岩土分类与承载力ppt课件.ppt

1 岩土分类及地基承载力 1 主要内容 1 培训预期效果 通过讲解和分析 以期达到 1 熟悉岩土分类 2 掌握岩土野外鉴定及描述 3 了解岩土工程性质 4 掌握如何确定地基承载力 1 1 1岩石分类 1 2土分类 1 岩土是指岩石和土 这是两个不同的概念 是自然产物 岩土分类是岩土工程勘察的基础 其目的在于把不同的岩土分别安排到具有相近性质的组合中去 使人们有可能依据同类岩土的已知性质去评价其性能或为岩土工程师提供一个比较确切的描述方法 岩石 自然界中在地质作用下 由一种或多种矿物或岩屑组成的集合体 简单的讲即矿物的天然集合体称为岩石 土 岩石风化的颗粒在原地残留或经过不同的搬运方式 在各种自然环境中形成的堆积物 土的含义 doc 1 自然界有各种各样的岩石 它们都是地质作用的产物 根据不同的需要 有不同的分类 在工程上一般按成因和工程性质进行分类 1 1 1岩石按成因分类 岩石按成因分为岩浆岩 火成岩 沉积岩 水成岩 与变质岩三大类 1 1岩石分类 岩浆岩 在地壳上分布面积约占7 沉积岩 在地壳上分布面积约占75 变质岩 在地壳上分布面积约占18 1 由岩浆冷却形成的岩石称为岩浆岩 在地表深处 一般指地表以下3km 形成的称为深成岩 在地表附近冷凝而成的称为浅成岩 喷出地表的岩浆冷凝而成的则称为喷出岩 岩浆岩 1 岩浆岩物质成分主要是硅酸盐矿物 还有一部分金属硫化物 氧化物及挥发性物质 按sio2含量分为 酸性岩 中性岩 基性岩和超基性岩四种 按矿物成分分为 硅铝矿物和铁镁矿物 1 岩浆岩的产状指岩浆岩生成的空间位置和形状 大小 1 1 1 按矿物结晶程度分 全晶质是深成侵入岩结构特征半晶质是浅成侵入岩结构特征非晶质是喷出岩结构特征按晶粒大小分 伟晶 粗晶 中晶 细晶 微晶按晶粒相对大小分 等粒 不等粒 斑状 岩浆岩的结构 指组成岩石的矿物结晶程度 晶粒大小 形状及组合关系 可反映岩浆冷凝时的物理环境 1 岩浆岩的构造指矿物在岩石中的排列和充填方式 有流纹状构造 气孔和杏仁状构造 块状构造等 1 沉积岩是原始的岩石 被各种地质作用破坏为颗粒大小不同的的破碎物质 再经流水 风力等各种营力搬运到地表低洼地带 经过胶结 压密 硬结等成岩过程沉积形成的 沉积岩经过地壳运动后 大多形成倾斜岩层 其岩层产状要素为走向 倾向和倾角 沉积岩 1 1 压固脱水作用 在上覆沉积物形成的静压力作用下 使松散沉积物紧密结合失去水分的作用 a 压固作用 b 胶结作用 c 重结晶作用 d 新矿物生长 沉积岩的形成 1 压固脱水作用的强度与压力大小及作用时间的长短成正比 常可形成某些特征性产物 形成新的矿物 蛋白质 玉髓 石膏 硬石膏 压固脱水作用是泥质沉积物成岩过程中的主要作用 1 2 胶结作用 指胶结物质把碎屑沉积物粘结起来变为坚固岩石的作用 常见的胶结作用主要是碎屑沉积物的成岩作用 1 碎屑岩的胶结物硅质 强度高铁质 易氧化钙质 易溶解泥质 易软化 胶结类型基底式胶结 a 孔隙式胶结 b 接触式胶结 c 1 3 重结晶作用 沉积物中的矿物成分因压溶和固体扩散等作用 使物质中的质点重新排列组合的作用 能够使小的颗粒变成大的晶粒 也可使非晶质沉积物变为晶质体 如 蛋白石 非晶质 玉髓 隐晶质 石英 显晶质 在碳酸盐沉积物中 重结晶作用最为普遍 1 4 微生物及有机质的作用 原生沉积物中一般含有大量的微生物 有喜氧的 有厌氧的 因而常改变溶液的酸碱度和氧化还原环境 使溶液中某些物质沉淀或结晶形成岩石 1 沉积岩的物质组成和结构 物质成分 岩石碎屑 粘土矿物 化学沉积矿物 有机质及生物残骸 结构 碎屑结构 泥质结构 结晶结构 生物结构 1 沉积岩的构造 指组成部分的空间分布及其相互间的排列关系 最主要的构造为层理构造 另外还有波痕 结核等 1 层面 指层与层之间的界面 在层面上有时会看到波痕 雨痕 泥裂等现象 a 波痕 在尚未固结的沉积层面上 