土力学0-绪论(工管)

0陈希哲编著清华大学出版社裴建良制作土力学与地基基础10.1土力学与地基基础的研究对象

——什么是土力学与地基基础？

土力学与地基基础0绪论0绪论0.1.1土和土力学（1）定义

——是岩石风化的产物，是母岩风化后经搬运、沉积等地质作用形成的岩石碎屑和单独矿物颗粒组成的集合体。（2）特性●三相系、性质复杂多变●散粒体——视为连续体分析●强度较低、压缩性较大、可渗透性●非线性弹性、弹塑性2（3）作用●地基●环境●材料（5）土力学——以各门力学与工程实践相结合为基础，以土为研究对象，研究土的物理特性及其受力后应力、变形、强度、稳定和渗透等特性及其随时间变化规律的学科，它是力学的一个分支。（4）简单分类●粘性土和无粘性土●细粒土和粗粒土土力学与地基基础0绪论30.1.2地基和基础（a）水闸（b）柱子上部结构基础地基土力学与地基基础0绪论（1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体4土力学与地基基础0绪论阿联酋迪拜全球最高的“哈利法塔－迪拜大厦”，162层，高818m。5土力学与地基基础0绪论918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，是连接东德和西德的重要项目。6土力学与地基基础0绪论贵州北盘江大桥号称亚洲第一高桥，主跨388米，我国首座采用双向预应力砼加劲板梁设计的特大型桥梁。7土力学与地基基础0绪论成为世界上唯一一座经受住IX度以上地震烈度检验的高混凝土面板堆石坝，在国际面板堆石坝抗震史上具有里程碑的意义。2009年第一届堆石坝国际研讨会授予紫坪铺大坝国际堆石坝里程碑特别工程奖。

面板堆石坝，高156m

8土力学与地基基础0绪论（2）基础（foundation

）d(Df)b(B)地基地面基础底面基础N——连接上部结构和地基的部分，其承受上部结构的自重以及作用于建筑物上的各种荷载，并将其扩散传递给基础底面下的土层。●深基础和浅基础(d<5m，ord<4b)●刚性基础和柔性基础——材料的受力特点9土力学与地基基础0绪论（3）地基（subgrade,foundationsoil）——由于建筑物的修建而引起应力状态发生改变的地（土）层。●地基的持力层：基础底面下直接承受荷载，对地基起主要作用的土层，或基础直接搁置其上的土层。●地基的下卧层：持力层下受荷载影响较小的土层。●天然地基和人工地基地基地面基础底面基础N地基持力层地基下卧层影响深度附加应力大小附加应力分布10土力学与地基基础0绪论（4）地基基础设计原则●地基的强度条件—保证地基上的荷载不大于地基的承载能力●地基的变形条件—地基变形不损坏or影响上部建筑物的正常使用●综合考虑地基、基础与上部结构三者的相互关系●综合考虑安全、经济、合理、可行性11土力学与地基基础0绪论0.2土力学与地基基础的重要性

——为什么学习土力学与地基基础？

0.2.1土力学与地基基础的重要性●隐蔽工程●造价高（10%~30%）、工期长（25%~30%）●地基与基础的复杂性●失事后果严重●应用广泛，高层建筑和大型工程的要求地基：变形、强度、渗流和地震等

地基：变形、强度、渗流和地震等

基础：断裂、滑移等

12土力学与地基基础0绪论Ref：《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》0.2.2国内外工程事故示例

0.2.2.1变形

●倾斜●局部倾斜●沉降差●沉降量地基变形特征：13土力学与地基基础0绪论（1）倾斜比萨斜塔8层55m（150MN）直径16m偏离中心5.27m

倾斜5.5度

修建时间:

1173～1370●高耸结构●地基砂、粘土

由南向北变薄14土力学与地基基础0绪论苏州虎丘塔15土力学与地基基础0绪论苏州虎丘塔●高耸结构●地基覆盖层相差悬殊●落成于宋代961年●高47.5m，7层●塔顶偏离中心线2.31m,

