土力学、地基及基础

  绪论 一、土力学、地基及基础   1、土力学：土力学的研究对象是“工程土”。土是岩石风化的产物，是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的松散堆积物，颗粒之间没有胶结或弱胶结。土的形成经历了漫长的地质历史过程，其性质随着形成过程和自然环境的不同而有差异。因此，在建筑物设计前，必须对建筑场地土的成因、工程性质、不良地质现象、地下水状况和场地的工程地质等进行评判，密切结合土的工程性质进行设计和施工。否则，会影响工程的经济效益和安全使用。     土力学是工程力学的一个分支，是利用力学原理研究土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题的一门应用学科。由于土的物理、化学和力学性质与一般刚体、弹性固体和流体有所不同，因此，土的工程性质必须通过土工测试技术进行研究。   2、地基：建筑物都是建造在土层或岩层上的，通常把直接承受建筑物荷载的土层或岩层称为地基。未经人工处理就能满足设计 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的地基称为天然地基；需要对地基进行加固处理才能满足设计要求的地基称为人工地基。   3、基础：建筑物上部结构承受的各种荷载是通过基础传递给地基的，所谓基础是指承受建筑物各种荷载并传递给地基的下部结构。通常情况下，建筑物基础应埋入地面以下一定深度进入持力层，即基础的埋置深度。按照基础的埋置深度的不同，基础可分为浅基础和深基础。     在建筑物荷载作用下，地基、基础和上部结构三部分是彼此联系、相互影响和共同作用的，如图1所示。设计时应根据场地的工程地质条件，综合考虑地基、基础和上部结构三部分的共同作用和施工条件，并通过经济、技术比较，选取安全可靠、经济合理、技术可行的地基基础 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 二、土力学的发展简史     生产的发展和生活的需要，使人类早就懂得了利用土进行建设。西安半坡村新石器时代的遗址就发现了土台和石础；公元前两世纪修建的万里长城及随后修建的京杭大运河、黄河大堤等都有坚固的地基与基础。这些都说明我国人民在长期的生产实践中积累了许多土力学方面的知识。     十八世纪产业革命以后，随着城市建设、水利工程及道路工程的兴建，推动了土力学的发展。1773年，法国的Coulomb根据实验提出了砂土的抗剪强度公式和土压力理论；十九世纪中叶，大规模的桥梁、铁路和公路的建设，促进了桩基础理论和施工方法的发展；1957年，英国的Rankine根据不同假设提出了土压力理论；1885年，法国的Boussinesq求出了半无限弹性体在垂直集中力作用下应力和变形的理论解答；1922年，瑞典的Fellenius为解决铁路塌方问题，研究并提出了土坡稳定分析法；直到1925年，美国土力学专家Terzaghi发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 了第一本《土力学》专著，从此，土力学成为一门独立的学科。     此后，随着大量引用弹性力学的研究成果，土体变形和破坏问题的研究得到了迅速发展。1927年～1955年，Fellenius，Taylor和Bishop等建立与完善了滑弧稳定分析方法；1936年，Mindlin公式的提出并在桩基沉降计算中得到应用；1943年，Terzaghi关于极限土压力的研究并提出了承载力公式；1941年～1956年，Biot固结理论的提出和完善等。     1963年，Roscoe发表了著名的剑桥模型，标志着现代土力学的开端。经过30多年的努力，现代土力学已逐渐趋于成熟，并在下列几方面取得了重要进展：(1)非线性模型和弹塑性模型的深入研究和大量应用；(2)损伤力学模型的引入和结构性模型的初步研究；(3)非饱和土固结理论的研究；(4)砂土液化理论的研究；(5)剪切带理论及渐进破损问题的研究；(6)土的细观力学的研究等。     我国学者对土力学的研究始于1945年黄文熙在中央水利实验处创立的第一个土工实验室，40多年来，各方面都得到了长足的进展，取得了许多重要研究成果，为土力学的发展和完善作出了积极的贡献。     现代科学的发展，使土力学的研究领域得到了明显的扩大，如土动力学、冻土力学、月球土力学、海洋土力学等都是新兴的土力学分支。 