由于流水 风或波浪的作用形成的波状起伏的表面 经成岩作用后被保存下来 b 泥裂 是未固结的沉积物露出水面干涸时 经脱水收缩干裂而形成的裂缝 1 结核 指在成分 颜色 结构等方面与周围沉积岩具有明显区别的矿物集合体 有球形 椭球形 透明状以及不规则状等 1 砂岩中的波痕 沉积岩中的波痕 1 化石 是在自然作用下 保存在沉积岩中的古代生物遗体 遗骸及遗迹 遗物的总称 1 1 1 走向及走向线 倾斜岩层的层面与水平面相交的直线称为走向线 走向线的方位角称为走向 倾向 在层面上沿着岩层倾斜的方向向下引出垂直走向线的一条直线的方向 倾角 岩层层面与任一水平面相交所夹的最大锐角 称为倾斜岩层的倾角 沉积岩的产状 1 变质岩的定义由原先存在的岩石 岩浆岩 沉积岩或早期变质岩 在温度 压力 应力发生改变以及物质组分加入或带出的情况下 发生矿物成分 结构构造改变而形成的岩石即为变质岩 这种改造过程称为变质作用 温度 主要有来自地球内部的热能 地热 岩浆热 岩石断裂产生的高温等 不同区域 不同深度 热能也不同 温度升高增加了岩石内部质点的活动性 因而使岩石产生物理化学变化 变质岩 1 1 重结晶作用 使晶粒细小的岩石变成晶粒粗大的岩石 石灰岩 大理岩 泥岩 角岩 石英砂岩 石英岩 2 形成新的矿物 使岩石内部物质重新组合 非晶质变为结晶质 形成新的矿物 1 压力1 静压力 由上覆岩层的重力引起的 静压力使岩石的体积缩小 密度加大 变的致密坚硬 并形成新的矿物 如 压力增大往往伴随着温度升高 因此在温度 压力的共同作用下 也会产生重结晶并形成新的矿物 如 泥岩板岩 千枚岩 片岩 1 2 定向压力 侧压力 动压力 应力 由构造运动或岩浆活动引起的挤压力 使岩石中矿物垂直于压力方向排列 产生片理构造片麻状构造等 同时还能形成新的矿物 石英 云母 绿泥石 石墨等 1 变质岩的结构变余结构 变质程度较 重结晶和变质结晶不完全 保留有原岩的结构 如 变余泥质结构 板岩 变余斑状结构等 1 变晶结构 原岩在固态下发生重结晶 变质结晶作用 形成的结晶质结构 如 粒状变晶结构 石英岩 大理岩 鳞片变晶结构 千枚岩 云母片岩 等 碎裂结构 原岩在低温高压下发生破碎 形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构 如 糜棱岩 1 变质岩的构造可分为板状构造 板岩 千枚状构造 千枚岩 片状构造 片岩 片麻状构造 片麻岩 等 1 变质作用类型根据变质作用的因素及变质岩形成条件 可将变质作用类型分为接触变质作用 泥岩变为角岩 灰岩变为大理岩 区域变质作用 片麻岩 千枚岩 动力变质作用 角砾岩 糜棱岩 交代变质作用 矽卡岩 1 1 1 1 1 2岩石按工程性质分类 从岩土工程观点出发 岩石按工程性质分类是具有实用价值的 工程部门根据岩石的不同用途 分类的标准也不尽统一 但大多都是以岩石的单轴极限抗压强度 风化程度和破碎程度等进行划分 1 岩石按强度分类 划分为坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩和极软岩 1 表1 1岩石坚硬程度分类 1 2 岩石按风化程度 划分为未风化 微风化 中风化 强风化和全风化五类 表1 2岩石风化程度表 1 3 按岩石在水中的软化系数 划分为不软化的岩石和软化的岩石 表1 3岩石在水中的软化系数 1 4按岩石完整性指数分为完整 较完整 较破碎 破碎和极破碎五种 表1 4岩石完整程度划分表 1 土的分类比较复杂 国际上各国有各自的分类 我国各行业也有各种不同的分类 为了尽量统一分类标准 我国还专门成立了土分类国家标准编制组 在博采各行业分类之长的基础上 于1990年颁布了国家标准 虽然各行业仍在使用自己的分类标准 但整体上都在不同程度上向国标靠拢 下面以交通部部颁标准为例对土的分类进行说明 1 2土分类 1 地表岩石破坏 搬运 沉积 土的形成 土 