本书按照“项目导向、任务驱动”的要求来组织内容,将基本理论融入工程实践中,从而让学生更有效地掌握相关知识。
全书内容由11个教学项目组成,分别为土的物理与工程性质的认识、土中应力计算、地基变形的计算、土的抗剪强度与地基承载力的确定、土压力与土坡稳定、岩土工程勘察、天然地基浅基础的设计、桩基础设计、基坑工程、地基处理及特殊土地基。为了方便读者的学习,本书每个任务还包括相应的任务小结、拓展练习题。
为了方便教学,本书还配有教学课件等教学资源包,任课教师和学生可以登录“我们爱读书”网(www.ibook4us.com)免费注册并浏览,或者发邮件至husttujian@163.com免费索取。
本书的内容简洁扼要、实用性强,突出高职高专特色,注重反映地基基础领域的新标准、新规范及推广应用新技术、新工艺。本书可作为高职高专、成人高校及本科院校举办的二级职业技术学院的土建类房屋建筑工程专业的专业基础课程教材,也可作为各高校土建类相关专业的课程教材,同时可供土建类专业勘察、设计和施工技术人员参考使用。

土是岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒,经过不同方式的搬运,在各种自然环境中生成的沉积物。它是由作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体组成。因此,土是由颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)所组成的三相体系。不同土的颗粒大小和矿物成分差异很大,三相间的数量比例也各不相同,土的结构与构造也有多种类型。

土的物理性质,如轻重、松密、干湿、软硬等在一定程度上决定了土的力学性质,它是土的基本的工程特性。土的物理性质则是由三相组成物质的性质、相对含量以及土的结构构造等因素决定。在进行土力学计算及处理地基基础问题时,不仅要知道土的物理性质特征及其变化规律,了解各类土的特性,还必须熟练掌握反映土的三相组成比例和状态的各指标的定义、测定方法和指标间存在的换算关系,熟悉按有关特征及指标对地基土进行工程分类及初步判定土体的工程性质。

本项目主要介绍土的成因、土的三相组成、土的物理性质及指标换算、无黏性土和黏性土的物理状态指标及土的工程分类等内容。这些内容的学习是土力学所必需的基本知识,也是评价土的工程性质、分析与解决土的工程技术问题的基础。




任务土的认识




一、 任务介绍


土是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的大小悬殊的颗粒,是覆盖在地表碎散的、没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。在漫长的地质年代中,地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而破碎,在各种内力和外力的作用下,在各种不同的自然环境中堆积下来形成土。堆积下来的土在长期的地质年代中发生复杂的物理化学变化,经压密固结、胶结硬化,终又形成岩石。工程上遇到的土大多数是第四纪沉积物,是土力学研究的主要对象。土是由固体颗粒、水和空气所组成的三相体系。本任务主要介绍土的成因类型、土的颗粒组成、矿物成分和结构构造等知识,这些是从质的方面了解土的性质的依据。





二、 理论知识

1. 土的成因

1) 风化作用

岩石在其存在、搬运和沉积的各个过程中都在不断风化。岩石风化后变成粒状的物质,导致强度降低,透水性增强。风化作用根据其性质和影响因素的不同,可分为物理风化、化学风化和生物风化三种类型。它们经常是同时进行又相互加剧发展的进程。

(1) 物理风化。

长期暴露在大气中的岩石由于受到温度、湿度变化等各种气候因素的影响,体积经常膨胀、收缩,从而逐渐崩解、破裂,或者在运动过程中因为碰撞和摩擦而破碎,形成大小和形状各异的碎块,这个过程称为物理风化。物理风化的过程仅使岩石机械破碎,**于体积大小和形状的改变,其化学成分并没有发生变化。风化产物的矿物成分与母岩相同,称为原生矿物,如石英、长石和云母等。砂、砾石和其他粗粒土即无黏性土就是物理风化的产物。

(2) 化学风化。

地表岩石在水溶液、氧气、二氧化碳以及有机物、微生物的化学作用或生物化学作用下引起的破坏过程称为化学风化。它不仅破坏岩石的结构,而且使其化学成分改变,从而形成与原来岩石颗粒成分不同的新的矿物,称为次生矿物。化学风化所形成的细粒土之间具有黏结能力,该产物为黏土矿物,如蒙脱石、伊利石和高岭石等,通常称为黏性土。化学风化主要有氧化、水化、水解、溶解和碳酸化等作用。

(3) 生物风化。

生物活动过程中对岩石产生的破坏过程称为生物风化。如穴居地下的蚯蚓的活动、树根生长时施加给周围岩石的压力、鼠类活动等都可以引起岩石的机械破碎。生长在岩石表面的细菌、苔藓类植物分泌的有机酸溶液可产生化学作用,分解岩石的成分,促使岩石发生变化。

2) 土的沉积

土在地表分布极广,成因类型也很复杂。不同成因类型的沉淀物,各具有一定的分布规律、地形形态及工程性质,下面简单介绍几种主要类型。

(1) 残积物。

残积物是残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物,如图11所示。其分布主要受地形的控制,如在宽广的分水岭地带及平缓的山坡,残积土较厚。残积土与基岩之间没有明显的界线,一般分布规律为,上部残积土、中部风化带、下部新鲜岩石。

