地基土的物理性质及分类.ppt

江西理工大学经济管理学院,建 筑 地 基 基 础,郭晓剑 注册造价师 一级建造师,江西理工大学经济管理学院,1 地基土（岩）的物理性质及分类,江西理工大学经济管理学院,1.1 地质作用和地质构造,1.1.1 地质作用 建筑场地的地形、地貌和组成物质（土与岩石）的成分、分布厚度及特性，取决于地质作用。 构成天然地基的物质是地壳中的岩石和土。地壳平均厚度为16km，它的物质、形态和内部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分、构造、形态发生变化的作用，称为地质作用。可分为内力地质作用和外力地质作用。,江西理工大学经济管理学院,内力地质作用 一般认为，由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。eg. 岩浆活动，地壳运动（构造运动）和变质作用。 外力地质作用 由太阳辐射能和地球重力位能引起。 昼夜和季节气温变化，雨雪、山洪、河流、冰川、风及生物等对母岩产生的风化、剥蚀、搬运与沉积作用。 这种外力（包括大气、水、生物）对原岩机械破碎和化学变化的作用，统称为风化作用。,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,1.1.2 地质构造的概念 由于受到地壳运动的作用而发生连续或不连续的永久性形变而形成的各种构造形态。 褶皱构造 地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而发生连续、完整的永久性形变而形成的各种构造形态。 断裂构造 在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完整性，在其内部产生了许多断裂面，统称为断裂构造。,江西理工大学经济管理学院,1.1.3 地质年代的概念 地质年代是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。 在地质学中，把某一地质时代形成的一套岩石称为那个时代的地层。,江西理工大学经济管理学院,在新生代中最新近的一个纪称为第四纪。通常所说的土为新生代第四纪更新世（距今约100万年）形成的，更新世又分为早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后为全新世（Q4）。,纪(系),江西理工大学经济管理学院,1.2 岩石的成因类型和工程分类,1.2.1 主要造岩矿物 矿物和岩石是组成地壳的物质。矿物是地壳中天然生成的自然元素或化合物。岩石是由一种或多种矿物组合成的集合体。 在岩石中常见的矿物称为造岩矿物。最常见的造岩矿物只有三十多种，如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、高岭石等。,江西理工大学经济管理学院,1.2.2 岩石的成因类型 岩浆岩 岩浆岩是由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成的。岩浆喷出地表冷凝后形成的称为喷出岩，在地表以下冷凝形成的则称为侵入岩。 沉积岩 地表的原岩经风化剥蚀作用而形成的岩石碎屑、溶液析出物或有机质等，经流水、风、冰川等搬运到低洼处或海洋中沉积而成。 变质岩 组成地壳的岩石由于地壳运动和岩浆活动的影响，使其在固态下发生矿物成分、结构和构造的改变，从而形成新的岩石。,江西理工大学经济管理学院,1.2.3 岩石的工程分类 按岩石的坚硬程度分为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩 。 按岩石的风化程度分为：未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化、残积土。 按岩石的完整程度分为：完整、较完整、较破碎、极破碎。,江西理工大学经济管理学院,1.3 土的成因类型,1.3.1 残积土、坡积土、洪积土 残积土 原岩表面经风化作用后而残留在原地的碎屑物。 坡积土 高处的岩石风化物，由于受到雨、雪水流的搬运，或由于重力的作用而沉积在较平缓的山坡上 洪积土 由暴雨或大量融雪形成的暂时性山洪急流，将大量的基岩风化产物或基岩剥蚀、搬运、堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积土。,江西理工大学经济管理学院,1.3.2 冲积土 平原河谷冲积土 山区河谷冲积土 三角洲冲积土 1.3.3 其它沉积土 海洋沉积土 湖泊沉积土,江西理工大学经济管理学院,1.4 土的组成,1.4.1 土的固体颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。,江西理工大学经济管理学院,土的颗粒级配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。 将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。根据界限粒径200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组：漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百 分数)来表示，称为土的颗粒级配。,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，d60与d10的比值称为不均匀系数： 不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度曲率系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。,江西理工大学经济管理学院,土粒的矿物成分 土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要 。 六大粒组的矿物成分 漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒；砂粒；粉粒；粘粒。 粘土矿物的比表面 由于粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力就愈强。粘土矿物表面积的相对大小可以用单位体积(或质量)的颗粒总表面积(称为比表面)来表示。 由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的性质的突变，所以，土粒大小对土的性质起着重要的作用。,江西理工大学经济管理学院,1.4.2 土中的水和气 土中水 在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为吸附水(结合水)和自由水两大类。 吸附水 吸附水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。 