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
26、性土（或无粘性填土）的最小孔隙比，由它的最大干密度换算。d d无粘性土无粘性土（或无粘性填土）的干密度。注：天然地基为天然干密度。（或无粘性填土）的干密度。注：天然地基为天然干密度。dmaxdmax该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。dmindmin该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。工程中用工程中用Dr划分密度区为：划分密度区为：疏松的疏松的0Dr1/3中密度中密度1/3Dr2/3密实的密实的2/3Dr1.03、粘性土的稠度、粘性土的稠度：粘性土由于：粘性土由于W不同，土的状态不同。通常用硬塑、可塑、软塑
27、、流动等术语描述，这种性能不同，土的状态不同。通常用硬塑、可塑、软塑、流动等术语描述，这种性能统称为稠度。统称为稠度。：流动状态与可塑状态的分界含水量；：流动状态与可塑状态的分界含水量；：可塑状态与半圆体状态的分界含水量；：可塑状态与半圆体状态的分界含水量；：半固体状态与固体状态的分界含水量；：半固体状态与固体状态的分界含水量；GB/T5027998：饱和粘性土的含水率因干燥减少至土体积不再变化时的界限含水量。饱和粘性土的含水率因干燥减少至土体积不再变化时的界限含水量。IP=WL-WPIL=PPPLPIWWWWWW粘性土的状态：粘性土的状态：竖硬竖硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑IL00 I
28、L0.250.25 IL0.750.751.0WWPWP WP五、土的分类五、土的分类土的工程分类表土的工程分类表土的工程分表土的工程分表五五.doc六、土的压实性六、土的压实性土的压实性：土的压实性：土的压密度常以干密度土的压密度常以干密度Pd表示表示影响压实性的因素：影响压实性的因素：含水量、压实功能、土的种类和级配有关等含水量、压实功能、土的种类和级配有关等土的干密度、含水量、压实功能三者之间有一定关系和规律土的干密度、含水量、压实功能三者之间有一定关系和规律工程中：希望能找到：工程中：希望能找到：满足设计要求的干密度满足设计要求的干密度对应的对应的适宜的适宜的（最佳）含水量（最佳）含水
29、量对应的压实所需的对应的压实所需的最小功最小功能能。不同的土不同的土通过试验的得到压实最小功。这种对应的含水量称为最佳含水量。用通过试验的得到压实最小功。这种对应的含水量称为最佳含水量。用WOP表示。表示。2土中水的运动规律土中水的运动规律一、土的毛细性一、土的毛细性 如果把一块干土下部与水接触，看到水分向块上部浸润，开始上升速度快如果把一块干土下部与水接触，看到水分向块上部浸润，开始上升速度快，后来变慢，达到某一高度时，趋于停止，这就是土的毛细现象。，后来变慢，达到某一高度时，趋于停止，这就是土的毛细现象。存在与土的毛细管孔隙中的水，在表面张力作用下，沿着毛细孔隙各个方向运存在与土的毛细管孔
30、隙中的水，在表面张力作用下，沿着毛细孔隙各个方向运动的性能称为毛细性。动的性能称为毛细性。GB/T5027998（毛细管水）：由于土的表面张力，土体中受毛细管作用保（毛细管水）：由于土的表面张力，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。持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。：存在于：存在于0.0020.5mm孔隙中孔隙中 ：研究土的毛细性主要是针对具有这类细小孔隙的细砂土，粉土类土的。：研究土的毛细性主要是针对具有这类细小孔隙的细砂土，粉土类土的。：毛细水的上升高度是表征毛细性的主要指标，上升高度越高，毛细：毛细水的上升高度是表征毛细性的主要指标，上升高度越高，毛细性越明显。