三、本课程的研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 及学习方法     土力学是固体力学的一个分支，主要侧重于对土的力学分析，是研究土在力的作用下引起的应力、应变、强度和稳定性的一门学科。由于土是自然历史的产物，其性状变化很大。因此，在土力学研究过程中，除运用一般连续体力学的基本原理，还应密切结合土的实际情况进行研究。在处理工程中的土力学问题时，不能单凭数学和力学的方法，必须通过的土的现场勘察及室内土工试验测定土的计算参数。因此，土力学是一门实践性很强的学科。     地基与基础统称为基础工程，基础工程是研究建筑物地基与基础受到上部结构荷载作用后的性状的，主要包括是地基的受力性状、地基处理方法、基础型式等。由于基础工程为建筑物的隐蔽工程，一旦失事，不仅损失巨大，且难以补救，如图2所示。因此，基础工程的研究十分重要。     土木工程中，会遇到各种有关土的工程地质问题。包括土作为建筑物地基、用作填筑材料及作为建筑物的介质等三个方面。特别是软土地基，常会遇到土质改良、沉降及不均匀沉降等问题。为保证建筑物的安全可靠、经济合理和技术可行，很好地解决这些问题，必须对地基土的物理力学性质有较深入的了解，从而提出合理的地基基础方案。如以土作为填筑材料的堤、坝，常用碾压的方法将填土压实，以提高填土的强度，增加填土的稳定性，这就要求研究动力作用下土的压实性状。     根据土力学与基础工程的研究内容，学习中力求掌握以下几点：(1)要有工程的观点，不仅要掌握本课程的基本原理，还应掌握基础工程的实用工艺和设计施工方法；(2)要有遵守规范的观点，规范是工程经验的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ，规范是技术应用的依据，规范是法规，应该遵守。由于本教材涉及的规范较多，且各部门的规范又不统一，应用时应加以区分；(3) 要培养学生分析问题解决问题的能力，理论是实践的基础，没有正确的理论，就没有正确的实践。通过对基本概念、基本理论和基本技能的培养，结合工程实践，培养学生分析和解决问题的能力。   第一章   土的物理性质与工程分类     土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。其三相之间的比例关系、土的颗粒组成、大小、土的结构形式和构造等会直接影响到其工程性质。 第一节   土的形成 一、第四纪沉积物（层）     土是岩石经过风化、剥蚀、搬运和沉积作用形成的松散堆积物，颗粒之间没有胶结或弱胶结，绝大部分土形成于第四纪，故称为第四纪沉积物。 二、按成因分类 根据搬运和沉积方式不同，第四纪沉积物主要分为以下几种： 名称 成因 特征与分布 工程特征 残 积 土 岩石风化所形成的碎屑，残留在原地的堆积物。 颗粒粗细不均，多棱角，无分选性，无层理，其矿物成分与下伏母岩相同。 残积土厚度变化大，作为建筑物地基时，应注意不均匀沉降。 坡 积 土 风化产物在重力、雨雪水流等作用下，沿斜坡移动，沉积在坡面和坡脚的堆积物。 坡积土自坡面至坡脚，颗粒由粗到细，表现出轻微的分选性，其矿物成分与下伏母岩无关。厚度变化大，薄者仅数厘米，厚者可达数十米。 常沿下伏岩层斜面滑动，颗粒粗细变化大、土质不均，其强度及压缩性差异也较大，为不良地基土。   洪 积 土 由山洪暴雨和大量融雪形成的暂时性洪水，把大量残积土、坡积土剥蚀、搬运到山谷或山麓平原沿途堆积而成。 洪积土呈扇形分布，土颗粒从近到远由粗变细，表现出一定的分选性，因搬运距离不远，颗粒磨圆度较差，土中常有不规则交替层理构造，并具有夹层、尖灭或透镜体等。山洪不规则周期性暴发所形成的堆积物各不相同。 一般离山前较近的洪积土强度较高，是较好地基。离山前较远地段，洪积物颗粒较细，成分均匀，厚度大，是较好地基。在过渡地段，常为宽广的沼泽，是不良地基。 冲 积 土 河流流水的作用将两岸岩石及上覆残积、坡积、洪积土剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的堆积物。 具有明显的层理构造和分选性，加上水中长距离搬运时的碰撞和摩擦，冲积土中的粗颗粒有较好的磨圆度。河流上游土颗粒较粗，下游的颗粒较细。 在河流上游修建水工建筑物时，应考虑渗透和渗透变形问题。对于河流下游的建筑物，常要沉降和稳定等问题。 风 积 土     由风力搬运形成的堆积物。 我国西北地区广泛分布的黄土是一种典型的风积土。其主要特征是组成黄土的颗粒十分均匀，以粉粒为主，没有层理，有肉眼可以分辨的大孔隙，垂直裂隙发育，能形成直立的陡壁。 黄土在干燥条件下有较高的承载力和较小的变形，但遇水后会产生湿陷，变形显著增大。