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学习情境2 地质勘查报告识读 一 预备知识 地质构造 1 地质作用 内力地质作用 外力地质作用a 物理风化b 化学风化 2 1子情境内容 地质地形构造图识读 土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物 搬运 沉积 形成过程形成条件 物理力学性质 风化 影响 生物风化 物理风化 化学风化 量变 无粘性土 原生矿物 质变 粘性土 次生矿物 动植物的活动 风化 有机质 岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝 或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分 形成新的矿物 2 地质年代 3 地质构造 褶皱构造 断裂构造a 节理b 断层 4 第四纪沉积物 残积物 坡积物 洪积物 冲积物 其他沉积物 土的生成土是指覆盖在地球上大部分陆地表面和部分海底的碎散岩石的堆积物 沉积物 是岩石风化后的产物 土的成因土的生成过程为 由岩石经风化 剥蚀 搬运 沉积而成 搬运与沉积 残积土无搬运 运积土有搬运 土质较好 残积土强风化弱风化微风化母岩体 颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理 母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后 未经搬运残留在原地的堆积物 风化所形成的土颗粒 受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物 运积土有搬运 风 风积土 重力 坡积土 流水 洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物 冰川 冰积土 土粒粗细不同 性质不均匀 有分选性 近粗远细 浑圆度分选性明显 土层交迭 含有机物淤泥 土性差 颗粒细 表层松软 土性差 土粒粗细变化较大 性质不均匀 颗粒均匀 层厚而不具层理 坡积层雨雪搬运 不远 逐步变细 厚度不均 洪积层洪水搬运 山谷出口 山前平原 冲积层冲击平原 面积有时较大 海相沉积层滨海沉积物 卵石 圆砾石 细沙 如海边大陆架浅海沉积物 深小于200m 宽100 200m细砂 粘性土 淤泥 生物化学沉积物陆坡沉积物 深200 1000m 宽100 200km 有机质软泥深海沉积物 深大于1000m 深海 有机质软泥湖沼沉积层湖相沉积物 湖边粗粒 湖心淤泥等沼泽沉积物 半腐烂植物 沉积不宜做地基 原生矿物石英 长石 云母等次生矿物主要是粘土矿物 包括三种类型高岭石 伊里石 蒙脱石 粘土矿物 由硅片和铝片构成的晶包所组合而成 5 不良地质作用 岩溶 滑坡 崩塌 泥石流 采空区 地面沉降 地震 rocklandsliding bedrocklandslide 岩层滑坡 2 水文地质 1 地下水及其埋藏条件 上层滞水 潜水 承压水 2 地下水的腐蚀性 地下水中硫酸离子SO42 含量过多时 氢离子浓度 负对数值 pH 7的酸性地下水 地下水中游离的CO2 3 动力水 流沙与潜蚀 动力水 流沙与潜蚀 当动水力GD等于或大于土的浮重度 时 土颗粒间的压力消失 土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定 土体随水流动 这种现象叫流砂 流砂现象主要发生在细砂 粉砂及粉土等土层中 而在粗颗粒土及粘土中则不易产生 因此 在地下水位以下开挖基坑时 若地基土为易产生流砂现象的土层 从基坑表面直接抽水 将导致地下水从下向上流动而产生向上的渗流力 当水头梯度大于临界值时 就会出现流砂现象 4 地下水对工程的影响 基础埋深 施工排水 地下水位升降 地下室防水 地下水水质侵蚀性 空心结构物浮起 承压水冲破基槽 二 学习任务 地质构造图的识读1 地质现象参观2 分组讨论下面地质构造图 完成以下任务 1 地形描述 找出图中山脊与山沟 并绘制示意图 2 地层描述 图中有几个地层 说明地层的排列状况 3 地质构造描述 描述断层等构造 土的名称颗粒形状粒组含量 漂石块石 圆形及亚圆形为主棱角形为主 粒径大于200mm的颗粒超过全质量50 卵石碎石 圆形及亚圆形为主棱角形为主 圆形及亚圆形为主棱角形为主 圆砾角砾 粒径大于20mm的颗粒超过全质量50 粒径大于2mm的颗粒超过全质量50 一 预备知识1 土的成因2 土的组成 1 土中固体颗粒 粒组的划分 土的颗粒级配 子情境2 2土的筛析试验 1 粒径级配 颗粒大小 各粒径成分在土中占的比例 狭义的粒径级配 影响土性的主因 