塔身现不少裂缝16土力学与地基基础0绪论根本原因：覆盖层厚

度西南为2.8m，东北

为5.8m，厚差3.0m重要原因：南方多暴

雨，雨水渗入地基块

石填土层，冲走块石

之间的细粒土，形成

很多空洞。地质剖面图17土力学与地基基础0绪论（2）沉降量墨西哥市艺术宫(1904)墨西哥国家首都墨西哥市艺术宫，是一座巨型的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成，至今已有100余年的历史。该市处于四面环山的盆地中，古代原是一个大湖泊。因周围火山喷发的火山沉积和湖水蒸发，经漫长年代，湖水干涸形成目前的盆地。18土力学与地基基础0绪论室内外连接困难交通不便内外网管道修理

工程量增加现象：下沉达4m，旁边的道路下沉2m。原因：世界罕见的超高压缩性淤泥(25m厚)，天然孔隙比7～12，

天然含水率150％～600％19土力学与地基基础0绪论上海展览中心馆●地基土为高压缩性淤泥质软土●

1954－1979平均沉降160cm●1954年底沉降60cm，1957~1979年沉降量仅22cm沉降量过大，

散水倒坡内外水、暖、

电管倒断裂20土力学与地基基础0绪论●大型建筑物●变形时间长●地基土为高压缩性土，如淤泥质土、火山灰等沉降量大的特点：●地基可压缩土层厚21土力学与地基基础0绪论墨西哥城（3）沉降差、局部倾斜城市发生地面沉降，在全世界具有普遍性。1891年，这一现象首先在墨西哥首都墨西哥城被发现。地质结构——昔日的湖区全部被填埋改造为城区人口加剧，地下水过度开采100年：9.14m局部：0.38m/a22土力学与地基基础0绪论不均匀沉降相邻荷载影响温度变化地震动荷载等墙体开裂23土力学与地基基础0绪论（1）地基承载力0.2.2.2强度

加拿大特朗斯康谷仓概况：钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。事故：竖向沉降30.5cm/h，24小时倾斜26°53，

西端7.32m↓，东端1.52m↑

上部钢混筒仓完好无损。59.4m×23.5m×31.0m自重：20000t，占42.5%1911~1913事故分析：未作勘察、试验与研究采用的设计荷载(352kPa)超过地基土的抗剪强度(235.2kPa)

24土力学与地基基础0绪论美国纽约某水泥仓库失事原因：粘土地基、超载25土力学与地基基础0绪论（2）边坡失稳香港宝城大厦1972年7月清晨7点，数万方残积土从山坡上下滑，巨大的冲击力将一幢高层住宅——宝成大厦顷刻冲毁，并砸毁相邻一幢大楼约五层住宅，当场死亡120人。26土力学与地基基础0绪论1级平台3级平台2级平台三峡泄滩滑坡特大型深层顺层岩质推移式滑坡事故分析：外因：三峡蓄水和降雨内因：不利的地质条件27土力学与地基基础0绪论LowerSanFernandodam,19711971年地震中，劳尔圣费南多土坝上游发生了严重的滑坡破坏，几乎溃坝。28土力学与地基基础0绪论IncreasedPressureonRetainingWallsatGreatHanshinBridge1995年1月有7日，神户附近发生强烈大地震，长638m的高速公路高架桥——阪神大桥向一侧倾倒。原因：地震能量在桥内累积和相邻区段的牵拉力造成桥墩根部的弯矩过大29土力学与地基基础0绪论图1-3四川红花水库滑坡示意图失事原因：

●土的抗剪强度低

●设计坝坡较陡

●坝体填筑迅速，孔压来不及消散淤泥质软土30土力学与地基基础0绪论0.2.2.3渗流及渗透变形

●堤坝管涌破坏下沉管涌堤坝渗流破坏示意图（1）渗流产生浮力＋渗流力（2）渗流破坏形式：流土和管涌

●徐州市区塌陷

●美国一净水工厂31土力学与地基基础0绪论

山东蒙城节制闸粉质粘土和细砂层山东蒙城节制闸示意图渗径短路渗透变形不均匀沉降陷落倒塌32土力学与地基基础0绪论SandboilsLossofBearingStrength,Niigatain19640.2.2.4液化

