1、 地基基礎工程地基基礎工程 土的物理性質概述土的物理性質概述 巖石巖石 風化（風化（物理、物理、 化學化學）作用）作用 巖石破碎巖石破碎 化學成分改變化學成分改變 搬運搬運 沉積沉積 大小、形狀和大小、形狀和 成分都不相同成分都不相同 的松散顆粒集的松散顆粒集 合體合體（土）（土） 土土 固相固相 液相液相 氣相氣相 土中顆粒的大小、成分土中顆粒的大小、成分 及三相之間的相互作用及三相之間的相互作用 和比例關系，反映出土和比例關系，反映出土 的不同性質的不同性質 土粒土粒 土中水土中水 土中氣土中氣 地基基礎工程地基基礎工程 1.1 1.1 土的組成及其結構與構造土的組成及其結構與構造 n一、

2、土的固相一、土的固相 土粒的大小、相關礦物成分以及大小搭配情況土粒的大小、相關礦物成分以及大小搭配情況 對土的物理力學性質有明顯影響對土的物理力學性質有明顯影響 1.土的顆粒級配（粒度成分）土的顆粒級配（粒度成分） 工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為劃分為 若干粒組若干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通，為了表示土粒的大小及組成情況，通 常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土粒常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土粒 總量的百分數）來表示，稱為總量的百分數）來表示，稱為土的顆粒級配土的顆粒級配 試驗方法試驗方法 篩分法：篩分法：適用于適用于0

3、.075mmd60mm 比重計法比重計法: :適用于適用于d0.075mm 地基基礎工程地基基礎工程 地基基礎工程地基基礎工程 篩分法篩分法 用一套孔徑不同的篩子，按用一套孔徑不同的篩子，按 從上至下篩孔逐漸減小放置。從上至下篩孔逐漸減小放置。 將事先稱過質量的烘干土樣將事先稱過質量的烘干土樣 過篩，稱出留在各篩上的土過篩，稱出留在各篩上的土 質量，然后計算其占總土粒質量，然后計算其占總土粒 質量的百分數質量的百分數 地基基礎工程地基基礎工程 比重計法比重計法 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同 來確定小于某粒徑的土粒含量來確定小于某粒徑的土粒含量 地

4、基基礎工程地基基礎工程 顆粒粒徑級配曲線顆粒粒徑級配曲線 縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比, ,橫坐橫坐 標表示土粒的粒徑標表示土粒的粒徑( (對數坐標）對數坐標） 地基基礎工程地基基礎工程 顆粒級配的描述顆粒級配的描述 工程上常用不均勻系工程上常用不均勻系 數數Cu描述顆粒級配的描述顆粒級配的 不均勻程度不均勻程度 6 0 1 0 u d C d d10、d30、d60小于某粒徑的小于某粒徑的 土粒含量為土粒含量為10%、 30%和和 60%時所對應的粒徑時所對應的粒徑 Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均 勻。工程上把勻。工程上把Cu5的土視

5、的土視 為級配不良的土；為級配不良的土； Cu10 的土視為級配良好的土的土視為級配良好的土 曲率系數曲率系數C Cc描述顆粒級描述顆粒級 配曲線整體形態，表明配曲線整體形態，表明 某粒組是否缺失情況某粒組是否缺失情況 2 3 0 1 06 0 c d C dd 對于礫類土或砂類土，同時滿對于礫類土或砂類土，同時滿 足足Cu5和和Cc= =13時，定名為時，定名為 良好級配砂或良好級配礫良好級配砂或良好級配礫 d 60 60限定粒徑限定粒徑 d 10 10有效粒徑有效粒徑 d 30 30中值粒徑中值粒徑 地基基礎工程地基基礎工程 2.土粒的礦物成分土粒的礦物成分 礦物成分取決于礦物成分取決于母

6、巖的礦物成分母巖的礦物成分和和風化作用風化作用 原生礦物：原生礦物：由巖石經過物理風化形成，其礦物成分由巖石經過物理風化形成，其礦物成分 與母巖相同與母巖相同 次生礦物：次生礦物：巖石經化學風化后所形成的新的礦物，巖石經化學風化后所形成的新的礦物， 其成分與母巖不相同其成分與母巖不相同 例：例：石英、云母、長石等石英、云母、長石等 特征：特征：礦物成分的性質較穩定，由其組成的土具礦物成分的性質較穩定，由其組成的土具 有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點 例：例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等 特征：特征：性質較不穩定

7、，具有較強的親水性，遇水性質較不穩定，具有較強的親水性，遇水 易膨脹的特點易膨脹的特點 地基基礎工程地基基礎工程 n二、土中的水二、土中的水 土中水的含量明顯地影響土的性質土中水的含量明顯地影響土的性質( (尤其是粘性尤其是粘性 土土) )。土中水除了一部分以結晶水的形式吸附于固。土中水除了一部分以結晶水的形式吸附于固 體顆粒的晶格內部外，還存在結合水和自由水體顆粒的晶格內部外，還存在結合水和自由水 1.結合水結合水 強結合水：強結合水：緊靠于顆粒表面、所受電場的作用力很大、緊靠于顆粒表面、所受電場的作用力很大、 幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接

