土力学与地基基础教学教案.docx

第一章土的物理性质与工程分类第一节土的物理性质一、士的但成（一）上的成因土是岩石风化后的产物，即股靛在地表上松散的、没有胶结或胶结很弱的煤粒堆积物.风化作用有物理风化和化学风化，土的沉积类型：残积、坡枳或崩枳、洪积、冲积、冰积、粉积、风积等.£公路桥涵地基和基础设计现范（JTJD6320072将士分为岩石、碎石土、砂土、粉土和豺性土。此外，还有软土、膨张土、红黏土、盐泄土和黄土等特殊土（二）士的蛆成±是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。当孔隙完全被水充满时,土处于泡和状态.称为饱和土：当土中一部分被水占据，另一部分被气体占据时，称为非饱和匕当孔健完全被气体充满时，就称为干土.1. Ia体号啦固体颗粒构成上什架，它对土的物理力学性质起决定性的作用.研究固体颇粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分比，称为上的粒径级配。（1）颗粒的矿物成分和颗粒分组颗粒粒径的大小称为粒度，把粒度相近的敕粒合为一组.称为粒组.（:公路桥涵地理和基础设计规范（JTG）63-2007）对粒组的划分见表1一2。<2）用蜥析法作土的颗粒大小分析各粒加的质量占干±±样总贷瑙的百分数叫做颗粒级配。对土的颗粒大小分析试验成果，可刖下列两种方式表达：1）表格法列我说明土样中各粒组的士质Jit占土样总质ht的百分数.2）颗粒级配曲线法.在半对数坐标系上，纵坐标用普通比例尺表示小于某粒径的土筋戊百分数，横坐标用对数比例尺表示粒径，绘制颗粒大小级配曲践.若做粒级配曲战平缓，表示土中各种粒径的土粒都有，颗粒不均匀，娘配良好：若曲找舱岐，则表示土粒较均匀，级配不好.不均匀系数Ct=%<1-1>曲率系数C=-（1-2）4uxdu3不均匀系数CI意大,表示级配曲线意平援.级配良好.曲率系数c.用以描述颗粒大小分布的范阳,公路路施埴土压实技术观则¥规定，当C1135I1.Cr=I-3,可认为土的级配良好；当C,<5或C1-3,则认为上的级配不良.2 .土中的水（D结合水1）吸荷水（初结合水）.2>薄膜水（弱结合水）.（2）非结合水1）毛细水2）武力水3 .土中,体二、土的结构与构造（一）±的结构土粒或土粒集合体的大小、形状,相互排列与联结等综合特征.称为土的结构.通常土的结构可分为三种基本类型：总粒结构、蟀总结构和黑状结构.4 .单粒结构5 .蜂窝结构6 .架状结构（二）±的构造土的构造是指同一土层中物质成分和籁粒大小等相近的各部分之间的相互位置与充填空间,其主要构造类型为层理构造：丹外，还有分般构造、裂隙闾造和结核状构造等几种常见的构造类鞭。第二节土的物理性质指标与物理状态指标一、土的物理性质指标（一）土的三相图在土力学中，迪常用三桶草图表示土的三相81成,如图1-6所示.三和图的右俯表示三相组成的体枳：三相图的左侧则表示三相殂成的质M，二）确定三相比例关系的基本试IMfi标为了确定三相草图各量中的三个指标：密度、比重和含水量,就必须通过实验室的试验测定.通常做三个基本物理性质试验：土的密度试验.十粒比Ig试验和上的含水显试验.1.士的密度（.P）士的密度定义为在天然状态下单位体枳土的质量,用下式表示巴=空也（g0n'）（1-3）VV,÷v,在天然状态下，单位体积土所受卡力，叫土的天然重度，筒称/度，用下式表示T=MF=Pg（kN/m，）（1-4）2. 土粒比虫（或比诙度GJ土粒比JR定义为土颗粒的旗M与同体枳41;然造水的质状之比，即单位体积土粒的左收叫土粒正股。r,=G,×S(kN/m，)(1-6)3. 