33土力学与地基基础0绪论上海莲花小区一13层楼房倒塌示意图0.2.2.5地下洞室开挖、施工等34土力学与地基基础0绪论0.2.2.6建筑物基础开裂

●南京分析仪器厂职工住宅—地质突变

●北京大学气轮机基座—施工技术力量薄弱、无质量监督制度0.2.2.7建筑物基槽变位滑动

●四层厚板结构楼—

边柱旁深挖，边柱侧向变位下沉

●上海18层科研楼—桩长不足，滑动圆弧从桩底通过

0.2.2.8冻胀及其他

●盘锦市房屋—浅基小于冻深+无技术措施

●大连市金州石棉矿—大面积无支撑采空区

0.2.3不良地基处理成功实例

●清华大学第四教学楼—一幢大楼，两类基础（天然浅基+桩基）

●苏州市里河桥新村住宅—浅表清淤+钢混筏板基础35土力学与地基基础0绪论0.3本学科的发展简况划分为三个阶段：1925年以前：感性认识+理性认识（1）1925年前土力学尚未形成一门学科工程实践可追溯到远古时代：半坡遗址，秦长城，商朝各类祭台；被用作工程材料，如挖洞、筑堤、修路等；战国时的《专工记》，就认识到作用力与变形之间的关系，比胡克(Hooke)定律还早1500年。

有文字记载最早理论：1773年，法国的C.A.Coulomb根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论；36土力学与地基基础0绪论1856年H.P.G.Darcy研究了砂土的渗透性，发展了达西渗透公式；1857年，英国的W.G.M.Rankine又从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的根限应力法；1869年卡尔洛维奇——第一本地基与基础著作；1885年法国J.Boussinesq求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和应变的Boussinesq解；1900年Mohr发展了土的强度理论；1922年瑞典W.Fellenius为解决铁路塌方问题完善了土坡稳定分析圆弧法。

以上这些方法至今仍广泛使用！37土力学与地基基础0绪论1925年~1960年左右——独立学科的形成阶段1925年，美国土力学家Terzaghi“《土力学》（Eoubakmeceanik）”的出版，被公认为土力学的开始。之后世界许多学者对土的抗剪强度、土的变形、土的渗透性、土的应力应变关系和破坏机理进行了大量的研究工作，并逐渐将土力学的基本理论普遍应用于解决各种不同条件下的工程问题。1960年左右迄今——发展阶段1960年左右的《现代土力学》以本构模型为核心。20世纪60年代计算机及其应用的高速发展，促进了土力学的大发展。如复杂条件下土的应力—应变—强度—时间关系本构模型的建立；土动力理论，流变理论，土体稳定性问题等。38土力学与地基基础0绪论我国学者：黄文熙：水工结构和岩土工程专家，我国土力学学科的奠基人之一，新中国水利水电科学研究事业的开拓者。

土的强度与变形、本构关系陈宗基：土力学、岩石力学、流变力学和地球动力学家。

土的微观结构和流变39土力学与地基基础0绪论沈珠江：中科院院士、岩土工程专家

理论土力学和软土本构关系钱家欢：国务院学位委员会第二届学科评议组成员，中国水利科学会岩土力学专业委员会副主任。软土流变理论、动力固结理论、土坝震后永久变形和土工数值分析40土力学与地基基础0绪论0.4本课程的特点与学习方法（1）研究对象的复杂多变性（2）研究内容的广泛性（3）研究方法的特殊性

●对于土的有关知识从感性阶段过渡到理性阶段，人们往往把实际的复杂的土加以简化

●土力学理论通常都应用一些土的物理力学指标和参数

●土力学中的公式和方法，绝大部分都是半理论半经验性的混合产物，注重理论联系实践41土力学与地基基础0绪论[1]杨进良.土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2006.[2]周汉荣,赵明华.土力学地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.参考资料：42土力学与地基基础0绪论●掌握土、地基与基础的概念及其性质●了解土力学地基基础在土木工程中的重要性及发展概况●了解土力学地基基础的学科特点●熟悉课程的研究特点、学习要求和学习方法本章重点：本章要求：●土、地基与基础的概念及其性质43土力学与地基基础0绪论44土力学与地基基础1工程地质概论1工程地质概论1.1概述（简）

