概述

( 1 )地球上但凡人類居住、生活和工作及與之相關的一切建筑物均建造在地殼的表層 ― 地基上，“空中樓閣”是不存在的。因此，以地基土為研究對象的這門課程 ― 地基與基礎在土木工程中占據重要地位。

( 2 )建筑物的全部荷載都由它下面的地層來承擔，受建筑物影響的那一部分地層稱為地基;建筑物向地基傳遞荷載的下部結構就是基礎。以最常見的房屋建筑為例，荷載的傳遞方式為：

建筑物上部結構→基礎→地基，如圖 9-1 所示。

( 3 )組成地層的土或巖石是自然界的產物。它的形成過程、物質成分、工程特性及其所處的自然環境極為復雜多變。因此，在設計建筑物之前，必須進行建筑物場地的地基勘察，對場地的工程地質條件作出正確的評價。

( 4 )建筑物的建造使地基中原有的應力狀態發生變化。這就必須運用力學方法來研究荷載作用下地基土的變形和強度問題。一般來講，地基基礎設計應該滿足兩個基本條件：

1 )要求作用于地基的荷載不超過地基的承載能力，保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲備;

2 )控制基礎沉降使之不超過允許值，保證建筑物不因地基沉降而損壞或者影響其正常使用。

( 5 )基礎結構的型式很多。設計時應該選擇能適應上部結構和場地工程地質條件、符合使用要求、滿足地基基礎設計兩項基本要求以及技術上合理的基礎結構方案。通常把埋置深度不大(一般淺于5m )的基礎統稱為淺基礎(各種單獨的和連續的基礎)。反之，淺層土質不良，而須把基礎埋置于深處的好地層時，就要借助于特殊的施工方法，建造各種類型的深基礎了。選定適宜的基礎型式后，地基不加處理就可以滿足要求的，稱為天然地基，否則，就叫做人工地基。

( 6 )地基和基礎是建筑物的根本，又屬于地下隱蔽工程。它的勘察、設計和施工質量直接關系著建筑物的安危。實踐表明，建筑物事故的發生，很多與地基基礎問題有關，而且，地基基礎事故一旦發生，補救并非容易。此外，基礎工程費用與建筑物總造價的比例，視其復雜程度和設計、施工的合理與否，可以變動于百分之幾到幾十之間。因此，地基及基礎在建筑工程中的重要性是顯而易見的。

第二節土的物理性質及分類

一、概述

土作為建筑物地基的主體，顯然是土力學研究的主要對象。土是巖石風化后的產物，是巖石經過風化、剝蝕作用等而形成的碎散顆粒的集合體。

土既然是散碎顆粒的集合體，顆粒間必然存在著孔隙，而孔隙也必然包含著水或空氣。因此，土是由土顆粒(固相)、水(液相)和空氣(氣相)組成的三相體。

二、土的成因與組成

1 .形成作用與成因類型嚴格地說，土是由地質作用而生成的。

地質作用——導致地殼( 30~80km )成分變化和構造變化的作用。是土的生成的根本原因和動力。

地質年代 ― 地殼發展歷史與地殼運動、沉積環境及生物演化相應的世代段落。分為絕對的和相對的，后者應用最廣。

相對地質年代 ― 根據古生物的演化和巖層形成的順序，將地殼歷史劃分成的一些自然時段，共劃分為五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。

代又分為紀，紀又分為若干世和期，即代一紀一世一期。

每一地質年代中都劃分有相應的地層，依次為界一系一統一階(層)。

在新生代中最新近的一個紀段稱為第四紀，我們現在所見的土就是在這一地質年代生成且尚未膠結成巖的，距今約 100 萬年。

因此，我們現在所指的土可稱為第四紀沉積物(層)，需要指出：

巖石經風化而成土，土也可經壓實固結、脫水、膠結硬化而成為巖石(沉積巖)，即

當然這需要漫長的時間(以百萬年計)。

2 .土的組成

(1)土中的固體顆粒。

土中的固體顆粒(簡稱土粒)是土的主要組成部分，是土的骨架。土顆粒的大小、形狀、和礦物成分及組成情況是決定土的物理力學性質的主要因素。

土是由大小不同的土粒組成的。隨著顆粒的變化，土的性質將發生變化。例如：隨著粒徑的變細，土的性質由無黏性變為黏性。因此，為了區分土顆粒的特征，常將其劃分為不同的粒組，粒組是指粒徑界于一定范圍內的土粒的集合。

