號(hào)Ws表示。

界限含水量都以百分?jǐn)?shù)表示。

（2）界限含水量測(cè)定

WL液限用錐式液限儀或碟式液限儀。Wp塑限用“搓條法”測(cè)定。

用聯(lián)合測(cè)定法液限WL塑限Wp。Ws縮限用收縮皿法測(cè)定。

2.粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)

（1）塑性指數(shù)——液限和塑限的差值（省去％）,即土處在可塑狀態(tài)的

含水量變化范圍，用符號(hào)IP表示

Ip=WL-Wp

物理意義：土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。即Ip增大，土處在

可塑狀態(tài)的含水量變化范圍增大。

工程應(yīng)用：用塑性指數(shù)劃分粘性土與粉土。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)粘性土按塑性指數(shù)》值

flO</p<17粉質(zhì)粘土

可劃分為i%>17粘土

(2)液性指數(shù)——粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，

用符號(hào)II表示

,W-WW-W

11=---------p=---------p-

%-%Ip

物理意義：將土的含水量W與WI與Wp相比較，以反映土的軟硬不同。

IL<0時(shí)，天然土處堅(jiān)硬狀態(tài)

IL>1時(shí)，天然土處流動(dòng)狀態(tài)

IL在。~1時(shí)，天然土處可塑狀態(tài)

???IL來(lái)表示粘性土所處軟硬狀態(tài)，IL越大，土愈軟，L越

小，土愈硬。

工程應(yīng)用：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)規(guī)定粘性土按

液性指數(shù)值劃分為堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑及流塑五種軟硬狀態(tài)

表L14

狀堅(jiān)硬流

可塑軟塑

態(tài)硬塑塑

0

液I<10.250.75

性LL<IL<ILIL>

指WW1.0

數(shù)00.0.751.0

25

3.靈敏度和活動(dòng)度

（1）靈敏度Si

定義：靈敏度st——常用來(lái)評(píng)價(jià)粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度影響的指標(biāo)。

同一粘性土的原狀土與重塑土在孔隙和含水量不變時(shí)土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

比。

物理意義：粘性土按靈敏度劃分：St=2~4中等靈敏粘性土

St=4-8靈敏粘性土

St=8-16特別靈敏粘性土

St>16超靈敏粘性土

工程應(yīng)用：粘性土的觸變性——粘性土結(jié)構(gòu)被破壞后（擾動(dòng)土），±

的強(qiáng)度降低。但靜置一段時(shí)間，土的強(qiáng)度乂逐漸增長(zhǎng)，這種性質(zhì)即為觸

變性。

我國(guó)沿海地區(qū)粘性土基本屬于一般粘性土和靈敏粘性土。

（2）活動(dòng)度A

定義：活動(dòng)度A——粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒含量百分?jǐn)?shù)的比

值。

物理意義：活動(dòng)度反映粘性土所含礦物的活動(dòng)性。根據(jù)活動(dòng)度大小

粘土可分為三種：

A<0.75不活動(dòng)粘土0.75<A<1.25正常粘土A>1.25

活動(dòng)粘土

第五節(jié)地基土的工程分類

意義：地基土（巖）分類的任務(wù)是根據(jù)分類用途和土（巖）的各種性質(zhì)

的差異將其劃分為一定的類別

地基土的分類

殘積土

‘老沉積土坡積土

一般沉積土洪積土

新近沉積土.沖積土

（1）按沉積年代分（2）按地質(zhì)成因

無(wú)機(jī)土

?機(jī)土

'泥炭質(zhì)土

（3）按有機(jī)質(zhì)含量〔泥炭（4）按粒徑級(jí)配或塑

碎石類土

砂類土

‘粉土

性指數(shù).粘性土

（5）按上的工程性質(zhì)］各種特殊土

（-）巖石的分類

1.定義

顆粒間牢固聯(lián)結(jié)呈整體或具有節(jié)理、裂隙的巖體稱為巖石

2.分類

rUJMZ/1_U_

石漿石

〈沉積巖

（1）按成因分〔變質(zhì)巖（2）按堅(jiān)硬程度分

［硬質(zhì)巖石

［軟質(zhì)巖石

'微風(fēng)化

＜中等風(fēng)化

（3）按風(fēng)化程度分［強(qiáng)風(fēng)化（4）按軟化系數(shù)分

「軟化巖石

〔不軟化巖石

3.工程性質(zhì)

