巖土工程師土力學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容總結(jié)

土的抗剪強(qiáng)度和特殊性土

一、內(nèi)容提要：

本講主要講述①土的抗剪強(qiáng)度、土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、庫侖定律、土的極限平衡條件、內(nèi)摩擦角、粘聚

力直剪試驗(yàn)及其適用條件、三軸試驗(yàn)、總應(yīng)力法、有效應(yīng)力法；②軟土、黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬

土、凍土、填土；

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)：

土的抗剪強(qiáng)度、土的極限平衡條件、三軸試驗(yàn)；各種特殊性土的工程特性

三、內(nèi)容講解：

第一節(jié)土的抗剪強(qiáng)度

土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪

應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)

生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞

是土體強(qiáng)度破壞的重要特點(diǎn)，因此，土的強(qiáng)度問題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)度問題。

【例題1】當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞，此時(shí)土產(chǎn)生

相對(duì)滑動(dòng)的方向?yàn)椋ǎ?/p>

B.沿港與3酢用方向相塞.的方向

C.插■與KS力fT用力向央（45*

2

D.也與3力ft用方向安一史）

2

答案：A

【例題2】土的強(qiáng)度問題實(shí)質(zhì)上是指土的（）問題。

A.抗壓強(qiáng)度

B.抗拉強(qiáng)度

C.抗剪強(qiáng)度

D.抗疲勞強(qiáng)度

答案：C

一、土的強(qiáng)度理論與強(qiáng)度指標(biāo)

（一）抗剪強(qiáng)度的庫侖定律

1776年，法國學(xué)者庫侖（C。AoCoulomb）提出了土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)形式:

丁/=c+btan0(15^7-1)

貳中。一土的坑第睚，％bTmm面上的即度力，kPa.

力，kPai

卜畜士i――啪城也匍*侖定律，它知昵ETRffib*FF,±tt杭&度與麗而上的法向座力之間呈?

線關(guān)第，其中％3靠無I他掂■強(qiáng)度精顯這T*關(guān)系丈回足TR工&的血E.是目斜耽Li

±i吐的抗n期睞達(dá)前中相明句座力龍?力6，為1的力弼艮據(jù)屆有敕廢力《,土中某點(diǎn)儂迪力。*.

:FmSLhy率<T="0啦力

(154-280$(15寸-2b)

麗&dfN為有購電助和有班初?厘廝奘稱為營效助抗11%度指限

【例題3】抗剪強(qiáng)度的庫侖公式為（）。

A.(/=(Ttan0

BL

C.ry-c+tan^>

D.

答案：B

（二）土的強(qiáng)度理論與極限平衡條件

1.土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

牘一1?單元上作閑暇的大、小主亶力分知為?r津丐，4MMm力學(xué)理法，叱土*單元內(nèi)與大主重力5專用1fWa

京的子面上的正理力b?ig蟻j,,可aN舫如下，

一！,+丐)+一(<T|—O^)cts2a

22

r-j(5-q)^aa

上逮筋也可用$一。坐標(biāo)第牛?&為(5一?〉》達(dá)幽雙色上紅，對(duì)的JM睢力■上一點(diǎn)的茹大小來蚌

2

MB15?"口之A點(diǎn).

B15-7-1土中廢力狀本

(<)單元體應(yīng)力I(6)?京成力?

M14］果一比單元上作月?圖大、小王鹿力6JN為q=1叫&.5731限率該單耐內(nèi)與5酢用面1ITft

的甲面上觸正成力bXllffi力r?

UNfrl新土中一點(diǎn)座力的次麟分析可知

<7--(,+?)<--(5—％)cw2(Z=-(180*120)+-(in-1?)co(3f-ITttpa

i*22

C--(5-q)*2(Z--(ia-!20>.W-I5lpti

2.摩爾一庫侖強(qiáng)度理論

在一定的壓力范圍內(nèi)，土的抗剪強(qiáng)度可用庫侖公式表示，當(dāng)土體中某點(diǎn)的任一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的

抗剪強(qiáng)度時(shí)，就認(rèn)為該點(diǎn)已發(fā)生剪切破壞，該點(diǎn)也即處于極限平衡狀態(tài)。土的這種強(qiáng)度理論稱為摩爾一

庫侖強(qiáng)度理論。

【例題5】當(dāng)土體中某點(diǎn)的任一平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，此強(qiáng)度

理論稱為（）。

A.摩爾強(qiáng)度理論

B.庫侖強(qiáng)度理論

C.摩爾一庫侖強(qiáng)度理論

D.太沙基理論

答案：C

3.土中應(yīng)力與土的平衡狀態(tài)

將抗剪強(qiáng)度包線與摩爾應(yīng)力圖畫在同一張坐標(biāo)圖上，觀察應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線之間的位置變化,

如圖15-7-2所示。隨著土中應(yīng)力狀態(tài)的改變,應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線之間的位置關(guān)系將發(fā)生三種變化情況,

土中也將出現(xiàn)相應(yīng)的三種平衡狀態(tài):

國15-7-2土中桎力與土的平衡狀態(tài)圖15-7-3土的掾限皿黃條村

1）當(dāng)整個(gè)摩爾應(yīng)力圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方時(shí)（圓D,表明通過該點(diǎn)的任意平面上的剪應(yīng)力都小于土

的抗剪強(qiáng)度，此時(shí)該點(diǎn)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生剪切破壞;

2）當(dāng)摩爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相切時(shí)（圓H）,表明在相切點(diǎn)所代表的平面上，剪應(yīng)力正好等于土的抗

剪強(qiáng)度，此時(shí)該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)，相應(yīng)的應(yīng)力圓稱為極限應(yīng)力圓。

3）當(dāng)摩爾應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線相割時(shí)（圓III），表明該點(diǎn)某些平面上的剪應(yīng)力已超過了土的抗剪強(qiáng)度,

此時(shí)該點(diǎn)已發(fā)生剪切破壞（由于此時(shí)地基應(yīng)力將發(fā)生重分布，事實(shí)上該應(yīng)力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)并不存

在）；

【例題6】根據(jù)圖15-7-2進(jìn)行分析，當(dāng)整個(gè)摩爾應(yīng)力圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方時(shí)（圓D時(shí)，表明土中

的某應(yīng)力點(diǎn)處于（）。

A.穩(wěn)定平衡狀態(tài)

B.極限平衡狀態(tài)

C.剪切破壞

答案：A

【例題7】隨著土中應(yīng)力狀態(tài)的改變，土中將出現(xiàn)三種平衡狀態(tài)，其中不包括（）。

A.穩(wěn)定平衡狀態(tài)

B.極限平衡狀態(tài)

C.剪切破壞

D.劈裂破壞

答案：D

4.土的極限平衡條件

根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包線之間的幾何關(guān)系，可以建立土中主應(yīng)力表示的土的極限平衡條件。設(shè)土

體中某點(diǎn)剪切破壞時(shí)的破裂面與大主應(yīng)力的作用面成a角，該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的摩爾圓與抗剪強(qiáng)

度包線相切于A點(diǎn)，如圖15-7-3所示。將抗剪強(qiáng)度線延長與軸相交于B點(diǎn)，由直角三角形ABOi可知:

AOj■■_■1"_1

面口?a^=>,因AO[=—(<Tj—)1BOj=C■aA(p+一

BO|22

可春7-----------―3--------

2C-cotflH-o^+a3

I痢fe關(guān)系，可由7＞式的平音條件?

5=%WU+y)?-2ciaK4S*+-J)(15^7-3)

或y—4S*-y5-2ct?<45*-y)

由直角三角彩ABOt外角與內(nèi)角的關(guān)系可如

2￡T=W+中

旅

皿庚，與大主fiUjOHT用畫即］浦切.

