地基与基础-郭继武.docx

1、土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 培 训 教 材地 基 与 基 础( 第 二 版 )郭 继 武 冯 小 川 郭 瑶 郭 秋 生清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号内 容 简 介本 书 是 土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 培 训 教 材 ( 第 二 版 ) 之 一 。 主 要 介 绍 房 屋 地 基 基 础 的 基 本 知 识 。全 书 共 九 章 。主 要 内 容 包 括 : 地 基 土 的 物 理 性 质 、 分 类 和 承 载 力 ; 地 基 中 应 力 的 计 算 ; 建 筑 物 地 基 的 计 算 原 则 ; 天 然 地 基 上 基 础 设 计 ; 验 槽

2、 与 地 基 的 局 部 处 理 ; 地 基 变 形 的 计 算 ; 软 弱 地 基 及 其 处 理 ; 桩 基 的 设 计 与 计 算 。本 书 是 参 照 我 国 新 修 订 的 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 ( G BJ7 -8 9 ) 编 写 的 。 书 中 列 举 了 许 多 计 算 图 表 及 实 例 。 为 了 便 于 自 学 , 每 章 后 附 有 学 习 方 法 指 导 、 思 考 题 和 习 题 。本 书 除 供 土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 使 用 外 , 也 可 作 为 中 专 和 全 日 制 职 业 高 中 工 民 建 专 业 的 参 考 教 材 。图

3、 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据地 基 与 基 础 / 郭 继 武 等 编 .2 版 .北 京 : 清 华 大 学 出 版社 , 1995土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 培 训 教 材I SBN 7-302-01742-5 . 地 . 郭 . 地 基 -基 础 ( 工 程 ) -技 术 培 训 -教 材 .T U 47中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 95) 第 03774 号出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 校 内 , 邮 编 100084)责 任 编 辑 : 刘 汉 升印 刷 者 : 印 刷 厂发 行 者 : 新

4、华 书 店 总 店 北 京 科 技 发 行 所开 本 : 787 1092 1/ 32 印 张 : 7.5 字 数 : 165 千 字版 次 : 1995 年 7 月 第 2 版 1995 年 7 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISBN 7-302-01742-5/ T U 100印 数 : 0000100000定 价 : 元 全 国 “星 火 计 划 ”丛 书 编 委 会主 任 委 员杨 浚副 主 任 委 员 ( 以 姓 氏 笔 划 为 序 )卢 鸣 谷 罗 见 龙 徐 简委 员 ( 以 姓 氏 笔 划 为 序 )王 晓 方 向 华 明 米 景 九 应 曰 琏张 志 强 张 崇 高 金

5、耀 明 赵 汝 霖俞 福 良 柴 淑 敏 徐 骏 高 承 增 序经 党 中 央 、 国 务 院 批 准 实 施 的 “星 火 计 划 ”, 其 目 的 是 把 科 学 技 术 引 向 农 村 , 以 振 兴 农 村 经 济 , 促 进 农 村 经 济 结 构 的 改 革 , 意 义 深 远 。实 施 “星 火 计 划 ”的 目 标 之 一 是 , 在 农 村 知 识 青 年 中 培 训 一 批 技 术 骨 干 和 乡 镇 企 业 骨 干 , 使 之 掌 握 一 、 二 门 先 进 的 适 用 技 术 或 基 本 的 乡 镇 企 业 管 理 知 识 。 为 此 , 亟 需 出 版 “星 火 计

6、划 ”丛 书 , 以 保 证 教 学 质 量 。中 国 出 版 工 作 者 协 会 科 技 出 版 工 作 委 员 会 主 动 提 出 愿 意 组 织 全 国 各 科 技 出 版 社 共 同 协 作 出 版 “星 火 计 划 ”丛 书 , 为 “星 火 计 划 ”服 务 。 据 此 , 国 家 科 委 决 定 委 托 中 国 出 版 工 作 者 协 会 科 技 出 版 工 作 委 员 会 组 织 出 版 全 国 “星 火 计 划 ”丛 书 , 并 要 求 出 版 物 科 学 性 、 针 对 性 强 , 覆 盖 面 广 , 理 论 联 系 实 际 , 文 字 通 俗 易 懂 。愿 全 国 “星

7、火 计 划 ”丛 书 的 出 版 能 促 进 科 技 的 “星 火 ”在 广 大 农 村 逐 渐 形 成 “燎 原 ”之 势 。 同 时 , 我 们 也 希 望 广 大 读 者 对 全 国 “星 火 计 划 ”丛 书 的 不 足 之 处 乃 至 缺 点 、 错 误 提 出 批 评 和 建 议 , 以 便 不 断 改 进 提 高 。全 国 “星 火 计 划 ”丛 书 编 委 会1987 年 4 月 28 日 前 言随 着 我 国 四 化 建 设 的 深 入 发 展 , 城 乡 基 本 建 设 任 务 日 趋繁 重 , 建 筑 职 工 队 伍 不 断 扩 大 。 为 了 确 保 工 程 质 量 和

