1、第一章土的物理性質及工程分類土是巖石經過物理風化、化學風化、生物風化作用后的產物，是由各種大小不同的土粒按各種比例組成的集合體。土粒之間的孔隙中包含著水和氣體，是一種三相體系。第一節土的三相組成（物理風化）無機礦物顆粒，固體顆粒（固相）原生礦物：巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等次生礦物：原生礦物風化作用的新礦物Al2O3、Fe2O3、次生SiO2、L（化學風化）粘土礦物以及碳酸鹽等有機質：由于微生物作用，土中產生的復雜的腐殖質礦物，還有動植物殘體等有機物,（生物風化）如泥炭等。水（液相）結合水f強結合水弱結合水自由水f毛細水I重力水氣體f與大氣聯通：與空氣相似，受到外力作用時排

2、出，對土的工程性質沒多大影響。（氣相）與大氣不連通：密閉氣體，壓力大被壓縮或溶解于水中，壓力小時氣泡恢復原狀或重游離，對土的工程性質有很大影響。（含氣體的土成為非飽和土，非飽和土的工程性質研究已成為土力學的一個新分支）第二節土的顆粒特征1.描述土粒大小及各種顆粒的相對含量的常用方法：對粒徑0.075mm的土粒，篩分法；粒徑0.075mm的土粒，沉降分析法。沉降分析法是根據土粒在懸液中沉降的速度與粒徑的平方成正比的Stokes公式來確定各粒組相對含量的方法。2.土粒大小劃分：塊-碎-礫-砂-粉-粘（粉：砂粉，粘粉；粘：粉粘，粘土）粘土粒徑0.002mm,為很細小的扁平顆粒，表面具有極強的和水相互

3、作用的能力。第三節土的三相比例指標士的三相五只在體積和質量上的比例關系稱為三相比例指標。三相比例指標反映了土的干燥與潮濕、疏松與緊密，是評價土的工程性質的最基本的物理性質指標，也是工程地質勘查報告中不可缺少的基本內容。土樣體積：V=Vs+Vw+Va（Vv=Vw+Va）土樣質量：m=ms.mw三相比例指標分為兩種：試驗指標，換算指標一、試驗指標包括土的密度、土粒密度、含水量一mo1.土的留度：單位體積土的質重，P=（g/cm）。v3一3土的留度吊用環刀法測te,單位是g/cm,一般土的密度為1.602.20g/cm。（重度不：由土的質量產生的單位體積的重力，等于密度乘以重力加速度，¥=

4、Pg=10P（kN/m3）m032. 土粒密度：干土粒的質量ms與其體積Vs之比，Ps=-s（g/cm）。Vs一般在2.652.76。由砂到粘越來越重。3. 土的含水量0:水的質量mw與固體（土粒）ms質量之比，g=也父100%ms含水量常用烘干法測定，是描述土的干濕程度的重要指標，常以百分數表示。二、換算指標包括土的干密度（干重度）、飽和密度（飽和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率、飽和度mq1 .干密度Pd:土的固相質量ms與土的總體積V之比，Pd;手（g/cm3）。土的干密度越大，土越密實，強度就越高，水穩定性也好。常用作填土密實度的施工控制指標。2 .飽和密度Psat：當土的孔隙中全部為

5、水充滿時的密度，Psat=ms；mw（g/cm3）。3 .有效重度r-當涂浸沒在水中時，土的固相收到水的浮力的作用，土體的重力也應扣除浮力。計算地下水位以下土層的自重應力時應當用有效重度，有效重度是扣除浮力以后的固相重力與土的總體積之比（又稱浮重度），t=QtYw（kN/m3）水的重度Vw，純水在4c是的重度等于9.81kN/m3,在工程上化整為10kN/m3。（P'為有效密度（浮密度）4 .土的孔隙比：孔隙的體積Vv與土的固相體積Vs之比，e=Vv/Vs5 .土的孔隙率：孔隙的體積Vv與土的總體積V之比，n=Vv/V6 .土的飽和度：孔隙中水的體積Vw與孔隙體積Vv之比，Sr=Vw/

6、Vv第四節粘性土的界限含水量一、粘性土的狀態與界限含水量流動狀態可塑狀態半固體狀態固體狀態液限切L塑限0P縮限露（從一種狀態到另一種狀態的含水量分界點成為界限含水量）液限測定，用碟式液限儀和錐式液限儀。塑限測定，撮條法。（把塑性狀態的土在毛玻璃上用手搓條，搓到土條直徑為3mm左右時斷裂）二、塑性指數I0p可塑性是粘土區別于砂土的重要特征。從液限到塑限含水量的變化范圍越大，土的可塑性越好。Ip=L-''P塑性指數Ip習慣上用不帶的數值表示。三、液性指數IL'l_'p時，液性指數越大，表示土越軟；Il>1時，土處于流動狀態；Il<0時,Il液性指數IL:

7、0<IL<1處于半固體或固體狀態。第五節砂土的密實度砂土的密實度對其工程性質具有重要的影響。密實的砂土具有較高的強度和較低的壓縮性，是良好的建筑物地基;、相對密實度土的孔隙比一般可以用來描述土的密實程度，但砂土還取決于土的級配情況。為了同時考慮孔隙比和級配的影響，引入砂土相對密疝麗概念。最小孔隙比emin:砂土處于最密實狀態時的孔隙比；最大孔隙比emax:砂土處于最疏松狀態時的孔隙比。相對密實度D,：D=emax_eemaxeminDr越接近1,越密實；越接近0,越松散。二、標準貫入試驗從理論上講，用相對密實度劃分砂土的密實度比較合理。但實際不好操作。在工程實踐中，通常用標準貫入擊

8、數來劃分砂土的密實度標準貫入試驗：使用規定的錘重（63.5kg）和落距（76cm）把標準貫入器（帶有刃口的對開管，外徑50cm,內徑35cm）打入土中，記錄貫入一定深度（30cm）所需的錘擊數N值的原位測試方法。標準貫入試驗的貫入錘擊數反映了土層的松密和軟硬程度，是一種簡便的測試手段。第六節土的工程分類第二章粘性土的物理化學性質粘性土根據界限含水量分為四個狀態，砂土沒有這種性質。粘性土的這種特質取決于粘粒粒組的含量與粘粒的礦物成分。粘土的粒徑0.002mm,因此它具有很大的表面積。顆粒越細，比表面積越大，表面能越大。粘土可以分為蒙脫石、伊利石、高嶺石三種類型。粘土的塑性、壓縮性、脹縮性、強度等

9、工程性質受到原子、分子間鍵力的制約，這是粘土物理化學特性的本質。第一節鍵力的基本概念鍵力：原子與原子之間或分子與分子之間的一種聯結力。包括化學鍵、分子鍵、氫鍵三種。一、化學鍵化學鍵：原子與原子之間的聯結。也稱為主鍵或高能鍵。分為離子鍵、共價鍵、金屬鍵三種。簡單的說，不同元素的原子通過化學反應構成一種新的物質分子。異性原子之間的聯結力稱為離子鍵；兩個同性原子形成同一元素分子的聯結力稱為共價鍵；通過自由電子將原子或離子聯結成結晶格架的力稱為金屬鍵。化學鍵影響范圍最小，約為0.10.2Nm,但聯結力最大，相當于8.484J/kmol。、分子鍵即范德華鍵，或稱次鍵、低能鍵。分子與分子之間的聯結力。氫鍵

10、介于主鍵與次鍵之間的一種鍵力。第二節粘土礦物顆粒的結晶結構粘土礦物大都屬于硅酸鹽，晶體的原子排列與礦物顆粒的物理性質、化學性質和光學性質有非常密切的關系。粘土礦物的結晶結構主要是兩個基本結構單元組成：硅氧四面體和氫氧化鋁八面體。第三節粘土顆粒的膠體化學性質粘土顆粒粒徑非常微小，0.002mm,在介質中具有明顯的膠體化學特性，因為粘土顆粒表面帶負電。第四節粘土工程性質的利用和改良粘土礦物具有特殊的結晶構造和帶電的特性。一、電滲排水和電化學加固二、利用離子交換改良粘土的工程性質蒙脫石和伊利石，具有很強的親水性，具有吸水膨脹和失水收縮的特性，稱為膨脹土。在工程中，可以用高價陽離子置換低價離子的辦法來

11、改善土的工程性質。因為低價離子使土顆粒周圍的水膜變厚，即液限明顯上升，可塑性增加。三、粘土的結構性在粘土顆粒薄片的面上分布著負電荷，而在邊角處呈現正電荷。四、粘土的抗剪強度粘土的抗剪強度由粘聚力分量和摩擦力分量組成。五、觸變性和觸變泥漿將純粘土礦物（高嶺土或蒙脫石等）與水制成泥漿時，礦物顆粒吸附大量水化離子和水分子，由于顆粒的水膜很厚，顆粒與顆粒之間的引力很薄弱，可以長時期懸浮在水中。當懸浮液在靜止狀態時，顆粒之間的微弱引力，使其聚集起來，懸液成為一種糊狀、粘滯度較大的流體。一旦受到振動或擾動時，顆粒之間的聯結立即喪失，又恢復成為流動的液體。這種性質成為觸變性。第三章土中水的運動規律第一節土的

12、毛細性土的毛細性是指能夠產生毛細現象的性質。土的毛細現象是指土中水在表面張力作用下，沿著迎勺孔隙向上及其他方向移動的現象。這種細微孔隙中的水被稱為毛細水。一、土層中的毛細水帶從下到上分為：正常毛細水帶一毛細網狀水帶一毛細懸掛水帶毛細懸掛水帶：由地表水滲入而成。當地表有大氣降水補給時，在重力作用下向下移動。三個毛細水帶不一定同時存在，取決于當地的水文地質。如地下水位很高時，可能就只有正常毛細水帶，而沒有毛細網狀水帶和毛細懸掛水帶；反之，當地下水位較低時，則可能三個同時出現。二、毛細水上升高度及上升速度一個細管插入水中，可以看到水會沿著毛細管上升。濕潤現象。三、毛細壓力干燥的砂土是松散的，濕砂可捏