±1"曜平育條f恫哦網(wǎng).土制IVttlfWH不是發(fā)生在31座力J1a的作用而a=4戶上，面是發(fā)生在與大

短Attf廂1畫45?十制怖L

imSJ用土中迪力*本09土的墓配簾晦忤為().

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C.5=%F4S**》2cta0S**y)

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EV0±*中某點(diǎn).機(jī).如描咽跖的方向?yàn)椋?.

A■大11座力丁一謝麗面"=45?上

氏財(cái)前的，_的作用面々=45**-±

2

c導(dǎo)大王魔力■作用面V+乎平面上

D.與小主應(yīng)力勞作用面+。加怖上

?.C

5.土的極限平衡條件的應(yīng)用

出BfiVR口*韶糕的顆明上中就曲軍釀3,具怔方裱是主座力，及土的物RW條件雙1“與可睢

求十制HHS軍備狀旬備霰承■??大主用力5,加看《?*主用力5身+■?建平等條仲式E-7鄰電由H+

fMt丁則即《i狀&!慚呼受的震大主席力?，ASWtttU富G旃fBV可鐘列JM由1mWK.

(堵/<%/%>為附,±*中的&處于再定平機(jī)瞌，

信巧=5,或%="時(shí),土臨中兩班于《9R￥?狀蠡

g/AA/EqjV.aL+器中柒點(diǎn)處于■笫狀i&

im10]土樣也?用為拶=H,皿力為C=l8kfa土中大主應(yīng)力和個(gè)主座力分JN為“FOOkP^q=l20kPa.

語，諛土樣是雛SffilKTft狀都

UWrl座用土伯1UR平%M七可壽士崩處于《魄平看標(biāo)面大主電力,=加3咖麗座的小主座力氣計(jì)算假知

Vtarf(檸_%J4U-y)

=300X745*-11.5,)-2Xl8Xtafl(4r-11.5*)=ll7.APa

計(jì)1電果*蜩％>53r.可濕放土群處于?定E陵±]酬算也觸修實(shí)際?小主重力力計(jì)算%的方法彤亍.

采用應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線相互位置關(guān)系來評(píng)判的圖解法也可以得到相同的結(jié)果。

二、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)方法

1.直接剪切試驗(yàn)

直剪試驗(yàn)所使用的儀器稱為直剪儀，按加荷方式的不同，直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。

前者是以等速水平推動(dòng)試樣產(chǎn)生位移并測(cè)定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對(duì)試樣分級(jí)施加水平剪應(yīng)力，同時(shí)

測(cè)定相應(yīng)的位移。我國目前普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀，該儀器的主要部件由固定的上盒和活動(dòng)的

下盒組成，試樣放在盒內(nèi)上下兩塊透水石之間。試驗(yàn)時(shí)，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對(duì)試樣施加

某一法向應(yīng)力b,然后等速推動(dòng)下盒，使試樣在沿上下盒之間的水平面上受剪直至破壞，剪應(yīng)力：的

大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)測(cè)定。試驗(yàn)時(shí)對(duì)同一種土取3?4個(gè)試樣，分別在不同的法向應(yīng)力不剪

切破壞，可將試驗(yàn)結(jié)果繪制成抗剪強(qiáng)度『f與法向應(yīng)力。之間的關(guān)系。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于砂性

土，抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系是一條通過原點(diǎn)的直線，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角少；對(duì)

于粘性土，抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間也基本成直線關(guān)系，該直線與橫軸的夾角為內(nèi)摩擦角3,在縱軸

上的截距為粘聚力c,直線方程可用庫侖公式(15-7-1)表示。

(2)直剪試驗(yàn)方法

大量的試驗(yàn)和工程實(shí)踐都表明，土的抗剪強(qiáng)度是與土受力后的排水固結(jié)狀況有關(guān)，故測(cè)定強(qiáng)度指標(biāo)的試

驗(yàn)方法應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)的施工加荷條件一致。直剪試驗(yàn)由于其儀器構(gòu)造的局限無法做到任意控制試樣的排水條

件，為了在直剪試驗(yàn)中能盡量考慮實(shí)際工程中存在的不同固結(jié)排水條件，通常采用不同加荷速率的試驗(yàn)

方法來近似模擬土體在受剪時(shí)的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗(yàn)方法，即快剪、固結(jié)快

剪和慢剪。

1）快剪?？旒粼囼?yàn)是在對(duì)試樣施加豎向壓力后，立即以0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使

試樣剪切破壞。一般從加荷到土樣剪壞只用3?5分鐘。由于剪切速率較快，可認(rèn)為對(duì)于滲透系數(shù)小于

10%m/s的粘性土在剪切過程中試樣沒有排水固結(jié)，近似模擬了“不排水剪切”過程，得到的抗剪強(qiáng)度

指標(biāo)用J、%表示。

2）固結(jié)快剪。固結(jié)快剪是在對(duì)試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，再0.8mm/

min的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。固結(jié)快剪試驗(yàn)近似模擬了“固結(jié)不排水剪切”過

程，它也只適用于滲透系數(shù)小于10%m/s的粘性土，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用々表示。

3）慢剪。慢剪試樣是在對(duì)試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，以小于0.02mm

/min的剪切速率施加水平剪應(yīng)力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變

形，模擬了“固結(jié)排水剪切”過程，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用W表示。

⑶直剪試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

直剪試驗(yàn)具有設(shè)備簡(jiǎn)單，土樣制備及試驗(yàn)操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因而至今仍為國內(nèi)一般工程所廣泛使用。但

也存在不少缺點(diǎn)，主要有：

1）剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；

2）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，且豎向荷載會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)（上下盒的中軸線不重合），主應(yīng)力的大小及方向

都是變化的；

3）在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)仍按土樣的原截面積計(jì)算；

4）試驗(yàn)時(shí)不能嚴(yán)格控制排水條件，并且不能量測(cè)孔隙水壓力；

5）試驗(yàn)時(shí)上下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒，使試驗(yàn)結(jié)果偏大。

【例題11】下列各種試驗(yàn)方法中，不屬于直接剪切試驗(yàn)的是（）。

A.快剪

B.固結(jié)快剪

C.慢剪

D.不排水不固結(jié)剪

答案：D

【例題12］直剪試驗(yàn)中的快剪模擬的是（）。

A.不固結(jié)不排水剪

B.固結(jié)水排水剪

C.固結(jié)排水剪

答案：A

【例題13］下列關(guān)于直剪試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，不正確的是（）。

A.設(shè)備簡(jiǎn)單

B.土樣制備方便

C.試驗(yàn)操作方便

D.能量測(cè)孔隙水壓力

答案：D

2.三軸壓縮試驗(yàn)

（1）三軸壓縮試驗(yàn)的原理

三軸壓縮試驗(yàn)所使用的儀器是三軸壓縮儀（也稱三軸剪切儀），它主要由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、穩(wěn)壓調(diào)

壓系統(tǒng)以及量測(cè)系統(tǒng)等部分所組成。常規(guī)三軸試驗(yàn)一般按如下步驟進(jìn)行：

將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密閉的壓力室中，根據(jù)試驗(yàn)排水要求啟閉有關(guān)的閥門開關(guān)。

向壓力室內(nèi)注入氣壓或液壓，使試樣承受周圍壓力6作用，并使該周圍壓力在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變

通過活塞桿對(duì)樣施加豎向壓力，隨著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將因受剪而破壞。

根據(jù)三軸壓縮試驗(yàn)中測(cè)得的有關(guān)應(yīng)力數(shù)據(jù)，可整理計(jì)算出土樣的強(qiáng)度指標(biāo)：設(shè)剪切破壞時(shí)軸向加荷系統(tǒng)