8、近于固體 弱結合水：弱結合水：緊靠強結合水的外圍形成的結合水膜，所緊靠強結合水的外圍形成的結合水膜，所 受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱 2.自由水自由水 存在于土粒電場影響范圍以外，性質和普通水無異，能存在于土粒電場影響范圍以外，性質和普通水無異，能 傳遞水壓力，冰點為傳遞水壓力，冰點為0，有溶解能力，有溶解能力 以兩種形式存在：以兩種形式存在：毛細水、重力水毛細水、重力水 地基基礎工程地基基礎工程 n三、土中氣體三、土中氣體 土中氣體土中氣體存在于土孔隙中未被水占據的部分，存在于土孔隙中未被水占據的部分， 分為分為與大氣連通的非封閉氣體與大氣連通

9、的非封閉氣體和和與大氣不連與大氣不連 通的封閉氣體通的封閉氣體 1.非封閉氣體：非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對受外荷作用時被擠出土體外，對 土的性質影響不大土的性質影響不大 2.封閉氣體：封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或受外荷作用，不能逸出，被壓縮或 溶解于水中，壓力減小時能有所復原，對土的性溶解于水中，壓力減小時能有所復原，對土的性 質有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大質有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大 和延長土體受力后變形達到穩定的歷時和延長土體受力后變形達到穩定的歷時 地基基礎工程地基基礎工程 n四、土的結構四、土的結構 在成土過程中所形成的土粒的空間排列

10、及其聯結形式，在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯結形式， 與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有 關關 1.單粒結構：單粒結構：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落 形成的單粒結構，形成的單粒結構，其特點其特點是土粒間存在點與點的接觸。根是土粒間存在點與點的接觸。根 據形成條件不同，可分為疏松狀態和密實狀態據形成條件不同，可分為疏松狀態和密實狀態 密實狀態密實狀態疏松狀態疏松狀態 地基基礎工程地基基礎工程 2.蜂窩結構：蜂窩結構：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大顆粒間點與點接觸，由于

11、彼此之間引力大 于重力，接觸后，不再繼續下沉，形成鏈環單位于重力，接觸后，不再繼續下沉，形成鏈環單位, ,很多鏈很多鏈 環聯結起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結構環聯結起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結構 3.絮狀結構絮狀結構：細微粘粒大都呈針狀或片狀，質量極輕，細微粘粒大都呈針狀或片狀，質量極輕， 在水中處于懸浮狀態。當懸液介質發生變化時，土粒表在水中處于懸浮狀態。當懸液介質發生變化時，土粒表 面的弱結合水厚度減薄，粘粒互相接近，凝聚成絮狀物面的弱結合水厚度減薄，粘粒互相接近，凝聚成絮狀物 下沉，形成孔隙較大的絮狀結構下沉，形成孔隙較大的絮狀結構 蜂窩結構蜂窩結構 絮狀結構絮狀結構 地基基礎工程地基基礎

12、工程 n五、土的構造五、土的構造 土的構造土的構造是指土體中各結構單元之間的關系。主要是指土體中各結構單元之間的關系。主要 特征是土的成層性和裂隙性特征是土的成層性和裂隙性, ,即層理構造和裂隙構造，即層理構造和裂隙構造， 二者都造成了土的不均勻性二者都造成了土的不均勻性 1.層理構造：層理構造：土粒在沉積過程中土粒在沉積過程中, ,由于由于不同階段不同階段沉積沉積 的物質成分、顆粒大小或顏色不同的物質成分、顆粒大小或顏色不同, ,而沿而沿豎向豎向呈現出呈現出 成層特征，分成層特征，分水平層理水平層理和和交錯層理交錯層理。 3.裂隙構造：裂隙構造：土體被許多不連續的小裂隙所土體被許多不連續的小

13、裂隙所分割分割, ,在在 裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物 2.2.分散構造分散構造: :土層中土粒分布均勻，性質相近，如土層中土粒分布均勻，性質相近，如 砂，卵石層為分散構造。砂，卵石層為分散構造。 地基基礎工程地基基礎工程 1.2 1.2 土的物理性質指標土的物理性質指標( (三相比例指標三相比例指標) ) n一、土的三相草圖一、土的三相草圖 氣氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw V Va 質量質量m 體積體積V n二、直接測定指標二、直接測定指標 1.土的密度土的密度：單位單位g g/ /cmcm3 3 單位體積土的質量單位體積土的質量 aws ws

