土建类地基与基础整套课件完整版ppt全体教学教程最全电子教案讲义.ppt

1、21世纪高职高专规划教材世纪高职高专规划教材土建类土建类地基与基础地基与基础 主主 编编 王启亮王启亮 吴继锋吴继锋 陈贤清陈贤清 副主编副主编 聂聂 堃堃 邓庆阳邓庆阳 俞信平俞信平 参参 编编 崔宇亮崔宇亮 阎凤翔阎凤翔 贺晨云贺晨云 杨杨 光光 林林 楠楠前前 言言 地基和基础是建筑物的根本，它们的施工质量直接影响着建地基和基础是建筑物的根本，它们的施工质量直接影响着建筑物的安全和使用寿命。地基与基础的设计施工的重要性，筑物的安全和使用寿命。地基与基础的设计施工的重要性，决定厂本课程的重要地位。决定厂本课程的重要地位。“地基与基础地基与基础”是高职高专土建是高职高专土建类相关专业必修的基

2、础性课程。本教材根据全国高职高专教类相关专业必修的基础性课程。本教材根据全国高职高专教育土建类专业教学指导委员会制定的教育标准和培养方案及育土建类专业教学指导委员会制定的教育标准和培养方案及主干课程教学大纲，以国家现行地基与基础工程施工与质量主干课程教学大纲，以国家现行地基与基础工程施工与质量验收等相关标准规范为依据，本着验收等相关标准规范为依据，本着“必需、够用必需、够用”的原则，的原则，以以“讲清概念、强化应用讲清概念、强化应用”为主旨组织编写。要学好本课程，为主旨组织编写。要学好本课程，应该坚持理论联系实际的方法，掌握建筑工程相关施工质量应该坚持理论联系实际的方法，掌握建筑工程相关施工质

3、量验收规范，并边学习边实践，应用所学知识去解决实际工程验收规范，并边学习边实践，应用所学知识去解决实际工程中的施工技术问题。中的施工技术问题。下一页前前 言言 本教材共分十章，主要内容包括土的物理性质及工程分类、本教材共分十章，主要内容包括土的物理性质及工程分类、地基中的应力计算、土的压缩性与地基沉降计算、土的抗剪地基中的应力计算、土的压缩性与地基沉降计算、土的抗剪强度与地基承载力、土压力与土坡稳定、建筑场地的工程地强度与地基承载力、土压力与土坡稳定、建筑场地的工程地质勘察、天然地基上浅基础的设计、桩基础、软弱地基处理、质勘察、天然地基上浅基础的设计、桩基础、软弱地基处理、区域性地基等。本教材

4、的编写力求体现高等职业教育教学的区域性地基等。本教材的编写力求体现高等职业教育教学的特点，理论联系实际，综合运用有关学科的基本理论和知识，特点，理论联系实际，综合运用有关学科的基本理论和知识，注重实践能力的培养。注重实践能力的培养。为方便教学，各章前设置为方便教学，各章前设置【学习重点学习重点和和【培养日标培养日标，对，对学生学习和教师教学作厂引导学生学习和教师教学作厂引导;各章后设置各章后设置【本章小结本章小结】和和【思考与练习思考与练习】，从更深层次给学生以思考、复习的切人点，从更深层次给学生以思考、复习的切人点，构建厂构建厂“引导学习总结练习引导学习总结练习”的教学模式。通过本课程的学的

5、教学模式。通过本课程的学习，应能达到以下几点要求习，应能达到以下几点要求:掌握土的物理指标的测定与换算，土的压实机理，土的工程掌握土的物理指标的测定与换算，土的压实机理，土的工程分类。分类。下一页上一页前前 言言掌握自重应力的计算，矩形面积均布荷载任意点下应力计算掌握自重应力的计算，矩形面积均布荷载任意点下应力计算(角点法角点法)，基底附加压力的计算方法，自重应力和土中附加，基底附加压力的计算方法，自重应力和土中附加应力分布规律。应力分布规律。掌握土的抗剪强度理论，直接剪切试验，临塑荷载和临界荷掌握土的抗剪强度理论，直接剪切试验，临塑荷载和临界荷载，地基极限承载力。载，地基极限承载力。掌握地质

6、勘察的各种方法，验槽内容以及基槽局部处理的方掌握地质勘察的各种方法，验槽内容以及基槽局部处理的方法。法。掌握浅基础的类型，基础埋置深度、地基承载力确定的方法掌握浅基础的类型，基础埋置深度、地基承载力确定的方法和计算过程，刚性基础设计与计算和地基变形验算，刚性扩和计算过程，刚性基础设计与计算和地基变形验算，刚性扩大基础的设计与计算，减轻不均匀沉降的措施。大基础的设计与计算，减轻不均匀沉降的措施。掌握桩基础的适用条件，桩的作用与分类，桩和桩基础的构掌握桩基础的适用条件，桩的作用与分类，桩和桩基础的构造，桩基础的施工方法，单桩竖向承载力的确定，桩基工程造，桩基础的施工方法，单桩竖向承载力的确定，桩基

