1、土力學與基礎工程 北京工業(yè)大學 建筑工程學院,第二章 土的性質及工程分類,2.1 概述 2.2 土的三相組成及土的結構 2.3 土的物理性質指標 2.4 無粘性土的密實度 2.5 粘性土的物理特性 2.6 土的滲透性 2.7 土的壓實原理 2.8 地基土的工程分類,土是指： 地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的風化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結或膠結很弱的顆粒堆積物。,風化,搬運、沉積,2.1 概 述, 什么是土？,礫石料 卵 石 砂 粘土,土與土力學,土與土力學, 一般固體： 液體： 土體（散粒）：,可保持固定的形狀,不具有特定的形狀,具有一定但不固定的形狀,碎散性,土有哪些特點

2、？,非連續(xù)介質,受力以后易變形 體積變化主要是孔隙變化 剪切變形主要由顆粒 相對位移引起 強度低,巖石風化的 產(chǎn)物,土與土力學,多相介質,三相性 （三相體系）,土有哪些特點？,固相土骨架 液相水 氣相空氣,土與土力學,天然性 （自然變異性）,自然界的產(chǎn)物,土有哪些特點？,非均勻性 各向異性 結構性 時空變異性,土與土力學,碎散性,三相性,天然性,力學特性復雜,變形特性 強度特性 滲透特性,土有哪些特點？,土與土力學,氣相,固相,液相,+,+,構成土骨架，起決定作用,重要影響,土體,次要作用,2.2 土的三相組成及結構,一. 固體顆粒,物理狀態(tài) 力學特性,粒徑級配,礦物成分,顆粒形狀,2.2 土

3、的三相組成及結構,2.2.1 土的固體顆粒礦物成分,原生礦物 石英、長石、云母 次生礦物 主要是粘土礦物，包括三種類型 高嶺石、伊里石、蒙脫石,粘土礦物: 由硅片和鋁片構成的晶包所組合而成,硅片的結構,基本單元： 硅-氧四面體,2.2.1 土的固體顆粒礦物成分,鋁片的結構,基本單元： 鋁-氫氧八面體,2.2.1 土的固體顆粒礦物成分,粘土礦物的晶格構造,蒙脫石,伊利石,粒徑 比表面積 脹 縮 性 強度 壓 縮 性,大 10-20m2/g 小 大 小,中 80-100m2/g 中 中 中,小 800m2/g 大 小 大,9克蒙脫土的總表面積大約與一個足球場一樣大,砂粒與粘粒,粘土礦物的帶電性質,

4、粘土顆粒的表面有電荷，凈電荷通常為負電荷,原生礦物 圓狀、渾圓狀、棱角狀 次生礦物 針狀、片狀、扁平狀,2.2.1 土的固體顆粒顆粒形狀,2.2.1 土的固體顆粒粒組,粒徑：顆粒的大小通常以直徑表示。稱為粒徑（mm）或粒度。 粒組：粒徑大小在一定范圍內、具有相同或相似的成分和性質的土粒集合。,2.2.1 土的固體顆粒粒組,卵石或碎石顆粒 (20200mm) 圓礫或角礫顆粒 (220mm) 砂 (0.0752mm),粉粒(0.0050.075mm) 粘粒(0.005mm),粘土,細砂,粗砂,碎石,卵石,碎石,粘土,2.2.1 土的固體顆粒顆粒級配,土的顆粒級配 土由不同粒組的土顆?；旌显谝黄鹚?/p>

5、成，土的性質主要取決于不同粒組的土粒的相對含量。土的顆粒級配就是指大小土粒的搭配情況。,土的顆粒級配分析方法 列表法（P7） 級配曲線法,2.2.1 土的固體顆粒顆粒級配,試驗結果可繪制在半對數(shù)坐標上 縱坐標：小于某粒徑的土粒累積含量 橫坐標：使用對數(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，但對土的性質可能有主要影響的顆粒部分清楚地表達出來.,2.2.1 土的固體顆粒顆粒級配,2.2.1 土的固體顆粒顆粒級配,不均勻系數(shù)：曲率系數(shù)：,小于某粒徑的土粒含量占總土顆粒質量的60%時的粒徑-限定粒徑（d60）。 小于某粒徑的土粒含量占總土顆粒質量的30%時的粒徑-

