水运试验检测地基据大纲总结doc资料

1、水运地基据大纲总结材料 2010新大纲规定 1考试题型共有四种形式： 单选题、判断题、多选题和问答题。多选题选项全部正确得满分， 选项部分正确按比例得分，出现错误选项该题不得分。 2. 地基与基础考试包括：土工试验基础知识35%、土工试验25%、土工合成材料 15%、 现场测试25%。 第一章土工基础知识 1、土的形成 我国的土大部分形成于第四纪或是新第三纪时期，按照地质营力和沉积条件可分为 残积土（风化后在原处）和运积土。当土中有机质含量大于5% -10%时会对工程产生不利 影响。 岩石可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩 2、土的组成 土由固相、液相和气相 三相部分组成。 固相：土由原生矿物（石

2、英云母长石等）和 次生矿物（高岭石蒙脱石等）组成，通 过颗粒分析试验可以对土的级配进行确定，级配好的土压实度高、渗透性小、强度高。 液相：分为结合水（吸附在颗粒表面）和自由水两种。 结合水：物理化学作用，对细粒土的影响大。 自由水：分为毛细管水和重力水。毛细管水的作用是表面张力和重力。重力水可以传递 动水和静水压力，但不能承受剪力。含水率测得是两者含量之和 。 气相：开口和闭口气泡。闭口气泡使得土的渗透性减小，弹性增大，承载力降 低，密度减小，变形缓慢。 3、国家标准土的工程分类规定： 采用粗细粒统一体系分类法。工程用土主要是按照土的工程性质（ 如粒径、级配、 塑性、有机质/压缩性等）进行分类

3、。 其中主要性质有： （1）颗粒粒径 工程上将相近粒径的土合成一组叫粒组，其中大于0.075 mm的叫粗粒，其性 质主要取决于粒径大小和级配。小于0.075 mm的叫细粒，其性质主要取决于矿物组成。 （2）塑性指数（lp=WI-Wp ） 塑性指数相同，土的性质不一定相同，因为随着液限的变化土的性质变化也很 大。 作为建筑地基的土，其分类可见教材第6页，要注意粒径和塑性指数对土分类 的影响。如细粒土分类的 依据有粒径、塑性指数、稠度。 港口工程地质勘察规范（JTJ240-97）规定：按颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂 土、粉土和粘性土 碎石土 按照大于2mm粒径进行再分类 砂土 按照小于2mm粒

4、径进行再分类，用 Cc、Cu表示组成特征（颗粒 级配），密实度可由标贯击数判定。 粉土 按照大于0.075mm粒径和粘粒含量以及塑性指数（小于 再分类。（冻胀最严重） 10）进行 粘性土 按照小于0.075mm粒径以及塑性指数（大于10）进行再分类。 天然含水率大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土为淤泥性土 填土 由人类活动堆积的土 塑性图（细粒土分类）：液限为横坐标，塑性指数为纵坐标。 有机土的测定： （1）有机质呈黑色、青黑色或暗色，有臭味，弹性和海绵感。 （2） 将试样放在105-110烘箱中，如试样的液限小于烘前的液限1/3时，试样为有机质。 需要说明的是：各种分类法中没有软土、冻土

5、、盐渍土的称谓，也没有有机土、砂、 石料等。 4、土的结构 土粒可分为三种类型： 单粒结构：在动力作用下易液化，如粉土。 絮凝结构：孔隙大，对扰动敏感。 片堆结构：各向异性。 5、土的物理性质指标 是最基本的工程特征，是衡量土的工程性质的关键。 （1） 三相指标：必须明确字母含义，m、V分别表示质量和体积；a、W、s、v分别表 示空气（air）、水（water）、土粒（soil）、孔隙（volume）。必须清楚指标 试验指标（天然密度 P、含水率 W、土粒比重Gs）和换算间接指标 的含义和计算过程。（可利用三相图辅助 计算） 三项基本物理指标：天然密度、含水率、相对密度。 干密度不属于试验指标

6、。 密度 1）天然密度P：总质量与总体积之比。 2）饱和密度p sat:孔隙全为土水的质量与总体积之比 3） 浮密度p 土粒质量与同体积的水质量之差与总体积之比（饱和密度-1） 4）干密度p d :土粒质量与总体积之比，是填土施工的控制指标。 饱和密度 天然密度 干密度 浮密度 5）含水率w:水的质量与土粒质量之比。 6） 土粒比重Gs： 土粒质量与同体积 4摄氏度水的质量之比，数值上等于土粒密度。 7）孔隙比e：孔隙体积与土粒体积之比（e=Gs/p d 仁土粒比重/干密度1） 8） 孔隙率n：孔隙体积与总体积之比 （n=e/（1+e） 9） 饱和度Sr :水体积与孔隙体积之比（含水率小并不意

7、味着饱和度小） 注意：孔隙体积=充水的孔隙和未充水孔隙体积 土的空隙体积为零不能说明土的密度最大。不同土样（甲、乙）含水率与饱和度没 有关系。 （2）无粘性土的相对密度 其性质主要取决于粒径、级配。用相对密度来表示土的状态，掌握两个计算公式（P5） 并判断土的相对密度。 干密度计算公式：P d= p /（1+W） 疏松土： 0,1/3中密土： （1/3,2/3 密实土： （2/3,1 (3) 粘性土的稠度 三个界限含水量：液限、塑限、缩限。 土从液限到缩限体积是不断减小的，缩限以后不再改变。 根据三个界限求得的指数为：塑性指数和液性指数。 塑性指数：lp=WL-Wp，用整数表示(如 15)，可

8、用来 判别粘性土的分类。其值越 大表示越具有高塑性，粘粒含量越多。 液性指数： IL=(W-Wp)/ Ip 可判别粘性土状态。 坚硬：IL 0; 可塑：0 IL 1.0 含水率与软硬程度无关。 6、土中水的运动规律 (1) 水的毛细作用主要存在于0.002 0.5mm的孔隙中，如细砂土、粉土、湿砂中。湿 砂土表现出的假粘聚力湿由于毛细压力形成的，不同于粘性土的粘聚力。 达西定律(V=ki)：认为渗透属于层流，一般只适用于砂性土。对于粘性土由于 存在结合水的粘滞作用，需要加入起始水力坡降 进行修正(V=k (i-io)。 (3) 渗透力是渗透水流作用于土体上的拖拽力，与水力坡降成正比。当渗透力向