工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，它是地质学与土木、水利等工程之间的边缘学科，是研究地质体的性状、在人为改变条件下的变动及其与人类工程活动之间的相互制约关系。1.1.1工程地质的内容与重点1.1.2建筑场地的形成建筑场地的地形、地貌和组成特质（土与岩石）的成分、分布、厚度及特性取决于地质作用。地质作用是指由自然动力所引起地壳物质组成、内部结构和地表形态变化与发展的作用。45土力学与地基基础1工程地质概论地质作用

内动力地质作用外动力地质作用构造运动地震作用岩浆作用变质作用风化作用地表水流作用地下水流作用内动力地质作用：由地球自转产生的旋转能等引起外动力地质作用：由太阳幅射能和地球重力位能引起46土力学与地基基础1工程地质概论1.1.3地质年代（1）时间单位：宙、代、纪、世（国际通用）期、时（生物地理区）；（2）地层单位：宇、界、系、统、层、带；（3）宙：隐生宙和显生宙；（4）代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代；（5）第四纪Q：距今约200万年。1.1.3.1地质时代绝对年代：地质体形成距今的年代，又称同位素年代，是

由放射元素蜕变产物的含量计算出来的。相对年代：表示地层相对新老关系的时代顺序。1.1.3.2地质相对年代47土力学与地基基础1工程地质概论菊石48土力学与地基基础1工程地质概论生物大爆炸和生物灭绝生物大爆炸

发生在寒武纪初期(540-530Ma)，在此时间段之前，除少许低等生物(藻类)外，全世界几乎没有生命活动。此时间段，大量海洋生命突然涌现，且种属繁多，个体较大。以我国科学家最早发现的云南“澄江动物群”最为典型，准确标定了生命大爆发的时间底界。生物灭绝：存在五次全球生物灭绝事件

4.4亿年前，奥陶纪末期，地球上85%的物种灭绝（No.3）3.65亿年前，泥盆纪后期，地球史上的第四大规模的物种灭绝事件2.5亿年前，二叠纪末期，地球上96%的物种灭绝，海洋生物衰败，生

态系统更新1.95亿年前，三叠纪末期，地球上76%的物种灭绝，主要是海洋生物灭

绝（No.5）6500万年前，白垩纪末期，75%~80%的物种灭绝，恐龙时代结束(No.2)49土力学与地基基础1工程地质概论

矿物是地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素或化合物，如金刚石(C)、石英(SiO2)。组成岩石的矿物称为造岩矿物（30余种）。1.2矿物与岩石（简）1.2.1主要的造岩矿物矿物的种类：原生矿物和次生矿物原生矿物：通常由岩浆冷凝而成，如石英、长石、角闪

石、辉石、云母等

次生矿物：通常由原生矿物风化产生，如长石风化产生高

岭石、辉石或角闪石风化生成绿泥石；次生矿

物也有以水溶液中析出生成的，如方解石、

石膏等长石50土力学与地基基础1工程地质概论石英金刚石石膏蒙脱石云母方解石角闪石辉石高岭石绿泥石51土力学与地基基础1工程地质概论矿物的主要物理性质

①形态

结晶体呈规则的几何形状，如石英、方解石、正长石、斜长石、辉石、角闪石等。

另一类非结晶体为不规则形态，常见的有粒状、板状、片状、柱状和纤维状。

②颜色

自色、他色（含有杂质、表面氧化或风化）颜色鉴定应以新鲜面为准TheManyColorsofFluorite（萤石）浅色白、浅灰、粉红

红、黄等色深色深灰、深绿、灰黑、

黑色等色52土力学与地基基础1工程地质概论③光泽矿物表面反射光线的强弱程度

④硬度矿物抵抗外力刻划的能力金属光泽非金属光泽

黄铁矿石英褐铁矿滑石(软铅笔)石膏(指甲)方解石(铜钥匙)萤石(铁钉)磷灰石(玻璃)正长石(小刀)石英黄玉刚玉金钢石⑤解理矿物受外力作用时，沿一定方向裂开成光滑平面的性能

