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1、1 土力学与地基基础 复习案 完整版 2011.05.03 娄兴接本资料 绪论 基本概念 1.地基:支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地层称为地基。 2.基础:建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。 第一章 土的物理性质及工程分类 基本概念 1.颗粒级配曲线:土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地2 发生变化。(例如：土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘 性。) 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制颗粒级配曲线。由曲 线的坡度可判断土的均匀程度。 2.不均匀系数:反映大小不同土的粒组的分布情况，越大表示土粒大 小的分布范围越大，其级配越良好。作为填方工程的土料，比较容 易获得
2、较大的密实度。 10 60 d d C u d 60 小于某粒径颗粒含量占总土量 60%时的粒径;d 10 -小于某粒径 颗粒含量占总土量 10%时的粒径。 3.土的三种微观结构（单粒结构，蜂窝结构，絮状结构） 4.三相简图 : 土的结构 分 类 单粒结构 蜂窝结构 絮状结构 由较粗的砾石、砂粒在重力 作用下沉积而成（无结构性 土）。 由较细土粒在水中沉积而 成，孔隙较大。 由细粒土在水中处于悬浮状 态凝聚成海绵絮状的集合体。 有结构性土 无结构性土3 5.含水量（m w /m s ）:含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标。 含水量大湿软； 6.孔隙比（V v /V s ）: 1 ) 1 (
3、 w s s v d V V e 7.饱和度(V w /V v ) : % 100 v w V V S 描述土体中孔隙被水充满的程度。干土为 0；饱和土为 100% 8.浮重度（有效重度 ）: w sat w w v s V V V W 4 9.相对密实度（D r ）: 10.液限含水量( L ):可塑状态与流动状态之间含水量; 11.塑限含水量( P ):可塑状态与半固态间的含水量； 12.液性指数(I L ):是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数 之比。 用液性指数可表示粘性土的软硬状态。 13.塑性指数(I P )是指液限和塑限的差值(省去符号)，即土处在 可塑状态的含水量变化范
4、围。 p l p I w w 14.土的灵敏度(St)-原状土的强度与同一种土经重塑(含水量不变时 土的结构彻底破坏)后的强度之比。 St=q u /q u , ， St=48。土的结 构性对强度的影响，用灵敏度来衡量。 max max min r e e D e e S P L 固态 半固态 可塑状 态 流动状 态 (含水量) p p l l p p w w w w I w w I I L L5 15.最优含水量(w op )在一定的击实能量作用下使土最容易压实， 并能达到最大密实度时的含水量。 16.地基土的工程分类（岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工 填土等；素填土） 。 基本理论
5、17.级配良好的土（或级配不良的土）的工程意义：级配良好的土较 粗的颗粒间的孔隙被较细的颗粒填充，颗粒之间粗细搭配填充良好， 易被压实，土的密实度好，地基土的强度和稳定性也较好，透水性 和压缩性较小。 18.利用三相简图进行简单计算。 第二章 土中应力计算6 基本概念 1.土中应力主要包括： 自重应力（计算中地下水位以下取浮容重） 附加应力：是指建筑物荷载在土体中引起的附加于原有应力之上 的应力。 2.基底压力：建筑物基础底面与地基之间的压力（接触压力、基底 反力） 。 外墙或柱下基础 中心荷载下基底压力: G= GAd 一般取 G =20kN/m3,地下水位以下取浮容重。 cz z 1 n
