土力学与地基基础 - scu.edu.cnccftp.scu.edu.cn:8090/Download/uploadfile/20130714000501806.pdf · 苏州虎丘塔. 15 土力学与地基基础 0 绪论苏州虎丘塔高耸结构

0

陈希哲编著

清华大学出版社

裴建良制作

土力学与地基基础

1

0.1 土力学与地基基础的研究对象

——什么是土力学与地基基础？

土力学与地基基础 0 绪论

0 绪论

0.1.1 土和土力学

（1）定义

——是岩石风化的产物，是母岩风化后经搬运、沉积等地质作用形成的岩石碎屑和单独矿物颗粒组成的集合体。

（2）特性

●三相系、性质复杂多变

●散粒体——视为连续体分析

●强度较低、压缩性较大、可渗透性

●非线性弹性、弹塑性

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（3）作用

●地基

●环境

●材料

（5）土力学

——以各门力学与工程实践相结合为基础，以土为研究对象，研究土的物理特性及其受力后应力、变形、强度、稳定和渗透等特性及其随时间变化规律的学科，它是力学的一个分支。

（4）简单分类

●粘性土和无粘性土

●细粒土和粗粒土


3

0.1.2 地基和基础

（a）水闸（b）柱子

上部结构

基础

地基


（1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体

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阿联酋迪拜全球最高的“哈利法塔－迪拜大厦”，162层，

高818m。

5


918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，是连接东德和西德的重要项目。

6


贵州北盘江大桥号称亚洲第一高桥，主跨388米，

我国首座采用双向预应力砼加劲板梁设计的特大型桥梁。

7


成为世界上唯一一座经受住IX度以上地震烈度检验的高混凝土面板堆石坝，在国际面板堆石坝抗震史上具有里程碑的意义。 2009年第一届堆石坝国际研讨会授予紫坪铺大坝国际堆石坝里程碑特别工程奖。

面板堆石坝，高156m

http://scitech.people.com.cn/GB/53752/53784/index.html

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（2）基础（foundation ）

d(Df)

b(B)

地基

地面

基础底面基础

N

——连接上部结构和地基

的部分，其承受上部结构的自重以及作用于建筑物上的各种荷载，并将其扩散传递给基础底面下的土层。

●深基础和浅基础 (d<5m，or d<4b)

●刚性基础和柔性基础——材料的受力特点

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（3）地基（subgrade,foundation soil）

——由于建筑物的修建而引起应力状态发生改变的地（土）层。

●地基的持力层：基础底面下直接承受荷载，对地基起主要作用的土层，或基础直接搁置其上的土层。

●地基的下卧层：持力层下受荷载影响较小的土层。

●天然地基和人工地基

地基

地面

基础底面基础

N

地基持力层

地基下卧层

影响深度

附加应力大小

附加应力分布

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（4）地基基础设计原则

●地基的强度条件—保证地基上的荷载不大于地基的承载能力

●地基的变形条件—地基变形不损坏or影响上部建筑物的正常使用

●综合考虑地基、基础与上部结构三者的相互关系

●综合考虑安全、经济、合理、可行性

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0.2 土力学与地基基础的重要性

——为什么学习土力学与地基基础？

0.2.1 土力学与地基基础的重要性

●隐蔽工程

●造价高（10%~30%）、工期长（25%~30%）

●地基与基础的复杂性

●失事后果严重

●应用广泛，高层建筑和大型工程的要求

地基：变形、强度、渗流和地震等地基：变形、强度、渗流和地震等

基础：断裂、滑移等

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Ref：《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》

0.2.2 国内外工程事故示例

0.2.2.1 变形

●倾斜 ●局部倾斜

●沉降差 ●沉降量地基变形特征：

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（1）倾斜

比萨斜塔

8层55m（150MN）

直径16m

偏离中心5.27m

倾斜5.5度

修建时间:

1173～1370

●高耸结构

●地基砂、粘土由南向北变薄

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苏州虎丘塔

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苏州虎丘塔

●高耸结构

●地基覆盖层相差悬殊

●落成于宋代961年

●高47.5m，7层

●塔顶偏离中心线2.31m,

塔身现不少裂缝

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根本原因：覆盖层厚

度西南为2.8m，东北

为5.8m，厚差3.0m

重要原因：南方多暴

雨，雨水渗入地基块

石填土层，冲走块石

之间的细粒土，形成

很多空洞。

地质剖面图

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（2）沉降量

墨

西

哥

市

艺

术

宫

(1904)

墨西哥国家首都墨西哥市艺术宫，是一座巨型的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成，至今已有100余年的历史。该市处于四面环山的盆地中，古代原是一个大湖泊。因周围火山喷发的火山沉积和湖水蒸发，经漫长年代，湖水干涸形成目前的盆地。

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室内外连接困难

交通不便

内外网管道修理

工程量增加

现象：下沉达4m，旁边的道路下沉2m 。

原因：世界罕见的超高压缩性淤泥(25m厚)，天然孔隙比7～12，

天然含水率150％～ 600％

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上

海

展

览

中

心

馆

●地基土为高压缩性淤泥质软土

● 1954－1979平均沉降160cm

●1954年底沉降60cm， 1957~1979年沉降量仅22cm

沉降量过大，散水倒坡

内外水、暖、电管倒断裂

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●大型建筑物

●变形时间长

●地基土为高压缩性土，如淤泥质土、火山灰等

沉降量大的特点：

●地基可压缩土层厚

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墨

西

哥

城

（3）沉降差、局部倾斜

城市发生地面沉降，在全世界具有普遍性。1891年，这一现象首先在墨西哥首都墨西哥城被发现。

地质结构——昔日的湖区全部被填埋改造为城区人口加剧，地下水过度开采

100年：9.14m 局部：0.38m/a

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不均匀沉降

相邻荷载影响

温度变化

地震动荷载等

墙体开裂

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（1）地基承载力

0.2.2.2 强度

加

拿

大

特

朗

斯

康

谷

仓

概况：钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。

事故：竖向沉降30.5cm/h，24小时倾斜26°53，

西端7.32m ↓ ，东端1.52m ↑

上部钢混筒仓完好无损。

59.4m×23.5m×31.0m

自重：20000t，占42.5%

1911~1913

事故分析：

未作勘察、试验与研究

采用的设计荷载(352kPa)超过

地基土的抗剪强度(235.2kPa)

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美国纽约某水泥仓库

失事原因：粘土地基、超载

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（2）边坡失稳

香港宝城大厦

1972年7月清晨7点，数万方残积土从山坡上下滑，巨大的冲击力将一幢高层住宅——宝成大厦顷刻冲毁，并砸毁相邻一幢大楼约五层住宅，当场死亡120人。

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1级平台

3级平台

2级平台

三峡泄滩滑坡

特大型深层顺层岩质推移式滑坡

事故分析：

外因：三峡蓄水和降雨

内因：不利的地质条件

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Lower San Fernando dam, 1971

1971年地震中，劳尔圣费南多土坝上游发生了严重的滑坡破坏，几乎溃坝。

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Increased Pressure on Retaining Walls at Great Hanshin Bridge