14、VVV mm V m 工程中常用重度工程中常用重度 來表示單位來表示單位 體積土的重量體積土的重量 g 重力加速度，近重力加速度，近 似取似取10m/s10m/s2 2 Vv 測定方法：測定方法：環刀法、灌水法環刀法、灌水法 粘土粘土 =1.8=1.82.0g/cm2.0g/cm3 3 砂土砂土 =1.6=1.62.0g/cm2.0g/cm3 3 地基基礎工程地基基礎工程 ）、環刀法：）、環刀法：主要適用于黏性土、粉土與砂土，采用容積主要適用于黏性土、粉土與砂土，采用容積 為為10001000cmcm3 3或或200200cmcm3 3的不銹鋼環刀的不銹鋼環刀 ）、灌水法：）、灌水法：主要適用

15、于卵石、礫石與原狀砂。主要適用于卵石、礫石與原狀砂。 具體做法：現場挖試坑，將挖出的試樣裝入容器，稱其具體做法：現場挖試坑，將挖出的試樣裝入容器，稱其 質量，再用塑料薄膜平鋪于試坑內，注水至袋內水面與坑口質量，再用塑料薄膜平鋪于試坑內，注水至袋內水面與坑口 齊平，注入的水量即為試坑體積。齊平，注入的水量即為試坑體積。 特定條件下土的重度：特定條件下土的重度： ）干重度：）干重度：單位體積土粒重量單位體積土粒重量 s d m g V 工程應用：干重度常用于填方工程土體壓實質量控制標準。工程應用：干重度常用于填方工程土體壓實質量控制標準。 r rd d 越大，表明土體壓得愈密實越大，表明土體壓得愈

16、密實 地基基礎工程地基基礎工程 ）飽和重度：）飽和重度：孔隙中全部充滿水時單位體積土粒重量孔隙中全部充滿水時單位體積土粒重量 sv sat m gV V 3 18 23/ sat KN m （） 常見值：常見值： ）有效重度：）有效重度：地下水位以下時，土體受水的浮力作用時，地下水位以下時，土體受水的浮力作用時， 單位體積土體重量。單位體積土體重量。 / ss m gV V () sV m gVV V sat 3 8 13/KN m / （）常見值：常見值： 地基基礎工程地基基礎工程 2.土粒相對密度土粒相對密度ds（土粒比重）（土粒比重）： 土粒質量與同體積的土粒質量與同體積的4時純水時純水

17、 的質量之比的質量之比 ss s s m d V 土粒相對密度變化范圍不大土粒相對密度變化范圍不大, ,土中有機質含量增加，土粒相對密土中有機質含量增加，土粒相對密 度減小度減小 氣氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw V Va 質量質量m 體積體積V 無量綱無量綱 土的名稱土的名稱 d ds s 砂土砂土 粉土粉土 粉質粘土粉質粘土 粘土粘土 泥炭泥炭 2.652.69 2.702.71 2.722.73 2.742.76 1.51.8 地基基礎工程地基基礎工程 氣氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw V Va 質量質量m 體積體積V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的 質

18、量與土粒質量之比，以百分質量與土粒質量之比，以百分 數表示數表示 100% s m m 土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天 然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及 其所處的自然地理環境等有關。其所處的自然地理環境等有關。 測定方法：測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法 主要適用于黏性土、砂土、粉土等常規實驗。主要適用于黏性土、砂土、粉土等常規實驗。 100% s s m m m 地基基礎工程地基基礎工程 n三、換算指標三、換算指標 氣

19、氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw VV Va 質量質量m 體積體積V 1.孔隙比孔隙比e 和孔隙率和孔隙率n 孔隙比孔隙比e ：土中孔隙體積土中孔隙體積 與土粒體積之比與土粒體積之比 s v V V e 孔隙率孔隙率n ：土中孔隙體積與土中孔隙體積與 總體積之比，以百分數表示總體積之比，以百分數表示 %100 V V n v 砂土砂土 e e0.50.51.01.0， 當當e e0.61.01.0時為軟弱地基時為軟弱地基 e e 和和n n , ,土質愈疏松土質愈疏松 1 e n e 或或 1 n e n 地基基礎工程地基基礎工程 2.土的飽和度土的飽和度Sr ：土中孔土中孔 隙水的

20、體積與孔隙總體積隙水的體積與孔隙總體積 之比，以百分數表示之比，以百分數表示 干土干土Sr= =0, ,完全飽和土完全飽和土Sr= =100%。砂土根據飽和度分砂土根據飽和度分 為三種狀態為三種狀態: : %100 v r V V S S Sr r50%50%稍濕；稍濕； 50 50S Sr r80%80%很濕；很濕； S Sr r80%80%飽和飽和 氣氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw VV Va 質量質量m 體積體積V 飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度，用于評價飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度，用于評價 土體的干濕狀態土體的干濕狀態 地基基礎工程地基基礎工程 n四、指標間的換算四