加在試樣上的豎向壓應(yīng)力（稱為偏應(yīng)力）為

卜6?則試樣上的大主應(yīng)力為5=而小主應(yīng)力為。，據(jù)此可做一個(gè)極限應(yīng)力圓。

用同一種土樣的若干個(gè)試件（一般3?4個(gè)）分別在不同的周圍壓力石下進(jìn)行試驗(yàn)，可得一組極限應(yīng)力圓,

如圖15-7-4中的圓I、圓H和圓HI。做這些極限應(yīng)力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線，

由此便可求得土樣的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、。值。

■15*7-4三?武?*本"

（2）三軸試驗(yàn)方法

通過控制土樣在周圍壓力作用下固結(jié)條件和剪切時(shí)的排水條件，可形成如下三種三軸試驗(yàn)方法：

不固結(jié)不排水剪（UU試驗(yàn)）：試樣在施加周圍壓力和隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個(gè)試驗(yàn)過程中都不允許

排水，即從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不會(huì)消散。UU試驗(yàn)得到

的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用3。：表示，這種試驗(yàn)方法所對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程條件相當(dāng)于飽和軟粘土中快速加荷

時(shí)的應(yīng)力狀況。固結(jié)不排水剪（CU試驗(yàn)）：在施加周圍壓力6,時(shí)，將排水閥門打開，允許試樣充分排水,

待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，然后再施加偏應(yīng)力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。在剪切過程中，

試樣沒有任何體積變形。若要在受剪過程中量測(cè)孔隙水壓力，則要打開試樣與孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)間的

管路閥門。CU試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用X、9d表示，其適用的實(shí)際工程條件為一般正常固結(jié)土層

在工程竣工或在使用階段受到大量、快速的活荷載或新增荷載的作用下所對(duì)應(yīng)的受力情況，在實(shí)際工程

中經(jīng)常采用這種試驗(yàn)方法。固結(jié)排水剪（CD試驗(yàn)）：在施加周圍壓力及隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個(gè)

試驗(yàn)過程中都將排水閥門打開，并給予充分的時(shí)間讓試樣中的孔隙水壓力能夠完全消散。CD試驗(yàn)得到的

抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用中二表示。

【例題14］三軸試驗(yàn)方法中不包括（）。

A.不固結(jié)不排水剪

B.固結(jié)不排水剪

C.固結(jié)排水剪

D.固結(jié)快剪

答案：D

【例題15】某三軸試驗(yàn)在施加周圍壓力時(shí)，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉

排水閥門，然后再施加偏應(yīng)力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞，該試驗(yàn)方法為（）。

A.不固結(jié)不排水剪

B.固結(jié)不排水剪

C.固結(jié)排水剪

D.固結(jié)快剪

答案：B

【例題16】在飽和軟粘土地基上進(jìn)行快速土建施工，為模擬實(shí)際情況，在對(duì)土樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用

哪種方法（）。

A.不固結(jié)不排水剪

B.固結(jié)不排水剪

C.固結(jié)排水剪

D.固結(jié)快剪

答案：A

【例題17】如在進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)需測(cè)定孔隙水壓力，采用的試驗(yàn)方法為（）。

A.不固結(jié)不排水剪

B.固結(jié)不排水剪

C.固結(jié)排水剪

D.固結(jié)快剪

答案：B

(3)三軸試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

三軸試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠控制排水條件以及可以量測(cè)土樣中孔隙水壓力的變化。此外，三軸試驗(yàn)中試

樣的應(yīng)力狀態(tài)也比較明確，剪切破壞時(shí)的破裂面在試樣的最弱處，而不像直剪試驗(yàn)?zāi)菢酉薅ㄔ谏舷潞兄?/p>

間。一般來說，三軸試驗(yàn)的結(jié)果還是比較可靠的，因此，三軸壓縮儀是土工試驗(yàn)不可缺少的儀器設(shè)備，

三軸壓縮試驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是試驗(yàn)操作比較復(fù)雜，對(duì)試驗(yàn)人員的操作技術(shù)要求比較高。另外，常規(guī)三軸試

驗(yàn)中的試樣所受的力是軸對(duì)稱的，與工程實(shí)際中土體的受力情況不太相符，要滿足土樣在三向應(yīng)力條件

下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，就必須采用更為復(fù)雜的真三軸儀進(jìn)行試驗(yàn)。

3.抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法與指標(biāo)的選用

在實(shí)際工程中，地基條件與加荷情況不一定非常明確，如加荷速度的快慢、土層的厚薄、荷載大小以及

加荷過程等都沒有定量的界限值，而常規(guī)的直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)是在理想化的室內(nèi)試驗(yàn)條件下進(jìn)行，與

實(shí)際工程之間存在一定的差異。因此，在選用強(qiáng)度指標(biāo)前需要認(rèn)真分析實(shí)際工程的地基條件與加荷條件,

并結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)加以判斷，選用合適的試驗(yàn)方法與強(qiáng)度指標(biāo)。

(1)試驗(yàn)方法

相對(duì)于三軸試驗(yàn)而言，直剪試驗(yàn)的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，故目前在實(shí)際工程中使用比較普遍。然而，直

剪試驗(yàn)中只是用剪切速率的“快”與“慢”來模擬試驗(yàn)中的“不排水”和“排水”，對(duì)試驗(yàn)排水條件的

控制是很不嚴(yán)格的，因此在有條件的情況下應(yīng)盡量采用三軸試驗(yàn)方法。另外，《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB

/T50123—1999)規(guī)定直剪試驗(yàn)的固結(jié)快剪和快剪試驗(yàn)只適用于滲透系數(shù)小于10%m/s的粘土，對(duì)于其

他的土類，則不宜采用直剪試驗(yàn)方法。

【例題18］適用固結(jié)快剪或快剪試驗(yàn)進(jìn)行抗剪指標(biāo)測(cè)定的土類為()。

A.滲透系數(shù)小于106cm/s的粘土

B.滲透系數(shù)大于107cm/s的粘土

C.滲透系數(shù)小于108cm/s的粘土

D.滲透系數(shù)小于10%m/s的粘土

答案：A

(2)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)

用有效應(yīng)力法及相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，概念明確，指標(biāo)穩(wěn)定，是一種比較合理的分析方法，只要能比較準(zhǔn)

確地確定孔隙水壓力，則應(yīng)該推薦采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。當(dāng)土中的孔隙水壓力能通過實(shí)驗(yàn)、計(jì)算或其

他方法加以確定時(shí)，宜采用有效應(yīng)力法。有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)可用三軸排水剪成三軸固結(jié)不排水剪(測(cè)孔

隙水壓力)測(cè)定。

(3)不固結(jié)不排水剪指標(biāo)

土樣進(jìn)行不固結(jié)不排水剪切時(shí)，所施加的外力將全部由孔隙水壓力承擔(dān)，土樣完全保持初始的有效應(yīng)力

狀況，所測(cè)得的強(qiáng)度即為土的天然強(qiáng)度。在對(duì)可能發(fā)生快速加荷的正常固結(jié)粘性土上的路堤進(jìn)行短期穩(wěn)

定分析時(shí)，可采用不固結(jié)不排水的強(qiáng)度指標(biāo)；對(duì)于土層較厚、滲透性較小、施工速度較快工程的施工期

或竣工時(shí)，分析也可采用不固結(jié)不排水剪的強(qiáng)度指標(biāo)。

(4)固結(jié)不排水剪指標(biāo)

土樣進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)時(shí)，周圍固結(jié)壓力，將全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力而施加的偏應(yīng)力將產(chǎn)生孔隙水

壓力。在對(duì)土層較薄、滲透性較大、施工速度較慢的工程進(jìn)行分析時(shí)，可采用固結(jié)不排水剪的強(qiáng)度指標(biāo)。

【例題19］當(dāng)需采用有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對(duì)土樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用的方法為()。

