土体主要物理力学性质指标统计表1-1-4

黄土的物理力学性质§2-1 黄土的物理性质试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。

由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。

一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。

大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。

试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。

含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。

黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。

黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。

为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。

一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d ﹥0.005mm）总量的90%以上。

黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。

水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。

水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。

易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。

它的含量直接影响到黄土的湿陷性。

中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。

以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。

难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。

1、塑性指数 plasticity index塑性指数是液限和塑限之差称为塑性指数，用不带百分号的小数表示，符号为IP。

概述塑性是表征细粒土物理性能一个重要特征，一般用塑性指数来表示；液限与塑限的差值称为塑性指数IP，即IP=WL-WP。

过去的研究表明，细粒土的许多力学特性和变形参数均与塑性指数有密切的关系。

特征塑性指数可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。

可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，粘性土由一种状态过渡到另一种状态的分界含水量叫作界限含水量，也称为阿太堡界限，有缩限含水量、塑限含水量、液（流）限含水量、粘限含水量、浮限含水量五种，在建筑工程中常用前三种含水量。

固态与半固态间的界限含水量称为缩限含水量，简称缩限，用ω表示。

半固态与可塑状态间的含水量称为塑限含水量，简称塑限，用ωp表示。

可塑状态与流动状态间的含水量称为液（流）限含水量，简称液限，用ωl表示。

含水量用百分数表示。

天然含水量大于液限时土体处于流动状态；天然含水量小于缩限时，土体处于固态；天然含水量大于缩限小于塑限时，土体处于半固态；天然含水量大于塑限小于液限时，土体处于可塑状态。

塑性指数习惯上用不带%的数值表示。

塑性指数是粘土的最基本、最重要的物理指标之一，它综合地反映了粘土的物质组成，广泛应用于土的分类和评价。

因素由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素。

塑性指数愈大，表明土的颗粒愈细，比表面积愈大，土的粘粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量愈高，土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大。

也就是说塑性指数能综合地反映土的矿物成分和颗粒大小的影响。

因此，在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类。

粉土为塑性指数小于等于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土；黏性土为塑性指数大于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土，其中：Ip>17 黏土Ip>10 粉质黏土Ip<10或Ip=10 粉土2、液性指数liquid index对黏性土来说，有一个指标叫液性指数，是判断土的软硬状态，表示天然含水率与界限含水率相对关系的指标。

沉井下沉工程塌陷事故的原因分析及处理摘要：本文主要针对沉井下沉工程塌陷事故的原因及处理展开了分析，结合具体的工程实例，对沉井下沉塌陷事故的原因作了详细的阐述，并给出了一系列的处理措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：沉井下沉；事故；原因；处理0 引言沉井工程一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。

而在沉井下沉的工程中，防止出现土方塌陷的事故，一直都是施工过程中最重要的部分之一。

因此，我们需要认真分析好塌陷的原因，并制定有效的方案，及时做好处理，以保障沉井下沉工程的施工质量和施工安全。

1 工程实例1.1 工程概况某沉井规格为16m×10m，沉井深度15.0m，井壁厚1000mm；地面标高+7.30m，管内底标高(罗零标高)为－0.754m。

该沉井在施工中突发地面土体塌陷，鉴于该情况，通过现场施工现状及地质勘查资料，详细分析了土体塌陷产生的原因，并针对该状况制定了土体加固方案，保障该沉井继续施工，为之后的顶管施工创造作业条件。

1.2 场地的地质、水文条件根据地质勘查报告，岩土层主要由杂填土、粘土、淤泥质土、粘土、残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩等组成。

