EXCEL在液塑联合测定成果整理中的应用
1　前言采用光电式液塑限联合测定仪 ,测得土在不同含水率时对应的圆锥 (75 ｇ)下沉深度 ,然后在双对数坐标上绘制下沉深度与含水率关系曲线 ,在直线上查得圆锥两个特定下沉深度处所对应含水率为液和塑限。实践证明 ,联合测定方法不仅工效高 ,而且避免了传统方法包括搓条造成成果不一致的缺点 ,但是 ,在双对数坐标图上人工绘制Ｉｇω～Ｉｇｈ直线 ,不仅工作量大 ,且易造成人为误差。采用ＦＯＲＴＲＡＮ等语言编程来计算 ,不能直观绘图 ,且不能直接了解试验点情况及误差大小情况 ;如果采用ＥＸＣＥＬ电子表格的功能 ,能方便、准确地确定试验成果 ,绘出图件 ,在图上直观了解试验情况及误差大小。2　具体分析步骤 (国家标准 )(1)根据每一个对应深度的土 ,测出其含水率 ,利用ＥＸＣＥＬ中的公式进行计算 ,结果如图 1,图 1上三分之一为原始数据 ,其下三分之二为自动计算 ,自动产生的数据 ,其中第 9项为含水率。(2 )根据不同入土深度与对应...&
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目前 ,测定液限、塑限这两个重要的物理指标多用光电式液、塑限仪测定。对液塑限联合试验测定的数据的分析整理 ,《土工试验规程》(ＳＤ 12 8-84)已做了明确的规定 ,要求每一试样均在双对数坐标纸上绘制ｌｇＷ -ｌｇＨ直线 ,数据处理过程相当烦琐 ,工作量也很大 ,而且极易造成人为的误差。为此 ,笔者在实际工作中采用线性回归分析法确定直线方程的数学表达式 ,对数据进行分析计算 ,并将其编成ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ程序上机处理 ;取得了方便、快捷、准确的效果。1　线性回归分析法应用原理1.1　建立液塑限试验数据的拟合方程大量的试验表明在双对数坐标上作出的圆锥入土深度 (Ｈ )和相应含水量 (Ｗ )的关系曲线接近于一条直线。因此我们设定该直线的方程为 :Ｈ =ａＷ +ｂ ( 1)式中 :ａ———直线的斜率 ;ｂ———直线的截距。1.2　采用相关系数 ρ判断试验数据符合直线的程度根据输入的数据计算出相应的Ｗｉ。令Ｈｉ=ｌｇＨｉ,Ｗｉ=ｌ...&
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一、液塑限联合测定实验及介绍及实验数据处理本实验采用锥式液限仪联合实验,按照《土力学》等资料中对液塑限联合测定实验的介绍,开展液塑限联合测定实验。以土样含水率(%)为横坐标,圆锥下沉深度(mm)为纵坐标,绘制双对数关系直线,在直线上查得17mm、2mm时的含水率为液限、塑限含水率值。坐标图绘制将所得三组实验数据A、B、C绘制在双对数坐标系上,三点连成线,如果三点不在一条直线上则高含水率的一点A与其余两点B,C连成直线,在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水率,如果查得相应的含水率差值不超过2%,则用平均值的点D与高含水率的点A连做一条直线,如果查得相应的含水率差值大于或等于2%,则不合格应重新做试验。(数据见表1,图一为实验照片)二、MATLAB介绍MATLAB语言简单,功能强大,扩充能力强,并可开发性强,易于编程效率高程序语言简单高效。MATLAB还有很强的处理能力,它可将实验数据以图片的形式表达出来,制图能力强,快捷精准...&
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0引言印尼地处东南亚,属热带雨林气候,土中含有少量的有机质和亲水性矿物。特殊的气候和地理环境造成了土的物理性指标的特殊性,使得天然含水率、孔隙比、液塑限等指标与我国国内相比,具有很大差异性。通过对979个土样的试验数据分析表明,天然含水率最大值为155.2%,平均值为58.6%,液限最大值为121.7%,平均值为66.1%,塑限最大值为69.2%,平均值为35.2%。比国内黏性土指标普遍偏高。造成差异的主要原因是土中含有机质土所吸附的结合水以及其它亲水性或易挥发的化学物质。由于土中含有有机质,依据GB/T 5《土工试验方法标准》,含水率需要进行65~70℃(含有机质超过干土质量5%的土)和105~110℃的比对试验,以便确定含水率试验的烘烤温度[1-3]。1地层特征简介该地区的黏性土层,按成因大致可分为第Ⅰ海相沉积层、第Ⅱ海相沉积层和海陆交互相沉积层。其基本特征如下:第Ⅰ海相沉积层:主要表现为淤泥和淤泥质粉质黏...&
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土的界限含水率液限和塑限,是土工试验中两个非常重要的物理特性指标,其差值塑性指数可确定土名,差值与天然含水量相比较,可提供粘性土状态的液性指数,根据它可查表得到土的承载力值。因此,准确地确定液限和塑限值至关重要。国际上测定液限的方法是碟式仪法和圆锥仪法。在我国,最常用的是圆锥仪法,操作简单,标准易于统一,所测数据比较稳定。对于塑限,长期以来一直是采用滚搓法测定,其缺点是人为因素影响很大,标准不易掌握。规范规定,可采用液、塑限联合测定法测定,其优点是人为因素小,易于掌握。但实际应用起来也比较麻烦:首先得将土制备成至少三种不同的含水量,分别控制圆锥仪的下沉深度,记录下沉量及其相应含水量;然后,再在双对数纸上绘制出下沉深度与含水量的关系曲线,才能得到液限与塑限值。此过程耗时长,较繁琐,不如滚搓法操作简单,实际工作中也很少用。取得塑限的另一种方法,是根据液塑限的相关理论,通过回归分析,找出液限与塑限的相关式,由液限值经过计算就可以得到相...&
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在工程地质勘察中土的液塑限是划分土的类别及评价土的工程性质的重要指标,根据《岩土工程勘察规范》(GB50()21 2001)有关规定,液塑限是粘性土(粉质粘土及粘土)不可缺少的试验项目。聊城市地貌类型为黄泛冲积平原,15m深度以上基本为粘性土及粉土互层。故土工试验室中液塑限试验的工作量较为繁重。目前液限试验一般采用。76g瓦氏圆锥仪进行测定,塑限试验采用滚搓法测定。由于该试验方法繁琐且因不同的人试验,其结果往往出入较大,超过允许误差造成返工试验的情况亦不少,故较大地影响了试验精度及速度。 基于这一事实,笔者在前人研究基础上,对单点法来解决土工试验中液塑限的试验进行了探索,经长期的反复试验,摸索出适合聊城市粘性土的单点法经验公式,经大量的资料分析比较,证明是可行的。一1 用单点法测定液限含水量 土的状态随含水量的变化而变化,随着含水量的增加,土由塑性状态过渡到流动状态时的界限含水量就是液限,其测定一般采用重量为76g锥角为30。的...&
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传真：010-（五）操作注意事项；1.煮沸的目的时为了排除土团中的空气，使测得的体；2.测量瓶内温度，为了加快冷却速度，在煮沸完毕后；实验二界限含水率实验；粘性土由于其含水率的不同而分别处于固态、半固态、；一、实验目的：；测定土的液限、塑限含水率、计算土的塑性指数（Ip；二、实验方法：；液限实验，目前国内外主要采用圆锥仪法和碟式仪法两；三、液塑限联合测定法：；液限、塑限联
（五）操作注意事项
1.煮沸的目的时为了排除土团中的空气，使测得的体积纯属土颗粒的体积，煮沸时要经常摇动比重瓶，利于空气排除也不至土粒粘结瓶底。
2.测量瓶内温度，为了加快冷却速度，在煮沸完毕后，放入冷水中冷却，这就使瓶内上、下四周的温度与瓶中间的温度不一致。因此在加水至满前，应使瓶内温度稳定一段时间或轻轻摇动比重瓶，使瓶内温度均匀后再称重。在测量瓶内温度时，不要用手握住比重瓶，应用手指捏住瓶颈或放在桌子上量测，以免人体温度的影响。
实验二 界限含水率实验 粘性土由于其含水率的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。土由半固态转到可塑状态的界限含水率叫做塑限（wp ），土的可塑状态转到流动状态的界限含水率叫做液限（wl）。土的界限含水率，还和土的颗粒级配，矿物成分等有关，因此能反映出土的某些物理特性。 一、实验目的： 测定土的液限、塑限含水率、计算土的塑性指数（Ip），液性指数（IL）和稠度等。对粘性土进行分类；作为估算地基承载力的一个依据。 二、实验方法： 液限实验，目前国内外主要采用圆锥仪法和碟式仪法两种，我国、前苏联东欧等国多采用圆锥仪法，美国、日本等国多采用碟式仪法。塑限实验，目前国内外一般仍采用人工搓滚法。 三、液塑限联合测定法： 液限、塑限联合实验是采用76g圆锥仪测落锥后5s时圆锥在不同含水率的土样中的入土深度。在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度和含水率的关系直线，在直线上查圆锥入土深度为10mm处的对应含水率为液限，下沉深度为2mm处的对应含水率为塑限。 四、仪器设备
1.光电式液、塑限联合测定仪，其主要组成部分如下：
（1） （2） 圆锥仪：包括锥体、微分尺、平衡装置三部分。总质量为76±0.2g。圆锥用不锈钢00材料精加工而成，锥角为30±0.2，锥尖磨损量不得超过0.3mm。微分尺量程为22mm，刻线距离为0.1mm，其顶端磨平，能被磁铁平稳吸住。 电磁铁部分：要求磁铁吸力大于1N。 （3）光学投影放大部分：包括光源、虑光镜、物镜、反射镜及读数屏幕。要求放大10倍，成像清楚。
（4）升降座：可使试样杯升降一定距离，适合操作要求。
（5）落锥后延时5s的显示装置。
（6）试样杯：内径40mm，高30mm。 2.其它工具：天平（称量200g，感量0.01g）、烘箱、干燥缸、铝盒、调土刀、筛（孔径0.5mm）、凡士林或润滑油，纯水等。 五、操作步骤
1.液、塑限联合测定法实验可以采用天然含水率试样或风干试样。
当采用天然含水率的试样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后按接近液限，塑限和二者的中间状态分别制备不同稠度的土膏，静置时间可视原含水率的大小而定。
当采用风干土样时，取通过0.5mm筛的代表性土样约400g分成三份，分别放入三个盛土皿中，加不同数量的纯水使土样分别达到（2）中所述的含水率，调成均匀土膏，然后放入密封的保温缸中，静置一昼夜。
2.将制备的试样搅拌均匀，填入试样杯中，对较干的试样应充分搓揉，密实地填入实样杯中，填满后刮平表面。
3.将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。
4.调节屏幕准线，使标尺位于零刻度线处。调节升降座使圆锥仪锥尖刚好接触试样表面，圆锥仪在自重作用下沉入土内，经5s后测读圆锥下沉深度。
5.将测试完毕的试样，挖去粘有润滑油的土，取锥体附近试样约15克，放入称量盒，测定其含水率。
6.以相同步骤测试其余两个试样的圆锥下沉深度和相应含水率。 六、计算和制图
1.按下式计算含水率，准确至0.1％： m0?ms)?100%
w0?(ms式中：w0――含水率，％；