A.不固結(jié)不排水剪

B.固結(jié)不排水剪

C.固結(jié)排水剪

D.固結(jié)快剪

答案：B

第二節(jié)特殊性土

由于成土環(huán)境的不同，會(huì)造成具有不同性質(zhì)的特殊性土。這些特殊性土在分布上都具有區(qū)域性的特點(diǎn)，

故也稱為區(qū)域性土或環(huán)境土。我國自然環(huán)境變化大，世界上幾種主要的特殊性土類在我國都有分布，包

括軟土、黃土、紅粘土、膨脹土、凍土、鹽漬土和填土

一、軟土

軟土是指分布于沿海的濱海相、三角洲相、溺谷相和內(nèi)陸平原或山區(qū)的河流相、湖泊相、沼澤相等主要

由細(xì)粒土組成的孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高（T>0.5Mpa）

和強(qiáng)度低的土層。多數(shù)軟土還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)性。工程實(shí)際中經(jīng)常遇到的軟土主要是淤泥和淤泥質(zhì)

±,包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等。

淤泥是指在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形成，天然含水量大于液限、天然孔隙比

e21.5的粘性土。淤泥質(zhì)土是在同樣的沉積條件下形成，但天然孔隙比符合1.0We〈L5的粘性土。當(dāng)

土的有機(jī)質(zhì)含量大于5%時(shí)則稱為有機(jī)質(zhì)土；大于60%時(shí)則稱為泥炭土。泥炭土是在潮濕和缺氧環(huán)境中

未經(jīng)充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機(jī)質(zhì)土，呈深褐色一黑色。其含水量極高，壓縮性很大，且

不均勻。

【例題20］軟弱土的工程特性有（）。

A.含水量高、孔隙比大；

B.壓縮模量值大；

C.滲透系數(shù)值大；

D.壓縮系數(shù)值大，靈敏度高。

答案：A、D

【例題21】當(dāng)土的有機(jī)質(zhì)含量大于60%時(shí)則稱為（）。

A.淤泥

B.淤泥質(zhì)土

C.機(jī)質(zhì)土

D.泥炭土

答案：D

二、黃土

黃土是我國地域分布最廣的一種特殊性土類，它是第四紀(jì)時(shí)期形成的一種特殊堆積物。其主要特征為：

顏色以黃為主，有灰黃、褐黃等；含有大量粉粒（0.075?0.005mm）,含量一般在55%以上；具有肉眼可

見的大孔隙，孔隙比在1.0左右；富含碳酸鹽類；無層理，垂直節(jié)理發(fā)育；具有濕陷性和易溶性、易沖

刷性等，對(duì)工程建設(shè)有其特殊的危害性。

（一）黃土的濕陷性及其評(píng)價(jià)

1.黃土濕陷的機(jī)理

濕陷性是黃土最主要的工程特性。所謂濕陷性就是黃土浸水后在外荷載或自重的作用下發(fā)生下沉的現(xiàn)

象。濕陷性黃土又可分為自重濕陷性和非自重濕陷性兩類。自重濕陷性黃土是指土層浸水后在土層自重

作用下也能發(fā)生濕陷的黃土。

黃土濕陷的機(jī)理通常認(rèn)為是由于黃土的結(jié)構(gòu)特性和膠結(jié)物質(zhì)的水理特性決定的。黃土是在干旱或半干旱

的氣候條件下形成的，可溶鹽逐漸濃縮沉淀而成為膠結(jié)物，這些因素增強(qiáng)了土粒之間抵抗滑移的能力，

阻止了土體的自重壓密。黃土受水浸濕時(shí)，結(jié)合水膜增厚楔入顆粒之間，可溶性鹽類溶解和軟化，骨架

強(qiáng)度降低，土體在上覆土層的自重壓力或附加壓力共同作用下土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，土?；虼罂紫?，粒

間孔隙減少，這就是黃土濕陷的機(jī)理。

黃土中膠結(jié)物的含量和成分以及顆粒的組成和分布，對(duì)于黃土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和濕陷性的強(qiáng)弱有著重要的

影響。膠結(jié)物含量大，粘粒含量多，黃土結(jié)構(gòu)則致密，濕陷性降低，并使力學(xué)性質(zhì)得到改善；反之，結(jié)

構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低、濕陷性強(qiáng)。此外，對(duì)于黃土中的鹽類，如以難溶的碳酸鈣為主，則濕陷性弱；若以

石膏及易溶鹽為主，則濕陷性強(qiáng)。

黃土的濕陷性還與孔隙比、含水率以及所受壓力的大小有關(guān)。天然孔隙比越大或天然含水率越小則濕陷

性越強(qiáng)。在天然孔隙比和含水率不變的情況下，壓力增大，黃土濕陷量也增加，但當(dāng)壓力超過某一數(shù)值

后，再增加壓力，濕陷量反而減少。

【例題22】下列關(guān)于黃土的濕陷性強(qiáng)弱的敘述，正確的是（）。

A.含水量越大孔隙比越小濕陷性越強(qiáng)

B.含水量越大孔隙比越大濕陷性越強(qiáng)

C.含水量越小孔隙比越小濕陷性越強(qiáng)

D.含水量越小孔隙比越大濕陷性越強(qiáng)

答案：D

【例題23】原始黃土的成因，是由（）形成的。

A.沖洪積

B.風(fēng)積

C.殘積

D.冰積

答案：B

2.黃土濕陷性評(píng)價(jià)

2M-?￡茶被%大小傳世的MB?NEfilMEnRffiK/Jp座與內(nèi)?中，土實(shí)際―的壓力相芻，■

取可建發(fā)生—9加甘的壓力.蹴我國CSffitt黃土JI咽現(xiàn)定該壓力自基??國膽lOtn內(nèi)的±8應(yīng)果

用200-lOtn以下的土3果用300人在這個(gè)壓力下，當(dāng)％6015時(shí)，TR￡知閑著在黃土i1期UH5時(shí)，

TR^?SK住黃土.搠9第第米可進(jìn)一步把鼻性黃培為三類，當(dāng)J.VLO3時(shí)為翡一性黃±1當(dāng)J.-Q03~a07

時(shí)為中■?住黃土，當(dāng)?_>&07時(shí)對(duì)&鼻住黃土.

【例題24］當(dāng)黃土的濕陷性系數(shù)」為（）可判斷該黃土為濕陷性黃土。

A.20.015

B.20.030

C.<0.015

D.>0.07

答案：A

（二）黃土地基的工程措施

濕陷性黃土地基的設(shè)計(jì)和施工，除了必須遵循一般的設(shè)計(jì)和施工原則外，還應(yīng)針對(duì)濕陷性特點(diǎn)，采用適

當(dāng)?shù)墓こ檀胧ㄒ韵氯齻€(gè)方面：①地基處理，以消除產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在原因；②防水和排水，以防

止產(chǎn)生引起濕陷的外界條件；③采取結(jié)構(gòu)措施，以改善建筑物對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性和抵抗的能力。

1.地基處理

濕陷性黃土地基處理的原理，主要是破壞濕陷性黃土的大孔隙結(jié)構(gòu)，以便全部或部分消除地基的濕陷性,

目前對(duì)于濕陷性黃土常用的地基處理方法詳見表15-8-1。

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2.防水措施

防水措施包括以下三方面：

1）場(chǎng)地防水措施

盡量選擇具有排水暢通或利于場(chǎng)地排水的地形條件，避開受洪水或水庫等可能引起地下水位上升的地

段，確保管道和貯水構(gòu)筑物不漏水，場(chǎng)地內(nèi)應(yīng)設(shè)排水溝等。

2）單體建筑物的防水措施

建筑物周圍必須設(shè)置具有一定寬度的混凝土散水，以便排泄屋面水。確保建筑物地面嚴(yán)密不漏水。室內(nèi)