6、中間粒徑（d30） 。 小于某粒徑的土粒含量占總土顆粒質量的10%時的粒徑-有效粒徑（d10） 。,2.2.1 土的固體顆粒顆粒級配,不均勻系數(shù)可以反映大小不同粒組的分布情況，Cu越大表示土粒大小分布范圍廣，級配良好。 曲率系數(shù)描述累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。,Cu5 ，Cc13,2.2.1 土的固體顆粒顆粒級配分析方法,顆粒分析試驗 篩分法：粒徑600.075mm 靜水沉降法（沉降分析法）：粒徑0.075mm,2.2.1 土的固體顆粒篩分法,篩分法,篩析機,2.2.1 土的固體顆粒比重瓶法,2.2.1 土的固體顆粒比重瓶法,10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1,

7、200g,10 16 18 24 22 38 72,小于某粒徑之土質量百分數(shù)P（）,粒徑(mm),P % 95 87 78 66 55 36,土的粒徑級配累積曲線,水分法,粒徑級配,粒徑級配累積曲線及指標的用途：,1）粒組含量用于土的分類定名；,2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度： Cu 5, 不均勻土； Cu 5, 均勻土,3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度： C c = 1 3, 級配連續(xù)土； Cc 3 或 Cc 1,級配不連續(xù)土,4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣： 如果 Cu 5且 C c = 1 3 ， 級配 良好的土； 如果 Cu 3 或 Cc 1, 級配

8、 不良的土,2.2.2 土中水和氣土中水,土中水-土中水是土的液體相組成部分。水對無粘性土的工程地質性質影響較小，但粘性土中水是控制其工程地質性質的重要因素，如粘性土的可塑性、壓縮性及其抗剪性等，都直接或間接地與其含水量有關。,2.2.2 土中水和氣,土中水,自由水,結合水,強結合水,弱結合水,重力水,毛細水,結合水：受電分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。,自由水：存在于土粒表面電場影響范圍以外的土中水。,結晶水,結晶水：土粒礦物內部的水。,2.2.2 土中水和氣,強結合水-具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度、不能傳遞靜水壓力。性質跟固體相似。,弱結合水,自由水-可以傳遞靜水壓力 、能溶解鹽

9、類。,2.2.2 土中水和氣自由水,毛細水： 存在于地下水位以上透水層中的水。水和空氣交界處表面張力作用而產(chǎn)生。 重力水： 存在于地下水位以下的透水土層中的水。當存在水頭差時將產(chǎn)生流動。,毛細水： 存在于地下水位以上透水層中的水。水和空氣交界處表面張力作用而產(chǎn)生。,2.2.2 土中水和氣毛細水,毛細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,2.2.2 土中水和氣毛細水,重力水是在重力和水位差作用下能在土中流動的自由水。它是土中其它類型水的來源。重力水具有融解能力，能傳遞靜水和動水壓力，并對土粒起浮力作用 。 應當指出，水是土的一個重要組成部分。根據(jù)實用觀點，一般認為它不承

10、受剪力，但能承受壓力和一定的吸力；同時，水的壓縮性很小，在通常所遇到的壓力范圍內，它的壓縮量可以忽略不計,2.2.2 土中水和氣重力水,2.2.2 土中水和氣土中氣,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,2.2.3 土的結構與構造土的結構,土的結構性土的組成與物理性質并不能完全決定土的性質，土的結構對土的性質具有很大的影響，這種特性稱為土的結構性（土粒的空間相互排列以及土粒之間的聯(lián)結特征）。 單粒結構、蜂窩狀結構、絮狀結構。,2.2.3 土的結構與構造單粒結構,特點： 土粒間存在點與點的接觸，隨著它的形成條件的不同，可形成密實的或者疏松的狀態(tài)。

11、（碎石土和砂土）,2.2.3 土的結構與構造單粒結構,疏松狀態(tài)： 在荷載作用下，特別是在震動荷載作用下會使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實，同時產(chǎn)生較大的變形。,2.2.3 土的結構與構造單粒結構,密實狀態(tài)： 比較穩(wěn)定，力學性質好，粗砂土如砂土、礫石等土類的結構特征。,單粒結構的松密程度取決于礦物成分、顆粒形狀、級配情況。,2.2.3 土的結構與構造蜂窩結構,土粒下沉過程中，土粒間的分子吸力大于下沉土粒重量形成鏈環(huán)狀單元，很多這樣的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來，便形成孔隙較大的蜂窩狀結構，蜂窩狀結構常在粉土、粘土類中遇到。,2.2.3 土的結構與構造絮狀結構,微小的粘粒，重量極輕，靠其自重在水中下沉，極為