土的级配曲线 颗粒大小 粒组按粗细进行分组 将粒径接近的归成一类界限粒径 粒径级配 确定方法筛分法 适用于粗粒土 0 075mm 水分法 适用于细粒土 0 075mm 各粒组的相对含量 用质量百分数来表示 表述方法粒径级配累积曲线 密度计法移液管法 土中各个粒组的相对含量 各粒组含量占土粒总质量的百分数 含义 筛下的土粒质量占总质量的百分比 205 02 01 00 50 250 075 200g 10161824223872 小于某粒径之土质量百分数P 粒径 mm P 958778665536 土的粒径级配累积曲线 水分法 d60 d50 d10 d30 特征粒径 d60 控制粒径d10 有效粒径d30 不均匀程度 Cu d60 d10 连续程度 Cc d302 d60 d10 曲率系数 不均匀系数 Cu 5 级配不均匀 粗细程度 用d50表示 斜率 某粒径范围内颗粒的含量陡 相应粒组质量集中缓 相应粒组含量少平台 相应粒组缺乏 连续程度 Cc d302 d60 d10 曲率系数 较大颗粒缺少 Cc减小 较小颗粒缺少 Cc增大 Cc 1 3 级配连续性好 粒径级配 粒径级配累积曲线及指标的用途 1 粒组含量用于土的分类定名 2 不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度 Cu 5 不均匀土 Cu 5 均匀土 3 曲率系数Cc用于判定土的连续程度 Cc 1 3 级配连续土 Cc 3或Cc 1 级配不连续土 4 不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣 如果Cu 5且Cc 1 3 级配良好的土 如果Cu3或Cc 1 级配不良的土 学习情境二 地质勘查报告识读 子情境2 3土的压缩实验一 预备知识1 土的三相简图2 三相指标的定义3 三相指标的换算4 无粘性土密实度分析 2 3土的压缩实验 1 三相草图 质量 体积 土的物理性质指标认识 V 土的总体积 Va 土中气体所占的体积Vw 土中水所占的体积 Vs 土中颗粒所占的体积 VV 土中孔隙所占的体积 VV Vw Vam 土的总质量mW 土中水的质量 ms 土中颗粒的质量 符号含义 土的物性与分类 三相草图 已知关系五个 共有九个参数 VVvVsVaV msm mam 剩下三个独立变量 三相草图法 物性指标是比例关系 可假设任一参数为1 对于饱和土 Va 0剩下两个独立变量 实验室测定 其它指标 是一种简单而实用的方法 SoilMechanics 2土粒比重 相对密度 SoilMechanics 2土的物性与分类 3土的其他物理指标 土的含水量w 密度 和土粒的相对密度ds可直接用试验方法测定 试验方法见有关土工试验操作规程 它们是每种土必须测定的基本指标 根据这三个指标 又可导出如下几个物理性质指标 土的干密度和干重度土的饱和密度和饱和重度土的有效重度土的空隙逼和孔隙率饱和度 2土的物性与分类 单位体积土体中土颗粒的质量称为干土密度 d 即 单位体积土颗粒所受到的重力称为干土重度 又称为于土重力密度 其值等于干土密度乘以重力加速度 即 饱和土密度是指土孔隙充满水时 单位体积土的质量 单位体积饱和土所受到的重力称为饱和土重度 1干土密度与干土重度 2饱和土密度饱和土重度 2土的物性与分类 在地下水位以下 土受到水的浮力作用 单位体积土中 土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为浮重度 又称有效重度 土的孔隙率是指土中孔隙体积与土总体积之比的百分率 土中孔隙体积与土颗粒体积之比值称为孔隙比 3土的有效重度 4土的空隙比和空隙率 土的孔隙率和孔隙比是反映土体密实程度的重要物理性质指标 在一般情况 n或e愈大 土愈疏松 反之土愈密实 一般粘性土e在0 4 1 2之间 砂土e在0 3 0 9之间 淤泥孔隙比大于1 5 2土的物性与分类 土中水的体积与孔隙体积之比值称为土的饱和度 即土的饱和度是反映水填充土孔隙的程度 即反映土潮湿程度的物理性质指标 当St小于0 5时为稍湿的 在0 5 0 8之间时为很湿的 大于0 8时为饱和的 如St 1 0时 则土处于完全饱和状态 5土的饱和度 2土的物性与分类 SoilMechanics 3基本指标和其他指标的关系 2土的物性与分类 SoilMechanics 2土的物性与分类 标准贯入试验 StandardPenetrationTest 标准贯入数N63 5 锤重 63 5kg 落距 760mm 打入深度 300mm 土的物性与分类 土的物理状态 3 用标准贯入试验划分密实度 参考教材 土的压实性 1土的压实原理含水量与压实的关系 含水量太多 太少均不能压实 适当时可压实 原理 含水量小时 