• 目的：通过勘察查明土木工程场地的原始工程地质条件，分析存在的工程地质问题，对建筑场地作出工程地质评价。



工程地质勘察的一般要求（阶段划分）

初步勘察阶段－选定厂址后进行

主要工作要求：
• （1）取得附有坐标及地形的建筑物总平面布置图；（包括地面整平标高、建筑物的性质和规模、基础形式和预计埋深等）
• （2）查明不良地质现象的成因类型，提出评价和整治所需的岩土参数和治理方案；
• （3）查明各层土的类别、结构、厚度、坡度、工作特性，计算和评价地基的稳定性和承载力；
• （4）对需进行沉降计算的建筑物，提出地基变形参数，预测建筑的沉降或差异沉降等；
• （5）对抗震设防烈度≥6，划分类别；≥7需要进行液化等级作出评价；
• （6）查明地下水的性质，提供地层的渗透系数；
• （7）提供深基坑开挖所需的岩土参数，认证和评价基坑开挖和降水对临近工程的影响；
• （8）对桩基础作出桩的承载力和群桩沉降计算；


1.工程地质测绘与调查的范围
• 一般应大于建筑物占地面积，但也不宜过大，主要考虑以下因素：
– （1）建筑类型：
– （2）工程地质条件复杂程度：
2.工程地质测绘比例尺
• 工程地质测绘所用地形图的比例尺，一般有以下三种：
• 小比例尺测绘，比例尺1：5000～1：50000，一般在可行性研究勘察、城市规划或区域性工业布局时使用；
• 中比例尺测绘，比例尺1：2000～1：5000，一般在初步勘察阶段时采用；
• 大比例尺测绘，比例尺1：200～1：1000，适用于详细勘察阶段或地质条件复杂和重要建筑物地段，以及需要解决某一特殊问题时采用。
• 对于建筑地段的地质界线，测绘精度在图上的误差不应超过3mm，其它地段不应超过5mm。


• ３.工程地质测绘的主要内容：
• （1）地藐条件：地藐是岩性、构造、新构造运动和近期外动力作用共同塑造的地表景观。
• （2）地层岩性：查明地层的分布、各岩层的性质、厚度及其变化规律，确定地层时代、成因类型、风化程度及工程地质特征等；对于土层要划分新近沉积土、各种特殊土。
• （3）地质构造：测区的各构造的产状、分布、形态、规模、结构面的力学性质等；
• (4)水文地质条件：查明地下水的类型、补给水源，排泄条件和径流条件；含水层、隔水层、透水层的分布规律；测试水的物理性质、化学成分及动态变化，分析与地表水的关系。
• (5)不良地质现象：查明岩溶、滑坡、崩塌、岩石风化等的分布位置、形态特征、规模等对工程建设的影响；




• （1）路线法：它是沿着一些选择的路线，穿越测绘场地，将沿线所测绘或调查的地层、构造、地质现象、水文地质、地质界线和地貌界线等填绘在地形图上。
• （2）布点法：它是根据地质条件复杂程度和测绘比例尺的要求，预先在地形图上布置一定数量的观测路线和观测点。
• （3）追索法： 它是沿地层走向或某一地质构造线，或某些不良地质现象界线进行布点迟累，主要目的是查明局部的工程地质问题。它是一种辅助方法。











特点：
• （1）地质勘探人员能直接进入其中观察岩石及地层构造的细节，确切可靠；

• （2）可不受限制地采取原状结构的岩石（土）试样，或进行现场试验；

• （3）可较确切地研究软弱岩石夹层及断裂破碎带等复杂地质体的空间展布和工程地质性质；

• （4）还可以用来进行地基处理效果检查和某些工程地质现象的监测。




使用条件
• 被探测的对象与周围介质之间有明显的物理性质差异；
• 被探测对象具有一定的埋藏深度和规模，且地球物理异常有足够的强度；
• 能抑制干扰,区分有用信号和干扰信号;


物探：
• 电阻率法
• 磁法
• 地震法
• 重力法
• 放射性勘探
– 最广泛的是电阻率法和地震法。





1.试验曲线的含义


• 第Ⅱ阶段：局部剪切阶段

– 从临塑压力P。到极限压力Pu，P～S曲线由直线关系转变为曲线关系，其曲线斜率ds/dp随压力P的增加而增大。
– 这个阶段除土体的压密外，在承压板边缘已有小范围局部土体的剪应力达到或超过了土的抗剪强度，并开始向周围土体发生剪切破坏(产生塑性变形区)；
– 土体的变形由于土中孔隙的压缩和土颗粒剪切移动同时引起，土粒同时发生竖向和侧向变位，且随时间不易稳定，称之为局部剪切阶段。

• 第Ⅲ阶段：破坏阶段

– 极限压力Pu以后，沉降急剧增加。
– 特点:即使不施加荷载，承压板也不断下沉，同时土中形成连续的滑动面，土从承压板下挤出，在承压板周围土体发生隆起及环状或放射状裂隙，故称之为破坏阶段。
– 该阶段在滑动土体范围内各点的剪应力达到或超过土体的抗剪强度；
– 土体变形主要由土颗粒剪切变位引起，土粒主要是侧向移动，且随时间不能达到稳定。


• 试验的加荷方式：
• 一是采用分级维持荷载沉降相对稳定法（慢速法）；
• 二是沉降非稳定法（快速法）。
• 试验的加荷标准：
– (1)试验的第一级荷载(包括设备重量)应接近卸去土的自重。
– (2)每级荷载增量(即加荷等级)一般取被试地基土层预估极限承载力的1/8～1/9；
– (3)施加的总荷载应尽量接近试验土层的极限荷载；但不小于载荷设计值的两倍;
– (4)荷载的量测精度应达到最大荷载的1％，沉降值的量测精度应达到0.01mm。


• (5)每级加载后按时间间隔10、10、10、15、15分钟测读沉降量，以后每隔30分钟测读一次沉降量，各级荷载下沉降相对稳定标准一般采用连续2h的每小时沉降量不超过0．1mm，或连续1小时的每30min的沉降量不超过0．05mm。
• (6)试验点附近应有取土孔提供土工试验指标，或其它原位测试资料，试验后应在承压板中心向下开挖取土试验，并描述2．0倍承压板直径(或宽度)范围内土层的结构变化。


– (1)承压板周围的土体有明显的侧向挤出或发生裂纹；
– (2）在24h内，沉降随时间趋于等速增加； 
– (3)荷载P增加很小，但沉降量S却急剧增大，P ～s曲线出现陡降阶段，或相对沉降s/b>=0.06 ～0.08(b为承压板的宽度或直径) 
 
静力载荷试验的应用

• （一）确定地基土的承载力：
• 1、拐点法：
• 当P～S关系曲线有较明显的直线段时，一般就用这直线段的拐点(终点)所对应的压力Po(即临塑压力或比例界限压力)值，作为地基土的承载力基本值，见图。

