土力学地基基础培训资料

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1、1,土力学地基基础,民航学院交通工程专业用,2,绪论,一、土力学与基础工程的任务 1土体在工程建设中的作用 ）作为建筑物的地基，承受上部建筑物及其它荷载 ）作为建筑材料，修筑堤坝与路基 2土力学与基础工程的任务 土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研究土的 强度和变形及其规律的一门科学。解决地基的变形与强 度问题，为地基处理与基础设计提供理论依据与实验方 法，保证各类建筑物安全、经济，使用正常，不发生地 基基础工程事故。,3,绪论,二地基与基础的概念与要求 1两个基本概念 地基：承受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩 基按设计施工分为天然地基和人工地基。 基础：建筑物最底下的一部分，由砖

2、、混凝土或钢筋混凝 土等材料建成。 2地基与基础的基本要求 ）地基的变形条件：建筑物的沉降量沉降差（不均匀 沉降）不能过大，不能超过允许值。 ）地基的强度条件：地基不能发生滑动破坏,4,绪论,三、课程内容体系 1工程地质（预备知识） 2土的物理力学性质及工程分类 3土的压缩性与地基沉降计算（变形问题） 4土的抗剪强度与地基承载力（强度问题） 5土压力与土坡稳定性 6建筑场地的工程地质勘探 7天然地基上浅基础 8桩基础及其它深基础简介,5,绪论,第二章：土的物理力学性质,第三章： 地基附加压力沉降计算,地基基础设计,第四章： 临塑、临界、极限荷栽,第五章： 挡土墙、土坡稳定,6,绪论,218世纪

3、-1925年 在此期间，诞生了库仑定律（1773年），半无限空间弹性体（1885年，法国，布辛尼克斯），土坡稳定性分析法（1885年，瑞典，费伦纽斯）。,四、土力学发展简况 118世纪以前 土力学与地基基础在18世纪以前，处于经验阶段; 即:地基基础设计主要依赖实践经验。,31925年-至今 美国人太沙基发表第一部土力学专著，使土力学成为 一门独立的学科。,7,第一章工程地质（预备知识）,1-1 工程地质研究的内容 工程地质是地质学的一个重要分之，它主要研究与工程建设相关的地质问题,包括矿物与岩石，第四纪沉积层，不良地质条件等。,8,第一章 工程地质（预备知识）,1-2 矿物与岩石 一、主要的

4、造岩矿物 矿 物：岩石的基本组成部分，它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.已发现矿物 3000余种，其中造岩矿物30多种。 原生矿物: 由岩浆冷凝而成.如石英、云母等. 次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。,9,第一章 工程地质（基础知识）,1-2 矿物与岩石 一、主要的造岩矿物 矿 物：岩石的基本组成部分，它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.已发现矿物 3000余种，其中造岩矿物30多种。 原生矿物: 由岩浆冷凝而成.如石英、云母等. 次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。,10,第一章 工程地质（基础知识）,二.岩石的类型

5、1 按成因分类：,沉积岩：岩石经风化、剥蚀成碎屑，经流水、风或冰川运至 低洼处沉积，再经压紧或化学作用硬结成沉积岩 石的矿物成分沉积岩分布很广，约占地球表面75%。 白云石，石膏等。,变质岩：由于地壳运动和岩浆活动，在高温、高压和化学 反应的作用下，原来岩石的结构、构造和成分发 生了变化，形成的新的岩石。岩石的矿物成分长 石、方解石等。,岩浆岩：由地球内部的岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝而成。 岩石的矿物成分石英，黑云母，橄榄石。,11,第一章 工程地质（基础知识）,2按坚固性分类 硬 岩：单轴抗压强度大于30MPa （花岗岩） 软 岩：单轴抗压强度小于30MPa （页岩）,3按风化程度分类 微风