21、、指標間的換算 氣氣 水水 土粒土粒 dsw Vs1 1+1+e 質量質量m 體積體積V 土的三相指標中土的三相指標中，土粒相土粒相 對密度對密度d ds s ，含水量含水量和和密密 度度是通過試驗測定的，是通過試驗測定的， 可以根據三個基本指標換可以根據三個基本指標換 算出其余各指標算出其余各指標 Vv=e dsw ds（1）w 推導：推導： s md (1) 1 s d e 為計算方便，可令為計算方便，可令V V 1 1或或 V Vs s1 1 令令V Vs s1 1則則V VV Ve e V V1+1+e e ss md s mmm(1) s d m V (1) 1 s d e 即即 (

22、1) 1 s d e 地基基礎工程地基基礎工程 s d m g V (1) (1)(1) s dg e 1 1 sv sat m gV e 1 s dge e () 1 s de e r v V S V s d e m e 地基基礎工程地基基礎工程 n五、例題分析五、例題分析 n【例】某土樣經試驗測得體積為某土樣經試驗測得體積為100cm3，濕土質量為濕土質量為 187g，烘干后，干土質量為烘干后，干土質量為167g。若土粒的相對密度若土粒的相對密度 ds為為2.66，求該土樣的含水量，求該土樣的含水量、密度密度、重度重度 、干重干重 度度d 、孔隙比、孔隙比e、飽和重度、飽和重度sat和有效

23、重度和有效重度 【解】解】 100% s m m m V 3 /7 .181087. 1mkNg s d m g V 據題意據題意 V V = =100 100cmcm3 3m m = = 187g187gm ms s = = 167g 167g s mmm = =187-167=20g187-167=20g 20 100% 167 11.98% 187 100 3 1.87/g cm 167 10 100 3 16.7/KN m 地基基礎工程地基基礎工程 n五、例題分析五、例題分析 (1) 1 s d e r v V S V sv sat m gV V 3 /4 .10104 .20mkN

24、wsat 2.66(1 0.1198) 10.593 1.87 或或 由由2.66 s s s m d V 得得 2.66 s s m V 3 167 62.78 2.66 cm 3 20Vcm vs VVV 3 10062.7837.22cm 則則 v s V e V 37.22 0.593 62.78 20 100 37.22 53.7% 3 167 1037.22 10 20.4/ 100 KN m 地基基礎工程地基基礎工程 1.3 1.3 土的物理狀態指標土的物理狀態指標 n一、無粘性土的密實度一、無粘性土的密實度 土的密實度土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據指單位體積土中固

25、體顆粒的含量。根據 土顆粒含量的多少，天然狀態下的砂、碎石等處于從緊土顆粒含量的多少，天然狀態下的砂、碎石等處于從緊 密到松散的不同物理狀態。無粘性土的密實度與其工程密到松散的不同物理狀態。無粘性土的密實度與其工程 性質有著密切關系性質有著密切關系 無粘性土無粘性土 碎石土碎石土 砂土砂土 密實度大密實度大壓縮性低壓縮性低良好的建筑物地基良好的建筑物地基 反之，松散的無粘性土則是軟弱地基反之，松散的無粘性土則是軟弱地基 地基基礎工程地基基礎工程 2.相對密實度相對密實度Dr minmax max ee ee D r 砂土在天然狀砂土在天然狀 態下孔隙比態下孔隙比 砂土在最密實狀砂土在最密實狀

26、態時的孔隙比態時的孔隙比 砂土在最松散狀砂土在最松散狀 態時的孔隙態時的孔隙 比比 1.孔隙比孔隙比e 天然孔隙比天然孔隙比e可以用來表示砂土的密實度。對于同可以用來表示砂土的密實度。對于同 一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態。一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態。 孔隙比愈大，土愈松散孔隙比愈大，土愈松散 當當e e 0.60.950.95時為松散砂土，強度低，壓縮性高。時為松散砂土，強度低，壓縮性高。 方法簡單，但未考慮土體顆粒級配的影響 地基基礎工程地基基礎工程 當當Dr=0=0時，時， e= =emin，表示土處于最疏松狀態表示土處于最疏松狀態; ;當當 Dr= =1

27、.0時，時， e= =emax，表示土體處于最密實狀態，表示土體處于最密實狀態 3.按動力觸探確定無粘性土的密實度按動力觸探確定無粘性土的密實度 Dr1/3 疏松狀態疏松狀態 1/3Dr2/3 中密狀態中密狀態 2/3Dr1 密實狀態密實狀態 天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數 N進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動 力觸探的錘擊數力觸探的錘擊數N63.5進行評定進行評定(GB50007-2002) 密實度密實度 按按N評定砂石密實度評定砂石密實度 按按N63.5評定碎石土密實