31、性越明显。：由于土粒间接触面上部分水的毛细压力而形成：由于土粒间接触面上部分水的毛细压力而形成,这与粘性土中粒间的这与粘性土中粒间的粘聚力不同。粘聚力不同。：颗粒大小、孔隙大小、土粒形状、矿物成分、水溶液性质。：颗粒大小、孔隙大小、土粒形状、矿物成分、水溶液性质。：使土含水量增大，引起强度和变形变化（向不利方面变化：使土含水量增大，引起强度和变形变化（向不利方面变化笔者），由此产生建筑物的不稳定。如土的沼泽化，盐渍化。笔者），由此产生建筑物的不稳定。如土的沼泽化，盐渍化。二、土的渗透性二、土的渗透性渗透：土孔隙中的自由水在水头差作用下穿过孔隙的现象称为渗透。渗透：土孔隙中的自由水在水头差作用下
32、穿过孔隙的现象称为渗透。GB/T50279-98以渗透系数来反映土体透水的能力。以渗透系数来反映土体透水的能力。渗透性（透水性）：土中的自由水能在孔隙中渗透流动的性能称为渗透性或透水性。渗透性（透水性）：土中的自由水能在孔隙中渗透流动的性能称为渗透性或透水性。1、达西定律：（、达西定律：（H.Darcy定律）：根据砂土的试验结果得到定律）：根据砂土的试验结果得到：由于土孔隙细小，流速较小，可认为（假定）是：由于土孔隙细小，流速较小，可认为（假定）是层流（流线相互平行的流动）层流（流线相互平行的流动）。：水在土中的渗透速度与水力坡降成正比：水在土中的渗透速度与水力坡降成正比：根据砂土试验得到：根
33、据砂土试验得到：V=kl q=kiAV：渗透（流）速度（：渗透（流）速度（m/s）；）；i：水力坡降，即沿着水流方向单位长度方向的水头差；：水力坡降，即沿着水流方向单位长度方向的水头差；k：渗透系数（：渗透系数（m/s）；）；q：渗透流量，单位时间内流过土截面：渗透流量，单位时间内流过土截面A的流量。的流量。q=k(m/s)i(无量纲无量纲)A（m2）=q(m3/s)达西定律只适用达西定律只适用于层流于层流，故一般适于砂土，粘土存在大量结合水，土中自由水受到结合，故一般适于砂土，粘土存在大量结合水，土中自由水受到结合水的粘滞阻力，只有克服这一阻力才开始渗透流。水的粘滞阻力，只有克服这一阻力才开
34、始渗透流。io,克服结合水粘滞阻力的需要的水力坡降称为粘性土的起始水力坡降。克服结合水粘滞阻力的需要的水力坡降称为粘性土的起始水力坡降。粘性土中应按下面修正后的达西定律计算渗透速度：粘性土中应按下面修正后的达西定律计算渗透速度：Vk(i-io)强透水性强透水性 k10-5m/s 中透水性中透水性 k=10-510-7m/s 相对不透水性相对不透水性k10-8m/s 2、渗透变形、渗透变形 ：渗透水流作用于单位土体内土粒上的托拽力称为渗透力用：渗透水流作用于单位土体内土粒上的托拽力称为渗透力用j表示，单位：表示，单位：KN/m3。j=w wi i j j的大小与之成正比的大小与之成正比 渗透变形
35、：在渗透情况下，由于渗透力的存在，使土中细颗粒受冲击，被带走或局部土渗透变形：在渗透情况下，由于渗透力的存在，使土中细颗粒受冲击，被带走或局部土体产生移动，导致土体变形的问题。常见的形式有体产生移动，导致土体变形的问题。常见的形式有流砂流砂(临空条件下动力水等于土的浮重度临空条件下动力水等于土的浮重度时时,)、管涌管涌（动力水大于土的浮重度（动力水大于土的浮重度u时）、时）、潜蚀潜蚀（动力水将细颗粒带走）和（动力水将细颗粒带走）和基坑突涌基坑突涌等等。水在土中渗流，将引起水量流失；土体内部应力和结构变化改变建筑物或地基的稳定条件，水在土中渗流，将引起水量流失；土体内部应力和结构变化改变建筑物或