12、緩慢，由于土粒間的吸引力形成土粒集合體團粒而下沉。 主要存在于海積粘土中。 孔隙很大，強度低、壓縮性高、對擾動比較敏感，土粒間的聯(lián)接強度會由于壓密和膠結作用而逐漸得到加強。,2.2.3 土的結構與構造土的結構,三種結構中密實的單粒結構土的工程性質最好，蜂窩狀為其次，絮狀結構土工程性質最差。后兩種結構土，如果因振動其天然結構被破壞的話，強度很低，壓縮性大。因此未經(jīng)處理不能作為天然地基。,2.2.3 土的結構與構造土的構造,裂隙、節(jié)理構造,粘性土或淤泥質粘性土夾層 層理構造,土的物理狀態(tài) 粗粒土的松密程度 粘性土的軟硬程度,土的物理性質指標 (松密程度、干濕程度、輕重程度),力學特性,直接影響,表

13、示,2.3 土的物理性質指標,土的三個組成相的體積和質量上的比例關系,2.3 土的物理性質指標,表示土的三相組成部分質量、體積之間的比例關系的指標，稱為土的三相比例指標。主要指標有：比重、天然密度、含水量（這三個指標需用實驗室實測）和由它們三個計算得出的指標干密度、飽和密度、孔隙率、孔隙比和飽和度。 注意：土的三相比例指標是其物理性質的反映，但與其力學性質有內在聯(lián)系，顯然固相成分的比例越高，其壓縮性越小，抗剪強度越大，承載力越高。,2.3 土的物理性質指標,2.3 土的物理性質指標土粒相對密度,土粒比重（土粒相對密度）：土粒密度與4時純水的密度之比，一般用ds表示，無量綱。即：,土粒比重決定于

14、土的礦物成分，同一種類的土，其比重變化幅度很小。 試驗室內用比重瓶測定。,2.3 土的物理性質指標天然密度,天然密度 ：天然狀態(tài)下，單位體積土的質量，單位為g/cm3或t/m3，即：,天然密度取決于土粒密度、孔隙體積、孔隙水質量等，綜合反映了土的物質組成與結構特征，其變化范圍較大。一般粘性土= 1.82.0g/cm3；砂土=1.62.0g/cm3。天然密度一般用“環(huán)刀法”測定 。,2.3 土的物理性質指標天然密度,2.3 土的物理性質指標含水量,土的含水量：土中水的質量與土粒質量之比，一般用w表示，以百分數(shù)計，即：,含水量反映土中水的含量多少，其變化范圍很大。土的含水量對粘性土、粉土的影響較大

15、，對砂土稍有影響，對碎石土沒有影響。一般說來，同一類土，當其含水量增大時，強度就降低。試驗室內一般用“烘干法”確定。,2.3 土的物理性質指標含水量,2.3 土的物理性質指標干密度和干容重,干密度d（干容重d）,定義：單位體積內土粒的質量或重量。 表達式：,2.3 土的物理性質指標飽和密度和飽和容重,飽和密度sat（飽和容重sat ）,定義： 土中孔隙完全被水充滿，土處于飽和狀態(tài)時單位體積土的質量或重量。 表達式：,2.3 土的物理性質指標浮密度和浮容重,定義： 單位體積內土粒質量與同體積水質量之差。 表達式：,浮密度 （浮容重 ）,2.3 土的物理性質指標密度,2.3 土的物理性質指標孔隙比

16、與孔隙率,土的孔隙比e ：是土中孔隙體積與土粒體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即：,土的孔隙率n ：土中孔隙所占體積與總體積之比，孔隙率用百分數(shù)表示。即：,2.3 土的物理性質指標孔隙比和孔隙率,e是一個重要的物理性指標，可以用來評價天然土層的密度程度。一般e1.0的土是疏松的高壓縮性土。一般來說粗粒土的孔隙率大，細粒土的孔隙率小。,2.3 土的物理性質指標飽和度,土的飽和度Sr: 土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，以百分率計，即：,2.3 土的物理性質指標指標換算,例1：已知 V=60cm3，m=114g，ds=2.67，ms=92g 試求 ， d， sat，w，e，Sr 例2：已知某飽和