m0――湿土质量，g； ms――干土质量，g。 2.将三个含水率与相应的圆锥入土深度绘于双对数坐标纸上，三点连一直线，如图2－1中的A线。如果三点不在一直线上，通过高含水率的一点与其余两点连两根直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水率，如果差值＜2％时，用平均值的点与高含水率点作一直线，如图2－1中的B线，若含水率≥2％时，应补作实验。
实验三 固结试验 土在外荷载作用下体积发生变形的特性称为土的压缩性，就室内有侧限单轴压缩实验而言是体积逐渐减小的过程。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。固结实验是用环刀切取天然状态下的原状土样，然后置于压缩仪内（使试样无侧向变形），并在不同荷载作用下测定其土样压缩稳定后的孔隙比变化。 一、实验目的 测定土的压缩系数av、压缩模量Es、压缩指数Cc、回弹指数Cs、垂直向固结系数Cv、水平向固结系数Ch以及先期固结压力Pc等，测试项目视工程需要而定。 二、实验方法 固结实验根据工程的不同需要，可采用标准固结实验或快速固结实验。 标准固结实验与快速固结实验的区别为压缩稳定时间不同。标准固结实验稳定标准规定为24小时，快速固结法则规定在各级压力下的压缩时间为1h，仅在最后一级压力下，除测记1h的量表读数外，还应测读24h压缩稳定时的量表读数，并计算各级压力下试样校正后的总变形量。快速固结实验大大缩短实验工期，又可得到与标准固结实验近似结果。因此规范规定：如沉降计算精度要求不高，且不求固结系数时，可采用1h快速压缩实验。
三、仪器及设备
1.杠杆式压缩仪：见图3－1，杠杆比1：12，感量10克。
3.透水石：直径7cm，高1cm。
4.量表：最大量程5、10mm两种，精度0.01mm。
5.其它工具：刮土刀、钢丝锯、感量0.1克天平，滤纸等
四、实验操作步骤
1.用环刀取土，先将土样用钢锯或削土刀整平其两端，如为原状土样，取土方向应与天然受荷方向一致。将环刀内壁涂一层凡士林，刃口向下放在土样上。
2.为了不扰动原状土的结构，用钢丝锯或削土刀将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削直至土样凸出环刀为止，用钢丝锯将两端余土削去并用削土刀刮平，刮平时不允许在土面上往返涂抹。
4.将底环放入压缩容器内，底环内放入一块大的湿透水石，再放一块护环，并将带有环刀的试样小心装入护环内，然后在试样上放一块小湿透水石，最后放加压盖板，抬高横梁，将装有试样的容器对准加压横梁正中，安装量表。
5.为了使试样与仪器各部件之间接触良好，应予施加1kPa小砝码，然后调整量表（使其短针调至5mm，长针调至0）。
6.加荷等级50，100，200，400kPa四级荷重。加第一级荷重（50kPa），退去预压荷重。如试样为饱和土则在加荷后立即向容器内注水至近满，如属非饱和土，则在加荷前用湿布围住加压盖板及透水石周围，避免水份蒸发。
7.经过一小时后，记录该级荷重下量表读数（即试样与仪器的总变形量）并立即施加第二级荷重，再经过一小时后，记录第二级荷重下量表读数，依次重复上述步骤，分别施加第三、第四荷重并记录相应的读数，最后第四级荷重（即400kPa），除记录一小时读数外还需记录24小时的读数。 8.实验结束后，迅速拆除仪器各部件，取出试样，放入烘箱烘干，测定试样含水率。 五、计算及绘图 1.原始孔隙比e 0 e0?式中：ds――土粒比重
ds(1?w0)?w?0?1 ?w――水的密度（g/cm3） w0――含水率（％） ?0――土的密度（g/cm3）
2.土骨架净高 hs?式中：hs――土骨架净高（mm）
h0 1?e0h0――试样原始高度（＝环刀高，20mm） e0――原始孔隙比 3.计算各级荷重下试样校正后的变形量?hi 三亿文库包含各类专业文献、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、中学教育、生活休闲娱乐、高等教育、行业资料、基本土力学实验指导书26等内容。　
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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 讲 稿第一章 土工基础知识 §1 土的物理性质和工程分类 一、土的形成 1、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2地层名 称 人工填 土 植物层 符号 地层名 称 符号 地层名 称 海陆交 互相沉 积层 冰积层 冰水沉 积层 火山堆 积层 崩积层 符号 地层名 称 滑坡堆 积层 泥石流 堆积层 生物堆 积层 化学堆 积层 符号Qml残积层QedQmcQdelQpd风积层QeodQglQsel冲击层Qal湖积层 沼泽沉 积层 海相沉 积层QlQfglQo洪积层QplQhQbQch坡积层QdlQmQcol成因不 明的沉 积层Qpr注：1.两种成因混合而成的沉（堆）积层，可采用混合符号，例如：冲击和洪积混合层， 可用Qal+pl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新统，可用Q3al表示。3、土的形成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：“新第三纪” 不明确 软土：都属于近代形成的，Q4港工规范（地基）6.1.1条老沉积土：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。新近沉积土：第四纪全新世中近期沉积的土Q4， 一般呈欠固结状态。 表1.doc 地层与地质时代表*综合国内外年表的控制数据。 岩土工程勘察规范（GB）P138： 无机土：有机质Wn含量Wn&5% 有机质土：有机质Wn含量5%≤Wn≤10% 泥炭质土：有机质Wn含量10%&Wn≤60% 泥炭：有机质Wn含量Wn&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 。无机土：岩石风化作用形成，没有胶结或胶结的颗粒堆积物，Wn&5（有机质Wn含量小于5%）第四纪沉积物的若干类型（成因）： 残积土 河流冲击土：坡积、洪积、冲击、湖积、海洋 沉积。 风积土 冰川沉积形成的冰积土 火山灰堆积（土） 土的主要成因类型鉴定标准：参见工程地质手 册p48.残积;坡积和崩积；洪积；冲积；淤积；冰川沉积和冰积；风积第四纪堆积物成因类型：见表3，（工程地质手册P26）土的形成无不打上地质历史的烙印。第四纪堆积物成因分类表（“√”为主要堆积物）（手册P26）成因 √风化残积表3成因类型 √残积 主要地质作用物理、化学风化作用重力堆积坠积 崩塌堆积 滑坡堆积 土溜长期重力作用 短处重力作用 大型坡体重力作用 大型坡体表面重力作用 斜坡上雨水、雪水作用 短期大量地表水作用长期地表水流河谷搬运、堆积作用大陆流水 堆积√坡积 √洪积√冲积三角洲堆积（河－湖）河水、湖水混合堆积湖泊堆积沼泽堆积浅水型静水堆积作用潴水型静水堆积作用海水堆积滨海堆积 浅海堆积 深海堆积海岸及岸流堆积作用 浅海相动荡及静水的混合作用 海相静水堆积作用三角洲堆积（河－湖） 河水、海水混合堆积作用地下水堆 积√冰川堆 积泉水堆积洞穴堆积 冰碛堆积 冰水堆积 冰碛湖堆积化学及部分机械堆积作用机械及部分化学堆积作用 固体状态冰川搬运堆积作用 冰川中冰下水搬运堆积作用 冰川地区静水堆积作用 风的搬运作用风的搬运作用后来又经水流搬运堆积 作用√风力堆 积风积 风－水堆积二、土的组成固相：土粒，有时有胶结物和有机质液相：水及溶解物气相：空气及其他气体土中孔隙完全充满水DD饱和土土中孔隙仅含空气DD干土地面以下，地下水位以上一定高度范围内：兼含空气、水属三相体系DD湿土1、土的固相粒组划分粒组 统称巨粒粒组名称漂石（块石）粒 卵石（碎石）粒 砾粒 沙粒 粗粒 细粒粒组粒径d的 范围d&200 200≥d&60 60≥d&20 20≥d&2 2≥d&0.0750.075≥d&0.005 0.005≥d粗粒细粒粉粒 粘粒级配DD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Cu和曲率系数Cc 来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的 一种概念； 巨粒土：粒径大于60mm的粒状含量大于总质量的 50%的土； 粗粒土：粒径大于0.075mm的颗粒含量大于总质量 的50%的土；细粒土：粒径小于0.075mm的颗粒含量大于或等于 总质量的50%的土； 不均匀系数：反映土颗粒粒径分布均匀性的系数 Cu＝d60/ d10； 曲率系数：反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数Cc ＝d302/( d10?d60) d60、 d30 、d10分别为 小于该粒径的土粒质量占总土粒质量 的百分数砂土颗粒组成特性应根据Cu和Cc确定良好级配土同时满足Cu≥5和（且）Cc＝1～3时的土不良级配土不同时满足Cu≥5和（且）Cc＝1～3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2、土的液相水的类型 自由水 结合水 毛细水 重力水 主要作用力 表面张力和重力 重力 物理化学力近代土质学（高国瑞）介绍：&强结合水&：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层水分子厚度约10A；密度大；粘滞性高，比自由水大100倍；A＝10－18m有人测到第一层水分子密度为1.4g/cm3 &弱结合水&：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。&讲义介绍结合水&：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，冰点低 于零度等。 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，结合水往 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。 &自由水&：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 面电场影响以外的水。 &重力水&：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。&毛细水&：在地下水位以上水为毛细水&毛细管水&：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。3、气相土中的气：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，对土的工程性质影响较大。