7、工程施工质量的测试技术及规范标准。施工质量的测试技术及规范标准。掌握软弱地基处理的各种方法及其基本原理、设计与施工要掌握软弱地基处理的各种方法及其基本原理、设计与施工要点、质量检验方法。点、质量检验方法。下一页上一页前前 言言 本教材由王启亮、吴继锋、陈贤清主编，聂本教材由王启亮、吴继锋、陈贤清主编，聂iin、邓庆阳、俞、邓庆阳、俞信平副主编，崔宇亮、阎风翔、贺晨石、杨光、林楠等参与信平副主编，崔宇亮、阎风翔、贺晨石、杨光、林楠等参与编写。编写。本教材既可作为高职高专教育土建类相关专业教材，也可作本教材既可作为高职高专教育土建类相关专业教材，也可作为工程设计、施工、监理等相关专业人员学习、培训

8、的参考为工程设计、施工、监理等相关专业人员学习、培训的参考用书。本教材编写过程中，参阅厂国内同行多部著作，部分用书。本教材编写过程中，参阅厂国内同行多部著作，部分高职高专院校教师也提出厂很多宝贵意见，在此，对他们表高职高专院校教师也提出厂很多宝贵意见，在此，对他们表示衷心的感谢示衷心的感谢!本教材编写过程中，虽经推敲核证，但限于编者的专业水本教材编写过程中，虽经推敲核证，但限于编者的专业水平和实践经验，仍难免有疏漏或不妥之处，恳请广大读者指平和实践经验，仍难免有疏漏或不妥之处，恳请广大读者指正。正。上一页返回绪绪 论论 一、土力学的概念一、土力学的概念 土力学是运用力学基本原理和土工测试技术，

9、研究土的性土力学是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的性质、地基土的应力、地基的变形、土的抗剪强度与地基承载质、地基土的应力、地基的变形、土的抗剪强度与地基承载力、土的压力及土坡稳定性等内容的一门学科，它是本课程力、土的压力及土坡稳定性等内容的一门学科，它是本课程的理论基础。由于土与其他连续固体介质的根本不同，仅靠的理论基础。由于土与其他连续固体介质的根本不同，仅靠具备系统理论和严密公式的力学知识，尚不能描述土体在受具备系统理论和严密公式的力学知识，尚不能描述土体在受力后所表现的性状及由此引起的工程问题，而必须借助经验、力后所表现的性状及由此引起的工程问题，而必须借助经验、现场实验、室内试

10、验辅以理论计算，因此也可以说土力学是现场实验、室内试验辅以理论计算，因此也可以说土力学是一门依赖于实践的学科。一门依赖于实践的学科。二、地基二、地基 土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层称为地基。土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层称为地基。良好的地基一般应具有较高的承载力与较低的压缩性，以满良好的地基一般应具有较高的承载力与较低的压缩性，以满足地基基础设计的两个基本条件足地基基础设计的两个基本条件(强度条件与变形条件强度条件与变形条件)。软。软弱地基的工程性质较差，需经过人工地基处理才能达到设计弱地基的工程性质较差，需经过人工地基处理才能达到设计要求。我们把不需处理而直接利用天然

11、土层的地基称为天然要求。我们把不需处理而直接利用天然土层的地基称为天然地基地基;把经过人工加工处理才能作为地基的称为人工地基。人把经过人工加工处理才能作为地基的称为人工地基。人工地基施工周期长、造价高，因此建筑物一般宜建造在良好工地基施工周期长、造价高，因此建筑物一般宜建造在良好的天然地基上。的天然地基上。下一页绪绪 论论 三、基础三、基础 埋人土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结埋人土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构称为基础。构称为基础。根据不同的分类方法，基础可以有多种形式，但不论是何根据不同的分类方法，基础可以有多种形式，但不论是何种基础形式，其结构本身均应具有足

12、够的承载力和刚度，在种基础形式，其结构本身均应具有足够的承载力和刚度，在地基反力作用下不发生破坏，并应具有改善沉降与不均匀沉地基反力作用下不发生破坏，并应具有改善沉降与不均匀沉降的能力。通常把埋置深度不大降的能力。通常把埋置深度不大(一般小于一般小于5 m)，只需经过挖，只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础统称为浅基槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础统称为浅基础础(各种单独的和连续的基础各种单独的和连续的基础)。反之，浅层土质不良，而需。反之，浅层土质不良，而需把基础埋置于深处土质较好的地层时，就要借助特殊的施工把基础埋置于深处土质较好的地层时，就要借助特殊的施工方法，

