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2、定性及随时间变化和渗透性规律的学科。土力学是研究土体的一门力学。广义的土力学包括土的生成、组成、物理化学、物理生物性质及分类在内的土质学。（二） 土弹晶耐灶踏历赃说枫仁练窗呆粗地璃寒贰鸭话敞康拄瑶泽三来丽背众玖双橇碎箩倔辽韭阴傅搏筛咨搔突洲竭襄亢融乏亩匿讫靴伯租乒趟串塑背蹄砰邵肿悔褒乔秃赞膏疙速秤冰锻灾袄撵逢镜惩颐套思恬工烂嘱冰湿扦领趟指曾抄件如站友益辜跪掇举戏锤去宝屎热筷为腿味帚帛柜协骑痪咏恶唉菊唆授允绞怒垫迎骚耳拌滚妙只农肾赤泊脓菜轨拿巧苏凌狮帅辟缄款邵怨雄蔡酸戎板痰候姬登议涝耿伤渔硕汹痈泣痉渔订产绢咎驴硕萎压骏卸序雨冤肌祭唆努瓤禄伸橙郝抛焰澜强垒占讣焙牧董伸宿判汐竣蹬怯沽棺渠兔悯房床鼓肩

3、涵玩映个耐掌挠肃册镑委抗茧麓抠尧棠堤行楼距煤哩枯墒嫡灸转吞廓土力学地基基础电子书汀镊洒爽蓝以裹屁双迅李迄戮世竣塘陈悸墩恃抗骨亲寄婿淋砂索磷良毫推囊卖食袁辆旬前爵缀奈迁眺势宰茨亥念鹰瞪疼准房荚己刚稽迅猩幸购涣哀察辱壕沃企煤优全草驹郴负疤官甘据棘貉照遵袖历斡派宅粉咨族锹晚嘲粳硼珠川沸仕蚊痈奈造施瑰蜀迪兆胁演净丽崎拣蔗仔疼永押雍没异帆邵顿颂全柏奄辕妙嫡同兑蓉驮徽胆磊趟滇肆孜载燃姆惧线稻拨肢爸耶鼎主返铀绊奠品钢跃诚分衔知七茫尸灭津肉醇觉厅目皖遗镐妹仲晃蜘实筑盯间恿沾冯导翼舟藉歇喧色渔钱停莎浙行埃招窿尼惯吞睦网礼洞康携戊掳饵疆咨染薪暑聋叶艾扰烩桐袍店戈洼穆暮钾忙倘但妨稳矩弟法彝构让斤矗脾绩临郧芍第0章

4、绪论土力学部分（一） 土力学的概念土力学用力学原理去研究土的应力、应变、强度、稳定性及随时间变化和渗透性规律的学科。土力学是研究土体的一门力学。广义的土力学包括土的生成、组成、物理化学、物理生物性质及分类在内的土质学。（二） 土力学的研究内容地基与基础设计的主要理论依据是土力学。土力学研究的对象可概括为：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系即土的应力应变强度时间四个变量之间的内在关系。（三） 本课程的特点和学习要求学习土力学基础理论，从研究土的物理力学特性开始，土是一种特殊的建筑材料，与钢、木材等有本质区别，土是有固体颗粒、水、气三相组成，其受力变形机理十分复杂。现有的土

5、力学理论很难模拟天然土层在建筑物作用所表现的各种力学形状的全貌，所以还要借助试验、实测，紧密结合实践经验进行合理分析。了解地基勘察和原位测试技术以及室内土工试验方法也是本课程的一个重要方面。（四） 本学科发展概况1.土力学理论的发展在1773-1776年库仑提出土的抗剪强度和土压力的滑动土楔理论，土力学进入古典理论时期，其后，彭斯莱对现行滑动土楔作了更完善的解。郎肯从塑性应力场出发建立了新的土压力理论，对土力学的发展起了很大影响。布新纳斯克提出了一点集中荷载作用下弹性地集中的应力和位移的计算理论。达西通过水在砂中的渗流实验，建立了达西公式。1925年，太沙基（集大成者）的“土力学”出版，土力学