9、上时，常 常造成流砂、管涌等危害。 (4 )冻土现象主要是指土体冻结时地面膨胀的冻胀现象和融化后土体强度急剧降低的冻融 问题。 例题1已知土样体积 V = 37.5,湿土重Mo = 0.6711N,烘干后重M = 0.4915N，比重Gs=2.68 , 计算孔隙比和饱和度。 解： 公式：e= Gs/p d 1；p d=p / (1 + W) ; W=M 水/M 干土； Sr=V 水/V 孔隙；Gs= M 干土 /V 土粒； 可求得： (1) W=M 水/M 干土=( 0.6711 0.4915) /0.4915=36.5% p d =p / (1 + W) =67.11/37.5(1+0. 3

10、65)=1.311 e= Gs/p d 1=2.68/1.311-1=1.04 (2) V 水=67.21-49.25=17.96 V 土粒=M 干土 /Gs =49.15/2.69=18.27 V 孔隙=V- V 土粒=38.4-18.27=20.13 Sr=V 水/V 孔隙=17.96/20.13=89.22% 例题2 某细粒湿土质量为190g，烘干后为145g，土样液限为36%，塑限为18%，则求土 塑性指数、液性指数、状态并命名 。 解： （1）塑性指数 Ip=36%-18%=18 命名为粘土。 （2）液性指数 含水率 W =（190-145）/145=31.03% Il=（W-Wp）

11、/ Ip=（31.03%-18%）/18%=0.72 为可塑状态。 ? 1、某 1.5m3 的土样，重度为 17.5KN/m3 ，含水率 30 ，土粒重度 27KN/m3 ，则土 粒体积为多少？ （0.748 m3） 2、若土样孔隙体积为土粒体积的0.95 倍，若土样孔隙为水充满时（若土粒重度为 27KN/m3 ），土样重度为多少 ? （13.8 KN/m3） 3、土样含水率 15，干重度 16KN/m3 ，孔隙率 0.35，天然重度 10KN/m3 ，求饱和 度。（68.5） 4、土的天然密度为 1.7g/cm3，含水率22.2%，土粒比重 2.72 7g/cm3，求孔隙比， 孔隙率，饱和度

12、。 （0.96， 49， 62.9） 5、含水率为4%的湿砂100kg，其中水的重量 多少？ 7、土样和试样制备 为保证试验成果的可靠性，要统一土样试样的制备方法和程序。试样质量不是越大 越好。 一般试验适用于粒径小于 60mm 的扰动土，并以 含水率和密度 作为控制指标。 原状土：用铁皮筒或取土器（直径大于100mm）取土。 扰动土：用四分法取样。 （ 1 ）原状土试样制备 注意：环刀内壁涂凡士林；环刀下压方向与天然土层方向一致；余土进行含水量测定。 （ 2）扰动土试样制备 1）碾压过筛加水浸润一昼夜备用： 物理性质试验（液塑缩限）过 0.5mm； 水理及力学性质试验（如直剪无侧限）过 2m

13、m： 击实试验过 5mm。 2）试样制备 ： 击样法就是根据环刀体积算出所需土样数量，用单层或三层法击实。 压样法就是用静力压到所需密度，粘性土压时最好有排气孔和透水石。 两种方法对力学性质有一定的影响。 （ 3）试样饱和 1 ） 浸水饱和 法：砂性土 2）毛细管饱和法 ：渗透系数大于 10-4cm/s 的土，注意两端放滤纸和透水石，水面不要淹没 试样，时间不少于 2 昼夜。 3）抽气饱和法 ：渗透系数小于等于 10-4cm/s 的土（粘性土） ，需要凡士林密封，粘性土需 静置 10 小时，饱和度不应低于 95%。 需要掌握试样加水量的计算（ P23） ? 第二章含水量及界限含水量试验 土工试

14、验分为室内和现场试验。 含水量是施工质量控制的重要依据，界限含水量可用来计算塑性指数和液性指数，也是 粘性土分类和估计地基承载力的依据。可以判断土体状态和塑性范围。 1含水量试验（试验步骤） （1）烘干法 设备：烘箱、天平（感量 o.oig）、干燥器 数量：1530克，砂土稍多些。 温度：105 110，有机土（含量大于 5%）在65 70度烘干，结果一般比实际偏大。 时间：粘性土大于 8小时，砂土大于 6小时。烘干后放入干燥器冷却。 （2）酒精法 适用于现场。燃烧 3次。结果略低于烘干法。 试验结果精确到0.1 % （如15.2%） 测定原状土样的物理力学指标时，含水率可用重塑土样的含水率。

15、 2、界限含水量试验 界限含水量是土的固有指标与环境无关。 （1）平衡锥式液限仪法 使锥体在15秒入土 10mm时就是土的液限。否则需要加水或吹干后再试验。 （2）液塑限联合测定法 理论依据：根据极限平衡理论，当圆锥角为30度时，圆锥入土深度与含水量在双 对数坐标上呈直线关系。 试验时使的锥体在 5秒时分别下降3、17毫米左右（太大或太小时制样困难），然后再控制 几组在3 17毫米之间，然后将数据绘制在双对数坐标上，查找17和2毫米所对应的含水 量就是土体的液限和塑限。 土工试验方法标准和公路土工试验规程分别采用76克和100克的锥入土。 30 - a J - 4 k * n - J f制 4