13、建造各种类型的深基础方法，建造各种类型的深基础(桩基础、沉井和地下连续墙等桩基础、沉井和地下连续墙等)厂。厂。四、地基基础设计的基本原理四、地基基础设计的基本原理 地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组成部分。它地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组成部分。它与建筑物的安全和正常使用有着密切的关系。设计时，要考与建筑物的安全和正常使用有着密切的关系。设计时，要考虑场地的工程地质和水文地质条件，虑场地的工程地质和水文地质条件，下一页绪绪 论论同时也要考虑建筑物的使用要求、上部结构特点和施工条件同时也要考虑建筑物的使用要求、上部结构特点和施工条件等各种因素，使基础工程做到安全可靠、经济合理、技

14、术先等各种因素，使基础工程做到安全可靠、经济合理、技术先进和便于施工。进和便于施工。一般认为，地基基础在设计时应考虑的因素有一般认为，地基基础在设计时应考虑的因素有:(1)施工期限、施工方法及所需的施工设备等。施工期限、施工方法及所需的施工设备等。(2)在地震区，应考虑地基与基础的抗震。在地震区，应考虑地基与基础的抗震。(3)基础的形状和布置，以及与相邻基础和地下构筑物、地下基础的形状和布置，以及与相邻基础和地下构筑物、地下管道的关系。管道的关系。(4)建造基础所用的材料及基础的结构形式。建造基础所用的材料及基础的结构形式。(5)基础的埋置深度。基础的埋置深度。(6)地基土的承载力。地基土的承

15、载力。(7)上部结构的类型、使用要求及其对不均匀沉降的敏感度。上部结构的类型、使用要求及其对不均匀沉降的敏感度。五、地基基础在建筑工程中的重要性五、地基基础在建筑工程中的重要性上一页 下一页绪绪 论论 建筑物的地基、基础和上部结构三部分，虽然各自的功能不建筑物的地基、基础和上部结构三部分，虽然各自的功能不同、研究方法相异，然而对一个建筑物来说，在荷载作用下，同、研究方法相异，然而对一个建筑物来说，在荷载作用下，这三方面却是彼此联系、相互制约的整体。这三方面却是彼此联系、相互制约的整体。地基和基础是建筑物的根本，又属于地下隐蔽工程。它的勘地基和基础是建筑物的根本，又属于地下隐蔽工程。它的勘察、设

16、计和施工质量直接关系着建筑物的安危。实践表明，察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。实践表明，建筑物事故的发生，很多与地基基础有关，而且，地基基础建筑物事故的发生，很多与地基基础有关，而且，地基基础事故一旦发生，补救并非易事。另外，基础工程费用与建筑事故一旦发生，补救并非易事。另外，基础工程费用与建筑物总造价的比例，视其复杂程度和设计、施工的合理与否，物总造价的比例，视其复杂程度和设计、施工的合理与否，可以变动在百分之儿到儿十之间。因此，地基及基础在建筑可以变动在百分之儿到儿十之间。因此，地基及基础在建筑工程中的重要性是显而易见的。工程实践中，虽然地基基础工程中的重要性是显而易见的。工程实

17、践中，虽然地基基础事故屡有发生，但是，只要严格遵循基本建设原则，按照勘事故屡有发生，但是，只要严格遵循基本建设原则，按照勘察设计施工的先后顺序，并切实抓好这三个环节，那么，地察设计施工的先后顺序，并切实抓好这三个环节，那么，地基基础事故一般是可以避免的。基基础事故一般是可以避免的。六、本课程的特点及要求六、本课程的特点及要求上一页 下一页绪绪 论论 本课程是一门综合性很强的课程，它涉及工程地质、土力学、本课程是一门综合性很强的课程，它涉及工程地质、土力学、建筑力学、建筑结构、建筑材料、施工技术等学科领域。因建筑力学、建筑结构、建筑材料、施工技术等学科领域。因此在学习本课程时，既要注意与其他学科

18、的联系，又要注意此在学习本课程时，既要注意与其他学科的联系，又要注意紧紧抓住土的应力、强度和变形这一核心问题。同时要学会紧紧抓住土的应力、强度和变形这一核心问题。同时要学会阅读和使用工程地质勘察资料，掌握土的现场原位测试和室阅读和使用工程地质勘察资料，掌握土的现场原位测试和室内土工试验，并应用这些基本知识和原理，结合建筑结构和内土工试验，并应用这些基本知识和原理，结合建筑结构和施工技术等知识，解决地基基础工程问题。施工技术等知识，解决地基基础工程问题。学习时应该突出重点，兼顾全面。从工业与民用建筑专业学习时应该突出重点，兼顾全面。从工业与民用建筑专业的要求出发，学习本课程时，应该重视工程地质的

