土力学与地基基础课件 模块1 土的工程性质

土力学与地基基础模块

一

土的工程性质任务一

认知土的物理性质土固相液相气相

土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，称为土的三相系。一、

土中固体颗粒（1）土颗粒的大小粒组划分1土中固体颗粒（2）土的粒度成分土的粒度成分:土中各个粒组的相对含量(以占干土质量的百分比表示)，或者说是不同粒组以不同数量的配合，故又称为颗粒级配。粒度成分的测定方法：粒度成分表示方法筛分法沉降分析法联合测定法一、

土中固体颗粒（3）粒度成分表示方法

表格法一、

土中固体颗粒（3）粒度成分表示方法累计曲线法一、

土中固体颗粒（3）粒度成分表示方法d10

--累计曲线上累计百分含量分别为10％时所对应的粒径；d30

--累计曲线上累计百分含量分别为30％时所对应的粒径；d60

--累计曲线上累计百分含量分别为60％时所对应的粒径。

d10称为有效粒径，

d60称为限制粒径，d30称为中间粒径。规范规定：Cu≥5，且Cc=1～3时，级配良好，否则，不良级配。二、土中的水

土中的水结合水自由水强结合水(吸着水)毛细水

重力水弱结合水(薄膜水)固态水气态水三、土中的气体中的气体可分为自由气体和封闭气泡两类。自由气体与大气相连通,通常在土层受力压缩时即逸出,对土的工程性质影响不大。四、

土的结构单粒结构蜂窝结构絮状结构土的三相图土是土粒（固相），水（液相）和空气（气相）三者所组成的，土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。SWA五、土的物理性质指标土的三相图1土的物理性质指标（1）土的比重土粒的质量（或重量）与同体积4℃纯水的质量（或重量）之比，其表达式为：

常用比重瓶法测定。测定方法1土的物理性质指标（2）土的密度天然密度：天然状态下土的密度称为天然密度,以下式表示。

常用环刀法、灌砂法等测定。测定方法1土的物理性质指标（2）土的密度干密度：土的干密度是指土的孔隙中完全没有水时单位体积土的质量,即固体颗粒的质量与土的总体积之比值,以下式表示。

1土的物理性质指标（2）土的密度饱和密度：土的孔隙完全被水充满时,单位体积土的质量称为饱和密度,以下式表示。

1土的物理性质指标（2）土的密度浮密度：土的浮密度又称为有效密度,是指土受水的浮力时单位体积土的质量,以下式表示。

1土的物理性质指标（3）土的含水性含水率：土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比,一般用百分率表示,即:

常用烘干法、酒精燃烧法等测定。测定方法1土的物理性质指标（3）土的含水性饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比,以百分数表示,即:

1土的物理性质指标（4）土的孔隙性孔隙比：孔隙比是指土中孔隙体积与固体颗粒的体积之比值,以小数表示,即:

1土的物理性质指标（4）土的孔隙性孔隙率：孔隙率是指土的孔隙体积与土体积之比,或单位体积土中孔隙的体积,以百分数表示,即:

2基本物理性质指标间的互相关系（1）孔隙比与孔隙率的关系或

2基本物理性质指标间的互相关系（2）干密度与天然密度和含水率的关系2基本物理性质指标间的互相关系（3）孔隙比与比重和干密度的关系1黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态常以稠度来表示。稠度的含义是指土体在各种不同的湿度条件下,受外力作用后所具有的流动程度。

六、土的物理状态指标1黏性土的物理状态指标1黏性土的物理状态指标（1）液限液限：是指黏性土呈液态与塑态之间的界限含水率。我国目前一般采用液塑限联合测定仪来测定黏性土的液限。

（2）塑限：是指黏性土呈塑态与半固态之间的界限含水率。

：

（3）缩限：是指黏性土呈半固态与固态之间的界限含水率。

1黏性土的物理状态指标（4）塑性指数塑性指数是指黏性土与粉土的液限与塑限的差值,去掉百分数,记为IP。

1黏性土的物理状态指标（5）液性指数液性指数是指黏性土的天然含水率和塑限的差值与液限和塑限差值之比,用小数表示,即:

2.粗粒土的密实度(1)相对密实度2.粗粒土的密实度(2)标准贯入试验一、《公路桥涵地基与基础设计规范》中土的分类

《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG3363—2019)中,将公路桥涵地基的岩土分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土,下面主要介绍碎石土、砂土、粉土、黏土的分类。任务二