• 2、相对沉降法：
– 当P～S曲线无明显拐点时，还可以用相对沉降s/b（b为承压板的边长或直径）来确定地基土的承载力基本值。 
• 当承压板面积0．25～0.5m2时，对于低压缩性土和砂性土，在P～S曲线上取s/b=0.01～0.15所对应的荷载作为地基土的承载力基本值，
• 对于中、高压缩性土取s/b=0.02所对应的荷载作为地基土的承载力基本值。

• 在饱和软土地基中P～S曲线拐点往往不明显，如左上图。此时，可用1gP～lgS曲线 (中图)、P～△s/△p曲线(右上图)找第一拐点，特别是在双对数纸上，lgp～lgs的线性关系很好，拐点很容易确定;


• 3、极限荷载法
– 当P～S曲线上第一拐点Po出现后，土体很快达到破坏状态，即Po与极限荷载Pu接近时，可用Pu除以安全系数K作为地基土承载力的基本值；
– 也可取相对沉降s/b=0.06相应的荷载作为极限荷载Pu;
– 安全系数K值一般取1.2～2.5。

• （二）确定地基土的变形模量Eo
• 一般取P～s曲线的直线段(即第I阶段)，用下式计算Eo（kPa)值：


– 式中:
– B—承压板直径(m)，当方形板时B＝2√（A/4）；A--方形板面积(m2)；


• ２）工程实践经常发现，静力触探所划分的土层界线与实际分界线在深度不大时，两者相差不多，约差别２０～４０cm ;当触探深度较大超过40m以上，而且下部有硬土层存在时，静力触探定出的分层深度往往比钻探所定的分层深度大；


– （１）上下层贯入阻力相差不大时，取超前深度和滞后深度，或中心偏向小阻力土层5 ～10cm处作为分层界线；
– （２）上下层贯入阻力相差一倍以上时，取软土层最后一个（或第一个）贯入阻力小值偏向硬土层10cm处作为分界线；（B、E点）
– （3）上下层贯入阻力无甚变化时，可结合fs或Rf（摩阻比=fs/qc）的变化确定分层界线；
2、评定地基土的强度参数
• （1）粘性土：由于静力触探试验的贯入速率较快，因此对量测粘性土的不排水抗剪切强度是一种可行方法；
• （2）砂土：砂土的重要力学参数是内摩擦角ψ，我国铁道部《静力触探技术规则》提出按右表估算砂土的内摩擦角。
• （３）砂土：密实状态是判定其工程性质的重要指标；右表列出了国外利用静力触探qc的值来评定砂土密实度的分级界限值；


• 研究表明：qc（或ps）与压缩模量Es和变形模量Eo 等一些土的压缩变形指标存在良好的函数关系；
• 砂土的压缩模量Es和变形模量Eo及初始切线模量Ei与静力触探比贯入阻力ps均有一定的关系。
• 如铁道部《静力触探规则》提出估算砂土E0的经验值，见右表；


4、评定地基土的承载力
 实用公式
 适用条件
上海硬壳层
上海淤泥质粘性土
上海灰色粘性土
上海粉土
一般粘性土
淤泥质土、一般粘性土、老粘土
淤泥质土、一般粘性土
老粘性土
中、粗砂
粉、细砂
长江中下游、细砂（地下水位）
粘质粉土
5、 估算单桩承载力 公式含义见教材Ｐ223
• （1）铁道部《静力触探技术规则》方法：


• （2）《高层建筑岩土工程勘察规程》：




• 其共同点是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质，并对土进行分层。
• 类型分为：
• 　　　　轻型（10kg锤）、落距50cm
•  重型（63.5kg锤）、落距76cm
•  超重型（120kg锤）、落距100cm

• １、基本概念
– 动力触探----利用锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中的阻抗大小判别土层的变化。
– 通常以打入土中一定距离所需的锤击数来表示阻抗；圆锥动力触探的贯入能力是由能量指标nd来衡量；


• ２、动力触探成果的应用
• 1)确定砂土及碎石土的密实度；
北京市N10与砂土密实度的关系
• 机械工业部第二勘察研究院根据探井实测的孔隙比e与N63.5对比，得到右侧两表。
• N63.5与砂土孔隙比的关系
• N63.5与砂土密实度的关系


2)确定地基土的承载力
 《建筑地基基础设计规范》规定可用N10确定粘性土和素填土地基的承载力标准值fk,详见下面两表：
粘性土承载力标准值


素填土承载力标准值


表中只适用与粘性土与粉土组成的素填土。


• 3)确定单桩承载力标准值
• 广州建筑设计研究院通过对广州地区的重型动力触探N63.5与现场打桩资料的分析研究，认为打桩机最后30锤的贯入度Sp与持力层的N63.5有如下经验公式：


• 沈阳市桩基试验研究小组得出了沈阳地区的经验公式：



• 由图可知：
• 该试验由三部分组成：
• （1）触探头：准试验探头为两个一定规格的半圆合成的圆筒，称为标准贯入器；其最大优点为：在触探过程中配合取土样，以便室内试验；
• （2）触探杆：国内统一标准为42mm直径的圆形钻杆，国外有使用50mm或60mm直径的圆形钻杆；
• （3）穿心锤：标准贯入试验质量为63.5kg，规定自由落距76cm;

• 按上述要求，将贯入器连续贯入土中30cm所需的锤击数，为N63.5标准贯入试验锤击数；但遇到硬土层，贯入击数较大，但仍未贯入30cm时，可将下式换算成为N63.5，


• 标准贯入试验成果的应用
• 1、评定砂土的密实度；
• 《岩土地基基础设计规范》根据标准贯入试验的锤击数N将砂土的密实度划分为密实、中密、稍密和松散，详表；
• 按标准贯入锤击数N值确定砂土密实度

• ２.评定粘性土的状态：
• 武汉勘察公司、太沙基和佩克提出N与粘性土的关系，下表；
３.判断土的强度指标
• 评定粘性土的不排水抗剪强度Cu：
　太砂基、佩克的经验公式：
 Cu=(6～6.5)N;
　日本道路桥梁设计规范：
 Cu=(6～10)N

• ４.评定土的变形模量E0和压缩模量Es;

• ５、确定地基土的承载力：
• 《建筑地基基础设计规范》是将标准锤击数用下列公式进行修正；










粘性土承载力标准值（kPa）
砂土承载力标准值（kPa）

• ６、地基土的液化判别：
• 当饱和砂土或粉土实测标准贯入锤击数N小于下式确定的临界值Ncr时，则判定为液化土，否则为不液化土；


• 十字板剪切试验是一种原位测定饱和软粘土抗剪强度的方法；它所测得的抗剪强度值，相当于天然土层试验深度处，在上覆压力作用下的固结不排水抗剪强度，在理论上它相当于室内三轴不排水抗剪的总强度或无侧限抗压强度的一半(ψ＝０ )。
• 十字板剪切试验是将具有一定高与直径之比的十字板插入土层中，通过钻杆对十字板头施加扭矩使其等速旋转，根据土的抵抗扭矩求算出地基土抗剪强度Cu。
• 优点：该方法可以很好地模拟地基土不排水条件和天然受力状态，对试验土层扰动性小，测试精度高。严格讲，该方法只适用于内摩擦角ψ＝０的饱和软粘土。