13、成團。因為濕砂的土粒間有一些粘結力，這個粘結力是由于土粒間接觸面上一些水的毛細壓力形成的。第二節土的滲透性土的滲透性：土孔隙中的自由水在重力作用下發生運動的現象，稱為土的滲透性。一、滲流模型二、土的層流滲透定律達西定律指三、土的滲透性四、影響土的滲透性的因素1. 土的粒度成分及礦物成分2. 結合水膜的厚度3. 土的結構構造4. 水的粘滯度5. 土中氣體五、動水力及滲流破壞流砂：若水的滲流方向自下而上，當向上的動水力與土的有效重度相等時，這時土顆粒間的壓力等于零，土顆粒將處于懸浮狀態而失去穩定，這種現象成為流砂現象。管涌：當水在砂土中滲流時,土中的一些細小顆粒在動水力的作用下，可能通過粗顆粒的孔

14、隙被水流帶走，這種現象稱為管涌。第三節流網及其應用第四節土在凍結過程中水分的遷移和積聚一、凍土現象及其對工程的危害凍土根據凍融情況分為：季節性凍土、隔年凍土和多年凍土。凍土現象是由凍結及融化兩種作用引起的。凍脹現象：某些細粒土在凍結時，往往會發生土層體積膨脹，使地面隆起成丘，即凍脹現象。凍脹的原因：不僅是由于水分凍結成冰時體積要增大9%,而主要是由于土層凍結，周圍未凍結區中的水分會向表層凍結區集聚，使凍結區土層中水分增加，凍結后的冰晶體不斷增大，土體積也隨著發生膨脹隆起。凍脹的危害：凍土的凍脹會使路基隆起，使柔性路面鼓包、開裂，使剛性路面錯縫或折斷；凍脹還能使修建在其上的建筑物抬起，引起建筑物

15、開裂、傾斜，甚至倒塌。對工程危害更大的是在季節性凍土地區。二、凍脹的機理與影響因素1 .凍脹的原因是因為凍結時土中的水向凍結區遷移和積聚。2 .影響凍脹的因素(1) 土的因素：凍脹通常發生在細粒土中，特別是粉土、粉質粘土中，凍結時水分遷移積聚最強烈，凍脹現象最嚴重。相反粘土較前兩者為小。砂礫等粗顆粒土，不會發生凍脹。所以在工程實踐中，常在路基或路基中換填砂土，以防治凍脹。(2)水的因素開敞型凍脹(有外來水源補給)和封閉型凍脹(沒有外來水源補給)。開敞型凍脹更強烈。3 .溫度的因素氣溫驟降且冷卻強度很大時，這時形成的凍土一般無明顯的凍脹；氣溫緩慢下降，冷卻強度小，凍脹明顯。上述三方面的因素是圖層

16、發生凍脹的三個必要因素。因此，在持續負溫作用下，地下水較高處的粉砂、粉土、粉質粘土等土層具有較大的凍脹危害。三、凍結深度一般設計中，均要求將基礎底面至于當地凍結深度以下。第四章土中應力計算第五章土的壓縮性與地基沉降計算第一節概述1 .土的壓縮性：在外力作用下土體積縮小的特性土的壓縮性的兩個特點：(1)土的壓縮主要是由于孔隙體積減少引起的。土中水具有流動性，在外力作用下會沿著土中孔隙排出，從而引起土體積減少而發生壓縮。(2)由于孔隙水的排出而引起的壓縮對于飽和粘土來說是需要時間的，土的壓縮隨時間增長的過程稱為土的固結。這是由于粘性土的透水性很差,土中水沿著孔隙排出速度很慢。2 .沉降：在建筑物載

17、荷作用下，地基土主要由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降。由此，研究建筑物地基沉降包含兩方面內容：(1)絕對沉降量的大小，即最終沉降。(2)沉降與時間的關系。第二節研究土壓縮性的試驗及指標一、室內側限壓縮試驗及壓縮模量室內側限壓縮試驗(亦稱固結試驗)是研究土壓縮性的最基本的方法。二、現場載荷試驗及變形模量三、彈性模量及試驗測定彈性模量是指正應力。與彈性(即可恢復)正應變，的比值，通常用E來表示。四、關于三種模量的討論壓縮*II量Es、變形模量E。、彈性模量E1 .壓縮模量：是根據室內側限壓縮試驗得到的，它的定義是土在完全側限的條件下,豎向正應力與相應的變形穩定情況下正應變的比值。2 .變形模

18、量：是根據現場載荷試驗得到的，它是指土在側向自由膨脹條件下正應力與相應的正應變的比值。3 .彈性模量：根據測定方法(靜力法和動力法)分為靜彈模E和動彈模Ed。該參數常用于彈性理論公式估算建筑物的初始瞬時沉降。根據上述三種模量的定義可看出：壓縮模量和變形模量的應變為總的應變，既包括可恢復的彈性應變，又包括不可恢復的塑性應變；而彈性模量的應變只包含彈性應變。第三節地基沉降實用計算方法第四節飽和粘性土地基沉降與時間的關系飽和粘性土地基在建筑物荷載作用下經過相當長時間才能達到最終沉降，不是瞬時完成的。為了建筑物的安全與正常使用，對于一些重要特殊的建筑物應在工程實踐和分析研究中掌握沉降與時間關系的規律性