土的含水量w土的含水量定义为土中水的质状与土粒桢依之比，以百分数表示。Iy=巴tX1()0%=丝X100%=C-I)XIo0%(17)"I,叫m,(三)确定三相量比例关系的其它常用指标导出指标：根据定义和：个实测指标换%得出的指标称为导出指标.1,表示土中孔眼含量的指标孔隙比e一指孔隙体枳与固体颗粒实体体枳之比，表示为e=j(1-8)孔隙度”一一指孔隙体枳与土体总体积之比，用百分数衣示，亦即VM=x00%(1-9)V+(1.+,)-1.(I10)GQit(I+M')九(1.+w)2.表示土中含水程度的指标工程上往往需要知道孔隙中充满水的程度.这就是土的饱和度S,.VS,=X100%匕3.：表示土的密度和重度的几种指标（1）饱和密度Oau和饱和或度yra1.他和密度一一孔隙完全被水充满时土的密度，表示为Q_叫+KaP1.V（2）干密度与干重度九(120)单位体积土体中的土粒质显称为十的干密度.Pa=71+H,(1-24)根据干宙度定义：2,=丛=4V+e（3）土的浮用度/土的浮生度等于总位体枳土体中的土粒曳力战去与土粒体积相同的水的瓶v._,g-匕-Wg_n-V乂V-V-力；<126）_阳常+匕九一九_y_yV一，"八,二、无黏性土的物理状态1 .粗粒土（无衰性土）的密实度工程上为了更好地表明机粒土（无粘性土）所处的密实状态.采用将现场土的孔隙比e与该种十所能达到最密时的孔隙比e111.1和最松时的孔隙比em.,相对比的办法，来表示孔隙比为C时土的密实度.这种度fit密实度的指标称为相对密度表示为Dr=fm,x-e（1-25）e-e碎石类土的密实程度划分目的仅凭经的在野外鉴别，即根据上骨架的紧密情况、孔隙中充填物的充实程段.边坡稳定情况和钻进的难易程度来判断.公路桥涌地基和基础设计规范（JTJ【）63-2007）规定的碎石类土密实程度划分标准见我1-9.2 .无奈性土的潮湿程度碎石类土和砂类上的潮湿程度按饱和度的大小来划分.（二）翥性土的物理状态1 .贴性土（«9粒土）的,度黏性士最主要的物埋状态特征是它的稠度,稠度是指上的软硬程度或上对外力引起变形或破坏的抵抗能力。2 .度界限士从某种状态进入另外一种状态的分界含水成桁：为土的特征含水量，或称为利收界限工程上常用的例度界限有液性界限Hi和阴性界限»»>.3性指数和液性指数（1）塑性指敷(127)通常.将可裁状态的上限和下限含水崎，之差称为塑性指数，用表示，即1.t.=wt-W1.规范规定型性指数通常川不带“%”符号的数字表示.果性指教表示黏性土处于可聚状态时含水收的变化范H九£公路桥涵地基和基础设计娩范2（JTJD63-2007>果用塑性指数作为黏性土的分类指标，<2）液性指数(1-28)£公路桥涵地基和基础设计规范（JTJ1.）63-2007）对黏性上的潮湿（软硬程度按液性指数划分。第三节土的工程分类公路地基的土（岩）可分为岩石、碎石土、砂土'粉土、拈性土和特殊性土等几大类.按£公路桥涵地施与坛础设计规范介绍对岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土的分类。一、岩石岩石为瑕粒间具有连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的地质体.作为公路桥涵地基，除应确定岩石的地质名称外,尚应按规定划分我坚硬程度、完整程度、节理发行程度、软化程度和特殊性岩石。1 .根掘强僮进行至理程度分级2 .根据完整程度分级3 .根据节理发行程度分类4 .岩石按物化系数分类二、碎石土碎石为粒径大于2mm的颗粒含辰超过总质量50%的土，1 .