交通部水运工程试验检测技术培训材料课件.ppt
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1、 交通部水运工程试验检测技术培训材料交通部水运工程试验检测技术培训材料 地基基础、土工试验及地基承载力地基基础、土工试验及地基承载力 讲稿讲稿第一章土工基础知识第一章土工基础知识1土工物理性质和工程分类土工物理性质和工程分类一、土的形成一、土的形成1、地层与地质时代表(见第二页表、地层与地质时代表(见第二页表1)2、第四纪地层的成因类型符号表表、第四纪地层的成因类型符号表表2地层名称地层名称符号符号地层名称地层名称符号符号地层名称地层名称符号符号地层名称地层名称符号符号人工填土人工填土Qml残积层残积层Qed海陆交互海陆交互相沉积层相沉积层Qmc滑坡堆积滑坡堆积层层Qdel植物层植物层Qpd风
2、积层风积层Qeod冰积层冰积层Qgl泥石流堆泥石流堆积层积层Qsel冲击层冲击层Qal湖积层湖积层Ql冰水沉积冰水沉积层层Qfgl生物堆积生物堆积层层Qo洪积层洪积层Qpl沼泽沉积沼泽沉积层层Qh火山堆积火山堆积层层Qb化学堆积化学堆积层层Qch坡积层坡积层Qdl海相沉积海相沉积层层Qm崩积层崩积层Qcol成因不明成因不明的沉积层的沉积层Qpr注:注:1.两种成因混合而成的沉(堆)积层,可采用混合符号,例如:冲击和洪积混两种成因混合而成的沉(堆)积层,可采用混合符号,例如:冲击和洪积混合层,可用合层,可用Qal+pl表示。表示。2.地层与成因的符号可以混合起来使用,例如:由冲击形成的第四系上更
3、新统,地层与成因的符号可以混合起来使用,例如:由冲击形成的第四系上更新统,可用可用Q3al表示。表示。3、土的形成、土的形成我国大部分地区的土形成于第四纪:代表符号我国大部分地区的土形成于第四纪:代表符号Q1、Q2、Q3、Q4或新第三纪:或新第三纪:“新第三纪新第三纪”不明确不明确软土:都属于近代形成的,软土:都属于近代形成的,Q4港工规范(地基)港工规范(地基)6.1.1条条老沉积土:第四纪晚更新世老沉积土:第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的粘性土可不进行沉降计算。及其以前沉积的粘性土可不进行沉降计算。新近沉积土:第四纪全新世中近期沉积的土新近沉积土:第四纪全新世中近期沉积的土Q4,一般呈欠固
4、结状态。,一般呈欠固结状态。地层与地质时代表地层与地质时代表 表表1.doc*综合国内外年表的控制数据。综合国内外年表的控制数据。岩土工程勘察规范(岩土工程勘察规范(GB50021-2001)P138:无机土:有机质无机土:有机质Wn含量含量Wn5%有机质土:有机质有机质土:有机质Wn含量含量5%Wn10%泥炭质土:有机质泥炭质土:有机质Wn含量含量10%60%土:分为有机土:在沼泽等缺氧环境中,由动植物残骸,完全或部分分解形成的堆积物土:分为有机土:在沼泽等缺氧环境中,由动植物残骸,完全或部分分解形成的堆积物 无机土:岩石风化作用形成,没有胶结或胶结的颗粒堆积物,无机土:岩石风化作用形成,没
5、有胶结或胶结的颗粒堆积物,Wn200200d60粗粒粗粒砾粒粗粒砾粒粗粒细粒细粒沙粒沙粒60d2020d22d0.075细粒细粒粉粒粉粒粘粒粘粒0.075d0.0050.005d级配级配各粒组的相对含量称为土的级配各粒组的相对含量称为土的级配术语标准:级配:以不均匀系数术语标准:级配:以不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的一种概来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的一种概 念;念;巨粒土:粒径大于巨粒土:粒径大于60mm的粒状含量大于总质量的的粒状含量大于总质量的50%的土;的土;粗粒土:粒径大于粗粒土:粒径大于0.075mm的颗粒含量大于总质量的的颗粒含量大于