土粒周围的水膜薄 分子吸引力 含水量适当增大时 结合水膜变厚 土粒间的连接力变弱 再大时 短时水不易排出 最优含水量 使得土的压实效果最好的含水量 2影响压实效果的因素 3压实性填土质量标准 1 压实功 2 含水量 3 铺土厚度 4 颗粒级配 压实标准 压实系数 4 无粘性土密实度分析 1 碎石土的密实度 2 砂土的密实度 用空隙比e为标准 以相对密实度Dr为标准 以标准贯入试验N为标准 3 粉土的密实度 二 土的压缩试验与分析1试验目的与计算原理 2仪器设备3操作步骤 求压缩系数a1 2时 统一规定 P1 100KPa P2 200KPa 可以用压缩系数a1 2来判断土的压缩性 若a1 2 0 1MPa 1 为低压缩性 0 1MPa 1 a1 2 0 5MPa 1 为中压缩性 a1 2 0 5MPa 1 为高压缩性 2 6 1塑限与液限 子情境2 4黏性土的液塑限联合测定实验 粘性土的软硬状态也称稠度状态 2 6粘土的物理状态 稠度状态与含水量有关 粘性土 含水量 较硬 变软 流动 塑限 p 液限 l 2土的物性与分类 二 物理状态指标 稠度界限 2 6土的物理状态 粘性土的稠度反映土中水的形态 固态或半固态 塑态 流态 强结合水膜最大 出现自由水 强结合水 弱结合水 自由水 稠度状态 含水量 土中水的形态 w Vs wL wP ws 缩限 塑限 液限 阿特堡界限 Atterberglimit 2 粘性土的稠度和可塑性 2 6粘性土的物理指标 粘性土的特性 比表面积 含水量 状态 界限含水量1塑限与液限粘性土由流塑状态转变为可塑状态的分界含水量称为液限WL 由可塑状态转变为半固态的分界含水量称为塑限WP 若粘性士的含水量进一步减小 土的体积也不断减小 直至土的体积不再减小时的界限含水量称为缩限 用WS表示 2土的物性与分类 Ws Wp WL 吸附结合水的能力 粘性大小 大致反映粘土颗粒含量 塑性指数 常作为细粒土工程分类的依据 2 6 3塑性指标和液性指标1塑性指数 液限与塑限之差 反映可塑性范围 Ip17粘土 相对稠度 2土的物性与分类 二 物理状态指标 2 6土的物理状态 对于不同的粘土 含水量相同 稠度可能不同 液性指数 不同的粘土 p l大小不同 定义 wp w wl IL1 坚硬状态可塑状态流态 0 00 0 250 25 0 750 75 1 00 硬塑可塑软塑 2液性指数 判断粘性土软硬程度的指数 叫做稠度 例题分析 例题 某土样天然含水量为46 2 塑限为22 9 液限为42 4 试确定图的名称和状态 粘性土粉质粘土粘土粉土 2土的物性与分类 1 2 4土的压实性 1土的压实原理含水量与压实的关系 含水量太多 太少均不能压实 适当时可压实 原理 含水量小时 土粒周围的水膜薄 分子吸引力 含水量适当增大时 结合水膜变厚 土粒间的连接力变弱 再大时 短时水不易排出 最优含水量 使得土的压实效果最好的含水量 2影响压实效果的因素 3压实性填土质量标准 1 压实功 2 含水量 3 铺土厚度 4 颗粒级配 压实标准 压实系数 学习情境二 地质勘查报告识读 一 预备知识1 土的结构与构造2 土的抗剪强度及剪切破坏的本质 1 无粘性土的抗剪强度 2 粘性土的抗剪强度二 学习任务 土的直剪实验与分析1 试验目的2 仪器设备3 操作步骤4 试验成果整理 2 5子情境土的直剪实验与分析 1土的结构 单粒结构粗颗粒土 在沉积过程中 每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳定状态 工程性质最好 蜂窝结构 0 05mm 0 005mm 主要由粉粒组成的土的结构形式 较细的土颗粒 在水中单个下沉 碰到已沉积的土粒 因土粒之间的分子引力大于土粒自重而被吸引不再下沉 依次一粒粒被吸引 形成具有很大孔隙的蜂窝状结构 受扰动时会导致结构的破坏 不可用作天然地基 土粒之间的相互排列和联结形式 1 土的结构与构造 絮状结构 粒径 0 005mm 是由粘粒集合体组成的结构形式 粒径极细的粘土颗粒在水中长期悬浮运动 会相互碰撞吸引 电解 逐渐形成小链环状的土集粒 使质量增大而下沉 当一个小链环碰到另一个链环时相互吸引 不断扩大形成大链环状 称为絮状结构 被扰动时会导致天然结构的破坏 不可用作天然地基 2土的物性与分类 同一土层中物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间相互关系的特征称为土的构造 层理构造 土层由不同的颜色或不同的粒径的土组成层理 一层一层互相平行 分散构造 土层中的土粒分布均匀 性质相近 多见于无粘结的砂 砾石 卵石等厚层土中 属各向同性体 通常分散构造的工程性质最好 裂隙结构 土体被许多不连续的小裂隙所分割 