碎石土按颗粒粒形状与粒组含址分为6类.2 .碎石土按密实程度分类三、砂土砂上为粒径大于2mm的服粒含晶不超过总质50%、粒径大于0.075mm的颗粒切过总质量50%的土。1 .砂土根据粒如含量分类。2 .砂土按密实程度分类四、»±粉土为阴性指数pI0且粒径大于0.075的颤粒含盘不超过总质量的50%的土.粉上的密实度应根据孔隙比e划分为率实、中密和稍密：其湿度应根据天然含水埴卬划分为稍湿、湿、很湿.五、黏性土整性土为整性指数/,>10且粒径大于0.075的颗粒含疑不超过总质录的50%的±.1 .黏性土根据塑性指数分类。2 .粘性土的根据液性指数。进行软现状态分类。3 .缪性土的根据沉积年代分类。六、特殊性岩土1 .软土2 .淤泥与淤泥质土3 .膨胀土4 .湿陷性土5 .红邦土6 .盐渍土7 .填土8 .软如地旗七、霰性图蝴粒土分类法卡萨格兰地(A.Casagrandc)统计了大家试验资料后首先提出了按奥性指数IP和液限,4对细粒土分类定名的理性图。细粒土按塑性图分类。当取质证为76g圆锥仪入土深度为IOmm的含水业为液限时，按图1-13（八）分类；当取质量为76g圆锥仪入上深度为17mm的含水地为液限时,按图1-13(b)分类.图中代号友示士的名称,C为粘土M为粉土.第二代号H为高液限，1.为低液限，如M1.代表低液限粉土«第三代号。表示有机侦士，为试样烘烤后液限降低25%以上者；第三代号G或S分别表示细粒土中否有麻粒或砂粒占优势的粗粒粒含盘达25%-50%,称为含砾或含砂细粒土.第四节土的击实性在工程中,常见的土坝、公路与铁路路堤的埴筑土料，都要求击实到一定的密度.其目的是减小埴土的压缩性和透水性，提裔抗剪强度。软弱地基也Ur用击实改善其工程性质,如提高强度和减小变形.常用的研究方法有两种：一是在室内用击实仪进行击实试验：另种方法玷在现场用碾压机具诳行碾压试验.一、击实试校实践经脸表明：在一定的击实能琏下，土中的含水量造当时，压实的效果最好。这个适当的含水僦称为最佳含水尿W,与之相对应的干密度称为最大干密度P1.1.in,.相对应的干受度称为最大干理度九将几个同一土质、不同含水质的土样,依同样方法作击实试会后，可得到几组相对应的干曲:度和含水ht的资料.以含水IAW为横坐标,干常位心为纵坐标.绘制九一W曲线“二、影响大干度（或大干宙度）的几个因素（一）含水球的影响（二）击实功能的影响三）不同土类的击实特性不同三、填土的含水和压标准的控制公路工程埴土路施微田标准采用压实度控制，压实度为现场干IR度与曲型击实试脸求得的最大干重度之比。f=-×100%四、粗敕土的压实性砂和砂麻等粗粒土的压实性也与含水僦有关，不过不存在着,个最优含水状第五节土的渗透性水在岩土体孔隙中的流动称为海选.岩土体具有渗透的性质林为岩土体的渗透性0在一定的压力差作用下，格透过土中孔隙发生流动，这种现思称为法流或注透.一、洗透模型二、港透定律I.达西渗透实脸与达西定律达西分析了大鹏实裟资料，发现土中港透的漫流htq与回窗断面枳A及水头损失成正比.与断面间距，成反比，即q*kA-kAi(1-31)v三-i<1-32)A三、渗透系数的瑜定(->实胎室测定法1 .用水头试蛤k=j1.Q!<1.33)AftAUtt2 .变水头试验k='1.n.<1-34)A(GTJ,或=2.3-7-Jg-<-35>A亿TJh,(二)现场抽水试脸q=-=iA=K(2rf)drIn父.qJI""，匠眉或者:Ig上"=231（粘性土的修正达西定律如下：V=*（/-/；）</>/）（1.-38）（三，影响上海透性的因素实验研究表明.影响土渗透性的因素旅多,其中主要有以下几种：1. 土粒大小和级配2.