残积物的主要工程特性:①颗粒矿物成分与下卧基岩相同;②厚度变化大,均匀性差;③孔隙大,易透水和产生不均匀沉降。

(2) 坡积物。

坡积物是指由于雨雪水流的地质作用将高处岩石的风化产物缓慢地冲刷、剥蚀或由于重力的作用,顺着斜坡向下逐渐移动,沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物,如图12所示。

坡积物的工程性质特征:①颗粒随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选现象;②颗粒成分与坡上的残积土基本一致,与下卧基岩没有直接关系,这是它与残积物明显的区别;③组成物质粗细颗粒混杂,土质不均匀,并且其厚度变化很大(上部有时不足一米,下部可达几十米),尤其是新近堆积的坡积物,土质疏松,压缩性较高;④由于坡积物形成于山坡,常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动。


图11残积物示意图



图12坡积物示意图

(3) 洪积物。

碎屑物质经暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流挟带在山沟的出口处或山前倾斜平原堆积形成的洪积土体称为洪积物。山洪携带的大量碎屑物质流出沟谷口后,因水流流速骤减而呈扇形的沉积体,称为洪积扇,如图13所示。

洪积物的工程特征:①具有分选性;②常具有不规则的交替层理构造,并具有夹层、尖灭或透镜体等构造;③近山前的洪积物具有较高的承载力,压缩性低;④远山地带的洪积物颗粒较细,成分较均匀,厚度较大。


图13洪积物示意图

(4) 冲积物。

河流两岸的基岩及其上部覆盖的松散物质,被河流流水剥蚀后,经搬运、沉积于河道坡度较平缓的地带而形成的沉积物称为冲积物。冲积物的特点是具有明显的层理结构,经过长距离的搬运过程,颗粒磨圆度好。随着从上游到下游的流速逐渐减慢,冲积物具有明显的由粗到细的分选现象,常形成砂层和黏性土层交叠的地层。

冲积物的工程特征:①分布在河床、冲积扇、冲积平原或三角洲中,冲积层的成分非常复杂,河流汇水面积内的所有岩石和土都能成为该河流冲积层的物质来源;②分选性好、层理明显、磨圆度高;③分布广,表面坡度比较平缓,多数大、中城市都坐落在冲积层上;④冲积层中的砂、卵石、砾石层常被选用为建筑材料。

(5) 其他沉积物。

除了上述几种成因类型的沉积物外,还有海洋沉积物、湖泊沉积物、冰川沉积物、海陆交互相沉积物和风积物等,它们分别是由海洋、湖泊、冰川及风化的地质作用而形成。

湖浪冲蚀湖岸而形成的碎屑物质在湖内或湖心沉积下来而形成湖相沉积物。在靠近湖岸地段沉积下来的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土。远岸或湖心沉积下来的则是细砂或黏土,因此,近岸地区土的强度较高,而湖心差。

项目1土的物理与工程性质的认识()
任务1土的认识()
任务2土的物理性质()
任务3土的工程分类()

项目2土中应力的计算()
任务1土中自重应力()
任务2基底压力()
任务3土中附加应力()

项目3地基变形的计算()
任务1土的压缩性()
任务2地基*终变形计算()
任务3地基变形与时间的关系()

项目4土的抗剪强度与地基承载力的确定()
任务1土的抗剪强度与极限平衡理论()
任务2土的剪切试验()
任务3地基承载力的确定()

项目5土压力与土坡稳定()
任务1土压力的种类及计算()
任务2挡土墙设计()
任务3土坡稳定分析()

项目6岩土工程勘察()
任务1岩土工程勘察的基本知识()
任务2岩土工程勘察报告的阅读()
任务3验槽()

项目7天然地基浅基础的设计()
任务1浅基础的类型及选择()
任务2浅基础设计的基本内容()
任务3浅基础设计及计算()
任务4减轻建筑物不均匀沉降危害的措施()

项目8桩基础设计()
任务1桩基础概要()
任务2桩基竖向承载力的确定()
任务3桩基础设计()

项目9地基处理()
任务1换填法()
任务2预压法()
任务3强夯法()
任务4挤密桩法()

项目10特殊土地基()
任务1湿陷性黄土地基()
任务2膨胀土地基()
任务3软土地基()
任务4山区地基及红黏土地基()

参考文献()

全书内容由11个教学项目组成,分别为土的物理与工程性质的认识、土中应力计算、地基变形的计算、土的抗剪强度与地基承载力的确定、土压力与土坡稳定、岩土工程勘察、天然地基浅基础的设计、桩基础设计、基坑工程、地基处理及特殊土地基。为了方便读者的学习,本书每个任务还包括相应的任务小结、拓展练习题。本书的内容简洁扼要、实用性强,突出高职高专特色,注重反映地基基础领域的新标准、新规范及推广应用新技术、新工艺。