8、 安 全 生产 , 提 高 企 业 的 经 济 效 益 , 对 建 筑 工 人 、 技 术 人 员 进 行 岗 位 培 训 , 提 高 他 们 的 技 术 素 质 和 管 理 水 平 , 是 当 前 城 乡 建 设 中 一 项 十 分 迫 切 的 任 务 。 根 据 建 设 部 ( 86) 城 建 字 第 492 号 文 件 关 于 对 基 层 土 建 综 合 工 长 ( 技 术 员 ) 实 行 岗 位 证 书 制 度 ( 要 求 施 工工 长 ( 技 术 员 ) 必 须 经 技 术 考 试 合 格 、 取 得 岗 位 证 书 ) , 到 1991 年 所 有 工 程 项 目 都 要 由 持

9、证 人 员 组 织 施 工 的 精 神 , 清 华 大 学出 版 社 为 了 配 合 建 设 部 全 面 开 展 基 层 土 建 综 合 工 长 ( 技 术 员 ) 的 岗 位 培 训 工 作 , 组 织 了 对 土 建 工 长 的 培 训 教 育 有 丰 富 教 学经 验 、 并 多 次 参 加 过 北 京 市 土 建 工 长 岗 位 技 术 考 试 的 辅 导 、 命 题 、 评 卷 等 工 作 的 清 华 大 学 、 北 京 工 业 大 学 、 北 京 建 筑 工 程 学 院 、 北 京 城 市 建 设 学 校 等 院 校 的 教 师 和 施 工 单 位 的 技 术 人 员 , 参 照

10、建 设 部 基 层 施 工 技 术 员 岗 位 培 训 教 材 编 审 组 制 定 的 基 层 施 工 技 术 员 ( 土 建 综 合 工 长 ) 岗 位 培 训 教 材 教 学 大 纲 的 要 求 , 以 及 新 修 订 的 有 关 设 计 规 范 , 并 考 虑 到 施 工 技 术 人 员 的 特 点 和 文 化 基 础 , 编 写 了 这 套 培 训 教 材 。全 套 教 材 共 13 本 : 建 筑 工 程 施 工 测 量 、 建 筑 材 料 、 房 屋 构 造 、 建 筑 识 图 与 制 图 、 建 筑 力 学 、 建 筑 结 构 、地 基 与 基 础 建 筑 施 工 技 术 、 建

11、 筑 施 工 组 织 与 管 理 建 筑 工 程 定 额 与 预 算 、 建 筑 水 电 知 识 建 筑 机 械 基 础 与 结 构 抗 震 基 本 知 识 , 本 教 材 全 部 采 用 我 国 法 定 计 量 单 位 , 内 容 丰 富 , 重 点 明 确 , 联 系 实 际 , 深 入 浅 出 , 通 俗 易 懂 , 书 中 附 有 必要 的 例 题 , 每 章 后 有 思 考 题 和 习 题 , 供 读 者 参 考 。由 于 编 写 时 间 仓 促 , 也 限 于 编 者 的 水 平 , 教 材 中 难 免 有 不 少 缺 点 和 错 误 , 恳 请 广 大 读 者 指 正 。 第 二

12、 版 说 明土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 培 训 教 材 出 版 以 来 , 深 受 广 大 读 者 的欢 迎 和 支 持 , 已 多 次 重 印 , 印 数 达 80 万 册 之 多 。随 着 我 国 经 济 建 设 高 速 发 展 , 全 国 土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 培 训 任 务 日 趋 繁 重 , 原 教 材 有 些 内 容 已 不 能 满 足 教 学 和 自 学 的需 要 , 为 此 , 我 们 及 时 进 行 这 次 修 订 。这 次 修 订 , 一 方 面 保 持 原 来 编 写 的 目 的 和 原 则 , 另 一 方 面 反 映 了 我 国 1989 年 以

13、来 新 颁 布 的 各 种 建 筑 结 构 和 施 工 等 规范 的 有 关 内 容 , 并 全 面 采 用 国 务 院 颁 布 的 中 华 人 民 共 和 国 法 定 计 量 单 位 。 此 外 , 在 这 次 修 订 中 还 修 改 了 第 一 版 不 足 之 处 , 对 某 些 内 容 作 了 补 充 和 完 善 。 在 选 材 上 , 注 重 实 用 , 在 计 算 方 法 上 , 力 求 新 颖 。 尽 量 做 到 书 中 内 容 层 次 分 明 、 由 浅 入 深 , 便 于 掌 握 。修 订 后 的 培 训 教 材 , 不 会 尽 善 尽 美 , 一 定 会 有 疏 漏 之 处