16、 J 一 1 11 2016 知 50 60 711 圉2-3 人七擁嵐与含欢量光系禺 （3）滚搓法 当滚搓到3毫米直径断裂时，含水量就是 塑限（不是含水率）。注意土体的断裂 是水分减少的结果，而不是用力过大或土条太长的原因，其准确度取决于操作者的经验。 搓成条状不断裂的土塑性越高。 ?4、成果应用 （1）我国建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 用塑性指数划分细粒土。 （lp17为粘土，10 Ip 17为粉质粘土） （2 ）用液性指数判别粘土的状态。 （坚硬：IL 0;可塑：0 IL 1.0） ? 第三章密度和比重试验 方法主要有：环刀法（细粒土）、蜡封法（坚硬易碎）、灌砂法和灌水

17、法（砂砾石野外适用）。 （1）环刀法 一般选用体积为 60立方厘米的环刀，施工现场检查压实度时用的较大些；环刀壁越薄 越好； 试验时先做比环刀内径大的土柱，再压入环刀。 （2）蜡封法 适用于易破碎和不规则的土（去掉松、浮和棱角土） 。用蜡封法封闭土体测土体体 积。蜡的温度刚过熔点，不要出现气泡，试样要缓慢放入。所用水的密度随温度变化，因此 要测水温。 （3）灌砂法（注意标准砂密度测定步骤） 适用于粒径小于 15mm的试样。在试坑中灌入标准砂，然后求得土的密度。试坑 尺寸必须与试样颗粒粒径 相一致（P36）。开挖试坑时必须 将松动的土全部取出，否则结果 偏高。可以使用套环减少试坑表面不平带来的误

18、差。灌砂过程中切忌不要震动。 现场密度的测定方法主要有灌砂法、环刀法、核子密度仪法、钻芯法四种。 2、比重试验（试验步骤） 比重是土粒在105110度下烘干后与同体积 4度纯水质量之比。数值上等于土粒 密度。可以消除加速度带来的影响，是无量纲量。主要用来计算孔隙比和进行分类。方法有: 比重瓶法、浮称法、虹吸筒法。 （1）比重瓶法 适用于粒径小于 5mm的土。 用砂浴煮沸是为了去掉土中的空气，砂和低液限粘土大于 30分钟，高液限粘土不 少于60分钟。 （2）浮称法 适用于粒径大于等于 5mm,且粒径为20mm的质量应小于总质量的 10%。 试样要洗净浸水1昼夜，然后放入篮中摇动排除空气。 （3）

19、虹吸筒法 适用于粒径大于等于 5mm，且粒径为20mm的质量应大于等于总质量的 10%。 试样要洗净浸水1昼夜后晾干。 注意事项： 对于有可溶性盐或有机质的土样，可用中性液体代替纯水，用真空抽气代替煮沸法。 3、砂的相对密度试验（试验步骤） 仅仅用密度（孔隙比）不能完全说明砂土的状态，只有相对密度才能解释砂的紧密 程度。 （1）最大干密度试验（最小孔隙比） 用振动锤击法进行。 分三次倒试样进行锤击，每次锤击高度应该相同，水平振击时击数也应该相同。 计算最小孔隙比：emin=Gs/ p dmax （2）最小干密度试验（最大孔隙比） 用漏斗法。 使砂从漏斗口离砂面 12厘米，缓慢流入量筒中，然后倒

20、转量筒几次，取的最小干 密度。 计算最大孔隙比：emax=Gs/ p dmin 注意事项： （1 ）测最大干密度时用最优含水率的砂样。测最小干密度试验用干试样。 （2 ）容器内径对结果有影响，内径越大，测得的干密度越大。 ? 第四章 颗粒分析试验 颗粒分析是测定土中各不同粒径的粒组质量占总质量的百分数的方法。是各粒组的相对 百分比含量。可以对土 进行分类，判断工程性质。 试验成果可以画成粒径分布曲线。 横坐标为粒径的对数值，纵坐标为小于某粒径的土粒 含量占总量的比例， 曲线平缓说明：粒径相差大，级配好，易于压实 。由此可计算某以粒径 组的含量。 砂土从曲线上可以计算两个有用的指标。不均匀系数C

21、u和曲率系数Cc（ P45）。 Cu= d60/d10 （反映土粒分布范围） Cc = d302/d10 d60 （反映土粒分布形状） d10、d30、d60 小于某粒径的土粒含量分别为10%、30%、60%的粒径。 如果不均匀系数 Cu 5,同时曲率系数 Cc= 1 3,那么该土级配好。同一类土级配均 匀的比不均匀的压实干密度要低 查得某土样颗粒级配曲线上A点（0.5mm, 76%）和B点（0.3mm , 58%），则该土中粒径为 0.3-0.5mm的土重占总干土重的百分数为（18%） 方法主要有： 筛分法、密度计、移液管法 筛分法：适用于 0.075mmd = 60mm的土。 密度计、移液

22、管法：适用于 d0.075 的土。 1、筛分析法（试验步骤） 首先将试样过 2 毫米的筛分成粗粒和细粒两组； 如果粗粒组含量少于 10则不需要在分析粗粒组； 如果细粒组含量少于 10则不需要分析细粒组，如果量大则可四分法后再进行筛 分，筛分摇震时间一般为 1015 分钟。 注意事项： 当小于 2mm 的颗粒用四分法取样时，结果为（P48）： X = 100 a p/ b 2、密度计法 （试验步骤 ） （1 ）司笃克原理 ：土颗粒在水中开始使加速运动，由于受到水粘滞阻力作用最后会等速下 沉，粒径太大太小都不适用。 （2）试验原理：粒径为d的颗粒以速度v经过时间t后，下降距离为 L=vt,粒径大于

23、d的下 降距离肯定大于 L,所以L平面以上只有粒径小于 d的颗粒，测出此处的比重与原来的比重 相比较，即可求出粒径小于 d 的颗粒百分数。 （颗粒越大下沉越快） 试验开始： 加入分散剂六偏磷酸钠进行分散土粒；上下搅拌各 30 次共 1 分钟，使土颗粒在 水中均匀分布；将密度计放入液体10 20 秒后读数。 密度计的作用 ：测量悬液密度；测量土粒沉降的距离。 校正：当悬液不等于 20 度时，温度计要进行校正。 甲乙密度计的可读和分度值范围。（ P49） 当含盐量大于 0.5时需要洗盐。 3、移液管法 试验原理 :按照固定的几组粒径颗粒在某一深度（ 1 0厘米或者 5厘米） 处所需要的时间 , 计