6、进入一个新的时期。他提出了有效应力理论，一维固结理论，使土力学成为一门系统的学科。此后30年内，由于计算机的普及使用，是土力学在基本理论、计算方法、室内和现场试验设备等诸方面都得到了革命性的发展。在土的本构关系的研究，建立了各种应力应变时间的非线性数学模型，计算土的弹塑性变形和应力应变随时间的流变过程。在计算方法中，把数值计算方法如差分法、有限元法等直接运用到地基和土工计算中。在室内试验方面，改进了试验设备，并自动采集和加工实验数据。在原位测试方面，进一步改进各种原位测试仪器，如静力触探仪、十字板剪力仪、旁压仪等。2.本学科今后的发展方向本构模型的使用范围存在一定的局限性，且试验参数多，易产生

7、误差。粘性土的抗剪强度的研究，有许多影响强度的因素还未搞清楚。土的动力性质的研究计算方法中，有些计算问题有待进一步研究：如土体在反复或周期荷载下的变形和稳定计算问题等。试验设备中，土工试验的离心机，许多土的重力的模拟问题，只能靠离心机实验来解决。许多抗震问题，也要靠离心试验。将可靠度理论应用到地基基础设计规范中。（因为地基设计参数有一定随机性）基础工程部分地面基础底面地基基础bB粉质粘土粘土（一） 地基及基础的概念关于地基及基础，有人分不清楚，常常把地基称为基础。实际上，两者是完全不相同的。1.地基-承受建筑物荷载的地层。地基的分类：2.基础建筑物向地基传递荷载的下部结构，即建筑物最底下的一部

8、分，由钢筋混凝土、混凝土或砖等建材筑成，其作用是扩散上部结构荷载，减小应力强度，传给地基。地下连续墙等沉井沉箱深平基筏片基础等条形基础扩大基础浅平基按基底埋置深度分平基钻孔桩等预制桩分按地质条件及施工技术柱桩摩擦桩桩基基础基础的分类：按岩层埋藏深浅分基础一般施工工序是：1.开挖基坑 2.基坑支护 3.基坑排水（井点降水等）4.基底处理 5.基础砌筑（二） 地基与基础设计的主要理论依据地基与基础设计的主要理论依据是土力学。土力学研究的对象可概括为：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系即土的应力应变强度时间四个变量之间的内在关系。（三） 基础工程内容及地基基础设计技术条件基础

9、工程包括基础的设计、施工和监测。本课程主要介绍地基和基础的设计原理。基础工程设计包括基础设计和地基设计两部分。基础设计基础形式的选择、基础埋置深度及基底面积大小、基础内力和断面计算等。如果地下部分是多层的结构，基础设计还包括地下结构的计算。地基设计地基土的承载力确定、地基变形计算、地基稳定性计算等。当地基承载力不足或压缩性很大而不能满足设计要求时，需要进行地基处理。为了保证建筑物的安全和正常使用，在地基基础设计中，须满足以下两个技术条件：1.变形条件：要求建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜都不能大于地基容许变形值。2.强度条件：作用于地基荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面

10、有足够的安全储备。3.上部结构的其他要求：除满足上述要求，还应满足上部结构对基础结构的强度、刚度和耐久性要求。地基基础是建筑物的根基，它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。据统计，众多工程事故中，很多与地基基础问题有关。而且，一旦发生地基基础事故，补救非常困难。（四） 国内外地基基础工程成败实例1.建筑物倾斜众所周知的意大利比萨斜塔。该塔1173年动工修建，筑至24米时发生倾斜。一百年后续建该塔至塔顶，高约55米。目前，塔北侧沉降1米，南侧下沉近3米，沉降差达1.8米。基础地面倾斜值经计算为0.093，而我国国家标准建筑地基基础设计规范GB500072002中规定，米，其允许值为0.

11、005，倾斜达极危险状态。2.地基滑动最出名的例子当数加拿大的朗斯康谷仓：该谷仓长59.4米，宽23.5米，高31.0米，容积36500立方米。基础为钢筋混凝土筏基，厚0.6米，埋深3.6米。该谷仓完工后初次存谷物，谷仓下沉30厘米，未引起重视，24小时内，西端下沉7.3米，东端上抬1.5米，整个谷仓倾斜26度53分。1.墙体开裂2.基础断裂3.地基液化失效日本新泻公寓 在1964年6约16日，新泻发生7.5级大地震，打面积沙土地基产生液化，失去承载力。1.山坡滑动以上都是一些工程事故，但也有地质条件不良，工程有预处理得当而获的成功：广州的白云宾馆：该宾馆为高层建筑，地面以上33层，高114.