自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0，有溶解能力。,江西理工大学经济管理学院,土中气 土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。 在粗粒的沉积物中常见到与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不大。 在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气泡，它在外力的作用下具有弹性，并使土的透水性减小。,江西理工大学经济管理学院,1.4.3 土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。,江西理工大学经济管理学院,在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征称为土的构造，土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征是土的裂隙性。,江西理工大学经济管理学院,1.5 土的三相比例指标,1.5.1 土的固体颗粒 上节介绍了土的组成，特别是土颗粒的粒组和矿物成分，是从本质方面了解土的性质的根据。但是为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相土粒(固相)、土中水(液相)和土中气(气相)的组成情况进行数量上的研究。 土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。,江西理工大学经济管理学院,土的三相组成示意图,江西理工大学经济管理学院,土粒比重（土粒相对密度） ds 土的密度 土的含水量,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,1.5.2 指标的换算,令w1= w ,Vs=1 因 所以VV=e,V=1+e,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,1.6 无粘性土的密实度,无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。,江西理工大学经济管理学院,1.6.1 砂土 砂土的密实度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，属密实的砂土，是良好的天然地基，当e大于0.95时，为松散状态，不宜作天然地基。但未考虑土颗粒级配的影响。若考虑级配因素，可采用相对密实度Dr来表示砂土的密实度： 采用现场标准贯入试验锤击数N来判断,江西理工大学经济管理学院,1.6.2 碎石土 碎石土不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密和稍密三种。,江西理工大学经济管理学院,1.7 粘性土的物理特征,粘性土最主要的性质是土粒与水相互作用产生的稠度。它反映土粒之间连接强度随含水量高低而变化的性质。 A 稠度：是指土的软硬状态或土对受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力。 B 稠度界限：粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量。,江西理工大学经济管理学院,1.7.1 界限含水量 同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量,界限含水量的测定方法： 塑限 ：搓条法（滚搓法）； 液限 ：锥式液限仪（如下图）。,江西理工大学经济管理学院,1.7.2 塑性指数和液性指数 塑性指数IP： IP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒粗细、矿物成分和水中离子成分浓度有关。 土颗粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合水含量越高， IP越大。当水中高价阳离子浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层厚度变薄结合水含量相应减少， IP也小；反之， IP变大。,江西理工大学经济管理学院,液性指数IL： IL是反映粘性土软硬状态的指标。,江西理工大学经济管理学院,1.7.3 灵敏度和触变性 灵敏度： 天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度衡量： 根据灵敏度将饱和粘性土分为：低灵敏、中灵敏、高灵敏。 触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称为触变性。,江西理工大学经济管理学院,1.8 土的渗透性,地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土体可被水透过的性质称为土的透水性。它表明水通过孔隙的难易程度。 工程设计中，计算地基沉降速率，或地下水位以下施工需计算地下水的涌水量，选择排水措施等均应用渗透性指标。,江西理工大学经济管理学院,1.8.1 地下水的埋藏条件 上层滞水：地表水下渗积聚在局部透水性小的粘性土隔水层上的水。为雨水补给，有季节性。 潜水：埋藏在地表以下第一个连续分布的稳定隔水层上，具有自由水面的重力水。为雨水等补给，水位有季节性变化。一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风化层中。水面标高称为地下水位。 承压水：埋藏在两个连续分布的隔水层之间，完全充满的有压地下水。通常存在于卵石层中，承受一定的静水压力。其埋藏区与地表补给区不一致。因此，承压水的动态变化受局部气候因素影响不明显。,江西理工大学经济管理学院,江西理工大学经济管理学院,1.8.2 水的透水性 渗透实验与达西定律 法国学者达西（Darcy,H. ）1856年做砂土的渗透实验，发现达西定律。 注意：达西定律中，v 不是某个土孔隙中水的渗流速度，而是水流通过的整个断面上的平均渗流速度。 k的物理意义：单位水力坡降(i=1)时的渗透速度。,江西理工大学经济管理学院,影响土渗透性因素： 土孔隙大小 土粒的大小、形状、级配以及颗粒的排列和土的结构等 地下水温度、密度及其粘滞性（即内摩阻力） 地下水的饱和度,江西理工大学经济管理学院,1.8.3 动水力和流砂现象 动水力 水流动时，水对单位体积土的骨架作用的力。是水流对土体施加的体积力。与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。,江西理工大学经济管理学院,流砂： 当水流自下而上流动时，动水力方向与重力方向相反，使土颗粒悬浮。当动水力等于或大于土的浮重度时，土粒之间毫无压力，土随水流动。即： wi= ，所以，icr= /