因此，黄土地区修建水工建筑物应当谨慎。   第二节   土的组成   土与连续的固体物质不同，是一种松散颗粒堆积物，固体颗粒（固相）构成了土的骨架，水和气体为粒间孔隙的充填物。各相属性及三相关系对土的工程性质有重要影响。 一、土的固相 (一)土的矿物成分：土是岩石风化的产物，土颗粒的矿物成分取决于成土母岩的成分和风化作用的类型。 土中矿物颗粒的成分根据形成条件可分为原生矿物和次生矿物。 名称 成因 矿物成分 特征 原生矿物 岩浆在冷凝过程中形成。 石英、长石、云母、角闪石、辉石等 是母岩物理风化的产物，矿物成分与母岩相同，如漂石、卵石、圆砾等颗粒较粗，性质稳定，吸水能力很弱，无塑性。   次生矿物 原生矿物进一步因氧化、水化、水解及溶解等化学风化作用后形成。 高岭石、绿泥石、方解石、石膏等 颗粒极细，种类很多，以晶体矿物为主。如粘土矿物的基本构成单元为硅氧晶片和铝氢氧晶片。粘土矿物具有颗粒小，呈片状，比表面积大，吸水能力强，具塑性，性质活泼等特点。     四面体和八面体的不同组合堆叠重复，形成了具有不同性质的各种粘土矿物，其代表矿物有高岭石，伊利石，蒙脱石。原生矿物中，其吸水膨胀和失水收缩性，蒙脱石最显著，伊利石次之，高岭石最差。 （二）土的结构和构造 1.土的结构：指土颗粒的大小、形状、排列及联结方式等所表现出的综合特征。它对土的物理力学性质有重要影响。土的主要结构类型及其性质如下表。 名称 成因和特点 分 布 工程特性 单粒结构 (见图1-2a) 粗颗粒在沉积过程中受重力控制，粒间以点接触为主，土粒间的分子吸引力较小，颗粒间几乎没有联结，偶尔可能具有微弱的毛细水联结。 单粒结构主要存在于由砾、砂等所组成的粗粒土中。 紧密结构：在外载作用下压缩性小，承载力较高，是良好的天然地基。疏松结构：骨架不稳定，当受震动或其它外力时，会产生很大变形，未经处理一般不宜作为建筑物地基。 蜂窝结构 (见图1-2b) 粉粒在水中下沉时，基本上以单个土粒下沉，当碰到已沉土粒时，由于粒间的相互引力大于重力，土粒就停留在最初的位置不再下沉，形成具有较大孔隙的蜂窝结构。 出现在由粉粒(0.05～0.005mm)为主的细粒土中。 孔隙大、压缩性高、强度低，土粒之间的联结强度(结构强度)在长期压密影响下有所提高。   絮凝结构 (见图1-2c) 粘粒能在水中长期悬浮不下沉。当悬浮粘粒被带至浓度较大电解质中(如海水)时，粘粒凝聚成絮状集合体下沉，并和先期下沉的絮状集合体接触，形成如绒絮一样的絮凝结构。 多见于由粘粒(粒径d<0.005mm)为主的粘性土中。 孔隙大、压缩性高、强度低，土粒之间的联结强度在长期压密影响下有所提高，但土粒间联结较弱，在施工扰动影响下，土的结构一旦遭到破坏，强度会降低很快。 2.土的构造：同一土层中的物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间的相互关系特征称为土的构造。 名称 特征 工程性质 层理构造 土在形成过程中，由于不同阶段所形成的沉积物在矿物成分、粒度成分、颜色等方面的差异表现出成层的特性。 土的主要构造特征是层理构造 裂隙构造 裂隙性，如黄土中的垂直裂隙，某些坚硬或硬塑粘土(如长江下游的下蜀粘土)中有不连续小裂隙。 裂隙的存在，破坏了土的整体性，增大了透水性，对工程建设往往不利。 其 它 在构造上还有一些特征，如某些土中含有结核(礓石)和天然土洞等 使得土质不均匀，对工程建设往往不利。 (三)土粒大小和土的级配 1.粒组划分 一、定义     天然土是由无数大小不一、形状各异且变化悬殊的土粒组成。各种不同粒径的土粒在土中的比例不同，直接影响着土的性质。工程上通常把大小相近、性质相似的土粒划分成若干组，这种组别称为粒组，划分粒组的分界粒径称为界限粒径。 2）粒组划分     按照界限粒径的大小，将土粒划分为六个粒组：     漂石（块石）、卵石(碎石)、砾粒、砂粒、粉粒、粘粒。     粒径由大到小     其粒组名称和粒径范围见下表 表1-1土粒粒组的划分 粒组统称 粒组名称 粒径范围（mm） 一般特性 巨粒组 漂石或块石颗粒 >200 透水性大，无粘性，无毛细水。 卵石或碎石颗粒 200～60 透水性大，无粘性，无毛细水。 粗粒组 圆砾或角砾颗粒 60～2 透水性大，无粘性，毛细上升高度很小。 砂粒 2～0.075 易透水，当混入云母等杂物时，透水性减小，压缩性增加；无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细上升高度小，随粒径变小而增大。 