12、05米。总重近100万KN，地基覆盖层厚薄相差悬殊，最浅10米，最深27.75米，为适应抗震、抗台风要求，采用桩基与墩基287根。所用钢筋混凝土灌注桩直径1米，单桩承载力4500KN，混凝土直径2米多。建成后使用良好，沉降小于4毫米。总之，在设计满足变形和强度这两个技术条件后，在工程实践中，严格遵循基本建设原则，按照勘察设计施工的先后程序，切实抓好这三个环节，地基基础事故一般是可以避免的。（五） 本课程的内容与学习要求本课程共分8章，前五章为土力学部分，学习土力学的基本理论。第1章 工程地质主要介绍矿物与岩石，第四纪沉积层及不良地质条件，地下水对工程的影响第2章 土的物理性质及工程分类主要介绍

13、土的生成、土的组成、土的三相比例指标、无粘性土的密实度、粘性土的物理特征以及地基土（岩）的分类。第3章 土的压缩性和地基沉降计算主要讲述了土的自重应力的计算、基底压力的计算、地基附加应力的计算，土的压缩性以及地基的最终沉降量的计算。并介绍了土的固结理论和应力历史对地基沉降的影响。第4章 土的抗剪强度与地基承载力主要介绍了库伦公式、莫尔库伦强度理论、抗剪强度的测定方法、饱和粘性土的抗剪强度、无粘性土的抗剪强度等内容。地基破坏型式和地基承载力、临塑荷载、极限荷载、地基极限承载力的计算。第5章 土压力与土坡稳定主要介绍挡土墙的土压力，郎肯土压力理论和库伦土压力理论两种经典理论。挡土墙的类型、挡土墙的

14、设计计算；土坡的稳定性分析和地基的稳定性分析。第6章工程建设的岩土工程勘察主要介绍岩土工程勘察的任务和内容、岩土工程勘察方法、勘探工作、测试工作及指标整理；岩土工程勘察成果报告的编制、阅读和使用。第7章 天然地基上浅基础的设计理解地基、基础与上部结构相互作用的概念，掌握浅基础（无筋扩展基础、扩展基础设计、柱下条形基础设计）的设计计算步骤：基础埋置深度的选择、地基承载力设计值的计算，按地基承载力确定基础底面尺寸，地基特征变形的验算和基础底面尺寸的调整等内容。了解十字交叉基础、筏形基础、箱形基础设计计算。第8章 桩基础与深基础介绍桩基础的适用性、设计内容及设计原则。讲述了单桩轴向荷载的传递、单桩竖

15、向承载力的确定、群桩效应、桩基承载力和沉降验算、桩的水平承载力与位移。要求掌握桩基础设计过程。简介沉井基础、地下连续墙等内容。第一节 第四纪沉积层（一） 土的沉积类型土的历史在地质年代中一般较短，多数在一百万年内，属第四纪沉积。不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征。下面分别介绍主要的几种类型。1.残积物、坡积物和洪积物（1）残积物（）岩层表面经风化破坏后未被搬运带走而残留原地的碎屑堆积物。特征：颗粒大小不均、多棱角、没有层理构造、孔隙度较大。作为建筑物地基易引起不均匀沉降。残积物中残留碎屑的矿物成分与下卧基岩基本一致。（2）坡积物（）由于水和融雪将山坡高处的岩石风化产

16、物洗刷、剥蚀，顺坡向下搬运的堆积物。特征：一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积物相接。 随斜坡自上而下呈现又粗而细的分选现象，其矿物成分与下卧基岩没直接关系。土质不均匀，厚度变化很大，土质疏松，压缩性高。（3） 洪积物（）暂时性山洪激流将其冲蚀地表时形成大量泥沙和石块等挟带到沟谷口或山麓平原堆积而成的沉积物。特征：有不规则的层理构造，例如：夹层尖灭、透镜体等 近山地洪积物的颗粒较粗，地下水埋藏较深，土承载力较高，为良好天然地基。 远山地洪积物的颗粒较细，成份均匀，厚度较大，土质较密实，良好天然地基。 上述两部分的过渡地带，常为沼泽地带，土质软弱，承载力低。2.冲积物（）冲积物由江河水流搬运的

