土力學與地基基礎復試
一、緒論
1.1 土力學、地基及基礎的概念
1. 土：土是連續、堅固的巖石經風化、剝蝕、搬運、沉積而形成的散粒堆積物。
2. 地基：地基是指支撐基礎的土體或巖體。（地基由地層構成，但地層不一定是地基，地基是受土木工程影響的地層）
3. 基礎：基礎是指墻、柱地面下的延伸擴大部分，其作用是將結構承受的各種作用傳遞到地基上的結構組成部分。（基礎可以分為淺基礎和深基礎）
4. 持力層：持力層是指埋置基礎，直接支撐基礎的土層。
5. 下臥層：下臥層是指臥在持力層下方的土層。（軟弱下臥層的強度遠遠小于持力層的強度）。
6. 基礎工程：地基與基礎是建筑物的根本，統稱為基礎工程。
7. 土的工程性質：土的散粒性、滲透性、壓縮性、整體強度（連接強度）弱。
8. 地基與基礎設計必須滿足的條件：①強度條件（按承載力極限狀態設計）：即結構傳來的荷載不超過結構的承載能力 pf；②變形條件：按正常使用極限狀態設計，即控制基礎沉降的范圍使之不超過地基變形的允許值 s
二、土的性質及工程分類
2.1 概述
土的三相組成：土體一般由固相（固體顆粒）、液相（土中水）、氣相（氣體）三部分組成，簡稱為三相體系。
2.2 土的三相組成及土的結構
（一）土的固體顆粒物質分為無機礦物顆粒和有機質。礦物顆粒的成分有兩大類：
（1）原生礦物：即巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。
（2）次生礦物：系原生礦物經化學風化作用后而形成的新的礦物（如
粘土礦物）。它們的顆粒細小，呈片狀，是粘性土固相的主要成分。次生礦物中粘性礦物對土的工程性質影響最大 —— 親水性。
粘土礦物主要包括：高嶺石、蒙脫石、伊利石。蒙脫石,它的晶胞是由兩層硅氧晶片之間的夾一層鋁氫氧晶片所組成稱為2:1型結構單位層或三層型晶胞。它的親水性特強工程性質差。伊利石它的工程性質介于蒙脫石與高嶺石之間。高嶺石，它是由一層硅氧晶片和一層鋁氫氧晶片組成的晶胞，屬于1:1型結構單位層或者兩層。它的親水性、膨脹性和收縮性均小于伊利石，更小于蒙脫石，遇水穩定，工程性質好。
土粒的大小稱為粒度。在工程性質中，粒度不同、礦物成分不同，土的工程性質也就不同。工程上常把大小、性質相近的土粒合并為一組，稱為粒組。而劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。土粒粒組先粗分為巨粒、粗粒和細粒三個統稱，再細分為六個粒組：漂石（塊石）、卵石（碎石）、礫粒、砂粒、粉粒和黏粒。
土中所含各粒組的相對含量，以土粒總重的百分數表示，稱為土的顆粒級配。土的級配曲線的縱坐標表示小于某土粒的累計質量百分比，橫坐標則是用對數值表示土的粒徑。由曲線形態可評定土顆粒大小的均勻程度。若曲線平緩則粒徑大小相差懸殊，顆粒不均勻，級配良好；反之，則顆粒均勻，級配不良。
d10—小于某粒徑的土粒質量總土質量10%的粒徑，稱為有效粒徑；
d30—小于某粒徑的土粒質量總土質量30%的粒徑，稱為中值粒徑；
d60—小于某粒徑的土顆粒質量占總質量的60%的粒徑，稱限定粒徑。 工程上對土的級配是否良好可按如下規定判斷
① 對于級配連續的土: Cu5，級配良好；Cu5，級配不良。
② 對于級配不連續的土，級配曲線上呈臺階狀，采用單一指標Cu難以全面有效地判斷土的級配好壞，需同時滿足Cu5和Cu13兩個條件時，才為級配良好，反之級配不良。
確定土中各個粒組相對含量的方法稱為土的顆粒分析試驗