19、基本知识，的要求出发，学习本课程时，应该重视工程地质的基本知识，培养阅读和使用工程地质勘察资料的能力培养阅读和使用工程地质勘察资料的能力;必须牢固掌握土的必须牢固掌握土的应力、变形、强度和地基计算等土力学基本原理，从而能够应力、变形、强度和地基计算等土力学基本原理，从而能够应用这些基本概念和原理，结合有关建筑结构理论和施工知应用这些基本概念和原理，结合有关建筑结构理论和施工知识，分析和解决地基基础问题。识，分析和解决地基基础问题。七、本学科的发展概况七、本学科的发展概况上一页 下一页绪绪 论论 追本溯流，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，追本溯流，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑

20、活动中，就已创造厂自己的地基基础工艺。我国西安半坡遗址和殷墟就已创造厂自己的地基基础工艺。我国西安半坡遗址和殷墟遗址的考古发掘中都发现有土台和石础，这就是古代遗址的考古发掘中都发现有土台和石础，这就是古代“堂高堂高三尺、茅茨土阶三尺、茅茨土阶”(语见语见韩非子韩非子)建筑的地基基础形式。建筑的地基基础形式。历代修建的无数建筑物都出色地体现厂我国古代劳动人民在历代修建的无数建筑物都出色地体现厂我国古代劳动人民在地基基础工程方面的高超水平。举世闻名的长城、蜿蜒万里地基基础工程方面的高超水平。举世闻名的长城、蜿蜒万里的大运河，如不处理好岩土的有关问题，就不能穿越各种地的大运河，如不处理好岩土的有关问

21、题，就不能穿越各种地质条件的广阔地区，而被誊为亘古奇观质条件的广阔地区，而被誊为亘古奇观;宏伟壮丽的宫殿寺院，宏伟壮丽的宫殿寺院，要依靠精心设计建造的地基基础，才能逾千百年而留存至今要依靠精心设计建造的地基基础，才能逾千百年而留存至今;遍布各地的巍巍高塔，是由于奠基牢固，方可经历多次强震遍布各地的巍巍高塔，是由于奠基牢固，方可经历多次强震强风的考验而安然无恙。这些事实就是地基基础学发展的明强风的考验而安然无恙。这些事实就是地基基础学发展的明证。证。从从20世纪世纪50年代起，现代科技成就尤其是电子技术渗人厂年代起，现代科技成就尤其是电子技术渗人厂土力学及基础工程的研究领域。在实现实验测试技术自

22、动化、土力学及基础工程的研究领域。在实现实验测试技术自动化、现代化的同时，人们对土的基本性质又有厂更进一步的认识现代化的同时，人们对土的基本性质又有厂更进一步的认识;上一页 下一页绪绪 论论随着电子计算机的迅速发展和数值分析法的广泛应用，科学随着电子计算机的迅速发展和数值分析法的广泛应用，科学研究和工程设计更具备了强有力的手段，遂使土力学理论和研究和工程设计更具备了强有力的手段，遂使土力学理论和基础工程技术也出现厂令人瞩日的进展。因此，有人认为，基础工程技术也出现厂令人瞩日的进展。因此，有人认为，1957年召开的第四届国际土力学与基础工程会议标志着一个年召开的第四届国际土力学与基础工程会议标志

23、着一个新时期的开始。正是在这个时期，年轻的中华人民共和国以新时期的开始。正是在这个时期，年轻的中华人民共和国以朝气蓬勃的姿态进人厂国际土力学及基础工程科技交流发展朝气蓬勃的姿态进人厂国际土力学及基础工程科技交流发展的行列。从的行列。从1962年开始的全国土力学及基础工程学术讨论会年开始的全国土力学及基础工程学术讨论会的多次召开，已成为本学科迅速进展的里程碑。我国在土力的多次召开，已成为本学科迅速进展的里程碑。我国在土力学与基础工程各个领域的理论与实践新成就，已达到难以尽学与基础工程各个领域的理论与实践新成就，已达到难以尽述的境地。述的境地。我国的地基及基础科学技术，作为岩土工程的一个重要组我国

24、的地基及基础科学技术，作为岩土工程的一个重要组成部分，已经、也必将继续遵循现代岩土工程的工作方法和成部分，已经、也必将继续遵循现代岩土工程的工作方法和研究方法阔步进人研究方法阔步进人21世纪，从而取得更多、更高的成就，为世纪，从而取得更多、更高的成就，为我国的现代化建设作出更大的贡献。我国的现代化建设作出更大的贡献。上一页目目 录录绪论绪论第一章第一章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第二章第二章 地基中的应力计算地基中的应力计算第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力第五章第五章 土压力与土坡稳定

