岩土工程师土力学与地基基础考试复习资料(编辑修改稿)

岩土工程师土力学与地基基础考试复习资料(编辑修改稿)内容摘要：

土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透水性。 地下水的补给与 排泄条件，以及在土中的渗透速度与土的渗透性有关。 在计算地基沉降的速率和地下水涌水量时都需要土的渗透性指标。 地下水的运动有层流和紊流二种形式。 地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗透时属层流运动，而在岩石的裂隙或空洞中流动时，速度较大，会有紊流发生，其流线有互相交错的现象。 如图 118。 地下水在土中的渗透速度 一般可按达西 (Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下： ki (11) 式中 — 水在土中的渗透速度， cm／ s，它不是地下水的实际流速，而是在一单位时间 (sec)内流过一单位土截面 (cm178。 )的水量 (cm179。 )。 i — 水头梯度， LHHi 21 ，即土中 1A 和 2A 两点的水头差 ( 21 HH  )与两点间的流线长度 (L)之比；图中 1h 、 2h 为两点的压头， 1z 、 2z 为位头，则 1H 、 2H 为总水头； k — 土的渗透系数， cm／ s，与土的渗透性质有关的待定常数。 在式 (11)中，当 i =1 时， k ，即土的渗透系数，其值等于水头梯度为 1时的地下水渗透速度，k 值的大小反映了土渗透性的强弱。 实验证明：在砂土中水的流动符合于达西定律 (图 119 中 a线 )，而在粘性土中只有当水头梯度超过所谓起始梯度后才开始发生渗流。 如图 119 中 b 线所示，当水头梯度 i 不大时，渗透速度  为零，只有当 1ii (起 始梯度 )时，水才开始在粘性土中渗透 ( ≠ 0)。 在渗透速度  与水头梯度 i 的关系曲线上有 1和 2二个特征点。 点 1 相应于起始梯度 1i ，在点 1与点 2 之间渗透速度与水头梯度成曲线关系，达到点 2(相应的梯度为 2i )后转为直线 (图中直线 23)，它与横坐标相交于点 1′。 为了简化计算，如采用该直线在横坐标上的截距 139。 i 作为计算起始梯度，则用于粘性土的达西定律的公式如下： )39。 ( 1iik  (12) 土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。 各种土的渗透系数 变化范围 可以参考有关文献。 地下水的腐蚀性 地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时，会腐蚀混凝土、石料及金属管道而造成危害。 下面仅介绍地下水对混凝土的腐蚀作用。 地下水中硫酸离子含量过多时，将与水泥硬化后生成的 Ca(OH)2起作用，生成石膏结晶 CaSO4178。 2H 2O。 石膏再与混凝土中的铝酸四钙 4CaO178。 A12O3 起作用，生成铝和钙的复硫酸盐 3CaO178。 A1 2O3 178。 CaSO178。 31H O。 这一化合物的体积比化合前膨胀 倍，能破坏混凝土的结构。 氢离子浓度 (负对数值 )PH7 的 酸性地下水对混凝土中 Ca(OH)2 及 CaCO3 起溶解破坏作用。 地下水中游离的 CO2 可与混凝土中 Ca(OH) 2化合生成一层 CaCO3 硬壳，对混凝土起保护作用。 但 CO2 含量过多时，又会与 CaCO3化合，生成 Ca(HCO )2 而溶于水。 这种过多的、能与 CaCO3 起作用的那一部分游离 CO2 称为腐蚀性二氧化碳。 《勘察规范》将环境水对混凝土的腐蚀性分为：结晶类腐蚀，分解类腐蚀及结晶分解复合类腐蚀三类。 在评价地下水是否具有腐蚀性时，尚应结合场地的地质条件和物理风化条件综合考虑。 《勘察规范》订有详细 的评定标准和宜采用的抗腐蚀水泥品种及其它防护措施。 动水力、流砂和潜蚀 地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，相应地，水对土产生反力，称为动水力， GD 表示，单位为 kN／ m179。 流砂是一种不良的工程地质现象。 例如在地下水位以下开挖基坑，若从基坑中排水，使坑外总水头大于坑内，则坑底下的地下水将向上渗流，在地基土中产生自下而上的动水力。 当水头差增大而使水头梯度达到 时，就会出现流砂现象，坑底泥砂翻涌，给施工带来很大困难，甚至影响邻近建筑物的安全。 防治流砂的原则主要是： 的水头差，例如采取先在基坑范围外以井点降低地下水后开挖，或在不排水基坑内以抓斗等工具进行水下挖土等施工方法。 ，例如沿坑壁打入深度超过坑底的板桩，其长度足以使受保护土体内的水头梯度小于临危梯度。 (此法多用于闸坝下游处 )。 当土中渗流的水头梯度小于临危梯度时，虽不致诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而走，时间长了，在土层中将形成管状空洞，使土体强度降低，压缩性增大，这种现象称为“机械潜蚀”。 四、本章重点 难点： 一、重点： 掌握土的渗透规律。 土的生成。 重点掌握渗流力及流沙、管涌的基本概念。 掌握土的透水性、流砂、潜蚀、地下水升降等对建筑工程的影响。 了解主要造岩矿物的物理性质，岩石的分类和主要特征；第四纪沉积物的类型、分布规律及特征；第四纪沉积物类型及其工程特点。 了解地下水的埋藏条件。 二、难点： 褶皱构造、断裂构造，地下水的埋藏条件，土的渗透性、地下水的腐蚀性、动水力、流砂和潜蚀。 五、本章常见问题： 常见问题 11 相对年代 答案：把各个地质历史时期形成的岩石，结合埋藏在岩石中能反映生物演化程序 的化石和地质构造，按先后顺序确定下来，展示岩石的新老关系，这就是相对年代。 常见问题 12 内动力地质作用 答案：内动力地质作用一般认为是由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用，如岩浆活动、地壳运动 (构造运动 )和变质作用。 常见问题 13 物理风化作用 答案：物理风化作用，地表岩石由于温度变化和裂隙中水的冻结以及盐类的结晶而逐渐破碎崩解，但其化学成分尚未发生变化，这种过程称为物埋风化作用。 例如由于温度变化引起岩体膨胀所产生的压应力 和收缩所产生的拉应力的频繁交替，遂使岩石表层产生裂缝而崩解。 另一方面，岩石中的不同矿物各有其不同的膨胀系数，所以当温度反复变化时，岩石内部就会产生不均匀的胀缩变形，导致裂缝的产生，久而久之，坚硬完整的岩石就逐渐崩解成碎块了。 常见问题 14 坡积物及其特征 答案：坡积物是残积物经水流搬运，顺坡移动堆积而成的土。 即是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀，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。 其成份与坡上的残积土基本一致。 由于地形的不同，其厚度变化大，新近堆积的坡积土，土质 疏松，压缩性较高。 坡积物一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积物相接。 坡积物底部的倾斜度决定于基岩的倾斜程度，而表面倾斜度则与生成的时间有关，时间越长，搬运、沉积在山坡下部的物质就越厚，表面倾斜度就越小。 坡积物质随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选现象。 坡积物成份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。 由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动，还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均匀，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。 常见问题 15 防治流砂的原则 答案：防治流砂的原则主要是： 减少或消除基坑内外地下水的水头差，例如采取先在基坑范围外以井点降低地下水后开挖，或在不排水基坑内以抓斗等工具进行水下挖土等施工方法。 增长渗流路径，例如沿坑壁打入深度超过坑底的板桩，其长度足以使受保护土体内的水头梯度小于临危梯度。 在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力 (此法多用于闸坝下游处 )。 六、本章例题分析： 11 土的生成 题型：概念题 题目：地质年代 答案及分析：地质年 代是指从最老的地层到最新的地层所代表的时代。 即指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。 题型：填空题 题目 ：在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地质年代划分为五大代 ，每代又分为若干 ，每纪又细分为若干。 答案及分析： 太古、代 元古代、古生代、中生代和新生代；纪；世和期 题型：概念题 题目：第四纪、第四纪沉积物 答案及分析：在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，第四纪是指约 250 万年至今这段地质时期。 