19、，這是因為較快的沉降速率對于建筑物有較大的危害。碎石和砂土的壓縮性很小，而滲透性很大，因此受力后固結穩定所需的時間很短，可以認為在外荷載施加完畢時，固結變形基本就已經完成；而對于粘性土及粉土，完全固結所需的時間就比較長，例如厚的飽和軟粘土層，其固結變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，實踐中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時間的關系。一、飽和土的滲流固結彈簧-活塞-水模型圖至22彈簧-活褰-水模地這個模型可用來模擬實際的飽和粘土的滲流固結。彈簧與土的固體顆粒構成的骨架相當，圓筒內的水與土骨架周圍空隙中的水相當，水從活塞內的細小孔排出相當于水在土中的滲透。二、太沙基一維滲流固結理論三、利用沉降觀測

20、資料推算后期沉降與時間關系用實測資料推算建筑物沉降st與時間t關系的關鍵問題是必須有足夠長時間的觀測資料，才能得到比較可靠的Stt關系，同時它也提供了一種估算建筑物最終沉降的方法。四、飽和粘性土地基沉降的三個階段飽和粘性土地基最終沉降量從機理上分析，由三個部分組成，即：syScSs2d瞬時沉降（初始沉降、不排水沉降）0固結沉降（主固結沉降）Ss次固結沉降（次壓縮沉降、徐變沉降）1 .瞬時沉降Sd瞬時沉降是在施加荷載后瞬時發生的，在很短的時間內，孔隙中的水來不及排出。因此對于飽和的粘性土來說，沉降是在沒有體積變位的條件下產生的這種變形實質上是通過剪應變引起的側向擠出，是形狀變形。因此這一沉降計算

21、是考慮了側向變形的地基沉降計算。在單向壓縮時由于沒有剪應力，也就沒有側向變形，可以不考慮瞬時沉降這一分量。2 .固結沉降sc固結沉降是在荷載作用下，孔隙水被逐漸擠出，孔隙體積逐漸減小，從而土體壓密產生體積變形而引起的沉降，是粘性土地基沉降最主要的組成部分。3 .次固結沉降ss一般認為這是在恒定應力狀態下，土骨架產生徐變的結果。干凈的粗砂地基沉降可認為是在荷載施加后瞬間發生的（包括瞬時沉降和固結沉降，此時已很難分開），次固結沉降不明顯。對于飽和軟粘土，實測的瞬時沉降可占最終沉降量的30%40%,次固結沉降量同固結沉降量相比往往是不重要的。但對于含有有機質的軟粘土，就不能不考慮次固結沉降。第六章土

22、的抗剪強度第一節概述土的抗剪強度：土體對于外荷載所產生的剪應力的極限抵抗能力。土體的破壞都是剪切破壞。土的強度問題實質上就是土的抗剪強度問題。第二節土的強度理論與強度指標一、抗剪強度的庫倫定律抗剪強度表達形式：.f=c二tg:式中：Tf土的抗剪強度（kPa）仃剪切滑動面上的法向應力c土的粘聚力（kPa）中一一土的內摩擦角（°）此式稱為庫侖定律，表明一般應力水平時土的抗剪強度與滑動面上的法向應力之間呈直線關系,中c、中稱為土的抗剪強度指標。這是研究士的抗剪強度的最基本的定律。、土的抗剪強度的構成因素36°。砂土的抗剪強度由內摩阻力構成，而粘性土的抗剪強度由內摩阻力和粘聚力兩個

23、部分組成。砂土的內摩擦角中變化范圍：中砂、粗砂、礫砂為中=32°40°粉砂、細砂為中=28°粘性土的抗剪強度變化范圍很大，內摩擦角為中=0。30。三、土的強度理論一一極限平衡理論摩爾包線：破壞面上的剪應力七與為該面上法向應力CT的函數，Tf=f（。）。摩爾-庫倫強度理論：由庫倫公式表示摩爾包線的土體強度理論稱為摩爾-庫倫強度理論。第三節土的抗剪強度指標的試驗方法及其應用目前室內最常用的是直接剪切試驗和三軸壓縮試驗。圖*7應堂控制式:真勇儀I輪軸;Z-1座才進水石14黃橫表洋活塞2上盒;7-1.樣用福翦表；不財力環：10卜含圖,9人軸壓箱儀I.蜀氏物力冏圖壓力表4-

24、周圍壓力潤*%排水律5體變管;6排水管#型彩量表海量力環田排氣孔軸向加壓設音對上壓力室；12皆簡閥；13.零位指示器/4孔隙壓力表門5至管；伯-孔隙壓力閥！17離臺幫；1%手輪;1%馬達；冷喳速箱第四節土的天然強度及其在荷載作用下的強度增長正確的確定土的天然強度是地基基礎設計中首先要解決的問題。第五節關于土的抗剪強度影響因素的討論主要是土的性質（如土的顆粒組成、原始密度、粘性土的觸變性等）和應力狀態（如前期固結壓力等）兩個方面。一、土的礦物成分、顆粒形狀和級配的影響粘性土：主要是礦物成分的影響。礦物成分主要是對粘性土的粘聚力產生顯著影響。一般來說，粘性土的抗剪強度隨著粘粒和粘土礦物含量的增加而