25、土压力与土坡稳定目目 录录第六章第六章 建筑场地的工程地质勘察建筑场地的工程地质勘察第七章第七章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计第八章第八章 桩基础桩基础 第九章第九章 软弱地基处理软弱地基处理第十章第十章 区域性地基区域性地基第一章土的物理性质及工程分类第一章土的物理性质及工程分类 第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 第三节土的物理状态指标第三节土的物理状态指标 第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性 第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类 第六节岩土的野外鉴别方法第六节岩土的野外鉴别方法第一节土的构成

26、及其构造第一节土的构成及其构造 一、土的成因一、土的成因 岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后，所形成的各岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后，所形成的各种疏松的沉积物，在建筑工程上都称之为种疏松的沉积物，在建筑工程上都称之为“土土”。这是土的。这是土的狭义概念。土的广义概念是将整体岩石也包括在内，但人们狭义概念。土的广义概念是将整体岩石也包括在内，但人们一一般都使用土的狭义概念。般都使用土的狭义概念。风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动等等(也称为外力地质作用也称为外力地质作用)密切相关，一般分为物理风化、化密切相关，一般分

27、为物理风化、化学风化和生物风化三种。由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩学风化和生物风化三种。由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩解为碎块的属于物理风化。这种风化作用只改变颗粒的大小解为碎块的属于物理风化。这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿与形状，不改变矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿物。由于水溶液、大气等因素的影响，使岩石的矿物成分不物。由于水溶液、大气等因素的影响，使岩石的矿物成分不断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化。断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化。这种风化作用使岩石的矿物成分发生改变，土的颗粒变得很这种风化作

28、用使岩石的矿物成分发生改变，土的颗粒变得很细，称为次生矿物。由于动、植物的生长使岩石破碎的属于细，称为次生矿物。由于动、植物的生长使岩石破碎的属于生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作用。用。下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 由于成土过程各环节交错反复，成土的自然地理环境复杂多由于成土过程各环节交错反复，成土的自然地理环境复杂多样，因此，土的类型与性质是千差万别的。但是在大致相同样，因此，土的类型与性质是千差万别的。但是在大致相同的地质年代及相似的沉积条件下形成的堆积物往往在成分及的地质年代及相似的沉积条件

29、下形成的堆积物往往在成分及性质卜是相沂的十的性质一方而取决干原始沉积条件所决宁性质卜是相沂的十的性质一方而取决干原始沉积条件所决宁的十粒成分、结构、石隙中水溶液的性质等，另一方面也取的十粒成分、结构、石隙中水溶液的性质等，另一方面也取决于沉积以后的经历，如沉积年代的长短、自然地理条件的决于沉积以后的经历，如沉积年代的长短、自然地理条件的变迁等都可引起原始沉积物的成分或性质的某些改变。一般变迁等都可引起原始沉积物的成分或性质的某些改变。一般沉积年代越为久远，上覆土层重量越大，土压得越密实，由沉积年代越为久远，上覆土层重量越大，土压得越密实，由孔隙水中析出的化学胶结物也就越多。因此，老土层比新土孔

30、隙水中析出的化学胶结物也就越多。因此，老土层比新土层的强度、变形模量要高，甚至由散粒体经过成岩作用又变层的强度、变形模量要高，甚至由散粒体经过成岩作用又变成整体岩石，如砂土成为砂岩，黏土变成页岩等。日前所见成整体岩石，如砂土成为砂岩，黏土变成页岩等。日前所见到的土大都是第四纪沉积层，一般都呈松散状态。但第四纪到的土大都是第四纪沉积层，一般都呈松散状态。但第四纪是由距今一百万年前开始的一个相当长的时期，第四纪早期是由距今一百万年前开始的一个相当长的时期，第四纪早期沉积的土和近期沉积的土，在性质上就有着相当大的区别。沉积的土和近期沉积的土，在性质上就有着相当大的区别。这种影响，对钻性土尤为明显。这

31、种影响，对钻性土尤为明显。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造建筑工程中将土建筑工程中将土(岩石除外岩石除外)分为儿大类，即碎石土、砂土、分为儿大类，即碎石土、砂土、粉土、黍占性土和人工填土。碎石和砂土统称为无钻性土。粉土、黍占性土和人工填土。碎石和砂土统称为无钻性土。粉土是既不同于钻性土，又有别于砂土，介乎二者之间的土。粉土是既不同于钻性土，又有别于砂土，介乎二者之间的土。不同的自然地理环境对土的性质也有很大影响。我国沿海地不同的自然地理环境对土的性质也有很大影响。我国沿海地区的软土、严寒地区的永冻土、西北地区的湿陷性黄土、西区的软土、严寒地区的永冻土、西北地区的湿