的給水，排水管道應(yīng)盡量明裝，室外管道布置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物，檢漏管溝應(yīng)做好防水處理。

3）施工階段的防水措施

施工場(chǎng)地應(yīng)平整，做好臨時(shí)性防洪、排水措施。大型基坑開挖時(shí)應(yīng)防止地面水流入，坑底應(yīng)保持一定坡

度便于集水和排水。盡量縮短基坑暴露時(shí)間。

3.結(jié)構(gòu)措施

1）加強(qiáng)建筑物的整體性和空間剛度；

2）選擇適宜的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式；

3）加強(qiáng)砌體和構(gòu)件的剛度。

在濕陷性黃土地基的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)建筑物的類別，場(chǎng)地濕陷類型、結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn)，施工與維護(hù)

管理等條件結(jié)合確定。

三、膨脹土

（一）膨脹土的成因及其分布

膨脹土一般指粘粒成分主要由強(qiáng)親水性的蒙脫石和伊利石礦物組成，同時(shí)具有吸水膨脹和失水收縮兩種

性能的粘性土。膨脹土的成因環(huán)境主要為溫和濕潤且具備化學(xué)風(fēng)化的良好條件，在這種環(huán)境條件下，硅

酸鹽為主的礦物不斷分解，鈣被大量淋失，鉀離子被次生礦物吸收形成伊利石和伊利石一蒙脫石混合物

為主的粘性土。

膨脹土在我國分布廣泛，與其他土類不同的是，膨脹土主要呈島狀分布，根據(jù)現(xiàn)有資料，膨脹土在廣西、

云南、貴州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山東、陜西、江蘇和廣東等地均有不同范圍的分布，在

國外則主要分布在非洲和南亞地區(qū)。

【例題25】膨脹土主要呈（）分布。

A.島狀

B.片狀

C.塊狀

D.層狀

答案：A

【例題26】膨脹土的礦物成分以（）為主。

A.蒙脫石

B.伊利石

C.石膏

D.氧化亞鐵

答案：A、B

（二）膨脹土的工程特性及對(duì)工程的危害

膨脹土的工程特性主要表現(xiàn)在以下方面：

1.脹縮性

膨脹土吸水后體積膨脹，使其上的建筑物隆起，如果膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；膨脹土失水體積收縮，造

成土體開裂，并使其上的建筑物下沉。土中蒙脫石含量越多，其膨脹量和膨脹力也越大；土的初始含水

率越低，其膨脹量與膨脹力也越大；擊實(shí)膨脹土的膨脹性比原狀膨脹土大，密實(shí)越高，膨脹性也越大。

2.崩解性

膨脹土浸水后體積膨脹，發(fā)生崩解。強(qiáng)膨脹土浸水后幾分鐘即完全崩解；弱膨脹土則崩解緩慢且不完全。

3.多裂隙性

膨脹土中的裂隙，主要可分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土層分割成具有一定

幾何形狀的塊體，從而破壞了土體的完整性，容易造成邊坡的塌滑。

4.超固結(jié)性膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比小，密實(shí)度大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。

5.風(fēng)化特性

膨脹土受氣候因素影響很敏感，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞作用。基坑開挖后，在風(fēng)化作用下，土體很快會(huì)產(chǎn)生

破裂、剝落，從而造成土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。受大氣風(fēng)化作用影響的深度各地不完全一樣，云南、

四川、廣西地區(qū)約至地表下3?5m,其他地區(qū)2m左右。

6.強(qiáng)度衰減性

膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有峰值強(qiáng)度極高而殘余強(qiáng)度極低的特性。由于膨脹土的超固結(jié)

性，初期強(qiáng)度極高，現(xiàn)場(chǎng)開挖很困難，然而隨著脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用時(shí)間的增加，其抗剪強(qiáng)度又大幅度

衰減。在風(fēng)化帶以內(nèi)，濕脹干縮效應(yīng)顯著，經(jīng)過多次濕脹干縮循環(huán)以后，特別是粘聚力c大幅度下降，

而內(nèi)摩擦角變化不大，一般反復(fù)循環(huán)2?3次以后趨于穩(wěn)定。

膨脹土對(duì)工程造成的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.對(duì)建筑物的影響

膨脹土地基上易遭受破壞的大多為埋置較淺的低層建筑物，一般為三層以下的民房。房屋損壞具有季節(jié)

性和成群性兩大特點(diǎn)，房屋墻面角端的裂縫常表現(xiàn)為山墻上的對(duì)稱或不對(duì)稱的倒八字形縫，外縱墻下部

出現(xiàn)水平縫，墻體外側(cè)并有水平錯(cuò)動(dòng)，由于土體的脹縮交替，還會(huì)使墻體出現(xiàn)交叉裂縫。

2.對(duì)道路交通工程的影響

膨脹土地區(qū)的道路，由于路幅內(nèi)土基含水率的不均勻變化，從而引起不均勻收縮，并產(chǎn)生幅度很大的橫

向波浪形變形。雨季路面滲水，路基受水浸軟化，在行車荷載下形成泥漿，并沿路面的裂縫和伸縮縫濺

漿冒泥。

3.對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響

膨脹土地區(qū)的邊坡坡面最易受大氣風(fēng)化的作用。在干旱季節(jié)蒸發(fā)強(qiáng)烈，坡而剝落；雨季坡面沖蝕，沖蝕

溝深一般為0.1?0.5m,最大可達(dá)1.0m,坡面變得支離破碎。土體吸水飽和，在重力與滲透壓力作用下，

沿坡面向下產(chǎn)生塑流狀溜塌。當(dāng)雨季雨量集中時(shí)還會(huì)形成泥流，堵塞涵洞，淹埋路面，甚至引發(fā)出破壞

性很大的滑坡。

【例題27】某房屋墻面角端的裂縫為：山墻上的對(duì)稱或不對(duì)稱的倒八字形縫，外縱墻下部出現(xiàn)水平縫，

墻體外側(cè)并有水平錯(cuò)動(dòng)；試根據(jù)以上現(xiàn)象判斷該建筑物地基為（）地基。

A.黃土

B.填土

C.不均勻

D.膨脹土

答案：D

【例題28】膨脹土地區(qū)房屋損壞具有的特點(diǎn)為（）。

A.季節(jié)性

B.成群性

C.不確定性

D.高層較多

答案：A、B

（三）建筑施工注意事項(xiàng)

1.建筑規(guī)劃措施

1）正確選擇場(chǎng)地。當(dāng)?shù)匦纹教箷r(shí)應(yīng)避免大挖大填，坡度應(yīng)小于14°,并有可能設(shè)置低擋墻以防止土體溜

滑發(fā)生。

2）場(chǎng)地內(nèi)綠化布置。應(yīng)根據(jù)氣候條件，膨脹土條件等，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，種植草皮，并采用蒸發(fā)量小的樹

木綠化。

2.結(jié)構(gòu)措施

結(jié)構(gòu)措施的目的是要提高建筑物適應(yīng)地基變形的能力。方法主要有：設(shè)置圈梁或設(shè)置暗柱與圈梁形成框

架結(jié)構(gòu)，提高砌體強(qiáng)度，采用懸挑結(jié)構(gòu)等。

3.地基處理措施

1）用足地基強(qiáng)度，增大基底壓力；

2）采用換土、砂石墊層等措施，改良土性；

3）改變基礎(chǔ)形式，可采用樁基、墩基等。

4.消除局部熱源和水源的影響

四、紅粘土

（一）紅粘土的成因及其分布

紅粘土是碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)過更新世以來在濕熱的環(huán)境中，由巖變土一系列的紅土化作用，

形成并覆蓋于基巖上，呈棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。其液限險(xiǎn)一般大于50%,在垂直方向的濕度上