17、土樣 ds=2.73， sat =1.82g/cm3 試求 e 例3：某填方工程，V=30000 m3 ，要求壓實干密度 d=1.7t/m 3 ，現(xiàn)有土料天然密度 =1.64t/m 3 ， 含水量w=15%。 試求 需要填多少方土？,土的物理狀態(tài),無粘性土的土粒之間的聯(lián)結微弱，因此其工程性質主要與密實度有關； 粘性土顆粒很細，比表面積大，水對其性質影響較大，因此其工程特性主要取決于稠度。,2.4 無粘性土的密實度,無粘性土的密實度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密實的無粘性土由于壓縮性小，抗剪強度高，承載力大，可作為建筑物的良好地基。但如處于疏松狀態(tài)，尤其是細砂和粉砂，其承載力就有可能很低，因

18、為疏松的單粒結構是不穩(wěn)定的，在外力作用下很容易產(chǎn)生變形，且強度也低，很難作天然地基。 密實度的評價方法有三種： 1、 室內測試孔隙比確定相對密實度的方法 2、 利用標準貫入試驗等原位測試方法 3、 野外觀測方法 （用于碎石土）,2.4 無粘性土的密實度,相對密實度：砂土的密實程度并不完全取決于天然孔隙比，而很大程度上取決于土的級配情況，相對密實度同時反映了孔隙比和級配的影響，以Dr表示。,最小孔隙比是最緊密狀態(tài)的孔隙比，用“振擊法”測定。最大孔隙比是土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比，用“松砂器法”測定。,雖然相對密實度從理論上能反映顆粒級配、顆粒形狀等因素。但由于對砂土很難采取原狀土樣，故天然孔隙比

19、不宜測準。規(guī)范用標準貫入試驗的錘擊數(shù)來劃分砂土的密實度。,砂 土 的 密 實 度,2.4 無粘性土的密實度標準貫入試驗,碎石土的密實度 碎石土更不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現(xiàn)場進行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密、稍密、松散四種。,2.4 無粘性土的密實度野外觀測法,2.5 粘性土的物理特性,流動狀態(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,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，

20、在外力作用下，易于發(fā)生破裂。,體積不再收縮，空氣進入土體，土的顏色變淡。,固態(tài)或半固態(tài),塑態(tài),流態(tài),強結合水,弱結合水,自由水,含水量,w,2.5.1 粘性土的稠度與界限含水量,粘性土,0 ws w p w L,固態(tài),半固態(tài),可塑狀態(tài),流動狀態(tài),稠度：粘性土因含水量的不同表現(xiàn)出不同的稀稠、軟硬狀態(tài)的性質稱為粘性土的稠度。,粘性土的稠度反映土中水的形態(tài),2.5.1 粘性土的稠度與界限含水量,粘性土,0 ws w p w L,固態(tài),半固態(tài),可塑狀態(tài),流動狀態(tài),塑限,液限,縮限,粘性土的界限含水量： 同一種粘性土隨其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。由一種狀態(tài)轉變到另一種狀態(tài)

21、的分界含水量，叫界限含水量（Atterberg 1911）。,界限含水量的測定方法： 塑限：搓條法 液限：錐式液限儀（碟式液限儀）。,2.5.1 粘性土的稠度與界限含水量,0 ws wp w L,固態(tài),半固態(tài),可塑狀態(tài),流動狀態(tài),塑限,液限,縮限,搓條法 錐式液限儀,2.5.1 粘性土的稠度與界限含水量,可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征，可塑性的大小用土處在可塑狀態(tài)時的含水量的變化范圍來衡量，從液限到塑限含水量的變化范圍越大，土的可塑性越好。 塑性指數(shù)：指液限和塑限的差值（省去%號），即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，用IP表示。,塑性指數(shù)是粘性土的最基本、最重要的物理指標，其大小取決于吸附

22、結合水的能力，即與土中粘粒含量有關，粘粒含量越高，塑性指數(shù)越高（粘土礦物成分、水溶液）。,2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù),2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù),2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù),2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù),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IL表示。即,液性指數(shù)表證天然含水量與界限含水量間的相對關系，可塑狀態(tài)的土的液性指數(shù)在01之間；液性指數(shù)大于1，處于流動狀態(tài)；液性指數(shù)小于0，土處于固態(tài)或半固體狀態(tài)。,2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù),2.5.2 粘性土的天然稠度,2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)與液性指數(shù),注 意,由于液

23、限和塑限目前都是用擾動土測定的，土的結構已徹底破壞，而天然土一般在自重作用已有很長的歷史，它獲得了一定的結構強度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定會發(fā)生流動。含水率大于液限只是意味著：若土的結構遭到破壞，它將轉變?yōu)檎硿酀{。,天然狀態(tài)的粘性土當受擾動后，其強度降低、壓縮性增大。土的結構性對強度的這種影響，可用靈敏度 衡量：,式中qu，qu 原狀、重塑試樣的無側限抗壓強度。,2.5.3 粘性土的靈敏度和觸變性,2.5.3 粘性土的靈敏度與觸變性,土的靈敏度越高，其結構性越強，受擾動后的強度降低就越明顯。,根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為：,2.5.3 粘性土的靈敏度與觸變性,觸變性：飽和粘性