14、,恳 请 培 训 单 位 和 广 大 读 者 提 出 意 见 , 以 便 改 进 和 完 善 。 土 建 工 长 ( 技 术 员 ) 培 训 教 材 编 委 会1994 年 6 月目 录第 一 章 概 述 1第 二 章 地 基 土 的 物 理 性 质 、 分 类 和 地 基 承 载 力 4第 一 节 土 的 成 因 与 组 成 4第 二 节 地 基 土 的 物 理 性 质 9第 三 节 地 基 土 的 分 类 17第 四 节 地 基 土 的 承 载 力 24第 三 章 地 基 中 应 力 的 计 算 33第 一 节 基 础 底 面 应 力 的 计 算 33第 二 节 地 基 中 应 力 的 计

15、 算 39第 四 章 建 筑 物 地 基 的 计 算 方 法 60第 一 节 计 算 原 则 60第 二 节 地 基 变 形 的 分 类 62第 三 节 地 基 允 许 变 形 值 64第 四 节 建 筑 物 安 全 等 级 及 地 基 变 形 计 算 的 规 定 66第 五 章 天 然 地 基 上 基 础 设 计 70第 一 节 地 基 基 础 的 设 计 步 骤 70第 二 节 基 础 的 类 型 71第 三 节 基 础 埋 置 深 度 的 确 定 82第 四 节 基 础 底 面 尺 寸 的 确 定 91 第 一 节 基 槽 检 验 128第 二 节 地 基 的 局 部 处 理 134第

16、三 节 地 基 处 理 实 例 141第 五 节 基 础 剖 面 尺 寸 的 确 定 101第 六 章 基 槽 检 验 与 地 基 的 局 部 处 理 128第 七 章 地 基 变 形 的 计 算 146第 一 节 土 的 压 缩 性 146第 二 节 地 基 压 缩 层 150第 三 节 地 基 变 形 的 计 算 152第 八 章 软 弱 地 基 及 其 处 理 163第 一 节 一 般 要 求 163第 二 节 建 筑 措 施 164第 三 节 结 构 措 施 167第 四 节 软 弱 地 基 的 处 理 172第 九 章 桩 基 的 设 计 与 计 算 177第 一 节 桩 的 功 能

17、 和 种 类 177第 二 节 单 桩 竖 向 承 载 力 的 确 定 179第 三 节 桩 群 竖 向 承 载 力 的 确 定 189第 四 节 桩 基 设 计 的 步 骤 191编 后 记 22911第 一 章 概 述万 丈 高 楼 平 地 起 , 任 何 建 筑 物 都 要 建 造 在 土 层 ( 或 岩 石 ) 上 面 。 土 受 到 压 力 后 就 要 产 生 压 缩 变 形 , 其 压 缩 程 度 比 其 它 一 些 建 筑 材 料 ( 如 砖 、 混 凝 土 ) 大 得 多 。 为 了 控 制 建 筑 物 的 下 沉 和 保 证 它 的 稳 定 , 就 需 要 将 建 筑 物 与

18、 土 接 触 部 分 的 底 面 积 适 当扩 大 , 也 就 是 要 比 柱 和 墙 身 的 横 断 面 尺 寸 大 一 些 , 以 减 小 建 筑 物 与 土 的 接 触 面 积 上 的 压 强 。 我 们 将 建 筑 物 埋 在 地 面 以 下 的 这 一 部 分 叫 做 基 础 ; 而 将 承 受 由 基 础 传 来 荷 载 的 土 层 叫 做 地基 。图 1-1 是 房 屋 的 荷 载 通 过 基 础 传 给 地 基 的 示 意 图 。 从 图 中 可 以 看 出 , 屋 顶 荷 载 由 屋 面 梁 传 给 墙 , 再 传 给 基 础 ; 楼 面 荷载 由 楼 板 传 给 梁 , 再

19、 由 梁 传 给 墙 和 柱 , 再 传 给 基 础 。 最 后 , 全 部 荷 载 , 包 括 墙 、 柱 自 重 在 内 , 都 由 基 础 传 给 地 基 。由 上 可 知 , 基 础 是 建 筑 物 极 其 重 要 的 组 成 部 分 , 所 以 , 没 有 一 个 坚 固 耐 久 的 基 础 , 上 部 结 构 就 是 建 造 得 再 结 实 , 也 是 要 出 问 题 的 。 因 此 , 为 了 保 证 建 筑 物 的 安 全 和 必 需 的 使 用 年限 , 基 础 应 当 具 有 足 够 的 强 度 和 耐 久 性 。 地 基 虽 不 是 建 筑 物 的 组 成 部 分 , 但