soil 是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的堆积物 土的含义 doc 1 1 2 1土按堆积年代分类土按堆积年代分类可以分为老黏性土 一般黏性土和新近堆积的黏性土 1 老黏性土老黏性土是指第四纪晚更新世 Q3 及其以前堆积的土 它是一种堆积年代久 工程性质较好的土 一般具有较高强度和较低压缩性 2 一般黏性土一般黏性土是指第四纪全新世 Q4文化期以前 堆积的黏性土 其分布面积广 工程性质变化很大 是经常遇见的岩土工程勘察对象 3 新近堆积的黏性土新近堆积的黏性土是指文化期以来堆积的黏性土 一般为欠固结 强度低 1 1 2 2土按地质成因分类按土的地质成因分为 残积土 坡积土 洪积土 冲积土 淤积土 冰积土 风积土等 其中冲积土又分为山区河流冲积 平原河谷冲积和三角洲冲积 淤积土又分为湖泊淤积和沼泽淤积 泻湖淤积等 1 2 3按颗粒级配或塑性指数分类按颗粒级配或塑性指数将土分为碎石土 砂土 粉土 粘性土和特殊土 1 1 碎石土粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50 的土 根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石 块石 卵石 碎石 圆砾和角砾 1 2 砂土粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50 粒径大于0 075mm的颗粒质量超过总质量的50 的土 根据颗粒级配分为砾砂 粗砂 中砂 细砂和粉砂 1 3 粉土粒径大于0 075mm的颗粒质量不超过总质量50 且塑性指数小于或等于10的土 必要时 可根据颗粒级配分为砂质粉土 粒径小于0 005mm的颗粒质量不超过总质量10 和黏土粉土 粒径小于0 005mm颗粒质量等于或超过总质量10 4 黏性土塑性指数Ip大于10的土 根据塑性指数分为粉质黏土 1017 1 1 2 1岩石的野外鉴定及描述 2 2土的野外鉴定及描述 1 岩土鉴别与描述是岩土分类的基础 其准确程度往往是理论水平和实践能力的结合体现 要提高水平需从理论到实践 从实践到理论 最后指导实践的多次循环往复 如砂土的鉴别通过多次野外划分与室内试验对比 就可以较好地准确定名 1 岩石是矿物的集合体 种类很多 在进行岩土工程勘察时 除应鉴定岩石的名称和风化程序 还需进行岩体完整程度 岩石坚硬程度等划分 岩石的定名一般采用风化程度加地质名称的方式 如中风化花岗岩 强风化砂岩等 2 1岩石的野外鉴定及描述 1 2 1 1岩石的野外鉴定 岩浆岩的鉴别方法先看颜色 再看结构和构造 然后看矿物成分 沉积岩的鉴别方法先看结构 再看成分 变质岩的鉴别方法先看构造 再看成分 1 1 岩浆岩的野外鉴定方法 估计颜色指数 颜色指数是指岩石中所含黑色矿物的体积百分数 如果颜色指数大于50 则为基性岩石 若颜色指数小于10 则为酸性岩石 若颜色指数是20 30 左右 则为中性岩石 岩浆岩从酸性岩 中性岩 基性岩 超基性岩的颜色 由浅 浅灰 肉红 玫瑰色 逐渐过渡到深 深灰 深绿 黑色 从颜色特征大体确定为某一大类 观察结构 构造 结构和构造与产状有关 根据其特点可推知岩石是深成的 浅成的或者喷出的 如深成岩矿物颗粒一般较粗 多为全晶质中 粗粒结构 块状构造 而浅成岩矿物颗粒则相对较细 均一性相对深成岩较差 多呈斑状结构或中 细粒结构 1 观察矿物成分 识别岩石中的矿物是鉴定岩石的重要因素 首先看岩石中有无石英或橄榄石 如果石英多 则为酸性岩石 如果橄揽石多 则为超基性岩石 这样可以缩小考虑范围 然后观察浅色矿物中的长石 区别正长石与斜长石 深色矿物中的黑云母 角闪石 辉石的含量等 1 2 沉积岩鉴定特征 构造 如层理 结核 化石 雨痕 波痕 干裂 交错层等 颗粒一般是磨园的 而带棱角的较为少见 