《土力学与地基基础》第一章土及其基本性质

1、11.1 概述概述1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标1.4 土的分类土的分类1.5 土的压实特性土的压实特性1.6 地基勘察地基勘察2（1）土是由土颗粒、水、 空气组成的三相混合体 -饱和土、干燥土、 非饱和土（2）土是离散颗粒的混合体 -摩擦准则、剪胀剪缩特性（3）土是天然产物高岭土在电子显微镜下的照片高岭土在电子显微镜下的照片1.1 概述概述3书中各章对土性的假定书中各章对土性的假定 章节章节 第第2章章 第第3章章 第第4章章 第第68章章基本基本方程方程土土土土颗颗粒粒骨骨架架孔孔隙隙水水拉普拉斯方程拉普拉斯方程热传导方程热传导方程弹性理论

2、弹性理论滑移线理论滑移线理论粘性流体粘性流体粘性流体粘性流体刚体刚体弹性体弹性体弹性体弹性体刚塑性体刚塑性体应变应变应变应变应变应变应变应变应应力力应应力力应应力力应应力力4一、按成因分类1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类5二、按粒径分类1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类6氢氧氢氧 铝铝氧氧 硅硅n H2OK K蒙脱石蒙脱石伊里石伊里石高岭石高岭石粘土矿物构造单元示意图粘土矿物构造单元示意图硅氧四面体硅氧四面体硅氧晶片硅氧晶片 铝氢氧晶片铝氢氧晶片粘土矿物的晶片示意图粘土矿物的晶片示意图三、粘土颗粒与粘土矿物铝氢氧八面体铝氢氧八面体1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类7蒙脱石：

3、颗粒较细、易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力强）、蒙脱石：颗粒较细、易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力强）、 强度低、压缩性强度低、压缩性伊里石：居中伊里石：居中高岭石：颗粒较粗、不易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力差）、高岭石：颗粒较粗、不易吸水膨胀、失水收缩（吸水能力差）、 强度高、压缩性低强度高、压缩性低1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类三、粘土颗粒与粘土矿物8四、超灵敏土 灵敏度灵敏度 =utuqSq低灵敏中灵敏高灵敏重塑土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度(kPa(kPa) )uq1.2 土的成分及其分类土的成分及其分类 原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度(kPa(kPa)

4、)uq原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗压强度度重塑土的无侧限抗压强重塑土的无侧限抗压强度度91.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三项比例指标 气相固相液相+ + +构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用10气水土粒m质量质量体积体积VVvVsVaVw土的三项组成示意图土的三项组成示意图msmw1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三项比例指标 111、孔隙比（void ratio) evSVeV孔隙体积土粒体积孔隙比 孔隙体积与土颗粒体积之比。1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三项比例指标体积体积Va气水土粒Vv

5、VsVw122、孔隙率（ porosity) nV100%VnV孔隙体积总体积孔隙率 孔隙体积与土体体积之比， 用百分数表示1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三项比例指标体积体积气水土粒VvV13ws100(%)mwm水质量土粒质量含水量土中水的质量与土颗粒质量之比烘干法测定含水量1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标一、土的三项比例指标m质量质量气水土粒msmw3、含水量（ water content) w144、饱和度（degree of saturation) SrwrV100(%)VSV水体积孔隙体积饱和度孔隙中水的体积与孔隙体积之比1.3 土的基本物理指标土的基本物理

6、指标一、土的三项比例指标体积体积Va气水土粒VvVsVw151、土颗粒密度和土的比重(1)土颗粒密度ssssmV土粒质量土粒体积土粒密度土颗粒单位体积的质量（g/cm3)1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw161、土颗粒密度和土的比重（2）土粒比重 Gs土粒比重土颗粒质量与同体积的4oC时的纯水的质量之比。ssssw11wmGV纯水在纯水在4oC时的密度，时的密度，等于等于1g/cm3或或1t/m3。1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw17比重瓶法求土粒比重比重瓶1.3 土的基本

7、物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度182、天然密度和天然重度（1）天然密度tmV土 质 量总 体 积天然密度土单位体积质量（g/cm3或t/m3)求天然密度 实验室：环刀法 现 场：置换法1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw19（2）天然重度天然重度土单位体积重量（kN/m3)ttWmggVV土 重 量总 体 积1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度2、天然密度和天然重度20sdmV土粒质量总体积干密度土单位体积土粒质量（g/cm3或t/m3)3、干密度和干重度（1）干密度1.3 土的基本物理指标土的基本