• 原理：假设圆柱上下面各点、侧面各点Cu值相等，则旋转过程中，土体产生的抵抗力矩M等于圆柱侧表面的抵抗力矩M1和上下面的抵抗力矩M2，其中：

十字板剪切试验的应用
• 实验得到的不排水抗剪强度Cu，一般偏高，需要修正；
• Cu(实用值）＝μ Cu(实测值）
• μ－－修正系数；如图9-11;
• 1）对于ψ＝０的饱和软黏土，可确定地基容许承载力：


• 2）分析饱和软黏土性土填、挖方边坡的稳定性；
•  根据软土中滑动带强度显著降低的特点，测定滑动带的位置，用抗剪强度反算滑动面上的强度参数，为其稳定性分析提供依据。
• 3）检验地基加固改良的效果。
•  根据软土地基堆载预压处理过程中，可用十字板剪切试验测定地基的强度变化，用于控制施工速率及检验地基加固效果。　　
第五节 现场检验与监测
• 现场检验：在施工阶段根据施工揭露的地质情况，对工程勘察成果和评价建议等进行的检验校核；
• 目的：使设计、施工符合场地岩土工程地质实际，以确保工程地质量，并总结勘察经验，提高勘察水平；
• 现场检测：施工过程中及完成后由于施工运营的影响而引起岩土性状和周围环境条件发生变化进行的各种观测工作。
• 目的：了解由于施工引起的影响程度以及监视其变化和发展规律，以便及时在设计、施工上采取相应的防治措施。


一.地基基础检验与监测
• 验槽的目的：
• （１）检验有限的钻孔与实际全面开挖的地基是否一致，勘查报告的结论与建议是否准确；
• （２）根据基槽开挖的实际情况，研究解决新发现的问题和勘探报告遗留的问题。
• 基本内容：
• 核对基槽开挖平面位置和槽底标高是否与勘察、设计要求相符；
• 检验槽底持力层土质与勘探是否相符，要求参与验槽人员需沿槽底依次逐段检验；
• 当基槽有不均匀土质或古井等，可用纤探查明深度范围；
• 决定基础方案是否需要修改或局部处理。

２.基坑工程监测
• （１）支护结构的变形；
• （２）基坑周围的地面变形；
• （３）临近工程和地下设施的变形；


• （４）地下水位；
• （５）渗漏、冒水、冲刷、管涌等情况。
３.沉降观测
• 地基基础设计等级为甲级的建筑物；
• 加层、搭建、邻近开挖、堆载等，使地基应力发生显著变化的过程；
• 因抽水等原因，地下水位发生急剧变化的工程；
• 其他有关规范规定需要做沉降观测的工程。
• 基准点设置为稳定可靠为原则，一般不少于３个；
• 观测点布置应全面，不少于６个；
• 工具采用精密水准仪；
• 观测时间按具体规定执行
４、不良地质作用和地质灾害的监测
• 应该监测的场地：
– 场地及其附近有不良地质作用或地质灾害;
– 建设或运行期,对可能加速不良地质作用的发展或引发地质灾害的;
– 对附近可能产生显著不良影响的;
• 岩溶或土洞发育区检测内容:
– (1)地面变形;
– (2)地下水位的动态变化;
– (3)场区及其附近抽水的;
– (4)地下水位变化对土洞等稳定性的影响;
• 滑坡监测内容:
– 滑坡体的位移;
– 滑面位置及错动;
– 滑坡裂缝的发生与发展;
– 滑坡体内外地下水、流向等；
– 支挡结构及其他工程设施的位移、变形、裂缝的发生与发展；



5.地下水的监测

• 地下水位升降影响岩土稳定时；
• 地下水位上升产生浮托力对地下室或地下构筑物的防潮、防水或稳定性产生较大的影响时；
• 施工降水对拟建工程或相邻工程有较大影响时；
• 施工或环境条件改变，造成的孔隙水压力、地下水压力变化，对工程设计或施工有较大影响时；
• 地下水位的下降造成区域性地面沉降时；
• 地下水位升降可能使岩土产生软化、湿陷、胀缩时；
• 需要进行污染物运移对环境影响的评价时。


勘察报告包括的内容（详细）：
• 勘察的目的、任务和依据的技术标准；
• 拟建工程概况；
• 勘察方法和勘察工作布置；
• 场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；
• 各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；
• 地下水埋藏情况、类型、水位及其变化；
7.土和水对建筑材料的腐蚀性；
8.可能影响工程稳定的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价；
9.场地稳定性和适宜性评价；
10.岩土利用、整治和改造的方案进行分析论证，提出建议；
11.对工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题进行预测，提出监控和预防措施和建议；
12.勘察成果表及所附图件。



勘察报告实例：
• 1.前言
• 受XXX委托，XXX综合设计院承担了XXX楼的岩土工程详勘任务。
• （1）工程概况
•  拟建工程位于XXX院内，在实验楼9，10号的西侧，北侧距马路20m ,拟建建筑物为4层，底面为86.0X52.0m，框架结构，具半层地下室，具体基础和埋深待定；
• （2）勘察目的和要求
• 查明场地内的岩土层参数；
• 查明不良地质作用的类型；
• 查明地下水分布；
• 提出基础方案；
• 对开挖进行简单评价
• （3）勘察依据标准
•  有关规范
• （4）勘察工作量与手段


• 2.场地工程地质条件
– （1）地貌条件
– （2）地层描述
– （3）原位测试成果及室内土工试验成果统计；
– （4）地下水；
– （5）地震效应
– （6）不良地质作用

• 3.场地岩土工程条件评价
– （1）场地稳定性及建筑适宜性评价；
– （2）各土层承载力特征值及压缩模量；
– （3）场地工程环境条件；
– （4）场地基础方案分析


• 4.基坑开挖
• 5.结论及建议
• 6.图表部分


• 结论与建议：
• 1）拟建场地四周开阔，地形稍有起伏，地貌单元属丘陵缓地；未发现不稳定地质作用，适宜建筑；


• 2）拟建场地地下水在自然底面7m左右，地下水属于潜水，水位年幅最大变化在1m左右，地下水无腐蚀；
• 3）该市抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，地基土不液化，设计时可不考虑；
• 4）针对场地地层特点，建议采用深层搅拌桩法进行地基处理；
• 5）拟建场地浅部地层较差，建议采用放坡措施；
• 6）基坑开挖后认真做好验槽工作，发现异常情况及时通知有关人员协同处理。