28、度評定碎石土密實度 松散松散稍密稍密中密中密密實密實 N10 N63.55 10N15 5N63.510 15N30 10N63.520 N30 N63.520 因砂土較難采取原 狀土，天然孔隙比 不易測定 n【例】某砂土試樣某砂土試樣, ,試驗測定土粒相對密度試驗測定土粒相對密度ds=2.7, ,含含 水量水量=9.43%, ,天然密度天然密度=1.66/cm3。已知砂樣最密已知砂樣最密 實狀態時稱得干砂質量實狀態時稱得干砂質量ms1= =1.62kg, ,最疏松狀態時稱得最疏松狀態時稱得 干砂質量干砂質量ms2= =1.45kg。求此砂土的相對密度求此砂土的相對密度Dr, ,并判斷并判斷

29、砂土所處的密實狀態砂土所處的密實狀態 【解答】解答】 2.7(1 0.0943) 10.78 1.66 砂土在天然狀態下的孔隙比砂土在天然狀態下的孔隙比 砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比 3 1.62/g cm min max 10.67 sw d d e 砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比 3 1.45 /g cm max min 10.86 sw d d e 42.0 minmax max ee ee D r 相對密實度相對密實度（1/3,2/31/3,2/3中密狀態中密狀態 (1) 1 s d e 1 max s d m V 2 min s d m V 地基基礎工程地基基礎工程 n二、粘性土的稠度

30、二、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度狀態粘性土的稠度狀態 稠度稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破 壞的抵抗能力壞的抵抗能力, ,是粘性土最主要的物理狀態特征是粘性土最主要的物理狀態特征 0 半固態半固態可塑狀態可塑狀態流動狀態流動狀態 塑限塑限P液限液限L 粘性土由某一種狀態過渡到另一狀態的分界含水量粘性土由某一種狀態過渡到另一狀態的分界含水量 稱為土的稱為土的界限含水量界限含水量 液塑限測定根據土工試驗規程液塑限測定根據土工試驗規程(SL237-007-1999) 規定，采用液塑限聯合測定儀進行測定。規定，采用液塑限聯合測定儀進行測定。

31、 固態固態 縮限縮限s 地基基礎工程地基基礎工程 液塑限聯合測定儀液塑限聯合測定儀 下沉深度為下沉深度為17mm所對應的含水量為液限所對應的含水量為液限; ;下沉深下沉深 度為度為2mm處所對應的含水量為塑限處所對應的含水量為塑限 地基基礎工程地基基礎工程 2.粘性土的塑性指數和液性指數粘性土的塑性指數和液性指數 塑性指數塑性指數IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土處在即土處在 可塑狀態的含水量變化范圍可塑狀態的含水量變化范圍 說明：說明：可塑性是粘性土區別于砂土的重要特征，而可可塑性是粘性土區別于砂土的重要特征，而可 塑性大小是用粘性土處于塑性狀態的含水量變化范圍塑性

32、大小是用粘性土處于塑性狀態的含水量變化范圍 來衡量。來衡量。 PLp I 液性指數液性指數IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑 性指數之比性指數之比 P P L I I 塑性指數的大小取決于土顆粒吸附結合水的能力塑性指數的大小取決于土顆粒吸附結合水的能力, ,即與即與 土中粘粒含量有關。粘粒含量越多土中粘粒含量有關。粘粒含量越多, ,塑性指數就越高塑性指數就越高 地基基礎工程地基基礎工程 說明：說明：液性指數表征土的天然含水量與界限含水量間液性指數表征土的天然含水量與界限含水量間 的相對關系。當的相對關系。當IL0時時, ,P, ,土處于堅硬狀態土處于堅

33、硬狀態; ;當當IL 1時時, ,L, ,土處于流動狀態。根據土處于流動狀態。根據IL值可以直接判值可以直接判 定土的軟硬狀態定土的軟硬狀態 狀態狀態 液性指數液性指數 堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑 IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1 地基基礎工程地基基礎工程 1.4 1.4 土（巖）的工程分類土（巖）的工程分類 n一、分類的目的和原則一、分類的目的和原則 土的分類體系就是根據土的工程性質差異將土劃分土的分類體系就是根據土的工程性質差異將土劃分 成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標準，便于在成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標準，便于在 不同土類間作有

34、價值的比較、評價、積累以及學術與經不同土類間作有價值的比較、評價、積累以及學術與經 驗的交流驗的交流 分類原則：分類原則： 1.分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質，分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質， 又要測定方法簡單，使用方便又要測定方法簡單，使用方便 2.土的分類體系所采用的指標要在一定程度上反映不土的分類體系所采用的指標要在一定程度上反映不 同類工程用土的不同特性同類工程用土的不同特性 地基基礎工程地基基礎工程 n二、分類體系與方法二、分類體系與方法 分類體系：分類體系： 1.建筑工程系統分類體系建筑工程系統分類體系 2.工程材料系統分類體系工程材料系統分類體系 側重把土

