江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,建 筑 地 基 基 礎(chǔ),郭曉劍 注冊造價師 一級建造師,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1 地基土（巖）的物理性質(zhì)及分類,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.1 地質(zhì)作用和地質(zhì)構(gòu)造,1.1.1 地質(zhì)作用 建筑場地的地形、地貌和組成物質(zhì)（土與巖石）的成分、分布厚度及特性，取決于地質(zhì)作用。 構(gòu)成天然地基的物質(zhì)是地殼中的巖石和土。地殼平均厚度為16km，它的物質(zhì)、形態(tài)和內(nèi)部構(gòu)造是在不斷地改造和演變的。導(dǎo)致地殼成分、構(gòu)造、形態(tài)發(fā)生變化的作用，稱為地質(zhì)作用。可分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,內(nèi)力地質(zhì)作用 一般認(rèn)為，由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用。eg. 巖漿活動，地殼運動（構(gòu)造運動）和變質(zhì)作用。 外力地質(zhì)作用 由太陽輻射能和地球重力位能引起。 晝夜和季節(jié)氣溫變化，雨雪、山洪、河流、冰川、風(fēng)及生物等對母巖產(chǎn)生的風(fēng)化、剝蝕、搬運與沉積作用。 這種外力（包括大氣、水、生物）對原巖機械破碎和化學(xué)變化的作用，統(tǒng)稱為風(fēng)化作用。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造的概念 由于受到地殼運動的作用而發(fā)生連續(xù)或不連續(xù)的永久性形變而形成的各種構(gòu)造形態(tài)。 褶皺構(gòu)造 地殼中的巖體由于受到地殼運動的作用而發(fā)生連續(xù)、完整的永久性形變而形成的各種構(gòu)造形態(tài)。 斷裂構(gòu)造 在地殼運動的作用下，巖層喪失了原有的連續(xù)完整性，在其內(nèi)部產(chǎn)生了許多斷裂面，統(tǒng)稱為斷裂構(gòu)造。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.1.3 地質(zhì)年代的概念 地質(zhì)年代是指地殼發(fā)展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相應(yīng)的時代段落。 在地質(zhì)學(xué)中，把某一地質(zhì)時代形成的一套巖石稱為那個時代的地層。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,在新生代中最新近的一個紀(jì)稱為第四紀(jì)。通常所說的土為新生代第四紀(jì)更新世（距今約100萬年）形成的，更新世又分為早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后為全新世（Q4）。,紀(jì)(系),江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.2 巖石的成因類型和工程分類,1.2.1 主要造巖礦物 礦物和巖石是組成地殼的物質(zhì)。礦物是地殼中天然生成的自然元素或化合物。巖石是由一種或多種礦物組合成的集合體。 在巖石中常見的礦物稱為造巖礦物。最常見的造巖礦物只有三十多種，如石英、長石、輝石、角閃石、云母、方解石、高嶺石等。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.2.2 巖石的成因類型 巖漿巖 巖漿巖是由巖漿侵入地殼或噴出地表而形成的。巖漿噴出地表冷凝后形成的稱為噴出巖，在地表以下冷凝形成的則稱為侵入巖。 沉積巖 地表的原巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕作用而形成的巖石碎屑、溶液析出物或有機質(zhì)等，經(jīng)流水、風(fēng)、冰川等搬運到低洼處或海洋中沉積而成。 變質(zhì)巖 組成地殼的巖石由于地殼運動和巖漿活動的影響，使其在固態(tài)下發(fā)生礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的改變，從而形成新的巖石。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.2.3 巖石的工程分類 按巖石的堅硬程度分為：堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖 。 按巖石的風(fēng)化程度分為：未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強風(fēng)化、全風(fēng)化、殘積土。 按巖石的完整程度分為：完整、較完整、較破碎、極破碎。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.3 土的成因類型,1.3.1 殘積土、坡積土、洪積土 殘積土 原巖表面經(jīng)風(fēng)化作用后而殘留在原地的碎屑物。 坡積土 高處的巖石風(fēng)化物，由于受到雨、雪水流的搬運，或由于重力的作用而沉積在較平緩的山坡上 洪積土 由暴雨或大量融雪形成的暫時性山洪急流，將大量的基巖風(fēng)化產(chǎn)物或基巖剝蝕、搬運、堆積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原而形成洪積土。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.3.2 沖積土 平原河谷沖積土 山區(qū)河谷沖積土 三角洲沖積土 1.3.3 其它沉積土 海洋沉積土 湖泊沉積土,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.4 土的組成,1.4.1 土的固體顆粒 土中的固體顆粒(簡稱土粒)的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,土的顆粒級配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。 