交通部水运工程试验检测技术材料培训

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地层名称符号地层名称符号地层名称符号地层名称符号人工填土Qml残积层Qed海陆交互相沉积层Qmc滑坡堆积层Qdel植物层Qpd风积层Qeod冰积层Qgl泥石流堆积层Qsel冲击层Qal湖积层Ql冰水沉积层Qfgl生物堆积层Qo洪积层Qpl沼泽沉积层Qh火山堆积层Qb化学堆积层Qch坡积层Qdl海相沉积层Qm崩积层Qcol成因不明的沉积层Qpr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Wn5%有机质土：有机质Wn含量5%≤Wn≤10%泥炭质土：有机质Wn含量10%Wn≤60%泥炭：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成因成因类型主要地质作用√风化残积√残积物理、化学风化作用重力堆积坠积长期重力作用崩塌堆积短处重力作用滑坡堆积大型坡体重力作用土溜大型坡体表面重力作用大陆流水堆积√坡积斜坡上雨水、雪水作用√洪积短期大量地表水作用√冲积长期地表水流河谷搬运、堆积作用三角洲堆积（河－湖）河水、湖水混合堆积湖泊堆积浅水型静水堆积作用沼泽堆积潴水型静水堆积作用海水堆积滨海堆积海岸及岸流堆积作用浅海堆积浅海相动荡及静水的混合作用深海堆积海相静水堆积作用三角洲堆积（河－湖）河水、海水混合堆积作用地下水堆积泉水堆积化学及部分机械堆积作用洞穴堆积机械及部分化学堆积作用√冰川堆积冰碛堆积固体状态冰川搬运堆积作用冰水堆积冰川中冰下水搬运堆积作用冰碛湖堆积冰川地区静水堆积作用√风力堆积风积风的搬运作用风－水堆积风的搬运作用后来又经水流搬运堆积作用二、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、土的固相粒组统称粒组名称粒组粒径d的范围巨粒漂石（块石）粒卵石（碎石）粒d200200≥d60粗粒砾粒粗粒细粒沙粒60≥d2020≥d22≥d0.075细粒粉粒粘粒0.075≥d0.0050.005≥d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%的土；不均匀系数：反映土颗粒粒径分布均匀性的系数Cu＝d60/d10；曲率系数：反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数Cc＝d302/(d10•d60)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Cu≥5和（且）Cc＝1～3时的土不良级配土不同时满足Cu≥5和（且）Cc＝1～3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、土的液相水的类型主要作用力自由水毛细水表面张力和重力重力水重力结合水物理化学力近代土质学（高国瑞）介绍：强结合水：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；A＝10－18m有人测到第一层水分子密度为1.4g/cm3弱结合水：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。讲义介绍结合水：被土颗粒表面吸附着的水称为结合水，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。自由水：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。重力水：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。毛细水：在地下水位以上水为毛细水毛细管水：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、土的结构土的组构：土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征；土的结构：土的固体颗粒间的几何排列和联接方式；土骨架：土的固体颗粒构成的格架；比表面积：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，Φ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0.35～0.91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30～40%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/T50123－99）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ρ＝=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/T50123－99：ρO=mo――湿土质量VmAWSwsVVVmmVomV――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/T50123－99：Pd＝2）含水率VSmow01.01pw01.01p讲义：W＝＝＝（－1）×100％GB/T50123－99：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/50279－98：含水率：土中水的质量与土颗粒质量的比值，以百分率表示mmwsmmmssmmsomm3）土粒比重讲义：Gs＝＝GB/T50123－99土粒比重：土颗粒的质量与同体积的4°C蒸馏水的质量比值，与SL237－1999定义同，而与岩土工程基本术语标准GB/T50279－98不同（它规定为重量比），应以质量比为准。c4w)mPVS（C433m/kgmkg）（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ρ、W、Gs换算的指标（1）饱和密度C43sgmgm）水体积水质量（C433gmkgmgkg）（ρsat＝＝mW──充满土中全部孔隙的水质量VwssVmVmmws（2）浮密度ρ¹＝＝ρsat-1VS=V-VvVV──全部孔隙体积VV-mssWρ¹＝/V＝-VρW/V=ρsat-ρw＝ρsat-1VV-mssWwvs)V-V-m（（3）干密度ρd＝V土的总体积土粒质量smρd＝＝＝ρ──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е＝＝讲义：е＝×（100％）Vmsw01.01svwsmm1VmmsvVVn1nsvVV（5）孔隙率＝＝＝（对饱和土，空气体积Va=0）；n（1+e）＝e；n+ne＝e；e-ne＝n；e（1-n）＝n（6）饱和度：土中孔隙水体积与孔隙体积的比值Sγ=VVvn＝vsvVVVsvsssvVVVVVVe1e%100VvVw（7）密度（ρ）与容重（γ）（重度）的关系若ρ＝2000kg/m3g=9.8m/s2γ＝ρ×9.8＝ρ×g＝2000kg/m3×9.8m/s2＝19600kg.m/s2＝19.2KN/m3ρ=2t/m3（t＝1000kg）若g≈10m/s2；γ＝20KN/m32、无粘性土的相对密度GB/T50279－98反应无粘性土紧密程度的指标讲义：m