8、物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw21（2）干重度干重度土单位体积土粒重量（kN/m3)ssddWm ggVV3、干密度和干重度1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw22sVwsatmVV饱和密度孔隙充满水时土单位体积质量 （g/cm3或t/m3)（1）饱和密度4、饱和密度和饱和重度1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw23（2）饱和重度饱和重度孔隙充满水时土单位体积 重量（kN/m3)satsatg4、饱和密度和饱和重度1.3 土的基本物理指标土的基本物

9、理指标二、土颗粒密度与重度VaVvVs气水土粒mVwmsmw24（2）有效重度（浮重度）ssw-mVV 土粒质量 浮力总体积（1）有效密度（浮密度）5、有效密度和有效重度有效密度地下水位以下，单位体积土粒质量扣除 浮力后，即为单位土体积中土粒的有效 密度（g/cm3或t/m3)。g1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度255、比重Gs1、孔隙比e2、孔隙率n4、含水量w3、饱和度St6、天然密度t 天然重度t7、干密度干重度8、饱和密度饱和重度9、浮密度浮重度（烘干法测定）（比重瓶法测定）（环刀法测定）三项测定值, 其余可进行指标换算。1.3 土的基本物理指标土的基本物理

10、指标二、土颗粒密度与重度26气水土粒质量m体积VV=1+eVv=eVs=1土的三项物理指标换算图土的三项物理指标换算图e=VV/VsssswmGVwsmwm1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度27sw(1)1Gwe1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度28sw(1)1Gwe1.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度29土的三相比例指标换算公式 1 名称名称 符号符号 三相比例表达式三相比例表达式 常用换算公式常用换算公式 单位单位sG土粒比重土粒比重含水量含水量密密 度度饱和密度饱和密度有效密度有效密度干密度干密度g/cm3g/c

11、m3 g/cm3g/cm3wdsatssswmGVrsS eGwws100%mwmrsS ewGd1wVmsw(1)1Gwed(1)wsVwsatmVVsdw1Ged1wsdmVsVwmVV sw11Ge satw ssatw1Gee30kN/m3 名称名称 符号符号 三相比例表达式三相比例表达式 常用换算公式常用换算公式 单位单位重度重度干重度干重度饱和重度饱和重度孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率有效重度有效重度 kN/m3 kN/m3 kN/m3饱和度饱和度dsatenrSmggVsw(1)1GwesddmggVsvwsatsatmVggVsswmVggVsdw1Gessatw1GeeeGs11v

12、sVeVv100%VnVwrv100%VSVswd1Gesw(1)1Gweeen1dsw1nG stwGSedtwwSn土的三相比例指标换算公式 231例题例题1.1 1.1 某工程地基勘探中，取原状50cm3，重95.15g，烘干后重75.05g，土粒比重为2.67 。求：dsatr,we nS解解：绘制三相比例图质量（g)体积(cm3)m = 95.15g95.15V = 50cm350ms = 75.05g75.0520.13www1 /mg cmV3w20.1Vcm20.1ssswmGVssswmVG311.28167. 205.75cm28.11Vv = 5028.11= 21.89

13、cm321.89Va = 21.8920.1= 1.79cm31.791.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度mw = 95.1575.05= 20.1g32质量（g)体积(cm3)95.155075.05121.891.792、计算三相比例指标mgV3/03.19105015.95mkNsdmgV3/01.15105005.75mkNsvwsatmVgV3/39.191050189.2105.75mkNsatw =19.39-10=9.39kN/m3wsmwm%78.262678. 005.751 .20VsVeV78. 011.2889.21VV

14、nV%78.434378. 05089.21wrVVSV%8 .91918. 089.211 .201.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度例题例题1.11.133 某土料孔隙比e=0.9，饱和度Sr=40%，如果在体积不变的情况下，使饱和度增加到Sr=90%，问1m3土料中应加多少水。体积体积(m3)1加水后体积加水后体积(m3)Vs0.9VeVVv+Vs=1m3Vv=0.9Vs=0.474m33s10.5261 0.9Vm0.4740.526w1r1v0.4VSV加水前3w10.4 0.4740.19Vmw2r2v0.9VSV加水后3w20.9 0.4740.43Vm0