• 城镇及工业民用建筑的勘察要求；
• 道路工程的地质勘察要求；
• 桥梁工程的地质勘察要求；
• 隧道及地下硐室的地质勘察要求；
• 机场工程的地质勘察要求
城镇及工业民用建筑的勘察要求：

• 规划阶段的勘察要求：
• 评价规划区域内的总体稳定性提供资料；
• 从工程地质角度认证功能分区和建筑分带；
• 确定供水水源和地下水卫生防护带；
• 了解天然建筑材料及其储藏估计


• 设计阶段的勘察要求：
–  工程地质条件对建筑物稳定安全的影响； 
–  为确定建筑物埋置深度提供地质影响因素资料； 
–  为测算地基计算提供岩土物理力学参数； 
–  提供边坡稳定性计算参数； 
–  评价施工条件，选定施工方法； 
 
道路工程的地质勘察要求
• 特点:
– 路基填方边坡和填方边坡的稳定性为道路工程地质的主要问题；
• 勘察的目的：
– 取得沿线不同地质条件下地段纵横断面地质资料；
• 勘察要点：
– 草勘／线路方案阶段；
– 初勘／定线勘察阶段；
– 定勘／已确定线路后的勘察工作
桥梁工程的地质勘察要求
• 特点：
– 通过桥墩把桥梁上的荷载传递到地基上；
– 桥梁工程一般在深切的河谷及江河之上，其地质条件比较复杂；
• 初步设计阶段的勘察要点：
– 查明桥址各线路的地质条件，
• 施工阶段的勘察要点：
– 提供施工设计所需的工程地质资料；
• 勘察工作以钻探为主，一般达到基岩面下20m；
隧道及地下硐室的地质勘察要求
• 特点：先有荷载，后有结构；
– 开挖引起岩体一系列的破坏过程；
– 地下支护结构承受的压－山岩压力；
• 勘察特点：
– 查明地应力分布、地压和地下水；
• 初步设计勘察:
– 查明线路的工程地质条件；
• 施工勘察：
– 钻孔进一步查明岩石性质、判断复杂地质情况


• 机场建设分四个阶段：勘察、设计、施工和维护；
• 机场工程勘察要求分选勘、定勘、详勘、施工勘察四个阶段；
• 机场勘察的特点：
• 系统性强；
• 要求高；
• 勘察范围大；
• 勘察难度大；
• 责任大

• 岩体稳定：在一定的时间内，一定的自然条件和人为因素影响下，岩体不产生破坏性的剪切滑动、塑性变形或张裂破坏。
• 主要影响因素：岩体内各种结构面的性质及其对岩体的切割程度。
• 岩体破坏沿着岩体中的软弱结构面，岩体结构在岩体的变形和破坏中起到了主导作用。

• 岩体结构：包括结构面和结构体两个要素，是结构面与结构体的组合特征。
• 表达了岩体中结构面的发育程度及组合；
• 反映了结构体的大小、几何形式、排列。
– 结构面：存在于岩体中的各种不同成因、不同特征的地质界面。
– 结构体：岩体被结构面切割后形成的岩石块。

• 结构面：
– 几何特征的五个基本要素：即结构面的产状(走向、倾向和倾角)、规模、形态、间距(或密度)和隙宽(即张开度)。
– 结构面产状：结构面在空间产出的状态和方位的总称。
• 水平结构面：水平状态产出。
• 倾斜结构面：产状均以其走向、倾向和倾角表示，称为结构面产状三要素。


• 倾斜线：垂直于走向线沿结构面向下所引的直线。
• 倾向：倾斜线在水平面上的投影所指示的方向。
– 结构面的倾向代表了结构面的倾斜方向。

• 倾角：倾斜线与和结构面在水平面上的投影之间的夹角。
– 倾角反映了地层的倾斜程度。 


• 结构面：
– 断层、节理、层理、软弱夹层、不整合面






2.结构面
2.1结构面的成因类型
• 结构面分类：原生的、构造的、次生的
• 原生结构面：在成岩阶段形成的结构面。 沉积 火成 变质
• 沉积结构面：在沉积岩成岩过程中形成的地质界面，如层理面、沉积间断面及原生软弱夹层。
– 影响因素：受到构造和风化作用的影响，抗剪强度降低。
– 分布：海相岩层中分布稳定；陆相岩层中呈交错状，易尖灭 。 
– 性质：层面、软弱夹层等结构面较为平整；沉积间断面多由碎屑泥质物构成，不平整 。 
 
2.结构面
2.1结构面的成因类型
• 工程地质评价：国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的。
– 60年代初震惊全球的法国马尔帕塞双曲拱坝的溃决。
– 全球最高的意大利瓦依昂拱坝的报废。 
2.1结构面的成因类型
• 层理：在岩石形成过程中产生的，由物质成分、颗粒大小、颜色、结构构造等的差异而表现出的岩石成层构造。
• 层理面：岩石层之间的分割面。
2.1结构面的成因类型
• 沉积间断面：包括假整合面(平行不整合)和(角度)不整合面。
• 假整合：两套地层间有沉积间断面相隔但产状基本一致的接触关系。
• 角度不整合：两套地层呈一定角度接触，中间为一侵蚀面。
2.1结构面的成因类型
原生软弱夹层：对岩体稳定影响最显著。
特点：力学强度低、遇水易软化、易引起滑动。

2.1结构面的成因类型
• 火成结构面：岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面。
• 包括岩浆岩(火成岩)中的流层、流线、原生节理、侵入体与围岩的接触面及岩浆间歇喷溢所形成的软弱接触面。
– 流层流线：易风化变形，易剥离脱落。
– 侵入体与围岩的接触面：熔合不好时形成软弱的蚀变带或接触破碎带。
– 原生节理：多为张性破裂面，对岩体的稳定性和透水性都有重要的影响。

2.1结构面的成因类型
• 火成结构面：岩浆侵入、喷溢及冷凝过程中形成的结构面。
• 分布：接触面延伸较远，比较稳定；原生节理短小密集。
• 工程性质：一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移。


• 变质结构面：在区域变质作用中形成的结构面。
• 片麻理、片理、板理。
• 易风化，构成相对的软弱夹层。
• 分布：片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较远，具固定层次。


• 构造结构面：在构造应力作用下于岩体中形成的破裂面或破碎带，包括劈理、节理、断层和层间错动带。
– 分布：张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但有时被横断层切割成不连续状。
– 性质：张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状；剪切断裂较平直，具羽状裂隙；压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥。
– 工程性质：对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶。