25、增大，或者說隨著膠體活動性的增強而增大。砂性土：主要是顆粒形狀、大小及級配的影響。一般來說，在土的顆粒級配中，粗顆粒越多、形狀越不規則、表面越粗糙，則其內摩擦角越大，因而其抗剪強度也越高。二、含水量的影響含水量的增高一般將使土的抗剪強度降低。表現在兩方面：一是水分在較粗顆粒之間起著潤滑作用，使摩阻力降低；二是粘土顆粒表面結合水膜的增厚使原始粘聚力減小。砂土：含水量對砂土抗剪強度的影響較小。粘土：含水量對粘土抗剪強度的影響較大。三、原始密度的影響土的原始密度越大，抗剪強度越高。四、粘性土觸變性的影響粘性土的強度會因擾動而削弱，但經過靜置又可得到一定程度的恢復。即觸變性。五、士的應力歷史的影響士的

26、受壓過程所造成的受力歷史狀態，對土體強度的試驗結果也有影響。第七章土壓力計算第一節概述在土建工程中，擋土結構是一種常用的結構物。巧神f)圖7-1各種型式的擋上結構物力支撐建筑物周圉填匕的擋土墻：卜)橋臺:心)陵逋：d)基坑圍護結構支掾邊坡的檔士婿；力碼頭根據擋土結構物側向位移方向和大小可分為三種類型的土壓力：1 .靜止土壓力。若剛性的擋土墻保持原來位置靜止不動，則作用在墻上的土壓力稱為靜止土壓力。作用在每延米擋土墻上靜止土壓力的合力用Eo(kN/m)表示，靜止土壓力強度用p0(kPa)表示。2 .主動土壓力。若擋土墻在墻后填土壓力作用下，背離著填土方向移動，這時作用在墻上的土壓力將由靜止土壓力

27、逐漸減小，當墻后土體達到極限平衡，并出現連續滑動面使土體下滑，這時土壓力減至最小值，稱為主動土壓力，用Ea(kN/m)和pa(kPa)表示。3 .被動土壓力。若擋土墻在外力作用下，向填土方向移動，這時作用在墻上的土壓力將由靜止土壓力逐漸增大，一直到土體達到極限平衡，并出現連續滑動面，墻后土體向上擠出隆起，這時土壓力增至最大值，稱為被動土壓力，用Ep(kN/m)和pp(kPa)表示。圖7-2土壓力的三種類型。算止土壓力；b)主防壓力")破動土壓力實際上，土壓力是擋土結構與土體相互作用的結果，大部分情況下的土壓力均介于上述三種極限狀態土壓力之間。擋土墻達到被動土壓力的位移遠大于導致主動土

28、壓力所需的位移。第二節靜止土壓力計算計算靜止土壓力時，墻后填土處于彈性平衡狀態，由于墻靜止不動，土體無側向位移，可假定墻后填土內的應力狀態為半無限彈性體的應力狀態。這時，土體表面下任意深度z處的靜止土壓力強度為：PoKo；cz-Koz式中：KoY靜止壓力系數；土的重度(kN/m3)靜止土壓力系數Ko：在理論上為“，N為土體泊松比；實際Ko由試驗確定，可由三軸儀或01o應力路徑三軸儀測得，在原位可用自鉆式旁壓儀測得。在缺乏試驗資料時，可用以下經驗公式估算：砂性土：Ko=l-sin邛；粘性土：Ko=o.95-sin中；超固結土：Ko=OCRo.5(1sin中')式中：中,一一土的有效內摩擦

29、角；OCR土的超固結比。第三節朗金土壓力理論第四節庫倫士壓力理論第五節幾種特殊情況下的庫倫士壓力計算第六節關于土壓力的討論一、關于朗金土壓力理論和庫倫土壓力理論的比較二、關于擋土結構物位移與土壓力的關系位移6的數量級為：對于主動土壓力、；a=0.001H對于被動土壓力；a=0.01H式中：H墻tWjo三、地下水滲流對土壓力的影響四、土體蠕變和松弛與土壓力的關系第八章土坡穩定分析第一節概述在道路及橋梁工程中常常會遇到路塹、路堤或基坑開挖時的邊坡穩定性問題。土坡滑動失穩的原因有以下兩種：(1)外界力的作用破壞了土體內原來的應力平衡。如路塹或基坑的開挖，是由于土自身的重力發生變化，從而改變了土體原來