1995年1月有7日，神户附近发生强烈大地震，长638m的高速公路高架桥——阪神大桥向一侧倾倒。

原因：地震能量在桥内累积和相邻区段的牵拉力造成桥墩根部的弯矩过大

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图1-3 四川红花水库滑坡示意图

失事原因：

●土的抗剪强度低

●设计坝坡较陡

●坝体填筑迅速，孔压来不及消散

淤泥质软土

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0.2.2.3 渗流及渗透变形

●堤坝管涌破坏

下沉管涌

堤坝渗流破坏示意图

（1）渗流产生浮力＋渗流力

（2）渗流破坏形式：流土和管涌

●徐州市区塌陷

●美国一净水工厂

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山东蒙城节制闸

粉质粘土和细砂层

山东蒙城节制闸示意图

渗径短路

渗透变形

不均匀沉降

陷落倒塌

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Sand boils

Loss of Bearing Strength,

Niigata in 1964

0.2.2.4 液化

日本新泻地震

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上海莲花小区一13层楼房倒塌示意图

0.2.2.5 地下洞室开挖、施工等

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0.2.2.6 建筑物基础开裂

●南京分析仪器厂职工住宅 — 地质突变

●北京大学气轮机基座 — 施工技术力量薄弱、无质量监督制度

0.2.2.7 建筑物基槽变位滑动

●四层厚板结构楼 — 边柱旁深挖，边柱侧向变位下沉

●上海18层科研楼 — 桩长不足，滑动圆弧从桩底通过

0.2.2.8 冻胀及其他 ●盘锦市房屋 — 浅基小于冻深+无技术措施

●大连市金州石棉矿 — 大面积无支撑采空区

0.2.3 不良地基处理成功实例

●清华大学第四教学楼 — 一幢大楼，两类基础（天然浅基+桩基）

●苏州市里河桥新村住宅 — 浅表清淤+钢混筏板基础

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0.3 本学科的发展简况

划分为三个阶段：

1925年以前：感性认识+理性认识

（1）1925年前土力学尚未形成一门学科工程实践可追溯到远古时代：半坡遗址，秦长城，商朝各类祭台；被用作工程材料，如挖洞、筑堤、修路等；战国时的《专工记》，就认识到作用力与变形之间的关系，比胡克(Hooke)定律还早1500年。

有文字记载最早理论：

1773年，法国的C.A.Coulomb根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论；

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1856年H.P.G.Darcy研究了砂土的渗透性，发展了达西渗透公式；

1857年，英国的W.G.M.Rankine又从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的根限应力法；

1869年卡尔洛维奇——第一本地基与基础著作；

1885年法国J.Boussinesq求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和应变的Boussinesq解；

1900年Mohr发展了土的强度理论；

1922年瑞典W.Fellenius为解决铁路塌方问题完善了土坡稳定分析圆弧法。

以上这些方法至今仍广泛使用！

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1925年~1960年左右——独立学科的形成阶段

1925年，美国土力学家Terzaghi“《土力学》（Eoubakmeceanik）”的出版，被公认为土力学的开

始。之后世界许多学者对土的抗剪强度、土的变形、土的渗透性、土的应力应变关系和破坏机理进行了大量的研究工作，并逐渐将土力学的基本理论普遍应用于解决各种不同条件下的工程问题。

1960年左右迄今——发展阶段

1960年左右的《现代土力学》以本构模型为核心。20世纪60年代计算机及其应用的高速发展，促进了土力学的大发展。如复杂条件下土的应力—应变—强度—时间关系本构模型的建立；土动力理论，流变理论，土体稳定性问题等。

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我国学者：

黄文熙：水工结构和岩土工程专家，我国土力学学科的奠基人之一，新中国水利水电科学研究事业的开拓者。土的强度与变形、本构关系

陈宗基：土力学、岩石力学、流变力学和地球动力学家。土的微观结构和流变

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沈珠江：中科院院士、岩土工程专家理论土力学和软土本构关系

钱家欢：国务院学位委员会第二届学科评议组成员，中国水利科学会岩土力学专业委员会副主任。

软土流变理论、动力固结理论、土坝震后永久变形和土工数值分析

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0.4 本课程的特点与学习方法

（1）研究对象的复杂多变性

（2）研究内容的广泛性

（3）研究方法的特殊性

●对于土的有关知识从感性阶段过渡到理性阶段，人们往往把实际的复杂的土加以简化

●土力学理论通常都应用一些土的物理力学指标和参数

●土力学中的公式和方法，绝大部分都是半理论半经验性的混合产物，注重理论联系实践

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[1] 杨进良. 土力学[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2006.