细粒组 粉粒 0.075～0.005 透水性小；湿时稍有粘性，遇水不膨胀，干时稍有收缩；毛细上升高度较大且较快，极易出现冻胀现象。 粘粒 <0.005 透水性很小；湿时有粘性，可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细上升高度大，且速度较慢。 2.土的级配：土的级配是指土中各粒组相对含量的组成     一、定义     土的级配是指土中各粒组相对含量的组成。粒组的相对含量是通过颗粒分析试验测定的，土的颗粒分析试验主要有筛分析法和比重计法。     筛分析法适用于粒径大于0.075mm的粗粒土，试验时取一定量的风干、分散土样放在一套标准筛(孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.15、0.075mm)上震荡一定时间后，称出留在各筛孔上土的质量，即可算得各个粒组的相对含量。     比重计法是根据Stokes原理，测定粒径小于0.075mm的细粒土中各个粒组的相对含量。通常两种试验方法需联合使用。 2）土的级配曲线     颗粒分析试验的结果，可以绘制出如图1-3所示的级配曲线。其横坐标表示粒径，因为土粒粒径相差甚大，用普通标难以表示，常采用对数坐标。纵坐标表示小于某粒径土粒的百分含量。     土的级配曲线有两种用途：(1)评价土的级配好坏并藉此选择土料；(2)利用级配曲线对粗粒土进行分类。     不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个指标反映了土颗粒分布的均匀程度，其定义式为： 式中：d10、d30、d60分别为级配曲线上颗粒含量小于10%、30%和60%的粒径（mm）。工程上，将d10称为有效粒径，d60称为控制粒径。     Cu值愈大，表示级配曲线愈平缓，土粒粒径分布范围愈广，土粒愈不均匀，土愈易于压实；     Cu值愈小，级配曲线愈陡峻，土粒粒径分布范围愈狭窄，土粒愈均匀，土愈不易压实。     通常情况下，不均匀系数可以反映土的级配好坏，但无法反映土粒粒径的连续状况，如土中缺乏中间粒径，在级配曲线表现为台阶状（图1-3中c线），这时仅用不均匀系数来反映，就可能得出错误的结论，此时，曲率系数Cc能反映土中颗粒之间的搭配好坏。    Cu≥5土的级配好坏需用不均匀系数和曲率系数共同加以判别，同时满足Cc=1～3的土，级配是良好的，用作填土用料，可得到较高的密实度；     不能同时满足上述条件的土，称为级配不良的土。 二、土的液相结合水    液态水：土中液态水指存在于土体孔隙中的水，可分为自由水    土中水的存在形式固态水：根据对土工程性质的影响，固态水可作为土矿物颗粒的一部分。 气态水：气态水作为土中气体的一部分。 （一）结合水     1 、定义：粘土颗粒表面通常带负电荷，在土粒电场范围内，极性分子的水和水溶液中的阳离子，在静电引力作用下，被牢牢吸附在土颗粒周围，形成一层不能自由移动的水膜，这种水称为结合水，如图1-4所示。（见武工大编P9，图2-8） 2、分类 在土粒形成的电场范围内，随着距离土颗粒表面的远近不同，水分子和水化离子的活动状态及表现性质也不相同。根据水分子受到静电引力作用的大小，结合水分为强结合水 定义： 指紧靠粘土颗粒表面的水，颗粒表面的静电引力最强，把水化离子和极性水分子牢固地吸附在颗粒表面，形成固定层。 性质：近于固体，不能传递静水压力，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，熔点：105℃左右时。当粘土中只含强结合水时，粘土呈固体状态，磨碎后呈粉末状态。 2）.弱结合水 定义：弱结合水位于强结合水的外围，仍受到一定程度的静电引力作用，占有结合水膜的大部分。 性质：呈粘滞体状态。不能传递静水压力，但当相邻土颗粒水膜厚度不等时，水能从水膜较厚的颗粒移向水膜较薄的颗粒。当土中含有较多的弱结合水时，即表现为高塑性、易膨胀收缩性、低强度和高压缩性。 结合水在土中的含量主要取决于土的比表面的大小。要理解水的相互作用关系，才能掌握土的工程性质。例1：粘土矿物的颗粒细，比表面大，能大量吸附结合水。结合水使粒间透水的孔隙大为缩小，甚至充满，导致粘性土透水性差。另外，存在的结合水使颗粒互不接触，便具有滑移的可能；同时相邻土粒间的结合水因受颗粒引力的吸附，使粒间具有一定的联结强度，所以粘性土又具有粘性和可塑性。 例2：砂粒、砾石等，颗粒粗，比表面小，孔隙大，孔隙水中结合水的数量可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级配和排列方式（结构）。 (二)自由水： 1．定义：指存在于土粒形成的电场范围以外能自由移动的水。 2．性质：和普通水相同，有溶解能力，能传递静水压力。 3．分类：按自由水移动时所受作用力的不同，自由水可分为 1）重力水 定义：指在重力或压力差作用下，能在土中自由流动。 性质：一般指地下水位以下的透水土层中的地下水，它对土粒有浮力作用。重力水直接影响土的应力状态，并应注意建筑物的防渗要求和基坑（槽）开挖时采取降（排）水措施。 2.毛细水 定义：指受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。 性质：存在于地下水位以上的透水层中，毛细水上升高度对建筑物底层的防潮有重要影响。 当土孔隙中局部存在毛细水时，，使土粒之间由于毛细压力互相靠近而压紧（图1-5），土因此会表现出微弱的凝聚力，称为毛细凝聚力。如这种凝聚力的存在，使潮湿砂土能开挖成一定的高度，但干燥以后，就会松散坍塌。 三、土的气相 土中的气体存在于土孔隙中未被水占据的部分。   第三节  土的物理性质指标 土的三相组成比例关系，能直接反映土的状态和物理力学性质，间接反映土的工程性质。 土的物理性质指标中： 一种是可以通过试验直接测定，称为实测指标（试验指标），仅有一种是可通过实测指标进行推算的，称为换算指标，包括孔隙比、孔隙率、饱和度、饱和密度、有效密度和干密度等。 首先用土的三相图来表示土的组成。 一、试验指标 1.土粒比重 土粒比重定义为土粒质量与同体积4℃时纯水的质量的比值，即: 土粒比重数值一般为2.6～2.8，决定于土的矿物成分，变化较小，可参考表1-2取值。土粒比重常用比重瓶法测定，土粒质量用天平测出，土粒的体积就是土粒排开水的体积。 表1-2常见土粒比重 土的名称 砂土 粉土 粘 性 土 有机质体 泥 炭 粉质粘土 粘土 土粒比重 2.65～2.69 2.70～2.71 2.72～2.73 2.74～2.76 2.4～2.5 1.5～1.8 2.含水率 土中水的质量与土粒质量的比值，称为土的含水率，以百分比计。 天然土层的含水率变化范围很大，含水率大小与土类、埋藏条件及所处的自然环境有关。含水率ω是标志土的湿度的一个重要物理指标。对于同一类土，土的含水率高，其力学性质就差。土颗粒愈粗，含水率对土的性质的影响就愈小。 土的含水率一般采用烘干法测定，就是称取一定质量的试样，放入烘箱内，保持恒温105～110℃，直至恒重后，称取干土质量，从而求出水和干土的质量，两者的比值即为含水率。对有机质含量超过5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘至恒重。 3.土的密度(土的重度)     土的密度定义为单位土体体积中土体的质量，土的密度，也称为天然密度。     工程中常用的重度γ与密度ρ的关系为：γ=ρg(下同)。γ的单位是kN/m3，ρ的单位是g/cm3；g是重力加速度，g=9.8m/s2，为简便计算，工程中常取值10 m/s2。     土的密度试验常用环刀法测定，将一质量和体积都已知的环刀垂直切入土中，取出后，削平土样两端，测定土样的质量，即可求出土的密度。 二、换算指标     由于土所处的环境和状态不同，表示土单位体积质量的指标除天然密度ρ外，还有饱和密度ρsat和浮密度ρ′。 1.干密度     土的干密度定义为单位土体体积中土粒的质量     干密度的大小能反映土体的密实程度，工程中常以干密度作为填土夯实质量的控制指标，干密度常见数值为1.4～1.7g/cm3。 2.饱和密度     饱和密度定义为土体孔隙中充满水时单位土体体积中土体的质     土的饱和密度常见数值为1.8～2.2g/cm3。 3.浮密度     浮密度定义为单位土体体积中土粒质量与同体积水的质量之差     地下水位以下，土粒受到水的浮力作用，单位体积中土粒的有效重力即土的浮重度，亦称土的有效重度。 4.孔隙比     孔隙比定义为土体中孔隙体积与土颗粒体积的比值，常以小数表示 孔隙比是反映土颗粒间紧密程度的指标之一，其数值愈小，说明土粒之间连结愈紧密；反之，则愈疏松。一般情况下，e<0.60的土是密实的，压缩性小；e>1.0的土是松散的，压缩性大。 5.孔隙率 孔隙率土中孔隙的体积与土体总体积的比值，常以百分数表示，即: 孔隙率也能反映土颗粒间的紧密程度。 6.饱和度 饱和度定义为土体孔隙中水的体积与孔隙体积之比，常以百分数表示 Sr≤50%稍湿； 50%80%饱和。 