认知土的工程分类与土中水的运动1碎石土碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%的土。碎石土按照下表可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾六类。碎石土的分类2砂土砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%的土。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五类,见下表。砂土分类3粉土粉土是指塑性指数Ip≤10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量50%的土。4黏性土黏性土是指塑性指数Ip>10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量50%的土。黏性土根据塑性指数Ip分为黏土、粉质黏土黏性土分类二《公路土工试验规程》(JTG3430—2020)中土的分类土分类总体系特殊土分类总体系1巨粒土分类巨粒土分类体系2粗粒土分类（1）砾类土砾类土分类体系2粗粒土分类（2）砂类土砂类土分类体系3细粒土分类（1）细粒土分类体系细粒土分类体系3细粒土分类（2）细粒土按塑性图分类塑性图三、土中水的运动土中水的运动将对土的性质产生影响,在许多工程实践中遇到的问题,如流沙、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定等,都与土中水的运动有关。三、土中水的运动1.土层中的毛细水浸润线流线等势线下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游堤坝工程三、土中水的运动1.土的渗透性透水层不透水层板桩墙

基坑实例-板桩围护下的基坑三、土中水的运动1.土的渗透性v=KJJ—水力坡降;K—渗透系数;v—断面平均渗透速度

(1)土的层流渗透定律三、土中水的运动1.土的渗透性(2)粗颗粒土(如砾、卵石等)当水力梯度较小时，流速不大，达西定律仍然适用。当水力梯度较大时，流速增大，v-J关系呈非线性变化，达西定律不再适用。000层流紊流JJ三、土中水的运动1.土的渗透性(2)土的渗透系数动水力（渗流力）：水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力动水力计算公式GD=γω·J（KN/m3）三、土中水的运动1.土的渗透性当向上的GD与土的浮重度相等时，这时土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定的现象。GF浮GD流砂三、土中水的运动1.土的渗透性流砂支撑滑落防治流砂的主要途径有：

减少或平衡动水力；改变动水力方向；截断地下水流。三、土中水的运动1.土的渗透性水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水力作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水带走的现象。管涌土颗粒土中水渗流三、土中水的运动1.土的渗透性一秒的前后管涌发生时，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土体骨架破坏，孔道扩大，土体被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝等事故。三、土中水的运动1.土的渗透性无粘性土产生管涌必须具备两个条件：①几何条件：一般不均匀系数Cu＞10的土才会发生管涌②水力条件：用管涌的水力坡降来表示三、土中水的运动1.土的渗透性55流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口

渗透变形的两种形式总结三、土中水的运动1.土的渗透性四、

冻土

俗话说:“冰冻三尺，非一日之寒。”北方地区，冬季温度常在0℃以下，潮湿的土壤呈冻结状态，这种现象在气象学上称为冻土。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰，其中也夹杂着各种岩石，还掺杂着各种土壤。

随着国家“一带一路”倡议的提出，寒区道路工程日益增多，建设中面临着很多冻土相关的地基病害问题。称为“世界屋脊”的青藏高原,是中国最大、世界海拔最高的高原。由于其海拔过高，气候特殊，高原冻土广泛存在。东北大兴安岭地区也存在着大量的冻土区域，试想冻土会有什么样的特性？如何辨别冻土？如果地基土中存在冻土，对工程建设会有什么危害呢？四、

冻土影响冻胀的因素①土的因素

②水的因素

③温度的因素四、

冻土

俗话说:“冰冻三尺，非一日之寒。”北方地区，冬季温度常在0℃以下，潮湿的土壤呈冻结状态，这种现象在气象学上称为冻土。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰，其中也夹杂着各种岩石，还掺杂着各种土壤。

随着国家“一带一路”倡议的提出，寒区道路工程日益增多，建设中面临着很多冻土相关的地基病害问题。称为“世界屋脊”的青藏高原,是中国最大、世界海拔最高的高原。由于其海拔过高，气候特殊，高原冻土广泛存在。东北大兴安岭地区也存在着大量的冻土区域，试想冻土会有什么样的特性？如何辨别冻土？如果地基土中存在冻土，对工程建设会有什么危害呢？1土的压实性概念

压（击）实：指采用人工或机械对土施以夯击、振动作用,使土在短时间内压实变密,获得最佳结构,以改善和提高土的力学强度的性能,或者称为土的击实性任务三

认知土的压实性2击实试验相关知识击实试验是研究土的压实性能的室内试验方法。击实是指对土瞬时地重复施加一定的机械功能使土体变密的过程。研究压实目的：揭示压实作用下土的干密度、含水率和压实功三者之间的关系和基本规律，以最小的能量消耗获得最大的压实密度。用以指导路基的施工、控制路基施工的质量。3