6、总质量的50%的土;的土;细粒土:粒径小于细粒土:粒径小于0.075mm的颗粒含量大于或等于总质量的的颗粒含量大于或等于总质量的50%的土;的土;不均匀系数:反映土颗粒粒径分布均匀性的系数不均匀系数:反映土颗粒粒径分布均匀性的系数Cud60/d10;曲率系数:反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数曲率系数:反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数Ccd302/(d10d60)d60、d30、d10分别为小于该粒径的土粒质量占总土粒质量的百分数砂土颗分别为小于该粒径的土粒质量占总土粒质量的百分数砂土颗粒组成特性应根据粒组成特性应根据Cu和和Cc确定确定良好级配土同时满足良好级配土同时满足Cu55和(且)和(且
7、)Cc13时的土。时的土。不良级配土不同时满足不良级配土不同时满足Cu55和(且)和(且)Cc13时的土。时的土。级配良好压实达到较高密实度、渗透性小、强度高、压缩性低级配良好压实达到较高密实度、渗透性小、强度高、压缩性低级配不良压实达到较小密实度、渗透性大、强度低、压缩性大级配不良压实达到较小密实度、渗透性大、强度低、压缩性大粘土矿物:高岭土、伊利土、蒙脱土粘土矿物:高岭土、伊利土、蒙脱土2、土的液相、土的液相 水的类型水的类型主要作用力主要作用力自由水自由水毛细水毛细水表面张力和重力表面张力和重力重力水重力水重力重力结合水结合水物理化学力物理化学力近代土质学(高国瑞)介绍:近代土质学(高国
8、瑞)介绍:随土粒移动,在一定程度上具有固体性质,是粘土颗粒表面一部分厚度,:随土粒移动,在一定程度上具有固体性质,是粘土颗粒表面一部分厚度,3层层 水分子厚度约水分子厚度约10A;密度大;粘滞性高,比自由水大;密度大;粘滞性高,比自由水大100倍;倍;A1018m 有人测到第一层水分子密度为有人测到第一层水分子密度为1.4g/cm3:也有人称为渗透吸附水,渗透吸附和范德华力:也有人称为渗透吸附水,渗透吸附和范德华力,粘土表面的分子团形成的瞬时偶粘土表面的分子团形成的瞬时偶 极,诱发临近分子位移,产生偶极子之间的吸引力,成为主要影响因素这层水极,诱发临近分子位移,产生偶极子之间的吸引力,成为主要
9、影响因素这层水 在土中经常变化,影响土的工程性质;是离子扩散层的水,性质和自由水不同。在土中经常变化,影响土的工程性质;是离子扩散层的水,性质和自由水不同。:被土颗粒表面吸附着的水称为结合水,受土粒表面引力控制,有其:被土颗粒表面吸附着的水称为结合水,受土粒表面引力控制,有其 独特特点:如溶解能力降低,密度大,弹性增强,粘滞性高,不受重力影响,独特特点:如溶解能力降低,密度大,弹性增强,粘滞性高,不受重力影响,冰点低于零度等。冰点低于零度等。对细粒土,当粘粒(对细粒土,当粘粒(0.005mm)含量高时,特别是当粘粒由粘土矿物组成时,结合)含量高时,特别是当粘粒由粘土矿物组成时,结合 水往水往
10、往占有很大的孔隙体积,故细粘土的性质将受结合水的重大影响。往占有很大的孔隙体积,故细粘土的性质将受结合水的重大影响。华水土工原理计算介绍:在双电层影响下的水称为结合水。华水土工原理计算介绍:在双电层影响下的水称为结合水。:不受土粒表面引力束缚的那部分水称为自由水。处于地下水位以下,存在于土粒表:不受土粒表面引力束缚的那部分水称为自由水。处于地下水位以下,存在于土粒表 面电场影响以外的水。面电场影响以外的水。:在地下水位以下的水:在地下水位以下的水 在重力作用下,能在孔隙中自由运动并对土粒有浮力的作用的水在重力作用下,能在孔隙中自由运动并对土粒有浮力的作用的水:在地下水位以上水为毛细水:在地下水