① 篩分法（對于粒徑大于0.075mm的粗粒土）
② 沉降分析法（對于粒徑小于0.075mm的細粒土）有密度計法和移液管法
（二）土中水按存在形式分為液態水、固態水和氣態水。固態水又稱為內部晶格水或內部結合水，是指存在于土粒礦物晶體格架內部或是參與礦物構造的水；土中的液體水分為結合水和自由水（有重力水和結合水兩類）。結合水是受電分子作用吸附于土粒表面成薄膜狀的水。它又可以細分為強結合水和弱結合水（弱結合水的水膜厚度對工程性質影響很大）。自由水是存在于土粒表面電場影響范圍以外的土中水。自由水按所受作用力的不同可以分為重力水和毛細水。重力水是存在于地下水位以下、土顆粒電分子引力范圍以外的水。毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力的作用、存在于地下水位以上的透水層中的'自由水。若毛細水上升至地表，會引起土質鹽漬化、沼澤化，而且會使地基潤濕，強度降低，變形增大。在寒冷地區還會促使土的凍脹，地下室會過分潮濕，故在工程中要注意防潮、防凍。
（三）土中氣體存在于空隙中未被水占據的部分。封閉氣體對土的工程性質影響較大。
土的結構是指土顆粒或集合體的大小和形狀、表面特征排、列形式以及它們之間的連接特征，而構造是指土層的層理、裂隙和大空隙等宏觀特征，亦稱為宏觀結構。土的結構和構造對土的性質影響很大，一般分為單粒結構、蜂窩結構及絮凝結構三種基本類型。單粒結構——無粘性土特有的結構，形成原因為顆粒大、靠自重、引力小，單粒結構可以是疏松的，可以是緊密的。緊密狀單粒結構的土是較為良好的天然地基。疏松單粒結構的土如未經處理一般不宜作為建筑物的地基。聯結結構——粘性土特有的結構，形成原因是顆粒小、靠聯合、引力大、有連結。類型有蜂窩結構（粉粒0.0750.005）和絮凝結構（粘粒0.075）。絮凝沉積形成的土在結構上是極不穩定的，隨著溶液性質的改變或震蕩后可重新分散。
土的構造最主要的特征就是層理性，即層理構造。
2.3土的物理性質指標
土的九個物理性質指標（其中有三個基本指標）
A、三個基本指標
①土的天然密度ds：土體單位體積的質量。
②土的含水量w：土中水的質量與土粒質量之比。 mw100% msmv
③土粒相對密度：土的固體顆粒質量與同體積4°C
時純水的質量之比。 dsms1s vsw1w1，等于1 g/cm3或1 t/m3。 wl—純水在40C的密度（單位體積的質量）
ds可在實驗室采用“比重瓶法”測定。
B、反映土單位體積質量（或重力）的指標
①土的干密度d：土單位體積中固體顆粒部分的質量，稱為土的干密度，并以d表示，
dms v
②土的飽和密度w： 土孔隙中充滿水時單位體積質量。一般在1.8～2.3范圍內。
③土的有效密度（或浮密度）：地下水位以下，單位體積中土粒的質量扣除同體積的水的質量后，即單位土體積中土粒的有效質量。
C、反映土孔隙特征、含水程度的指標
①土的孔隙比e（用小數表示）：土中孔隙體積與土粒體積之比，稱為土的孔隙比e 。
eVv VS
②土的孔隙率n：土中孔隙比于總體積的比值（用百分數表示）稱為土的孔隙率n 。
eVw100% Vv
孔隙比和孔隙率都是反映土體密實程度的重要物理指標。一般e﹤0.6的土是密實的，土的壓縮性小;e﹥1.0的土是疏松的壓縮性高。
③土的飽和度Sr（反映土潮濕程度的物理性質的指標）
土中水的體積與空隙體積之比稱為土的飽和度，以百分率計。
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