[2] 周汉荣, 赵明华. 土力学地基与基础[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.

参考资料：

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●掌握土、地基与基础的概念及其性质

●了解土力学地基基础在土木工程中的重要性及发展概况

●了解土力学地基基础的学科特点

●熟悉课程的研究特点、学习要求和学习方法

本章重点：

本章要求：

●土、地基与基础的概念及其性质

0

土力学与地基基础 1 工程地质概论

1 工程地质概论

1.1 概述（简）

工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，它是地质学与土木、水利等工程之间的边缘学科，是研究地质体的性状、在人为改变条件下的变动及其与人类工程活动之间的相互制约关系。

1.1.1 工程地质的内容与重点

1.1.2 建筑场地的形成

建筑场地的地形、地貌和组成特质（土与岩石）的成分、分布、厚度及特性取决于地质作用。地质作用是指由自然动力所引起地壳物质组成、内部结构和地表形态变化与发展的作用。

1


地质

作用

内动力地质作用

外动力地质作用

构造运动

地震作用

岩浆作用

变质作用

风化作用

地表水流作用

地下水流作用

内动力地质作用：由地球自转产生的旋转能等引起

外动力地质作用：由太阳幅射能和地球重力位能引起

2


1.1.3 地质年代

（1）时间单位：宙、代、纪、世（国际通用）

期、时（生物地理区）；

（2）地层单位：宇、界、系、统、

层、带；

（3）宙：隐生宙和显生宙；

（4）代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代；

（5）第四纪Q：距今约200万年。

1.1.3.1 地质时代

绝对年代：地质体形成距今的年代，又称同位素年代，是

由放射元素蜕变产物的含量计算出来的。

相对年代：表示地层相对新老关系的时代顺序。

1.1.3.2 地质相对年代

3


菊石

4


生物大爆炸和生物灭绝

生物大爆炸

发生在寒武纪初期(540-530Ma)，在此时间段之前，除少许低等生物(藻类)外，全世界几乎没有生命活动。此时间段，大量海洋生命突然涌现，且种属繁多，个体较大。以我国科学家最早发现的云南“澄江动物群”最为典型，准确标定了生命大爆发的时间底界。

生物灭绝：存在五次全球生物灭绝事件

4.4 亿年前，奥陶纪末期，地球上85%的物种灭绝（No.3）

3.65亿年前，泥盆纪后期，地球史上的第四大规模的物种灭绝事件

2.5 亿年前，二叠纪末期，地球上96%的物种灭绝，海洋生物衰败，生

态系统更新

1.95亿年前，三叠纪末期，地球上76%的物种灭绝，主要是海洋生物灭

绝（No.5）

6500万年前，白垩纪末期，75%~80%的物种灭绝，恐龙时代结束(No.2)