11、位以上水为毛细水:由于水的表面张力,土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力:由于水的表面张力,土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力 的水。的水。讲义:水不能承受剪力,可承受压力和一定吸力,压缩性很小。讲义:水不能承受剪力,可承受压力和一定吸力,压缩性很小。3、气相、气相土中的气:土孔隙中充填的空气:与大气连通土中的气:土孔隙中充填的空气:与大气连通与大气不连通,以气泡出现封闭气体与大气不连通,以气泡出现封闭气体饱和软土,土中出现封闭气泡将使土的渗透性减小,弹性增大,拖延土的压缩、膨胀过程,对饱和软土,土中出现封闭气泡将使土的渗透性减小,弹性增大,拖延土的压缩、膨胀
12、过程,对土的工程性质影响较大。土的工程性质影响较大。三、土的结构三、土的结构:土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征;:土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征;:土的固体颗粒间的几何排列和联接方式;:土的固体颗粒间的几何排列和联接方式;:土的固体颗粒构成的格架;:土的固体颗粒构成的格架;:单位土体或单位质量土颗粒的总表面积。:单位土体或单位质量土颗粒的总表面积。华水土工原理与计算:华水土工原理与计算:土的结构是指土颗粒或集合体的大小、形状、表面特征、排列形式以及它们之间的联接特土的结构是指土颗粒或集合体的大小、形状、表面特征、排列形式以及它们之间的联接特征,也称土的微观结构(讲义)。征,也称土的微观结
13、构(讲义)。讲义:土的结构取决于土粒间力的性质,以及土的形成受到的外力。讲义:土的结构取决于土粒间力的性质,以及土的形成受到的外力。沉积形成的土常具有下列极端类型:沉积形成的土常具有下列极端类型:1、单力结构:土粒尺寸大,土粒自重、单力结构:土粒尺寸大,土粒自重粒间引力粒间引力 砂、砾代表结构颗粒粗大、比表面积小、点接触,几乎无联接、孔隙比大、透水性好,砂、砾代表结构颗粒粗大、比表面积小、点接触,几乎无联接、孔隙比大、透水性好,角角大,强度高,变形小。大,强度高,变形小。华水:设土粒为均一球体,最松散孔隙比为华水:设土粒为均一球体,最松散孔隙比为0.91,最紧密的孔隙比,最紧密的孔隙比e为为0
14、.35,自然孔隙比也在,自然孔隙比也在0.350.91之间,松散的在震动下会有液化。之间,松散的在震动下会有液化。2、絮凝结构:(华水中层片架结构),也称蜂窝装结构。粘粒在盐水中,由粒间引力、絮凝结构:(华水中层片架结构),也称蜂窝装结构。粘粒在盐水中,由粒间引力作用沉积而成的结构为絮凝结构,性质较均匀,较大孔隙比、扰动敏感,在外力下,变形和作用沉积而成的结构为絮凝结构,性质较均匀,较大孔隙比、扰动敏感,在外力下,变形和强度发生变化。强度发生变化。华水:某些饱和粘土在震动作用下会失去强度呈溶胶状,在外力作用停止后能重新絮聚华水:某些饱和粘土在震动作用下会失去强度呈溶胶状,在外力作用停止后能重新
15、絮聚成土体,这种现象叫触变,具有触变性的土多属于此种结构。成土体,这种现象叫触变,具有触变性的土多属于此种结构。天大土力学:当水中电解质较多时,颗粒可形成面与边、面与点的联接,成絮凝结构、天大土力学:当水中电解质较多时,颗粒可形成面与边、面与点的联接,成絮凝结构、海水中有丰富的电解质,因而形成的粘土多为絮凝型。海水中有丰富的电解质,因而形成的粘土多为絮凝型。手册:粘性土的结构手册:粘性土的结构 1)窝状结构:土粒受重力作用下沉,与其它土粒接触时,由于粒间分子引力)窝状结构:土粒受重力作用下沉,与其它土粒接触时,由于粒间分子引力粘土重力粘土重力,土粒不再下沉,形成了很大孔隙和不稳定结构形式称蜂窝
