土力学与地基基础复试
一、绪论
1.1 土力学、地基及基础的概念
1. 土：土是连续、坚固的岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的散粒堆积物。
2. 地基：地基是指支撑基础的土体或岩体。（地基由地层构成，但地层不一定是地基，地基是受土木工程影响的地层）
3. 基础：基础是指墙、柱地面下的延伸扩大部分，其作用是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。（基础可以分为浅基础和深基础）
4. 持力层：持力层是指埋置基础，直接支撑基础的土层。
5. 下卧层：下卧层是指卧在持力层下方的土层。（软弱下卧层的强度远远小于持力层的强度）。
6. 基础工程：地基与基础是建筑物的根本，统称为基础工程。
7. 土的工程性质：土的散粒性、渗透性、压缩性、整体强度（连接强度）弱。
8. 地基与基础设计必须满足的条件：①强度条件（按承载力极限状态设计）：即结构传来的荷载不超过结构的承载能力 pf；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 s
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。
d10—小于某粒径的土粒质量总土质量10%的粒径，称为有效粒径；
d30—小于某粒径的土粒质量总土质量30%的粒径，称为中值粒径；
d60—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: Cu5，级配良好；Cu5，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Cu难以全面有效地判断土的级配好坏，需同时满足Cu5和Cu13两个条件时，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ds：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。 mw100% msmv
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。 dsms1s vsw1w1，等于1 g/cm3或1 t/m3。 wl—纯水在40C的密度（单位体积的质量）
ds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d：土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，并以d表示，
dms v
②土的饱和密度w： 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 。
eVv VS
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 。
eVw100% Vv
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Sr（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。
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