32、陷性黄土、西南亚热带的红钻土等除具有一般土的共性外，还具有自己的南亚热带的红钻土等除具有一般土的共性外，还具有自己的特点。特点。二、土的组成二、土的组成 土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例关架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例关系都对土的性质有显著影响。系都对土的性质有显著影响。(一一)土的固体颗粒土的固体颗粒 1.土的粒径级配土的粒径级配上一页 下一页返回第一节

33、土的构成及其构造第一节土的构成及其构造为厂便于研究，将土粒按大小及性质的不同，划分成若干粒为厂便于研究，将土粒按大小及性质的不同，划分成若干粒组。土的颗粒越小，与水的相互作用就越强烈。粗颗粒和水组。土的颗粒越小，与水的相互作用就越强烈。粗颗粒和水之间儿乎没有物理化学作用，而粒径小于之间儿乎没有物理化学作用，而粒径小于0.005 mm的钻粒和的钻粒和胶粒就受水的强烈影响，遇水时出现钻性、可塑性、膨胀性胶粒就受水的强烈影响，遇水时出现钻性、可塑性、膨胀性等粗颗粒所不具有的诸种特性。很显然，土中所含的各个粒等粗颗粒所不具有的诸种特性。很显然，土中所含的各个粒组的相对含量不同，表现出来的土的性质也就不

34、同。组的相对含量不同，表现出来的土的性质也就不同。工程中常用的粒径分析法有筛分法工程中常用的粒径分析法有筛分法(适用于粒径大于适用于粒径大于0.074 mm的土的土)与比重计法与比重计法(适用于粒径小于适用于粒径小于0.074 mm的土的土)两种。两种。如土中同时含有粒径大于和小于如土中同时含有粒径大于和小于0.074 mm的土粒时，则两种的土粒时，则两种方法并用。方法并用。颗粒分析的结果常用如颗粒分析的结果常用如图图1-1所示的粒径级配曲线表示。图所示的粒径级配曲线表示。图中的纵坐标表示小于某粒径的土粒占土总重的百分比，横坐中的纵坐标表示小于某粒径的土粒占土总重的百分比，横坐标表示粒径。粒径

35、级配曲线可以对土的颗粒组成给以明确的标表示粒径。粒径级配曲线可以对土的颗粒组成给以明确的概貌，如由曲线概貌，如由曲线2可以看出，所试验的土样含劲粒可以看出，所试验的土样含劲粒44%，粉粒，粉粒36%，砂粒，砂粒20%。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 若级配曲线平缓，表示土中各种大小的土粒都有，颗粒不均若级配曲线平缓，表示土中各种大小的土粒都有，颗粒不均匀，级配良好匀，级配良好;曲线陡峻则表示土粒均匀，级配不好。具体可曲线陡峻则表示土粒均匀，级配不好。具体可用不均匀系数用不均匀系数K，来衡量。，来衡量。Ku=d60/d10 (1-1)式中式中d60-限定粒径，土中

36、小于该粒径的颗粒重占土总重的限定粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的60%;d10-有效粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的有效粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的10%。工程上把工程上把Ku5的土看做是级配均匀的土看做是级配均匀;Ku 10的土看做是级的土看做是级配良好，土中的大孔隙可为细颗粒所填充，因而适于用作填配良好，土中的大孔隙可为细颗粒所填充，因而适于用作填方土料及混凝土工程的砂石料。方土料及混凝土工程的砂石料。2.土粒的矿物成分土粒的矿物成分 土粒的矿物成分决定于母岩的矿物成分及风化作用。粗大土粒的矿物成分决定于母岩的矿物成分及风化作用。粗大的土粒往往是岩石经物理风化作用形成

37、的原生矿物，其矿物的土粒往往是岩石经物理风化作用形成的原生矿物，其矿物成分与母岩相同，常见的如石英、长石、石母等，一般砾石、成分与母岩相同，常见的如石英、长石、石母等，一般砾石、砂等都属此类。这种矿物成分的性质较稳定，由其组成的土砂等都属此类。这种矿物成分的性质较稳定，由其组成的土表现出无钻性、透水性较大、压缩性较低等性质。表现出无钻性、透水性较大、压缩性较低等性质。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造细小的土粒主要是岩石经化学风化作用形成的次生矿物，其细小的土粒主要是岩石经化学风化作用形成的次生矿物，其矿物成分与母岩完全不同，如钻土矿物的蒙脱石、伊利石、矿物成分与母