20、 是 它 的 好 坏 却 直 接 影 响 整 个 建 筑 物 的 安 危 。 如 有 的 工 程 , 由 于 设 计 人 员 对 地 基 了 解 不 够 或 处 理 得 不 好 , 结 果 房 屋 建 成 后 , 地 基 变 形 值 超 过 了 容 许 值 , 造 成 房 屋 下 沉 和 墙 身 严 建 筑 物 在 地 面 以 上 的 部 分 , 通 常 叫 做 上 部 结 构 。2重 开 裂 。 所 以 , 我 们 在 设 计 地 基 基 础 时 要 保 证 地 基 基 础 有 足 够 的 安 全 度 。 除 此 之 外 , 还 要 使 设 计 符 合 经 济 合 理 、 技 术 先 进 和

21、 便 于 施 工 的 要 求 。图 1-1 房 屋 荷 载 传 递 示 意 图设 计 地 基 基 础 前 , 需 要 进 行 充 分 的 调 查 研 究 , 掌 握 必 要 的 设 计 资 料 。 一 方 面 , 必 须 彻 底 查 清 地 基 土 质 好 坏 , 承 载 能 力 大 小 , 土 层 分 布 是 否 均 匀 , 地 下 水 位 高 低 , 地 下 水 对 基 础 材 料 有无 侵 蚀 作 用 , 有 无 软 弱 土 层 , 软 弱 土 层 厚 度 和 位 置 怎 样 , 有 无 暗 塘 、 池 塘 以 及 有 无 溶 洞 、 古 井 、 古 墓 、 垃 圾 坑 等 ; 另 一

22、方 面 , 必 须 彻 底 弄 清 楚 建 筑 物 的 使 用 要 求 , 荷 载 大 小 , 荷 载 分 布 是 否 均3匀 , 有 无 振 动 设 备 , 振 动 大 小 , 建 筑 物 地 基 容 许 变 形 值 等 情 况 。 根 据 这 两 方 面 情 况 , 按 照 安 全 可 靠 、 经 济 合 理 、 技 术 先 进 、 便 于 施 工 的 原 则 , 结 合 上 部 结 构 的 具 体 情 况 , 考 虑 上 部 结 构 同 地 基 的 相 互 影 响 , 全 面 分 析 , 权 衡 利 弊 , 最 后 拟 出 地 基 基 础 的 设 计方 案 , 作 出 正 确 的 设 计

23、 。本 书 重 点 叙 述 土 的 物 理 和 力 学 性 质 , 地 基 中 应 力 和 变 形的 计 算 , 天 然 地 基 上 的 基 础 和 桩 基 础 的 设 计 。 同 时 , 对 基 础 施 工 和 地 基 的 局 部 处 理 、 软 弱 地 基 等 有 关 内 容 也 作 了 简 要 介 绍 。 为 了 帮 助 读 者 更 好 地 掌 握 这 些 基 础 知 识 , 还 由 浅 入 深 地 选 编了 一 些 计 算 实 例 和 计 算 图 表 。4第 二 章 地 基 土 的 物 理 性 质 、分 类 和 地 基 承 载 力第 一 节 土 的 成 因 与 组 成一 、 土 的 成

24、 因地 壳 表 面 的 岩 石 在 大 气 中 由 于 长 期 受 到 风 、 霜 、 雨 、 雪 的 侵 蚀 和 生 物 活 动 的 破 坏 作 用 , 即 风 化 作 用 , 使 其 崩 解 和 破 碎 而 形 成 大 小 不 同 的 松 散 物 质 , 这 种 松 散 物 质 就 称 为 土 。 风 化 后 残 留 在 原 地 的 土 称 为 残 积 土 , 它 主 要 分 布 在 岩 石 暴 露 在 地 面 受到 强 烈 风 化 的 山 区 和 丘 陵 地 带 。 由 于 残 积 土 未 经 分 选 作 用 , 所以 无 层 理 , 厚 度 很 不 均 匀 。 因 此 , 在 残 积

25、土 地 基 上 进 行 工 程 建 设 时 应 注 意 其 不 均 匀 性 , 防 止 建 筑 物 的 不 均 匀 沉 降 。 如 风 化 后 的 土 受 到 各 种 自 然 力 ( 例 如 重 力 、 雨 雪 水 流 、 山 洪 急 流 、 河 流 、 风 力 和 冰 川 等 ) 的 作 用 , 搬 运 到 大 陆 低 洼 地 区 或 海 底 沉 积 下 来 , 在 漫 长 的 地 质 年 代 里 沉 积 的 土 层 逐 渐 加 厚 , 它 在 自 重 和 外 力 作 用 下 逐 渐 压 密 , 这 样 形 成 的 土 就 称 为 沉 积 土 。 陆 地 上 大 部 分 平 原 地 区 的