將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶譃槿舾闪＝M，各個粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。根據(jù)界限粒徑200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分為六大粒組：漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫(角礫)顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量(各粒組占土粒總量的百 分?jǐn)?shù))來表示，稱為土的顆粒級配。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,利用顆粒級配累積曲線可以確定土粒的級配指標(biāo)，d60與d10的比值稱為不均勻系數(shù)： 不均勻系數(shù) 反映大小不同粒組的分布情況，越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級配越良好，作為填方工程的土料時，則比較容易獲得較大的密實度曲率系數(shù)描寫的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。 顆粒級配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,土粒的礦物成分 土粒的礦物成分主要決定于母巖的成分及其所經(jīng)受的風(fēng)化作用。不同的礦物成分對土的性質(zhì)有著不同的影響，其中以細(xì)粒組的礦物成分尤為重要 。 六大粒組的礦物成分 漂石、卵石、圓礫等粗大顆粒；砂粒；粉粒；粘粒。 粘土礦物的比表面 由于粘土礦物是很細(xì)小的扁平顆粒，顆粒表面具有很強的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強。粘土礦物表面積的相對大小可以用單位體積(或質(zhì)量)的顆粒總表面積(稱為比表面)來表示。 由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化，必然導(dǎo)致土的性質(zhì)的突變，所以，土粒大小對土的性質(zhì)起著重要的作用。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.4.2 土中的水和氣 土中水 在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。 存在于土中的液態(tài)水可分為吸附水(結(jié)合水)和自由水兩大類。 吸附水 吸附水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。這種電分子吸引力高達(dá)幾千到幾萬個大氣壓，使水分子和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。 自由水 自由水是存在于土粒表面電場影響范圍以外的水。它的性質(zhì)和普通水一樣，能傳遞靜水壓力，冰點為0，有溶解能力。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,土中氣 土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。 在粗粒的沉積物中常見到與大氣相聯(lián)通的空氣，它對土的力學(xué)性質(zhì)影響不大。 在細(xì)粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，它在外力的作用下具有彈性，并使土的透水性減小。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.4.3 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造，土的構(gòu)造最主要特征就是成層性即層理構(gòu)造。土的構(gòu)造的另一特征是土的裂隙性。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.5 土的三相比例指標(biāo),1.5.1 土的固體顆粒 上節(jié)介紹了土的組成，特別是土顆粒的粒組和礦物成分，是從本質(zhì)方面了解土的性質(zhì)的根據(jù)。但是為了對土的基本物理性質(zhì)有所了解，還需要對土的三相土粒(固相)、土中水(液相)和土中氣(氣相)的組成情況進行數(shù)量上的研究。 土的三相比例指標(biāo)：土粒比重、含水量、密度、干密度、飽和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、飽和度。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,土的三相組成示意圖,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,土粒比重（土粒相對密度） ds 土的密度 土的含水量,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.5.2 指標(biāo)的換算,令w1= w ,Vs=1 因 所以VV=e,V=1+e,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.6 無粘性土的密實度,無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強度較大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時，則是不良地基。對于同一種無粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.6.1 砂土 砂土的密實度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，屬密實的砂土，是良好的天然地基，當(dāng)e大于0.95時，為松散狀態(tài)，不宜作天然地基。