24、算颗粒含量； 上下搅拌各 30 次共 1 分钟，使土颗粒在水中均匀分布；将移液管放入液体 10 厘米 10 秒后吸取悬液。 ? 第五章 击实试验（试验步骤） 压实可以使土体强度增加、变形减小、渗透降低。土的压实与含水量、压实功、压实方法密 切相关。击实试验可求得最大干密度Pdmax和最优含水量 wop。可以用来计算压实度（p d/ p dmax）。 击实不 是固结也不是压缩过程 ，而是在不排水条件下颗粒重组 （排列） 的过程，可减少 土的塑性变形和渗透系数。主要影响因素：含水率、击实功、土种类、级配、粗粒含量等。 击实（曲线）特征原理： 含水率低时，土粒表面含水层薄，土粒错动困难土粒任意排列，

25、干密度低；含水率增加 后，吸水层厚，土粒易于错动，土粒定向排列，干密度增加。当含水率增加到某值后，由于 封闭气泡在土体内，击实功消耗在孔隙气体上。体积不再变化。 ? 试验注意事项 ： （ 1 ）应根据塑限确定 加水量 。使得含水量一个在塑限附近， 另外分别有 2 个试样含 水量大于和小于塑限， 且各个试样之间相差 23。如 9、11、13（塑限）、 15、 17。然后浸润一夜。 (2) 筒壁应 涂油便于脱模，分层击实时应进行刨毛处理。 (3) 最后一层 击实高出筒应小于 5毫米(轻型)或6毫米(重型) (4) 击实曲线与饱和曲线 不应该相交。 (5) 压实功不同，求得最大干密度和最优含水量也不

26、同。(击实功越大，最大干密度值越大, 最优含水量值越小)。当含水率很高时，提高击实功效果不大。 1.73 1.71 1.69 m停 度佃 密 1.59 1.57 1.55 1.53 含水量() (6) 击实筒有大小之分试验，大击实筒(内径15.2cm)适用于粒径小于 38mm颗粒，小击 实筒(内径10.0cm)适用于粒径小于 25mm颗粒。 一般用大击实筒，轻重型区别： 轻型:锤重2.5落高30击数27;重型：锤重4.5落高45击数98。 (7) 试样分为：干法和湿法 最大干密度：干法大于湿法 最优含水量：干法小于湿法。 粘土试样不宜用烘干试样。 (8) 加水量公式(P57): m=mo(W-

27、Wo(1+Wo) (式中mo、Wo分别表示土现在的质量和含水量，m、W表示需要加水的质量和要达到的含 水量)。 (9) 无粘性土击实曲线 在含水较小含水率时， 由于假粘聚力的存在， 击实功消耗在克服假粘聚力上，出现 最小干密度。随着含水率的增加，假粘聚力消失，得到了较高的干密度。因此无粘性土的填 筑需要不断加水才能压实。(无粘性土填筑一般通过相对密度来控制) I (10) 两次试验密度差值应小于0.05g/cm3。 (11) 压实度计算：P= p ds / p d max (12) 塑性指数越高，其最大干密度越小。 例题1击实试验时有试样 2006g，含水量为10.2%，如果要得到含水量为13

28、.2%的试样, 加水多少？ 解：m=mo(W-Wo)/(1+Wo) =2006 x (13.2%-10.2%”(1 + 10.2%)=54.6g ? 第六章渗透固结试验 1、渗透试验(试验步骤) 渗透是水在孔隙中的流动，水力坡降越大渗透力越大。 渗透系数K是指：水力坡降为1时水的渗透速度。 试验分为两种： 常水头试验：适于粗粒土(砂性土)。测定在固定水位差下一定时间内的渗透量。渗透 性大小主要取决于土的 粒径和级配。(水流的快，如渗透量固定，时间难控制)。 变水头试验：适于细粒土(粘性土)。测定在固定的渗透量下所需要的时间。 达西定律的渗透属于层流，由于细粒土在起始比降以前、粗粒土在某一比降以

29、后不属于 层流，因此不适用达西定律。 (1) 常水头试验 土样分层装入圆筒，如粘粒多则需要铺2厘米的粗砂以防止细粒冲走； 每层都需要从底部充水饱和； 试样上方铺1 2厘米砾石层做缓冲层防止放水时冲散土颗粒； 测压管应与溢水孔齐平，否则说明仪器有气。 (2) 变水头试验 饱和从试样上部进行； 试验在固定的渗透量不同水位差下进行 5-6 次。 注意事项： 1）试验用水：进行脱气，或者使用土中的天然水。 2）水温：比试样温度高 34 度,防止试样出现气泡。 3）不同压实度的试样渗透系数不同，因此试验必须是在设计密度下测定。 4）土的渗透速并不是实际流动的速度。 5）保证试验效果措施：煮沸脱气、充分饱

30、和、测压管水位稳定后记录水位 2、固结试验（试验步骤） 主要仪器：环刀、加压设备、百分表、秒表 由于应力作用引起土应变随时间变化的过程叫固结。土体固结与渗透性有密切关系。 可以得到压缩指标（ P64）。 本试验是单向固结试验，在压缩仪中指产生竖向压缩无侧向变形。假定 （P15）： （1）土体是饱和的。 （2）压缩是由于孔隙体积的减小。 （3）排水在竖向发生。 （4）符合达西定律。 （5）荷载是均匀的一次施加 有效应力 ：通过土体颗粒的接触面传递的应力。 孔隙水应力 ：饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力。 附加有效应力 ：是固结过程中有效应力的增量。 超孔隙水应力 ：是固结过程中孔隙水应力的增