36、地基的稳定条件，对固结、强度、安全都有重要作用，甚至会造成事故。如产生泥石流、滑坡等也正是由于渗对固结、强度、安全都有重要作用，甚至会造成事故。如产生泥石流、滑坡等也正是由于渗透力的作用。透力的作用。3、水在冻结过程中水分的迁移和积聚、水在冻结过程中水分的迁移和积聚：冻土地区随着土中的冻结和融化，会发生一些独特的现象，称为冻土现象。：冻土地区随着土中的冻结和融化，会发生一些独特的现象，称为冻土现象。严重影响建筑物的稳定与安全。严重影响建筑物的稳定与安全。：冻胀和冻融：冻胀和冻融水分结冰、体积增大，水分结冰、体积增大，4体积最大。体积最大。主要由于周围未冻区土中弱结合水向表层冻结区迁移积聚，使冻
37、结区水分增加，冻结后的主要由于周围未冻区土中弱结合水向表层冻结区迁移积聚，使冻结区水分增加，冻结后的冰晶体不断增大，。冰晶体不断增大，。气温升高、土层解冻、积聚上部冰晶体融化，使土层含水量大大增加，细粒土气温升高、土层解冻、积聚上部冰晶体融化，使土层含水量大大增加，细粒土排水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度降低。排水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度降低。三个必要条件三个必要条件 （1）土：细粒土、特别是粉土，粉质粘土等，既有较多的结合水又有较显著的毛细现象，冻）土：细粒土、特别是粉土，粉质粘土等，既有较多的结合水又有较显著的毛细现象，冻结时水分子迁移和积聚最为强烈，冻胀现象严重
38、。结时水分子迁移和积聚最为强烈，冻胀现象严重。（2）水：当地下水位较高，毛细水上升高度达到或接近冻结线，使冻结区得到外部水源）水：当地下水位较高，毛细水上升高度达到或接近冻结线，使冻结区得到外部水源补，发生强烈冻胀现象。补，发生强烈冻胀现象。（3）温度：气温缓慢下降，冷却强度小，负温持续长，促使未冻结区水分不断向冻结区）温度：气温缓慢下降，冷却强度小，负温持续长，促使未冻结区水分不断向冻结区转移积聚，使土中形成冰夹层，出现时显冻胀现象。转移积聚，使土中形成冰夹层，出现时显冻胀现象。设计中，一般要求基础底的置与冻结深度以下。设计中，一般要求基础底的置与冻结深度以下。3地基的应力、沉降与承载力地基
39、的应力、沉降与承载力一、概述一、概述支撑建筑物的土层支撑建筑物的土层分为天然地基分为天然地基人工地基：人工加固或处理后的地基、桩基人工地基：人工加固或处理后的地基、桩基与地基接触的建筑物底部称为基础：起与地基接触的建筑物底部称为基础：起“承上启下承上启下”作用，上部荷载通过基础传作用，上部荷载通过基础传给地基，而地基将产生应力和变形给地基，而地基将产生应力和变形地基将有稳定和变形问题。地基将有稳定和变形问题。应力在强度允许范围内应力在强度允许范围内土体稳定土体稳定应力超过了（某一局部）的土体强度应力超过了（某一局部）的土体强度局部破坏局部破坏范围加大后将产范围加大后将产生失稳或滑动生失稳或滑动
40、承载能力极限状态承载能力极限状态应力超过了某一允许值而地基未达破坏应力超过了某一允许值而地基未达破坏地基产生了超过允许值的变形影响使用、外地基产生了超过允许值的变形影响使用、外观观正常使用极限状态。正常使用极限状态。二、地基中的应力二、地基中的应力：土的自重产生：土的自重产生：由载荷产生，附加载荷产生：由载荷产生，附加载荷产生采用理论：均质弹性半无限体：把土示为：均质、连续、各向同性的半无限弹性体。采用理论：均质弹性半无限体：把土示为：均质、连续、各向同性的半无限弹性体。1、土的自重应力计算：、土的自重应力计算：必须知道原地面位置必须知道原地面位置计算沉降是计算沉降是土骨架的沉降土骨架的沉降，
