【正文】 體的有效重度時，即j=γ’，土體即處于流土的臨界狀態(tài)，則有： 使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降稱ic為臨界水力坡降icr。為防止管涌的發(fā)生，一般可在路基下游邊坡的水下部分設置反濾層，以防止堤基中的細小顆粒被滲透水流帶走。 管涌是指在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，通過粗顆粒間的孔隙被水流帶走的現(xiàn)象。 防治流砂的原則主要有：（1）減少或消除基坑內外地下水的水頭差，例如采取先在基坑范圍外井點地下水，或直接進行水下挖土等施工方法；（2）增長滲流路徑；（3）在向上滲流出水口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡滲流力。流土主要發(fā)生在細砂、粉砂、亞粘土及亞砂土等土層中，而不易發(fā)生在粗粒土及粘性土中。 流砂是一種不良地質現(xiàn)象。流土發(fā)生于滲流逸出處而不是土體內部。 滲透變形的基本形式 由上式知，滲透力的大小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，量綱為kN/m３。 由于水在土中的滲流速度較小，滲透水流的慣性力忽略不計。若容器A中砂土試樣的厚度為l，截面積為A，克服整個試樣由土粒對滲流的阻力所引起的水頭損失為h，總的水壓力損失即土粒對水流的阻力F，其值應為： 水在土體孔隙中流動時，必須克服土粒對滲透水流的阻力，從而引起水頭損失。表2—1 不同土的滲透系數(shù)土類滲流系數(shù)k(cm/s)滲透性純礫＞101高滲透性純砂與礫混合物103～101中滲透性極細砂105～103低滲透性粉土、砂與粘土混合物107～105極低滲透性粘土＜107幾乎不透水第三節(jié) 滲透力及滲透變形一、滲透力一、常水頭試驗常水頭試驗適用于透水性較強的粗粒土，在整個試驗過程中試樣的上、下游水頭保持為常數(shù)，其試驗裝置如圖2—3所示。滲透系數(shù)的大小反映了土的滲透性能，其值由滲透試驗確定。當水力坡降較大時，水在土中的流態(tài)屬紊流，此時，滲流速度與水力坡降呈非線性關系，達西定律就不適用了。即:因為水在土中的滲流并不是通過土體的整個截面，而是通過粒間的孔隙進行的，而土中孔隙的大小和形狀極為復雜，很難直接測定通過孔隙的真正流速。層流滲透定律（達西定律）1．層流：即水流流線互相平行的流動一般土體（粘性土、砂土）的孔隙細小，水在土體孔隙中的流速較小，滲流多屬于層流。因此，需要研究下列三個問題：(1)滲流的運動規(guī)律；(2)滲透破壞的型式及其發(fā)生條件；(3)滲透穩(wěn)定條件。地基土的滲透性，不僅導致上游水量的滲漏，更嚴重的是滲透水流會帶走土體顆粒，引起土的滲透破壞，致使土體邊坡乃至建筑物失去穩(wěn)定性。滲透性：土體具有被水透過的性能稱為土的滲透性。目前，工程中大多采用壓實系數(shù)(密實度)P作為質量控制標準（3）同類土中，土的顆粒級配對土的壓實效果影響很大。 （2）對于無粘性土，含水率對土的壓實性的影響與粘性土有明顯的不同（見圖114）。在含水率較低時，擊實功對擊實效果的影響更為顯著；當含水率較高時，這種影響程度降低，以至完全消失。從圖中可以看出，土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常量。對于室內擊實試驗，擊實功是由擊錘質量、落高、錘擊數(shù)和錘擊土層的厚度等反映的。含水率對土的擊實效果的影響極大。所以，當含水率低于最優(yōu)含水率時，含水率對土的密實度影響更為顯著。假定土中氣體全部被排出，孔隙中完全充滿水，即飽和度Sr=100%，實際上擊實曲線不可能與飽和曲線相交，而是位于飽和曲線的左側(見圖112)。在一定擊實功下，只有當含水率為某一特定值(最優(yōu)含水率ωop)時，土體才能達到最密實狀態(tài)，這時的干密度即最大干密度ρdmax。表18擊實試驗參數(shù)試驗方法錘質量（kg）擊實筒體積（cm3）分層層數(shù)每層擊數(shù)輕 型325重 型394556根據(jù)擊實試驗獲得的含水率ω和相應的干密度ρd值，可繪制擊實曲線，如圖112所示。試驗應制備不少于5個不同含水率的試樣，分別進行試驗。試驗時，把制備成某一含水率的土料分層裝入擊實筒中，每層土料在一定的擊實功下，錘擊密實。填土的壓實性在實驗室是通過擊實試驗來進行測定的。 土的壓實性為了保證場地有足夠的強度，較小的透水性和壓縮性，施工時必須對填土進行壓實，以提高填土的密實度和均勻性。 沖填土－由水力沖填泥沙形成的填土。 雜填土－含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活拉圾等雜物的填土。 