31、量。它们与附加应力有关系。 固结过程 （如吹填土的固结） 是超孔隙水应力和 附加 有效应力转化的过程， 固结试验的数学 表达式： p= U + （T =u + b/ = （孔隙水压力是存在的，但超孔隙水压力不存在了） 。 固结度 ：是指在某一固结应力作用下， 经过某一时间后土体发生固结或孔隙水应力消散 的程度，公式为 U=St/S。 为了实用， 将不同固结应力分布情况下土层的 平均固结度与时间因数 之间绘成曲线， 供 查找。如果知道了最终沉降量，那么可以求某一沉降量的值或其所需要的时间。 固结试验是根据太沙基固结理论建立的。试验方法主要有： （1）常规固结试验 每级加荷时间为 24 小时 ，加

32、荷率为 1（即每级压力比上一级增加1倍）。 （2）快速固结试验 砂性土加荷时间每级 1 小时，粘性土 2 小时。最后一级应为 24 小时。 （3）前期固结压力试验 主要是最后一级加荷应大于前期固结压力或自重压力的 5 倍以上，采用 e-lgP 曲线 测定。 注意事项 ： 1）试样两端应放置滤纸和透水石。 2）加荷前应预加 1kpa 的力使得仪器结合紧密。 3）若为饱和试样应在容器内注满水，非饱和试样应用棉纱围住透水石避免水分蒸发。 4）若需要确定前期固结压力，加荷率应小于 1最后一级应大于lOOOkpa，使曲线末端出现 直线段。 5）由增加的有效应力产生的固结为主固结，应力不变化下产生的固结为

33、次固结。 6）固结时间t与时间因数T、土层厚度H、固结系数Cv之间的关系有： t = T H2/ Cv 如果是双面排水，H应取土层厚度的一半。固结度相同时，时间因数T也相同。 可见固结时间与试样厚度平方成正比。因此单面排水是双面排水时间的4倍。 7）土体中实际渗透速度比理论的要小。 8） 若只测压缩系数，则稳定标准为每级荷载下试样变化小于0.05mm/h.若需测固结系数， 则稳定标准一般为每级荷载24小时。 例题1已知用2厘米厚试样做双面排水试验，达到某一固结度时用8分钟时间，那么同样 土样如果厚为8米时，达到相同固结度需多长时间？ 解：公式：t=T H2 /Cv 由于两者试样和固结度（决定时

34、间因数）均相同，故 Cv、T也均相同，双面排水 取厚度的一半，两者 T/Cv比值相同，则： t1=T1 H12 /Cv1 ; t2=T2H22 /Cv2 t 2= 8 x 8002 /4 = 1280000 分钟 第七章抗剪强度试验 1、土的抗剪强度理论 （1）莫尔圆（三轴剪切原理） 在三轴压力作用下，在土体内任何一个平面上都作用着一个合应力，可以分解法向应力 6和切向应力T,如果某一个平面上只有法向应力而没有切向应力，则该平面称为主应力面。 由材料力学可知：一个微小单元体（立方体）的三个主应力面是正交的，则三个主应力61、 6 2、6 3也是正交的。其中 最大最小的主应力分别就是61、6 3

35、 （利用P18公式可进行换 算）。利用大小主应力可以画出莫尔圆。 莫尔圆示意图 （2）库仑定律（直剪试验原理） 土体中任何一个滑动面上存在着库仑定律，近似直线表示： t = C+ 6 tg T土的抗剪强度 c土的粘聚力 6 滑动面的法向应力 一内摩擦角 通过剪切试验可以得到不同法向应力6下的抗剪强度，把它们绘制在坐标上，得到直 线的截距和倾角就是该土的 C和。 (T (3) 极限平衡和强度理论 利用库仑直线和莫尔圆判断土体是否破坏！ 看图：如果利用土体试验数据可以得到库仑定律直线，那么根据土体存在的状态数据画出的 莫尔圆C与直线相交，那么土体已经破坏，如果莫尔圆 B相切则是极限状态，如果是莫尔

36、 圆A则没有破坏，或者说数据点在直线外侧则破坏了，内侧没有破坏。 同时可得到：土中某点破坏时，与中主应力62无关。破坏面与大主应力作用面(T 1) 夹角为a= 45+/2。 有关土的极限平衡状态的说法： 1莫尔应力圆与抗剪强度线相切，土体达到极限状态。 2. 土中任意面达到抗剪强度时，土体处于极限平衡状态。 3. 剪切破坏面与最大剪应力作用面有夹角(a=45+/2)。 4. 土体剪切破坏只有莫尔应力圆与抗剪强度线相切后才发生。 例题1:设地基土的内摩擦角为30,粘聚力C为10,地基中某点的大小主应力61、6 3 分别是138.4、100，问该点是否已经破坏？ 根据C和确定库仑直线和莫尔圆。 据

37、图计算得到 OA=Cctg+( 6 1+ 6 3)/2sin=68.2 莫尔圆的半径=19.2。 因此可确定该地基土处于稳定状态。 2、直接剪切试验（试验步骤） 绘制剪应力随位移变化的曲线，确定抗剪强度，然后画出法向应力与抗剪强度的直 线关系， 即可确定粘聚力和内摩擦角两个强度指标。 仪器有应力控制和应变控制式两种。一般用应变控制式。 剪切方法有：快剪、固结快剪和慢剪。 剪切强度指标可以估算地基承载力、评价土体稳定性、计算地基沉降量。 1）快剪 施压后立即快速剪切（35分钟破坏），不发生固结（需放置不透水设施，周围 涂凡士林）。多用于渗透系数 小于10-6cm/s的粘性土，用来模拟土体厚施工速

38、度快的情 况。 2）固结快剪 固结后立即剪切，剪切过程中不固结。适用渗透系数小于10-6cm/s的粘性土和 砂性土（砂土 即使施工速度很快，土体也会很快就排水固结完成）。用来模拟已经完全 固结后又突然施加荷载的情况。 3）慢剪 施加压力经过3 16个小时固结，然后再剪切约1 4小时。实际工程中很少 注意事项： 1）渗透系数大于10-6cm/s的不能做快剪试验。 2） 如剪切曲线上无峰值出现，则应使位移达到6mm，取剪切位移为 4mm时的剪应力 为抗剪强度。 3） 固结快剪和慢剪时主固结完成的标准是变形小于0.005mm/h。 4）抗剪强度：正常固结： 快剪 固结快剪 CUCD 。 4） 当主应