30、的應力平衡狀態；此外,路堤的填筑或土坡面上作用外荷載時，以及土體內部水的滲流力、地震力的作用，也都會破壞土體原有的應力平衡，促使土坡坍塌。(2)土的抗剪強度由于受到外界各種因素的影響而降低，促使土體失穩破壞。如由于外界氣候等自然條件的變化，使土時干時濕、收縮膨脹、凍結、融化等，從而使土變松強度降低；土坡內因雨水的浸入使土濕化，強度降低；土坡附近因施工引起的震動，如打樁、爆破等，以及地震力的作用，引起土的液化或徐變，使土的強度降低。在工程實踐中，分析土坡穩定的目的是檢驗所設計的土坡斷面是否安全與合理，邊坡過陡可能發生坍塌，過緩則使土方量增加。土坡的年I定安全度使用穩定安全系數K表示的，它是指土的

31、抗剪強度與土坡中可能滑動面上產生的剪應力間的比值，即K=上。第二節砂性土的土坡穩定分析在分析砂性土的土坡穩定時，根據實際觀測，同時為了計算簡便，一般假定滑動面是平面。圖砂性土的土坡桎定計算如圖，滑動土體ABC沿AC面上滑動的穩定安全系數K值為:fK=TWcos：,._”HgWsin二_tg:tg-ACtg,即：K=電一tg-是最容易滑動的。可見，當a=P時滑動穩定安全系數最小，即土坡面上的一層d一般要求K>1.251.30第三節粘性土的土坡穩定分析均質粘性土的土坡失穩破壞時，其滑動面常常是曲面，通常可近似地假定為圓弧滑動面。第四節土坡穩定分析的幾個問題第九章地基承載力第一節概述建筑物因地

32、基問題而引起破壞，一般有兩種情形：一是強度和穩定性問題。建筑物荷載過大，超過了地基所能承受的荷載能力而使地基破壞失穩。二是變性問題。在建筑物荷載作用下，地基和基礎產生了過大的沉降和沉降差，使建筑物產生結構性損壞或喪失使用功能。地基承載力是指地基土單位面積上所能承受荷載的能力,以kPa計。（極限承載力，容許承載力）通常把地基不致失穩時地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限承載力（色）。由于工程設計中必須確保地基有足夠的穩定性，必須限制建筑物基礎基底的壓力（p）,使其不得超過地基的容許承載力，因此地基容許承載力是指考慮一定安全儲備后的地基承載力。同時根據地基承載力進行基礎設計時，應考慮不同建筑

33、物對地基變形的控制要求，進行地基變形預算。變性問題前面章節已有介紹，本章主要從強度和穩定性角度介紹由于承載力問題引起的地基破壞及地基承載力確定。一、地基破壞的性狀現場載荷試驗：在測定的地基上放置一塊模擬基礎的載荷板。載荷板的尺寸較實際基礎為小,約為0.251.0m2,然后在載荷板上逐級施加載荷，同時測定在各級荷載下載荷板的沉降量及周圍土的位移情況，直到地基土破壞失穩為止。圖61載荷試驗上載荷板：工千斤頂：軍百分表；反力梁行.枕木螺6荷轂地不妣環形宣G苴淖和胡破壞忘部算加族年;浦到人就切庭耳©9-2p-T曲型心整體剪切破壞；局部剪切硬耳札入剪切破壞通過試驗得到載荷板下各級壓力p與相應的

34、穩定沉降量s之間的關系，繪出pS曲線。對曲線進行分析，可以了解地基破壞的機理。地基破壞的3個階段:p圖5M威基破壞過程的三個航段工曲線:k)庫密階段3)剪切階段：d)破壞附股1 .壓密階段(或稱直線變形階段)ps曲線上的0a段。這時ps曲線接近于直線，土中各點的剪應力均小于土的抗剪強度，土體處于彈性平衡狀態，載荷板的沉降主要是由于土的壓密變形引起的。相應于a點的荷載稱為比例界限Ppr。2 .剪切階段ab段。此時曲線不再保持線性關系，地基中局部范圍內(首先在基礎邊緣處)剪應力達到土的抗剪強度，土體發生剪切破壞。這些區域也稱塑性區。隨著荷載的繼續增加，土中塑性區的范圍也逐步擴大，直到土中形成連續的

35、滑動面，由載荷板兩側擠出而破壞。因此，剪切階段也是地基中塑性區的發生于發展階段。相應于b點的荷載稱為極限荷載pu。3 .破壞階段bc段。當荷載超過極限荷載后，載荷板急劇下沉，即使不增加荷載，沉降也不能穩定，因此ps曲線陡直下降。在這一階段，由于土中塑性區范圍的不斷擴展，最后在土中形成連續滑動面，土從載荷板四周擠出隆起，地基土失穩而破壞。二、確定地基容許承載力的方法有三種：1 .根據載荷試驗的ps曲線來確定地基容許承載力。(1)用極限承載力pu除以安全系數K的到容許承載力，一般K去23。(2)用ps曲線上的比例界限ppr作為地基容許承載力。p(3)對于拐點不明顯的試驗曲線，可以相對變形來確定。對