三、土的结构&土的组构&：土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征； &土的结构&：土的固体颗粒间的几何排列和联接方式； &土骨架&：土的固体颗粒构成的格架； &比表面积&：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：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）。 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： 1、单力结构：土粒尺寸大，土粒自重&&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，Φ 角大，强度高，变形小。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e为0.35，自然孔隙比也在0.35～0.91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。 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、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&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。 3、片堆结构：粘粒在淡水中，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P277：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30～40%的淤泥，仍显淤泥特性。即淤泥含量超过30%（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试方法确定。 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。 土的物理性指标分为：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1、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 积的质量（GB/T50279P27，GB/T50123－99） 容重与重度关系： 港工地基规范：重度：单位体积土的重量 土工试验方法国际GB/T50123 －99：密度：土的质量/单位体积港工老规范（87合订本）：容重：土的单位体积的重量讲义：土的天然密度ρ＝m V=ms ? m w VS ? VW ? VAmsDD土粒质量； mwDD水的质量； VS 、VW、VaDD分别为土粒、水、空气的体积。 GB/T50123－99：ρ O=mo VmoDD湿土质量VDD试样体积讲义：土的干密度Pd＝ m S Vp = 1 ? 0.01w omsDD土颗粒质量；VDD土的（固、液、气） 总体积p GB/T50123－99：Pd＝ 1 ? 0.01w2）含水率m ws m m ? ms 讲义：W＝ ＝ ＝（ －1）×100％ m m msGB/T50123－99：W＝（ m o －1）×100（％） ms ，为质量比（应以此为准）讲义P25：土的含水量（也称土的湿度）指土中水分的重量与土粒重量的比值岩土工程基本术语标准GB/50279－98：含水率：土中水的质量与土颗粒质量的比值，以百分率表示3）土粒比重讲义：Gs＝m V（Pw ) 4 ? ?c S＝kg m 3 kg / m 3）? C （ 4GB/T50123－99土粒比重：土颗粒的质量与同 体积的4°C蒸馏水的质量比值，与SL237－1999 定义同，而与岩土工程基本术语标准GB/T50279 －98不同（它规定为重量比），应以质量比为准 。kg ? g ms ? g Gs＝ ＝ kg 3 ? 3 水质量 ? g ? m （ 3 ? g）? C ? ? 4 ?m （ 水体积 ）? C ? 4 m ? ?gDD重力加速度。 港工地基规范：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4）由ρ 、W、Gs换算的指标（1）饱和密度ρ＝ ms ? Vs ? ? w satV＝ms ? m w VmW──充满土中全部孔隙的水质量（2）浮密度 ρ ? ms - Vs ? ?W ＝ρ ＝ Vsat-1VS=V-VvVV──全部孔隙体积ρ ? ?ms （V - Vv ) ? w ? /V ＝ ＝ ms - Vs ? ?WV-Vρ W/V=ρsat-ρ w＝ρ sat-1（3）干密度土粒质量ms ρ d＝ 土的总体积V? ρ d＝ m s ＝ 1? 0.01w Vms ? m w V ＝ mv 1? msρ ──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n Vv ＝ е ＝ 1? n VsVv 讲义：е ＝ ×（100％） Vs（5）孔隙率e Vv ＝ ＝ ＝ Vs V v 1? e Vs ? V v ?Vs VsVv VsvV ＝n V（对饱和土，空气体积Va=0）； n（1+e）＝e；n+ne＝e；e-ne＝n； e（1-n）＝n （6）饱和度：土中孔隙水体积与孔隙体 积的比值Vw ? ?100 %? Sγ = Vv（7）密度（ρ ）与容重（γ ）（重度）的关系 若ρ ＝2000kg/m3 g=9.8m/s2γ ＝ ρ ×9.8 ＝ ρ ×g ＝ 2000kg/m3×9.8m/s2 ＝ 19600kg.m/s2＝19.2KN/m3 ρ =2t/m3（t＝1000kg） 若g≈10m/s2；γ ＝20KN/m32、无粘性土的相对密度 GB/T50279－98 反应无粘性土紧密程度的指标emax ? eo 讲义：D? ? emax ? emin( ? d ? ? d min ) ? d max D? ? ( ? d max ? ? d min ) ? d（实用表达式）eoDD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。emaxDD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。 eminDD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。 ρ dDD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。 ρ ρdmaxDD该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。 dminDD该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。工程中用Dr划分密度区为：疏松的0&Dr≤1/3 中密度1/3&Dr≤2/3 密实的2/3&Dr≤1.0 3、粘性土的稠度&稠度&：粘性土由于W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。 &WL液限&：流动状态与可塑状态的分界含水量； &WP塑限&：可塑状态与半圆体状态的分界含水量;&WS 缩限&：半固体状态与固体状态的分界含 水量；GB/T50279－98： 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-WP IL=W ? WP W ? WP ? WL ? WP IP粘性土的状态：竖硬硬塑 0& IL≤0.25可塑 0.25& IL≤0.75 WP&W≤WL软塑 0.75& IL≤1.0流塑IL≤0W& WPIL&1.0W& WP五、土的分类DD土的工程分类表土的工程分表 五.doc 六、土的压实性 土的压实性：土的压密度常以干密度Pd表示影响压实性的因素：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：满足设计要求的干密度→对应的适宜的（最佳）含水量→对应的压实所需的最小功能。→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WOP表示。§2土中水的运动规律一、土的毛细性&毛细现象&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。&毛细性&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动的性能称为毛细性。 &毛细管水&GB/T50279－98（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。&毛细水存在的主要孔径大小&：存在于0.002～0.5mm孔隙中 &适于土类&：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。&毛细性的明显性&：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。 &砂土的假粘聚力&：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粘聚力 不同。 &影响毛细性的主要因素&：颗粒大小、孔隙大 小、土粒形状、矿物成分、水溶液性质。&毛细性对土的工程性质影响&：使土含水量增大，引起强度和变形变化（向不利方面变化DD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。GB/T50279-98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。 1、达西定律：（H.Darcy定律）：根据砂土的 试验结果得到 &假定&：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）。 &定律&：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：V=k? lq=kiA V：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； k：渗透系数（m/s）； q：渗透流量，单位时间内流过土截面A的流量。 q=k(m/s) ? i(无量纲) ? A（m2）=q(m3/s)达西定律只适用于层流，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水的 粘滞阻力，只有克服这一阻力才开始渗透流。 &起始水力坡降&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。 粘性土中应按下面修正后的达西定律计算渗 透速度：V＝k(i-io)强透水性 k&10-5m/s中透水性k=10-5~10-7m/s相对不透水性 2、渗透变形k&10-8m/s&渗透力&：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：KN/m3。 