5


矿物是地壳中具有一定化学成

分和物理性质的自然元素或化合物，如金刚石(C)、石英(SiO2) 。组成岩石的矿物称为造岩矿物（30余种）。

1.2 矿物与岩石（简）

1.2.1 主要的造岩矿物

矿物的种类：原生矿物和次生矿物

原生矿物：通常由岩浆冷凝而成，如石英、长石、角闪

石、辉石、云母等

次生矿物：通常由原生矿物风化产生，如长石风化产生高

岭石、辉石或角闪石风化生成绿泥石；次生矿

物也有以水溶液中析出生成的，如方解石、

石膏等

长石

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石英金刚石

石膏蒙脱石云母方解石

角闪石辉石

高岭石

绿泥石

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矿物的主要物理性质

①形态

结晶体呈规则的几何形状，如石英、方解石、正长石、斜长石、辉石、角闪石等。

另一类非结晶体为不规则形态，常见的有粒状、板状、片状、柱状和纤维状。

②颜色

自色、他色（含有杂质、表面氧化或风化）

颜色鉴定应以新鲜面为准

The Many Colors of Fluorite

（萤石）

浅色 (Al Si) 白、浅灰、粉

红、红、黄等色

深色 (Fe Mg) 深灰、深绿、

灰黑、黑色等色

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③光泽矿物表面反射光线的强弱程度

④硬度矿物抵抗外力刻划的能力

金属光泽

非金属光泽

黄铁矿石英褐铁矿

滑石(软铅笔) 石膏(指甲) 方解石(铜钥匙) 萤石(铁钉) 磷灰石(玻璃) 正长石(小刀) 石英黄玉刚玉金钢石

⑤解理矿物受外力作用时，沿一定方向裂开成光滑平面的性能

⑥断口矿物受外力打击后断裂成不规则的形态

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极完全解理易成极薄片层，如云母完全解理解理面平滑，如方解石不完全解理裂开面只有局部的光滑面，如橄榄石无解理裂开成不规则的碎片，如石英

参差状断口黄铁矿石英

贝壳状断口

锯齿状断口自然铜高岭石

土状断口

石膏

纤维状断口

平坦状断口方解石

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1.2.2 岩石的类型和性质

1.2.2.1 岩石的类型

矿物的鉴定方法

①肉眼鉴定 (小刀、放大镜、10%浓度稀盐酸等)

②室内鉴定 (仪器、药品)

成因坚固性风化程度

岩浆岩(火成岩) 硬质岩石 fr ≥30MPa 未风化(新鲜)

沉积岩(水成岩) 软质岩石f r ≤30MPa 微风化(结构基本未变)

变质岩中等风化(结构部分破坏)

强风化(结构大部分破坏)

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岩浆岩：岩浆侵入地壳或喷出地表冷却后形成的岩石

矿物成分：浅色矿物、深色矿物

结构：显晶质、隐晶质、玻璃质、和斑状

构造：块状构造、流纹构造、气孔状构造、杏仁状构造

基性岩 52%～45%

中性岩 52%～65%

橄榄岩 (深成岩)

超基性岩<45%

SiO2

含量

酸性岩 >65%

正长岩 (深成岩)

流纹岩 (喷出岩)

辉绿岩 (浅成岩)

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沉积岩：岩石经风化、剥蚀成碎屑，经水、风或冰川搬运至低洼处沉积、再经压密或化学作用胶结成沉积岩。

碎屑岩

种类

矿物成分：原生矿物、次生矿物

胶结物：硅质、钙质、铁质、泥质强弱

结构：碎屑、泥质、化学、生物

构造：最显的是具有层理构造

粘土岩

化学岩

生物化学岩

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变质岩：原岩变了性质的一种岩石

矿物成分：原生矿物、次生矿物和特殊矿物

结构：变晶结构、变余结构、碎裂结构

构造：块状构造、板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造

块状的

片状的

板岩

板状的

常见

千枚状的

蛇纹岩

大理岩

片麻状的

千枚岩

片麻岩

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1.2.2.2 岩石的性质

物理力学性质指标天然重度比重抗压强度弹性模量承载力

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——母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑。其中较细的碎屑已被风或雨水带走。

1.3 第四纪沉积物（简）

1.3.1 残积层

不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下介绍其中主要的几种成因类型。

残积层断面

裂隙多无层次平面分布厚度不均

特点：

不均匀沉降土坡稳定性

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1.3.2 坡积层

当雨水和融雪水等洗刷山坡时，将山上的石屑顺着斜坡搬运到较平缓的山坡或者山麓处，逐渐堆积成坡积层。

厚薄不均，上薄下厚倾斜层理，但不明显土质不均，与基岩无关孔隙比大，压缩性高

特点：

坡积层断面不均匀沉降地基稳定性

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1.3.3 洪积层

由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，冲刷并搬运大量岩屑，流至山谷出口与山前倾斜平原，堆积而成洪积层。