16、结构。,土粒不再下沉,形成了很大孔隙和不稳定结构形式称蜂窝结构。2)絮状结构:最细的土粒分散于水中,形成胶体溶液后,发生布朗运动,土粒间不相互)絮状结构:最细的土粒分散于水中,形成胶体溶液后,发生布朗运动,土粒间不相互碰撞,当溶液遇到电解质后,土粒凝聚成絮状物下沉,形成较蜂窝装结构孔隙更大,更不稳碰撞,当溶液遇到电解质后,土粒凝聚成絮状物下沉,形成较蜂窝装结构孔隙更大,更不稳定的结构,称絮状结构。定的结构,称絮状结构。3 3、片堆结构:粘粒在、片堆结构:粘粒在淡水中淡水中,由粒间的外力作用沉积而成也称分散结构。具片堆结构的,由粒间的外力作用沉积而成也称分散结构。具片堆结构的粘性土,粒间的定向排
17、列程度较高,密度较大,具明显各向异性。粘性土,粒间的定向排列程度较高,密度较大,具明显各向异性。天大土力学天大土力学P277P277:当粘粒间结合水膜较厚时,分散型结构也可具有很大的孔隙比。:当粘粒间结合水膜较厚时,分散型结构也可具有很大的孔隙比。总之:具单粒结构的往往是粗粒土,无明显沉积层理和各向异性,密实度、孔隙比、强总之:具单粒结构的往往是粗粒土,无明显沉积层理和各向异性,密实度、孔隙比、强度有好有坏。度有好有坏。细粒土沉积往往具有明显层理和各向异性,如砂土与粘土相互胶叠成层,竖向压缩性和透细粒土沉积往往具有明显层理和各向异性,如砂土与粘土相互胶叠成层,竖向压缩性和透水性小,平行层里方向
18、压缩性和透水性大。如细粒中夹有粗粒,其物理力学特性主要由细粒土水性小,平行层里方向压缩性和透水性大。如细粒中夹有粗粒,其物理力学特性主要由细粒土决定。如淤泥混砂,即使含有决定。如淤泥混砂,即使含有3040%的淤泥,仍显淤泥特性。即淤泥含量超过的淤泥,仍显淤泥特性。即淤泥含量超过30%(占总质(占总质量)为淤泥混砂,这类土的承载力不应以物理性指标做为评价依据,应以力学性指标或现场测量)为淤泥混砂,这类土的承载力不应以物理性指标做为评价依据,应以力学性指标或现场测试方法确定。试方法确定。四、土的物理性指标四、土的物理性指标土的物理性指标:表示土中三相(气、水、固)比例关系的一些物理量。土的物理性指
19、标:表示土中三相(气、水、固)比例关系的一些物理量。土的物理性指标分为:土的物理性指标分为:试验指标:通过试验测试试验指标:通过试验测试 换算指标:根据试验测定的指标换算换算指标:根据试验测定的指标换算1、土的三项指标:讲义未给文字定义、土的三项指标:讲义未给文字定义1)土的天然密度:名词规范叫容重:单位体积的)土的天然密度:名词规范叫容重:单位体积的质量质量(GB/T50279P27,GB/T5012399)容重与重度关系:容重与重度关系:港工地基规范:重度:单位体积土的重量港工地基规范:重度:单位体积土的重量土工试验方法国际土工试验方法国际GB/T5012399:密度:土的质量:密度:土的
20、质量/单位体积单位体积港工老规范(港工老规范(87合订本):容重:土的单位体积的重量合订本):容重:土的单位体积的重量讲义:土的天然密度讲义:土的天然密度 =ms土粒质量;土粒质量;mw水的质量;水的质量;VS、VW、Va分别为土粒、水、空气的体积。分别为土粒、水、空气的体积。GB/T5012399:O=mo湿土质量湿土质量V试样体积试样体积讲义:土的干密度讲义:土的干密度Pd =ms土颗粒质量;土颗粒质量;V土的(固、液、气)总体积土的(固、液、气)总体积GB/T5012399:Pd2)含水率)含水率VmAWSwsVVVmmVomVSmw01.01pow01.01p讲义:讲义:W (1)10