j=γ wij的大小与之成正比渗透变形：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。常见的形式有流 砂(临空条件下动力水等于土的浮重度时,)、管涌（动力水大于土的浮重度u&γ ′时）、潜蚀（动力水将细颗粒带走）和基坑突涌等。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， 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。3、水在冻结过程中水分的迁移和积聚&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。 &冻土现象包括&：冻胀和冻融 &冻胀原因&水分结冰、体积增大，－4℃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，使冻结区水分增加，冻结后的冰晶体不断增大。&冻融现象&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。&产生冻胀原因&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。§3地基的应力、沉降与承载力 一、概述&地基&支撑建筑物的土层分为天然地基人工地基：人工加固或处理后的地基、桩基&基础&与地基接触的建筑物底部称为基础：起“承上启下”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DD地基将有稳定和变形问题。①应力在强度允许范围内→土体稳定 ②应力超过了（某一局部）的土体强度→局 部破坏→范围加大后将产生失稳或滑动→承载 能力极限状态 ③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、外观 →正常使用极限状态 。二、地基中的应力 &自重应力&：土的自重产生 &附加应力&：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。 1、土的自重应力计算： 必须知道原地面位置计算沉降是土骨架的沉降，因此自重应力水下应该用浮重度。2、附加应力（压力）计算（1）集中力下的σz z z z（2）矩形基础均布载荷下的σ（3）矩形基础三角形载荷下的σ（4）矩形基础水平均布载荷下的σ3、基地压力计算&基地压力&：建筑物传给地基表面的压力：大小等于基底面的地基反力&影响基底压力的因素&：基础刚度、地基的变形条件，当总载荷一定时，基底压力分布形状对土中应力分布的影响只在一定范围内有影响，超过1.5～2.0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。 〈计算公式〉P KN （1）中心荷载 p＝ = ＝KPa 2 m A（2）偏心荷载 pmax ＝min6e BP AM P (1± ± = W A)P、M──作用基础中心的坚直荷载及弯距，M=P?e e──偏心距 W──载面距LB W＝ 62L、B──基础长、宽当e& B6合力作用点距前趾ξ 大于三分点（ B ），3 B 合力作用点距前距ξ 等于三分点（ ） 3Pmin&0，基底压力梯形分布。B e＝ 6，Pmin=0，基底压力三角形分布。B 合力作用点距前距ξ 小于三分点（ B ）， e& 3 6 Pmin&0，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。 〈重力式码头规范〉：B ξ ≥ 3 ξ & B 3时B B1=B e≤ 6B1=3ξ时ξ ＝（MR-MO）/VKξ ──为合力作用点至码头前趾距离；B1──墙底实际受压宽度；B──墙底宽度。对ξ 的限制B 对非岩石地基：ξ ≥ 即不小于4分点（ B ）。 4 4对岩石地基：ξ 可不受限制。（3）基底附加压力设埋深度为D、平均重度为r，基础底面原有自重压力为YD。&基低附加压力p&P=Po-YDPo──基底压力（KPa）。基底附加压力应减去基底处自重压力。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?H H1=e1－e 2 1 ? e1＝?e （1 ? e1）Δ?e H＝ （1 ? e1）?H1Δ e＝e1－e2；Δ p＝p2-p1e1－e 2 ?e α= ＝ 压缩系数 p 2 ? p1 ?pΔ e＝α Δ p＝α （p2-p1）Δ H＝?（p 2－p1）1 ? e1? H1 ＝? ?p1 ? e1?H1e1－e 2 Cc＝ ＝ 1gp 2 ? 1gp1?e p2 1g（ ） p1p2 Δ e＝Cc1g（ ） p1p2 cc Δ H＝ 1g（ ）H1 1 ? e1 p1Cc──压缩指数。 〈体积压缩模量mv〉：为单位压力作用下的体积压缩量mv＝?V V1 ?p?e =（1 ? e1） ?p?e 1 ＝ ? ＝ ?p （1 ? e1） （1 ? e1）Δ e＝mv?Δ p（1＋e1） Δ H＝ m v ?p（1 ? e1）?H1＝mvΔ p?H11 ? e1〈压缩模量ES〉ES 是在侧限条件下，应力Δ p＝ （p2-p1）与应变 ?e 1 ? e1?p ES ＝ ? e （1 ? e1）e1－e 2 即 1 ? e1的比值1 mv＝?p （1+e ）＝（1 ? e1）＝ 1 ? ?e?p （1+e ）； Δ e＝ 1 Es?p ?p（1 ? e1） 1 Δ H＝ ?H1＝ ?H1 Es （1 ? e1） Es计算沉降指标 计算公式e1、e2、H1、Δ p＝p2-p1 Δ H＝?e 1 ? e1?H1α 、e1、H1、Δ p＝p2-p1 Cc、e1、H1、Δ p、p2、p1Δ H＝ C c 1 ? e1 mv、H1、 Δ P? ? ?p ?H Δ H＝ 11 ? e1? p 2 ? ?H ?log（ ） 1 ? p1 ? ?ΔH＝mv? ΔP?H1Es、H1、 P ?H＝ 1 ? ? P?H1 ?Es2、&前期固结压力&Pc:压力叫先期固结压力历史上受过的最大有效先期固结压力 Pc ＝ &超固结比&OCR＝ 自重压力 ? cz正常固结 OCR＝1.0 超 固 结 OCR&1.0 欠 固 结 OCR&1.03、地基沉降计算：e1i－e2i S＝ ? S i ＝ ? ＋ 1 1 1 e1innhi ＝ ? a1i1nn? zi hi＝ （1＋e ）1i? zi ＝ ? hin 1E si? mvi ? zi hi ＝ ?1nCci ? zi [log ]hi 1 ? ci 1 （ ? e1i）计算结果应根据实测资料进行修正S＝ ? (msi S i )1 nmsi：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?z ?c资料、总结经验。?z 压缩层深度Zn：Zh处， ?c软土＝0.2；?z ?c＝0.1下式为老规范（工民建89年版、港工地基87年版）的压缩层深度确定公式nΔ Sn＝0.025 ? S i1Δ Sn：在Zn深度向上取1m土层的压缩量。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。粘土：透水性弱，压缩量大，压缩稳定时间长。&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/T50279－98：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〕&固结理论&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）。有效应力理论：P＝u+σ ′；σ ′：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u（超静水压力）不断消散，附加有效应力不断增加的过程。任一深度，任一时刻的应力始终遵循有效应力原理。2、单向固结理论基本假定:(1)土是均质、各向同性饱和体(2)土的压缩空气由孔隙减少引起土粒、孔隙水本身不可压缩土的压缩系数a视为常量Cv= k (1 ? e1 ) (3)土的压缩、排水仅在竖向产生a? wk、a不变则（4）孔隙水排水符合达西定律， 在整个固结过程中Cv不变渗透系数K为常量 （5）地面上作用着连续均布载荷，是一次瞬时施加。由于孔隙被水充满，根据连续条件，在dt时间内，单元体积的减少应等于流出与流入该 单元体中的水量之差。由此可得单向固结微分 方程：?u ? 2u ＝Cv 2 ?t ?z； Cv＝k（ ? e1） 1?? w单元体内孔隙水压力在单位时间内的变化率?u （ ）。 ?t单元体积内，孔隙水压力（孔压）在△Z长度上? u ?u ?u 的变化速度（ ）的变化率（ 2 ）。 ? ?z ?z ?z2U=4p1 m?Z ? ? m Sin （ 2 H ）e ? m-1?m 2? 2 ? TV 4(m，正奇数1、3、5…)Tv= C v t 2H；HDD排水量大距离，单面排水为土层厚度；双 面排水易为土层厚度之半。 e=2.7182 当取m＝1时u＝4p?Sin （?Z2H）e ???24TV实际工程、砂井工程是空间问题（即轴对称问题）。3、固结度 &固结度&在某一固结应力下，经t时间后，土 体发生固结或孔隙水应力消散的程度。 GB/T50279－98：饱和土层或土样在某一载荷下 的固结过程中，某一时刻的孔隙水压力平均消散 值或压缩量与初始孔隙水压力或最终压缩量的比 值，以百分率表示（这个定义综合了应力固结度 和应变固结度）。对于单向固结土层的平均固结度。 U=St/S∞ 利用U～t曲线推求S∞解决下面两个问题： （1）已知S∞求某等时间t的时间St。 （2）已知S∞，求土层达到某St时所需时间t， 根据固结理论达到同一TV ，单面排水所需时间 是双面排水的4倍。五、土的抗剪强度 &土的抗剪强度&：指土体对于外荷产生的剪应力的极限抵抗能力。当土体某点剪应力达到了土的抗剪强度，则就发生了土体的一部分相对另一部分的位移，这时便认为该点发生了剪切破坏。GB/T50279－98：土体或岩体在剪切面上所能承受的极限剪应力。1、莫尔应力圆与抗剪强度定律：土体内部的滑动可沿着任何一个面发生，如果该面上的剪应力等于它的抗剪强度，就可引用 材料力学中有关一点的应力状态的莫尔应力圆表 示法。 设某一土单元体上作用着σ 1，σ 3，则任一与大 主应力面夹角为α 的平面上的应力状态，可以用 σ ～τ 坐标图中的莫尔应力圆上一点的应力坐标 大小表示。这个平面上的法向应力σ a和剪应力 τ a可分别表示为：? a＝?1 ? ? 32??1 ? ? 32cos2?（注意 cos2? 为负值）? a＝ ?1 ? ? 32 sin2?库仑定律：? f ＝c ? ?tg?? f＝c? ? ? ?tg? ?（总应力表达式） （有效应力表达式）对处于相同初始条件的某种土来说，抗剪强度与有效应力有唯一对应的关系。2、极限平衡状态与土的理论强度? 1＝? 3 tg（45? ? ） 2ctg（45? ? ） ?2??22? 3＝? 