6、化：对于硬岩，用镐不能挖，对软岩，用镐挖掘困难 中风化：对于硬岩，用镐挖掘困难，对软岩，用镐挖掘掘 容易。 强风化：已成松软土块,12,第一章 工程地质（基础知识）,1-3第四纪沉积层,1.残积层,： 母岩经风化,剥蚀,但未被搬运.,2.坡积层：,岩屑被风或水搬运至平缓的山坡处,逐渐形成 的沉积层.,3.洪积层,：由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆 积而成的沉积层.,4.冲积层,：平原河谷冲积层；山区河谷冲积层；三角洲 沉积层,5.海相沉积层: 滨海;大陆架;次深海;深海,13,第一章 工程地质（预备知识）,1-4.不良地质条件 1.断层 2.岩层节理发育场地 3.山坡滑动 4.河床冲淤

7、5.岸坡失稳,14,第二章 土的物理性质及工程分类,2-1土的生成 一.土的生成 是由地球外壳岩石,经风化、剥蚀、搬运、沉积形成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风化分为物理风化、化学风化及生物风化。,15,第二章 土的物理性质及工程分类,二、土的结构和构造 1.土的结构 定义：土颗粒之间的相互排列和联结形式。结构分为： 单粒结构； 蜂窝结构； 絮状结构。,16,第二章 土的物理性质及工程分类,2.土的构造 定义: 同一土层中的物质成分和颗粒大小相近的各部分 之间相互关系的特征,分为： 层状构造： 分散构造：结核状构造； 裂隙构造。,17,第二章 土的物理性质及工程分类,2-2 土的三相组成,一

8、、土的固体颗粒 1）土粒的固体成分 原生矿物：由岩石经物理风化而成，矿物成分与母 岩相同，如石英等。 次生矿物：由化学风化而成，改变了原来的化学成 分，如粘土 矿物。 腐植质：,18,第二章 土的物理性质及工程分类,2）土粒的大小,3) 土的粒径级配 粒径级配：土中各粒组的相对含量,用百分数表示. 分析方法：筛分法（大于0.075mm），密度计法（小于0.075mm ）,19,第二章 土的物理性质及工程分类,不均衡系数：,：,式中： - - 纵坐标为60%所对应的粒径 - 纵坐标为10%所对应的粒径,20,第二章 土的物理性质及工程分类,二土中水 土中水：液态水，固态水，气态水。 液态水：结合

9、水和自由水（毛细水、自重水）。 结合水: 水分子为极性分子，由带正电荷的氢原子和带负 电荷的氧原子组成，粘土表面带负电荷，在土粒 周围形成电场, 吸引水分子带正电荷的氢原子一 端，使其定向排列，形成结合水膜。结合水有强 弱之分。,21,第二章 土的物理性质及工程分类,22,第二章 土的物理性质及工程分类,2-3 土的物理性质指标 一、土的三项基本物理指标 1土的密度：单位体积土的 质量.,23,第二章 土的物理性质及工程分类,2土的比重：土中固体矿物的质量与同体积4C时的纯水 质量的比值。 3土的含水量：土体中水的质量与固体矿物质量的比值,24,第二章 土的物理性质及工程分类,二、土的松密程度

10、指标 1土的孔隙比：土中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。 计算公式： 式中： - 孔隙体积. - 固体颗粒体积.,1 2. 土的孔隙率：土中孔隙占总体积的百分比。 计算公式： 式中： - 土体总体积。,25,第二章 土的物理性质及工程分类,三、反映土中含水量的指标 1含水量（略） 2 土的饱和度：,四. 特定条件下土的密度 1. 土的干密度 2. 土的饱和密度 3. 土的有效密度（浮密度）,26,第二章 土的物理性质及工程分类,2-4 土的物理状态指标 一、无粘性土的密实度 1以孔隙比为标准 (地基基础设计规范表2-2),2以相对密度为标准,计算公式：相对密度,3以贯入度试验为标准 63.5kg