39、力差无峰值时，采用15的轴向应变时的应力差值作为破坏值。 5）在 CD 试验中，孔隙水压力消散 95时算作固结完成。 室内测定土的抗剪强度可以用十字板剪切仪、直剪仪、三轴仪等，但无侧限抗压强度仪 不是。 第八章 土的动力特性试验 动三轴试验是圆柱试样在三轴应力下固结（固结一般大于12小时）后在不排水条 件下做振动试验。 也就是说在动荷载不排水条件下， 土体孔隙水压力上升强度下降甚至会液 化。 研究土在动荷载作用下应力 应变孔压的发展规律。 一般比静荷载下的强度大变形小。 1 、小应力作用 用来确定 剪切（动）模量和阻尼比（两者为双曲线关系 ）。施加逐渐增大（荷载率 为 1）的各级荷载，记录每级

40、荷载下应力 应变曲线或 滞回圈， 每级荷载振动尽可能少，模 拟强震时n=10-15，考虑动力机器时 n= 50-60当应变波形不对称或孔压较大时停止。 2、大应力作用 用来确定土的 动强度和抗液化强度 。当应变达到 5或孔压达到侧压时停止。注意 施加的荷载不能太小也不能太大，防止试样不能破坏或破坏太早 动强度的确定 （P85）: （1）试样在围压b 3-1下固结，用三个不等的动应力分别得到不同振动周数下的应变值， 直到达到应变破坏（一般为5%），得到曲线。见图1。 （2 ）在5%破坏应变下得到三组动应力（ b d ）与破坏周数（lgn）的关系，大致成直线。同 样绘制在围压b 3 2、围压b 3

41、-3下的直线。见图 2。 注意事项： 1）振动试验中荷载是等幅的拉压对称的正弦波，一般为1HZ。 2）测量的孔压对于砂土才有意义，粘性土传递消散慢不能准确反应动孔压变化。 3） 液化判定原则 （P86）:孔压等于初始固结压力；应变峰值超过5%;破坏时振动 次数超过预估的限值。即应力、应变和孔压判定。 ? 第九章软基加固主要方法 1、地基基础知识 地基受荷载作用将产生应力和变形。地基的破坏形式可分为两种：地基内应力超过了 土体的强度导致的破坏和变形超过允许值而导致的建筑物破坏。土力学研究的核心问题就 是：强度、变形和稳定。沉降变形中的体积变和形状变形分别是由正应力和剪应 力引起的。 （1）地基应

42、力 地基内部应力包括自重应力和附加应力。 1）自重应力：指土体自重在地基内产生的应力。 如果有地下水，那么水面下的土应力包括有效应力（由土体骨架传递的应力）和孔隙水 应力（由水传递的应力）。对图b计算： (T = Y W hl+ Y sat h2 =U + T =y w (hi+ h2)+ 丫/ h2 2) 附加应力：由于外部荷载左右在地基内产生的应力。 如果是 集中力直接作用在地基上，则计算公式为(P10): t z = 3PZ3/2 n R5 例 计算点1 (Z = 3, R = 2)和点2 (Z = 2, R= 3)附加应力之比: t 1 / t 2=(27*243)/(32*8)=25

43、.6 如果集中力通过一基础作用在地基上，怎么解决呢？首先计算基础底部的压力，然后计算 附加应力。 图 a： po=P/A 图b 荷载偏心如果太大，超过B/6,那么pmin1是超固结土，= 1为正常固结土， 1为欠固结土。 这个值的大小影响土的 压缩性和抗剪强度，其中欠固结土的压缩性最大强度最小, 超固结土的压缩性最小强度最大。但与土的软硬没有任何关系。 也并不是固结系数（与孔隙比、压缩系数有关）越大压缩量就越大。 3）地基沉降计算 用分层总和法求。 假设压缩是孔隙体积减少引起的， 土粒本身压缩不计， 压力分布 是均匀的，土体无侧向变形。 压缩层的厚度确定 :用 竖向附加应力与自重应力 的比值来

44、确定。 粘性土：当计算此值为 0.2 ，该深度范围为压缩层。 计算时压缩层中各分层的厚度取 0.4B（B 为基础的宽度 ），压缩后的变形量为 （P15）： H / H 1= e / （1+ei）f H =H i e / （1+ei 尸 S=A H =H i e / （l+ei） S=XA S （3）地基承载力 由于附加应力过大的剪切破坏或过大的沉降和沉降差都是引起地基破坏的形式。 剪 切破坏主要有整体剪切（低压缩性的坚硬土） 、局部和刺入剪切（高压缩性软土）破坏等。 （ 1 ）地基承载力确定方法 1 ）原位试验 ：现场平板载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验等。 载荷试验曲线如图： 曲线分为

45、弹性阶段 （直线）、弹塑性阶段 （剪切）、塑性破坏阶段 （破 坏），相应的荷载为临塑荷载和极限荷载。 2）理论公式 ： 普朗特尔公式，适用饱和软粘土； 太沙基公式，适用条形基础； 极限平衡理论（代替了 87 规范的汉森公式） 。 3）规范表格法 ： 建筑地基基础设计规范编制了满足强度和变形的承载力表供查对。 （2）影响地基承载力的因素 太沙基公式： f u= y B Nr/2+ y DNq+CNc 式中：丫、 C 土的容重、粘聚力 B、 D 基础宽度和埋置深度 Nr、Nq、Nc承载力系数，为土的 摩擦角的函数。 由公式可知：当地下水位以下时，容重变为有效容重，此时承载力降低；基础宽度 增加，基