素填土—由碎石土、砂土、粉土、粘性土等組成的填土。 根據(jù)組成和成因，人工填土可分為素填土、雜填土、沖填土三種。 粉土是指塑性指數(shù)Ip小于或等于10的土。其液限一般大于50%。 淤泥是在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經生物化學作用形成的，其天然含水率大于液限、。 粘性土中有兩個亞類(淤泥和淤泥質土、紅粘土)與工程建筑關系極為密切，它們是： 10Ip≤17粉質粘土。根據(jù)塑性指數(shù)的大小，粘性土又分為粘土和粉質粘土，即： (三)粘性土 注：分類時應根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。砂土可分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂（表17）。 (二)砂土 注：分類時應根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。表16碎石土的分類土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重50% 粒徑大于2mm的顆粒含量超過50%的土稱為碎石土。 二、《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ789） ：細粒土根據(jù)塑性圖進行分類。 (2)當粗粒組含量大于25%時，粗粒在土體中已起骨架作用，對土的性質有相當?shù)挠绊?，稱為含粗粒的細粒土。 性質：(1)細粒類土中，當粗粒組含量小于25%時，土體中的粗粒是分散填充在細粒土內，對土的性質影響不大，稱為細粒土； 定義：細粒土是指試樣中細粒組含量大于或等于總質量50%的土。砂類土（礫粒組含量≤50%總質量）砂細粒組含量小于5%級配：Cu≥５，Cc＝１～３SW級配良好砂級配：不能同時滿足上述要求SP級配不良砂含細粒土砂細粒組含量為5%～15%SF含細粒土砂細粒土質砂細粒組的含量為15%～50%細粒為粘土SC粘土質砂細粒為粉土SM粉土質砂(三)細粒土的分類表15粗粒土的分類土 類定名粒組含量土代號土名稱 性質：粗粒土沒有粘性，常稱為無粘性土，其性質由土粒級配控制。 定義：粗粒土是試樣中粗粒組含量大于的總質量50%的土。如：CLG—含礫低液限粘土 （2）2個代號構成時，第1個代號表示土的主成分，第2個代號表示土的特性指標(土的液限或級配)。 （1）1個代號表示土的名稱，如：C—粘土；M—粉土。 有機質含量小于5%（Ou＜5%）就屬無機土。 有機質含量大于10%（Ou＞10%）的土為有機土；有機土沒有固定粒徑，由分解的或部分分解的動植物殘骸和無定形物質所組成，呈黑色、青黑色或暗色，有臭味；手觸有彈性和海綿感。 按照該體系分類時，首先應判別天然土屬有機土還是無機土。 土的工程分類 Il≤； 0Il≤；《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定：根據(jù)液性指數(shù)Il的大小，粘性土的狀態(tài)可分為： 當ω大于ωl時，Il＞1，土處于流動狀態(tài)；2．從上式可知， （二）液性指數(shù)因此，工程上常用塑性指數(shù)對粘性土進行分類。：把含水率調制到大于液限的土料填實到一定容積的容器，烘干后測出干試樣的體積，按下式求得土的縮限:二、塑性指數(shù)與液性指數(shù)（一）塑性指數(shù)塑性指數(shù)為液限與塑限的差，用Ip表示，即：測定不同含水率所對應圓錐儀的下沉深度，圓錐下沉深度和含水率的關系繪在雙對數(shù)坐標紙上成直線，將直線上圓錐下沉深度為17mm處的相應含水率定為液限，下沉深度為2mm處相應的含水率定為塑限?！锻凉ぴ囼灧椒藴省罚℅B/T50123－1999）中界限含水率的試驗方法：（見四校合編P29，圖123）：是將接近塑限的試樣，先用手搓成橢圓形，然后用手掌在毛玻璃板上滾搓成細條，當細條直徑達3mm時，產生裂縫并開始斷裂，這時土條的含水率定為塑限。粘性土由一種狀態(tài)轉入另一狀態(tài)時的分界含水率，稱為土的界限含水率。2．含水率差異的一種外在表現(xiàn)是土的軟硬程度不同。粘性土的物理特性粘性土的性質1．土顆粒極細，比表面積很大，具有可塑性，其工程性質與土的含水率關系密切。對此，《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ789）中規(guī)定，砂土的密實度應根據(jù)標準貫入錘擊數(shù)來劃分，見表14。根據(jù)Dr值可把土的密實度狀態(tài)分為下列三種：1≥Dr ；≥Dr ；≥Dr 0松散的。其表達式為：當Dr =0時，e=emax，說明土處于最松散狀態(tài)； ，可用漏斗法和量筒法測定。三、密實度的評價指標孔隙比根據(jù)天然狀態(tài)下孔隙比e的大小，將土劃分為稍松、中等密實和密實三種。