21、0GB/T5012399:W(1)100(),(),为质量比(应以此为准)为质量比(应以此为准)讲义讲义P25:土的含水量(也称土的湿度)指土中水分的:土的含水量(也称土的湿度)指土中水分的重量重量与土粒与土粒重量重量的比值的比值 岩土工程基本术语标准岩土工程基本术语标准GB/5027998:含水率:土中水的含水率:土中水的质量质量与土颗粒与土颗粒质量质量的比值,以百分率表示的比值,以百分率表示 3)土粒比重)土粒比重 讲义:讲义:Gs GB/T5012399土粒比重:土颗粒的质量与同体积的土粒比重:土颗粒的质量与同体积的4C蒸馏水的质量比值,与蒸馏水的质量比值,与SL2371999定义同,而
22、与岩土工程基本术语标准定义同,而与岩土工程基本术语标准GB/T5027998不同(它规定为重量比),应以质不同(它规定为重量比),应以质量比为准。量比为准。mmwsmmmssmmsommc4w)mPVS(C433m/kgmkg)(Gs g重力加速度。重力加速度。港工地基规范:港工地基规范:土粒比重称为土粒的相对密度土粒比重称为土粒的相对密度砂的相对密度称为相对密实度砂的相对密度称为相对密实度4)由)由、W、Gs换算的指标换算的指标(1)饱和密度)饱和密度satsat m mW W充满土中全部孔隙的水质量充满土中全部孔隙的水质量C43sgmgm)水体积水质量(C433gmkgmgkg)(Vwss
23、VmVmmws(2)浮密度)浮密度 satsat-1-1V VS S=V-V=V-Vv vV VV V全部孔隙体积全部孔隙体积 /V/V -V-VW W/V/V =satsat-w wsatsat-1-1VV-mssWwvs)V-V-m(VVWvsW(3)干密度)干密度d dd d 天然密度天然密度(4)孔隙比:土体的孔隙体积与体积颗粒体积的比值)孔隙比:土体的孔隙体积与体积颗粒体积的比值 讲义:讲义:(100)(5)孔隙率)孔隙率n n (对饱和土,空气体积(对饱和土,空气体积Va=0););V土的总体积土粒质量smVmsw01.01svwsmm1VmmsvVVn1nsvVVVVvvsvVV
24、VsvsssvVVVVVVe1en(1+e)e;n+n ee;e-nen;e(1-n)n(6)饱和度:土中孔隙水体积与孔隙体积的比值)饱和度:土中孔隙水体积与孔隙体积的比值S=(7)密度()密度()与容重()与容重()(重度)的关系)(重度)的关系若若2000kg/m2000kg/m3 3 g=9.8m/s g=9.8m/s2 29.89.8g g2000kg/m2000kg/m3 39.8m/s9.8m/s2 219600kg.m/s19600kg.m/s2 219.2KN/m19.2KN/m3 3=2t/m=2t/m3 3(t t1000kg1000kg)若若g10m/sg10m/s2 2
25、;20KN/m32、无粘性土的相对密度、无粘性土的相对密度GB/T5027998反应无粘性土紧密程度的指标反应无粘性土紧密程度的指标%100VvVw讲义:讲义:minmaxmaxeeeeDo(实用表达式)(实用表达式)ddddddD)()(minmaxmaxmineo无粘性土(或无粘性填土)的孔隙比。注:对天然地基为天然孔隙比。无粘性土(或无粘性填土)的孔隙比。注:对天然地基为天然孔隙比。emax该无粘性土(或无粘性填土)的最大孔隙比,由它的最小干密度换算。该无粘性土(或无粘性填土)的最大孔隙比,由它的最小干密度换算。emin该无粘性土(或无粘性填土)的最小孔隙比,由它的最大干密度换算。该无粘
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