11、重锤, 76cm, 30cm. N10:松散, N=10-30:中密, N30:密实,27,第二章 土的物理性质及工程分类,二、粘性土的物理特征（粘性土的水理性）,液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量 （%） 。,塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量 （%）。,缩态：粘性土半固态与固态之间的分节含水量 （%）。,固态 半固态 塑态 液态,0,28,第二章 土的物理性质及工程分类,塑性指数：粘性土液限与塑限的差值去掉百分数,液性指数：粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值 和液限与塑限差值之比。,物理意义：反映土的软硬程度。,物理意义：反映土吸附结合水的能力。,29,第二章 土的物理

12、性质及工程分类,25 地基土的工程分类,一、岩石 1定义：固体间牢固联结，呈整体或具有节理、裂隙 的岩体 称为岩石。 2分类：硬质岩石、软质岩石. 3工程特性：优良地基，强风化岩石除外。,二、碎石土,1定义：土的粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的 50%的土 2分类：块石（漂石）、碎石（卵石）、角砾（圆砾） 3.工程特性：优良地基。,30,第二章 土的物理性质及工程分类,三、砂土 1定义：土的粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的 50%的，且大于 0.075mm的颗粒超过全重的 土称为砂土。 2分类：砾砂、粗砂、中砂、细砾和粉砂。 3工程特性：砾砂、粗砂、中砂为优良地基，细砾和粉 砂，要具体情

13、况具体分析。,四、粉土 1定义：土的塑性指数小于10 的土称为粉土。 2工程特性：密实粉土，优良地基。饱和粉土，不良地 基。,31,第二章 土的物理性质及工程分类,五、粘性土 1定 义：土的塑性指数大于10 的土称为粘土。 2工程特性：与含水量有关，密实硬塑粘土为优质粘土， 疏松流塑粘土为不良地基。 六、人工填土 1. 定义：由人类活动堆填的土。分为素填土，杂填土和 冲填土。 2.工程特性: 较差,需要处理.,32,第二章 土的物理性质及工程分类,土的成因,本章小结：,土的结构、构造,土的物理性质,土的物理状态,33,第三章 土的压缩（变形）特性,3-1 土的压缩性（变形）概念 一、概念 土在

14、压力作用下体积减小（孔隙变小、颗粒压缩、气体 压缩、水压缩）的特性称为土的压缩性。 二、原因, 建筑物荷栽作用 地下水位大幅下降 施工影响 震动影响，产生震沉 温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉,34,第三章 土的压缩（变形）特性,3饱和土的压缩过程 渗流固结过程，缓慢过程。 4蠕变的影响 蠕变：当荷载恒定时，变形随时间的增长而缓慢增大。,35,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,二、土的应力与应变关系 1土体中的应力 1）应力的概念（略） 2）应力的正负 法向应力：拉应力为负，压应力为正。 剪应力：以外法线与坐标轴方向一致的面为基准面，剪 应力的方向与坐标方向相

15、反为正，相同为负。,36,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,4）土中应力 竖向自重应力： 水平方向法向应力： 2土的应力与应变关系及测定方法 单轴压缩实验；侧限压缩实验；直剪实验； 三轴压缩实验。,37,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,3-2 有效应力原理 一、土中的两种实验 二、有效应力原理 饱和土所承受的总应力为有效应力与孔隙水压力之和，其中 有效应力引起土层压缩，即：,式中： -总压力； -有效应力； - 孔隙水压力。,38,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,3-3 侧限条件下土的压缩性 一、侧限压缩试验（固结实验） 1实验仪器 主要试验仪器为侧限压缩仪，如图所示。,39,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,2实验方法 详见试验指导书，实验课讲授。 3试验结果,40,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,二侧限压缩性指标 土的压缩系数 压缩指数 侧限压缩模量,41,第三章 土的压缩性与地基沉降计算, 侧限压缩模量与压缩系数的关系,三、土层侧限压缩变形量 计算公式： 或,42,第三章 土的压缩性与地基沉降计算,一、荷载试验 1 试验装置