砂的成分较单一 复杂的较少见 砾岩的成分复杂些 颜色也多样化 1 3 变质岩的鉴定方法 根据变质岩的外部特征 可与岩浆岩 沉积岩区分 鉴定变质岩要根据其构造特征 如片麻状 片状 板状等 观察矿物构造状态 就可定出岩石名称 如片状构造的则称为片岩 再根据矿物成分不同定为不同名称的片岩 若含绿泥石 石英 则定为绿泥石石英片岩 变质岩的结构和某些构造 用肉眼看与岩浆岩有些相似 但变质岩都具有片状 片麻状等构造 大理岩和石英岩无片理 且是单矿物 是岩浆岩中所没有的 同时石英岩硬度大 大理岩遇盐酸起泡 1 1 2 1 2岩石的野外描述 对岩石的描述应包括名称 颜色 主要矿物 结构 构造 风化程度 破碎程度等 对于沉积岩还应增加沉积物的颗粒大小 形状 胶结物成分和胶结程度 对于岩浆岩及变质岩还应增加矿物结晶的大小和结晶程度的描述 需注意的是进行岩石破碎程度的描述 如岩石完整呈大块状 1 灰岩 灰色 隐晶质结构 中厚层状构造 岩石结构致密坚硬 锤击声脆 裂隙较发育 大部分闭合 裂隙面褐色铁质渲染 岩芯多呈柱状 少量呈碎块状 碎粒状 局部见溶蚀现象 钻进时不漏水 岩石整体较完整 呈大块状 1 1 2 2 1土的野外鉴定 土的鉴定应在现场描述的基础上 结合室内试验结果综合确定 其基本方法是目测法 即首先根据土的颗粒大小 分出粗粒土和细粒土 对于粗粒土再根据颗粒含量进一步细分 对于细粒土再根据粘着情况 手搓感觉和湿土搓条情况等进一步细分 2 2土的野外鉴定及描述 1 表2 2 1砂土的野外鉴别 1 表2 2 2粘性土按塑性指数的分类及野外鉴别 1 1 表2 2 3碎石土密实程度的野外鉴别 1 1 表2 2 4粘性土状态的野外鉴别 1 2 2 2土的野外描述 土的描述内容包括 名称 颜色 湿度 密度 有机物及其含量 一般按碎石土 砂土和粘性土分别进行 描述内容分别如下 碎石土 名称 颗粒级配 形状 充填物性质和充填程度 密实度及层理特征等 砂土 名称 颜色 矿物组成 颗粒级配 形状 湿度 密实度及层理特征 有机质含量等 粘性土 名称 颜色 湿度 粘粒含量 状态 有机质含量等 1 颜色 由物体发射 反射或透过的光波通过视觉所产生的印象 基本颜色 即我们经常讲的红 橙 黄 绿 青 蓝 紫七种 合成起来很多 象电脑中的颜色 岩土颜色描述中一般以一种颜色表示 如黒色 黄色 红色等 也可用二种颜色组合表示 主色放在后面 附色放在前面 如灰黒色 黄红色等 土气一些的如土黄色 砖红色 雅一些的如桃红色 玫瑰红等 岩土颜色描述要求不高 还原环境下生成的土一般是黒色 灰色 氧化环境下生成的土一般是红色 黄色 能区分出这些就差不多了 岩土描述常用颜色 doc 1 颗粒形状 一般分为棱角状 次棱角状 次圆状 圆状四种 如下图 1 碎石土的密实度 根据动力触探锤击数分为松散 稍密 中密和密实四个等级 对应关系见右表 注意 表中锤击数为修正后的锤击数 1 砂土的密实度 根据标准贯入试验锤击数分为松散 稍密 中密和密实四个等级 对应关系见右表 注意 表中锤击数为现场试验的锤击数 即未修正的锤击数 另外 粉土的密实度规范中根据孔隙比划分 不实用 建议按砂土的标准划分 1 粘性土的状态根据液性指数分为流塑 软塑 可塑 硬塑和坚硬五种状态 野外也不实用 建议根据标贯锤击数进行划分 如右表 1 互层 薄层和夹层 对同一土层中相间呈韵律沉积 当薄层与厚层的厚度比大于1 3时 宜定为 互层 如淤泥与粉砂互层 厚度比为1 10 1 3时 宜定为 夹层 如淤泥夹粉砂层 厚度比小于1 10的土层 且多次出现时 宜定为 夹薄层 如淤泥夹粉砂薄层 当土层厚度大于0 5m时 宜单独分层 含 混 夹 的含义 含 系指土中含有的包含物 如含铁锰结核 碎砖块等 混 系指某类土中均匀地混有另一类土 夹 系指某一类土不均匀地夹有另一类土 如粘土夹碎石 1 摇振反应 制备很软但不粘手的小土膏 做成饼状 放在手掌上反复作水平状振动 并以另一手掌有力地振击此手掌 