• 次生结构面：岩体在形成后经风化、卸荷及地下水等作用在岩体中形成的结构面。如风化裂隙、卸荷裂隙和次生充填夹泥等。
– 分布：往往呈不连续状，透镜状，延展性差，且主要在地表风化带内发育。
– 性质：一般为泥质物充填，水理性质很差。
– 工程性质：在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响，但一般在施工中予以清基处理 。


– 风化裂隙：分布无规律、连续性弱、多为泥质碎屑充填。
– 卸荷裂隙：由于岩体受到剥蚀、侵蚀或人工开挖，引起垂直方向卸荷和水平应力的释放，使临空面附近岩体回弹变形，应力重分布所造成的破裂面。卸荷裂隙是不利的软弱结构面之一。


• 软弱夹层按成因分类：原生型、构造型、次生型
– 原生型：在沉积岩、岩浆岩和变质岩中分布。
– 构造型：层间错动带和断层破碎带。
– 次生型：原生软弱夹层风化的产物、地下水林滤而充填于裂隙中的泥质及岩屑等。

• 软弱夹层的分类
– 形态：破碎夹层、破碎夹泥层、片状破碎层、泥化夹层
– 岩性组合：黏土夹层、黏土致粉砂岩夹层、炭质夹层、凝灰岩夹层、风化泥灰岩夹层、各种软弱片岩夹层、泥化夹层。


• 泥化夹层是一种非常软弱的结构面。
• 泥化
 黏土岩类岩石经一系列的地质作用变成塑泥的过程称为泥化。
• 泥化的标志：天然含水量等于大于塑限。
• 泥化夹层特点：湿度高、密度小、强度低、变形大


 泥化夹层形成须具备三条件
• 物质基础：
– 泥化夹层的物质来源于母岩；
– 母岩通常是黏土矿物含量较高的原生软弱夹层。
• 构造作用
– 层间错动，软硬岩层分界面形成连续的主滑动面；
– 软岩发生剪切变形，结构破坏，岩石破碎增加了细颗粒成分，在地下水的作用下泥化。
– 构造作用形成泥化夹层非重要的条件。
• 地下水作用：
– 软弱夹层间剪切错动，破裂面吸水强，含水量增加，岩石处于塑态接近流态，发生泥化。

 泥化夹层特征
• 物质组成
– 黏粒含量明显增多，决定了泥化夹层的性质。
• 结构
– 固结或超固结的母岩变成泥质分散结构。
– 泥化夹层中的主滑面是抗剪强度最低的弱面。
• 物理状态
– 干容重比母岩小，天然含水量高。
• 力学强度
– 极软弱。

• 剪性结构面：剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。
• 特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。 

• 张性结构面：拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等。 
• 特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽，易被充填，常含水丰富，导水性强。

• 结构面的特征包括：结构面的规模、形态、密集程度、连通性、胶结及充填情况等。
• （1）结构面的规模
– 结构面对岩体力学性质及岩体稳定的影响程度，首先取决于结构面的延展性及其规模。
– 结构面的延展性：或称贯通性和连续性，是结构面在其走向和倾向二维方向上的长短程度。

• 中国科学院地质研究所将结构面的规模分为五级。
• 一级结构面：
– 区域性的断裂破碎带，延展数十公里以上，破碎带的宽度从数米至数十米。直接影响到工程所在区域的稳定性，应尽量避开。


• 二级结构面：
– 一般延展性较强，贯穿整个工程地域或在一定范围内切断整个岩体的结构面，长度由数百米至数千米，宽由一米至数米。
– 包括断层、层间错动带、软弱夹层、沉积间断面、大型接触破碎带。
– 控制了山体及工程岩体的破坏方式和滑动边界。

• 三级结构面
– 在走向和倾向方向延伸有限，一般在数十米至数百米范围内的小断层、大型节理、风化夹层和卸荷裂隙等。
– 控制着岩体的破坏和滑移机理，常常是工程岩体稳定的控制因素和边界条件。
• 四级结构面
– 包括延展性差，一般在数米至数十米范围内的节理、片理、劈理等，他们仅在小范围内将岩体切割成块状。
– 结构面不同组合，可将岩体切割成各种形状和大小的结构体。
• 五级结构面：
– 延展性极差的一些微小裂隙，主要影响岩块的力学性质。
– 岩块的破坏由于微裂隙的存在具有随机性。

• 平直的：大多数层面、片理和剪切破裂面;
• 波状的：具有波痕的层面、轻度揉曲的片理、舒缓波状的压性及压扭性结构面;
• 锯齿状的：多数张性或张扭性结构面;
• 不规则的：结构面曲折不平。


• 用起伏度、粗糙度表征结构面的形态特征。
• 起伏度：衡量结构面总体起伏的程度，常用起伏角i和起伏高度h来描述。
• 粗糙度：结构面表面的粗糙程度。
– 手摸感觉而定:极粗糙、粗糙、一般、光滑、镜面
• 平直光滑的结构面摩擦角较低，粗糙起伏的结构面抗剪强度较高。

• 反映了岩体的完整性，决定了岩体变形和破坏的力学机制。
• 岩体结构面越密集，变形越大，强度越低，渗透性越高。
• 描述指标：线密集度K 、结构面间距d


• 结构面的连续性：或称贯通性和延展性，是结构面在其走向和倾向二维方向上的长短程度。
• 结构面在一定尺寸岩体中的贯通性有三种情况：
非贯通 半贯通 贯通
• 岩体中结构面的连续性不同，岩体的力学性质和破坏机制也不同

• 结构面的连续性：或称贯通性和延展性，是结构面在其走向和倾向二维方向上的长短程度。
• 结构面分类：
 非贯通的 半贯通 贯通


• 结构面的连续性可用线连续性系数及面连续性系数表示
• 线连续性系数：在某一结构面的延长线上，结构面各段长度之和与整个线段长度的比值。


• 结构面的张开、充填及胶结情况是结构面的重要特征之一。
• 结构面的张开度：结构面两壁面间的垂直距离。 
• 结构面的张开度分为四级:

• 密闭结构面的力学性质：取决于岩石成分及结构面的粗糙程度。
• 总体张开的结构面：抗剪强度大于完全张开的结构面。
• 完全张开的结构面：抗剪强度取决于充填物情况及胶结情况。

• 结构面内有软弱物质时，强度显著降低。
• 硬性结构面：两壁结合牢固或无软弱物质充填。
• 软弱结构面：夹有软弱物质。
– 由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构 或泥质定向结构 
– 粘粒含量很高 
– 含水量接近或超过塑限 
– 密度比原岩小 
– 常具有一定的胀缩性 
– 力学性质比原岩差 
– 强度低 
– 压缩性高 
– 易产生渗透变形 