⑥断口矿物受外力打击后断裂成不规则的形态53土力学与地基基础1工程地质概论极完全解理易成极薄片层，如云母完全解理解理面平滑，如方解石不完全解理裂开面只有局部的光滑面，如橄榄石无解理裂开成不规则的碎片，如石英参差状断口黄铁矿石英贝壳状断口锯齿状断口自然铜高岭石土状断口石膏纤维状断口平坦状断口方解石54土力学与地基基础1工程地质概论1.2.2岩石的类型和性质1.2.2.1岩石的类型矿物的鉴定方法

①肉眼鉴定(小刀、放大镜、10%浓度稀盐酸等)

②室内鉴定(仪器、药品)

成因坚固性风化程度岩浆岩(火成岩)硬质岩石fr≥30MPa未风化(新鲜)沉积岩(水成岩)软质岩石fr≤30MPa微风化(结构基本未变)变质岩中等风化(结构部分破坏)强风化(结构大部分破坏)55土力学与地基基础1工程地质概论岩浆岩：岩浆侵入地壳或喷出地表冷却后形成的岩石矿物成分：浅色矿物、深色矿物结构：显晶质、隐晶质、玻璃质、

和斑状构造：块状构造、流纹构造、气

孔状构造、杏仁状构造基性岩52%～45%中性岩52%～65%橄榄岩(深成岩)超基性岩<45%SiO2含量酸性岩>65%正长岩(深成岩)流纹岩(喷出岩)辉绿岩(浅成岩)56土力学与地基基础1工程地质概论沉积岩：岩石经风化、剥蚀成碎屑，经水、风或冰川搬运至低洼处沉积、再经压密或化学作用胶结成沉积岩。碎屑岩种类矿物成分：原生矿物、次生矿物胶结物：硅质、钙质、铁质、泥质

强弱结构：碎屑、泥质、化学、生物构造：最显的是具有层理构造粘土岩化学岩生物化学岩57土力学与地基基础1工程地质概论变质岩：原岩变了性质的一种岩石矿物成分：原生矿物、次生矿物

和特殊矿物结构：变晶结构、变余结构、碎裂结构构造：块状构造、板状构造、千枚状构

造、片状构造、片麻状构造块状的片状的板岩板状的常见千枚状的蛇纹岩大理岩片麻状的千枚岩片麻岩58土力学与地基基础1工程地质概论1.2.2.2岩石的性质物理力学性质指标天然重度比重抗压强度弹性模量承载力59土力学与地基基础1工程地质概论——母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑。其中较细的碎屑已被风或雨水带走。1.3第四纪沉积物（简）1.3.1残积层不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下介绍其中主要的几种成因类型。残积层断面裂隙多无层次平面分布厚度不均特点：不均匀沉降土坡稳定性60土力学与地基基础1工程地质概论1.3.2坡积层

当雨水和融雪水等洗刷山坡时，将山上的石屑顺着斜坡搬运到较平缓的山坡或者山麓处，逐渐堆积成坡积层。厚薄不均，上薄下厚倾斜层理，但不明显土质不均，与基岩无关孔隙比大，压缩性高特点：坡积层断面不均匀沉降地基稳定性61土力学与地基基础1工程地质概论1.3.3洪积层由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，冲刷并搬运大量岩屑，流至山谷出口与山前倾斜平原，堆积而成洪积层。洪积层断面洪积扇群层理构造不均匀沉降地基稳定性62土力学与地基基础1工程地质概论●河床沉积层●河漫滩沉积层●河流阶地沉积层●古河道沉积层1.3.4冲积层由河流的流水将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带，所形成的沉积物称为冲积层。1.3.4.1平原河谷冲积层63土力学与地基基础1工程地质概论1.3.4.2山区河谷冲积层在山区，河谷两岸陡峻削，大多仅有河谷阶地，盆地和宽谷中有河漫滩冲积层。1.3.4.3山前平原冲积洪积层

山前平原沉积层具有分带性：近山一带，为冲积和部分冲积的粗粒物组成；向平原低地，逐渐变为砂土和粘土。1.3.4.4三角洲沉积层

大量泥沙在河口沉积而成，面积很大，厚度可达百米，为新近沉积层。含水率大，压缩性高，承载力低。●粗粒漂石、卵石与圆砾●厚度一般不超过10~15m64土力学与地基基础1工程地质概论

