1、孔隙水,在水头差作用下,渗透：水通过土孔隙流动的现象,渗透性：土允许水流透过的性质,造成水量损失，影响工程效益,引起土体内部应力状态的变化，从而改变水工构筑物、土木建筑物或地基的稳定条件，甚者将酿成破坏事故,本节主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，渗透力、及渗透变形等问题。,2.6 土的渗透及渗流,渗流量,渗透变形,石坝,浸润线,透水层,不透水层,石坝坝基坝身渗流,2.6 土（岩）的渗透性,渗透压力,渗流量,渗透变形,板桩围护下的基坑渗流,2.6 土（岩）的渗透性,一、达西定律,结论：水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比,水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失,达西定律:,2.6 土（
2、岩）的渗透性,1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究,粗粒土： 砾类土水力梯度较大时渗流为紊流 砂土中渗透速度,适用条件,层流（线性流） 大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土,两种特例不适用,粘性土： 致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 ),2.6 土（岩）的渗透性,i,v,o,v=ki,室内渗透试验,时间t 内流出的水量Q,野外（现场）试验：例井孔抽（注）水试验,2.6 土（岩）的渗透性,二、渗透系数k的测定方法,常水头试验（适用于透水性大的土类 ）,常水头试验 变水头试验,左图原理：,Q,1. 土粒大小与级配,细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒
3、含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。,2. 土的密实度,4. 土的矿物成分,同种土在不同密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，渗透系数相应减小。,粘土矿物的结合水膜厚时，阻塞土的孔隙 亲水性矿物（蒙脱石）多，膨胀，阻塞孔隙 淤泥不透水含有机质。,3. 土中封闭气体含量,土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透系数愈小。,三、影响渗透系数的因素,2.6 土（岩）的渗透性,渗透系数减小,四、 渗流力与渗流稳定性分析,1. 渗流力（动水力）,h0 水流动，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。,渗流稳定,渗流力
4、,h=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。,与水头差有关,渗流力J : 单位体积土颗粒所受到的渗透作用力，其方向与渗流方向一致。,2.6 土（岩）的渗透性,2.6 土（岩）的渗透性,渗流破坏试验示意,h1,0,0,hw,L,土样,滤网,贮水器,a,b,Gw,水柱分析,gwhwAw,gwh1Aw,T,(1)孔隙水重力和土粒浮力的反力之和,(2)水柱上下两端面的边界水压力,(3)土粒对水流的阻力T，大小与渗流力相等、方向相反，根据极限平衡条件：,2.6 土（岩）的渗透性,注意：渗流力J是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3,2.6 土
5、（岩）的渗透性,渗流力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性产生显著影响,2. 临界水头梯度,当h增大到某一数值(有效重度)时, 向上的渗流力克服了土体向下的重力, 土体浮起而处于悬浮状态失去稳定, 土粒随水流动, 该现象称为流砂或流土，此时的水头梯度称为临界水头梯度icr,2.6 土（岩）的渗透性,【例】某基坑开挖,施工抽水稳定后,实测水位如图。场地土体为:细砂层, sat=18.7 kN/m3,k=4.510-2mm/s, 试求渗流平均速度v和渗流力J, 并判别是否产生流砂现象。,细砂层的有效重度,故不会因基坑抽水而产生流砂现象,基本类型,流砂,管涌,渗透破坏(变形): 土
6、工建筑物及地基由于渗流作用而出现的破坏或变形,形成条件,防治措施,五、渗透破坏与控制,2.6 土（岩）的渗透性,在渗流水作用下，桥墩基础因流砂而渗透破坏,2.6 土（岩）的渗透性,防治措施,增大i: 下游增加透水盖重,防治流土,减小i : 上游延长渗径；下游减小水压,防治管涌,改善几何条件：设反滤层等,改善水力条件：减小渗透坡降,2.6 土（岩）的渗透性,要求：,2.7 土的动力特性,一、土的压实原理,对土体施加外部能量, 驱除土中气体, 使得土颗粒相对位移、重新排列, 土体干密度提高, 强度增大。 当土颗粒表面水分较少时, 结合水膜薄, 粒间电引力大, 土粒摩擦大, 阻止颗粒相对位移, 压实
7、效果差。 一定量水分, 可起润滑作用, 水膜加厚, 摩擦减少, 土粒易于移动, 相同能量下干密度提高, 压实效果好。 若水分过多, 多余水分占据一定体积, 土孔隙体积增大, 干密度变小, 压实效果下降。,二、土的击实试验,2.7 土的压实原理,三、击实曲线的特点,具有峰值，即最大干密度与最优含水量 最优含水量在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大干密度时的含水量 位于饱和曲线之下,粘性土,2.7 土的压实原理,无粘性土,击实曲线,特点,不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态下易于击实；潮湿状态下d明显降低。,压实标准,常用相对密度控制， 即： Dr0.70.75;施工过程中要么风
8、干, 或者充分洒水;使土料饱和 。,2.7 土的压实原理,四、影响击实的因素,1.含水量的影响,当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的增加而增大。而当干密度增大到某一值后，含水量的继续增加反使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，与它对应的含水量称为最优含水量。机理解释？,注：当击数一定时, 在某一含水量下才获得最佳的击实效果。,2.7 土的压实原理,2. 击实功能,3. 土类及级配,夯实、水夯、静压、振动、冲击压实等，不同土类方法不同。,2.7 土的压实原理,颗粒愈粗、级配愈好, dmax愈大, wop愈小; 干砂宜振压密实, 稍湿砂密实差, 饱和砂毛细压力消失, 压实效