3.结构体
3.结构体
• 整体结构：不存在连续的软弱结构面，存在各种裂隙，裂隙多数闭合，未将岩体切割成分离结构体。
3.结构体
• 层状结构
– 层厚小于0.5mm的沉积岩和变质岩层。
• 特征：岩体被一组相互平行的原生结构面切割，各种裂隙不发育。
• 均受到不同程度的层间错动或扭动，层面强度低，黏结力小、经常构成软弱结构面。
• 各向异性的非均匀介质。
• 力学性质和稳定性受层厚、岩性、原生结构面控制。

• 块状结构岩体：
• 特征：岩体被软弱夹层等软弱结构面切割成分离体。


• 失稳形式：岩软弱夹层滑动。
• 变形和破坏机制受结构面力学性能控制。
• 块体极限平衡分析方法。

• 碎裂结构岩体
• 岩体被各种硬性结构面切割成大小和形状不同的分离体。
• 破坏机制复杂。
• 随着结构体数的增加，岩体的整体强度降低。
• 稳定性控制因素：岩体的完整性、结构面的性能、结构体的强度。
• 块体力学方法计算。

• 散体结构岩体
• 特征：结构面密集杂乱，岩体完全解体。岩体具有塑性和流变特征。
• 松散介质力学分析。




• 第二阶段：继续施加剪力，位移速率逐渐增大
• 第三阶段：变形速率显著增大，随着施加剪力逐渐产生塑性流动。达到3’点，荷载持续不变岩体仍以一定速率沿结构面滑动。


塑性破坏变形与脆性破坏变形显著区别：
塑性破坏形式的全过程是持续的。

• 强度：岩体结构面的强度小于侧岩强度。
• 抗拉强度：很低，没有充填物的结构面在一定范围内认为没有抗拉强度。有充填物的结构面，抗拉强度与充填物性质有关。
• 抗剪强度：取决于上下盘的表面形态，与结构面的附着物质有关。
– 张性结构面：粗糙、起伏、抗剪强度较高；
– 扭性结构面：光滑、平直、抗剪强度很低。
– 镜面：抗剪强度最低；
– 粗糙：抗剪强度较高。




• 结构面内泥质充填物厚度对结构面抗剪强度的影响。
– 充填物厚度较薄时，结构面抗剪强度较高。
– 充填物厚度增加，结构面抗剪强度迅速降低。
– 充填物达到一定厚度时，结构面抗剪强度趋于稳定，充填物起控制作用。
• 充填物起控制作用的厚度影响因素：充填物的颗粒组成、矿物成分、含水量。

• 岩体被结构面和软弱夹层切割，岩体的不均匀性和不连续性直接导致应力分布的不连续性。
• 影响岩体应力形成的因素：岩石的物理力学性质、地质构造及活动过程、地形条件、地下水、瓦斯以及人类生产活动等。
• 岩体应力场主要由自重应力场、构造应力场以及因采掘工作引起的次生应力场构成。
• 地壳中岩体应力分布状态称原岩应力场。 

• 结构面和软弱夹层是岩体抗剪强度的控制因素，表现出各向异性。
– 垂直结构面方向的岩体：抗剪强度接近于岩石的抗剪强度。
– 平行结构面或软弱夹层的岩体：抗剪强度很低，取决于岩体结构面或软弱夹层的抗剪强度。
– 斜交结构面方向的岩体：随着剪切面与结构面夹角发生变化。抗剪强度介于垂直和平行两方向之间。


• 沉积岩体的各向异性最为显著；
• 火成岩体的各向异性表现不明显；
• 变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和火成岩体之间。

• 结构面变形和结构体变形


• 物体在外部条件不变的情况下，应力或应变随时间变化的性质称为流变性。
• 流变性表现形式：蠕变和松弛。
– 蠕变：在应力一定的条件下，变形随时间的持续而逐渐增长的现象。
– 松弛：在变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。

• 蠕变曲线：
• 第一阶段：蠕变阶段，变形速度逐渐减小，且达到最小值；
• 第二阶段：平缓蠕变阶段，变形缓慢平稳，变形速度保持常量；
• 第三阶段：加速蠕变阶段，变形速度加快直到岩体破坏。

• 蠕变的两种情况：
• 恒定应力较小时：只出现第一阶段或第二阶段的蠕变，并不引起岩体的破坏。
• 当应力等于或超过某一数值时，才出现加速蠕变阶段而导致岩体破坏。

• 长期强度：出现蠕变破坏的最低应力值，取决于岩石及结构面的性质、含水量等。

• 岩体破坏：岩块压碎、岩体结构改组和结构丧失联结的现象。
• 岩体破坏机理：岩体破坏时力学作用方式和过程，是研究岩体破坏的核心问题。
• 破坏方式：
– 脆性破坏、块体滑移
– 层状弯折
– 追踪破裂
– 塑性流动







• 岩体的剪切破坏是一种占优势的破坏方式

• 剪切破坏有两种类型：脆性破坏、塑性破坏

• 脆性破坏：
• 剪应力—剪位移曲线的主要特征是岩体在破坏前剪位移较小，破坏后有明显的应力降低，曲线分为三个阶段：

• 脆性破坏：
• 剪应力—剪位移曲线的主要特征是岩体在破坏前剪位移较小，破坏后有明显的应力降低，曲线分为三个阶段：

• 塑性破坏
• 半坚硬或软弱破碎岩体。

• 工程中土或土体：主要是指与工程建筑物的变形与稳定相关的第四纪沉积物；

• 有别于通常说的“土壤”：松散物质沉积成土后，如果能稳定一个相当长的时期，则靠近地表的土体经受生物化学及物理化学作用，即成壤作用形成所谓的“土壤”。


• 残积层—岩石风化未经搬运而残留在原来位置的松散物；因其成层覆盖在地表，故又称沉积层。
• 土壤层—残积层—风化岩层—新鲜岩石形成完整的风化地壳。
• 陡坡和山顶部位常被侵蚀而厚度变小，平缓的斜坡和山谷低洼处厚度大；上部颗粒较细，多为黏土、粉土，向下逐渐过渡为砂和角砾。

• 物质成分、风化作用性质——与气候条件相关。
 干旱地区：物理风化，砂类土特征。
 半干旱地区：物理风化+化学风化，粘性土特征。
• 其成分和性质变化很大，工程性能差别也很大，很少大面积用作天然地基。

坡积层（Qdl）
• 由于水和重力的作用，将山坡的物质（风化残积物）搬运或崩塌在斜坡下部较低的洼地带堆积而成。
• 坡积土的物质成分与高处残积土有直接关系；与下卧层没有直接关系，这是与残积土的区别；
• 坡积土的粒度有明显的分选性，上部多为粘性土，下部多为碎石土和砾石土；
• 厚度变化大；在陡坡处段薄1m；而在坡脚处较厚，达几十米；
• 新近堆积的坡积土土质松软，压缩性高；
洪积层
• 山区暴雨后洪水携带大量碎屑物质堆积在山间河谷或山前平原地带而成。

