交通部水运工程试验检测技术培训材料地基基础土工试验及地基承载力

1、交通部水运工程试验检测技术 培训材料地基基础、土工试验及 地基承载力 讲 稿 第一章 土工基础知识 1 土的物理性质和工程分类 一、土的形成 1、地层与地质时代表（见第二页表1） 2、第四纪地层的成因类型符号表,表2,注：1.两种成因混合而成的沉（堆）积层，可采用混合符号，例如：冲击和洪积混合层，可用Qal+pl表示。 2.地层与成因的符号可以混合起来使用，例如：由冲击形成的第四系上更新统，可用Q3al表示。 3、土的形成,我国大部分地区的土形成于第四纪：代表符号Q1、Q2、Q3 、Q4或新第三纪：“新第三纪”不明确 软土：都属于近代形成的，Q4 港工规范（地基）6.1.1条 老沉积土：第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的粘性土可不进行沉降计算。 新近沉积土：第四纪全新世中近期沉积的土Q4，一般呈欠固结状态。 地层与地质时代表,表1.doc,*综合国内外年表的控制数据。 岩土工程勘察规范（GB50021-2001）P138： 无机土：有机质Wn含量Wn60% 土：分为有机土：在沼泽等缺氧环境中，由动植 物残骸，完全或部分分解形成的堆积物 。,无机土：岩石风化作用形成，没有胶结或胶结的颗 粒

2、堆积物，Wn5（有机质Wn含量小于5%）,第四纪沉积物的若干类型（成因）： 残积土 河流冲击土：坡积、洪积、冲击、湖积、海洋 沉积。 风积土 冰川沉积形成的冰积土 火山灰堆积（土） 土的主要成因类型鉴定标准：参见工程地质手册p48.,残积;坡积和崩积；洪积；冲积；淤积；冰 川沉积和冰积；风积 第四纪堆积物成因类型：见表3，（工程地质手册P26） 土的形成无不打上地质历史的烙印。 第四纪堆积物成因分类表（“”为主要堆积物）（手册P26） 表3,二、土的组成 固相：土粒，有时有胶结物和有机质 液相：水及溶解物 气相：空气及其他气体 土中孔隙完全充满水饱和土 土中孔隙仅含空气干土 地面以下，地下水位以上一定高度范围内： 兼含空气、水属三相体系湿土 1、土的固相,粒组划分,级配各粒组的相对含量称为土的级配 术语标准：级配：以不均匀系数Cu和曲率系数Cc 来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的 一种概念； 巨粒土：粒径大于60mm的粒状含量大于总质量的 50%的土； 粗粒土：粒径大于0.075mm的颗粒含量大于总质量 的50%的土；,细粒土：粒径小于0.075mm的颗粒含量大于或等于 总质量的50%

3、的土； 不均匀系数：反映土颗粒粒径分布均匀性的系数 Cud60/ d10； 曲率系数：反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数Cc d302/( d10d60) d60、 d30 、d10分别为 小于该粒径的土粒质量占总土粒质量 的百分数砂土颗粒组成特性应根据Cu 和Cc确定,良好级配土同时满足Cu5和（且）Cc13时 的土不良级配土不同时满足Cu5和（且） Cc13时的土。 级配良好压实达到较高密实度、渗透性小、 强度高、压缩性低 级配不良压实达到较小密实度、渗透性大、 强度低、压缩性大 粘土矿物：高岭土、伊利土、蒙脱土,2、土的液相,近代土质学（高国瑞）介绍： ：随土粒移动，在一定程度上具有固 体性质，是粘土颗粒表面一部分厚度，3层 水分子厚度约10A；密度大；粘滞性高，比自 由水大100倍；A1018m,有人测到第一层水分子密度为1.4g/cm3 ：也有人称为渗透吸附水，渗透吸 附和范德华力,粘土表面的分子团 形成的瞬时偶极，诱发临近分子位 移，产生偶极子之间的吸引力，成 为主要影响因素这层水在土中经常 变化，影响土的工程性质；是离子,扩散层的水，性质和自由水不同。,：被土颗粒表面吸附着

