土力学与基础工程知识点考点整理汇总Word文档下载推荐.doc
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即结构传来的荷载不超过结构的承载能力;
②变形条件:
按正常使用极限状态设计,即控制基础沉降的范围使之不超过地基变形的允许值
二、土的性质及工程分类
2.1概述
土的三相组成:
土体一般由固相(固体颗粒)、液相(土中水)、气相(气体)三部分组成,简称为三相体系。
2.2土的三相组成及土的结构
(一)土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。
矿物颗粒的成分有两大类:
(1)原生矿物:
即岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、长石、云母等。
(2)次生矿物:
系原生矿物经化学风化作用后而形成的新的矿物(如粘土矿物)。
它们的颗粒细小,呈片状,是粘性土固相的主要成分。
次生矿物中粘性矿物对土的工程性质影响最大——亲水性。
粘土矿物主要包括:
高岭石、蒙脱石、伊利石。
蒙脱石,它的晶胞是由两层硅氧晶片之间的夹一层铝氢氧晶片所组成称为2:
1型结构单位层或三层型晶胞。
它的亲水性特强工程性质差。
伊利石它的工程性质介于蒙脱石与高岭石之间。
高岭石,它是由一层硅氧晶片和一层铝氢氧晶片组成的晶胞,属于1:
1型结构单位层或者两层。
它的亲水性、膨胀性和收缩性均小于伊利石,更小于蒙脱石,遇水稳定,工程性质好。
土粒的大小称为粒度。
在工程性质中,粒度不同、矿物成分不同,土的工程性质也就不同。
工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一组,称为粒组。
而划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
土粒粒组先粗分为巨粒、粗粒和细粒三个统称,再细分为六个粒组:
漂石(块石)、卵石(碎石)、砾粒、砂粒、粉粒和黏粒。
土中所含各粒组的相对含量,以土粒总重的百分数表示,称为土的颗粒级配。
土的级配曲线的纵坐标表示小于某土粒的累计质量百分比,横坐标则是用对数值表示土的粒径。
由曲线形态可评定土颗粒大小的均匀程度。
若曲线平缓则粒径大小相差悬殊,颗粒不均匀,级配良好;
反之,则颗粒均匀,级配不良。
工程中常用不均匀系数和曲率系数来反映土颗粒的不均匀程度。
—小于某粒径的土粒质量总土质量10%的粒径,称为有效粒径;
—小于某粒径的土粒质量总土质量30%的粒径,称为中值粒径;
—小于某粒径的土颗粒质量占总质量的60%的粒径,称限定粒径。
工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断
①对于级配连续的土:
5,级配良好;
,级配不良。
②对于级配不连续的土,级配曲线上呈台阶状,采用单一指标难以全面有效地判断土的级配好坏,需同时满足5和两个条件时,才为级配良好,反之级配不良。
确定土中各个粒组相对含量的方法称为土的颗粒分析试验
①筛分法(对于粒径大于0.075mm的粗粒土)
②沉降分析法(对于粒径小于0.075mm的细粒土)有密度计法和移液管法
(二)土中水按存在形式分为液态水、固态水和气态水。
固态水又称为内部晶格水或内部结合水,是指存在于土粒矿物晶体格架内部或是参与矿物构造的水;
土中的液体水分为结合水和自由水(有重力水和结合水两类)。
结合水是受电分子作用吸附于土粒表面成薄膜状的水。
它又可以细分为强结合水和弱结合水(弱结合水的水膜厚度对工程性质影响很大)。
自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
自由水按所受作用力的不同可以分为重力水和毛细水。
重力水是存在于地下水位以下、土颗粒电分子引力范围以外的水。
毛细水是受到水与空气交界面处表面张力的作用、存在于地下水位以上的透水层中的自由水。
若毛细水上升至地表,会引起土质盐渍化、沼泽化,而且会使地基润湿,强度降低,变形增大。
在寒冷地区还会促使土的冻胀,地下室会过分潮湿,故在工程中要注意防潮、防冻。
(三)土中气体存在于空隙中未被水占据的部分。
封闭气体对土的工程性质影响较大。
土的结构是指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征排、列形式以及它们之间的连接特征,而构造是指土层的层理、裂隙和大空隙等宏观特征,亦称为宏观结构。
土的结构和构造对土的性质影响很大,一般分为单粒结构、蜂窝结构及絮凝结构三种基本类型。
单粒结构——无粘性土特有的结构,形成原因为颗粒大、靠自重、引力小,单粒结构可以是疏松的,可以是紧密的。
紧密状单粒结构的土是较为良好的天然地基。
疏松单粒结构的土如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。
联结结构——粘性土特有的结构,形成原因是颗粒小、靠联合、引力大、有连结。
类型有蜂窝结构(粉粒0.0750.005)和絮凝结构(粘粒0.075)。
絮凝沉积形成的土在结构上是极不稳定的,随着溶液性质的改变或震荡后可重新分散。
土的构造最主要的特征就是层理性,即层理构造。
2.3土的物理性质指标
土的九个物理性质指标(其中有三个基本指标)
A、三个基本指标
①土的天然密度:
土体单位体积的质量。
②土的含水量w:
土中水的质量与土粒质量之比。