35、作為建筑地基和環境，研究對象為原狀土，側重把土作為建筑地基和環境，研究對象為原狀土， 例如：建筑地基基礎設計規范例如：建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002)地地 基土分類方法基土分類方法 側重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基側重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基 工程。研究對象為擾動土，例如：土的分類標準工程。研究對象為擾動土，例如：土的分類標準 (GBJ145-90)工程用土的分類和公路土工試驗規程工程用土的分類和公路土工試驗規程 (JTJ051-93)土的工程分類土的工程分類 地基基礎工程地基基礎工程 分類方法分類方法： 1.建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計

36、規范(GB500072002) 根據土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數把根據土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數把 地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性 土五大類土五大類 a.巖石的分類巖石的分類 顆粒間牢固粘結顆粒間牢固粘結, ,呈整體或具有節理隙的巖體稱為巖呈整體或具有節理隙的巖體稱為巖 石，堅硬程度可根據巖塊的飽和單軸抗壓強度石，堅硬程度可根據巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類分類 堅硬程度類別堅硬程度類別 飽和單軸抗壓飽和單軸抗壓 強度強度frk(Mpa) 堅硬巖堅硬巖較硬巖較硬巖較軟巖較軟巖軟巖軟巖極軟巖極軟巖 30frk6

37、0frk6015frk305frk15frk5 b.碎石土的分類碎石土的分類 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土的土稱為碎石土 地基基礎工程地基基礎工程 c.砂土的分類砂土的分類 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒的土，且粒 徑大于徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土的土稱為砂土 土的名稱土的名稱 漂石漂石 塊石塊石 卵石卵石 碎石碎石 圓礫圓礫 角礫角礫 顆粒形狀顆粒形狀 圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主 棱角形為主棱角形為主 圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主 棱角形

38、為主棱角形為主 圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主 棱角形為主棱角形為主 顆粒級配顆粒級配 粒徑大于粒徑大于200mm的顆粒的顆粒 含量超過全重含量超過全重50 粒徑大于粒徑大于20mm的顆粒的顆粒 含量超過全重含量超過全重50 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含的顆粒含 量超過全重量超過全重50 注：注：定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定 碎石土的分類碎石土的分類 地基基礎工程地基基礎工程 d.粉土的分類粉土的分類 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50%，塑性，塑性 指數指數IP10的土稱為粉土的土稱為粉土 土

39、的名稱土的名稱 礫砂礫砂 粗砂粗砂 中砂中砂 細砂細砂 粉砂粉砂 顆粒級配顆粒級配 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量占全重的顆粒含量占全重2550 注：注：定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定 粒徑大于粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50 粒徑大于粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重85 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50 砂土的分類砂土的分類 地基基礎工程地基基礎工程 e.粘性土的分類粘性土的

40、分類 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含的顆粒含 量不超過全重量不超過全重50%，塑性指數，塑性指數IP 10的土稱為粘性土，粘性土根的土稱為粘性土，粘性土根 據塑性指數細分據塑性指數細分 土的名稱土的名稱 粘土粘土 粉質粘土粉質粘土 塑性指數塑性指數 注：注：塑性指數由相應于塑性指數由相應于76g圓圓 錐體沉入土樣中深度為錐體沉入土樣中深度為10mm 測定的液限計算而得測定的液限計算而得 IP17 10IP17 f.人工填土的分類人工填土的分類 由于人類活動而形成的堆積物稱為人工填土。物質由于人類活動而形成的堆積物稱為人工填土。物質 成分較雜亂成分較雜亂, ,均勻性較差，根據其物質組成和

41、成因均勻性較差，根據其物質組成和成因, ,可可 分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土。分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土。 2.土的分類標準土的分類標準(GBJ145 90) 根據各粒組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、根據各粒組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、 粗粒土和細粒土四大類。粗粒土和細粒土四大類。 地基基礎工程地基基礎工程 a.巨粒土和含巨粒土的分類巨粒土和含巨粒土的分類 巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含的巨粒含 量區分。若土中巨粒含量多于量區分。若土中巨粒含量多于50%, ,屬于巨粒土；若土屬于巨粒土；若土 中巨粒含量在中巨粒含量

42、在15%50%之間，屬于含巨粒土。之間，屬于含巨粒土。 b.粗粒土的分類粗粒土的分類 巨粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒徑大于，剔除巨粒后，若土中粒徑大于 0.075mm的粗粒含量多于余土的的粗粒含量多于余土的50%，屬于粗粒土。，屬于粗粒土。 粗粒土分為礫類土和砂類土兩類。粗粒土分為礫類土和砂類土兩類。 c.細粒土的分類細粒土的分類 土中粒徑小于土中粒徑小于0.075mm的細粒含量多于或等于的細粒含量多于或等于50%， 且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土屬于細粒土。的土屬于細粒土。 地基基礎工程地基基礎工程 圖中液限為圖中液限為 17mm液限液限 細粒土按塑性圖進行細分