4、的水称 为结合水，受土粒表面引力控制，有其独 特特点：如溶解能力降低，密度大，弹性 增强，粘滞性高，不受重力影响，冰点低 于零度等。,对细粒土，当粘粒（0.005mm）含量高时，特 别是当粘粒由粘土矿物组成时，结合水往 往占有很大的孔隙体积，故细粘土的性质 将受结合水的重大影响。,华水土工原理计算介绍：在双电层影响下的水称为 结合水。 ：不受土粒表面引力束缚的那部分水称为 自由水。处于地下水位以下，存在于土粒表 面电场影响以外的水。 ：在地下水位以下的水 在重力作用下，能在孔隙中自由运动并对土粒 有浮力的作用的水。 ：在地下水位以上水为毛细水 ：由于水的表面张力，土体中受毛细管,作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。讲义：水不能承受剪力，可承受压力和一定吸力，压缩性很小。 3、气相 土中的气：土孔隙中充填的空气：与大气连通 与大气不连通 ，以气泡出现封闭气体饱和软土，土中出现封闭气泡将使土的渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩、膨胀过程，对土的工程性质影响较大。,三、土的结构 ：土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征； ：土的固体颗粒间的几何排列和联接方式； ：土的固体颗粒构成的格架；

5、 ：单位土体或单位质量土颗粒的总表面积。 华水土工原理与计算： 土的结构是指土颗粒或集合体的大小、形状、表面特征、排列形式以及它们之间的联接特征，也称土的微观结构（讲义）。 讲义：土的结构取决于土粒间力的性质，以及土的形成受到的外力。,沉积形成的土常具有下列极端类型： 1、单力结构：土粒尺寸大，土粒自重粒间引力 砂、砾代表结构 颗粒粗大、比表面积小、点接触，几乎无联接、孔隙比大、透水性好，角大，强度高，变形小。 华水：设土粒为均一球体，最松散孔隙比为0.91，最紧密的孔隙比e为0.35，自然孔隙比也在0.350.91之间，松散的在震动下会有液化。,2、絮凝结构：（华水 中层片架结构），也称蜂窝装结构。粘粒在盐水中，由粒间引力作用沉积而成的结构为絮凝结构，性质较均匀，较大孔隙比、扰动敏感，在外力下，变形和强度发生变化。 华水：某些饱和粘土在震动作用下会失去强度呈溶胶状，在外力作用停止后能重新絮聚成土体，这种现象叫触变，具有触变性的土多属于此种结构。 天大土力学：当水中电解质较多时，颗粒可,形成面与边、面与点的联接，成絮凝结构、海水中有丰富的电解质，因而形成的粘土多为絮凝型。 手册：粘性土

6、的结构 1）窝状结构：土粒受重力作用下沉，与其它土粒接触时，由于粒间分子 引力粘土重力，土粒不再下沉，形成了很大孔隙和不稳定结构形式称蜂窝结构。 2）絮状结构：最细的土粒分散于水中，形成,胶体溶液后，发生布朗运动，土粒间不相互碰撞，当溶液遇到电解质后，土粒凝聚成絮状物下沉，形成较蜂窝装结构孔隙更大，更不稳定的结构，称絮状结构。,3、片堆结构：粘粒在淡水中，由粒间的外力作用沉积而成也称分散结构。具片堆结构的粘性土，粒间的定向排列程度较高，密度较大，具明显各向异性。,天大土力学P277：当粘粒间结合水膜较厚时，分散型结构也可具有很大的孔隙比。 总之：具单粒结构的往往是粗粒土，无明显沉积层理和各向异性，密实度、孔隙比、强度有好有坏。,细粒土沉积往往具有明显层理和各向异性，如砂土与粘土相互胶叠成层，竖向压缩性和透水性小，平行层里方向压缩性和透水性大。如细粒中夹有粗粒，其物理力学特性主要由细粒土决定。如淤泥混砂，即使含有3040%的淤泥，仍显淤泥特性。即,淤泥含量超过30%（占总质量）为淤泥混砂，这类土的承载力不应以物理性指标做为评价依据，应以力学性指标或现场测试方法确定。 四、土的物理性指标