26、土 都 属 于 沉 积 土 。 由 于 沉 积 土 在 沉 积 过 程 中 地 质 环 境 不 同 , 生 成 年 代 不 一 样 , 所 以 它 的 物 理 力 学 性 质 有 很 大 差 异 。 如 洪 水 沉 积 的 洪 积 土 , 有 一 定 的 分 选 作 用 , 距 山 区 较 近 地 段 , 其 颗 粒 较 粗 , 远 离 山 区 颗 粒 较 细 。 由 于 每 次 洪 水 搬 运 能 力 不 同 , 所 以 形 成 了 土 层 粗 细 颗 粒 交 错 的 地 质 剖 面 。 通 常 , 粗 颗 粒 的 土 层 压 缩 性 较 低 , 承 载 力 高 ; 而 细 颗 粒 的 土

27、层 则 压 缩 性5高 , 承 载 力 较 低 。 在 沉 积 土 地 基 上 进 行 工 程 建 设 时 , 应 尽 量 选 择 粗 颗 粒 土 层 作 为 基 础 的 持 力 层 。土 的 沉 积 年 代 不 同 , 其 工 程 性 质 将 有 很 大 变 化 , 所 以 , 了 解 土 的 沉 积 年 代 的 知 识 , 对 正 确 判 断 土 的 工 程 性 质 是 有 实 际意 义 的 。 土 的 沉 积 年 代 通 常 采 用 地 质 学 中 的 相 对 地 质 年 代 来 划 分 。 所 谓 相 对 地 质 年 代 , 是 指 根 据 主 要 地 壳 运 动 和 古 生 物 演

28、化 顺 序 , 将 地 壳 历 史 所 划 分 的 时 间 段 落 。 最 大 的 时 间 单 位 称 为 代 , 每 个 代 分 为 若 干 纪 , 纪 分 为 若 干 世 。大 多 数 的 土 是 在 第 四 纪 地 质 年 代 沉 积 形 成 的 , 这 一 地 质历 史 时 期 是 距 今 较 近 的 时 间 段 落 ( 大 约 100 万 年 ) 。 在 第 四 纪 中 包 括 四 个 世 , 即 早 更 新 世 ( 用 符 号 Q1 表 示 ) 、 中 更 新 世 ( Q2 ) 、 晚 更 新 世 ( Q3 ) 和 全 新 世 ( Q4 ) 。二 、 土 的 组 成如 前 所 述

29、, 土 是 一 种 松 散 物 质 , 这 种 松 散 物 质 主 要 是 矿 物 , 在 矿 物 颗 粒 之 间 有 许 多 孔 隙 , 通 常 孔 隙 中 间 有 液 体 ( 一 般 是 水 ) , 也 有 气 体 ( 一 般 是 空 气 ) 。 所 以 , 在 一 般 情 况 下 , 土 是 由 固 体 颗 粒 、 水 和 气 体 三 部 分 ( 也 称 为 三 相 ) 组 成 。显 然 , 土 的 工 程 性 质 与 组 成 土 的 这 三 部 分 的 性 质 及 它 们之 间 的 比 例 有 关 。 因 此 , 对 这 三 个 部 分 的 性 质 和 它 们 之 间 的 比 例 关

30、系 应 分 别 加 以 研 究 。 本 节 仅 叙 述 固 体 矿 物 颗 粒 、 水 和 气 体 的 性 质 。 关 于 土 的 三 个 组 成 部 分 的 比 例 关 系 及 其 对 土 的 性 质 持 力 层 是 指 直 接 承 受 基 础 底 面 压 力 的 土 层 。 矿 物 是 指 在 地 壳 中 具 有 一 定 化 学 成 分 和 物 理 性 质 的 自 然 元 素 或 化 合 物 , 如 石 英 、 云 母 等 。6的 影 响 , 将 在 下 一 节 讨 论 。1. 土 的 固 体 颗 粒土 的 固 体 颗 粒 主 要 由 矿 物 颗 粒 构 成 , 对 于 有 些 土 来 说

