1、主讲：张殿波 四川交通职业技术学院 建筑工程系,土方与基础工程施工,内容提要,土方工程概述,土方工程量计算与土方调配,第二节 室内土工试验,第一章 工程地质勘察,一、常规试验方法1 环刀取土。2 含水量试验。,二、土的基本性质及相关指标,土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物,搬运、沉积,形成过程 形成条件,物理力学性质,风化,影响,1、土的形成,生物风化,物理风化,化学风化,量变,无粘性土,原生矿物,质变,粘性土,次生矿物,动植物的活动,风化,有 机 质,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用
2、而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物,搬运与沉积,残积土 无搬运,运积土 有搬运,土质较好,残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体,颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理,母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物,风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物,运积土 有搬运,风：风积土,重力: 坡积土,流水:,洪积土 冲积土 湖泊沼泽沉积土 海相沉积物,冰川: 冰积土,土粒粗细不同，性质不均匀,有分选性，近粗远细,浑圆度分选性明显，土层交迭,含有机物淤泥，土性差,颗粒细，表层松软，土性差,土粒粗细变化较大，性质不均匀,颗粒均匀，层厚而不具层理
3、,2、土的三相组成,1.固相土的固体颗粒原生矿物次生矿物腐殖质 2.液相土中水固态水液态水：结合水、自由水气态水,土的三相组成,3.气相土中气自由气体封闭气体,室内测定的三个物理性质指标,-土的密度、土粒的比重、土的含水量,土的密度,土的容重,=g,工程上更常用, 用于计算土的自重应力,单位: kg/m3 或 g/cm3,单位: kN/m3,一般范围: 1.602.20 g/cm3,定义: 土单位体积的质量,有时也称土的天然密度,表达式:,相关指标:,三相草图有助于直观理解物性指标的概念,3、土的物理性质指标,土粒比重,s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量,单位: 无量纲,土粒比重一般范围:
4、粘性土 2.702.75砂 土 2.65,4C时纯蒸馏水的密度,=1.0 g/cm3,土粒比重在数值上等于土粒的密度,定义: 土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值,表达式:,土的含水量,定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示,注意: 其实是含水比, 可达到或超过100,表达式:,表示土中孔隙含量的指标,孔隙比,孔隙率 (孔隙度),其它常用的物理性质指标,关系:,在某种程度上反映土的松密,砂类土：28-35% 粘性土：30-50%有的可达60-70%,定义: 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲,表达式:,定义: 土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示,表达式:,Vs=1,V
5、v=e,V=1+e,三相草图可用于确定物性指标之间的关系,表示土中含水程度的指标,含水量,饱和度,表达式:,定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值,饱和度表示孔隙中充满水的程度,Sr=0 : 干土 Sr=1 : 饱和土,表示土中密度和容重的指标,天然密度,干密度,饱和密度,天然容重,干容重,浮容重,浮密度,有效容重,饱和容重,单位: kg/m3 或 g/cm3,单位: kN/m3,定义: 土被完全烘干时的密度, 等于单位体积内土粒的质量,表达式:,各种密度容重之间的大小关系：,天然密度,干密度,饱和密度,天然容重,干容重,浮容重,饱和容重,土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性
6、质有：土的质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。,4、土的工程性质,1.土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量；它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，指单位体积土中固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。,2.土的可松性土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示，即：,土的可松性：V2V3V1
7、土的最初可松性系数： Ks 土的最后可松性系数： Ks 注：KsKs1.0（式中：V1自然状态下土的体积；V2开挖后的松散体积；V3回填压实后的体积。）问*分类级别越小的土则可松性就越小？是*可松性越小的土就越好挖？是,3.土的压缩性移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松土的压缩率见下表。在松土回填时应考虑土的压缩率，一般可按填方断面增加1020计算松土方数。,土的压缩率,4.土的含水量 土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：,式中 G1含水状态时土的质量； G2土烘干后的质量。 土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量，如土的含水量超过2
8、530，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车；回填土则需有最佳含水量，方能夯压密实，获得最大干密度。土的最佳含水量和最大干密度参考值见下表。,土的最佳含水量和最大干密度,5.土的渗透性渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，一般应通过抽水试验确定，下表所列数据可供参考。,土渗透性比较：粘土粉土砂土砾石,5、两种不同性质的变形,压密变形 计算地基的压缩变形量，即地基沉降量 剪切变形（剪切破坏） 土体强度和稳定性问题,压缩模量（有侧限 ）,变形模量（无侧限）,土压缩时竖向应变增量与竖向应力增量之比，,库仑定律,在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。 其中C、 被称
9、为土的抗剪强度指标。,6、砂土液化（Liquefaction of sand）,饱和砂土受震动时颗粒间趋于紧密，使孔隙水压力增大，有效应力减小。当有效应力趋于零时，砂土的抗剪强度消失，从而引起地面沉陷、斜坡失稳或者地基失效的现象称为砂土液化。常伴随又喷水冒砂。 震动来源：机械震动（局部场地）、地震（区域性）, = + u,3 h h 2 h=01=0， =0， = u= u= 0 u=0,饱和土的力学模型 用有效应力原理解释土体承受和传递附加应力,饱和土的有效应力原理的完整表述： （1）土的有效应力等于总应力减去孔隙水压力； （2）土的有效应力控制了土的变形和强度性能。, = + u,几个基本
10、概念,饱和土压缩变形过程的实质是超静孔隙水压力随着水的渗流排出而逐渐消散和有效应力逐渐增长的过程，即超静孔隙水压力向有效应力转移的过程。,超静孔隙水压力：由附加应力作用引起的孔隙水压力超出静水压力水头，称为超静孔隙水压力。 土的渗透固结：这种由孔隙水的渗流而引起的压缩过程。,根据土的颗粒级配或塑性指数可分为：1）碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、2）砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)3）粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)； 2 根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土；,三、土的工程分类,土的粒组划分,1.巨粒组 2.粗粒组 3.细粒组,土的工程分类标准2007,塑性指数,塑性指数IpIp=WLWp10Ip17 粉质粘土（中塑性土）Ip17 粘土（高塑性土）,根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。4 根据开挖难易程度，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类，称为土的工程分类。前四类属一般土，后四类属岩石，土的分类法及其现场鉴别方法见表。,详见课本P29,四、土的现场鉴别,The End,