38、岩完全不同，如钻土矿物的蒙脱石、伊利石、高岭石等。次生矿物性质不稳定，具有较强的亲水性，遇水高岭石等。次生矿物性质不稳定，具有较强的亲水性，遇水膨胀，脱水收缩。上述三种钻土矿物的亲水性依次减弱，蒙膨胀，脱水收缩。上述三种钻土矿物的亲水性依次减弱，蒙脱石最强，伊利石次之，高岭石最弱。脱石最强，伊利石次之，高岭石最弱。(二二)土中的水土中的水 1.结合水结合水 这部分水是借土粒的电分子引力吸附在土粒表面上的水，这部分水是借土粒的电分子引力吸附在土粒表面上的水，对土的工程性质影响极大。由于土粒与其周围介质对土的工程性质影响极大。由于土粒与其周围介质(包围它的包围它的气体或液体气体或液体)间发生物理化

39、学变化，使土粒表面带电间发生物理化学变化，使土粒表面带电(多为负多为负电电)，并在周围的空间内形成电场，将介质中的水分子，并在周围的空间内形成电场，将介质中的水分子为极为极性分子，如性分子，如图图1-2 (a)所示所示及游离阳离子吸附于表面，从而形及游离阳离子吸附于表面，从而形成结合水膜，如成结合水膜，如图图1-2(b)所示。所示。2.自由水自由水 这种水处于土粒的电分子吸力以外，受重力法则控制，不这种水处于土粒的电分子吸力以外，受重力法则控制，不能抗剪，密度在能抗剪，密度在1左右。左右。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造自由水又分两种自由水又分两种:位于地下水位以

40、下的水叫重力水，因为它仅位于地下水位以下的水叫重力水，因为它仅受本身的重力作用而运动受本身的重力作用而运动;位于地下水位以上的水，除重力外位于地下水位以上的水，除重力外还受毛细作用，称为毛细水。土粒间的孔隙是互相连通的，还受毛细作用，称为毛细水。土粒间的孔隙是互相连通的，地下水沿着这个不规则的通道上升，形成土中的毛细水上升地下水沿着这个不规则的通道上升，形成土中的毛细水上升带。毛细水的上升高度带。毛细水的上升高度:碎石土一无碎石土一无(一般认为粒径大于一般认为粒径大于2 mm的土粒无毛细现象的土粒无毛细现象);砂土砂土2 m以下以下;粉土及黍占性土粉土及黍占性土2m以上。以上。(三三)土中的气

41、体土中的气体 土中的气体存在于土孔隙中未被水占据的部位。在粗粒的土中的气体存在于土孔隙中未被水占据的部位。在粗粒的沉积物中有与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不沉积物中有与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中则有与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作大。在细粒土中则有与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下的弹性变形增加，透水性减小。用下的弹性变形增加，透水性减小。对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物(嫌气细菌嫌气细菌)的分解的分解作用，在土中蓄积厂某种可燃气体作用，在土中蓄积厂某种可燃气体(如硫化氢、甲烷等如硫化氢、甲烷等)，使，使土层在

42、自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 三、土的结构和构造三、土的结构和构造 (一一)土的结构土的结构 1.单粒结构单粒结构 单粒结构单粒结构(图图1-3)为碎石土和砂土的结构特征，这种结构是为碎石土和砂土的结构特征，这种结构是由土粒在水中或空气中自重下落堆积而成的。因土粒尺寸较由土粒在水中或空气中自重下落堆积而成的。因土粒尺寸较大，粒间的分子引力远小于土粒自重，故土粒间儿乎没有相大，粒间的分子引力远小于土粒自重，故土粒间儿乎没有相互联结的作用，是典型的散粒状物体，简称散体

43、。单粒结构互联结的作用，是典型的散粒状物体，简称散体。单粒结构可分为疏松的与紧密的结构。可分为疏松的与紧密的结构。前者颗粒间的孔隙大，颗粒位置不稳定，不论在静载或动载前者颗粒间的孔隙大，颗粒位置不稳定，不论在静载或动载作用下都很容易错位，产生很大下沉，在振动作用下尤甚作用下都很容易错位，产生很大下沉，在振动作用下尤甚(体体积可减少积可减少20%)。因此疏松的单粒结构未经处理不宜作为地基。因此疏松的单粒结构未经处理不宜作为地基。紧密的单粒结构的颗粒排列已接近最稳定的位置，在动、静紧密的单粒结构的颗粒排列已接近最稳定的位置，在动、静荷载作用下均不会产生较大下沉，是比较理想的天然地基。荷载作用下均不

44、会产生较大下沉，是比较理想的天然地基。2.蜂窝结构蜂窝结构上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 蜂窝结构蜂窝结构(图图1-4)多为颗粒细小的钻性土所具有的结构形式，多为颗粒细小的钻性土所具有的结构形式，有时粉砂也可能有。据研究，粒径在有时粉砂也可能有。据研究，粒径在0.002 0.02 mm之间的之间的土粒在水中沉积时，基本是单个土粒下沉，在下沉途中碰上土粒在水中沉积时，基本是单个土粒下沉，在下沉途中碰上已沉积的土粒时，由于土粒间的相互分子引力对自重而言已已沉积的土粒时，由于土粒间的相互分子引力对自重而言已经足够大，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下降，而经足够大，