1 tg（45? ? ） 2ctg（45? ? ） ?2??22土的强度理论可归结为：（1）任一平面上的抗剪强度是该面上法向应 力的函数，在一定范围内可用直线近似表示； （2）土的剪切破坏只有在莫尔应力圆与强度 线相切之后方能发生； （3）土体某点处于剪切破坏时，破坏面与大 主应力作用面夹角?＝45? ??2（4）按该理论，可认为剪切强度与土中的中主应力σ 2无关。3、抗剪强度试验方法（1）直剪试验（2）三轴试验（3）无侧限抗压强度试验：qu无侧限抗压强度试验相当于三轴试验中σ 3＝0的不固结不排水试验。1 仅适于饱和粘性土τ f＝ qu＝Cu 2（σ 1＝qu＝2ctg ( 45 ? ? ? )=2c）24、抗剪强度试验方法室内抗剪强度试验仪器一般用直剪仪、三轴仪和无 侧限抗压强度仪三种，方法简述如下。 （1）直剪试验（见表1－4）直剪试验方法试验 方法代表 符号表1－4试验条件 强度 指标 Cq φq Ccq φcq Cs φs快剪固结 快剪 慢剪Q不固结、不排水，加σ 后 立即快速剪坏加σ 后,待土样充分排水固 结，然后快速剪切 加σ 待土样排水固结后， 再缓慢施加轴相压力τ ， 使土样充分排水CQS(2)三轴试验（见表1－5） 三轴试验方法及抗剪强度公式试验方 法 不固结 不排水 剪 固结不 排水剪代表 符号表1－5强度公式试验条件UU不固结、不排水，施加 σ 3后立即快速剪切加σ 3后，待土样充分 排水固结，然后快速剪 切 加σ 3待土样排水固结 后，再缓慢施加轴相压 力P，使土样充分排水τ f＝CuCUτ f=Ccu+σ t gυ cu固结排 水剪CDτ f＝ C′+σ ′tgυ ′六、地基承载力&地基极限承载力&：指土的单位面积上所能承受载荷的极限能力，“当地基土确定后地基承载力也就确定了是唯一的”（讲义）这句话不确切。但当基础尺寸变化时，地基极限承载力也会变化，仅当υ ＝0时，Nr=0，地基极限承载力才是唯一的（Ng=1、Nc=5.14）。&地基允许承载力&：在建筑物载荷作用下，能够保证地基不发生失稳破坏，同时也不产生 建筑物所不允许的沉降时的最大地基压力。即是 满足强度和变形要求的综合性指标。 即要考虑土的强度，也要考虑不同建筑物对 沉降的要求。当地基土确定后，地基允许承载力 是不确定的，按不同建筑物的要求确定地基承载 力，在工程中更具实用价值。 港口工程地基规范与此不同：给出的是极限承 载力公式而不是允许承载力。地基承载力破坏形式： 整体剪切破坏：坚硬或紧密的土 局部剪切破坏：松软土 刺入剪切破坏：松软土 理论计算公式的推导，均是在整体剪切破坏形 式下推导的，对局部或刺入破坏目前尚无成熟理 论可循，而是采用半经验方法在整体破坏的计算 公式加以修正用于局部剪切理论计算。地基承载力确定方法：①现场原位测试；②理 论公式；③根据地基土的物理指标，从有关规范 中直接查取。 1、根据原位测试确定 原位测试有：现场载荷试验 标准贯入试验 触探试验 动探试验由现场载荷试验P～S曲线确定允许承载力，也称临塑载荷；PcrDD由P～S曲线弹性～塑性转折点；PuDD破坏时载荷叫做极限荷载。Pcr≤〔P〕≤Pu/kK一般为2.0～2.5，港工规范K＝2.0～3.0；〔P〕DD允许承载力讲义中：当P～S曲线不破坏产明显时取S=0.02B时 对应荷载允许承载力，此说法不全面。2、理论公式确定由理论公式直接管出地基承载力，再结合建筑物对沉降要求确定允许承载力。注意：工民建地基以查表为主，一般沉降不计算，凭经验。3、根据设计规范都需要满足要求确定对中、小建筑物根据现场土的物理性指标用查表法并考虑埋深、基础度修正、确定地基允许承载力。4、影响地基承载力的因素 （1）土的成因与堆积年代：冲积土承载力大， 风积土承载力小。年代久，承载力高。 （2）土的物理力学性质：无粘性土粒径越大， e小 承载力大；粘性土W大 ，r小承载力小；对粘性 土当ω 、r、e和IL相同时粘土的力学强度高于粉 质粘土。（3）地下水：湿陷性基土遇水膨胀，承载力降低。（4）建筑物基础尺寸、刚度、基础宽度、埋深对承载力有影响。5、注意港工地基规范和港工勘察规范与工民建地基与基础设计规范确定地基承载力的异同点。4 土样和试样制备一、土样的采集&原状土&保持土的原始结构及天然含水量，采集不受扰动。用钻机取土时，土样直径为75～100mm；用于室内土试验的土样，基颗粒粒径均需小于60mm。 薄壁取土器的规格及应用： 原状土样应符合下列要求： （1）土样蜡封应严密，保管、运输中不受震 、热、冻；（2）取样过程中土样不得受压，受剂、受扭；（3）土样应取满取土筒；（4）土样保存时间不宜超过3周。取土样应附取土记录表，以及现场描述。土样运到试验单位的同时，应该附送试验委托书。 原状土样和需要保持天然含水量的扰动土样 的试验前应妥善保管，应采取防止水分蒸发的措 施。土样应有专用贮存场地。 二、土样制备 试验方法适于颗粒粒径小于60mm的原状土 和扰动土。 1、原状土试样制备：注意描述：试样的层次 、气味、颜色、有无杂质、土质是否均匀、有 无裂缝等这些都与试验结果有关。（1）注意W不变化（2）是否要求试件饱和（工程要求决定），若不立即进行试验或饱和时，则将试个暂存保温器内；对低塑性和高灵敏度的软土，制样时不得扰动。（3）平行试验或同一组试件的密度度差值不得大于0.03g/cm3；含水量差值不得大于2%。GB/T50123-99规定：2、扰动土样制备 对砂土：进行比重试验宜在105～110℃温度下 烘干，对含有机质超过5%的土，对含石膏和硫 酸盐的土应在65～70℃下烘干。 （1）描述、颜色、土类、气味、夹杂物，均 匀程度； （2）块状碾散，注意勿压碎颗粒，允分拌均, 取代表性土样测W；（3）根据所需数量，将碾散后土样过筛： 作物理性试验，如液限、塑限、缩限等试验 ，需过0.5mm筛； 作物理性质及力学性质试验时，需过2.0mm 筛； 作击实试验，需过5.0mm筛。（4）根据配置的含水量要求，一般取过2mm筛风干±1～5kg，计算所需加水量，放在不吸水盘内，喷雾加水、拌和，装入保湿器内备用。（5）不同位置的含水量（至少2个以上）要求差值不大于±1%（GB/T50123-99）SL237-99规定：制备试样数量按要求而定。一般多制1～2个，制备试样的密度含水率与制备标准之差值应为：密度±0.02g/cm3，含水率±1%范围内，平行试验或一组内试样间之差 分别为：密度±0.02g/cm3，含水率±1%以内。 （6）对不同土层的土样制混合试样时，应按 各土层厚度的比例计算相应土层的质量配合，然 后按（1）～（4）进行扰动土样的制备工作。 在扰动土样制备中，试验项目不同，所需试 样密度也不同，因而制样时分别选用击样法和压 样法。击样法：将一定量湿土分三层倒入装有环 刀的击实器内，击实至所需密度。 压样法：将一定量湿土倒入装有环刀的压 样器内，拂平土面，以静压力将土太入环刀内 。以静压力通过活塞将土样压紧到所需密度。 此外SL237-99P15还介绍有击实法，击实 到所需密度，按击实试验进行。1扰 动 土 样 制 备 击 样 器 、 压 样 器2试 样 制 备 饱 和 器 、 真 空 饱 和 装 置3、试样的饱和（1） 砂性土（粗粒土―GB/T50123-99）采用浸水饱和法；（2） 渗透系数大于10-4cm/s粘性土（细粒土），用毛细管饱和法；（3）渗透系数小于、等于10-4cm/s粘性土（细粒土），用抽气饱和法。4、计算（1）干土质量md：目的是知道风干土（原状土或天然土）中除去它的含水率后干土 质量：m md ? 1 ? 0.01W0式中：md――干土质量(g)； m――风干土质量（或天然湿土质量）(g)； W 0――风干含水率（或天然含水率）（%） 。（2）制样所需加水量mw(g)mw ? m ? 0.01(W ? WO ) 1 ? 0.01W0? md ? 0.01(W ? W0 )式中：W――试样所要求的含水率(%).其余符号意义同前（3）制备扰动土试样所需总质量m0(g)mo=(1+0.01Wo)? d? ρ V式中ρ dDD制备试样要求的干密度，g.cm3VDD环刀容积（cm3）（4）SL237－99 P19 7.0.4条计算制备扰动土样应增加的水量△mW△mW＝0.01（W-W0）ρ dV式中△mWDD制备扰动土样应增加的水量（g）；其余符号意义同前。（5）计算试样饱和度Sr= ( ? sr ? ?d )Gs?d ? e或Sr＝Wsr?s/e G? sr DD试样饱和后的密度（g/cm3）；式中：SrDD试验的饱和度（％）；? d DD土的干密度；GsDD土粒比重； eDD试样的孔隙比； WsrDD试样饱和后的含水率。第二章含水率及界限含水率试验§1 概述一、含水率试验的项目&含水率定义&GB/T50123－99土中水分的质量 与土粒质量的比值 注意：在15～110℃下烘室恒温失去的水份质 量与干土质量之比，以百分数表示。对含有机质 超过干土质量5％，应将温度控制在65～70℃的恒温下，烘至恒温。含水率对土的工程性质有极大影响。试验方法：烘干法，酒精燃烧法。适用土质：粘性土、砂性土、有机质土类。GB/T50123－99粗粒土、细粒土、有机质土、冻土。二、界限含水率的概念：联系以前基础知识含水率低于缩限时，水分蒸发时体积不再减小，测定方法 液限： 锥式：英、日本、原苏联、澳大利亚 碟式：美、英、日本、原西德、澳大利亚 液、塑限：液塑限联合测定仪：中国 适用土质：粒径小于0.5mm以及有机质含量小 于（干土重）5％的土。§2试验方法一、 含水率试验：一般用烘干法 （一）烘干法 天平：称量200g，最小分度值0.01g 称钻盒加土质量：准确至0.01g 试样质量：（15～30）g 烘干温度：105～110℃ 粘性土、粉土，烘干不少于8h砂性土烘干不少于6h对含有机质超过干土重5％的土，应将温度控制在65～70℃恒温下烘至恒温。烘干至恒温后，从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称盒加干土重量，准确至0.01g。试验的含水率m0 W0=( ? 1 )×100（％） md 式中mdDD干土质量（g）moDD湿土质量（g）(二)酒精燃烧法DDD适于现场（略）DD自学层状和网状冻土的含水率计算式略去。DD自学 二、界限含水率试验：适于粒径小于0.5mm 以及有机质含量不大于试样总质量5％的土。 试验方法：GB/T50123－99及SL237－90规定 ：（1）～（4）（1）平衡式液限仪法 （2）液、塑限联合测定法（为主要方法）（3）碟式仪液限试验（4）滚搓法塑限试验（5）收缩器法缩限试验（1）讲义：平衡锥式液限仪法（2）平衡锥式液限仪法：圆锥质量：76g锥、锥角为30度，锥尖正好与试样表面接触→松开手→经15秒→沉入正 好 1 0 m m → 为 WL液 限 含 水 量 。若沉入深度大于或小于10mm，再吹干或加 水拌和重新做。 注意： 1、尽量采用代表性的天然含水量的土样； 2、岩土中大于0.5mm颗粒较多或夹大量杂物 以及由于条件限制，只能采用风干的土，此时 应将土风干研碎并过0.5mm的标准筛方可试验；3、装入试杯中的土不能留有孔隙，刮平试样要与杯口齐平，不能反复涂抹。（2）液、塑限联合测定法 圆锥质量76g，锥角30°；100g锥为：公路部 门采用。 76g锥，下沉17mm；100g锥，下沉20mm时的含 水率与美国ASTMD423碟式液限仪测得的液限时土的强度（平均值）一致，这两种标准与美国ASTM标准等效。