上述划分方法适用于中、粗砂，对于粉、细砂，只有当Sr＞90%时，才认为是饱和的。 三、指标间的相互换算关系 各物理性质指标都是量的相互比例关系。因此，就可以通过一些指标间相互比例关系进行计算，得到另一些指标。 1.孔隙比与三个试验指标间的换算关系 如图1-7所示，令Vs=1，则Vv=e，V=1+e，ms=ρwGs，ms=ωρwGs，m=(1+ω)ρwGs，由土的密度、含水率、土粒比重、孔隙比的定义可推得: 2.干密度与土的密度、含水率间的换算关系 如图1-7所示，令V=1，则mw=ωρd，ms=ρs，m=(1+ω)ρs，由干密度、土的密度、含水率的定义可推得: 3.饱和密度与土粒比重、孔隙比间的换算关系 同样，令Vs=1，由饱和密度、土粒比重、孔隙比的定义可推得: 4.浮密度与饱和密度间的换算关系 由浮密度和饱和密度的定义可推得: ρ′=ρsat-ρw(1-15) 5.孔隙率与孔隙比间的换算关系 同样，令Vs=1，则Vv=e，V=1+e，由孔隙率和孔隙比的定义可推得: 6.饱和度与土粒比重、含水率、孔隙比间的换算关系 由饱和度、土粒比重、含水率、孔隙比的定义可推得: 无粘性土密实度 一、定义：无粘性土主要指砂土和碎石类土。 二、无粘性土性质 无粘性土的工程性质主要与密实度有关，取决于颗粒粒径及其级配。 当处在密实状态时，压缩性小，强度高，可作为天然地基； 当处在松散状态时，压缩性高，强度低，是一种软弱地基。尤其是饱和粉细砂，稳定性很差，容易产生流砂，在震动荷载作用下，会产生液化。 三、密实度的评价指标 孔隙比 根据天然状态下孔隙比e的大小，将土划分为稍松、中等密实和密实三种。 相对密度 但孔隙比相同也并不代表密实程度相同，在工程上一般采用相对密度Dr来评价无粘性土的密实度，它考虑了颗粒形状、大小和级配等影响因素。其表达式为： 当Dr =0时，e=emax，说明土处于最松散状态； ，可用漏斗法和量筒法测定。 当Dr =1时，e=emin，说明土处于最密实状态；，可用振动锤击法测定。 根据Dr值可把土的密实度状态分为下列三种： 1≥Dr >0.67密实的； 0.67≥Dr >0.33中密的； 0.33≥Dr >0松散的。 相对密度试验适用于颗粒粒径小于5mm且透水性好的土， 标准贯入锤击数 由于原状试样（尤其是地下水位以下的饱和砂样）难以取得，土的天然干密度难以准确确定。对此，《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）中规定，砂土的密实度应根据标准贯入锤击数来划分，见表1-4。 表1-4砂土密实度的划分 砂土密实度 松散 稍密 中密 密实 N ≤10 1030 标准贯入试验是用规定的锤重（63.5kg）和落距（76cm）把标准贯入器打入土层中，记录每贯入30cm深度所用的锤击数N的一种原位测试方法。 粘性土的物理特性 粘性土的性质 1．土颗粒极细，比表面积很大，具有可塑性，其工程性质与土的含水率关系密切。土的含水率小，则强度高，压缩性低；含水率大，则强度低，压缩性高。 2．含水率差异的一种外在表现是土的软硬程度不同。 随着的不同，粘性土将分别处于：固体状态、半固体状态、可塑状态、流动状态 随含水率增加上述四种状态及其特性如图1-8所示。 粘性土由一种状态转入另一状态时的分界含水率，称为土的界限含水率。常用的界限含水率有三个： 1. 液性界限（液限）ωL—土由流动状态变成可塑状态的界限含水率，又称为塑性上限含水率； 2. 塑性界限（塑限）ωp—土由可塑状态变成半固体状态的界限含水率，又称塑性下限含水率； 3. 收缩界限（缩限）ωs—土由半固体状态变成固体状态的界限含水率，即粘性土随着含水率的减小体积开始不变的含水率。 《土工试验方法标准》（GB/T50123－1999）中界限含水率的试验方法： 1.碟式液限仪法测定粘性土的液限（见四校合编P29，图1-23） 2.搓滚法测定粘性土的塑限：是将接近塑限的试样，先用手搓成椭圆形，然后用手掌在毛玻璃板上滚搓成细条，当细条直径达3mm时，产生裂缝并开始断裂，这时土条的含水率定为塑限。 以上两种方法系手工操作，人为因素较大，对试验精度有一定的影响。 3.联合试验法用仪器测定粘性土的液限和塑限：测定不同含水率所对应圆锥仪的下沉深度，圆锥下沉深度和含水率的关系绘在双对数坐标纸上成直线，将直线上圆锥下沉深度为17mm处的相应含水率定为液限，下沉深度为2mm处相应的含水率定为塑限。如图1-9所示。 4.收缩皿法测定土的缩限：把含水率调制到大于液限的土料填实到一定容积的容器，烘干后测出干试样的体积，按下式求得土的缩限: 二、塑性指数与液性指数 （一）塑性指数 塑性指数为液限与塑限的差，用Ip表示，即     1．