●滨海沉积物

●大陆架浅海沉积物

●陆坡沉积物

●深海沉积物1.3.5海相沉积层1.3.6湖沼沉积层

●湖相沉积层

●沼泽沉积层1.3.7冰积层和风积层

●冰碛层

●冰水沉积层65土力学与地基基础1工程地质概论1.4不良地质条件（简）1.4.1断层

岩层在地应力作用下发生断裂，断裂面两侧的岩体显著发生相对位移，称为断层。东非大裂谷断层形成机理正断层逆断层平移断层66土力学与地基基础1工程地质概论1.4.2节理发育岩层在地应力作用下形成断裂，但未发生相对位移时称为节理。三组节理柱状节理按成因节理可分为：①原生节理，成岩过程中形成，如沉积岩中因缩水而造成的泥裂或火成岩冷却收缩而成的柱状节理；②构造节理，由构造变形而成；③非构造节理，由外动力作用形成的，如风化作用、山崩或地滑等引起的节理，常局限于地表浅处。67土力学与地基基础1工程地质概论1.4.3滑坡山坡失滑原因：人类活动原因和自然环境因素1.4.4河床冲淤

凹岸坍坡、凸岸淤积

三十年河东，三十年河西建房：或增荷、或削坡脚生产生活用水：渗透降低土的抗剪强度坡脚被冲刷：天然边坡变陡雨水入渗：降低土的内摩擦角1.4.5岸坡失稳1.4.6河沟侧向位移68土力学与地基基础1工程地质概论1.5地下水1.5.1地下水对工程的影响（略）

●基础埋深1.5.2地下水分类（图1-13）

●施工排水

●地下水位升降

●地下室防水

●水质侵蚀性

●空心结构物浮起

●承压水冲破基槽

●上层滞水

●潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。

●承压水1.5.3地下水位（略）69土力学与地基基础1工程地质概论1.5.4地下水的运动●土的渗透性：土体可被水透过的性质。1.5.4.1达西（Darcy,1856）定律（1）定义

●公式

●渗透系数

●水力梯度

●流速v（2）适用范围：砂土、一般粘性土70●大小：土力学与地基基础1工程地质概论1.5.4.2动水力（渗透力）（3）渗流作用于土骨架单位体积上的力（单位体积渗流力GD、j）为（1）土颗粒对水流的阻力（2）总渗透力为渗透水流作用在土颗粒上的力，大小为●方向：与渗流方向一致●作用点：土骨架重心。71土力学与地基基础1工程地质概论（1）流土（2）管涌1.5.4.3渗透破坏形式

在渗流作用下，某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象。它可以是整体性的，也可是局部性的。流土或砂沸常发生于渗流出逸处而不发生于土体内部。

在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过其粗大孔隙发生移动，或被水流带出的现象。它发生的部位可以在渗流出逸处，也可以在土体内部，故亦称之为渗流引起的潜蚀现象。（1-5）●临界水力梯度72土力学与地基基础1工程地质概论1.5.5地下水水质（简）（1）结晶性侵蚀（2）分解性侵蚀（3）结晶分解复合型侵蚀73土力学与地基基础1工程地质概论[1]杨进良.土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2006.参考资料：[2]周汉荣,赵明华.土力学地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.74土力学与地基基础1工程地质概论●了解地质年代、工程地质的内容和重点●熟悉矿物与岩石的种类●熟悉第四纪沉积层的分类及其特点●熟悉不良地质条件●熟悉地下水对工程的影响、地下水位、水质●掌握地下水分类、达西定律、渗流力及渗流变形型式本章重点：本章要求：●地下水分类●达西定律的定义及适用范围

●渗流力及渗流变形型式

习题：●复习思考题1.14、1.15●习题1.7、1.875土力学与地基基础1工程地质概论76土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2土的物理性质及工程分类2.1土的生成与特性2.1.1土的生成（1）物理风化（2）化学风化（3）生物风化