76g锥→锥尖30°→锥尖与试样表面接触→松开吸力→下沉5秒→测圆锥下沉深度→取锥体附近试样不少于10g放入盒风测含水率。将试样加水或吹干→调均匀重复以上步骤分别测定第二、三点，不应少与3点。3 液 、 塑 限 联 合 测 定 法 圆 锥 下 沉 深 度 与 含 水 率 关 系 图以 上 三 点 的 圆 锥 入 土 深 度 宜 为 3 ～ 4mm,7 ～ 9mm,15～17mm。将圆锥入土深度（mm）～含水率 的双对数图lgh～lgw作出)。 三点应在同一直线上 三点若不在同一直线上，应作①点（对应高含 水率的点）～②点与①点～③点连线。 ①～②、①～③二线在下沉2mm处查得二个含 水率，当此二含水率差值不超过2％时（超过2％时重做试验），取该二点的含水率平均值与高含水率①点联线即：①～均值连线 在1gh～1gw图上查 h＝17mm的W为液限 h＝2mm的W为塑限 h＝10mm的W为10mm液限 （GB/T50123－99，P257） h＝10mm的液限用此利用工民建GBJ7－89确定 粘性土承载力标准值用（配套计算塑性指数和液 性指数）液、塑限含水率准确至0.01％。 （3）碟式仪液限试验（讲义没有：根据 GB/T50123－99；SL237－99编写）：是将土碟中 的土膏，用划刀分层两半，以每秒两转的速度将 土碟由10mm高度下落，当击段为25次时，两半土 膏在碟底的合拢长度刚好达到13mm时，次时的含 水率为液限含水率。4蝶 式 液 限 仪 工 作 图 示5 蝶 式 液 限 仪 击 数 与 含 水 率 关 系试验：以2转/秒速度转动摇柄，使土碟反复起落，坠击与底座上，数记及数，直至试验两边在槽底的合拢长度为13mm为止，记录击数，在槽底取土样不少于10g，测定含水率W。至少再做两次 ，使合拢长度13mm时的击数N在15～35次之间（ 25次以上及以下各1次），求相应含水量。 作W～1gN图查25击对应的含水率即为所求的液 限。（4）滚搓法塑限试验 滚搓法试验是用手掌在毛玻璃板上搓滚土条，当土条直径达到3mm时产生断裂该时的含水率为塑限。滚搓时土条不得中空，长度不大于手掌宽度当土条搓成直径3mm时不产生裂缝，该时含水率大于塑限当土条搓成直径大于3mm时开始断裂，该时含水率小于塑限（5）收缩皿法缩限试验 用封蜡法测定干试样的体积 缩限定义：GB/T50279-98：饱和粘性土的含 水量因干燥减少至土体体积不再变化时的界限含 水率。JTJ051-93（公路土工试验规程）：含水 量达液限的土在105～110℃下继续蒸发至体积不 变时的含水量叫缩限。 土的缩限WS（％）WS＝Wo- Vo ? Vd ρ w×100mdWo──试验前试样含水率；Vo──湿试样体积（cm3）； Vd──烘干后试样的体积（cm3 ），用腊封 法测定（GB/T50123-99）； ρw──水的密度g/ cm3；md──干土质量（g）。第三章密度和比重试验 §1 概述&土的密度&单位体积土的质量（g/cm3 ），这 是指的是土的湿密度ρo 此外还有干密度ρd 、饱和密度ρsat 、浮密度ρ? 。 &密度试验方法及适用性& 环刀法：适于粘性土；蜡封法：易破裂土和形状不规则的坚硬土； 灌砂法：现场测定砂质土和砾质土， GB/T50123粗粒土密度。 灌水法：适于现场测定粗粒土的密度。 密度湿度计法、水银排开法：讲义及规范没 有 &土的比重&土颗粒在温度105～110℃烘至恒 重时的质量与体积4℃蒸馏水质量之比。有平均值的概念在其中，代表试样所有土粒的平均 值。GB/T50123-99和SL239-99为质量比，GB/T50279为重量比。&比重试验方法及适用性&比重瓶法：适于粒径小于5mm的土。浮称法：适于粒径等于、大于5mm的各类土，且其中粒径大于20mm的土的质量应小于总土质量的10％。虹吸筒法：适于粒径等于、大于5mm的各类土，且其中粒径大于20mm的土的质量应大于、等于总土质量的10％。排除土中空气：用煮沸法或真空抽气法当土样内有机质含量超过10％时，经用真空抽气法代替煮沸法试验；对含盐量大于0.5％（做颗粒分析时应洗盐）和有机质含量大于5％的土及肥粘土，须用中性液体（如煤油）代替纯水（用真空抽气法排除空气）测定。排除空气GB/T：对砂土宜用真 空抽气法；对含有可溶盐、有机质、亲水性胶 体的土必须用中性液代替试验用的纯水，采用 真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地1个大 气负压值，时间不少于1h。 注：用中性液体，不能用煮沸法排除土中空 气。§2 密度试验 一、 环刀法：适于细粒土。 称：环刀质量、（环刀+土）质量、计算土质量 计算：环刀体积cm3 湿密度 ρ＝（m1+m2）/V 干密度 ρd＝?1? 0.01W式中ρ、ρd──分别为土的湿密度和干密度 （g/ cm3）； m1──（环刀+土）质量g；m2──环刀质量g；V──环刀体积cm3; W──湿土含水量（％）；二、 蜡封法简介易破裂土和形状不规则的坚 硬土。适于能称出试样重量，但体积不规则， 再求试样体积的方法。 称：①试件质量、②蜡封试件质量、③称蜡 封试件水中质量、④温度已知，蜡的密度、纯 水t℃时的密度可实测，也可查表；石蜡密度需 已知。 计算：蜡封试样体积、蜡体积、试件体积、湿度、干密度（需知含水量）mo m w －m ? m w - m o ?ρ＝? wt?n式中：mo──试件质量（g）mw──蜡封试件质量（g）m′──蜡封试件纯水中质量（g）ρwt──纯水在t℃时的密度，准确至0.001g/cm3ρn── 石 蜡 密 度 （ g/cm3 ） ， 可 采 用 0.92g/cm3（讲义）本试验需进行两次平行鉴定，差值不大于0.03g/cm3，取两次平均值。三、灌砂法：适于现场测定粗粒土的密度（讲义认为适于：细粒土、砂性土和砾性土。试件的最大粒径不得超过15mm，测定密度层的厚度为150～200mm）。灌砂法不应该适于细粒土。6 比 重 试 验 灌 砂 法 密 度 测 定 法1、 测容砂瓶容积Vr：向容砂瓶内注满水Vr＝（mr2－mr1）VWGB/T50123,P20Vr＝（mr2－mr1）pwr mr2──容砂瓶、漏斗和水的质量（g）;（即 密度测定器和水的质量） mr1──容砂瓶、漏斗的质量（g）；（密度 测定器质量）Vw──不同水温时，每克水的体积（mL/g） ρ ──不同水温时水的密度（g/cm3）。查 wrGB/T50123－99，P20表5.4.4（单位体积的质量）1 （cm3/ g）＝V （cm3/ g） 注意： r?wr＝（mL/g）Vr2、测标准砂在容砂瓶中的质量mr3－mr1 mrs─容砂瓶、漏斗和标准砂在容砂瓶中的总质量g。（密度测定器和标准砂的总质量）注意：试验中避免振动 3、 计算标准砂密度ρsρ s＝（mrs－mr1）/ Vr 4、 测定试样的密度和干密度整平选定试坑地面－据试样最大粒径确定试坑直径、深度，－划出试坑口输廓线－挖至要求的深度－边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称 试样质量mp ，准确至0.1g，并测定试样含水率－ 倒置密度测定器如上图－打开阀门，标准砂注入 试坑，不得震动，注满试坑时关闭阀门－称容砂瓶、漏斗和余砂重量，准确至10g－计算注满试坑所用标准砂质量（g）ms。 简介：通过求标准砂的贯入坑中的质量及标准砂密度求出试件的体积Vs，也是标准砂落入试坑的体积，由已测得的试件质量mp和试件体积Vs求 试件的密度。5、 计算试样密度ρ o及干密度ρ ρ o＝dmp （ms?s）＝mpVs：Vs＝ ms?sρ o──试样密度（g/ cm3）；通过“3”求出 mp──试样的质量（g）；注意是实测，挖土 时边校边集中土称重ms──注满试坑所用标准砂质量（g）；通过 计算 ρ s──标准砂的密度（已测得g/ cm3），由1 、2、3步求出 Vs──试样体积（cm3 ），计算由ms/ρ s 求出 干密度（试样）ρdΡ d=mp = 1 ? 0.01W 1 ms （ ） ?smp 1 ? 0.001W 1VSW1――式样的含水率（％）四、灌水法──讲义无，规范B/T50123：适于现场测粗粒土密度。试坑体积Vp ＝(H1CH2)AW CVO符号见图mp──试坑内的试样质量 试样密度PO ＝mp/VP 简介：实测试样质量，用灌水法求试样体积 §3 比重试验一、比重瓶法：适用粒径小于5mm的土事先应校正比重瓶，作出不同温度下（水＋瓶）质量～温度关系试验：又测出同体积（校正比重瓶各湿度下）[（水+瓶）+试样]的质量，而[mbw +md Cmbws]为与干土同体积的T℃时纯水质量。mbw──比重瓶、水总质量（g）； mbws──比重瓶、水、试样总质量； md──干土质量 mbw +md Cmbws 为与干土同体积的液体（纯水）质 量土粒比重Gs＝.Git md mbw ? md - mbwsGir──为T度时纯水的比重 Gir＝T度时纯水质量 同体积纯水4度时的质量＝ ?t ?4Gir可查表，也可实测7比 重 试 验 比 重 瓶 法 测 比 重 的 比 重 瓶 校 正 曲 线若T＝20℃Gir＝? 20?4（ ＝ 0.9982 g / cm ）31.（g / cm 3） 00.T ?c的纯水质量 ＝ ＝ ＝0. 同体（cm3）?c的纯水重量 44℃10℃ 15℃? ? ＝0.997（g/ cm3）＝1.0（g/ cm3）?＝0.9991（g/ cm3）20℃30℃ 36℃＝0.9982（g/ cm3） ?＝0.9957（g/ cm3） ?? ＝0.9937（g/ cm3）二、浮称法：适用粒径d≥5mm土，其中d&20mm 的土质量，应&（小于）总质量的10％。记录温 度T℃，→查纯水在T℃的比重（查有关物理手 册）。 取代表性试样500～1000g（d≥5mm），→洗净 表面→浸水一昼夜取出→放入铁丝框→将铁丝 框缓慢放入水中→摇动至试样中无气泡逸出为止?? （称铁丝框 ? 试样）在水中质量 ? m1s ? 称铁丝框在水中质量 ? m1 1?→取出试验烘干，称干试样质量→md ，→测定盛水容器内水温，准确至0.5℃→计算土粒比重。 Gs ＝md .GWT md （m1s - m 1） 1md──干土质量 m1s──（铁丝柜+土样）在水中质量 m11──铁丝框在水中质量m1s-m1＝土样在水中的质量md-（m1s-m1）＝与土样（干土质量）同体积纯 水的质量（g） GWT──T时纯水的比重 查有关物理手册土粒比重：Gs＝干土质量 .GWT 与干土试样同体积的纯水质量8 比 重 试 验 浮 称 法 浮 称 天 平 图 示三、吸虹筒法：适于d≥5mm的土，且d&20mm的土的质量≥（等于、大于）总质量的10％。取代表试件700～1000g→彻底冲洗（试样）→试样浸入水一昼夜，取出晾干→称量（晾干土样）m（即mad）→灌水注入吸虹筒至其吸虹管且有水溢出时停止注水、关夹管→将晾干后的土样m（即mad）→缓缓放入吸虹筒中，边放边搅，至无气泡逸出时止→待吸虹筒水面平静平稳时，开夹管，让试样排开的水通过吸虹管流入量筒中，称量筒与水质量Gcw→测量筒内水下温度T，准至0.5℃→取出吸虹筒内试样烘干称量md。→称量筒质量mc。