顆粒級配 ― 土中所含各種粒組的重量所占土粒(干土)總重的百分數。它反映了土中各粒組的比例關系，由土的顆粒分析試驗確定。

礦物 ― 地殼中天然生成的自然元素或化合物，也是構成巖石的基本元素或化合物。

土的礦物成分 ― 組成土中固體顆粒的礦物類型、結構等。了解土粒的礦物成分，對認識土性十分重要。

( 3 )土中氣體。土中氣占據了土中未被水占領的孔隙。

自由氣體 ― 與大氣連通、不影響土質，常存在于粗粒土中。

封閉氣體 ― 與大氣隔絕，增加土的彈性，減少土的透水性。

可燃氣體 ― 由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有機土中。

三、土的物理性質指標

土的物理性質指標 ― 表示土中三相比例關系的一些物理量(圖 9-2 )，可分為如下兩類：

黏性土：ρ=1 . 8 ~2 . 09 / cm3;砂土 1 . 6 ~2 . 09 g /cm3;腐殖土 1 . 5 ~1 . 7g / cm3 。一般用“環刀法”測定。

4 .土的干密度ρd 、飽和密度ρsat、有效密度ρ’

干密度是指土單位體積中固體顆粒部分的質量(工程上用作評定土體密實度，控制填土工程的施工質量)。

四、無黏性土的物理性質

無黏性土主要是指砂土和碎石土，其工程性質與其密實度密切相關。密實度越大，土的強度越大。因此，密實度是反映無黏性土工程性質的主要指標。

評判無黏性土的密實度有以下方法：

1 .根據相對密實度 Dr (大小位于0~l 之間)判別

密實( l ≥Dr≥0 . 67 );中密( 0 . 67≥Dr≥0 . 33 );松散( 0 . 33 ≥ Dr≥0 )。該法適用于透水性好的無黏性土，如純砂、純礫。

2 .根據天然孔隙比e判別。

e越小，土越密實。一般，e< 0 . 6 時屬密實，e> 1 . 0 時屬疏松。該法適用于砂土，但不能考慮礦物成分、級配等對密實度的影響。

3 .根據原位標準貫人等試驗判別

密( N > 30 )、中密( 15 ≤N≤ 30 )、稍密( 10≤N≤15 )、松散( N≤10 )

五、黏性土的物理性質

黏性土的特性主要是由于黏粒與水之間的相互作用產生，因此含水量是決定因素。黏性土的含水量對其物理狀態和工程性質有重要影響。

液限(ωL, Liqud Limit )：土由可塑狀態變到流動狀態的界限含水量;土處于可塑狀態的最大含水量，稍大即流態;

塑限(ωP， Plastic Limit )：土由半固態變為可塑狀態的界限含水量;土處于可塑狀態的最小含水量，稍小即半固態;

縮限(ωS , Shrinkage Limit )：土由固態變為半固態的界限含水量;土處于半固態的最小含水量，稍小即為固態。

塑性指數IP ― 表示土處于可塑狀態的含水量變化范圍。

IP 越大，土處于可塑狀態的含水量范圍也越大。

土顆粒越細，黏粒含量越高，土能吸附的結合水量越多，則IP越大。黏土礦物蒙脫石含量越高，IP越大。IP在一定程度上綜合反映了影響黏性土特征的各種主要因素，故常用于對黏性土進行分類。

液性指數IL ― 表示黏性土軟硬程度的一個指標。

故可根據 IL 的大小評判土的軟硬程度，分為如下 5 種(表 9-1 )：

六、巖土的工程分類

作為建筑地基的巖土，可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。

( l )巖石應為顆粒間牢固連接，呈整體或具有節理裂隙的巖體。作為建筑物地基，除應確定巖石的地質名稱外，尚應按下面的( 2 )~( 4 )條來劃分其堅硬程度和完整程度。

( 2 )巖石的軟硬程度應根據巖塊的飽和單軸抗壓強度 frk 按表 9-2 分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。當缺乏飽和單軸抗壓強度資料或不能進行該項試驗時，可在現場通過觀察定性劃分，劃分標準可按《 建筑地基基礎設計規范 》附錄 A . 0 . 1 執行。巖石的風化程度可分為未風化、微風化、中風化、強風化和全風化。