41、因此自重应力水下应该用浮重度因此自重应力水下应该用浮重度。2、附加应力（压力）计算、附加应力（压力）计算（1）集中力下的）集中力下的z（2）矩形基础均布载荷下的）矩形基础均布载荷下的z（3）矩形基础三角形载荷下的）矩形基础三角形载荷下的z（4）矩形基础水平均布载荷下的）矩形基础水平均布载荷下的z（4）矩形基础水平均布载荷下的）矩形基础水平均布载荷下的z3、基地压力计算、基地压力计算：建筑物传给地基：建筑物传给地基表面表面的压力：大小等于基底面的地基反力的压力：大小等于基底面的地基反力：基础刚度、地基的变形条件，当总载荷一定时，基底压力分布：基础刚度、地基的变形条件，当总载荷一定时，基底压力分布
42、形状对土中应力分布的影响只在一定范围内有影响，超过形状对土中应力分布的影响只在一定范围内有影响，超过1.52.0基宽时影响已不显著。基宽时影响已不显著。实用基底压力：可近似按直线规律变化。但在计算基础内力时不能按此简化计算。实用基底压力：可近似按直线规律变化。但在计算基础内力时不能按此简化计算。计算公式计算公式（1）中心荷载）中心荷载 p =KPa（2）偏心荷载）偏心荷载 p =(1 )AP2mKNminmaxAPWMAPBe6P、M作用基础中心的坚直荷载及弯距，作用基础中心的坚直荷载及弯距，M=PM=Pe eee偏心距偏心距WW载面距载面距 W W62LBL、B基础长、宽基础长、宽当当e e
43、 0，基底压力梯形分布。，基底压力梯形分布。e e 合力作用点距前距合力作用点距前距等于三分点（等于三分点（），），Pmin=0，基底压力三角形分布。，基底压力三角形分布。e e 合力作用点距前距合力作用点距前距小于三分点（小于三分点（），），Pmin 0，基底压力三角形分布，产生拉，基底压力三角形分布，产生拉力（不合理），在地基计算中不计拉力。力（不合理），在地基计算中不计拉力。重力式码头规范：重力式码头规范：时时 B1=B ee 时时 B1=3（M MR R-M-MO O）/V/VK K为合力作用点至码头前趾距离；为合力作用点至码头前趾距离；B1墙底实际受压宽度；墙底实际受压宽度；6B3B
44、6B3B6B3B3B6B3BBB墙底宽度。墙底宽度。对对的限制的限制对非岩石地基：对非岩石地基：即不小于即不小于4分点分点（）。）。对岩石地基：对岩石地基：可不受限制。可不受限制。（3 3）基底附加压力）基底附加压力设埋深度为设埋深度为D D、平均重度为、平均重度为r r，基础底面原有自重压力为，基础底面原有自重压力为YDYD。基底附加压力基底附加压力P P=Po-YDPo基底压力（基底压力（KPKPa a）。）。基底附加压力应减去基底处自重压力。基底附加压力应减去基底处自重压力。4B4B 三、基础沉降计算三、基础沉降计算认为土的压缩完全是由孔隙中水和气排出造成认为土的压缩完全是由孔隙中水和气
45、排出造成1 1、压缩定律和土的压缩指标：由单向压缩试验，测出土的压缩性指标压缩定律和土的压缩指标：由单向压缩试验，测出土的压缩性指标 =H H H1 1eee e1 1e e2 2；ppp p2 2-p-p1 1=压缩系数压缩系数eepp（p p2 2-p-p1 1）1HH121e1ee）（1e1e）（1e1epe1221ppeeH H H1 1 H H1 1Cc eeCc1g（）HH 1g（）H1Cc压缩指数。压缩指数。体积压缩模量体积压缩模量mv：为单位压力作用下的体积压缩量：为单位压力作用下的体积压缩量mv =eemvp（1 1e e1 1）H H H1 1mvppH H1 1 112e