md 土粒比重：Gs＝ .GItt （m cw ? m c）（m ? m d） ? md── 干土质量（g）mcw── 量筒与试样排开的水的质量和（g）mc── 量筒质量M ── 晾干试样的质量（g）：包括干土 质量与吸着水质量g （ mcw-mc）── 为与试样同体积的水的质量（即试样排开的水的质量）m-mdDD为试样吸着水的质量（g）[（mcw-mc）-（mc-md）] ──为与试样干土质量同体积的T℃下纯水的质量（g） Gs ＝试样干土质量 与试样干土质量同体积的纯水在T ?C时的质量.GitGit── T℃时纯水的比重。9 吸 虹 筒 法 测 比 重 吸 虹 筒 图 示地基基础、土工试验及地基承载力监测 §4 砂的相对密度试验 & 适 用 范 围 & 适 用 d≤5mm 的 土 ， 且 d 在 2 ～ 5mm的试样质量不大于总质量的15%。这是为了 使试验的砂的粒径范围在砾砂以下，砾砂的粒径 范围是粒径大于2mm的颗粒含量25％～50％。 砂的相对密度试验包括： 砂的最大干密度和砂的最小干密度； 砂的最大干密度试验采用振动锤击法，砂的最 小干密度试验宜采用漏斗法和量筒法。一、砂的最大干密度试验：振动锤击法? d max ? md / Vdemin? v ? Gs ? ?1 ? d max式中: ? w ――水密度； G s ――土粒比重。 取试样2000g，充分风干（或烘干）碾散拌均， 分三次倒入金属筒容器振击。→先取 （稍多于 ） →用振叉以每分钟复返150～200次敲打圆筒两侧， 同时用击锤击试样表面（30～60）沉/min，→直 至试样何种不变，如此重复第二、三层→取下护 筒→刮平试样，称圆筒和试样总→总计算试样质 量。1 3 1 310砂 的 最 大 干 密 度 试 验 振 动 叉 和 击 锤 图 示二、砂的最小干密度试验? d min ? md / Vdemax(g/cm2)? v ? Gs ? ?1 ? d min取烘干烘试样700g→均匀倒入漏斗中→将漏斗和 锥形塞杆同时提高→移动塞杆，→使锥体略离管 口→管口应经常保持出砂面1-2cm，→使试样缓慢 均匀分布地落入量筒中，→试样全部落入筒后， →取出漏斗和锥形塞→用砂面佛平器，拂平砂面， →测记试样何种 Vd 。三、相对密度emax ? e0 Dr ? emax ? emin? d max ( ? d ? ? d min ) 或 Dr ? ? d ( ? d max ? ? min )式中：e 0 ――天然孔隙比；?d――要求的干密度或天然密度。第4章 颗粒分析 §1 概述颗粒分析目的：为了土的分类久了解土的性质 如：土的可塑性、透水性、膨胀性、毛细水 上升、压缩性、强度、稳定。 &粒径分布曲线& 反映粒径小于某尺寸的土颗粒占土的总质量 的百分率关系曲线，通常将粒径大小取对数作横 坐标，纵坐标为小于某粒径土粒占总质量的百分 数。《Cu（为均匀系数）、Cc（曲 率系数）》见土力学（天大主编）P14。d 60 Cu ? ； d10Cc ?d2 302 d 60 ? d 30式中：Cu――反映土颗粒粒径 分布均匀性系数； Cc――反映土颗粒粒径 分布形态的系数；是描述级配曲线平滑程 度的指标。1、筛分析法：宜于d≤60mm； d&0.075mm的土。 2、静水沉降分析法：适用d&0.075mm的土 ①密度计法 ②移液管法 3、联合使用筛分析法与密度计法：适于混合 类土。§2筛分析法适用条件：0.075&d≤60mm 设备标准筛：粗筛，孔径60mm、40、20、10、 5、2mm 细 筛 ， 孔 径 2.0 ， 1.0 ， 0.5 ， 0.25，0.075mm 备样数量：见讲义：P47，一般小于2mm的砂土 备样100～300g试验步骤： 1、对无粘性土： 参照讲义：注意P47（6） 将试样分批过2mm筛：分出试样大于（或小于） 2mm筛的质量。 将d&2mm的试样分批过&2mm的筛。 将筛下d&2mm的试样分批过&2mm的筛，如试样多 时，可用4分法取代表性试样。 （6）如2mm筛下的土不超过总质量10%，可省略 细筛； 如2mm筛上的土不超过总质量10%，可省略 粗筛。2、对含有粘土粒的砂砾土 ①试样在橡皮板碾碎，拌匀，烘干，称量； ②浸（水）、泡、搅拌，使颗粒分散，形成 混合液； ③混合液过2mm筛，将d大于2mm的土粒风于称 量→粗筛分析；④ 将 d&2mm 的 混 合 溶 液 过 0.075mm 筛 。 将 2mm&d&0.075mm的试样 烘干，称量进行细筛分析； ⑤总质量-d&2mm质量-2～0.075mm质量=小于 0.075mm土的质量；⑥如d&0.075mm的土质量 &10%（总质量），则烘干、称量、取样， 另做密度计法或移液管法测定d&0.075mm的颗 粒组成。试验结果 小于某粒径百分数A X ? ? 100 BA：小于某粒径的土质量(g) B：试样总质量(g) 规范GB/T50123-99:对含有细颗粒的 砂土（小于2mm的颗粒）：小于某粒径的 试样占试样总质量的百分比按下式计算：mA X ? ? dx mB式中：mA――小于某试验粒径质量(g)； mB――细筛分析时所取的试样质量，粗 筛时为试样总质量(g)； dx――粒径小于2mm的试样占总质量的 百分比（%）。讲义P为当小于2mm颗粒如用4分法取样时，试 样中小于某粒径的颗粒质量占总质量的百分数，用 下式计算：a X ? ? p ? 100 ba:通过2mm筛小于某粒径的颗粒质量； b:通过2mm筛的土样中所取试样质量； p：粒径小于2mm的颗粒质量百分数。11 颗 粒 粒 径 分 析 试 验 曲 线§3 密度计法&适用条件&d&0.075mm &方法简介&见讲义P49（基本原理下第一 段） 密度计法是将一定量的土样（d&0.075mm） 放在量筒中，加水混合制成一定量的土悬液（例 如1000ml）。悬液经搅拌，大小颗粒均匀在分布 于水中，而悬液的浓度上、下一致。静置悬液， 让土粒下沉，在土粒下沉过程中用密度计放在悬 液里测读出对应于不同时间不同悬液浓度。根据 密度计读数和土粒的下沉时间，计算出小于某一 粒径的颗粒占土样总重的百分数。大小不同颗粒粒在液体中下沉的速度是 不同的，单个球体在无限液体内的下沉速度 可用司笃克定律表示，土颗粒的形状与球体 相差颇多，所以d值并不代表真正粒径，而只 是相当数值已。&密度计的作用& 1、测量悬液密度 2、测量土粒沉降距离 &仪器、设备& 甲种土壤密度计：刻度单位以摄氏20℃时每 1000ml悬液内所含土质量的克数表示，刻度为-5 ～50? ，最小分度值0.5 ? ； 乙种土壤密度计刻度单位（以20℃时的悬液 的比重表示）：刻度为0.995～1.020，最小分数 值0.0002 ；公式计算法 也可查表?s 2.65 ? ? w 20 CG ? ? ? s ? ? w 20 2.65，（SD-128-84 P51）&密度计校正& 甲、乙种密度计不用进行密度计 校正，出厂时已进行了刻度、湾月面 校正、土体有效沉降距离校正。土 粘 有 效 沉 降 距 离 L 核 正 图12 土 粒 颗 分 试 验 的 密 度 计 法与 土 粘 有 效 沉 降 距 离 L 关 系 曲 线13 颗 分 试 验 甲 种 密 度 计 读 数 RH14 与 土 粘 有 效 沉 降 距 离 L 关 系 曲 线 颗 分 试 验 乙 种 密 度 计 读 数 RH应进行：温度校正、比重校正 &试验步骤& 首先将试样分散处理当试样中易溶盐含量大 于0.5%时，应进行洗盐过滤，然后风干备样；洗 盐方法见GB/T、7.2.4第一款第3：洗 盐方法。 易溶盐含量检测方法可用电导法或目测法， 见GB/T、7.2.4 、1.1.2)。 &结果整理&小于某粒径的土质量占总质量的 百分数(%)x甲种密度计讲义 GB/T50123，P34100 X ? C G ( Rm ? T ) msX ? 100 CG ( R ? mT ? n ? C D ) mdm s (md ) :试样干质量（干土质量）；n――弯月 面校正值（甲、乙密度计已校正n=0）；CG：土粒比重校正值，查表； CD――分散剂 校正值； Rm(R)：甲种密度计读数； T(mT)：温度校正值查表。 计算公式?s CG ? ' ? s ? ? w20（SD128-84 51）乙种密度计（讲义）：100 ? V x ' ' X ? ? C G [( Rm ? 1) ? T ' ]? w 20 msGB/T50123 P35100 ? V x ' ' ' X ? ? CG [( R ' ? 1) ? mT ? n ' ? C D ]? w 20 msVx (Vx )m s (md )' G ' G'：悬液体积（1000ml）； ：试样干质量（g）； ：比重校正值，查表4 -3；C (C )R (R )' T ' ( mT )' m: 密度计读数；：温度校正值，查表4-2； ：温度20℃时纯水密度? w20 ( ? w 20 )（≈0.998232g/cm3）；n （为弯月面纯水中上下读数差）：弯月面校正值（可参照SDS01-79规程，或SD128-84 P59）为有分散剂溶液与无分散剂纯水中的重 计读数之差；'C' D：分散剂校正值（可对不同溶液使用 期限进行校正其是否有效）：如六偏磷 酸钠制成的溶液后，使用时间不得超过 1个月，使用前必须进行分散剂校正， 校正方法见SD128-84 P59。 注意：使用国产甲、乙种密度计，出 厂前已进行了“土粒有效沉降距离”及 “弯月面校正”和“刻度校正”。关于分散剂选用（校正）： 国内争论： 1）不同土选用不同分散剂； 2）从不同的分散理论出发先不同分散剂： ①有的从悬液PH值考虑，选分散剂； ②有的从粘土离子交换容量能力考虑选择 分散剂。国际趋势：采用强分散剂而不再考虑不 同土用不同分散剂，以便统一方法标准 美国ASTM-82已用 六偏磷酸纳搅拌法 英国BS1377-75已启用 六偏磷酸钠搅 拌法加硅酸钠振荡4小时 德国DZNI%焦磷酸钠25ml搅 拌 10min 前面可见TOCT%氯水煮沸法 国内：采用钠盐，以六偏磷酸钠应用最 多，采用偏磷酸钠和焦磷酸钠也不少。本标准规定：一般浓度4%的六偏磷酸钠 作为分散剂。对特殊土应选用合适的分散剂。 试样颗粒粒径应按下式计算――司笃克公式d? 1800 ? 10 4 ? L ? (G S ? GWT ) ? w 4 ? g td ：颗粒粒径(mm)?：承载力粘液系数（kPa.S×10-6）? w4 ：4℃时纯水度(g/cm3)GWT :T℃时纯水的比重G S ：土粒比重g:重力加速度(cm/S2)t:沉降时间（S）L：某一时间内土粒的沉降距离(cm)为从比 重计浮泡何种中心至悬液面（某刻度）距离，土 粒沉降距离L的校正见SD128-84 P57-59司笃无定律：1845年司笃克研究得出在无限伸 展的静止的液体介质中，一刚性表面不光滑的球 体下沉，其所受的力只有重力、浮力及水的粘滞 力，若液体在低抗力等于重力，则球以等速下沉。 球的重力F1减去浮力F2 等于球体中受到的下降的 力F3。球在液体中下降又受到水的摩擦力为Pf。 球重力1 3 F1 ? ?d ? w g 6液体对球的浮力Rf ? ?1 3 F2 ? ?d ? w g 61 3 F3 ? ?d ( ? s ? ? w ) g 6F3 ? F1 ? F2摩阻力?Re ?4 vd? wd 2v 2 ?12 ?? ; Re?;R f ? 