36、軟塑或可塑粘性土取相對沉降s=0.02b(b為載荷板高度)對應的壓力為地基容許承載力；對砂土或堅硬粘性土取s=(0.010.015)b對應的壓力為地基容許承載力。2 .根據設計規范確定在公路橋涵地基與基礎設計規范(JTJ024-85)中給出了各種土類的地基容許承載力表。3 .根據地基承載力理論公式確定第二節臨界荷載的確定在剪切階段，土中塑性區開展到不同深度時，相應的荷載稱為臨界荷載。第三節極限承載力計算地基極限承載力除了可以從載荷試驗求得外，還可以用半理論半經驗公式計算。第四節按規范方法確定地基容許承載力關于地基承載力的討論公路橋涵地基與基礎設計規范(JTJ024-85)第五節一、關于載荷板試

37、驗確定地基容許承載力深度修正寬度修正二、關于臨塑荷載和臨界荷載三、關于極限承載力計算公式四、關于按規范法確定地基容許承載力第十章士的動力性質和壓實性第一節土在動載荷作用下的變形和強度性質一、作用于土體的動荷載和土中波車輛的行駛、風力、波浪、地震、爆炸以及機器的振動都可能是作用在土體的動力荷載。這類荷載的特點，一是瞬時性，二是反復性（加卸荷或者荷載變化方向）。由于這兩個特點，在動力條件下考慮土的變形和強度問題時，往往都要考慮速度效應和循環（振次）效應。（一般將加荷時間在10s以上看做靜力問題，10s以下作為動力問題）位于土體表面、內部或者基巖的振源所引起的土單元體的動應力、動應變，將以波動的方式

38、在土體中傳播。土中波的形式有以拉應變為主的縱波，以剪應變為主的橫波和主要發生在土體自由表面附近的表面波（瑞利波）。作用于地表面的豎向動荷載主要以表面波的形式擴散能量。水平土層中傳播的地震波，主要是剪切波。波動能量在土體表面和內部層面處將發生反射、折射和透射等物理現象。二、土的動力變形特性影響土的動力變形特性的因素包括周圍壓力、孔隙比、顆粒組成、含水量等，同時它還受到應變幅值的影響，而且應變幅值的影響最為顯著。同一種土，它的動力變形特性會隨著應變幅值的不同而發生質的變化。日本石原研而的研究指出，只有當應變幅值在10-610-4及以下的范圍內時，土的變形特性才可認為是屬于彈性性質。一般由火車、汽車

39、的行駛以及機器基礎等所產生的振動的反應屬于這類彈性范圍。當應變幅值超過10-2時，土將破壞或產生液化、壓密等現象，此時土的動力變形特性可用僅僅反復幾個周期的循環荷載試驗來確定。三、土的動強度動強度：土在動荷載下的抗剪強度即動強度問題。不同于靜強度，由于存在速度效應和循環效應,以及動靜應力狀態的組合問題，土的動強度試驗確定遠比靜強度復雜。四、土動力性質試驗1 .振動三軸試驗振動三軸儀是室內土動力性質試驗的重要儀器，土的動強度、彈性模量都可用它進行試驗測定。2 .其他室內試驗方法3 .現場波速試驗第二節砂土和粉土的振動液化一、土體液化現象及其工程危害土體液化：飽和狀態砂土或粉土在一定強度的動荷載作

40、用下表現出類似液體的性狀,完全失去強度和剛度的現象。地震、波浪、車輛、機器振動、打樁以及爆破等都可能引起飽和砂土或粉土的液化，其中又以地震引起的大面積甚至深層的土體液化的危害性最大，它具有面廣、危害重等特點，常能造成場地的整體性失穩。因此，近年來引起國內外工程界的普遍重視，成為工程抗震設計的重要內容之一。砂土液化造成的災害的宏觀表現主要有：1 .噴砂冒水；2.震陷；3.滑坡；4.上浮。二、液化機理及影響因素土體處于沒有抵抗外荷載能力的懸液狀態，就是所謂的“液化”。三、土體液化可能性的判別第三節土的壓實性、土體壓實性的工程意義、土的擊實試驗與壓實原理第十一章土工試驗與原位測試結果的分析和利用第一

41、節土的目力鑒別土的工程性狀是其物質組成和物理狀態的綜合表現，其外觀特征又常與物質組成密切相關。例如，從外表上看到的土的顏色，在很大程度上反映了土的固相的成分及其含量。(1)紅色、黃色、棕色：一般表示土中含有較多的三氧化二鐵，并說明氧化程度較高，是在氧化條件下形成的土。(2)黑色：表示土中含有較多的有機質或鎰的化合物，含有機質較多的土其工程性質一般比較(3)灰藍色、灰綠色：一般含有亞鐵化合物，是在缺氧條件下形成的。(4)白色、灰白色：表示土中含有機質較少，主要含石英或高嶺土等粘土礦物。含有石英的土有肉眼可見的石英顆粒，含高嶺土的夾層一般是軟弱夾層，沿軟弱夾層常可能產生滑坡。在工程實踐中，工程師經