有上部小下部大的明顯變化規(guī)律，失水后有較大的收縮性，土中裂隙發(fā)育。所謂紅土化作用是碳酸鹽系

巖石在濕熱氣候環(huán)境條件下，逐漸由巖石演變成土的過程。已經(jīng)形成的紅粘土，經(jīng)后期水流搬運(yùn)，土中

成分相對(duì)調(diào)整，仍然保留著紅粘土的基本特征，其印一般大于45%,稱為次生紅土。

根據(jù)紅粘土的成土條件，這類土主要集中分布在我國長江以南，即北緯33°以南的地區(qū)，西起云貴高原,

經(jīng)四川盆地南緣、鄂西、湘西、廣西向東延伸到粵北、湘南、皖南、浙西等丘陵山地。

（二）紅粘土的工程特性

紅粘土的工程特性主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.高塑性和高孔隙比

紅粘土呈高分散性，粘粒含量高，粒間膠體氧化鐵具有較強(qiáng)的粘結(jié)力，并形成團(tuán)粒。因此反映出具有高

塑性的特征，特別是液限％比一般粘性土高，都在50%以上。由于團(tuán)粒結(jié)構(gòu)在形成過程中，造成總的孔

隙體積大，因此孔隙比常大于L0,它與黃土的不同在于單個(gè)孔隙體積很小，粘粒間膠結(jié)力強(qiáng)且非親水

性，故紅粘土無濕陷性，其壓縮性也低，力學(xué)性能好。紅粘土天然狀態(tài)飽和度大多在90%以上，使紅粘

土成為二相體系。所以紅粘土濕度狀態(tài)的指標(biāo)也同時(shí)反映了土的密實(shí)度狀態(tài)，含水率w和孔隙比e具有

良好的線性關(guān)系。

紅粘土雖然其力學(xué)性能隨深度而變?nèi)酰鳛樘烊坏鼗鶗r(shí)，對(duì)一般建筑物而言，其基底附加應(yīng)力隨深度

的衰弱幅度大于強(qiáng)度減小的幅度，因此在多數(shù)的情況下滿足了持力層也就滿足了對(duì)下臥層承載力驗(yàn)算的

要求。

2.土層的不均勻性

紅粘土厚度不均勻特性主要表現(xiàn)在以下兩方面：

1）母巖巖性和成土特性決定了紅粘土厚度不大。尤其在高原山區(qū)，分布零星，由于石灰?guī)r和白云巖巖溶

化強(qiáng)烈，巖面起伏大，形成許多石筍石芽，導(dǎo)致紅粘土厚度水平方向上變化大。常見水平相距1m,土層

厚度可相差5m或更多。

2）下伏碳酸鹽巖系地層中的巖溶發(fā)育，在地表水和地下巖溶水的單獨(dú)或聯(lián)合作用下，由于水的沖蝕、吸

蝕等作用，在紅粘土地層中可形成洞穴，稱為土洞。只要沖蝕吸蝕作用不停止，土洞可迅速發(fā)展擴(kuò)大。

由于這些洞體埋藏淺，在自重或外荷作用下，可演變?yōu)榈乇硭荨?/p>

3.土體結(jié)構(gòu)的裂隙性

自然狀態(tài)下的紅粘土呈致密狀態(tài)，五層理，表面受大氣影響呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)。當(dāng)失水后土體發(fā)生收縮,

土體中出現(xiàn)裂縫，接近地表的裂縫呈豎向開口狀，往深處逐漸減弱，呈網(wǎng)狀微裂隙且閉合。由于裂隙的

存在，土體整體性遭到破壞，總體強(qiáng)度大為減弱，止匕外，裂隙又促使深部失水，有些裂隙發(fā)展成為地裂。

【例題29】紅粘土的液限一般為（）。

A.>50%

B.>45%

C.>60%

D.>70%答案：A

五、鹽漬土

（一）鹽漬土的成因及其分布

當(dāng)土體中易溶鹽含量超過0.3%,這種土就稱為鹽漬土。鹽漬土的成因主要取決于鹽源、遷移和積聚這

三個(gè)方面。

1.鹽源

鹽漬土中鹽的來源主要有三種：第一是巖石在風(fēng)化過程中分離出少量的鹽；第二是海水侵入、倒灌等將

鹽滲入土中；第三是工業(yè)廢水或含鹽廢棄物，使土體中含鹽量增高。

2.鹽的遷移和積聚鹽的遷移積聚主要靠風(fēng)力或水流完成的。在沙漠干旱地區(qū)，大風(fēng)常將含鹽的土?；?/p>

鹽的晶體吹落到遠(yuǎn)處，積聚起來，使鹽重新分布。

水流是鹽類遷移和重新分布的主要因素。地表水和地下水在流動(dòng)過程中把所溶解的鹽分帶到低洼處，有

時(shí)形成大的鹽湖。在含鹽量（礦化度）很高的水流經(jīng)過的地區(qū)，如遇到干旱的氣候環(huán)境，由于強(qiáng)烈蒸發(fā)，

鹽類析出并積聚在土體中形成鹽漬土。在濱海地區(qū)，地下水中的鹽分，通過毛細(xì)作用，將下部的鹽輸送

到地表，由于地表的蒸發(fā)作用，將鹽分析出，形成鹽漬土。有些地區(qū)長期大量開采地下水，農(nóng)田灌溉不

當(dāng)，也會(huì)造成鹽分積聚。

鹽漬土在世界各地均有分布。我國的鹽漬土主要分布在西北干旱地區(qū)的新疆、青海、西藏北部、甘肅、

寧夏、內(nèi)蒙古等地勢(shì)低洼的盆地和平原中，其次分布在華北平原、松遼平原等地。另外在濱海地區(qū)的遼

東灣、渤海灣、萊州灣、杭州灣以及包括臺(tái)灣在內(nèi)的諸島嶼沿岸，也有相當(dāng)面積的鹽漬土存在。

有些鹽漬土中以含碳酸鈉或碳酸氫鈉為主，堿性較大，pH值一般為8?10.5,這種土稱為堿土，或堿性

鹽漬土，農(nóng)業(yè)上稱為蘇打土。這種土零星分布于我國東北的松遼平原以及華北的黃、淮、海河平原。

（二）鹽漬土地基的評(píng)價(jià)

對(duì)鹽漬土地基的評(píng)價(jià)，主要考慮鹽漬土地基的溶陷性、鹽脹性和腐蝕性三個(gè)方面。

1.溶陷性

天然狀態(tài)下鹽漬土在自重壓力或附加壓力下，受水浸濕時(shí)所產(chǎn)生的附加變形稱作鹽漬土的溶陷變形。根

據(jù)大量研究表明，只有干燥和稍濕的鹽漬土才具有溶陷性，且大多為自重溶陷。鹽漬土的溶陷性可以用

單一的有荷載作用時(shí)的溶陷系數(shù)來衡量。

2.鹽脹性

鹽漬土地基的鹽脹性一般可分為兩類，即結(jié)晶膨脹和非結(jié)晶膨脹。結(jié)晶膨脹是由于鹽漬土因溫度降低或

失去水分后，溶于孔隙水中的鹽濃縮并析出結(jié)晶所產(chǎn)生的體積膨脹。當(dāng)土中的硫酸鈉含量超過某一定值

（約2%）時(shí)，在低溫或含水率下降時(shí)，硫酸鈉發(fā)生結(jié)晶膨脹，對(duì)于無上覆壓力的地面或路基，膨脹高度

可達(dá)數(shù)十至幾百毫米，這成了鹽漬土地區(qū)的一個(gè)嚴(yán)重的工程問題。

非結(jié)晶膨脹是指由于鹽漬土中存在著大量吸附性陽離子，特別是低價(jià)的水化陽離子與粘土膠粒相互作

用，使擴(kuò)散層水膜厚度增大而引起土體膨脹。最具代表性的是碳酸鹽漬土，含水率增加時(shí)，土質(zhì)泥濘不

堪。

鹽漬土地基造成的破壞主要表現(xiàn)在，室內(nèi)外地坪、路面、路沿石、臺(tái)階、花壇，室外球場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)跑道等。