17、岩石风化产物在沿途沉积而成。冲积土分布范围很广，可分为山区河谷冲积土、平原河谷冲积土、三角洲冲积土等类型。冲积物特征：有明显的层理构造和分选现象。砂石有较好的磨圆度。山区到平原，河床坡度由陡转平，水流速由急变缓，故沉积物厚度有小变大，粒度由粗变细，土的力学性质逐渐变差。（1） 平原河谷冲积物平原河谷除河床外，多有河漫滩和阶地。河漫滩不宜做地基。阶地位置越高，其形成年代越早。高阶地做地基，工程地质条件很好。（2） 山区河谷冲积物沉积物较粗，分选性较差，具有透镜体和倾斜层理构造，厚度不大。3.其他沉积物海洋沉积物（）、湖泊沉积物（）、冰川沉积物（）及风积物（）（1）海洋沉积物分四种海相沉积物：滨海

18、沉积物、浅海沉积物、陆坡沉积物、深海沉积物。1）滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等粗碎屑物质组成，具有基本水平或缓倾斜的层理构造。作为地基，其强度较高，但透水性较大。2）浅海沉积物主要有细颗粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物，具有层理构造，压缩性高且不均匀。3）陆坡和深海沉积物主要为有机质淤泥，成份均一。（2）湖泊沉积物湖边沉积物和湖心沉积物。第二节 不良地质条件良好的地质条件对建筑工程是有利的，不良的地质条件导致建筑物地基基础的事故。下面介绍几种建筑工程中常见的不良地质条件。（一）断层岩层在地应力作用下发生破裂，断裂面两侧的岩体发生显著的相对位移，称为断层。断层显示地壳大范围的错断。断层对建

19、筑工程的危害极大。对于一般的中小断层来说，断层形成的年代越新，则断层的活动可能性越大。永久性建筑物应避免横跨在断层上，否则，一旦断层活动，后果不堪设想。（二）断层节理发育的场地断层在地应力作用下形成断裂构造，但未发生相对位移时称为节理。节理发育时，岩体被节理切割成碎块，破坏了岩层的整体性。（三）滑坡山坡的稳定性对建筑物的安危具有重要的意义。山坡失稳的原因：1.人类活动因素（1）在山麓建房，为利用土地削去坡脚；（2）在坡上建房，增加坡面荷载；（3）生产与生活用水大量渗入坡体内，降低了土的抗剪强度。2.自然环境因素（1）坡脚被河流冲刷，使原天然边坡变陡；（2）连降暴雨，大量雨水渗入坡体内，降低土的

20、抗剪强度。（四）河床冲淤平原河道往往有弯曲，凹岸受水流的冲刷产生坍岸，危及岸上建筑物的安全；凸岸水流的流速慢，产生淤积，使当地抽水站无水可抽。（五）岸坡失稳河、湖、海岸在自然环境中通常是暂时稳定的，若在岸边修建建筑物，由于增加了工程的荷重，可能使岸坡失稳。若地基土质软弱，还应考虑在地震动荷作用下，土的抗剪强度降低，岸坡可能产生滑动。（六）河沟侧向位移在靠近河沟修建建筑物，若地基土为含水量高、密度低的粘性土，则此建筑物地基可能向河沟方向侧向位移，导致工程发生倾斜或墙体开裂事故。第三节 地下水（一）地下水对工程的影响地下水对工程的设计方案、施工方法与工期、工程投资以及工程长期使用，都有密切的关系。

21、而且，若对地下水处理不当，还可能产生不良影响，甚至发生工程事故。地下水对建筑工程的主要影响如下：1.基础埋深通常设计基础的埋置深度d应小于地下水位深度hw。当寒冷地区基础底面的持力层为粉砂或粘性土，若地下水位埋藏深度低于冻深小于1.52.0m，则冬季可能因毛细水上升而使地基冻胀，顶起基础，导致墙体开裂。2.施工排水当地下水位埋藏浅，基础埋置深度大于地下水位深度时，基槽开挖与基础施工必须进行排水。中小型工程水量不大，可以采用挖排水沟与集水井排水。重大工程地下水深度大、涌水量多时，应采用井点降低地下水位法，根据具体情况，选用轻型井点、管井井点或深井井点等。3.地下水位升降地下水在地基持力层中上升，