46、1pp）（1e1p1221gp11gpee）（12pp1ge12pp12pppVV1pe1e1）（pe）（1e11）（1e111ve1e1pm）（11ecc压缩模量压缩模量ESES是在侧限条件下，应力是在侧限条件下，应力pp（p p2 2-p-p1 1）与应变）与应变 即即 的比值的比值ES （1+e1）ee （1+e1）；）；H H H1 1 H H1 1计算沉降指标计算沉降指标 计算公式计算公式e e1 1、e e2 2、H H1 1、ppp p2 2-p-p1 1 H H H1 1、e e1 1、H H1 1、ppp p2 2-p-p1 1 H H H1 1C Cc c、e e1 1、H
47、 H1 1、pp、p p2 2、p p1 1 H H H1 1mv、H1、P Hmv PH1Es、H1、P H PH1）（1e1e121e1ee）（1e1epep）（1e1vm1sEps1Ee1p）（）（1e11sEp1e1e1e1p1ce1C）（12pplogEs12、Pc:历史上受过的最大有效压力叫先期固结压力历史上受过的最大有效压力叫先期固结压力OCR正常固结正常固结 OCR1.0超超 固固 结结 OCR1.0欠欠 固固 结结 OCR1.03、地基沉降计算：、地基沉降计算：S hi 计算结果应根据实测资料进行修正计算结果应根据实测资料进行修正S czcP自重压力先期固结压力n1iSn11
48、i2i1i1eeen11i1i1）（eaizihin1siziEhn1izivihmiciziheCcilog1n11i）（n1isi)(Smmsi：不同土质、不同应力实测沉降与计算沉降比值一般由经验确定，缺乏经验时应注意积：不同土质、不同应力实测沉降与计算沉降比值一般由经验确定，缺乏经验时应注意积累资料、总结经验。累资料、总结经验。压缩层深度压缩层深度Z Zn n：Z Zh h处，处，0.20.2；软土；软土 0.10.1下式为老规范（工民建下式为老规范（工民建8989年版、港工地基年版、港工地基8787年版）的压缩层深度确定公式年版）的压缩层深度确定公式 SSn n0.0250.025SS
49、n n：在：在Z Zn n深度向上取深度向上取1 1m m土层的压缩量。土层的压缩量。四、固结理论四、固结理论砂土：透水性强，压缩量小，一般施工期结束时压缩可完成。砂土：透水性强，压缩量小，一般施工期结束时压缩可完成。粘土：透水性弱，压缩量大，压缩稳定时间长。粘土：透水性弱，压缩量大，压缩稳定时间长。：地基由于增加应力，引起的应变随时间变化的全过程叫地基固结。：地基由于增加应力，引起的应变随时间变化的全过程叫地基固结。GB/T5027998：饱和软粘土承受压力后，土体随孔隙水逐渐排出而减小的过程：饱和软粘土承受压力后，土体随孔隙水逐渐排出而减小的过程 czczn1iS研究地基固结过程的理论叫固
50、结理论，以饱和土单向固结理论为基础。研究地基固结过程的理论叫固结理论，以饱和土单向固结理论为基础。1、单向固结模型：孔隙水从一个方向排击（竖向），土体压缩也只是单向（竖向）。、单向固结模型：孔隙水从一个方向排击（竖向），土体压缩也只是单向（竖向）。有效应力理论：有效应力理论：Pu+；：土骨架上的有效应力。：土骨架上的有效应力。在某一压力下，饱和土的固结过程也是在某一压力下，饱和土的固结过程也是u u（超静水压力）不断消散，附加有效应力不断（超静水压力）不断消散，附加有效应力不断增加的过程。增加的过程。任一深度，任一时刻的应力始终遵循任一深度，任一时刻的应力始终遵循有效应力原理有效应力原理。2