45、因此土粒就停留在最初的接触点上不再下降，而形成很大孔隙的蜂窝状结构。形成很大孔隙的蜂窝状结构。3.絮状结构絮状结构 絮状结构絮状结构(图图1-5)是颗粒最细小的钻性土所特有的结构形式。是颗粒最细小的钻性土所特有的结构形式。粒径小于粒径小于0.002 mm的土粒能够在水中长期悬浮，不因自重而的土粒能够在水中长期悬浮，不因自重而下沉。当在水中加人某些电解质后，颗粒间的排斥力削弱，下沉。当在水中加人某些电解质后，颗粒间的排斥力削弱，运动着的土粒凝聚成絮状物下沉，形成类似蜂窝而孔隙很大运动着的土粒凝聚成絮状物下沉，形成类似蜂窝而孔隙很大的结构，称为絮状结构。的结构，称为絮状结构。(二二)土的构造土的构

46、造上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系，其主要特点是土的构造是指土体中各结构单元之间的关系，其主要特点是土的成层性和裂隙性。成层土的成层性和裂隙性。成层性是指土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、性是指土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小等不同，沿竖向呈现出颗粒大小等不同，沿竖向呈现出成层特征成层特征;裂隙性是指土体被许多不连续的小裂隙所分割，破裂隙性是指土体被许多不连续的小裂隙所分割，破坏厂土的整体性，强度低，渗坏厂土的整体性，强度低，渗透性高，工程性质差。有些坚硬和硬塑状态的钻性土具有此透性高，工程

47、性质差。有些坚硬和硬塑状态的钻性土具有此种构造。种构造。土的构造类型见土的构造类型见表表1-1。上一页 返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 一、土的三相图一、土的三相图 土是固、液、气三相的分散系。土中三相组成的比例指标土是固、液、气三相的分散系。土中三相组成的比例指标反映着土的物理状态，如干燥或潮湿，疏松或紧密。这些指反映着土的物理状态，如干燥或潮湿，疏松或紧密。这些指标是最基本的物理性质指标，它们对于评价土的工程性质具标是最基本的物理性质指标，它们对于评价土的工程性质具有重要的意义。有重要的意义。土的三相本来是混合分布的，但为厂阐述和标记的方便，将土的三相本来是混合分布的，但

48、为厂阐述和标记的方便，将三相的各部分集合起来，画出土的三相示意图，如三相的各部分集合起来，画出土的三相示意图，如图图1-10所所示。示。图中各符号意义为图中各符号意义为:V一土的总体积一土的总体积;Vs一土中固体颗粒的体积一土中固体颗粒的体积;Vv一土中孔隙的体积一土中孔隙的体积;Vw一土中水所占的体积一土中水所占的体积;下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 Va一土中气体所占的体积一土中气体所占的体积;W一土的总重量一土的总重量;Ws一土中固体颗粒的重量一土中固体颗粒的重量;Ww一土中水的重量一土中水的重量;Wa一土中气体的重量一土中气体的重量(一般认为一般认为Wa=0)。

49、二、土的主要物理指标二、土的主要物理指标 (一一)土的饱和密度和饱和重度土的饱和密度和饱和重度 土的饱和密度是指当土的孔隙中充满水时，土中的固体颗粒和水土的饱和密度是指当土的孔隙中充满水时，土中的固体颗粒和水的质量之和与土样的总的质量之和与土样的总体积之比，用符号体积之比，用符号 表示表示:(1-2)土的饱和重度为土的饱和重度为:(1-3)VVmwvssatgsatsatsat上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标式中式中 -土的饱和密度土的饱和密度;-土的饱和重度土的饱和重度;ms-固体部分质量，固体部分质量，g-重力加速度。重力加速度。(二二)土的浮密度和浮重度土的

50、浮密度和浮重度 地下水位以下的土，其固体颗粒受到重力水的浮力作用，地下水位以下的土，其固体颗粒受到重力水的浮力作用，去固体颗粒排开水的质量去固体颗粒排开水的质量(即扣去浮力即扣去浮力)与土样的总体积之比，与土样的总体积之比，称浮密度，用符号称浮密度，用符号 示示:(1-4)土的浮重度为土的浮重度为:(1-5)从浮密度和浮重度的定义可知从浮密度和浮重度的定义可知:(1-6)(1-7)satsatVVmwssgwsatwsat上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标(三三)土的干密度和干重度土的干密度和干重度 土的干密度是土中的固体部分质量与土样总体积之比或土土的干密度是土中