洪积层断面

洪积扇群

层理构造

不均匀沉降地基稳定性

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●河床沉积层

●河漫滩沉积层

●河流阶地沉积层

●古河道沉积层

1.3.4 冲积层

由河流的流水将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带，所形成的沉积物称为冲积层。

1.3.4.1 平原河谷冲积层好

差

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1.3.4.2 山区河谷冲积层在山区，河谷两岸陡峻削，大多仅有河谷阶地，盆地和宽谷中有河漫滩冲积层。

1.3.4.3 山前平原冲积洪积层山前平原沉积层具有分带性：近山一带，为冲积和部分冲积的粗粒物组成；向平原低地，逐渐变为砂土和粘土。

1.3.4.4 三角洲沉积层大量泥沙在河口沉积而成，面积很大，厚度可达百米，为新近沉积层。含水率大，压缩性高，承载力低。

●粗粒漂石、卵石与圆砾

●厚度一般不超过10~15m

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●滨海沉积物

●大陆架浅海沉积物

●陆坡沉积物

●深海沉积物

1.3.5 海相沉积层

1.3.6 湖沼沉积层

●湖相沉积层

●沼泽沉积层

1.3.7 冰积层和风积层

●冰碛层

●冰水沉积层

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1.4 不良地质条件（简）

1.4.1 断层

岩层在地应力作用下发生断裂，断裂面两侧的岩体显著发生相对位移，称为断层。

东非大裂谷断层形成机理

正断层逆断层平移断层

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1.4.2 节理发育

岩层在地应力作用下形成断裂，但未发生相对位移时称为节理。

三组节理柱状节理

按成因节理可分为：①原生节理，成岩过程中形成，如沉积岩中因缩水而造成的泥裂或火成岩冷却收缩而成的柱状节理；②构造节理，由构造变形而成；③非构造节理，由外动力作用形成的，如风化作用、山崩或地滑等引起的节理，常局限于地表浅处。

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1.4.3 滑坡

山坡失滑原因：人类活动原因和自然环境因素

1.4.4 河床冲淤

凹岸坍坡、凸岸淤积三十年河东，三十年河西

建房：或增荷、或削坡脚生产生活用水：渗透降低土的抗剪强度坡脚被冲刷：天然边坡变陡雨水入渗：降低土的内摩擦角

1.4.5 岸坡失稳

1.4.6 河沟侧向位移

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1.5 地下水

概念：埋藏在地面以下土中孔隙、岩石孔隙和裂隙中的水。土或岩石的孔隙中充满水的地带称饱水带，地下水称饱和带水。未被水充满的地带称为包气带，地下水称包气带水。

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1.5.1 地下水对工程的影响（略）

●基础埋深

通常要求设计基础的埋深不小于地下水位的埋深(d<hw) ，在寒冷地区还要考虑冻深 (毛细水上升助长

岩土体的冻胀破坏)。

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施工排水

当地下水位埋藏较浅、基础埋深大于水位深度时(d < hw)，基槽开挖和基础施工必须进行排水。

1-排水沟，2-集水井，3-水泵

1-井点管，2-滤管，3-总管，4-弯联管，5-水泵房

集水井降水

轻型井点

管井井点

深井井点

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●地下水位升降

①地下水位上升

②地下水位下降

结构破坏

结构破坏强度降低压缩性增大冻胀风险浮力增加

崩解湿陷软化膨胀

崩解性岩土湿陷性黄土盐渍性岩土膨胀性岩土

地表塌陷(岩溶发育地区) 地表沉降(地下水过度开采) 海(咸)水入侵地裂缝的产生与复活地下水资源枯竭、水质恶化

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●地下室防水——刚柔相济原则

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●水质侵蚀性

结晶类腐蚀

SO42-+砼中Ca(OH)2→CaSO4 ·2H2O二水石膏结晶体，再与水化

铝酸钙CaOAl2O · 6H2O反应生成水泥杆菌(水化硫铝酸钙)，体积膨胀为原来的2.28倍。

分解类腐蚀

由于地下水中含有超量CO2时，砼中CaCO3被溶解而受腐蚀。地下水酸度过大，即 PH值小于某一数值，那么砼中Ca(OH)2也要分解，特别是当反应生成物为易溶于水的氯化物时，对混凝土的