46、础埋深增加，增加抛石厚度，放慢加荷速度，承载力都会增加。但对于粘性土，虽 然基础宽度增加基底压力减小，但是应力影响深度将增加，沉降可能变大 。 几点说明 ： （1）按照塑性区开展深度来确定地基的容许承载力方法就是将地基中的剪切破坏区限制在 某一范围内， 视地基土能承受多大的基地压力。 可知当塑性区深度为 0时， 地基可承受的基 底压力就是临塑压力。 （2）浅基础的地基极限承载力是指地基中局部土体处于极限平衡状态时的荷载。 （3）验算地基承载力用固结快剪强度指标。 例题1:某饱和粘土层厚度为10m，自重压力 Pi = 100kpa，考虑在上面增加荷载的值 P2=150kpa,求压缩量。（资料见表

47、） P(kpa) 100 200 300 e 1.12 0.99 0.91 解： H/H 1 = A e/1+en H =H i e/1+ei 则 A H=10 x0.17心+1.12)=40.1cm 注意：如果知道压缩系数应该想到公式： a v=(e1 e2)/(p2 p1)。 例题2某矩形基础受均布荷载P,则基础中心下Z处与基础角点下 2Z处的附加应力有何 关系？ 解： A点：将基础划分成 4均分，则附加应力为4个部分角点下附加应力的和： d 1 = 4KP =f(L/2)/(B/2),Z/(B/2)P =4f(L/B),2Z/BP B点： d 2 = KP= f(L/B),2Z/BP 因

48、此有：d 1 = 4 d 2 尹7 F -lh 例题3某条形基础宽度为 2米，埋置在砂土层中，埋深为 0.6米，地基受到的荷载为 1500KN/m，已知地基土的参数：C=0,$= 30,丫= 18。用太沙基公式计算地基的极限荷 载并验算地基稳定性(稳定系数Ko取3) o 2、软基处理 软基：含水量大于液限，孔隙比小于1.0的粘性土以及标贯击数小于4的砂性土地 基。主要特点是：高含水量、孔隙比大、压缩系数高、渗透系数小、承载力低。 处理方法主要有：排水固结法、井点法、强夯法、振冲法、深层搅拌法以及换填法等。 (1) 排水固结法 排水固结效果和排水条件密切相关，有效的方法是增加排水途径，缩短排水距

49、离。 其结构分为加压系统和排水系统。 1) 加压分为堆载法、真空预压法、堆载真空联合法。 a堆载法 可利用重物分级施加，要严格控制加荷速率，需要设置砂垫层或竖向排 水体。普通砂井井径比 10.袋装砂井或塑料排水板井径比 25. b真空预压法固结压力一次施加，不会产生剪切破坏，在排水过程中渗流引起的附加 应力使得有效应力增加， 孔隙水压力减小，提高了加固效果，便于大面积施工，无剪切变形。 固结后真空压力就转化为有效应力。如铺设多层时。热合缝应大于20厘米。不适用于地下 水充足的情况稳定标准为：连续 5-10天沉降小于等于 2mm/d。 真空预压施工顺序为：铺砂垫层-打竖向排水通道-在砂垫层表面铺

50、设真空设备， 挖压膜沟-铺塑料薄膜、压沟-安装泵管路-布设沉降杆、抽气观测。 c堆载-真空联合法 是设计荷载大于80kpa的情况适用，一般真空10天后可堆载，对淤泥 质土要20-30天。 2）排水系统又又水平向和垂直向两种。 水平向主要是 砂垫层，厚度一般为陆上大于 0.5米，水下大于1.0米，起排水和反滤 作用。主要在加固深度小于 5米时使用。 垂直向主要是使用砂井、砂袋或塑料排水板，布置成等边三角形或正方形。 （2）振冲法 可分为振冲挤密和振冲置换法。 1）振冲挤密 靠振冲器振动使饱和砂层液化颗粒重新排列的同时载水平振动下通过填料（砂和碎 石）使砂层挤密。 根据振冲器加速度大小，加固区可划

51、分为流态区、过渡区、挤密区、弹性区。只有 过渡区和挤密区才有挤密效果。振冲孔位间距一般在 1.8 3.5之间。孔位形状为三角形或正 方形。 前抗剪加速度的关離汁嫌伸时上各篁与距育的艾系线 图旳mt度与分w 注意事项： 振动越大，振动距离越大。但是扩大的多是流态区，因此挤密效果比一定成正比。 颗粒越细，产生的流态区越大，故对粉质砂土效果不好。 饱和土的抗剪强度越低，需要的振动速度越小，挤密范围越大，因此载振冲时要加水。 2）振冲置换 适用于抗剪强度大于 30kpa的粉土和粘性土。 在地基中成孔，填入碎石等成桩构成复合地基起，到应力集中或扩散（垫层）的作 用，同时具有排水作用。间距为1.52.5米

52、，桩长47米，布置成三角、正方或矩形。 注意事项： 施工采用由里向外或一边到一边，对很软的土要隔排、隔点进行。 控制注水量，过多过少都易塌孔。 严格控制填料量、留振时间和密实电流。 （3）强夯法 适用于 粗粒土 ，对于粉土、粘性土效果不好。在加固过程中起到挤密（排气） 、固结 （排水）、预压变形（颗粒重排）作用。 施工要点（ P93）： 1）采用 重锤低落 的原则。 4）土层厚含水量大的土夯击间距要大。 2）一般单点夯击 310下，夯击 25 遍。颗粒越细的土每点的夯击数要少，遍数越多。击 数应满足最后两击平均每击沉降小于5cm。砂土可间隔1- 2周（连续进行），粘性土每遍间 隔的要 24 周

53、，随着时间延长其承载力逐渐提高。 3） 夯点呈三角或正方形，最后一遍要进行满夯，且要重叠1/4 直径。 （4）深层水泥搅拌法 是加固饱和软粘土的方法， 通过外加剂与土体之间的物理化学反应来提高地基承载 力。 注意事项： 1 ）压浆时不允许断浆或堵塞，喷浆和提升管道时要严格按照设计速度。 2）对于相接的两根桩施工间隔要小于 24 小时。 ? 第十章 触探试验（试验步骤） 1 、静力触探（ CPT ） 利用加压和反力装置将探头压入土中来测试土性质的方法，可以测得锥尖侧壁阻力、 比 贯入阻力和孔隙压力（饱和土） ，来判定 砂土、粉土、粘性土土层性质（土层划分画柱状图、 土类判别、土承载力、单桩承载力