土中自由水将渗出 用手指捏土饼 放松后渗出的水被吸收 光泽消失 光泽反应 指土在潮湿状态下切口有油脂光泽 颗粒越细光泽越明显 数量词 个别 为10 以下 少数 为10 50 多数 为50 70 大多数 为70 90 普遍 为90 以上 1 岩石质量指标 RQD值 用直径75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进 连续取芯 回次所有大于10cm岩芯之和与总进尺的百分比 100 90 好 90 75 较好 75 50 较差 50 25 差 小于25 很差 岩石采取率 所有采取岩芯长度和与总进尺的百分比岩芯完整程度的描述 长柱状L 40cm 节理不发育 岩体完整 柱状20 L 40cm 节理发育 岩体较完整 短柱状10 L 20cm 节理很发育 岩体较破碎 饼状L 10cm 1 岩石的力学表观特征 锤击 手捏 手折 锤击声脆 硅质岩 钙质砂岩 较难击碎 锤击声不清脆 砂质泥岩 泥灰岩 较易击碎浸水后指可划痕 锤击声哑 有凹痕 泥岩 页岩 易击碎手可折断 锤击声哑 有较深的凹痕 半成岩或全风化岩 手可捏碎 浸水后捏成团 1 淤泥质粉质粘土 灰色 灰黑色 流塑 土质较纯 土芯刀切面光滑 局部含有少量有机质 有腐味 1 3 1岩石的工程性质 3 2土的工程性质 1 岩石的工程地质性质包括岩石的物理性质 水理性质和力学性质 物理性质 岩石的物理性质是由岩石结构中矿物颗粒的排列形式及颗粒间孔隙的连通情况所反映出来的特性 通常包括岩石的相对密度 密度和孔隙性三个方面 一般含暗色矿物多 其密度较大 如基性岩比酸性岩密度大 3 1岩石的工程性质 1 水理性质 是指岩石和水相互作用时所表现的性质 包括岩石吸水性 透水性 软化性和抗冻性等 力学性质 是指岩石在各种静力 动力作用下所表现的性质 主要包括变形和强度二个方面 其中变形用弹性模量和泊松比表示 强度按外力作用方式的不同 分为抗压强度 抗拉强度和抗剪强度 下面按岩石成因简单介绍三大类岩石的工程性质 1 1 岩浆岩 由于不同的生成条件 各种岩浆岩的结构 构造和矿物亦不相同 因而岩石的工程性质也有所差异 深成岩具结晶联结 颗粒粗大均匀 力学强度高 裂隙一般不发育 透水性差 抗水性强 岩体整体稳定性好 但这类岩石往往由多种矿物组成 抗风化能力较差 特别是含铁镁质较多的基性岩 则更易风化 如辉绿岩较花岗岩易风化 浅成岩为中细晶和隐晶结构 透水性差 力学强度高 抗风化能力较深成岩强 喷出岩多为隐晶质和玻璃质 力学强度也高 不易风化 1 2 沉积岩 火山碎屑岩的类型复杂 岩体结构变化较大 其中中粗粒碎悄岩工程性质相对较好 而细粒的则较差 如凝矿岩 强度低 易风化 质软 沉积碎屑岩工程性质受胶结物和胶结类型影响较大 如硅质胶结的工程性质普遍较好 而泥质胶结的则较差 泥质岩工程性质普遍较差 易软化 崩解 1 3 变质岩 它是由岩浆岩或沉积岩受温度和压力的作用 在固态下变质而成 其工程性质与原岩密切相关 原岩为岩浆岩的其工程性质与岩浆岩相似 如花岗岩与花岗片麻岩工程性质相似 原岩为沉积岩的其工程性质与沉积岩相似 如板岩和页岩工程性质相似 变质岩时代较老 加之高温高压作用 其工程性质一般较原岩稍好 但如果变质过程中产生变质矿物如滑石 绿泥石等则其力学性质会变差 另外 动力变质作用形成的变质岩如断层角砾岩 糜棱岩等力学强度和水理性往往会变差 1 土的工程性质与岩石一样也包括物理性质 水理性质和力学性质三个方面 只是每个方面内容有所不同 下面按土的成因对残积土 坡积土 洪积土和冲积土分别进行简单介绍 3 2土的工程性质 1 1 残积土 岩石表面经过物理 化学风化作用而残留在原地的碎屑物称为残积物 残积物的成分与母岩的岩性密切相关 如花岗岩的残积物中 长石常分解成粘土矿物 石灰岩的残积物则往往成为红粘土 1 残积物的发育程度与地形有关 在山丘顶部常被剥蚀而厚度较小 