31、 , 除 矿 物 颗 粒 外 还 含 有 有 机 质 。 土 的 固 体 颗 粒 的 大 小 和 形 状 , 矿 物 成 分 及 组 成 情 况 对 土 的 物 理 力 学 性 质 有 很 大 的 影 响 。( 1) 土 的 颗 粒 级 配 自 然 界 中 土 都 是 由 大 小 不 同 的 土 粒 组 成 的 。 大 的 颗 粒 粒径 有 几 百 毫 米 , 小 的 颗 粒 粒 径 仅 有 几 微 米 ( 千 分 之 一 毫 米 ) 。 试 验 表 明 , 土 粒 的 粒 径 随 着 由 粗 变 细 , 土 的 性 质 相 应 地 发 生 很 大表 2-1 土 的 粒 组 划 分粒 组 名

32、称 分 界 粒 径( mm ) 一 般 特 征漂 石 或 块 石 颗 粒 卵 石 或 碎 石 颗 粒 200200 20透 水 性 大 , 无 粘 性 , 无 毛 细 水 ,不 能 保 持 水 分圆 砾 或 角 砾 颗 粒粗 中 细20 1010 55 2透 水 性 大 , 无 粘 性 , 无 毛 细 水砂 粒粗 中 细2 0. 50. 5 0. 250. 25 0. 075易 透 水 , 无 粘 性 , 干 燥 时 不 收 缩 , 呈 松 散 状 态 , 不 表 现 可 塑 性 , 压 缩 性 小 , 毛 细 水 上 升 高 度 不 大粉 粒粗 细0. 075 0. 010. 01 0. 0

33、05透 水 性 小 , 湿 时 稍 有 粘 性 , 干 燥 时 稍 有 收 缩 , 毛 细 水 上 升 高 度 较 大 , 极 易 出 现 冻 胀 现 象粘 粒 胶 粒0. 005 0. 0021 的 土 是 疏 松 的 高 压 缩 性 土 。 孔 隙 比 可 用 下 式 计 算 :d ( 1 + w ) - 1 ( 2-7)根 据 以 上 介 绍 的 物 理 指 标 的 定 义 , 公 式 ( 2-7) 推 导 过 程 如 下 :e = Vv Vs= V - VsVs =V m - 1Vs mms + m w= Vs - 1 =mVm s( 1 + w )Vs - 1= d s w ( 1

34、+ w )由 式 ( 2-6) 知 道 , 孔 隙 比 e 是 两 个 体 积 之 比 , 它 不 象 干 密度 d , 与 土 粒 的 比 重 d s 有 关 。 所 以 , 用 孔 隙 比 表 示 土 的 密 实 程13度 比 用 干 密 度 表 示 要 更 好 一 些 。 但 由 于 土 的 干 密 度 可 以 通 过 实 验 指 标 经 过 简 单 换 算 就 可 以 求 出 , 所 以 在 填 土 夯 实 时 , 仍 采 用 土 的 干 密 度 作 为 夯 实 标 准 。6. 饱 和 度土 中 水 的 体 积 与 孔 隙 体 积 之 比 称 为 饱 和 度 , 用 符 号 S r 表

35、示 。Sr = V w Vv( 2-8)饱 和 度 可 按 下 式 计 算 :Sr =现 将 公 式 ( 2-9) 推 证 如 下 :w d se ( 2-9)Sr = Vw = Vvmw / w VvV s ms =Vs msw d s e饱 和 度 是 衡 量 砂 土 潮 湿 程 度 的 物 理 指 标 。 如 土 中 孔 隙 完 全 被 水 充 满 , 即 当 Vw = Vv 时 , 则 S r = 1, 这 种 土 就 是 饱 和 土 , 如 土 中 不 含 水 , 即 Vw = 0, 则 Sr = 0, 土 为 干 土 。 饱 和 度 大 小 还 可 说 明 土 的 可 能 压 实

36、程 度 , 例 如 , 对 于 Sr = 1 的 饱 和 粘 性 土 ,就 不 可 能 再 把 它 夯 实 。 所 以 在 基 础 施 工 中 遇 到 饱 和 土 就 不 要再 夯 了 。 因 为 在 这 种 情 况 下 不 但 夯 不 实 , 反 而 破 坏 了 土 的 天 然 结 构 , 降 低 了 地 基 的 强 度 。 在 工 地 有 时 遇 到 夯 不 实 的 “橡 皮 土 ”就 是 这 个 道 理 。这 里 顺 便 说 明 , 含 水 量 虽 然 也 是 表 示 土 的 潮 湿 程 度 的 一个 指 标 , 但 它 不 如 用 饱 和 度 Sr 表 示 直 观 , 所 以 在 衡