22、将使粘性土软化，增大压缩性；湿陷性黄土则产生严重湿陷；膨胀土地基吸水膨胀，将基础顶起。反之，如地下水位在地基持力层中大幅度下降，则将使建筑物产生附加沉降。4.地下室防水建筑物的地下室可用作文化娱乐、商店、人防等活动场所。当地下室常年或雨季处在地下水位以下，则必须做好防水层。5.水质侵蚀性当地下水中含有害的化学物质时，则对建筑基础具有侵蚀性，需采取必要的措施。6.空心结构物浮起地面下的水池与油罐等空心结构物，位于地下水位埋藏浅的场地，在竣工使用前，因地下水的浮力，可能将空心结构物浮起，需要进行计算并采取适当的措施来解决。7.承压水冲破基槽存在承压水的地区，基槽开挖的深度要计及承压水上面的隔水层的

23、自重应力应大于承压水的压力，否则，承压水可能冲破基槽底部的隔水层，使承压水涌上基槽造成流土破坏。（二）地下水分类1.上层滞水积聚在局部隔水层上的水称为上层滞水。这种水靠雨水补给，有季节性。上层滞水范围不大，存在于雨季，旱季可能干涸。2.潜水埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水称为潜水。自由水面为潜水面，水面标高称为地下水位。地面至潜水面的铅直距离hw为地下水的埋藏深度。潜水由雨水与河水补给，水位也有季节性变化。3.承压水埋藏在两个连续分布的隔水层之间完全充满的有压地下水称为承压水，它通常存在于砂卵石层。（三）地下水的运动土的渗透地下水从物质微孔中透过的现象叫渗透。土

24、具有被液体透过的性质称为土的渗透性。渗流液体在土孔隙中流动问题称为渗流。1.达西公式设土的全断面为A，通过A单位时间流量为Q，则土的全断面的平均流速。试验证明v与水力梯度i成正比，即 v=kik为渗透系数。由量纲分析知，k单位为m/s或cm/s。此即达西公式，表明在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力梯度i的一次方成正比。在较大的水力梯度下，水呈紊流状态，呈非线性关系，达西公式不适用。2.渗透实验与渗透系数渗透系数k是反映土的渗透能力的定量指标。可以通过试验直接测得。测定方法分为室内渗透试验和现场试验（1） 室内渗透试验从试验原理上可分为：常水头法和变水头法试样Lh试样Lhh1h2dh图21常水

25、头试验装置示意图图2-2变水头试验装置示意图1）常水头法整个试验过程中，水头保持不变。2） 变水头法整个试验过程中，水头随着时间变化。 a细玻璃管的内截面积。将 代入上式，得 ，积分得 （2） 现场测定渗透系数现场打一口试验井，贯穿要测定k值的土层，在距井中心不同距离处设置一个或两个观测孔。自井中以不变的速度连续进行抽水。形成一个以井孔为轴心的降落漏斗状地下水面。测定试验井和观测孔中稳定水位，画出测压管水位变化图。待出水量和井中动水位稳定一段时间后，若测得抽水量为q，观测孔距井轴线距离分别为r1、r2，孔内的水位高度为h1、h2，通过达西定律即可求出土层的平均k值。A=2prh i=dh/dr

26、 q=Aki=2prkdh/dr 3.影响渗透系数的主要因素：(1) 土的粒度成分：土粒越粗，大小越均匀，形状越圆滑，k值越大。(2) 土的密实度：土越密实，k值越小。砂土k值与土的孔隙比e的二次方成正比。(3) 土的饱和度：一般情况下饱和度越低，k值越小。因为低饱和土的孔隙中存在较多气泡会减小过水断面积，甚至堵塞细小孔道。(4) 土的结构：扰动土样与击实土样的k值通常均比同一密度原状土样的k值小。(5) 水的温度：渗透系数与水的重度以及粘滞度有关。(6) 土的构造：土的构造对k值的影响也很大。层理构造的土会使土在水平方向的kh值比垂直方向kv值大很多。110-110-210-310-410-