由原岩风化产物 — 碎屑物质，经各种外力地质作 用（剥蚀、搬运、沉积）形成尚未胶结硬化的沉积物（层），通称“第四纪沉积物（层）”或“土”。 题型：填空题 题目：根据地质作用的能量来源的不同，可分为（ ）和（ ）。 答案及分析：内动力地质作用 外动力地质作用 12 矿物与岩石的概念 题型：简答题 题目：矿物的主要物理性质包括哪几方面。 答案及分析：矿物的主要物理性质主要包括以下几个方面： 1．形状 2． 颜色 3．光泽 4．硬度 5．解理 6．断□ 题型：填空题 题目：岩石按成因可划分为三大岩类：（ ）、（ ）和（ ）。 岩石的 主要特征一般包括（ ）、（ ）和（ ）三方面。 答案及分析：岩浆岩（火成岩）、沉积岩、变质岩。 矿物成分、结构、构造 题型：选择题 题目：硬质岩石是根据 （ ） 进行分类的。 A、成因 B、坚固性 C、风化程度 D、都对 答案及分析： B 岩石根据坚固性可为硬质岩石和软质岩石二类。 13 地质构造 题型：概念题 题目：地质构造 答案及分析：在漫长的地质历史发展过程中，地壳在内、外力地质作用下，不断运动演变，所造成的地层形态 (如地壳中岩体的位置 ，产状及其相互关系等 )统称为地质构造。 14 第四纪沉积物 (层 ) 题型：填空题 题目：第四纪沉积物成因类型主要有 、 、 、 四类，建设工程上通常称之为土。 答案及分析： 残积物、坡积物、洪积物和冲积物 题型：简答题 题目：简述残积物的特征 答案及分析：残积物是由岩石风化后，未经搬运而残留于原地的土。 残积物的分布主要受地形的控制，在宽广的分水岭上，由雨水产生地表径流速度小，风化产物易于保留的地方，残积物就比较厚。 在平缓的山坡上也常有残积物覆盖。 在不同的气候条件下、不同的原岩，将产 生不同矿物成份、不同物理力学性质的残积土。 残积物没有层理构造。 由于残积物没有层理构造，均质性很差，因而土的物理力学性质很不一致，同时多为棱角状的粗颗粒土，其孔隙度较大，作为建筑物地基容易引起不均匀沉降。 残积物与基岩之间没有明显的界限，通常经过一个基岩风化层 (带 )而直接过渡到新鲜岩石。 残积物中残留碎屑的矿物成分很大程度上与下卧基岩相一致，这是鉴定残积物的主要根据。 不同岩类具有不同的风化特征。 当岩石在大气、水、生物等外力地质作用下发生风化，使其结构、矿物成分、物理、力学、化学性质等产生不同程度的变异，则 称为风化岩。 岩石已达到完全风化而未经搬运的碎屑物称为残积土。 是该区城市建筑物基础的主要持力层。 花岗岩残积土是在化学风化作用下淋滤形成的产物，其矿物成分与原岩虽有本质的改变，但多保留在原位并具有它的原始形状。 花岗岩残积土一般仍保持其原岩粒状结构，具有相当高的结构强度，外表看起来很象岩石。 对花岗岩残积土采用一般的室内土工试验方法测得的物理力学性质分析，其工程性质是较差的，表现在高孔隙比、高压缩性等方面。 但从原位测试分析，它表现为承载力较高、压缩性较低。 15 地下水 题型：简答题 题目：地下水按 其埋藏条件可分为哪三种类型。 答案及分析：地下水按其埋藏条件可分为：上层滞水、潜水和承压水三种类型。 题型：计算题 题目： 设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为 30cm2，厚度为 4cm，渗透仪细玻璃管的内径为 ，试验开始时的水位差为 145cm，经时段 7 分 25 秒观察得水位差为 130cm，试验时的水温为 20176。 C，试求试样的渗透系数。 答案及分析： 已知试样的截面积 A=30cm2，渗径长度 L=4cm，细玻璃管的内截面积 a=d2/4=()2 / 4=, h1=145cm, h2=130cm, t1=0, t2=760+25=445s。 则可得试样在 20℃时的渗透系数为 62112 3 01 4 5lg4 4 530 41 2 5 )(   hhttA aLk cm/s 题型：简答题 题目：简要回答影响土的渗透性的因素主要有那些。 答案及分析： （ 1）土的粒度成分及矿物成分。 土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。 土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。 砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。 （ 2）结合水膜厚度。 粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （ 3）土的 结构构造。 天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。 如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方。