37、量 砂 土 的潮 湿 程 度 时 , 常 用 饱 和 度 而 不 用 含 水 量 。粘 性 土 的 含 水 量 对 土 所 处 的 状 态 影 响 很 大 , 随 着 含 水 量14的 增 加 , 土 逐 渐 从 固 体 状 态 经 过 塑 性 状 态 而 变 为 流 动 状 态 ( 图2-2) , 土 所 处 的 状 态 不 同 , 它 的 强 度 也 就 不 同 。图 2-2 粘 性 土 的 状 态7. 塑 限当 土 由 固 体 状 态 变 到 塑 性 状 态 时 的 分 界 含 水 量 叫 做 塑 限 , 用 符 号 wP 表 示 。塑 限 是 这 样 测 定 的 : 在 土 内 加 适

38、 量 的 水 , 拌 合 均 匀 以 后 ,在 毛 玻 璃 板 上 用 手 搓 成 土 条 , 当 土 条 搓 到 直 径 为 3mm 时 , 恰 好 开 始 断 裂 ( 图 2-3) , 这 时 土 的 含 水 量 就 是 塑 限 。8. 液 限当 土 由 塑 性 状 态 变 到 流 动 状 态 时 的 分 界 含 水 量 叫 做 液 限 , 用 符 号 wL 表 示 。液 限 是 用 图 2-4 所 示 的 液 限 仪 来 测 定 的 。 测 定 时 先 在 杯内 装 满 调 成 糊 状 的 土 样 , 并 刮 平 表 面 , 然 后 将 液 限 仪 的 圆 锥 体 放 在 土 样 表 面

39、 中 心 , 让 它 在 自 重 作 用 下 徐 徐 沉 入 土 中 , 如 果 液 限 仪 在 15 秒 钟 内 恰 好 沉 入 土 样 中 10mm( 也 就 是 圆 锥 体 上 的 刻 线 刚 好 与 土 样 表 面 齐 平 ) , 这 时 土 的 含 水 量 就 是 液 限 。15图 2-3 塑 限 试 验图 2 -4 锥 式 液 限 仪( 单 位 : m m )9. 塑 性 指 数16I液 限 与 塑 限 之 差 叫 做 塑 性 指 数 , 用 符 号 I P 表 示 。I P = w L - w P ( 2-10)塑 性 指 数 以 去 掉 百 分 比 的 数 值 来 表 示 。

40、塑 性 指 数 的 数 值 主 要 与 土 内 所 含 粘 土 粒 组 的 多 少 有 关 。 如 果 土 中 含 粘 土 粒 组 愈 多 , 则 其 塑 性 指 数 就 愈 大 , 表 示 土 处 于 塑 性 状 态 的 含 水 量 范 围 也 就 愈 大 。 因 此 , 工 程 上 常 以 塑 性 指 数 来 划 分 很 细 的 砂 土 、 粉 土 和 粘 性 土 的 界 限 和 确 定 粘 性 土 的 名 称 。10. 液 性 指 数天 然 含 水 量 与 塑 限 之 差 除 以 塑 性 指 数 , 用 符 号 I L 表 示 。w - w PI L =P( 2-11)液 性 指 数 是

41、 表 示 粘 性 土 的 软 硬 程 度 的 一 个 物 理 指 标 , 例 如 当 w w P , 即 I L 0 时 , 表 示 土 处 于 坚 硬 状 态 ; 若 w w L , 即 I L 1, 则 表 示 土 处 于 流 塑 状 态 。以 上 所 讲 的 物 理 指 标 是 地 基 土 的 最 基 本 的 指 标 。 通 常 只 有 知 道 了 这 些 指 标 以 后 , 才 能 确 定 地 基 土 的 承 载 能 力 , 进 而 设 计 地 基 和 基 础 , 可 见 , 深 刻 地 理 解 这 些 指 标 的 意 义 , 是 很 重 要的 。例 2-1 某 房 屋 房 心 填 土

42、 夯 实 后 的 密 度 = 1. 85t / m3 , 含 水 量 w = 15% , 若 要 求 夯 实 后 的 土 的 干 密 度 达 到 1. 55t / m3 , 试 问 此 房 心 填 土 是 否 达 到 质 量 标 准 。解 按 公 式 ( 2-5) 算 出 d = 1 + w = 1. 85 31 + 0. 15 = 1. 61t/ m因 为 它 大 于 要 求 的 干 密 度 1. 55t / m3 , 故 合 乎 质 量 标 准 。例 2-2 由 钻 探 取 得 某 原 状 土 样 , 经 实 验 测 得 土 的 天 然17=- 1s密 度 = 1. 70t / m3 ,

43、含 水 量 w = 13. 2% , 土 颗 粒 的 相 对 密 度 d= 2. 69。 试 求 土 的 孔 隙 比 e 和 饱 和 度 Sr 。解 按 公 式 ( 2-7) 算 出 孔 隙 比e = d S w ( 1 + w )2. 69 1 ( 1 + 0. 13 2)1. 70 - 1 = 0. 791按 公 式 ( 2-8) 算 出 饱 和 度Sr = w d Se =0 . 1 32 2 . 6 90. 791 = 0. 449 = 44. 9%第 三 节 地 基 土 的 分 类大 家 知 道 , 土 的 颗 粒 直 径 大 大 小 小 是 很 不 相 同 的 。 有 的 大 于