當處在密實狀態(tài)時，壓縮性小，強度高，可作為天然地基；當處在松散狀態(tài)時，壓縮性高，強度低，是一種軟弱地基。如圖17所示，令Vs=1，則Vv=e，V=1+e，ms=ρwGs，ms=ωρwGs，m=(1+ω)ρwGs，由土的密度、含水率、土粒比重、孔隙比的定義可推得:、含水率間的換算關系如圖17所示，令V=1，則mw=ωρd，ms=ρs，m=(1+ω)ρs，由干密度、土的密度、含水率的定義可推得:、孔隙比間的換算關系同樣，令Vs=1，由飽和密度、土粒比重、孔隙比的定義可推得:由浮密度和飽和密度的定義可推得:ρ′=ρsatρw(115)同樣，令Vs=1，則Vv=e，V=1+e，由孔隙率和孔隙比的定義可推得:、含水率、孔隙比間的換算關系由飽和度、土粒比重、含水率、孔隙比的定義可推得:無粘性土密實度一、定義：無粘性土主要指砂土和碎石類土。三、指標間的相互換算關系各物理性質指標都是量的相互比例關系。飽和度定義為土體孔隙中水的體積與孔隙體積之比，常以百分數(shù)表示Sr≤50%稍濕；50%Sr≤80%潮濕；Sr80%飽和。一般情況下，e，壓縮性小；e，壓縮性大。 浮密度定義為單位土體體積中土粒質量與同體積水的質量之差 ～。 土的干密度定義為單位土體體積中土粒的質量 由于土所處的環(huán)境和狀態(tài)不同，表示土單位體積質量的指標除天然密度ρ外，還有飽和密度ρsat和浮密度ρ′。 土的密度試驗常用環(huán)刀法測定，將一質量和體積都已知的環(huán)刀垂直切入土中，取出后，削平土樣兩端，測定土樣的質量，即可求出土的密度。γ的單位是kN/m3，ρ的單位是g/cm3；g是重力加速度，g=，為簡便計算，工程中常取值10 m/s2。(土的重度)土的含水率一般采用烘干法測定，就是稱取一定質量的試樣，放入烘箱內，保持恒溫105～110℃，直至恒重后，稱取干土質量，從而求出水和干土的質量，兩者的比值即為含水率。對于同一類土，土的含水率高，其力學性質就差。天然土層的含水率變化范圍很大，含水率大小與土類、埋藏條件及所處的自然環(huán)境有關。土粒比重常用比重瓶法測定，土粒質量用天平測出，土粒的體積就是土粒排開水的體積。首先用土的三相圖來表示土的組成。 土的物理性質指標土的三相組成比例關系，能直接反映土的狀態(tài)和物理力學性質，間接反映土的工程性質。如這種凝聚力的存在，使潮濕砂土能開挖成一定的高度，但干燥以后，就會松散坍塌。性質：存在于地下水位以上的透水層中，毛細水上升高度對建筑物底層的防潮有重要影響。重力水直接影響土的應力狀態(tài)，并應注意建筑物的防滲要求和基坑（槽）開挖時采取降（排）水措施。3．分類：按自由水移動時所受作用力的不同，自由水可分為1）重力水定義：指在重力或壓力差作用下，能在土中自由流動。(二)自由水：1．定義：指存在于土粒形成的電場范圍以外能自由移動的水。例2：砂粒、礫石等，顆粒粗，比表面小，孔隙大，孔隙水中結合水的數(shù)量可忽略不計。結合水使粒間透水的孔隙大為縮小，甚至充滿，導致粘性土透水性差。要理解水的相互作用關系，才能掌握土的工程性質。當土中含有較多的弱結合水時，即表現(xiàn)為高塑性、易膨脹收縮性、低強度和高壓縮性。性質：呈粘滯體狀態(tài)。當粘土中只含強結合水時，粘土呈固體狀態(tài)，磨碎后呈粉末狀態(tài)。根據(jù)水分子受到靜電引力作用的大小，結合水分為強結合水定義： 指緊靠粘土顆粒表面的水，顆粒表面的靜電引力最強，把水化離子和極性水分子牢固地吸附在顆粒表面，形成固定層。 1 、定義：粘土顆粒表面通常帶負電荷，在土粒電場范圍內，極性分子的水和水溶液中的陽離子，在靜電引力作用下，被牢牢吸附在土顆粒周圍，形成一層不能自由移動的水膜，這種水稱為結合水，如圖14所示。氣態(tài)水：氣態(tài)水作為土中氣體的一部分。 不能同時滿足上述條件的土，稱為級配不良的土。 通常情況下，不均勻系數(shù)可以反映土的級配好壞，但無法反映土粒粒徑的連續(xù)狀況，如土中缺乏中間粒徑，在級配曲線表現(xiàn)為臺階狀（圖13中c線），這時僅用不均勻系數(shù)來反映，就可能得出錯誤的結論，此時，曲率系數(shù)Cc能反映土中顆粒之間的搭配好壞。 Cu值愈小，級配曲線愈陡峻，土粒粒徑分布范圍愈狹窄，土粒愈均勻，土愈不易壓實。 不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc兩個指標反映了土顆粒分布的均勻程度，其定義式為：式中：ddd60分別為級配曲線上顆粒含量小于10%、30%和60%的粒徑（mm）。 土的級配曲線有兩種用途：(1)評價土的級配好壞并藉此選擇土料；(2)利用級配曲線對粗粒土進行分類?？v坐標表示小于某粒徑土粒的百分含量。 顆粒分析試驗的結果，可以繪制出如圖13所示的級配曲線。通常兩種試驗方法需聯(lián)合使用。