43、細粒土按塑性圖進行細分 地基基礎工程地基基礎工程 n三、例題分析三、例題分析 n【例】下圖為某三種土下圖為某三種土A、B、C的顆粒級配曲線的顆粒級配曲線, , 試按地基規范分類法確定三種土的名稱試按地基規范分類法確定三種土的名稱 地基基礎工程地基基礎工程 【解答】解答】 A土土: :從從A土級配曲線查得土級配曲線查得, ,粒徑小于粒徑小于2mm的占總土質的占總土質 量的量的67%、粒徑小于、粒徑小于0.075mm占總土質量的占總土質量的21%, ,滿足滿足 粒徑大于粒徑大于2mm的不超過的不超過50%, ,粒徑大于粒徑大于0.075mm的超過的超過 50%的要求的要求, ,該土屬于砂土；該土屬

44、于砂土； 又由于粒徑大于又由于粒徑大于2mm的占總土質量的的占總土質量的33%, ,滿足粒徑滿足粒徑 大于大于2mm占總土質量占總土質量25%50%的要求的要求, ,故此土應命故此土應命 名為礫土名為礫土 B土土: :粒徑大于粒徑大于2mm的沒有的沒有, ,粒徑大于粒徑大于0.075mm占總土占總土 質量的質量的52%, ,屬于砂土。按砂土分類表分類屬于砂土。按砂土分類表分類, ,此土應命此土應命 名為粉砂名為粉砂 C土土: :粒徑大于粒徑大于2mm的占總土質量的的占總土質量的67%, ,粒徑大于粒徑大于 20mm的占總土質量的的占總土質量的13%, ,按碎石土分類表可得按碎石土分類表可得,

45、,該土該土 應命名為圓礫或角礫應命名為圓礫或角礫 地基基礎工程地基基礎工程 1.1.5 5 土的壓實性土的壓實性 n一、土的擊實試驗一、土的擊實試驗 在試驗室內通過擊實試驗研究土的壓實性。擊實試驗有在試驗室內通過擊實試驗研究土的壓實性。擊實試驗有 輕型和重型兩種。輕型和重型兩種。 擊實筒擊實筒 護筒護筒 擊錘擊錘 導筒導筒 輕型擊實試驗輕型擊實試驗適用于粒徑小于適用于粒徑小于 5mm的土，擊實筒容積為的土，擊實筒容積為947cm3， 擊錘質量為擊錘質量為2.5kg。把制備成一定把制備成一定 含水量的土料分三層裝入擊實筒，含水量的土料分三層裝入擊實筒， 每層土料用擊錘均勻錘擊每層土料用擊錘均勻錘

46、擊25下，下， 擊錘落高為擊錘落高為30.5cm 重型擊實試驗重型擊實試驗適用于粒徑小于適用于粒徑小于40mm的土，擊實筒容積為的土，擊實筒容積為 2104cm3，擊錘質量為擊錘質量為4.5kg，擊錘落高為擊錘落高為45.7cm 。分五層擊分五層擊 實，每層實，每層56擊。根據擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應擊。根據擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應 的干密度。的干密度。 地基基礎工程地基基礎工程 n二、填土的擊實特性二、填土的擊實特性 影響土壓實性的因素很多，主要有含水量、擊實功影響土壓實性的因素很多，主要有含水量、擊實功 能、土的種類和級配等能、土的種類和級配等 1.含水量的影響含水

47、量的影響 dmax d 0 op 當含水率較低時，擊實后當含水率較低時，擊實后 的干密度隨含水量的增加的干密度隨含水量的增加 而增大。而當干密度增大而增大。而當干密度增大 到某一值后，含水量的繼到某一值后，含水量的繼 續增加反招致干密度的減續增加反招致干密度的減 小。干密度的這一最大值小。干密度的這一最大值 稱為稱為該擊數下該擊數下的的最大干密最大干密 度度，與它對應的含水量稱，與它對應的含水量稱 為為最優含水量最優含水量 說明：說明：當擊數一定時，只有在某一含水量下才獲得最佳的擊當擊數一定時，只有在某一含水量下才獲得最佳的擊 實效果、實效果、 地基基礎工程地基基礎工程 2.擊實功能的影響擊實

48、功能的影響 說明：說明：填料的含水率過高或過低都是不利的。含水率過低，填填料的含水率過高或過低都是不利的。含水率過低，填 土遇水后容易引起濕陷；過高又將惡化填土的其他力學性質。土遇水后容易引起濕陷；過高又將惡化填土的其他力學性質。 因此，在實際施工中填土的含水率控制得當與否，不僅涉及到因此，在實際施工中填土的含水率控制得當與否，不僅涉及到 經濟效益，而且影響到工程質量經濟效益，而且影響到工程質量 0 d 擊數擊數 40 30 20 飽和線飽和線 1.土料的土料的最大干密度最大干密度和和最優最優 含水量含水量不是常數不是常數。最大干密。最大干密 度隨擊數的增加而逐漸增大度隨擊數的增加而逐漸增大,