54、、变形模量、地基沉降量、液化判别、固结系数）。 注意事项： （ 1 ）反力装置可以利用地锚、重物或车辆自重。 （2）探头有防水密封性，应 3个月标定一次，传感器应至少 3级精度 ，标定时应采用额定 荷载的 1/10 或者 1/20。标定试验要分级加、卸荷载重复 3次。 （3）测孔之间距离至少 2米，平行试验要小于 3米。 （ 4）初次测试时，应将探头在地下1 2 米处放 30 分钟后提升 5 厘米读数或调零，以保证 温度恒定。 （5）每 10厘米测一次数据，一般每 2米提升 10厘米一次进行调零。 （ 6） 三桥探头（可测孔压）在试验时不准提升和碰撞探杆，防止破坏饱和状态。 （7）分层时（P1

55、01）,可根据测得的比贯入阻力的变动范围不超过一定值时作为一层；也 可根据锥尖阻力， 结合侧壁阻力进行分层； 对于很薄的土层， 如果测得的两个大小比贯入阻 力之比小于 2，则可认为时一层。 2、动力触探 （DPT）（ 试验步骤 ） 利用落锤将探头打入土中的难易，得到 贯入度、击数等来判定土性的方法 。 主要用来确定 探查土层、加固地基检测、确定物理力学性质（孔隙比、密实度、粉 性土状态）、地基和桩的强度、承载力和变形参数 。 据击锤重量分为轻、中、重、超重型（P102）。常用的是轻型（适用粘性土等软土） 和重型（砂土及砾石等） 类型 锤重 落距 贯入度标准 贯入深 度 适用性 轻型 (kg)

56、10 (cm) 50 (/cm) 30 度 4米 软土 重型 63.5 76 10（同中超 12 15 米 砂砾石 注意事项： （1 ）为保证探杆垂直，每探入1米，应将探杆旋转1.5圈，探入 超过10米时，每0.2 米旋转一次。 （2） 在贯入过程中应连连续进行。锤击速率控制在1530击/分钟。 （3） 当贯入击数大于某一值时（如轻型大于100击，重型大于50击）可停止。重型 连续大于50击时可换超重型。 （4 ）要进行长杆、中型侧壁等影响校正。地下水位影响校正公式为：N63.5= 1.1N 63.5+1.0 孔压触探可对测得的阻力进行修正。 ? 第十一章平板载荷试验（试验步骤） 通过在一定尺

57、寸的刚性承载板上分级加荷载，观测压力与变形的原位试验。主要应用： （1 ）是确定地基承载力的准确方法。 （2）计算土的变形模量。 （3 ）估算土的不排水抗剪强度和极限填土高度。 1、一般技术要求（P111） （1）设备：承载板、加压系统、反力系统、观测系统。 （2） 一般承载板面积在 2500-5000平方厘米，对于软土或填土应相应增大。 （3） 如果承载板在基坑底部，基坑宽度应大于承载板宽度的3倍。 （4）加荷方式： 加荷值据压缩性：低中土加50kpa，高土 25kpa,软土 10kpa. 1） 慢速法：等荷载分级施加，每 10、10、10、15、15、30分钟观测沉降量，直到 2小时内 每

58、小时不超过0.1毫米可施加下级荷载。 2） 快速法：每级荷载隔15分钟观测一次。每级荷载维持2小时。 3）等速沉降法：控制等速度沉降，观测施加荷载值。 （5）破坏标准（符合条件之一即可） 1）荷载不变条件下，24小时的沉降速度不变或增大。 2）承载板周围隆起或有裂缝。 3）相对沉降量（S/B）大于1/12。 2、资料整理 （1）确定P S曲线的临塑压力（Py）和极限压力（Pu）。 临塑压力：当有直线段时，以直线段终点为准；当无直线段时，画成双对数曲线，以第一个 拐点为准。可以作为极限承载力使用。 极限压力：以曲线上第二个拐点或S/B=0.06的荷载或以破坏荷载的前一级荷载为准。 曲 j. 1-

59、1出it 4 和 尸$ 讯1尊 新使用的； 新膜使用3 4次的； 旧膜使用6- 8次的； 停止试验2昼夜的； 膜取出出现拉翻时。 (3) 自钻式试验中止条件：本级的变形量大于前一级的3倍或总变形值达到了最大容许值。 (4) 可以确定地基承载力的试验有：静力触探、标准贯入、平板载荷、旁压试验。 ? 第十四章 十字板剪切试验(FVT )试验步骤 十字板剪切试验可对饱和软粘土的不排水抗剪强度(即内摩擦角为0时的粘聚力值)进 行测试。最大优点是避免了扰动带来的强度下降。 圉1-1 十宁按码切试葩屈叱 十字林 口十三十于柿扌左翦珞肚养FlWl 1、技术要点 (1) 十字板插入深度大于孔径的5倍；孔间距大

60、于0.75 1米。 (2) 十字板插入土后应停留5分钟，太短或太长会使强度减小或增大。 (3 )剪切速度一般为 1度/10秒，过快(粘滞性)过慢(固结)会使强度增加。一般3-10 分钟出现峰值后应继续剪切 1分钟。 （4）测出峰值后应快速转动 36 周，测重塑土的强度。 2、成果应用 （1）饱和软粘土的抗剪强度和灵敏度。 （2）地基加固效果和强度变化规律。 （3）测定地基或边坡滑动面位置。 （4）可计算地基容许承载力。 3、注意事项 （1） 十字板的规格：板高/板宽=2,刃角60度，面积比=13% 14%（越小越好） （2）由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的，因此强度的并不是真正的峰值，