3?d?v当v→0时，F3=Pf 由F3 ? RF ? d ? 18?v L ?v? ?d ? (? s ? ? w )g T 1800? L ? (G s ? GWT ) ? wo ? g T式中：Φ 为阻力系数； Re为球体的雷诺数。§4 移液管法 适于d&0.075mm的土 由司笃克公司，当已知颗粒时，求出某粒径下 所需的沉降时间t讲义：t? L 2 ?4 2 ? s ? ? WT ? 10 ? g ? r 9 ?式中：t――某粒径土粒下沉一定深度 （L为 10cm 或 其 它 数 值 ） 所 需 的 静 止 时 间 (s) ， 可 查 GB/T50123-99，P39表7.3.3； g――重力加速度； d r――土粒半径 r ? ，原以mm表示在 2 这里须化为cm；? s ――土粒密度(g/cm3)；?WT ――T℃时纯水的密度（g/ cm3）；?――水的动力粘液系数（10-6kPa.s）；L――移液管浸入悬液深度（10cm） GB/T 表7.3.3 土粘在不同温度静水中沉降时间表&基本原理& 利用土粒在静水中沉降速度不同，根据 司笃克公式计算。某一温度下，悬液中直径 为0.05mm、0.01mm、0.02mm的土粒分别下沉 至固定深度（即吸液深度规定为10cm或5cm ）所需时间t。按规定的时间和深度(10cm) ，用移液管吸取一定何种的含有直径小于和 等于d的土粒之悬液，置于坩锅中烘干称重 。而后分别求出相应粒径的累积百分含量及 各粒径组的百分含量。 &仪器设备& 移液管：容积25ml；恒温水槽；1000mm 量筒；50ml小烧杯。15 颗 分 试 验 移 液 管 法 装 置 图&试验&1、代表性试样：粘土10～15g；砂土20g； 准确至0.001g 2、按密度计法制取悬液具体按GB/T～34 7.2.4条1-5 款要求制取悬液（包括易溶盐检验、洗盐、试样 风干、洗耳恭听筛试样、过滤等）。3、将盛装悬液量筒置于恒温水槽中，记 录温度，按土粒在不同温度静水中的沉降时间 表（GB/T5.3.3）或司笃克公式计 算t→搅拌悬液1分钟（上下搅拌各30次，时间 1分钟），取出搅拌器，要及时开动秒表，提 前10s放入移液管，浸入深度为10cm，根据所 需时间用移液管吸球吸取悬液，吸取量应不少 于25ml→倒入小烧杯中，→将烧杯中悬液蒸干 ，在105～110℃温度下烘至恒温→称烧杯内试 样准确至0.001g。小于某粒径的试样占试样总质量的百分比 x(%)按下式计算：mx ? Vx x? ' ? 100 GB/T50123-99 V x md A ? 100 x? ? 100 讲义 25 ? B式中：Vx――悬液总体积（1000ml）；V' ――吸取悬液的体积（25ml）； xmx(A)――吸取25ml悬液中的试样干质量 （g）； md(B)――试样总质量(g)。 实际悬液1000ml，只取25ml，求得的干土 质量为mx1000 ml m 则悬液1000ml，内含的干土质量为x ? 25ml1000 mx ? 25 ? m x ? 1000 ? m x ? V x ? A ? 1000 所以x ? m 25 ? md 25 ? B V x' ? md d[密度计试验方法总结] △ 试验宜采用风干试样 △检查试样易溶盐含量是否大于5％，若大于 5%，应先洗盐。 △易溶盐含量检验方法：采用电导法或目测 法： ①电导法：则T℃时，试样溶液（土：水=1:5 ）的电导率，并计算20℃的电导率K 20 KT ? 1 ? 0.02 (T ? 20 )式中：K20――20℃时悬液电导率（μ s/cm）； KT――T℃时悬液电导率； T――测定时悬液温度。当 K20 大 于 2000μ s/cm 应 按 GB/T50123 ， 第 31.2节各步骤侧定易溶盐含量。 ②目测法：取风干试样3g于烧杯中，加适量 水 → 调 成 糊 状 ， → 再 加 25ml 纯 水 ， → 煮 沸 10min→冷却→移入试管中→放置过夜→观察→ 出现凝聚现象应洗盐。易溶盐数值应按 GB/T节方法确定。③洗盐方法：取干土质量为30g的风干土质量30(1 ? 0.01W0 ) m0 ? 1?W准至于0.01g，倒入500ml的锥形瓶中，加水 200ml，搅拌后，用滤纸过滤或抽气过滤，用纯水 洗滤，到（至）滤液的导电率小于1000μ s/cm为 止。或对5%酸性硝酸银溶液和5%酸性氯化钡溶液 无白色沉淀反应为止。若经过洗盐的试样试验→留在滤纸上的试 样按以下步骤进行密度计法试验。 若试样溶盐量&0.5%，不需洗盐：则称取 风干试样200～300g→过2mm筛→求出筛上试样 占总质量的百分比→取筛下2mm土测试样风干 含水率。→取相当于试样干质量的风干试验质 量。将风干试样[粒径小于2mm]或洗盐后滤纸上 的试样→倒入500ml→锥菜瓶，注入纯水200ml→ 浸泡过夜→煮沸40min→冷却→移入烧杯→静置 1min→通过洗筛漏斗将烧杯中上P悬液过0.075 筛，遗留于杯底的沉淀物用带橡皮头研杆研散→ 向烧杯中加适量水搅拌，静置1分钟，再将烧杯 上部悬液过0.075mm筛，→如此重复倾洗（各次 倾洗最后所得悬液不得超过1000 ml）直至杯里 砂粒洗净（这是目的）→将筛上和烧杯中砂粒合 并→洗入蒸发皿中→倾去渍水→烘干→称量→进 行细筛分析→半过筛悬液倒入量筒中→加4%六偏磷酸钠10ml（对加入六偏磷酸钠仍 产生凝聚的试样应采用其它分散剂）→再注入纯 水至悬液体积为1000ml→用搅拌器在量筒是上、 下搅拌1min→取出搅拌器，立即开支利润留成表 →将密度计入入（在测定时间之前10～20s）悬 液中→测记0.5、1、2、5、15、30、60、120和 1440min（分）时的密度计读数（接近读数的深 度保持密度浮泡在量筒中心）不得贴过筒壁，密 度计读数以弯月面上缘为准→测量悬液温度准至 于0.5，甲种密度计读数准确至0.5，乙两种密度 计测得的读数，而得到的小于某粒径试样质量占 总质量的百分数。第五章 击实试验 §1 击实试验 一、基本原理 &试验目的&找出压实填土最大干密度和相应的 最佳含水量，利用标准化的击实装置，试验土的最 大干密度与击实方法的关系，得到一击实曲线，再 结合现场密度，测出土的压实度。 &压实度&填土压实控制的干密度相应于试验标 准击实试验所得的最大干密度的百分率。 &国内外击实试验&试验分轻型、重型 轻型 锤重2.5kg 落高30cm 重型 锤重4.5kg 落高45cm16 击 试 验 轻 、 重 击 实 筒 图17 击 试 验 的 击 锤 与 导 筒&试料用量& &试验方法& &干法&：加水法、试验允许重复使用，易击 碎的土不易重复使用。 &湿法&：减水法适于高含水量的土，这种高 含水量的试料的干燥处理影响试验结果，因此粘 土不宜用烘干土制备。主要介绍交通部标重型试验法，JTJ051。 &备料& (1)干法（土样重复使用） 取代表性土样若干→风干或50℃低温下烘干 的土→放橡皮板上碾散（园木棍、碾土机）→ 过不同孔径筛（视粒径大小而定）。 小试筒：按4分法取筛下土约3kg 大试筒：按4分法取筛下土约.5kg 估计土样风干或天然含水率：如风干含水率 低于起始含水量信多，在将土放地不吸水盘上 均匀喷水，充分拌合，闷料一夜备用。按起含水量的试样击实后→可将试样搓散 →加水拌合，但不需闷料，每将增加2%～3% 含水率，其中有二个大于，二个小于最佳含 水量。所需加水量mv按下式计算：mi mw ? ? 0.01(W ? W1 ) 1 ? 0.01W1式中：mw――所需加水量； Mi――含水率为W时的土样质量； Wl――土样原有含水量； W――要求达到的含水量。(2)干法（土样不重复使用）：按4分法至少 准备5个试样，分别加入不同水分（按2～3%含 水量递增）拌均匀后闷一夜备用。 GB/T50123-99规定： &干法&：用4分法取代表性土样式20kg（重 型 50kg ） → 风 干 → 碾 碎 ， 过 5mm 筛 （ 重 型 过 20mm或40mm筛）→测土的风干含水率→据土的 塑限预估最优含水率→根据本规范3.1.6条4.5 制备扰动土样的步骤→制备5个不同含水率的 一组试样，相邻两个含水率差值为2%（两上大 于塑限，2个小于塑限，1个接近塑限）。3、湿法（土样不重复使用）：对高含水量 的土，可省略过筛，剔除大于38mm的粗石子即 可。保持天然含水量的第一土样，立即可用于 击实试验。其余几个试样，分别风干不同时间， 使含水量按2%～3%递减。GB/T50123-99规定 &湿法&：取天然含水率代表性土样20kg（重 型50kg）→碾碎→过5mm筛（重型过20mm或40mm 筛）→将筛下土样拌均→测天然含水率→根据 土样的塑限估计最优含水率（按干法“1”）至 少5个→分别将天然含水率的土样风干或加水制 备→应使制备土样水份颁布均匀。&试验步骤& 1、击实放坚硬地面上。 2、制备好的土样分3～5次倒入筒中： （轻型）小筒分五层击实时，每层约400～ 500g，每层25击，锤重2.5kg，落距36cm； （重型）大筒分五层击实时，每层约900～ 1100g，每层56击，锤击4.5kg，落距45cm； （重型）大筒分三层击实时，每层约1700g， 每层94击。 3、整平表面 4、按规定击数进行某层击实；锤击时击锤应“自由垂直落下”锤迹必须均 匀分布于土表面。 5、第一层击实完，将试样层面拉毛，然后 再将要试验的土装入击实筒，重复上述方法进 行其余各层击实。 6、击实后，小试筒试样高出击实筒不宜超 过5mm，大试筒试样高出击实筒不宜超过6mm。 而GB/T50123-99 与SL237-99 ，不分重型、轻 型，统一规定：击实完成时，超出击实筒顶的 试样高度应小于6mm。7、称量：卸下套筒，修平顶部，拆除滚 板，擦净外壁，称筒与试样总质量。 8、用推土器推出筒内试样，取代表性试 样二个（从试样中心取测含水率，其差值不 超过1%。 9、按上述步骤怪其它不同含水量试样依 次击实。GB/T 第10.0.5条 1、按装于刚性基础，击实筒内壁涂润滑油。 2、击型击实：试样为2～5kg，分3层，每层 25击。 重型击实：4～10kg，分5层，每层56击； 分3层，每层94击。 3、击实完成，试样超出击实筒高度应小于 6mm。 4、称试样和筒的总重量，准至1g，并计算湿 密度P0。5、用推土器推出试样，取2个代表性试样测 含水率，2个含水率差值应不大于1%。 6、对不同含水量的试样依次击实。 &成果整理& ? ①击实后各点干密度 ? d ? 1? 0.01W 式中：W――某点含水率； ρ ――湿密度? ②绘干密度 d～含水率W曲线18 击 试 验 的 击 实 曲 线③计算空气体积等于的等值线（饱和度100%）1 ? 0.01Vs ?d ? 1 W ? G s 100式中：Vs――空气体积（%）； Gs――试样比重。GB/T50123-99①?d ??01 ? 0.01W式中： ? d ――干密度；Wi ――某点含水率（试样）；?0――试样湿密度。②气体体积等于0(Sr=100%)计算式 ?w 1 Wset ? ( ? ) ? 100 ?d G 式中：Wset――某干密度 ? d 下的试样饱和 含水率（%）；? w ――4℃时水的密度（g/cm3）；? d ――试样干密度（g/cm3）；Gs――土颗粒比重。五、注意事项 1、实践证明：用烘干土的最佳含水率比用 风