●原生矿物：石英、长石、云母粗粒土（无粘性土）：砾石和砂●次生矿物：蒙托石、伊里石、高岭石细粒土（粘性土）：粘土和粉质粘土●有机土：泥炭等77土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.1.2土的结构和构造指土在生成过程中形成的土粒空间排列及联结形式。2.1.2.1土的结构（1）定义（2）影响因素：矿物成分、颗粒大小形状、沉积条件（3）种类及其工程性质●单粒结构——散粒结构图单粒结构单粒结构是粗粒土如砂土及砾石等的结构特征。78土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类●蜂窝结构粉土、粘土（d<0.02mm）●絮状结构——二级蜂窝结构粘土（d<0.005mm）蜂窝结构絮状结构79土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.1.2.2土的构造●层状构造●分散构造●结核状构造●裂隙状构造2.1.3土的工程性质（略）2.1.4土的生成与工程性质的关系（略）80土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.2土的三相组成2.2.1土的固体颗粒（土粒、固相）2.2.1.1土粒的矿物成分（1）原生矿物：岩石经物理风化而成，成分与母岩相同（2）次生矿物：主要为粘土矿物（3）腐殖质（1）土的三相：固相、液相和气相（2）干土和饱和土（二相系）●单矿物颗粒：石英、长石、云母等（砂土）●多矿物颗粒：（漂石、卵石和粗粒土的砾石）●蒙脱石●伊利石●高岭石亲水性：高低81土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.2.1.2土颗粒的大小和形状（土粒粒组）●分界粒径——使土的性质呈质变的某些粒径。●粒组——相邻分界粒径之间的粒径范围。

粒径/mm卵碎石砾砂粒粉粒粘粒漂块石1/20022000.07560粘土粗砂碎石卵石82土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.2.1.3土粒分析方法●筛析法——大于0.075mm土颗粒●密度计法——小于0.075mm土颗粒●联合测定

确定土中各粒组的相对含量，通常用试验方法，称颗粒大小分析试验，简称颗分试验。SieveanalysisHydrometeranalysis83土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.2.1.4土的粒径级配（1）土的粒径级配

——土中各个粒组质量的相对含量百分比。84土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类●曲线坡降渐变：连续级配或称正常级配●曲线坡度陡：土粒大小分布范围窄●曲线坡度缓：土粒大小分布范围广●出现水平段：表示土中缺乏某些粒径，为不连续级配（3）特征指标

●不均匀系数：反映土粒是否均匀的一个系数，值越大表明土中土颗粒越不均匀。

（2）曲线分布状态●曲率系数：为反映土的土粒分布曲线形态、分布范围（如宽窄、陡缓、平滑）和土粒级配连续性的一个系数。（2-1）（2-2）85土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（4）判别●级配良好的土：能同时满足、，粒径曲线为坡度较缓，级配连续，粒径分布范围广的平滑曲线。

●级配不良的土：不能同时满足、条件的土。Example2.1:86图土中水示意图土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.2.2土中水（1）结合水●强结合水（吸着水）●弱结合水（薄膜水）（2）自由水●重力水●毛细水（3）气态水（4）固态水2.2.3土中气体●自由气体：影响不大●封闭气泡：橡皮土、渗透性下降87土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3土的物理性质指标——指组成土的各相在体积和重量上的比例关系。88土粒空气水土的三相图土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类89土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3.1土的三项基本物理性质指标——直接测定指标2.3.1.1土的（天然）密度和重度（Total,Wet,orMoistdensity）（1）定义：指土在天然状态下（即保持原有结构及含水率不变）单位体积的质量（重量）。（2）测试方法：●环刀法：细粒土●灌水（砂）法：粗粒土90土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3.1.2土粒的相对密度（比重）（Specificgravity）（1）定义：指在100℃~105℃以下烘至恒重时的土粒重量或质量与4℃时同体积纯水的重量或质量之比。（2）表达式（2-4）（3）常见值●粘性土：2.72～2.75●粉土：2.70～2.71●砂土：2.65～2.69（4）测定方法●比重瓶法91土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3.1.3土的含水率（WaterContent）（1）定义：土中水的重量（或质量）与105℃下烘至恒重时土粒的重量（或质量）之比，以百分数计。（2）表达式（2-5）（3）常见值（4）测定方法●烘箱法92土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3.2反映土的松密程度的指标2.3.2.1孔隙比（Voidratio）孔隙比：土中孔隙的体积与土粒体积之比，以小数计。