在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 2 土的构造 定义 分类 O 1 3 2 土的抗剪强度及剪切破坏的本质 应力莫尔圆 大主应力 小主应力 圆心 半径 z按顺时针方向旋转 x按顺时针方向旋转 莫尔圆 代表一个土单元的应力状态 圆周上一点代表一个面上的两个应力 与 c粘聚力 内摩擦角 f 土的抗剪强度 tg 摩擦强度 正比于压力 c 粘聚强度 与所受压力无关 固定滑裂面 一般应力状态如何判断是否破坏 借助于莫尔圆 3 极限平衡应力状态 极限平衡应力状态 有一对面上的应力状态达到 f土的强度包线 所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线 f 3 极限平衡应力状态 f 强度包线以内 下任何一个面上的一对应力 与 都没有达到破坏包线 不破坏 与破坏包线相切 有一个面上的应力达到破坏 与破坏包线相交 有一些平面上的应力超过强度 不可能发生 莫尔 库仑强度理论 1 土单元的某一个平面上的抗剪强度 f是该面上作用的法向应力 的单值函数 f f 莫尔 1900年 2 在一定的应力范围内 可以用线性函数近似 f c tg 3 某土单元的任一个平面上 f 该单元就达到了极限平衡应力状态 一 室内试验 1 直剪试验 通过控制剪切速率来近似模拟排水条件 1 固结慢剪 施加正应力 充分固结慢慢施加剪应力 小于0 02mm 分 以保证无超静孔压2 固结快剪施加正应力 充分固结在3 5分钟内剪切破坏3 快剪施加正应力后立即剪切3 5分钟内剪切破坏 二 学习任务 土的直剪实验与分析 室内试验 1 直剪试验 设备简单 操作方便结果便于整理测试时间短 优点 试样应力状态复杂应变不均匀不能控制排水条件剪切面固定 缺点 分析 类似试验 环剪试验单剪试验 实验步骤 切取试样 安装试样 移动传动装置每组四个试样 分别在四种不同的垂直压力下进行剪切 在教学上 可取四个垂直压力分别为100 200 300 400kPa 施加垂直压力 变形稳定 拔出固定销钉 拆卸试样 学习情境二 地基勘察报告分析 一 地基承载力的概念二 工程地质勘查方法三 报告识读 1 三相草图 质量 体积 1 2 1土的物理性质指标认识 V 土的总体积 Va 土中气体所占的体积Vw 土中水所占的体积 Vs 土中颗粒所占的体积 VV 土中孔隙所占的体积 VV Vw Vam 土的总质量mW 土中水的质量 ms 土中颗粒的质量 符号含义 2土的物性与分类 三相草图 已知关系五个 共有九个参数 VVvVsVaV msm mam 剩下三个独立变量 三相草图法 物性指标是比例关系 可假设任一参数为1 对于饱和土 Va 0剩下两个独立变量 实验室测定 其它指标 是一种简单而实用的方法 SoilMechanics 2土粒比重 相对密度 SoilMechanics 2土的物性与分类 3土的其他物理指标 土的含水量w 密度 和土粒的相对密度ds可直接用试验方法测定 试验方法见有关土工试验操作规程 它们是每种土必须测定的基本指标 根据这三个指标 又可导出如下几个物理性质指标 土的干密度和干重度土的饱和密度和饱和重度土的有效重度土的空隙逼和孔隙率饱和度 2土的物性与分类 单位体积土体中土颗粒的质量称为干土密度 d 即 单位体积土颗粒所受到的重力称为干土重度 又称为于土重力密度 其值等于干土密度乘以重力加速度 即 饱和土密度是指土孔隙充满水时 单位体积土的质量 单位体积饱和土所受到的重力称为饱和土重度 1干土密度与干土重度 2饱和土密度饱和土重度 2土的物性与分类 在地下水位以下 土受到水的浮力作用 单位体积土中 土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为浮重度 又称有效重度 土的孔隙率是指土中孔隙体积与土总体积之比的百分率 土中孔隙体积与土颗粒体积之比值称为孔隙比 3土的有效重度 4土的空隙比和空隙率 土的孔隙率和孔隙比是反映土体密实程度的重要物理性质指标 在一般情况 n或e愈大 土愈疏松 反之土愈密实 一般粘性土e在0 4 1 2之间 砂土e在0 3 0 9之间 淤泥孔隙比大于1 5 2土的物性与分类 土中水的体积与孔隙体积之比值称为土的饱和度 即土的饱和度是反映水填充土孔隙的程度 即反映土潮湿程度的物理性质指标 当St小于0 5时为稍湿的 在0 5 0 8之间时为很湿的 大于0 8时为饱和的 如St 1 0时 则土处于完全饱和状态 5土的饱和度 2土的物性与分类 SoilMechanics 3基本指标和其他指标的关系 2土的物性与分类 SoilMechanics 2土的物性与分类 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 规定 地基