24、土當受擾動后，其強度降低，但當擾動停止后，強度又隨時間增大，這種特性稱為觸變性。,2.6 土的滲透性,水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內部的應力狀態(tài)的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴重時還會釀成破壞事故。 土的滲透性的強弱，對土體的固結、強度以及工程施工都有非常重要的影響 。,2.6 土的滲透性,滲透：土孔隙中的自由水在重力作用下發(fā)生運動的現(xiàn)象稱為水的滲透，而土被水流透過的性質，稱為土的滲透性。,由于土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大，流速緩慢 層流,2.6.1 土的滲透定理達西定律,v 滲透速度（cm/s或m/s）； q

25、 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，無因次； h 試樣兩端的水位差，即水頭損失； L 滲徑長度； k 滲透系數(shù)（cm/s或m/s,m/d）； F 試樣截面積（cm2或者m2）。,2.6.1 土的滲透定理達西定律,砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關系，符合達西滲透定律。,2.6.1 土的滲透定理達西定律,對于密實的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當水力梯度達到某一數(shù)值后，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。這一開始發(fā)生滲透時的水力梯度成為粘性土的起始水力梯度i0,2.6.1 土的滲透定理達西定律,在粗粒土中（礫、卵石等），只有在小的水

26、力梯度下，滲透速度與水力梯度才呈非線性關系，而在較大的水力梯度下，水在土中流動進入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力梯度呈非線性關系，此時達西定律同樣不能適用。,2.6.1 土的滲透定理達西定律,注 意,按照達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行的 。 實際上，水在土體中的實際流速要比用達西定律求出的流速要大得多。他們之間的關系為,滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強弱的重要力學性質指標。滲透系數(shù)的測定可以分為現(xiàn)場試驗和室內試驗兩大類。一般，現(xiàn)場試驗比室內試驗得到的結果要準確可靠。因此，對于重要工程常需進行現(xiàn)場測定。 常水頭試驗：適用于透水性強的無粘性土。

27、變水頭試驗：適用于透水性弱的粘性土。,2.6.2 土的滲透系數(shù),常水頭法就是在整個試驗過程中，水頭保持不變。 用量筒和秒表測出某一時刻t內流經(jīng)試樣的水量Q，即可求出流過土體的流量，再根據(jù)達西定律求解k,2.6.2 土的滲透系數(shù)常水頭法,粘性土，滲透系數(shù)小，流經(jīng)水量少。,2.6.2 土的滲透系數(shù)變水頭法,設玻璃管的內截面積為a，試驗開始以后任一時刻t的水位差為h，經(jīng)時段dt，細玻璃管中水位下落dh，則在時段dt內流經(jīng)試樣的水量,2.6.2 土的滲透系數(shù)變水頭法,2.6.2 土的滲透系數(shù)變水頭法,2.6.2 土的滲透系數(shù)現(xiàn)場抽水試驗,2.6.2 土的滲透系數(shù)現(xiàn)場抽水試驗,土的滲透系數(shù)參考值,2.6

28、.3 土滲透性的影響因素,土的粒度成分及礦物成分 結合水膜厚度 土的結構構造 水的粘滯度 土中氣體,水在土中流動,能量消耗,力圖拖曳土粒,水頭損失,滲透水流施于單位土體內土粒上的力稱為滲流力、動水壓力。,2.6.4 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流力,1點，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利； 2點，3點，滲流力與重力方向正交，對穩(wěn)定不利； 4點，滲流力與重力方向相反，對穩(wěn)定特別不利。,2.6.4 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流力,滲流力方向與滲透方向相同，大小取決于水力梯度。即,2.6.4 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流力,當滲流力和土的有效重度相同且方向相反時，土顆粒間的壓力等于零，土