但未考慮土顆粒級配的影響。若考慮級配因素，可采用相對密實度Dr來表示砂土的密實度： 采用現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N來判斷,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.6.2 碎石土 碎石土不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現(xiàn)場進行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密和稍密三種。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.7 粘性土的物理特征,粘性土最主要的性質(zhì)是土粒與水相互作用產(chǎn)生的稠度。它反映土粒之間連接強度隨含水量高低而變化的性質(zhì)。 A 稠度：是指土的軟硬狀態(tài)或土對受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力。 B 稠度界限：粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的分界含水量。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.7.1 界限含水量 同一種粘性土隨其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫界限含水量,界限含水量的測定方法： 塑限 ：搓條法（滾搓法）； 液限 ：錐式液限儀（如下圖）。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.7.2 塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù)IP： IP表示土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍大小。它與顆粒粗細(xì)、礦物成分和水中離子成分濃度有關(guān)。 土顆粒越細(xì)且含量越多，則比表面越大，土的結(jié)合水含量越高， IP越大。當(dāng)水中高價陽離子濃度增加時，土粒表面吸附的反離子層厚度變薄結(jié)合水含量相應(yīng)減少， IP也小；反之， IP變大。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,液性指數(shù)IL： IL是反映粘性土軟硬狀態(tài)的指標(biāo)。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.7.3 靈敏度和觸變性 靈敏度： 天然狀態(tài)的粘性土當(dāng)受擾動后，其強度降低、壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對強度的這種影響，可用靈敏度衡量： 根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為：低靈敏、中靈敏、高靈敏。 觸變性：飽和粘性土當(dāng)受擾動后，其強度降低，但當(dāng)擾動停止后，強度又隨時間增大，這種特性稱為觸變性。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.8 土的滲透性,地下水通過土顆粒之間的孔隙流動，土體可被水透過的性質(zhì)稱為土的透水性。它表明水通過孔隙的難易程度。 工程設(shè)計中，計算地基沉降速率，或地下水位以下施工需計算地下水的涌水量，選擇排水措施等均應(yīng)用滲透性指標(biāo)。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.8.1 地下水的埋藏條件 上層滯水：地表水下滲積聚在局部透水性小的粘性土隔水層上的水。為雨水補給，有季節(jié)性。 潛水：埋藏在地表以下第一個連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層上，具有自由水面的重力水。為雨水等補給，水位有季節(jié)性變化。一般埋藏在第四紀(jì)沉積層及基巖的風(fēng)化層中。水面標(biāo)高稱為地下水位。 承壓水：埋藏在兩個連續(xù)分布的隔水層之間，完全充滿的有壓地下水。通常存在于卵石層中，承受一定的靜水壓力。其埋藏區(qū)與地表補給區(qū)不一致。因此，承壓水的動態(tài)變化受局部氣候因素影響不明顯。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.8.2 水的透水性 滲透實驗與達(dá)西定律 法國學(xué)者達(dá)西（Darcy,H. ）1856年做砂土的滲透實驗，發(fā)現(xiàn)達(dá)西定律。 注意：達(dá)西定律中，v 不是某個土孔隙中水的滲流速度，而是水流通過的整個斷面上的平均滲流速度。 k的物理意義：單位水力坡降(i=1)時的滲透速度。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,影響土滲透性因素： 土孔隙大小 土粒的大小、形狀、級配以及顆粒的排列和土的結(jié)構(gòu)等 地下水溫度、密度及其粘滯性（即內(nèi)摩阻力） 地下水的飽和度,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,1.8.3 動水力和流砂現(xiàn)象 動水力 水流動時，水對單位體積土的骨架作用的力。是水流對土體施加的體積力。與水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。,江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,流砂： 當(dāng)水流自下而上流動時，動水力方向與重力方向相反，使土顆粒懸浮。當(dāng)動水力等于或大于土的浮重度時，土粒之間毫無壓力，土隨水流動。即： wi= ，所以，icr= /