分解腐蚀很强烈。

结晶分解复合类腐蚀

当地下水中NH4-，NO3-，Cl-和Mg2+离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)2发生反应，除生成的Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2易溶于水并随之流失。硬石膏CaSO4与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；硬石膏遇水生成二水石膏(在结晶时体

积膨胀)，破坏混凝土结构。

30


●空心结构物浮起

当建筑物基底面位于地下水位时，地下水对基础底面产生表水压力——浮托力。

31


●承压水冲破基槽

存在承压水的地区，基槽开挖的深度要计及承压水上面的自重压力应大于承压水的压力，否则，承压水可能冲破基槽底部的隔水层，使承压水涌上基槽造成流土破坏。

基坑底隔水最小厚度排水降压

32


1.5.2 地下水分类

按埋藏条件不同可分为三类：

●上层滞水：积聚在局部隔水层上的水称为上层滞水

地下水埋藏示意图

雨水补给，季节性强水量不大，病害的重要原因

33


●潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。

潜水埋藏示意图

雨水+河水补给，季节性强补给区与分布区一致

潜水面特征示意图

潜水面特征： a.一般呈倾斜的各种形态的曲面

b.起伏经常与地形一致，较地形平缓，

与地表面形态具有相似性

c.含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓

d.岩层透水性变好时，潜水面坡度变缓

34


●承压水：埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中的地下水，是一种有压重力水。

有压水埋藏示意图

35


1.5.3 地下水位（略）

实测水位

初见水位

稳定水位：24h后的稳定水位

历年最高水位

重大工程必须考虑

36


1.5.4 地下水的运动

●土的渗透性：土体可被水透过的性质。

1.5.4.1 达西（Darcy,1856）定律

1 2h hQ qv k ki

tA A L

vk

i

（1）定义

hi

L

●公式

●渗透系数

●水力梯度

●流速v

（2）适用范围：砂土、一般粘性土，雷诺数<10的地下水

层流运动。

L

37


岩土渗透性分级

Lu—吕荣单位，指1MPa压力下，每米试段的平均压入流量，以L/min计。

38

●大小：


1.5.4.2 动水力（渗透力）

（3）渗流作用于土骨架单位

体积上的力（单位体积

渗流力GD、j）为

ww

hAJj i

V AL

wF hA（1）土颗粒对水流的阻力

（2）总渗透力为渗透水流作

用在土颗粒上的力，大

小为

wJ F hA

●方向：与渗流方向一致

●作用点：土骨架重心。

39


（1）流土

（2）管涌

1.5.4.3 渗透破坏形式

在渗流作用下，某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象。它可以是整体性的，也可是局部性的。流土或砂沸常发生于渗流出逸处而不发生于土体内部。

在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过其粗大孔隙发生移动，或被水流带出的现象。它发生的部位可以在渗流出逸处，也可以在土体内部，故亦称之为渗流引起的潜蚀现象。

wi

cr

w

i

（1-5） ●临界水力梯度

40


1.5.5 地下水水质（简）

（1）结晶性侵蚀

（2）分解性侵蚀

（3）结晶分解复合型侵蚀

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[1] 杨进良. 土力学[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2006.

参考资料：

[2] 周汉荣, 赵明华. 土力学地基与基础[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.

42


●了解地质年代、工程地质的内容和重点

●熟悉矿物与岩石的种类

●熟悉第四纪沉积层的分类及其特点

●熟悉不良地质条件

●熟悉地下水对工程的影响、地下水位、水质

●掌握地下水分类、达西定律、渗流力及渗流变形型式

本章重点：

本章要求：

●地下水分类

●达西定律的定义及适用范围

●渗流力及渗流变形型式

习题： ●复习思考题1.14、1.15

●习题1.7、1.8

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