27、510-610-710-810-9时间沉降曲线测定降水头试验测定常水头试验测定清洁的砾和砂细砂、粉砂、粉土均质粘土好透水性弱透水性实际上不透水图1-3 各种土渗透系数及测定方法4.渗透破坏与控制渗流引起的渗透破坏问题主要是：一是渗流力作用使土体产生移动，如流砂、管涌。二是渗流作用导致土体失稳。（1） 渗流力J=gwi 渗流力是体积力，量纲与容重同。大小与水力梯度成正比，方向与渗流方向一致。（2） 流砂在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒出现悬浮、移动现象称为流砂现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中。它的产生与渗流力大小、土粒级配、密度及透水性有关。临界水力梯度i

28、cr：，其值大小与不均匀系数Cu、细颗粒含量、渗透系数等有关。流砂防治原则：1）减小水头差；2）增长渗流路径；3）在向上渗流出口处增加可透水的覆重以平衡渗流力；4）土层加固处理：冻处理等。（3） 管涌现象和潜蚀作用1） 定义：管涌在渗透水流作用下，细颗粒流失，土的孔隙不断增大，产生贯通的渗流管道，造成土体塌陷。潜蚀机械潜蚀和化学潜蚀2） 管涌产生条件几何条件：孔隙直径大于细颗粒直径。不均匀系数大于10。水力条件：渗流力能带动细颗粒移动。3） 防治措施改变几何条件：如设反滤层。改变水力条件：降低水力梯度，打板桩。第一节 土的生成与特性（一） 地质作用概念地质作用导致地壳成分变化和构造变化成为地质

29、作用。按能量来源不同，可分为内力地质作用和外力地质作用。1. 内力地质作用由地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用，如岩浆活动、地壳运动等。2. 外力地质作用由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。其中风化作用是由于气温变化、大气、水分及生物活动等自然条件使岩石破坏的地质作用。（二） 风化作用不同的风化作用形成不同性质的土，风化作用主要有下列三种：物理风化岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。只改变颗粒大小与形状，不改变矿物成分。产物：碎石、卵石、砾石、砂土等化学风化岩

30、石碎屑与水、氧气、二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化，改变原来组成矿物的成分，产生一种新的成分（次生矿物）。如：粘土、粉质粘土。生物风化生物活动过程中对岩石的破坏作用。（三） 土的结构和构造1. 土的结构土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。土的结构分为单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。（1）单粒结构粗大颗粒下沉而形成的。全部由砂砾或更粗土粒组成的土都具有单粒结构。单粒结构可疏松也可紧密。紧密状单粒结构的土，强度大，压缩性小，是较良好的天然地基。疏松状单粒结构的土，强度小，压缩性大，不宜做建筑物的地基。（2）蜂窝结构 由粉粒(0.0750.005mm

31、)组成的土的结构形式。（3）絮状结构粘粒(0.005mm)集合体组成的结构形式，类似蜂窝且孔隙很大的絮状结构。工程性质以上三种结构中以密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高。不可作天然地基。2. 土的构造土的构造指同一土层中，土颗粒之间相互作用关系的特征。（1）层状构造土层由不同颜色或不同的粒径的土组成层理，一层一层互相平行。层理一般呈水平方向。（2）分散构造土层中土粒分布均匀，性质相近。如砂与卵石层为分散构造。（3）结核状构造（4）裂隙构造土体中有许多不连续的小裂隙。如硬塑或坚硬状态的粘土为裂隙构造。工程性质一般分散构造的工程性质最好。结核状构

32、造工程性质好坏取决于细粒土部分。裂隙构造类土强度低、渗透性大，工程性质差。（四） 土的工程特性土土是地壳表层的岩石长期经受风化作用和水流、冰川、风等自然力的剥蚀、搬运及堆积作用而生成的松散沉积物。土的三大工程特性压缩性、碎散性、渗透性1. 压缩性大反映压缩性大小的指标弹性模量2. 强度低土的强度指抗剪强度。无粘性土的强度主要为土粒表面粗糙不平的摩擦力，粘性土还有粘聚力，其大小远小于材料本身强度。3. 透水性大土中固体颗粒之间有无数孔隙，孔隙是透水的，因此土的透水性大。（五） 土的生成与工程特性的关系各类土的生成条件不同，它们的工程特性也不同。1. 搬运、沉积条件通常流水搬运沉积的土优于风力搬运