2.3.2.2孔隙率（Porosity）孔隙率：土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分数计。（2-6）（2-7）Simplecubic(SC),e=0.91,ContractCubic-tetrahedral(CT),e=0.65,Dilate

93——指土中水分的体积与总孔隙体积之比。土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3.3反映土中含水程度的指标（1）饱和度(DegreeofSaturation)稍湿

很湿

饱和

（2）表达式（3）工程应用（2-8）94土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.3.4.1干密度（Drydensity）与干重度

单位体积土体中土粒的质量（重量）。2.3.4待定条件下土的密度（重度）2.3.4.2饱和密度（Saturateddensity）与饱和重度土孔隙充满水时，单位体积土的质量（重量）。2.3.4.3浮密度（Submerged、Buoyantdensity)浮重度

土被水淹没时，土受到水的浮力作用，为土淹没在水下的有效密度或有效重度。（2-9）（2-10）（2-11）95土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类土粒空气水2.3.5指标换算方法96土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（1）令土粒体积为1，由孔隙比的定义（孔隙体积与土粒体积之比）知孔隙体积为e，总体积为1+e。土粒气体水97土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类●由比重定义知可得，●由含水率定义知可得，●由天然密度定义知重新绘制三相图有98土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类土粒气体水（2）由水和土粒质量之和为土体质量知得孔隙比99土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（3）由饱和度的定义知（4）由孔隙率定义知（5）由干密度定义知将e代入，得100土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（6）由饱和密度定义知（7）由浮密度定义知101相对密实度(DensityIndex,ID,)

土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.4.1无粘性土的密实度2.4.1.1孔隙比e和孔隙率n2.4.1.2相对密度·疏松中密密实2.4.1.3标准灌入试验N（后详）

将风干的无粘性土试样用漏斗法测定其最小干密度，用振击法测定其最大干密度。2.4土的物理状态指标102土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.4.2粘性土的物理状态指标(AtterbergLimits)2.4.2.1粘性土的稠度稠度:指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。固态流塑状态可塑状态半固态wLiquidStatePlasticStateSemisolidStateSolidStateLiquidLimit,LLPlasticLimit,PLShrinkageLimit,SL2.4.2.2界限含水率●液限：由流塑状态转变为可塑状态的分界含水率；●塑限：由可塑状态转变为半固态的分界含水率；●缩限：土的体积不再减小时的界限含水率。（1）定义103土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（2）测试方法●测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。●测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。●液、塑限联合测定法：塑限——5秒入土2mm时的含水率

10mm液限——5秒入土10mm时的含水率

17mm液限——5秒入土17mm时的含水率碟式仪：25击合拢长度＝13mm时含水率为液限。104土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（3）粘性土的塑性指数(PlasticityIndex)（4）粘性土的液性指数(LiquidityIndex)（5）活动度A（6）灵敏度St和触变性105土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类2.5地基土的工程分类2.5.1分类的必要性和分类指标●土的颗粒大小及分布●土的塑性和液限●有机质含量2.5.2岩石2.5.3碎石土2.5.4砂土2.5.5粉土2.5.6粘性土2.5.7人工填土106土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类

该规范按土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，然后再进一步细分。（1）碎石土的分类若土中粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50％，则该土属于碎石土。（2）砂土的分类若土中粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50％、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50％，则该土属于砂土。砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂2.5.8《建筑地基基础设计规范》中的地基土分类107土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类（3）粉土若土的塑性指数小于或等于10，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总量的50％，则该土属于粉土。（4）粘性土的分类若土的塑性指数大于10，粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总量的50％，则该土属于粘性土。进一步地，将再静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土称为淤泥。天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0的粘性土称为淤泥质土。粘土：IP>17

粉质粘土：10<IP<17108土力学与地基基础2土的物理性质及工程分类

粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。（1）巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土应按试样中所含粒径大于60mm的巨粒组含量来划分。试样中含巨粒组质量多于总质量的50％的土称为巨粒土；试样中巨粒组质量为总质量的15％～50％的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的15％的土，可扣除巨粒