( 3 )巖體完整程度應按表 9 一 3 劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。

( 4 )碎石土為粒徑大于 2mm 的顆粒含量超過全重50 %的土。碎石土可按表 9-4 分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫。

(5)碎石土的密實度可按表 9 -5 分為松散、稍密、中密、密實。

( 6 )砂土為粒徑大于 2mm 的顆粒含量不超過全重 50 %、粒徑大于0.075mm 的顆粒超過全重 50 %的土。砂土可按表 9-6 分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。

( 7 )砂土的密實度，可按表 9-7 分為松散、稍密、中密、密實。

( 8 )黏性土為塑性指數 IP 大于 10 的土，可按表 9-8 分為黏土、粉質黏土。

( 9 )黏性土的狀態，可按表 9-9 分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑。

( 10 )粉土為介于砂土和黏性土之間，塑性指數IP≤10 且粒徑大于0.075mm 的顆粒含量不超過全重 50 %的土。

( 11 )淤泥為在靜水或緩慢的流水環境中沉積，并經生物化學作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于 1 . 5 的黏性土。當天然含水量大于液限而天然孔隙比小于 1 . 5 但大于或等于 1.0的黏性土或粉土為淤泥質土。

( 12 )紅黏土為碳酸鹽巖系的巖石經紅土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于 50 。紅黏土經再搬運后仍保留其基本特征，其液限大于 45 的土為次生紅黏土。

( 13 )人工填土根據其組成和成因，可分為素填土、壓實填土、雜填土、沖填土。素填土為由碎石土、砂土、粉土、黏性土等組成的填土。經過壓實或夯實的素填土為壓實填土。雜填土為含有建筑垃圾、工業廢料、生活垃圾等雜物的填土。沖填土為由水力沖填泥砂形成的填土。

( 14 )膨脹土為土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，其自由膨脹率大于或等于 40 %的黏性土。

( 15 )濕限性土為浸水后產生附加沉降，其濕限系數大于或等于0.015的土。

七、工程特性指標

( l )土的工程特性指標應包括強度指標、壓縮性指標以及靜力觸探探頭阻力，標準貫人試驗錘擊數、載荷試驗承載力等其他特性指標。

( 2 )地基土工程特性指標的代表值應分別為標準值、平均值及特征值。抗剪強度指標應取標準值，壓縮性指標應取平均值，載荷試驗承載力應取特征值。

( 3 )載荷試驗包括淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗。淺層平板載荷試驗適用于淺層地基，深層平板載荷試驗適用于深層地基。

( 4 )土的抗剪強度指標，可采用原狀土室內剪切試驗、無側限抗壓強度試驗、現場剪切試驗、十字板剪切試驗等方法測定。當采用室內剪切試驗確定時，應選擇三軸壓縮試驗中的不固結不排水試驗。經過預壓固結的地基可采用固結不排水試驗。每層土的試驗數量不得少于 6 組。室內試驗抗剪強度指標ck、ψk，可按本規范附錄 E 確定。

在驗算坡體的穩定性時，對于已有剪切破裂面或其他軟弱結構面的抗剪強度，應進行野外大型剪切試驗。

( 5 )土的壓縮性指標可采用原狀土室內壓縮試驗、原位淺層或深層平板載荷試驗、旁壓試驗確定。

當采用室內壓縮試驗確定壓縮模量時，試驗所施加的最大壓力應超過土自重壓力與預計的附加壓力之和，試驗成果用e-p 曲線表示。當考慮土的應力歷史進行沉降計算時，應進行高壓固結試驗，確定先期固結壓力、壓縮指數，試驗成果用 e-lgp 曲線表示。為確定回彈指救，應在估計的先期固結壓力之后進行一次卸荷，再繼續加荷至預定的最后一級壓力。

地基土的壓縮性可按 pl 為100kPa , p2為 200kPa 時相對應的壓縮系數值 α1-2劃分為低、中、高壓縮性，并應按以下規定進行評價：

當考慮深基坑開挖卸荷和再加荷時，應進行回彈再壓縮試驗，其壓力的施加應與實際的加卸荷狀況一致。