15、.190.43所以所以1m3土加水量为土加水量为0.430.19=0.24(t)解：10.5261.3 土的基本物理指标土的基本物理指标二、土颗粒密度与重度例题例题1.21.2341.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标35干土质量干土质量1.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标（1 1）筛分试验）筛分试验筛分试验示意图m1盘底m275mm3106mm4250mm5425mm6850mm72mm筛孔孔径筛孔孔径36（2）颗粒级配曲线）颗粒级配曲线 （在单对数坐标纸上制图）（在单对数坐标纸上制图）通过质量的百分数（通过质量的百分数（%）0.0010.010.11101000204

16、06080100颗粒级配曲线粒径（粒径（mm) (对数坐标）对数坐标）1.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标37通过质量的百分数（通过质量的百分数（%）0.0010.010.11101000204060801001.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标粒径（粒径（mm) (对数坐标）对数坐标）38小于某粒径的土重含量小于某粒径的土重含量（%）0.0010.010.11100204060801001001.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标粒径（粒径（mm) (对数坐标）对数坐标）391009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之

17、土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10（3 3）有效粒径）有效粒径d d1010：（4 4）限定粒径）限定粒径d d6060：小于某粒径的土粒质小于某粒径的土粒质量累计百分数为量累计百分数为10%时时相应的粒径。相应的粒径。小于某粒径的土粒质小于某粒径的土粒质量累计百分数为量累计百分数为60%时时相应的粒径。相应的粒径。1.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标401009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.

18、050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10d301.4 土的分类土的分类一、土的颗粒级配及其指标（5 5）不均匀系数）不均匀系数K Ku u：60u10dKd230c1060dKd d（6 6）曲率系数）曲率系数K Kc c：Ku 10，级配良好砾类土砂类土Kc=13级配良好Ku 17 粘 土表示粘性土的软硬状态粘性土处于可塑状态的变化范围。1.4 土的分类土的分类二、稠度界限固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态0缩限缩限塑限塑限液限液限44(一）岩石的工程分类一）岩石的工程分类1、岩石按坚固性分类2

19、、岩石按风化程度分类 类别 强度（MPa) 代表性岩石 硬质岩石 大于等于30 花岗岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英岩等软质岩石 小于30 页岩、粘土岩、云母片岩等微风化、中等风化、强风化1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类45（二）碎石土（二）碎石土（三）砂土（三）砂土1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类土的名称土的名称颗粒级配颗粒级配砾砂砾砂粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的25255050粗砂粗砂粒径大于粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的5050中砂中砂粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的5050细砂细砂

20、粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的8585粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的505046（四）粉土（四）粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%，塑性指数（五）粘土（五）粘土塑性指数 IP10的土。1、按沉积年代分2、按塑性指数分（1）老粘土 粉质粘土：粘土：（2）一般粘性土（3）新近沉积粘性土1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类47（六）特殊土（六）特殊土1、软土主要由细粒土组成；软土分布于沿海、内陆河流下游及湖泊与沼泽地区。分类淤 泥：淤泥质土：泥 炭：有机质含量 60%有机质土：有机质含

21、量 50%特性e大，一般e1；压缩性高；天然含水量高，天然含水量接近或大于液限；强度低，透水性差，变形稳定时间长。1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类482、人工填土3、湿陷性土（六）特殊土（六）特殊土由人类活动堆积而成的土。(1)素填土：(2)杂填土：(3)冲填土： 土体在一定压力下受水浸湿时产生的湿陷变形量达到一定数值（湿陷变形量大）的土。水压力湿陷 由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的 填土，不含杂质或杂质很少。由含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组成的填土。是由水力冲填泥砂形成的填土。1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类49（六）特殊土（六）特殊土4、膨胀土5、红粘土 膨胀土是指粘粒成分主要由亲水性粘粒矿物组成的粘性土。具有吸水膨胀，失水收缩的特性。 红粘土是指碳酸盐系出露的岩石，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。液限一般大于50，上硬下软，具明显收缩性，裂隙发育。6、多年冻土 三年以上温度低于00C。虽冻土本身强度高，但受建筑物的影响，气温等自然条件变化可使其冻融或冻胀。1.4 土的分类土的分类三、土的工程分类50（七）细粒土按塑性图分类（七）细粒土按塑性图分类细粒土分类的塑性图CH高液限粘土CL低液限粘土ML低液限粉土MH高液限粉土1.4 土的分类土的分类