49、 , 最優含水量逐漸減小。然而，最優含水量逐漸減小。然而， 這種變化速率是遞減的。同這種變化速率是遞減的。同 時，光憑增加擊實功能來提時，光憑增加擊實功能來提 高土的最大干密度是有限的高土的最大干密度是有限的 2.當含水量較低時擊數的影當含水量較低時擊數的影 響較顯著。當含水量較高時，響較顯著。當含水量較高時， 含水量與干密度關系曲線趨含水量與干密度關系曲線趨 近于飽和線，這時提高擊實近于飽和線，這時提高擊實 功能是無效的功能是無效的 地基基礎工程地基基礎工程 3.土類和級配的影響土類和級配的影響 擊實試驗表明，在相同擊實功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑擊實試驗表明，在相同擊實功能下，粘性土粘粒

50、含量愈高或塑 性指數愈大，壓實愈困難，最大干密度愈小，最優含水量愈大。性指數愈大，壓實愈困難，最大干密度愈小，最優含水量愈大。 無粘性土的擊實曲線和粘無粘性土的擊實曲線和粘 性土擊實曲線不同，在含性土擊實曲線不同，在含 水量較大時得到較高的干水量較大時得到較高的干 密度，因此在無粘性土實密度，因此在無粘性土實 際填筑中，通常要不斷灑際填筑中，通常要不斷灑 水使其在較高的含水量下水使其在較高的含水量下 壓實。壓實。 d 0 無粘性土的擊實曲線無粘性土的擊實曲線 說明：說明：土的級配對土的壓實性影響很大。級配良好的土，易土的級配對土的壓實性影響很大。級配良好的土，易 于壓實，級配不良的土，不易壓實

51、，因為級配良好的土有足夠于壓實，級配不良的土，不易壓實，因為級配良好的土有足夠 的細粒去充填較粗粒形成的孔隙，因而能獲得較高的干密度的細粒去充填較粗粒形成的孔隙，因而能獲得較高的干密度 地基基礎工程地基基礎工程 1.1 1.1 土的組成及其結構與構造土的組成及其結構與構造 n一、土的固相一、土的固相 土粒的大小、相關礦物成分以及大小搭配情況土粒的大小、相關礦物成分以及大小搭配情況 對土的物理力學性質有明顯影響對土的物理力學性質有明顯影響 1.土的顆粒級配（粒度成分）土的顆粒級配（粒度成分） 工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為劃分為 若干粒組若干粒組，

52、為了表示土粒的大小及組成情況，通，為了表示土粒的大小及組成情況，通 常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土粒常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土粒 總量的百分數）來表示，稱為總量的百分數）來表示，稱為土的顆粒級配土的顆粒級配 試驗方法試驗方法 篩分法：篩分法：適用于適用于0.075mmd60mm 比重計法比重計法: :適用于適用于d0.075mm 地基基礎工程地基基礎工程 2.土粒的礦物成分土粒的礦物成分 礦物成分取決于礦物成分取決于母巖的礦物成分母巖的礦物成分和和風化作用風化作用 原生礦物：原生礦物：由巖石經過物理風化形成，其礦物成分由巖石經過物理風化形成，其礦物成分 與母巖相同與母巖

53、相同 次生礦物：次生礦物：巖石經化學風化后所形成的新的礦物，巖石經化學風化后所形成的新的礦物， 其成分與母巖不相同其成分與母巖不相同 例：例：石英、云母、長石等石英、云母、長石等 特征：特征：礦物成分的性質較穩定，由其組成的土具礦物成分的性質較穩定，由其組成的土具 有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點 例：例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等 特征：特征：性質較不穩定，具有較強的親水性，遇水性質較不穩定，具有較強的親水性，遇水 易膨脹的特點易膨脹的特點 地基基礎工程地基基礎工程 2.土粒相對密度土粒相對密度ds（土粒比

54、重）（土粒比重）： 土粒質量與同體積的土粒質量與同體積的4時純水時純水 的質量之比的質量之比 ss s s m d V 土粒相對密度變化范圍不大土粒相對密度變化范圍不大, ,土中有機質含量增加，土粒相對密土中有機質含量增加，土粒相對密 度減小度減小 氣氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw V Va 質量質量m 體積體積V 無量綱無量綱 土的名稱土的名稱 d ds s 砂土砂土 粉土粉土 粉質粘土粉質粘土 粘土粘土 泥炭泥炭 2.652.69 2.702.71 2.722.73 2.742.76 1.51.8 地基基礎工程地基基礎工程 氣氣 水水 土粒土粒 msmw m VsVw V Va 質量質量m 體積體積V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的 質量與土粒質量之比，以百分質量與土粒質量之比，以百分 數表示數表示 100% s m m 土的含水量是標志土含水程度的一個重要