它表示粘性土处于可塑状态时含水量的变化范围，习惯上用不带%号的数值表示。     2．塑性指数愈大，土颗粒愈细，粘粒含量愈多，比表面和结合水含量愈高。     3．塑性指数的大小还与土粒的矿物成分有关，当粘粒中主要成分为蒙脱石时，塑性指数较高；当粘粒中主要成分为高岭石时，塑性指数相对较低。     4．土的塑性指数是成分一定时土的固有属性，当土的组成确定以后，塑性指数值可视为常数，与土的天然含水率无关。因此，工程上常用塑性指数对粘性土进行分类。   （二）液性指数     液性指数粘性土的天然含水率和塑限的差值与塑性指数比值，即 1．液性指数是表征粘性土软硬状态的指标，IL以小数表示。 2．从上式可知，     当土的天然含水率ω＜ωp时，Il小于0，土处于坚硬状态；     当ω大于ωl时，Il＞1，土处于流动状态；     当ω介于ωp与ωl之间时，Il介于0～1之间，土处于可塑状态。   3．因此， IL值愈大，土质愈软，IL值愈小，土质愈硬。《建筑地基基础设计规范》规定：根据液性指数Il的大小，粘性土的状态可分为：     Il≤0坚硬状态；     01.0流塑状态。   第六节  土的工程分类     本节将介绍我国现行的水利部《土工试验规程》（SL237-1999）及国家建委《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)中土的分类。   一、《土工试验规程》分类法     按照该体系分类时，首先应判别天然土属有机土还是无机土。     有机质含量大于10%（Ou＞10%）的土为有机土；有机土没有固定粒径，由分解的或部分分解的动植物残骸和无定形物质所组成，呈黑色、青黑色或暗色，有臭味；手触有弹性和海绵感。典型的有机土如泥炭等。     有机质含量5%≤Ou≤10%时，为有机质土；     有机质含量小于5%（Ou＜5%）就属无机土。工程上遇到的土绝大部分属无机土。   (一)土类代号及构成   1.土类基本代号     漂石、块石(B)；卵石、碎石(Cb)；砾、角砾(G)；砂(S)；粉土(M)；粘土(C)；细粒土(C、M合称) (F)；混合土(粗、细土合称)(SI)，；有机质土(O)；黄土(Y)；膨胀土(E)；红粘土(R)；盐渍土(St)；级配良好(W)；级配不良(P)；高液限(H)；低液限(L)。   2.代号构成   （1）1个代号表示土的名称，如：C—粘土；M—粉土。   （2）2个代号构成时，第1个代号表示土的主成分，第2个代号表示土的特性指标(土的液限或级配)。如：ML—低液限粉土；SW—级配良好砂。   （3）由3个代号构成时，第1个代号表示土的主成分，第2个代号表示土的特性指标(土的液限或级配)，第3个代号表示土中所含次要成分。如：CLG—含砾低液限粘土   (二)粗粒土的分类   1、定义：粗粒土是试样中粗粒组含量大于的总质量50%的土。   2、性质：粗粒土没有粘性，常称为无粘性土，其性质由土粒级配控制。粗粒土透水性强，易于压实，基本不受含水状态的影响。   3、分类：粗粒土的分类列于表1-5。 表1-5粗粒土的分类 土 类 定名 粒组含量 土代号 土名称       砾类土 （砾粒组含量＞50%总质量） 砾 细粒组含量小于5% 级配：Cu≥５， Cc＝１～３ GW 级配良好砾 级配：不能同时满足上述要求 GP 级配不良砾 含细粒土砾 细粒组含量为5%～15% GF 含细粒土砾 细粒土质砾 细粒组的含量为15%～50% 细粒为粘土 GC 粘土质砾 细粒为粉土 GM 粉土质砾       砂类土 （砾粒组含量≤50%总质量） 砂 细粒组含量小于5% 级配：Cu≥５， Cc＝１～３ SW 级配良好砂 级配：不能同时满足上述要求 SP 级配不良砂 含细粒土砂 细粒组含量为5%～15% SF 含细粒土砂 细粒土质砂 细粒组的含量为15%～50% 细粒为粘土 SC 粘土质砂 细粒为粉土 SM 粉土质砂 (三)细粒土的分类    1、定义：细粒土是指试样中细粒组含量大于或等于总质量50%的土。   2、性质：(1)细粒类土中，当粗粒组含量小于25%时，土体中的粗粒是分散填充在细粒土内，对土的性质影响不大，称为细粒土；          (2)当粗粒组含量大于25%时，粗粒在土体中已起骨架作用，对土的性质有相当的影响，称为含粗粒的细粒土。   3.分类：细粒土根据塑性图进行分类。