29、顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定。這種現(xiàn)象稱為流土，此時的水頭梯度成為臨界水頭梯度icr。,2.6.4 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析臨界水頭梯度,如圖所示，土樣受到滲流作用。已知土樣高度為0.4m，土樣的飽和容重為20kN/m3。(1) 計算作用在土樣上的動水壓力及其方向；(2) 若土樣發(fā)生流沙現(xiàn)象，其水頭差h應是多少？,例題分析,逸出梯度與滲透穩(wěn)定,流土一般發(fā)生在滲流逸出處。因此只要求出滲流逸出處的水力梯度，就可判別流土的可能性。,土處于穩(wěn)定狀態(tài),土處于臨界狀態(tài),土處于流土狀態(tài),2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流變形,滲流,土體內部應力狀態(tài)變化,管涌、流土等,水庫塌岸岸坡、 土壩在水位 降落時引起

30、的滑動,管涌指在滲流作用下土體的細土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。 流土是指在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流逸出處。,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析滲流變形,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析流土,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析流土,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析管涌,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析管涌,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析管涌,反濾倒?jié)B,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析管涌的治理,反濾圍井,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定性分析管涌的治理,2.6.5 滲流力與滲流穩(wěn)定

31、性分析管涌的治理,蓄水反壓,凍脹現(xiàn)象及其對工程的危害 凍土：在冰凍季節(jié)因大氣負溫影響，使土中 水分凍結成為凍土。 季節(jié)性凍土：冬季凍結，夏季全部融化。 隔年凍土：冬季凍結，一兩年內不融化的凍土。 多年凍土：凍結狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上。,2.6.6 土中水和氣土的凍脹性,凍土現(xiàn)象：在凍土地區(qū)，隨著凍結和融化會發(fā)生特殊的現(xiàn)象，稱為凍土現(xiàn)象。 凍脹現(xiàn)象：粘性土層在凍結時，往往會發(fā)生土層體積膨脹，使地面隆起成丘，稱為凍脹現(xiàn)象。 凍融現(xiàn)象：土層解凍融化后，由于土中含水量增加，且地基細粒土排水能力差，土層處于飽和狀態(tài)，土層軟化，強度大大降低，稱為凍融現(xiàn)象。,2.6.6 土中水和氣土的凍脹性,凍脹機理： 影

32、響因素： 土的因素：粉質亞粘土，粉質亞砂土，粘土。 水的因素：開敞性凍脹，封閉性凍脹。 溫度的因素：氣溫下降速度。 在持續(xù)負溫作用下地下水位較高的處的粉砂、粉土、亞粘土、輕亞粘土等土層中具有較大的凍脹現(xiàn)象。,2.6.6 土中水和氣土的凍脹性,2.7 土的壓實原理,土的壓實性指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土體能夠壓實到某種密實程度的性質。 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，以提高土的密實度和均勻性。填土的密實度常以其干密度來表示。 在實驗室內研究土的壓實性是通過擊實試驗進行的。,2.

33、7.1 土的壓實原理擊實試驗,輕型：粒徑小于5毫米,重型：粒徑小于20毫米,25下，分三層擊實,56下，分5層擊實,2.7 土的壓實原理,擊實儀,2.7.2 影響擊實效果的因素,含水量的影響 擊實功能的影響 粗粒含量的影響 土類和級配的影響,含水率的影響 當含水率較小時，土的干密度隨著含水率的增加而增大，而當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，此時對應的含水率稱為最優(yōu)含水率。,2.7.2 影響擊實效果的因素,2.7.2 影響擊實效果的因素,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

34、小。但是這種增大或減小的速率是遞減的，因而光靠增加擊實功能來提高土的干密度是有一定限度的。,2、含水率較低時擊數(shù)的影響顯著。當含水率較高時，含水率與干密度的關系曲線趨近于飽和線，也就是說，這時提高擊實功能是無效的。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性質，過低則填土遇水后容易引起濕陷。,土類和級配的影響 ： 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； 對于無粘性土，含水率對壓實性的影響沒有像粘性土那么敏感，其擊實曲線與粘性土不同，在含水率較大時得到較高的干密度。因此在無粘性土的實際填筑中同時需要不斷灑水使其在較高含水率下壓實。無粘性土通常用相對密實度來控制，一般不進行擊實試驗； 級配良好的土易于壓實，反之則不易壓實 。,2.7.2 影響擊實效果的因素,2.7.3 砂土液化,液化：任何物質轉化為液體的行為或過程。就無粘性土而言，這種由固體狀態(tài)變?yōu)橐后w狀態(tài)的轉化是由于孔隙水壓力增大和有效應力減小的過程。（美國土木工程協(xié)會巖土工程分部土動力學委員會）,地基土的分類是根據(jù)不同的原則將其劃分為一定的類別，同一類別的土在工程地質性質上應比較接近。土的