在進(jìn)行建設(shè)時(shí)，如果未受用有效的防膨脹措施，造成的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。

3.腐蝕性

鹽漬土的腐蝕性是一個(gè)十分復(fù)雜的問題。鹽漬土中含有大量的無機(jī)鹽，它使土具有明顯的腐蝕性，對(duì)建

筑物基礎(chǔ)和地下設(shè)施構(gòu)成一種嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境，影響其耐久性和安全使用。

（三）鹽漬土地區(qū)施工及防腐措施

在鹽漬土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，首先要注意提高建筑材料本身的防腐能力，如選用優(yōu)質(zhì)水泥，提高密實(shí)性,

增大保護(hù)層厚度，提高鋼筋的防腐能力等，同時(shí)還可采取在混凝土或磚石砌體表面做防水層和防腐涂層

等方法。防鹽類侵蝕的重點(diǎn)部位是在接近地面或地下水干濕交替區(qū)段。

此外，對(duì)攪拌混凝土或砂漿的用水和砂石料的含鹽量也必須嚴(yán)格控制，應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定。

【例題30】對(duì)鹽漬土地基的評(píng)價(jià)，主要考慮的幾個(gè)方面中不包括（）。

A.溶陷性

B.鹽脹性

C.腐蝕性

D.崩解性答案：D

六、凍土

（一）凍土的特征及分布凡溫度等于或低于攝氏零度，且含有固態(tài)冰的土稱為凍土。凍土按其凍結(jié)時(shí)間

長短可分為三類：瞬時(shí)凍土、季節(jié)性凍土和多年凍土。瞬時(shí)凍土，凍結(jié)時(shí)間小于一個(gè)月，一般為數(shù)天或

幾個(gè)小時(shí)（夜間凍結(jié)），凍結(jié)深度從幾毫米至幾十毫米。

季節(jié)凍土，凍結(jié)時(shí)間等于或大于一個(gè)月，凍結(jié)深度從幾十毫米至1?2m,它是每年冬季發(fā)生的周期性凍

土。

多年凍土，凍結(jié)時(shí)間連續(xù)二年或二年以上。

多年凍土在我國主要分布在青藏高原和東北大小興安嶺，在東部和西部地區(qū)一些高山頂部也有分布。多

年凍土占我國總面積的20%以上，占世界多年凍土總面積的10%。

（二）凍土的評(píng)價(jià)

我國多年凍土地區(qū)，建筑物基底融化深度約3m左右，所以對(duì)多年凍土融陷性分級(jí)評(píng)價(jià)也按3m考慮，根

據(jù)計(jì)算融陷量及融陷系數(shù)A。對(duì)凍土的融陷性分成5級(jí)：

I—少冰凍土（不融陷土）：為基巖以外最好的地基土，一般建筑物可不考慮凍融問題。

H一多冰凍土（弱融陷土）：為多年凍土中較良好的地基土，一般可直接作為建筑物的地基，當(dāng)最大融化

深度控制在3m以內(nèi)時(shí)，建筑物均未遭受明顯破壞。

IH—富冰凍土（中融陷土）：這類土不但有較大的融陷量和壓縮量，而且在冬天回凍時(shí)有較大的凍脹性,

作為地基，一般應(yīng)采取專門措施，如深基、保溫、防止基底融化等。

IV一飽冰凍土（強(qiáng)融陷土）：作為天然地基，由于融陷量大，常造成建筑物的嚴(yán)重破壞。這類土作為建筑

物地基，原則上不允許發(fā)生融化，宜采用保持凍結(jié)原則設(shè)計(jì)，或采用樁基、架空基礎(chǔ)等。

V—含土冰層（極融陷土）：這類土含有大量的冰，當(dāng)直接作為地基時(shí)，若發(fā)生融化將產(chǎn)生嚴(yán)重融陷，造

成建筑物極大破壞。如受長期荷載將產(chǎn)生流變作用，所以作為地基應(yīng)專門處理。

【例題31】多年凍土是指凍結(jié)持續(xù)時(shí)間為（）的土。

A.>1年

B.22年

C.23年

D.㈢5年答案：B

七、填土

填土是指由人類活動(dòng)而堆填的土層。填土的物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，

填土可分為素填土、雜填土和沖填土三類。各類填土可根據(jù)下列特征予以區(qū)別：

素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的填土，其中不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。按主

要組成物質(zhì)又可分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性素填土。經(jīng)分層壓實(shí)后則稱為壓實(shí)填

土。

雜填土是由含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。按其組成物質(zhì)成分可分為建筑垃圾土、

工業(yè)廢料土和生活垃圾土。

沖填土是由水力沖填泥沙形成的填土。

填土還可按其堆填時(shí)間（年代）分為老填土和新填土，對(duì)于粘土以10年為界而粉土以5年為界。

在工程建設(shè)中所遇到的填土變化較大。在舊城區(qū)，一般都保留有人類活動(dòng)的遺物或古建筑的碎磚瓦礫（俗

稱房渣土），其分布范圍可能很廣，也可能只限于堵塞的渠道、古井或古墓。位于鄉(xiāng)村農(nóng)田中的建設(shè)場(chǎng)

地表層多為素填土，而一般城市市區(qū)所遇到的填土往往是爐渣、建筑垃圾及生活垃圾等雜填土。

【例題32】對(duì)于以粘土為主的填土，當(dāng)其堆填時(shí)間超過（）時(shí)，可認(rèn)為已是老填土。

A.5年

B.10年

C.20年

D.50年

答案：B

【例題33】某種土以粉土為主，含有砂、粉質(zhì)粘土，局部夾雜少量的碎磚屑，則該土為（）。

A.粉土

B.雜填土

C.沖填土

D.素填土

答案：D

再悌五講土中應(yīng)力分布及計(jì)算和土的壓縮性與地基沉降

一、內(nèi)容提要：

本講主要講述

①土中應(yīng)力分布及計(jì)算部分包括土的自重應(yīng)力、基礎(chǔ)底面壓力、基底附加壓力、土中附加應(yīng)力；

②土的壓縮性與地基沉降部分包括壓縮試驗(yàn)、壓縮曲線、壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、壓縮模

量、載荷試驗(yàn)、變形模量、高壓固結(jié)試驗(yàn)、土的應(yīng)力歷史、先期固結(jié)壓力、超固結(jié)比正常固結(jié)土、超固

結(jié)土、欠固結(jié)土、沉降計(jì)算的彈性理論法、分層總和法、有效應(yīng)力原理、一維固結(jié)理論、固結(jié)系數(shù)、固

結(jié)度；

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)：

基底與土中自重應(yīng)力與附加應(yīng)力的計(jì)算、土的壓縮試驗(yàn)、利用分層總和法進(jìn)行地基變形計(jì)算、有效應(yīng)力

原理

三、內(nèi)容講解：

第一節(jié)土中應(yīng)力分布及計(jì)算

一、土中應(yīng)力

土中應(yīng)力指土體在自身重力、建筑物和構(gòu)筑物荷載，以及其他因素（如土中水的滲流、地震等）作用下，

土中產(chǎn)生應(yīng)力。土中應(yīng)力過大時(shí)，會(huì)使土體因強(qiáng)度不夠發(fā)生破壞，甚至使土體發(fā)生滑動(dòng)失去穩(wěn)定。止匕外，