根据塑性图分类后，细粒土共分成八类，其代号分别为：CH、CL、CHO、CLO、MH、ML、MHO、MLO   二、《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）     根据《建筑地基基础设计规范》，作为建筑物地基的土类有岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土及特殊土等，下面主要讨论碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土等土的分类。   (一)碎石土     粒径大于2mm的颗粒含量超过50%的土称为碎石土。根据粒组含量及颗粒形状可按表1-6分类。 表1-6碎石土的分类 土的名称 颗粒形状 粒组含量 漂石 块石 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒径大于200mm的颗粒超过全重50% 卵石 碎石 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒径大于20mm的颗粒超过全重50% 圆砾 角砾 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒径大于2mm的颗粒超过全重50%    注：分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定。   (二)砂土     粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%、而粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土称为砂土。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂（表1-7）。 表1-7砂土的分类 土的名称 颗粒含量 砾 砂 粒径大于2mm的颗粒超过全重25%～50% 粗 砂 粒径大于0.5mm的颗粒超过全重50% 中 砂 粒径大于0.25mm的颗粒超过全重50% 细 砂 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85% 粉 砂 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%     注：分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定。   (三)粘性土     凡塑性指数Ip值大于10的土定名为粘性土。根据塑性指数的大小，粘性土又分为粘土和粉质粘土，即：     Ip>17粘土；     10γ2时，自重应力分布为0-1-2′；当γ1<γ2时，自重应力分布为0-1-2。 三、土层中有地下水一般情况下，当计算点在地下水位以下时，由于地下水对土粒的浮力作用，土的重度减小，计算土的竖向自重应力时，水下采用土的有效重度(即浮重度)。如图3-3(a)中a点的自重应力为 但若地下水位以下埋藏有不透水层时，由于不透水层不存在水的浮力，故土的竖向自重应力应按上覆土层的水土总重计算。如图3-3(b)中a点的自重应力为 尚需指出的是，大量抽取地下水，会使地下水位大幅度下降，从而引起地基土中自重应力的变化，造成地表的大面积下沉，如图3-3 (c)所示。 四、水平向自重应力 在半无限弹性体内，土中不可能发生侧向变形，因此，土中两个水平方向的自重应力σcx与σcy必相等，其大小可按下式计算。 必须指出，上述自重应力是指有效自重应力，简称为自重应力。一般说来，土体在漫长的地质年代中，在自重应力作用下已压缩稳定，自重应力不再引起土的变形。但对于新近沉积土、人工填土、冲、淤积物等，应考虑土体在自重应力作用下的变形。  第二节 基底压力 建筑物的荷载是通过基础底面传递给地基土的，在基础与地基之间存在着接触压力，这个接触压力，既是经由基础底面作用于地基的压力，称为基底压力（方向向下）；又是地基反作用于基础的反力，称为地基反力（方向向上）。 基底压力的分布形态，与基础刚度、地基土的性质、基础埋深及荷载大小等因素有关，是一个很复杂的问题，如图3-5所示。工程中常采用简化的办法，近似地按线性分布来考虑基底压力的分布，这样就可用材料力学公式计算基底压力。 一、竖直中心荷载作用下的基底压力 作用于基础上的竖向荷载，合力通过基础底面形心时，可简化为轴心受压基础，基底压力为均匀分布（图3.6） F为上部结构传至设计地面处的竖直荷载设计值(kN)；础及回填土重标准值总和(kN)，G=γGAd，其