山谷低洼处则厚度较大 山坡上往往含有粗大的石块 残积物孔隙度较大 压缩性高 强度较低 透水性较强 一般无地下水 均匀质性差 但具有一定的结构强度 1 2 坡积土 高处的岩石风化碎屑物由于受雨水或雪水的搬运 或由于本身的重力作用 堆积在斜坡上或坡脚 这种堆积物称为坡积物 坡积物的岩性成分是多种多样的 它与高处的各种母岩岩性组成有直接关系 坡积物一般具有棱角 但经过一段搬运后 有的成次棱角形 1 坡积物分选性差 粗细混夹在一起 由于重力作用 比较粗大的颗粒一般堆积在紧靠斜坡的部位 细小的颗粒则分布于离斜坡稍远的地方 坡积物中一般见不到层理 但也有局部不清晰的层理 坡积物结构疏松 一般具有较高的压缩性 在水中很容易崩解 1 3 洪积土 山区或高地上的暂时性水流将大量的岩石风化碎屑物挟带下来 堆积在其前缘的平缓地带 这种堆积物称为洪积物 洪积物具有一定的分选作用 在距山区或高地近的地方 堆积物的颗粒粗大 碎块多呈亚角形 高山区或高地较远的地方 堆积物的颗粒逐渐变细 颗粒形状由亚角形逐渐变成亚圆形或圆形 1 洪积物具有比较明显的层理 分选性较好 离山前较近的洪积土颗粒粗 地下水位埋藏深 具有较高的承载力 压缩性低 是工民建的良好地基 离山较远的地带 洪积土的颗粒细 透水性不好 土质较差 承载力低 作为建筑物地基时应慎重对待 1 4 冲积物 在河流平缓地段堆积下来的碎屑物 称为冲积物 根据其形成条件 可分为 1 山区河谷冲积物 它大部分由卵石 碎石等粗颗粒组成 分选性较差 大小不同的砾石互相交替 成为水平排列的透镜体或不规则的夹层 厚度一般不大 山区河谷堆积物一般颗粒大 承载力高 1 2 平原河流冲积物 河流上游的冲积物颗粒一般较粗 向下游逐渐变细 冲积层一般呈条带状 具有水平层理 有时也呈流水层或湍流层的交错层理 在每个小层中 岩性的成分就比较均匀 有较好的分选性 冲积物的颗粒形状一般为亚圆形或圆形 搬运的距离愈长 颗粒的磨园度愈好 平原河谷冲积物可分为 河床冲积物 河漫滩冲积物 牛轭湖冲积物和阶地冲积物 前两种冲积物多为磨圆度较好的漂石 卵石 圆砾和多种砂类土 有时也有粘性土存在 在同一地段上 河漫滩冲积物的粒度比河床冲积物小 在同一河漫滩上靠河床近的冲积物的粒度比距离河床远的大 1 平原区河谷冲积物 一般是较好的地基 粗颗粒的冲积物承载力较高 细颗粒的稍低 但要注意冲积物细粒砂的密实程度及振动液化的问题 1 3 三角洲冲积物 是河流搬运的大量的细小碎屑物在河流入海或入湖的地方堆积起来而形成的 三角洲冲积物中的地下水一般为潜水 埋藏较浅 三角洲冲积物的厚度很大 分布面积也很广 由于三角洲冲积物的颗粒较细 含水量大呈饱和状态 承载力较低 有的还有淤泥分布 三角洲的最上层 由于经过长期的压密和干燥 形成所谓硬壳 故其承载力较下面的土层为高 1 4 1地基承载力的表达方式 4 2地基承载力影响因素 4 3查表法确定地基承载力 4 4公式法确定地基承载力 4 5原位测试法确定地基承载力 1 4 1地基承载力的表达方式 地基承载力就是指地基土所能承受荷载的能力 一般分极限承载力和容许承载力 在设计计算中 必须保证基础底面的压力不超过规定的地基土承载力 以确保地基土不致破坏 从构造物的实际出发 不仅要考虑构造物地基是否处于安全状态 同时还要考虑是否会发生过大的不均匀沉降 所以 设计时所采用的承载力首先要保证地基的稳定性 使其不产生破坏 在此条件下 还要根据构造物所能承受变形的能力 使其不致于因沉降差异而使主体承重结构发生开裂 1 地基承载力基本容许值 fa0 确保地基不产生剪切而失稳 同时又保证建筑物的沉降不超过允许值的最大荷载 极限承载力 fu 地基能承受的最大荷载强度 承载力基本值 f0 指按有关规范规定的一定基础宽度 b 3m d 0 5m 条件下的地基承载力 按有关规范查表确定 承载力标准值 fk 指按有关规范规定的标准方法试验并经统计处理后的承载力值 1 承载力设计值 