各土层的主要物理力学性质指标如表1所示。

地下水初见水位埋深约0.60～2.50m，混合稳定水位的埋设在0.60～2.50m之间(罗零标高5.55～8.38m)。

地下水主要包括杂填土层中的上层滞水，残积砂质粘性土和砂土状强风化花岗岩中的孔隙潜水，属弱透水含水层，地下水水量较少。

地下水受大气降水及沿线居民生活用水入渗影响。

近3～5年最高地下水位高程为6.00～8.40m，历史最高洪水位标高为8.22m(罗零高程，闽江历年最高水位)。

2 沉井突发土方塌陷7#沉井在下沉至第12m时，其北侧即靠西路那侧井壁外侧地面发生塌陷，并且整个井体往北侧倾斜。

经过实测，沉井南侧墙体高程比北侧墙体高400mm，为保障施工安全和防止地面的进一步塌陷，现场由施工单位临时在沉井井壁里侧施打一排钢板桩进行临时防护。

基底对持力层有关力学指标参考表垫层的压实系数要求及承载力特征值垫层的每层铺填厚度及压实遍数垫 层 模 量注：压实矿渣的E 0/E S比值可按1.5～3取用。

填土内摩擦角φ参考值堑坡物理力学指标参考值深度在5m以内的基坑边坡的最陡坡度各构筑物含钢率的估算指标常用材料的弹性模量及泊松比基床系数参考值—《建筑结构设计新规范综合应用手册》P189注：表中k值单位为KN/m3砾石和砂土基床系数参考值何为基床系数？如何取值？基床系数:基床反力系数，弹性半空间地基上某点所受的法向压力与相应位移的比值，又称温克尔系数。

基床反力系数K应如何取值？这个应该就是文克勒提出的文克勒地基模型（弹性地基梁）中的基床反力系数（也称弹性抗力系数）。

文克勒假设：地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降量s成正比， p=ks ，其比例系数k称为基床反力系数，简称基床系数。

就是把地基土体划分成许多的土柱，然后用一根独立的弹簧来代替，k就是弹簧刚度。

基床系数的确定比较复杂，它不是单纯表征土的力学性质的计算指标，还受基底压力的大小和分布、压缩性、土层厚度、邻近荷载等等的影响。

有些书推荐按基础的预估沉降量或者载荷试验成果来确定。

K的取值可参阅说明书中的附表，在同一类土中，相对偏硬的土取大值，偏软的土取小值，若考虑垫层的影响K值还可取大些，当有多种土层时，应按土的变形情况取加权平均值。

K值的改变对荷载均匀的基础内力影响不大，但荷载不均匀时则会对内力产生一定的影响。

应适当调整K值，选择较理想的内力与变形的K值，并最好使垂直位移不出现负值。

1 什么是基床系数（又称弹性抗力系数）类似于弹簧系数,物理意义：使土体(围岩)产生单位位移所需的应力；或者，使单位面积土体产生单位位移所需要的力；一般土体的K随深度变化的，对同一层土，k随着深度的增加而增加。

k关于深度求导就是m，量纲为kN/m4 kPa/m/m。

2 基床系数是用来干啥用的？与哪些因素有关？广义来讲,基床系数是考虑土-结构相互作用的.狭义来讲,基床系数用于计算围护桩/墙的变形。

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下：)1(2ν+=EG （7.2）当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。

最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。

表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。

岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980）表7.1土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3,ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。

这些常量的定义见理论篇。

均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。

一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。

表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。

横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。

纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。

其取值依赖于分析的目的。

分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。

这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。

在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,∆ tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系：'f f kK nt ∝∆ （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。

f'K nm k C +=νν （7.4）其中3/4G K 1m +=νf 'k k γ=其中，'k ——FLAC 3D 使用的渗透系数k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9102⨯）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。

第一章土的物理性质及工程分类第一节土的组成与结构一、土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相）⑴固相：土颗粒--构成土的骨架,决定土的性质--大小、形状、成分、组成、排列⑵液相：水和溶解于水中物质⑶气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）二、土的固相——矿物颗粒土粒粒径大小及矿物成分不同，对土的物理力学性质有着较大影响。

如当土粒粒径由粗变细时，土的性质可从无粘性变化到有粘性。

（一）土的粒组划分工程上将物理力学性质较为接近的土粒划分为一个粒组，粒组与粒组之间的分界尺寸称为界限粒径。

土颗粒根据粒组范围划分不同的粒组名称：六大粒组：块石（漂石）、碎石（卵石）、角粒（圆粒）、砂粒、粉粒、粘粒界限粒径分别是：200mm、20mm、2mm、0.075mm、0.005mm,见下表。

表1-1 粒组划分标准（GB 50021—94）（二）土的颗粒级配自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。

1.颗粒大小分析试验方法（1）筛分法：适用60—0.075mm的粗粒土（2）密度计法：适用小于0.075mm的细粒土2.颗粒级配曲线——半对数坐标系3.级配良好与否的判别1)定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配（级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配（1）曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好（2） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 2) 定量判别：不均匀系数 1060d d C u =103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径 不均匀系数越大，土粒越不均匀，工程上把5<u C 的看作是均匀的，级配不好；把10>u C 大于的土看作是不均匀的，级配良好。