洪积层特征
• 由于山洪是周期性发生，每次的规模大小不尽相同，堆积下来的物质也不一样，因此洪积土呈现不规则的交错层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状；
• 靠近山地的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，土的承载力高，可作为地基较为理想，但其孔隙率大，作为坝基不合适；
• 离山区远的地方颗粒越细，土质均匀，密实，厚度大，通常也可作为良好的天然地基；
• 上述两者的过渡带，常由于水溢出地表而造成宽广的沼泽地带，因此此地段土质松软而承载力低。
冲积层
• 由河流所携带的物质，随地势、流速的变化，在河谷中逐渐沉积下来的;
• 特点：具有明显的层理构造；由于搬运显著，碎屑物质逐渐变为亚圆或圆形颗粒（漂石、卵石、园砾）。搬运距离越长，则沉积物颗粒越细；
• 冲积物具有明显的分选性；层理清晰；常为砂和粘性土的交错层理，亦存在砾石层；常为理想的天然地基；

冲积层 p84
• 冲积物：在河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物
• 分类：按照沉积环境
• 河床相冲积物：在河床范围内形成的沉积物，主要为推移质，多由砂、砾、卵石组成，一般具有明显的斜层理。
• 河漫滩相冲积物：在河漫滩范围内形成的沉积物，主要为悬浮质，由亚砂土、亚黏土组成
• 牛轭湖相冲积物：在牛轭湖范围内形成的沉积物，主要为静水沉积，由富含有机质的淤泥和泥炭组成。
• 蚀余堆积相冲积物：常见于山区河流中，多为巨砾和大石块。
• 河口三角洲相冲积物：是在河流入海(湖)口范围内形成的沉积物。分为上下两部分。
冲积层
• 冲积层分类：按河谷地貌形态
• 山区河谷冲积物
• 平原河谷冲积物
 河床相沉积 河漫滩相沉积 牛轭湖相沉积
湖积层
• 湖中的沉积物；分淡水和咸水湖沉积物；
• 淡水湖沉积物分：湖岸沉积物和湖心沉积物；
 湖岸为砾石、砂土或粘土，由浪冲刷而成；
 湖心沉积物成分复杂，主要为粘土质淤泥，距岸越远，则沉积物的颗粒越细，有机质可达20～40％，成为胶体的软泥，含水量可达70～90％，有时可成为泥炭；
• 湖积层承载力低不宜作为建筑物地基；
• 咸水湖沉积物成分复杂。

洞穴层
• 充填于可溶性岩类所形成的洞穴内的沉积物。


• 其特征为：石块、碎石、砾石、砂类土等相互混杂的堆积物如钟乳石、石笋等堆积。





第2节 土的组成、结构和构造

• 固相:包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的，形成多孔介质。 

• 液相:主要是水(溶解有少量的可溶盐类)。 

• 气相:主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等
一、土颗粒的矿物成分
•  土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。

• 根据矿物与水作用的能力分为四类：
 原生残余矿物：不溶于水，亲水性弱；
 次生矿物：不溶于水、亲水性强（以粘土矿物和硅、铝氧化物为主）、
 溶于水的次生矿物：各种不同溶解度水溶盐类矿物；
 亲水性强的有机质：动植物新陈代谢和生物遗体分解的产物。

原生残余矿物 

• 由岩石经物理风化生成的颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组成，它的成分成分与母岩的相同，常见的有石英、长石、云母。 
• 颗粒一般较粗，多呈浑圆形、块状或板状。 
• 吸附水的能力弱，性质比较稳，无塑性。


次生矿物 
 由原生矿物经化学风化生成的新矿物，成分与母岩的完全不同。
• 次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。 
• 颗粒极细，且多呈片状。 
• 性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙脱石组成的颗粒），具塑性。

黏土矿物（教材P16）
• 黏土矿物是具有片状或链状结晶格架的硅铝酸盐，由原生矿物长石、云母等硅酸盐矿物经化学风化形成。
• 主要有高岭石、伊利石、蒙脱石三个组群；
• 这三个粘土矿物的基本单元晶片，主要有两种基本类型：硅氧四面体和铝氢氧八面体。

• 硅氧四面体：一个硅原子和四个氧原子以相等距离堆成四面体形状，硅居其中央，氧占据四个顶点，四面体中的三个氧被共用，横向联结成六角形的网格。 
• 特点：所有顶点都指同一个方向，其底面位于同一平面上 

• 铝氢氧八面体：六个氢氧离子围绕一个铝离子构成的八面体晶片。八面体中每个氢氧离子均为三个八面体共有，形成八面体单位的片状结构。
 

• 硅氧四面体和铝氢氧八面体这两种基本单元以不同的比例组合，形成不同类型的黏土矿物的基本构造单元或称晶胞。 
• 土中常见的黏土矿物有高岭石、伊利石和蒙脱石三大类。

• 高岭石：一层硅氧四面体晶片和一层铝氧八面体晶片结合，形成一个单位晶胞。高岭石晶胞间具有较强的氢键联结，水较难渗入其间，其颗粒一般较粗，亲水性弱。因而主要由这类矿物组成的土，膨胀性和压缩性都较低。 

• 蒙脱石：蒙脱石单位晶胞的上下面均为硅氧四面体晶片，中间夹一个铝氧八面体晶片。相邻晶胞间由相同的氧原子相接，这种联结既弱也不稳固，水分子很容易楔入其间，以致将其分散为极细小的鳞片状颗粒，并使晶格沿垂直方向膨胀。 



• 伊利石：含钾量高的原生矿物经化学风化的初期产物，其晶格构造与蒙脱石相似，也是由两片硅氧四面体夹铝氧八面体构成，不同的是四面体中 Si 4＋被 Al 3+ 所替代，由 K＋离子补偿晶层正电荷的不足。

二、土的粒组

• 土是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。 
•  界限粒径:划分粒组的分界尺寸。 
•  土的颗粒级配:土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总重的百分数)。 
• 土的颗粒级配需通过土的颗粒大小分析试验测定。
 粒径大于0.075mm： 筛分法
 粒径小于0.075mm： 比重计法或移液管法


• 颗粒级配累积曲线:
 颗粒大小分析试验成果，由其横坐标（对数坐标）表示粒径。纵坐标则表示用小于(或大于)某粒径的土重含量(或称累计百分含量) 。 


• 曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。
• 曲线陡峭，土粒均匀，级配不好。


• 利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，如不均匀系数Cu 和曲率系数Ce，可以判定土的级配好坏。



• 土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d10。
• 于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。
• 当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d60。 

• 曲率系数Ce描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。
• Ｃe=1-3为良好级配土；Ｃe>３或<1则为不良级配土；


• 1. 液态水
• 结合水
• 由于固体表面对水分子有很大的吸引力，在土粒周围吸附着一层很薄的水膜，此水膜即结合水。
• 结合水同土粒之间的结合力很大，以致其运动不受重力的影响。
• 黏性土中结合水较丰富。 