fv 承载力标准值经深宽修正后的地基承载力值或按载荷试验和用实际基础深宽按理论公式计算所得承载力值 承载力特征值 fak 指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值 其最大值为比例界限值 确定地基承载力的方法一般有公式法 查表法和原位测试法三种 确定地基承载力时 应首先考虑由载荷试验或其它原位测试取得 受条件限制时可结合当地经验综合考虑 1 承载力影响因素很多 主要包括土的成因与堆积年代 土的物理力学性质 地下水情况和建筑物情况等四个方面 下面定性地给予简单介绍 1 土的物理力学性质 显然这是最重要的影响因素 一般地 碎石土和砾砂的粒径越大 孔隙比越少 则地基承载力越高 粉土和粘性土的含水量越大 孔隙比越大 则承载力越低 2 土的成因与堆积年代 一般地冲积土和洪积土的承载力相对于坡积土要高 同类土沉积年代越久 地基承载力值越高 4 2地基承载力影响因素 1 3 地下水 地下水对承载力的影响一般有两种情况 主要是由于水的浮力作用 将土的重量减少 降低地基的承载力 另外是沉没在水下的土 将失去由毛管应力所形成的表观凝聚力 从而使承载力降低 但这种影响在实际上很难确定 通常不考虑 4 建筑物情况 通常上部结构简单 整体刚度大 对地基不均匀沉降适应性好 则地基承载力可取高值 基础宽度大 埋置深度深 地基承载力也可相当提高等 但需说明的是 根据工程实践 随意加大基础宽度不能达到应有的提高地基承载力的效果 因为试验研究证明 承载力宽度系数随着宽度增加而减小 1 4 3查表法确定地基承载力 表4 3 1岩石地基承载力基本容许值 fa0 kPa 1 地基由加载到整体破坏的全过程一般认为分为压密 局部剪切和破坏三个阶段 相应的对应荷载有临塑荷载 临界荷载和极限荷载 地基承载力的计算也相应的分为三种情况 下面分别介绍 4 4公式法确定地基承载力 1 1 4 4 1地基的临塑荷载 地基的临塑荷载是指在外荷作用下 地基中刚产生塑性变形 即开始由弹性变形进入塑性变形 时基础底面单位面积上所承受的荷载 其计算公式为 Pa Nd d Ncc 式4 1 式中 Pa 地基的临塑荷载 kPa 基础埋深范围内土的重度 kN m3 d 基础埋深 m c 基础底面下土的内摩擦角 Nd Nc 承载力系数 可根据 值查表确定 1 4 4 2地基的临界荷载 一般按中心荷载下地基中塑性变形区最大深度为基础宽度的四分之一和偏心荷载下地基中塑性变形区最大深度为基础宽度的三分之一考虑 与之对应的基础底面压力称为临界荷载 其公式分别为 P1 4 N1 4 b Nd d Ncc 式4 2 P1 3 N1 3 b Nd d Ncc 式4 3 式中 P1 4 P1 3 地基的临界荷载 kPa b 基础宽度 m N1 4 N1 3 承载力系数 可根据 值查表确定 其它符号意义同式4 1 1 4 4 3地基的极限荷载 极限荷载的公式较多 均有一定的假定条件和适用情况 其中最常用的是太沙基公式 其公式为 Pu 1 2 bN cNc qNq 式4 5 式中 Pu 地基的极限荷载 kPa q 基础的旁侧荷载 其值为基础埋深范围土的自重压力 kPa N Nc Nq 承载力系数 可根据专用的承载力系数图确定 其它符号意义同式4 1 1 几点说明 利用上述公式确定地基承载力时 对于c 值可靠度要求比较高 试验方法必须和地基土的工作状态相适应 上述公式只适用于浅基础 即基础埋深小于基础宽度的情况 临塑和临界荷载可直接作为地基承载力设计值 临塑荷载偏于安全 临界荷载既安全又经济 极限荷载应除以一定的安全系数 才能作为地基承载力设计值使用 安全系数一般取1 5 3 0 对于高速公路的路基及其结构物取较高值 一般公路取较低值 1 原位测试是指在岩土体基本保持天然结构 天然含水量及原位应力状态下测定岩土体的工程性质 获取有代表性的 反映岩土实际状态的测试技术的总称 它是获取岩土体参数的重要手段 