③土粒相对密度:
土的固体颗粒质量与同体积4°
C时纯水的质量之比。
—纯水在的密度(单位体积的质量),等于1或1。
可在实验室采用“比重瓶法”测定。
B、反映土单位体积质量(或重力)的指标
①土的干密度:
土单位体积中固体颗粒部分的质量,称为土的干密度,并以表示,
②土的饱和密度:
土孔隙中充满水时单位体积质量。
一般在1.8~2.3范围内。
③土的有效密度(或浮密度):
地下水位以下,单位体积中土粒的质量扣除同体积的水的质量后,即单位土体积中土粒的有效质量。
′
C、反映土孔隙特征、含水程度的指标
①土的孔隙比e(用小数表示):
土中孔隙体积与土粒体积之比,称为土的孔隙比e。
②土的孔隙率n:
土中孔隙比于总体积的比值(用百分数表示)称为土的孔隙率n。
孔隙比和孔隙率都是反映土体密实程度的重要物理指标。
一般e﹤0.6的土是密实的,土的压缩性小;
e﹥1.0的土是疏松的压缩性高。
③土的饱和度(反映土潮湿程度的物理性质的指标)
土中水的体积与空隙体积之比称为土的饱和度,以百分率计。
2.4无黏性土的密实度
判断无黏性土的密实度最简单的方法是用空隙比e表示,但是由于颗粒的形状和级配对土的孔隙比有着很大的影响,所以,工程中常用相对密实度表示。
根据(一般以百分数表示)的值可以把砂土的密实状态分为三种:
密实
中密
松散
还可以通过采用标准贯入实验的锤击数来评价砂类土的密实度,根据N可将砂土分为松散、稍密、中密与密实四种密实度。
如果是碎石可以根据野外鉴别方法划分为密实、中密、稍密、松散四种密实度状态。
2.5黏性土的物理特性
①黏性土的概念
黏性土就是具有可塑状态性质的土,它们在外力的作用下,可塑成任何形状而不长生裂缝,当外力去掉后,仍可以保持原形态不变。
②黏性土的界限含水量:
黏性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量称为界限含水量。
液限():
土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量;
土处于可塑状态的最大含水量,稍大即流态;
土的界限含水量;
塑限():
土由半固态变为可塑状态的界限含水量;
土处于可塑状态的最小含水量,稍小即半固态;
缩限():
土由固态变为半固态的界限含水量;
土处于半固态的最小含水量,稍小即为固态。
缩限塑限液限含水量
固态半固态可塑状态流动状态
我国目前采用锥式液限仪来测定黏性土的液限,塑限多用“搓条法”测定。
③黏性土的塑性指数和液性指标数
塑性指数:
液限与塑限之差值。
习惯上用不带%的百分数表示。
取小数点后一位,第二位四舍五入。
塑性指数常作为工程上对黏性土进行分类的依据。
液限指数:
表征土的天然含水量与分界含水量之间的相对关系的指标。
表示黏性土的软硬程度,一般用小数表示。
黏性土根据液性指数可划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑五种软硬状态。
④黏性土的灵敏度和触变性
灵敏度即土的结构性,当土体受到外力扰动作用,其结构遭受破坏时,土的强度降低,压缩性增高,工程上常用灵敏度来衡量黏性土结构性对强度的影响。
根据灵敏度可将饱和黏性土分为低灵敏度、中等灵敏度和高灵敏度三类。
土的灵敏度愈高,其结构性愈强,受扰动后土的强度降低就愈明显。
因此,在基础工程设施中必须注意保护基槽,尽量减少对土结构的扰动。
触变性:
指黏性土扰动后的抗剪强度随时间自行恢复的能力(属于胶体化学性质),这种性质主要表现在某些软粘土扰动后,结构虽然破坏,强度降低,但土的强度随时间又会逐渐增长,这是因为土体中土颗粒,离子和水分子体系随时间而逐渐趋于新的平衡状态的缘故。
2.6土的渗透及渗流
①渗流的概念:
土孔隙中的自由水在重力作用下,只要有水头差,就会发生动。
水透过土孔隙流动的现象,称为渗流或渗透,而土被水流透过的性质,称为土的渗流。
②层流渗透定律:
一般土的空隙较小,水在土体流动过程中流速十分缓慢,因此,多数情况下其流动状态属于层流,即相邻两个水分子的运动的轨迹相互平衡而不是混流。
达西定律:
其中:
—单位渗水量
i—水力梯度或水力坡度,
V—渗透速度
k—土的渗透系数,是反映土的透水性大小的系数,物理意义为:
单位水力梯度i=1时的渗透速度
少数黏土服从修正的达西定律:
;
碎土等服从哲才定律。
③渗透系数
常用的水的渗透系数的测定方法,室内有常水头法和变水头法,室内测定的渗透系数用表示:
现场抽水试验中测定的渗透系数:
④动力水及渗流破坏
动水力:
水流作用在单位体积中土颗粒上的力。
也叫渗流力
动水力的公式:
临界水头梯度:
′
几种形式的渗透破坏:
①流砂:
地下水自下向上渗透时,渗透产生的动水压力大于土体的有效重力,土颗粒之间的有效应力等于零,土颗粒悬浮在水中,随水一起流动的现象。
②管涌:
当地下流动的水力坡度很大时,水流由层流变为紊流,此时渗透力将土体粗粒孔隙中充填的细粒土带走,最终导致土体内部形成贯通的渗流管道,造成土体塌陷,这种现象就叫做管涌。
③潜蚀在自然条件下发生的渗透破坏,分为机械和化学潜蚀,机械潜蚀指渗流的机械力将细粒土冲走而形成洞穴:
化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐和胶结物使土变得松散,细粒土被冲走而
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