微風(fēng)化的硬質(zhì)巖石為最優(yōu)良地基，美國(guó)超高層大多建造在這類巖基上。

微風(fēng)化和中等風(fēng)化巖石可直接作為建筑物地基或樁基的持力層。強(qiáng)風(fēng)化巖

石情況復(fù)雜，視其風(fēng)化產(chǎn)狀，具體分析。一般情況下，強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖層地

基也可作為建筑物良好地基。強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖石工程性質(zhì)差。

（二）碎石類土

1.定義

碎石類土——粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土

2.分類依據(jù)

根據(jù)土的粒徑級(jí)配中各粒組的含量和顆粒形狀兩者進(jìn)行分類定名。

3.定名

碎石土的分類

土顆粒形狀粒組含量

的

名

稱

漂圓形及亞圓

石形為主粒徑d>200mm的顆粒含量超過(guò)

塊全重的50%

棱角形為主

石

卵圓形及亞圓

石形為節(jié)粒徑d>20mm的顆粒含量超過(guò)

碎全重的50%

棱角形為主

石

圓圓形及亞圓

礫形為主粒徑d>2mm的顆粒含量超過(guò)全

角重的50%

棱角形為主

礫

注意：定名時(shí)應(yīng)據(jù)由大到小的順序，先符合者即為該土的名稱。

4.工程性質(zhì)

常見(jiàn)的碎石類土，強(qiáng)度大，壓縮性小，滲透性大，為優(yōu)良的地基,

也可將樁放置在這類土層。

（三）砂類土

1.定義

砂類土——粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%,粒徑大于

0.075mm顆粒超過(guò)全重50%的土

【例2一3】某住宅進(jìn)行工程地質(zhì)勘察時(shí)，取回一砂土試樣，經(jīng)篩析試

驗(yàn)，得到各個(gè)粒組含量的百分比如下，試定砂土名稱。

>20mm占10%5~2mm占6%0.25-0.1mm占11%

20~10mm占1%2~0.5mm占41%<0.1mm

占7%定土的名稱

10~5mm占3%0.5-0.25mm占21%

解：>20mm10%

>2mm10%+1%+3%+6%=20%

>0.5mm20%+41%=61%>50%,故為粗砂。

2.分類依據(jù)

根據(jù)土的粒徑級(jí)配各粒組含量分類

3.定名

砂土的分類

土的粒組含量

名稱

礫砂粒徑d>2mm的顆粒占總質(zhì)量的25%?

50%

粗砂粒徑d>0.5mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的50

%

中砂粒徑d>0.25mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的

50%

細(xì)砂粒徑d>0.075mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的

85%

粉砂粒徑d>0.075mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的

50%

注意：定名時(shí)應(yīng)據(jù)由大到小的順序，先符合者即為該士的名稱。

4.工程性質(zhì)

（1）密實(shí)和中密的礫砂、粗砂、中砂為優(yōu)良地基

（2）粉砂和細(xì)砂要具體分析：

密實(shí)狀態(tài)為良好地基，飽和松散狀態(tài)為不良地基。

稍密狀態(tài)以下的粉細(xì)砂，處地下水位以下時(shí)，承載力很低，作天然

地基須謹(jǐn)慎。

松散的粉細(xì)砂在動(dòng)荷載作用下（地震作用）極易發(fā)生液化，短時(shí)間

內(nèi)地基喪失承載力，導(dǎo)致建筑物毀壞。如唐山大地震

（3）砂土透水性強(qiáng)，作為地基或樁持力層，沉降達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間很

快。通常建筑物施工完畢，荷載全部加上后，沉降基本完成。

（四）粉土

1.定義

粉土——粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%,塑性指數(shù)

IP小于或等于10的土。

2.分類

砂質(zhì)粉土（粒徑＜0.005，〃加，不超過(guò)全重10%）

粘質(zhì)粉土（粒徑＜0.005nwi,超過(guò)全重10%）

3.工程性質(zhì)

密實(shí)粉土為良好的地基。飽和稍密的粉土，地震時(shí)易液化，為不良地基。

（五）粘性土

1.定義

粘性土——塑性指數(shù)IP＞10的土。

2.分類

（1）按粘性土沉積年代分：老粘性土、一般粘性土、新近沉積粘性

±

1）老粘性土：第四紀(jì)晚更新世（Q3）及其以前沉積的粘性土

特點(diǎn)：較高強(qiáng)度、較低壓縮性

分布：長(zhǎng)江中下游、湖南湘江兩岸、內(nèi)蒙古包頭

一般來(lái)說(shuō)，老粘土與一般粘性土相比，在