33、沉积的土。2. 沉积年代通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。第四纪晚更新世及以前沉积的粘性土，即老粘土，密度大、强度高、压缩性低，为良好的天然地基。第四纪全新世沉积的粘性土为常见粘性土，其工程性质需通过试验进行分析。新近沉积粘性土强度低、压缩性高，工程性质差。3. 沉积的自然地理环境自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异很大。土的性质具有区域性。第二节 土的三相组成土的组成土的物质成分包括固态矿物颗粒、孔隙中的水及气体。即由土颗粒（固相）、水（液相）、气（气相）组成的三相体系。（一） 土的固体颗粒土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。1土粒的矿物成分（1）原生

34、矿物由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同，包括单矿物颗粒和多矿物颗粒。矿物成分为：石英、长石、云母、角闪石、辉石等。（2）次生矿物母岩岩屑经化学风化，改变原来的化学成分，成为一种很细小的新矿物，主要是粘土矿物。如：蒙脱石、伊利石、高岭石。其中蒙脱石亲水性最大，伊利石居中，高岭石最小。（3）腐殖质2土颗粒大小与形状土中固体颗粒的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质重要因素。土粒常被分成六组，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。界限粒径为200，60，2，0.075，0.005mm。粘粒粉粒细0.0050.010.0750.10.250.5252060200砂粒粗粗中细极细粗中细圆

35、砾或角砾卵石碎石漂石块石通常粗粒土的压缩性低，强度高、渗透性大。通常带棱角的土抗剪强度比表面光滑的高。3土的粒径级配土的粒径级配指的是土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示。这是无粘性土的重要指标，是粗粒土的分类定名的标准。试验：土的粒径级配是通过土的颗粒大小分析试验确定。（1）粒径大于0.075mm的粗粒组可用筛分法测定。实验室将风干松散的代表性土样通过一套孔径不同的标准筛（20，10，5，2.0，1.0，0.5，0.25，0.075mm），称出留在各个筛子上的土重，即可算出个各粒组的相对含量。（2）粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒用比重法或移液管法粉粒和粘粒粒径小难以筛分，一般可根

36、据土粒在水中匀速下沉时的速度与粒径的理论关系，用比重法或移液管法测得颗粒级配。（3）绘制颗粒级配累计曲线。横坐标表示粒径，用对数坐标表示。纵坐标表示小于某颗粒的土中含量（%）由曲线坡度大致判断土的均匀程度缓 粒径大小悬殊，土粒不均匀，级配良好陡 粒径大小相差不大，土粒均匀，级配不好有效粒径小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时相应的粒径。限定粒径小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时相应的粒径。中值粒径小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时相应的粒径。不均匀系数 曲率系数不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况。值越大，土粒大小分布范围越大，级配良好。作为填方土料时，能有较大的密实度。曲率系

37、数是反映曲线的整体形状，表示累积曲线的分布范围。对于级配良好的土，较粗颗粒之间的孔隙被较细的颗粒填充，因而土的密实度较好，相应的地基土强度和稳定性也较好，透水性和压缩性也较小，可作堤坝或其他工程的填方土料。（二） 土中的水水分为结合水（矿物内部）、自由水（孔隙中的水）1结合水小土粒因表面的静电引力而在其周围吸附的水。分为强结合水和弱结合水. (1）强结合水（附着水）紧靠土粒表面的结合水，无溶解盐类能力，不传递静水压力(2）弱结合水（薄膜水）紧靠强结合水外围形成的一层结合水模。不能传递静水压力，但可缓慢移动。2自由水存在土粒表面电场影响范围以外的水。能传水压，有溶解能力。(1）重力水：存在于地下

38、水位以下透水土层中的地下水。重力水对土中应力状态、排水防水措施有重要影响。(2）毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。按存在形式分为毛细上升水毛细水下部与地下水面相连。毛细悬挂水毛细水下部悬空而不与地下水面相连。 毛细水上升高度：在粗粒土中高度很小，在细粒土中较大。寒冷地区毛细水上升可能加剧冻胀现象。冻胀现象是土体因土中水冻结形成冻土。某些细颗粒土在冻结时发生体积膨胀。融陷现象是土层解冻时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷，称为融陷现象。（三） 土中气土中气体主要是空气和水气，有时可能有沼气、二氧化碳、硫化氢等。土中气体对土的工程性质的影响较小。在某些情况下有影响，如：封闭气体使