9、果好。,4. 击实方式,1夯实、2辗压、3振动,压实能量相当于2500kN的重力, 压实功能为目前最大振动压实机械的10倍以上, 尤其适用于填石路堤。,冲击式压实机 冲击式压实机施工现场,冲击压实技术,广西38m高填石路堤,1. 粘性土存在最优含水量wop, 填土施工中应控制土料含水量在wop左右，以期得到dmax，通常取,2. 工程上常采用压实度控制(作为填方密度控制标准),、级土石坝 9598% 级土石坝 9295% 高速公路路基 95%,2.7 土的压实原理,五、压实标准,六、土的振动液化,定义饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载力的现象。 产生原因
10、地震、波浪，振动，打桩 带来的灾害喷砂冒水，震陷，滑坡，上浮,地震波的振动,液化后的震陷,1. 基本概念,振动产生超孔隙水压力, 无粘性土颗粒与颗粒间的有效应力为0, 抗剪强度为0，土体象液体一样失去了抗剪强度。第3、5章有效应力原理,2. 液化机理,3. 主要影响因素,土的类别: 粘性土具有粘聚力不易液化; 土的密度: 松砂振动时体积缩小, 孔隙水压力上升大, 易液化; 往复应力强度与次数: 振动时间越长, 诱发的液化越多; 土的初始应力状态: 上部覆盖压力越大, 土越不易液化。,通俗解释,2.8 地基土(岩)的工程分类,一、分类的目的和原则,土的分类体系是根据土的工程性质差异将土划分成一定
11、的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。,分类原则：,1. 分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便。,2. 分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性。,二、分类体系与方法,分类体系：,1. 建筑工程系统分类体系,2. 工程材料系统分类体系,着重将土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地基土分类方法,着重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，例如土的分类标准(GBJ145 -90)工程用土的分类和公路土
12、工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类,2.8 土（岩）的工程分类,分类方法：,1.建筑地基基础设计规范(GB50007-2002),根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数将地基土(岩)分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类, 岩石的分类,颗粒间牢固粘结, 呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石, 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类,2.8 土（岩）的工程分类, 碎石土的分类,粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土,2.8 土（岩）的工程分类, 砂土的分类,粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂
13、土,2.8 土（岩）的工程分类, 人工填土的分类,由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱, 均匀性较差，根据其物质组成和成因, 可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土, 粉土的分类,粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性指数IP10的土称为粉土, 粘性土的分类,粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性指数IP10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分, 特殊土,2.8 土（岩）的工程分类,粘土,细砂,粗砂,卵石土,碎石土,粘土,2.土的分类标准(GBJ145-90),根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类, 巨粒土和含巨
14、粒土的分类,巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土, 粗粒土的分类,巨粒含量少于15%, 剔除巨粒后, 若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类,2.8 土（岩）的工程分类, 细粒土的分类,土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。,细粒土按塑性图进行细分,2.8 土（岩）的工程分类,三、例题分析,【例】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按地基规范分类法确定三种土的名称,2.8 土（岩
15、）的工程分类,【解】,A土:由A土级配曲线查得, 粒径大于2mm的颗粒占总土质量的33%50%, 故该土属于砂土。 又由于粒径大于2mm的占总土质量33%, 位于25%50%之间, 故该土应命名为砾砂。,B土:粒径大于2mm的颗粒为050%, 故为砂土。又粒径大于0.075mm的占52%50%, 故此土应命名为粉砂 。,C土:粒径大于2mm的颗粒占总土质量67%50%, 粒径大于20mm的占总土质量13%50%, 故按碎石土分类, 该土应命名为圆砾或角砾 。,2.8 土（岩）的工程分类,本章总结,本章重点讨论无粘性土和粘性土的三相组成、物理特性、三项指标的基本概念与换算、以及岩土的工程分类；简要介绍土的矿物成分、结构、以及土的渗透与动力特性。 要求从宏观和微观两方面了解土的成因、组成和结构性；较深入了解土的渗透定律、压实原理及流砂现象；熟练掌握无粘性土和粘性土的物理性质、三相指标的基本概念、换算和试验方法；掌握土的工程分类原则、土的类别与工程特性的关系。,第二章 土的性质及工程分类,