一般分为定量和半定量两大类 定量是指在理论和方法上能形成完整体系的试验方法 如平板载荷试验 旁压试验等 半定量方法指由于试验条件限制或方法本身尚无完善理论来指导试验 必须借助某种经验或相关关系才能获取所需成果 如标准贯入试验 静力触探等 4 5原位测试法确定地基承载力 1 选择原位测试方法时 应以地区性经验的成熟程度为首要条件 并考虑土类条件 设备要求 勘察阶段等因素 原位测试由于受仪器设备 试验条件 试验方法 操作技能 土层不均匀的影响 要充分估计试验数据的误差 在资料整理和成果分析应用中应积累经验 消除或减少误差 提高测试成果的精度 4 5原位测试法确定地基承载力 1 4 5 1标准贯入试验 标准贯入试验的目的主要是采取扰动土样 鉴别和描述土类 按照颗分试验结果给土层定名 判别饱和砂土 粉土的液化可能性 定量估算地基土层的物理力学参数 如判定黏性土的稠度状态 砂土相对密度及土的变形和强度的有关参数 评定天然地基土的承载力和单桩承载力 1 1 试验基本原理标准贯入试验 SPT 是用质量为63 5 0 5kg的穿心锤 以76 2cm的落距 将标准规格的标准贯入器自钻孔底部预打15cm 记录再打入30cm的锤击数判定土的力学特性 适用砂土 粉土和一般黏性土 2 试验设备标准贯入试验设备也主要由三部分构成 一是贯入器部分 二是穿心落锤 三为穿心锤导向的触探杆 设备构成如图9 10所示 1 1 1 3 试验技术要点钻至试验标高以上15cm 清除孔底残土 保持贯入器 导向杆 探杆的垂直度 采用自动落锤进行锤击 速度小于30击 分钟 贯入器打入15cm后 开始记录每打入10cm的锤击数 累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验铁击数 当贯入深度未达30cm时 可记录50击的实际贯入深度 进行换算得出锤击数 旋转钻杆 提出贯入器 并取出贯入器中的土样进行鉴别 描述 记录 1 1 1 4 试验成果应用标准贯入试验成果可用于划分土类 评价地基土的承载力 判定砂土的密实程度 估算单桩承载力 进行饱和砂土和粉土的地震液化势判别 下面介绍如何确定地基土的承载力 影响标准贯入试验锤击数的因素主要有三个方面 即触探杆长度 土的自重压力和地下水位影响 对于锤击数是否修正到没有一个统一说法 目前倾向于不修正 岩土工程勘察规范 中规定是否修正和如何修正 应根据建立统计关系时的具体情况确定 虽然这样做比较粗糙 但一般认为比查表法确定地基承载力要可靠一些 1 4 试验成果应用对于砂性土中粗砂按 fa0 8N 100粉细砂按 fa0 5N 90粘性土按 fa0 15N全风化岩按 fa0 12N式中 fa0 是地基承载力基本容许值 kPa N是标准贯入试验锤击数 按试验锤击数平均值减去1 65倍标准差求得 1 4 5 2动力触探 1 试验基本原理圆锥动力触探试验中 一般以打入土中一定距离 贯入度 所需落锤次数 锤击数 来表示探头在土层中贯入的难易程度 同样贯入度条件下 锤击数越多 表明土层阻力越大 土的力学性质越好 反之 锤击数越少 表明土层阻力越小 土的力学性质越差 通过锤击数的大小就很容易定性地了解土的力学性质 再结合大量的对比试验 进行统计分析就可以对土体的物理力学性质作出定量化的评估 1 2 试验设备动力触探设备与标准贯入试验设备基本相同 只是锥头不同 设备构成如图9 10所示 根据锤重分为轻型 重型和超重型三种 1 3 试验技术要点钻至试验标高以上15cm 清除孔底残土 保持贯入器 导向杆 探杆的垂直度 采用自动落锤进行锤击 速度小于30击 分钟 贯入器打入15cm后 开始记录锤击数 轻型动力触探记录累计打入30cm的锤击数 重型或超重型记录打入10cm的锤击数 旋转钻杆 提出贯入器 1 4 试验成果应用用动力触探确定地基承载力分二种情况 分别为按轻型和重型 轻型按 fa0 24 4 5N10简化成表格