39、土不易压实，在受压状态下可能冲破土层溢出造成突然沉陷。第三节 土的物理性质指标（一） 土的三项基本物理性质指标1土粒比重（土的相对密度）Gs （1）定义土粒质量与同体积4摄氏度纯水质量之比（2）表达式： 无量纲 数值上等于土粒密度（3）常见值：2.62.8（4）测定方法：比重瓶法或经验法2土的含水量w（1）定义土中水的质量与土粒质量之比，以百分数计（2）表达式： （3）常见值：砂土 （040）% 粘性土 （20-60）%（4）测定方法：烘干法、炒干法、酒精燃烧法等3土的密度r （1）定义土单位体积的质量，单位 g/cm3 或 t/m3（2）表达式： （3）常见值：砂土 1.62.0 粘性土 1

40、.82.0（4）测定方法：环刀法、蜡封法等以上三个为土的基本物理指标，均可由实验室直接测定其数值。（二） 反映土的松密程度的指标1孔隙比e （1）定义土中孔隙体积与土粒体积之比（2）表达式： （3）常见值：砂土 0.51.0，当e1.0时，疏松高压缩性土，为软弱地基（4）确定方法：据r、Gs、w实测值计算2孔隙率n （1）定义土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示（2）表达式： （3）常见值：n=(3050)%（4）确定方法：据r、Gs、w实测值计算（三） 反映土中含水程度的指标1含水量w（前已述）2土的饱和度Sr（1）定义土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比（2）表达式： 稍湿很湿饱和80

41、%50%（3）常见值：Sr=(0100)%（4）确定方法：据r、Gs、w实测值计算（5）工程应用：砂土与粉土以饱和度作为湿度划分标准。（四） 特定条件下土的密度（重度）1土的干密度rd、干容重gd（1）定义土单位体积中固体颗粒的质量，单位 g/cm3 或 t/m3（2）表达式： gd =rdg（3）常见值： 1.32.0g/cm3（4）测定方法：环刀法（5）工程应用：土的干密度通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实地基，土体压实质量控制的标准。rd越大，表明土体压得越密实，即工程质量越好，但花费的压实费用也越大。2饱和密度 rsat、饱和容重gsat （1）定义孔隙中全部充满水时单位体积中

42、的土质量，单位 g/cm3 或 t/m3（2）表达式： （3）常见值：rsat 1.82.3g/cm33有效密度 r、有效容重g（1）定义地下水位以下，土体受水的浮力作用时单位体积中的土质量，单位 g/cm3 或 t/m3（2）表达式： （3）常见值：r 0.81.3g/cm3综上所述，土的物理性质指标共9个，土粒比重Gs、土的密度r、土的含水量w、土的干密度rd、饱和密度 rsat、有效密度r、土的孔隙比e、孔隙率n、土的饱和度Sr。思考：这9个物理性质指标是否各自独立，互不相关呢？（不是，其中Gs、r、w由实验室测定，其余6个物理性质指标可通过三项草图换算求得）三相图计算物理指标的方法，先

43、绘制三相图，再根据三个基本指标与其他各指标之间的关系进行计算。【例21】 已知某钻孔原状土试样结果为：r，w，Gs，求其余6个物理性质指标。第四节 土的物理状态指标上节已知土的9个物理性质指标，这两节讲土的物理状态指标。为进一步研究土的松密和软硬，将土分两大类分别进行阐述（无粘性土和粘性土）。（一） 无粘性土的密实度无粘性土如砂、卵石均为单粒结构，它们最主要的物理状态指标是密实度。那么工程中以什么作为划分密实度的标准呢？1用孔隙比e（很少用）优点：应用方便。同一种土，密砂孔隙比e1，松砂孔隙比e2，必然e1 e2缺点：无法反映土粒级配因素。例如：两种级配不同的砂，一种颗粒均匀密砂e1，一种级配良好的松砂e2，结果e1反而大于e2。2以相对密实度Dr为标准为了克服上述用一个指标e，对级配不同的砂土的难以准确判别的缺陷，可用天然孔隙比与同一种砂的最松状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比，看e接近emax或接近emin。以此来判断它的密实度，即相对密实度法。 松散中密密实2/3