7、土的物理性指标：表示土中三相（气、水、固）比例关系的一些物理量。 土的物理性指标分为： 试验指标：通过试验测试 换算指标：根据试验测定的指标换算 1、土的三项指标：讲义未给文字定义,1）土的天然密度：名词规范叫容重：单位体积的质量（GB/T50279P27，GB/T5012399） 容重与重度关系： 港工地基规范：重度：单位体积土的重量 土工试验方法国际GB/T50123 99：密度：土的质量/单位体积 港工老规范（87合订本）：容重 ：土的单位体积的重量 讲义：土的天然密度, = ms土粒质量； mw水的质量； VS 、VW、Va分别为土粒、水、空气的体积。 GB/T5012399：O= mo湿土质量,V试样体积 讲义：土的干密度 Pd = ms土颗粒质量；V土的（固、液、气）总体积 GB/T5012399：Pd 2）含水率,讲义：W （ 1）100 GB/T5012399：W（ 1）100（），为质量比（应以此为准） 讲义P25：土的含水量（也称土的湿度）指土中水分的重量与土粒重量的比值 岩土工程基本术语标准GB/5027998： 含水率：土中水的质量与土颗粒质量的比值，以百分率表

8、示,3）土粒比重 讲义：Gs GB/T5012399土粒比重：土颗粒的质量与同体积的4C蒸馏水的质量比值，与SL2371999定义同，而与岩土工程基本术语标准GB/T5027998不同（它规定为重量比），应以质量比为准。,Gs g重力加速度。 港工地基规范： 土粒比重称为土粒的相对密度 砂的相对密度称为相对密实度 4）由、W、Gs换算的指标 （1）饱和密度,sat mW充满土中全部孔隙的水质量,（2）浮密度 sat-1 VS=V-Vv VV全部孔隙体积, /V -VW/V =sat-wsat-1,（3）干密度 d,d 天然密度 （4）孔隙比：土体的孔隙体积与体积颗粒体积的比值 讲义： （100）,（5）孔隙率 （对饱和土，空气体积Va=0）； n（1+e）e；n+nee；e-nen； e（1-n）n （6）饱和度：土中孔隙水体积与孔隙体 积的比值 S=,（7）密度（）与容重（）（重度）的关系 若2000kg/m3 g=9.8m/s2 9.8g2000kg/m39.8m/s219600kg.m/s219.2KN/m3 =2t/m3（t1000kg） 若g10m/s2；20KN/m3,2、

9、无粘性土的相对密度 GB/T5027998 反应无粘性土紧密程度的指标,讲义：,（实用表达式）,eo无粘性土（或无粘性填土）的孔隙比。注：对天然地基为天然孔隙比。,emax该无粘性土（或无粘性填土）的最大孔隙比，由它的最小干密度换算。 emin该无粘性土（或无粘性填土）的最小孔隙比，由它的最大干密度换算。 d无粘性土（或无粘性填土）的干密度。注：天然地基为天然干密度。,dmax该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。 dmin该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。 工程中用Dr划分密度区为：,疏松的0Dr1/3 中密度1/3Dr2/3 密实的2/3Dr1.0,3、粘性土的稠度 ：粘性土由于W不同，土的状态不同。通常用硬塑、可塑、软塑、流动等术语描述，这种性能统称为稠度。 ：流动状态与可塑状态的分界含水量； ：可塑状态与半圆体状态的分界含水量;,：半固体状态与固体状态的分界含水量；GB/T5027998： 饱和粘性土的含水率因干燥减少至土体积不再变化时的界限含水量。 IP=WL-WP IL=,粘性土的状态：,五、土的分类土的工程分类表 土的工程分表 五.doc,六、土的压实性 土的压实性： 土的压密度常以干密度Pd表示 影响压实性的因素：,含水量、压实功能、土的种类和级配有关等 土的干密度、含水量、压实功能三者之间有一定关系和规律 工程中：希望能找到： 满足设计要求的干密度对应的适宜的（最佳）含水量对应的压实所需的最小功能。不同的土通过试验的得到压实最小功。这种对应的含水量称为最佳含水量。用WOP表示。

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