42、常根據目力判斷與手感來描述土的顏色、濕度、組成物質、密實程度和軟硬程度，并進而判斷與評價土的工程性狀，這種方法是非常實用的，在野外就可以得到對土的評價的初步概念，在工程勘察報告中也經常記錄了對土的野外描述，并用以分析判別試驗結果的可靠性。野外的目力鑒別方法要求簡單易行,不許復雜的儀器設備就可以對土進行定性的分析。野外簡易試驗主要有下列內容：1 1.觀察土的顏色、砂粒的多少，有無結核體或其它包含物。2 .用手指揉搓，分辨土中砂粒、粉粒及粘粒的多少。3 .光澤反應：用小刀切開稍濕的土，并用小刀抹過土面，觀察土面有無光澤以及粗糙程度。4 .搖震試驗：用含水量接近飽和的士搓成小球，放在手掌上左右反復搖

43、晃，并以另一手掌擊該手，如土球表面有水滲出，并呈現光澤，但用手指捏土球時水分與光澤很快消失，此現象稱為搖震反應。5 .韌性試驗：將土調成含水量略高于塑限、柔軟而不粘手的土膏，在手中搓成3cm的土條，再揉成土團二次搓條，根據再次搓條的可能性區分為低韌性、中等韌性和高韌性三種。6 .干強度試驗：將風干的小土塊，用手指捏碎的難易程度來判斷。根據上述六個方面的觀察和簡易試驗結果，按下表進行土類鑒別。土的目力鑒別表土類粉土粉質粘土粘土肉眼觀察含后較多的砂粒或含有很多的云母片含有少量的砂粒看不到砂粒，但在殘積、坡積的粘土中可看到巖石風化碎屑手指揉搓干時有向粉感，濕時粘手，干后一吹即掉干土揉搓時有少量的砂感

44、，濕時粘手，干時不粘手濕時有滑膩感，粘手，干后仍粘在手上光澤反應土面粗糙土面光滑但無光澤士向有油脂光澤搖震試驗出水與消失都很迅速;反應很慢或基本沒有反應沒有反應韌性試驗不能再揉成土團后重新搓條可以再揉成士團，但手捏即碎能再揉成土團后重新搓條，手捏/、碎干強度試驗易于用手指捏碎或碾成粉末用力才能捏碎，容易折斷捏不碎，抗折強度大，斷后有棱角，斷口光滑對土類的鑒別有助于判斷土的性質，從而預估可能出現的工程問題，有針對性地采取相應的試驗、評價方法或合適的工程措施。例如，對于鑒別為粉土又處在水下時，可以預料在地震時可能會產生液化現象，在水力坡降作用下容易發生流砂，在凍結線附近容易積聚水分，形成凍脹翻漿。

45、因此，需要采用標準貫入試驗以評價液化勢，在開挖基坑或處理臨水工程時要驗算水力穩定性，作為道路路基時要采取防凍脹的措施。第二節勘察、取土方法對土的試驗指標的影響十的試驗指標包括物理性指標(如重度、含水量、土粒密度等)和力學性指標(如抗剪強度指標、壓縮模量、滲透系數等)。在工程地質勘查時要取土試驗，并在勘察報告中提供各種指標的具體數據。工程師則根據土的試驗指標對土的工程性質進行分析判斷，并根據指標的數據計算地基承載力、沉降或土壓力等，從而進行各項設計工作。顯然，設計的正確與否很大程度上取決于這些試驗指標是否反映了土層的實際情況，如果指標的試驗方法與工程條件不服，試驗的應力條件與土的原創出條件相差懸

46、殊，或者試驗的土樣已經擾動，與原味的物理狀態不同，則計算的結果肯定偏離實際，而的錯誤的結果。當土樣從鉆孔中取出時，產生兩種效應使土樣偏離實際情況，一是取土、搬運、試驗切土時的機械作用擾動了土的結構，降低了土的結構強度；二是改變了土的應力條件，土樣產生回彈膨脹。這兩種效應統稱為擾動，擾動使試驗指標不符合原位土體的工程性狀。研究成果表明，擾動使土的不排水強度降低、破壞應變增大、固結不排水強度增大、壓縮性減小而有效強度參數基本不變。為了使計算結果更好地符合實際情況，研究擾動的影響以及采取減少擾動的技術措施是十分必要的。在勘察過程中應重視土樣質量，現行標準對土按擾動程度劃分為4_個等級，并規定強度試驗

47、和壓縮試驗應采用一級土樣。一對于第一種擾動，可以用薄壁取土器、在開挖豎井或探坑時直接用環刀在井壁或坑壁上取土、在工地建立現場土工實驗室減少儲存和搬運過程的擾動等措施。（用合適的取土器和取土技術可以將擾動減少到最小程度，例如在容易擾動的軟土中取土時如果用薄壁取土器并用靜壓的方法將取土器壓入土層就可以去的擾動程度比較小的一級土樣。）對于第二種擾動，是無法排除的。因為取土過程對土樣來說是卸荷的過程，應力從天然埋藏條件下的狀態降低到零。土的應力狀態發生了改變，就改變了土樣的物理狀態，從而影響試驗的結果；取土的深度越深，卸荷對試驗結果的影響也越大。第三節用原位測試方法測定土的工程性質原位測試方法測定土的工程性質可以避免鉆孔取土時對土的擾動和卸荷時土樣的回彈對試驗結果的影響，試驗結果直接反映了原位土層的物