• 1. 液态水
• 非结合水
• 重力水 
• 在重力作用下能自由运动的水。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影响。 砂、砾石中常见。
• 毛细水 
　毛细水是受毛细管作用控制的水，可以把土的孔隙看作是连续变截面的毛细管，毛细管放在水中，管中的水位会上升到自由水位以上的一定高度，毛管直径愈细上升高度愈高。
• 在常温下毛细上升高度hc与毛管半径r有以下关系：
•  hc=15/r 

• 2. 固态水
• 固态水即冰，温度降到0℃以下时，孔隙中的水会凝结成冰。水结冰后体积膨胀，同时由于水分迁移和补给，在土层中会形成冰层或透镜体。
• 固态水在土中起着暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。
• 但温度升高后，冰层解冻为液态水，使土的强度急剧降低，压缩性增大，土的性质显著恶化，如处于地下水以上的某些公路路面在开春后的翻浆现象就是一例。 

• 3. 气态水

• 以水汽状态存在，严格讲属于土的气相部分。
• 在气压差作用下，从压力大的地方向压力小的地方运动。
• 气态水和液态水在一定的温度、压力下保持某种平衡。
• 若压力不变，温度升高，一部分液态水蒸发成气态水；温度降低，一部分气态水凝结成液态水。
三、土的气相

• 土中的气体主要是空气和水气。
• 土中气体分为：
 与大气连通的自由气体
 与大气隔绝的封闭气泡

• 自由气体与大气连通，对土的性质无大影响；
• 密闭气体的体积与压力有关，压力增加，则体积缩小，压力减小，则体积胀大。密闭气体的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流通道，减小土的渗透性，对土的性质有一定的影响。

• 土的结构：指土粒的大小、形状、相互排列及其联结关系等形成的综合特征。

• 土的结构对土的工程性质影响很大，特别是粘性土，如某些灵敏性粘土在原状结构时具有一定的强度，当结构扰动或重塑时，强度就降低很多，甚至不能再成型。

土的构造
• 土的构造在一定的土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征。
 包括土层单元体的大小、形状、排列和相互关系等。
• 单元体的分界面称结构面或层面。
• 单元体的形状：层状、条带状、透镜状
• 界面形态：平直、波状起伏
• 单元体的大小：厚度和延伸长度表示。

土的构造
在土形成及变化过程中，与各种因素发生复杂的相互作用而形成的。
• 残积土—不存在层面，与下层呈渐变关系，没有明显的分界面；
• 洪积土—由山口到平原，层厚逐渐变小，且有透镜体出现；
• 冲积土—呈现“二元结构”，具有交错层、冲刷面、透镜体等；
• 湖积土—薄层状构造。
土的构造
 由于土层沉积时间长短不同，土层单元的厚薄不同。


• 互层状构造—土体厚度较大，且岩性不同的土层单元相互叠置
• 夹层构造—厚度较大的与较小的单层组成
• 纹层状构造—土体全部由厚度很小的土层组成
土的构造

• 巨粒土、粗粒土—原生构造
• 细粒土—原生构造+次生构造
• 次生构造：土层形成后经成壤作用形成的，主要有结核状、团块状。
• 因胀缩作用、新构造、卸荷作用产生不同的裂隙。

一、三相指标－三个基本试验指标
一、三相指标－三个基本试验指标
 土的孔隙比e和孔隙率n

 其它密度：干密度、饱和密度、浮密度


指标的换算

三、 无粘性土的密实度划分标准
（1）孔隙比e




• 优点：简单方便
• 缺点：无法反映土的级配因素

（2）相对密度Dr
 无黏性土的最大孔隙比与其天然孔隙比的差值和最大空隙比与最小孔隙比的差值之比



• 优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。
• 缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin的测定受人为的影响较大。


 


 土的界限含水量：土由一种含水状态过渡到另一状态时的含水量的分界值；又称阿太堡界限；
• 液限wL：土从流动状态向可塑状态过渡，或从可塑状态向流动状态过渡时的界限含水量；
• 塑限wp：土由可塑状态向有一定脆性的半固态过渡时的界限含水量；
• 缩限ws：土体固态和半固态的界限含水量。
注：液限、缩限概念清楚，但关于塑限没有精确的物理概念
 液限、塑限、缩限
 一、定义
 液限WL、塑限Wp（太沙基：土的孔隙中不含水，密切尔：土的变形没有体积或裂纹发生）、缩限Ws








 二、测定方法
 液塑限联合测定法



• 塑性指数（Ip）
 土处于可塑状态时，含水量变化范围的大小。
 该值越大，土的塑性就越大


第4节　土的工程分类
• 土按堆积年代分：老粘土、新近堆积粘土；

– 老粘土：第四纪更新纪（Ｑ３）及其以前堆积的土；堆积年代久，具有较高的强度和较低的压缩性；
– 新近堆积的粘土：Ｑ４第四纪全新世中近期沉积的土层，欠固结，强度低；



• 土颗粒级配分类
 根据土颗粒的形状、级配和塑性指数将土划分为：砂石类土、砂类土、粉土、黏性土。

 具体分类见p114-115 表5-5、5-6、5-7。

• 土的特殊性分类
黄土、红黏土、膨胀土、软土、盐渍土、多年冻土、填土






特征：

• 颜色为淡黄、褐黄和灰黄色；
• 以粉土颗粒为主（0.075-0.005mm），占60－70%；
• 富含碳酸钙，含量达10－30%；
• 孔隙多且大，孔隙度达33%-64%；
• 无层理，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡；
• 具有湿限性。


黄土的成因
• 风积黄土：分布在黄土高原平坦的顶部和山坡上，厚度大，质地均匀，无层理
• 坡积黄土：分布在山坡坡脚及斜坡上，厚度不均，基岩出露区常夹有基岩碎屑。
• 残积黄土：分布在基岩山地上部，由表层黄土及其岩石风化而成。
• 洪积黄土：分布在山前沟口地带，一般有不规则的层理，厚度不大。
• 冲积黄土：分布在大河的阶地上，阶地越高，黄土厚度越大，有明显层理。











膨胀土的防治措施

• 1）膨胀土地基的防治措施，常用的防治措施；
– 防水保湿措施：
 防止地表水下渗、土中水蒸发，保持地基湿度稳定，控制胀缩变形。
– 地基土改良措施；
消除或减少土的胀缩性能。
换土法：挖除膨胀土，换填砂、砾石等
压入石灰水法：化学作用生成碳酸钙，起到胶结土粒的作用
离子交换：钙离子与土粒表面的阳离子进行离子交换，使水膜变薄脱水，土的强度和抗水性提高。
• 2）膨胀土边坡变形措施
– 地表水防护：排水沟
– 坡面加固：植被防护