44、200mm, 有 的 小 于 0. 005mm。 实 践 证 明 , 土 颗 粒 的 直 径 不同 , 它 的 物 理 和 力 学 性 质 也 就 不 同 。 如 粗 颗 粒 砂 土 的 承 载 能 力 几 乎 与 土 的 含 水 量 无 关 ; 而 细 颗 粒 的 粘 性 土 的 承 载 能 力 却 随着 含 水 量 的 增 加 而 急 剧 降 低 。 因 此 , 要 正 确 地 评 定 土 的 物 理 和 力 学 性 质 , 合 理 地 选 择 地 基 基 础 设 计 方 案 , 就 首 先 必 须 对 地 基 土 进 行 分 类 。在 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 中 , 将

45、地 基 土 分 为 以 下 六 大类 :( 1) 岩 石 在 自 然 状 态 下 颗 粒 间 牢 固 连 接 ; 呈 整 体 的 或具 有 节 理 裂 隙 的 岩 体 。 岩 石 的 划 分 可 按 表 2-2、 2-3 确 定 。( 2) 碎 石 土 粒 径 大 于 2mm 的 颗 粒 含 量 超 过 全 重 50% 的 土 。 碎 石 土 根 据 粒 径 大 小 和 占 全 重 的 百 分 率 不 同 , 又 分 为 漂 石 、 块 石 、 卵 石 、 碎 石 、 圆 砾 和 角 砾 六 种 , 见 表 2-4。18( 3) 砂 土 粒 径 大 于 2mm 的 颗 粒 含 量 小 于 或

46、等 于 全 重表 2-2 岩 石 坚 固 性 的 划 分岩 石 类 别 代 表 性 岩 石硬 质 岩 石花 岗 岩 、 花 岗 片 麻 岩 、 闪 长 岩 、 玄 武 岩 、 石 灰 岩 、 石 英 砂 岩、 石 英 岩 、 硅 质 砾 岩 等软 质 岩 石 页 岩 、 粘 土 岩 、 绿 泥 石 片 岩 、 云 母 片 岩 等注 : 除 表 列 代 表 性 岩 石 外 , 凡 新 鲜 岩 石 的 饱 和 单 轴 极 限 抗 压 强 度 大 于 或 等 于30 M P a 者 , 可 按 硬 质 岩 石 考 虑 : 小 于 30 M P a 者 , 可 按 软 质 岩 石 考 虑 。表 2-3

47、 岩 石 风 化 程 度 的 划 分风 化 程 度 特 征微 风 化 岩 质 新 鲜 , 表 面 稍 有 风 化 迹 象1. 结 构 和 构 造 层 理 清 晰2. 岩 体 被节 理 、 裂 隙分 割 成 块 状 ( 20 50cm ) 裂 隙 中 填 充 少 量 风 化 物 。 锤 击 声 脆 , 且 不 易 击 碎中 等 风 化3. 用 镐 难 挖 掘 , 岩 心 钻 方 可 钻 进1. 结 构 和 构 造 层 理 不 甚 清 晰 , 矿 物 成 分 已 显 著 变化2. 岩 体 被节 理 、 裂 隙分 割 成 碎 石 状 ( 2 20cm) , 碎石 用 手 可 以 折 断强 风 化3.

48、 用 镐 可 以 挖 掘 , 手 摇 钻 不 易 钻 进50% 、 粒 径 大 于 0. 075mm 的 颗 粒 超 过 全 重 50% 的 土 。 干 燥 时 呈 松 散 状 态 , 无 塑 性 或 微 有 塑 性 的 土 。砂 土 根 据 粒 组 含 量 可 分 为 砾 砂 、 粗 砂 、 中 砂 、 细 砂 和 粉 砂19五 种 ( 表 2-5) 。表 2-4 碎 石 土 的 分 类土 的 名 称 颗 粒 形 状 粒 组 含 量漂 石 块 石圆 形 及 亚 圆 形 为 主 棱 角 形 为 主粒 径 大 于 200mm 的 颗 粒超 过 全 重 50%卵 石 碎 石圆 形 及 亚 圆 形 为 主 棱 角 形 为 主粒 径 大 于 20mm 的 颗 粒 超 过 全 重 50%圆 砾 角 砾圆 形 及 亚 圆 形 为 主 棱 角 形 为 主粒 径 大 于 2mm 的 颗 粒