土中應(yīng)力的增加會(huì)引起土體變形，使建筑物發(fā)生沉降，傾斜以及水平位移。

土是三相體，具有明顯的各向異性和非線性特征。為簡(jiǎn)便起見，目前計(jì)算土中應(yīng)力的方法仍采用彈性理

論公式，將地基土視作均勻的、連續(xù)的、各向同性的半無限體，這種假定同土體的實(shí)際情況有差別，但

其計(jì)算結(jié)果尚能滿足實(shí)際工程的要求。

土體中仟重點(diǎn)M箭應(yīng)力求蠢，可用—F六而小元休上的核力興衰示.若乘用音角坐標(biāo)系.口作用

在單元體上的三個(gè)法自岫（又稱王虎龍分量為4,外,大個(gè)第IS力分量為=

在土力學(xué)中，刪定法自應(yīng)力以壓應(yīng)力為正，拉虎力為金.孫堂力的正負(fù)號(hào)觀定是，當(dāng)算反力作

用面上的法向應(yīng)力方向與坐標(biāo)軸的正方向相同時(shí)，則剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)軸正方向一致時(shí)為正，反之為

負(fù)，若剪應(yīng)力作用面上的法向應(yīng)力方向與坐標(biāo)軸正方向相反時(shí)，則剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)軸正方向相反時(shí)

為正，反之為負(fù)。

二、土的自重應(yīng)力

由土體重力引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力，自重應(yīng)力一般是自土體形成之日起就產(chǎn)生于土中。

1.均質(zhì)土的自重應(yīng)力

土體在自身重力作用下任一豎直切面均是對(duì)稱面，切面上都不存在剪應(yīng)力。因此，在深度z處平面上，

土體因自身重力產(chǎn)生的豎向應(yīng)力，%（稱豎向自重應(yīng)力）等于單位面積上土柱體的重力W,如圖15-5-1

所示。在深度Z處土的自重應(yīng)力為:

(15-5-1)

式中〃一土的重度，kN/m3；F—土柱體的截面積，m2o

從公式（15-5-1）可知，自重應(yīng)力隨深度Z線性增加，呈三角形分布圖形。

2.成層地基土的自重應(yīng)力

地基土通常為成層土。當(dāng)?shù)鼗鶠槌蓪油馏w時(shí)，設(shè)各土層的厚度為近，重度為其,則在深度z處土的

自重應(yīng)力計(jì)算公式為：

n

%=「述1+「向+…+工叫=E/A（1552）

式中n—從天然地面到深度z處的土層數(shù)。

3.土層中有地下水時(shí)的自重應(yīng)力

當(dāng)計(jì)算地下水位以下土的自重應(yīng)力時(shí)，應(yīng)根據(jù)土的性質(zhì)確定是否需要考慮水的浮力作用。通常

認(rèn)為水下的砂性土是應(yīng)該考慮浮力作用的。粘性土則視其物理狀態(tài)而定，一般認(rèn)為，若水下的粘性土其

液性指數(shù)IL>1,則土處于流動(dòng)狀態(tài)，土顆粒之間存在著大量自由水，可認(rèn)為土體受到水浮力作用，若

OWO,則土處于固體狀態(tài)，土中自由水受到土顆粒間結(jié)合水膜的阻礙不能傳遞靜水壓力，故認(rèn)為土體不

受水的浮力作用，若土處于塑性狀態(tài)，土顆粒是否受到水的浮力作用就較難肯定，在工程實(shí)踐

中一般均按土體受到水浮力作用來考慮。若地下水位以下的土受到水的浮力作用，則水下部分土的重度

按有效重度,計(jì)算，其計(jì)算方法同成層土體情況。

4.水平向自重應(yīng)力

土的水平向自重應(yīng)力分，%可用下式計(jì)算

==Ko。智03-5-3)

式中K0一側(cè)壓力系數(shù)，也稱靜止土壓力系數(shù)。K0值可通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定。

【例題1】某土層及其物理性質(zhì)指標(biāo)如圖15-5-2所示，地下水位在地表下1.0m,計(jì)算土中a、b、c、d

各點(diǎn)處的自重應(yīng)力。

■1M*1

【解析】第I層；a點(diǎn)：s=Omo.=OkPa；

b品z=lnuo.=18.6Xl=18.6kPa

c點(diǎn)：Zr?nbG.=18.6X1K18.8-10)Xl=18.6i-8.8=e7.4kPa

第2層：d點(diǎn)：z=5m,cr.=18.6X1+(1&8-IO)X14<18.4-10)X3=l8.?l-8.8+25M2.6kPa

土層中的自血力%分布，如圖15-5-2所示.

三、基礎(chǔ)底面壓力

建筑物荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基的壓力稱基底壓力，又稱地基反力。

(一)地基反力分布

基底地基反力的分布規(guī)律主要取決于基礎(chǔ)的剛度和地基的變形條件。對(duì)柔性基礎(chǔ)，地基反力分布與上部

荷載分布基本相同，而基礎(chǔ)底面的沉降分布則是中央大而邊緣小，如由土筑成的路堤，其自重引起的地

基反力分布與路堤斷面形狀相同。對(duì)剛性基礎(chǔ)(如箱形基礎(chǔ)或高爐基礎(chǔ)等)，在外荷載作用下，基礎(chǔ)底面

基本保持平面，即基礎(chǔ)各點(diǎn)的沉降幾乎是相同的，但基礎(chǔ)底面的地基反力分布則不同于上部荷載的分布

情況。剛性基礎(chǔ)在中心荷載作用下，開始的地基反力呈馬鞍形分布；荷載較大時(shí)，邊緣地基土產(chǎn)生塑性

變形，邊緣地基反力不再增加，使地基反力重新分布而呈拋物線分布，若外荷載繼續(xù)增大，則地基反力

會(huì)繼續(xù)發(fā)展呈鐘形分布。

【例題2】基底地基反力的分布規(guī)律與下列哪些因素有關(guān)（）。

A.基礎(chǔ)的剛度B.地基的變形條件C.上部荷載大小D.基礎(chǔ)面積大小

答案：A、B

【例題3】剛性基礎(chǔ)在中心荷載作用下，開始的地基反力呈（）分布。

A.馬鞍形B.矩形C.三角形D.梯形答案：A

（二）地基反力的簡(jiǎn)化計(jì)算

實(shí)用上，通常將地基反力假設(shè)為線性分布情況按下列公式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：

地基平均反

力

一，+G

(15-5-44)

--------土—(t5-5-4b)

地基邊緣最大與最小反力AW

式中

F一作用在基礎(chǔ)頂面通過基底形心的豎向荷載，kN；

G一基礎(chǔ)及其臺(tái)階上填土的總重，kN,G=/GAd,其中幾為基礎(chǔ)和填土的平均重度，一般?。?20kN

/m3,地下水位以下取有效重度，d為基礎(chǔ)埋置深度;

M—作用在基礎(chǔ)底面的力矩，M=（F+G）,e,e為偏心距;

W一基礎(chǔ)底面的抗彎截面模量，W=~6",1、b為基底平面的長邊與短邊尺寸。

F4-G

P

將W的表達(dá)式代入（15-5-4b）式得lb

【例題4】某矩形基礎(chǔ)底面尺寸為3niX6m,上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的荷載為1800KN,基礎(chǔ)埋深為自然地

坪下1.5m,自地表至以下5.0m均為粉質(zhì)粘土，土的天然重度為，=18.6KN/m3,飽和重度為了皿=

20.lKN/m3,地下水位在自然地坪下3.0m,試確定:

1、地表下5m處土的自重應(yīng)力值為（)O

A.93kpaB.96kpaC.78.IkpaD.76kpa答案：D

［解析］也=18.6X3+（20.1-10）X2=76kpa,故答案為D。

TH

2、按軸心荷載考慮，地基的平均反力為（）。

A.lOOkpaB.30kpaC.