一、岩土体分类及工程地质特征根据评估区岩石建造以及岩土体物理力学性质特征，将区内岩土体划分软质岩类二大类，其工程地质特征分述如下：（一）松散土类工程地质岩组包括第四系人工填土层、冲积层、坡积层以及残积层。

1、人工填土层（Q ml，层号①）根据土性及成因，人工填土主要为素填土：（1）素填土（层序号①）：场地局部分布，揭露层厚 1.20～9.10m、平均厚度4.70m。

层面标高为81.70～92.70m。

其特征为：浅黄色，为平整场地期间从附近开挖山体回填，主要成分为砂质粘性土，未完成自重固结及分层碾压，松散状。

本层采土工试样2件(原报告：1件)，结果是：压缩系数0.09～0.64MPa-1，平均值为0.37MPa-1（原报告：0.48 MPa-1），压缩模量2.79～19.20MPa，平均值为6.46MPa（原报告：4.01 MPa）。

本层作标贯试验4次，剔除异常值后修正击数N范围值为4.7～8.3击，平均6.0击。

2、冲积层（Q al，层号②）根据颗粒大小可划分为两个亚层。

含淤泥质粘土（层序号②-1）：含淤泥质粘土层：场地局部分布，揭露层厚0.80～3.10米、平均厚度1.88米。

层顶标高80.95～85.10米。

其特征为：灰黑色，饱和，软塑状。

主要成分为粘粒，含较多砂砾（原报告：砂粒）。

见于ZK12、ZK14、ZK15、ZK18、ZK19、ZK22、ZK23、ZK30、ZK31、ZK32中。

本层作标贯试验7次，剔除异常值后修正击数N范围值为3.3～3.5击，平均3.5击，标准差0.077，变异系数0.22（原报告：0.022），标准值3.4击。

本场地取土样6件，主要的物理力学性质指标标准值：含水率w=41.5%，孔隙比e=1.150，液性指数I L=0.97,压缩系数a1-2=0.66MPa-1，压缩模量Es=3.29MPa。

粉质粘土（层序号②-2）：粉质粘土层:场地局部分布，揭露层厚0.50～6.60米，平均厚度2.22米。

黄土的物理力学性质§2-1 黄土的物理性质试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。

由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。

一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。

大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。

试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。

含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。

黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。

黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。

为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。

黄土的物理性质表2-1一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d﹥0.005mm）总量的90%以上。

黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。

水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。

水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。

易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。

它的含量直接影响到黄土的湿陷性。

中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。

以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。

难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。

土的物理力学性质土的物理力学性质，通常在土力学中加以研究。

土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及其规律的一门学科。

要了解土的物理力学性质，首先得了解和掌握土的特点，然后才能应用土力学的基本知识去正确地解决水土保持工程建筑中的土工问题。

土的特性表现在下述两方面：1．土的复杂性2．土的易变性在土体中，土的固相构成土的骨架。

骨架土粒的矿物成分、含水量、颗粒大小和结构，影响着土的性质。

上述土的三个组成部分的性质，它们之间量的比例关系，以及它们之间的相互作用，决定了土的物理力学性质。

工程上就是用某些物理量来说明土的物理性质和物理状态。

这些定量的数值，就叫土的物理性质指标。

物理性质指标与土的复杂的工程特性，如渗透性、压缩性和强度等，有着紧密联系，所以研究土的物理性质指标，是解决土工问题的最基本的课题。

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧砂土的密实度湿化膨胀与收缩湿化粘性土的膨胀、收缩与液性指数塑性指数度关系粘性土的稠度界限与强缩限塑限液限粘性土的稠度界限粘性土的稠度土的物理状态指标土的饱和度土的孔隙率和孔隙比计算推导指标土的含水量土粒比重浮容重饱和土容重湿土容重干土容重土的容重实验测定指标土的物理性质指标土的物理力学性质指标用试验方法测得的土的容重、土粒比重和含水量后，即可计算其他基本指标。

为了方便，常用下三相图（图1-1）来简化三相在数量上的关系。

该图是假想将土体内的固相、液相和气相分别集中在一起，然后计算各相间的体积与重量关系。

图中符号意义是：V s －土粒体积；V w －土中水体积；V a －土中空气体积；V v －土中孔隙体积，V v ＝V w + V a V －土的总体积，V ＝V v +V w + V a ；G s －土粒重量；G w －土中水重量；G a －土中空气重量，G a ≈0；G v －土中水、空气重量，G v ＝G w + G a ≈ G w ；G －土的总重量，G ＝G v +G w + G a 。