6、c i i i h F G p A 7 偏心荷载下基底压力:4.基底附加压力（一般只有基底附加压力才能引起地基的附加应力 和变形）：一般土层在自重作用下压缩稳定后，新增加于基底平面 处的外荷载。 d p p p cz 0 0 5.地基附加应力： 铅直向地基附加应力: 2 z F z 为铅直向地基附加应力系数，查表 2-2。 基本理论 6.地下水位升降引起的现象：地下水位升降会引起自重应力的变化 （见下图） ，进而造成地面高程的变化。 （华北大范围地面沉降就是 长期过量开采地下水使地面下降造成的。 ）6 1 F G e lb l min max p p = W M lb G F 8 7.成层土自
7、重应力计算：地基土往往是成层的，成层土自重应力的 计算公式： 8.中心荷载下的基底压力（见 2. ） ； 9.偏心荷载下的基底压力（见 2. ） ； 10.附加应力分布规律： （广度）在地基中任一深度处的水平面上，沿荷载轴线上的附加 应力最大，向两边逐渐减小（应力扩散） ； （深度）荷载轴线上，离荷载越远，附加应力越小。 11.角点法计算地基附加应力： (a) o点在荷载面边缘0 ) ( p cII cI z 式中 c 和 c ，分别表示相应于面积 I 和的角点应力系数。 (b) O 点在荷载面内 0 ) ( p cIV cIII cII cI z 1 n c i i i h 9 (c) O
8、点在荷载面边缘以外 荷载面 abcd 看成由 I(ofbg)与(ofah)之差和(oecg)与(oedh)之差 合成。 0 ) ( p cIV cIII cII cI z (d) O 点在荷载面角点外侧 把荷载面 abcd 看成由 I(ohce)、(ogaf)两个面积中扣除(ohbf)和 (ogde)而成: 0 ) ( p cIV cIII cII cI z 第三章 地基变形计算 基本概念10 1.侧限压缩实验、压缩曲线:不允许土样产生侧向变形(侧限条件)的 室内压缩试验。 2.压缩系数 a: a = 1000(e 1 -e 2 )/(p 2 -p 1 ) 实际工程中，采用压力由 p 1 =1
9、00kPa，p 2 =200kPa 时的压缩系数 a 1-2 来评定土的压缩性。0.5MPa -1 ，高压缩性 3.压缩 模量（侧限压缩模量）：土完全侧限条件下，竖向 附加应力与应变增量 z 的比值。 a e H H p E S 1 1 1 一般 Es15MPa 属低压缩性土。 4.地基的最终沉降量的计算方法有 分层总和法: 即在地基沉降计算深度范围内划分为若干分层计算 各分层的压缩量，然后求其总和。 计算步骤 将土分层(0.4b 左右)； 1 2 2 1 e e de e a dp p p p 11 计算自重应力； 计算附加应力； 受压层下限的确定： cz z 2 . 0 计算各分层的自重应
10、力、附加应力平均值； 确定各分层压缩前后的孔隙比； 计算地基最终变形量。 规范法： e-lgp 曲线法等: 与土层的应力历史有关； 5.渗流破坏的两种形式 流土：在渗流作用下，土体中某范围内的颗粒或颗粒群发生移动 的现象，只发生在水流出溢口处，不在土体内。 管涌：在渗透力作用下，无黏性土中的细小颗粒通过粗大颗粒的 孔隙，发生移动或被水流带出的现象。在出水口或土体内部都可能 发生。 6.固结:土体在荷载作用下内部含水缓慢渗出，体积逐渐减小的土力 学现象。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。 7.地基变形特征： 沉降量：基础中心点的沉降量；砌体承重结构基础由局部倾斜控 制； 沉降差：相邻单独
11、基础沉降量的差值；框架结构和单层排架结构 基础由相邻两柱基的沉降差控制；12 倾斜：多层或高耸建筑结构基础由倾斜值控制。 局部倾斜：指砌体承重结构沿纵墙 6-10 米之内基础两点的沉降 差与其距离的比值。 基本理论 8.土的压缩看作为土中孔隙体积的减小 9.分层总和法计算地基沉降量（采用侧限条件下的压缩性指标，取 基底中心点下的附加应力进行计算） i n i si i i n i i i i i n i i i i h E p h e p p a h e e e s 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 10.规范法同普通分层总和法的区别：计算变形时修正； 11.e-lgp 曲线法的实质
12、：考虑应力历史对地基沉降的影响； 12.达西定律（渗透定律）：水在土中的渗透速度与水力梯度成正比， 即 v ki v：渗透速度，cm/s，v=Q/(At); k：渗透系数，cm/s； i：水力坡降（水力梯度） ，i=h/L; h：水头差，cm； L：渗透路径长度，cm。13 13.有效应力原理： u 14.固结度（U）： 或 S S U t t S U S t t S t 基础在某一时刻 t 的沉降量； S基础最终沉降量。 15.固结过程中的应力转换。 第四章 土的抗剪强度与地基承载力 基本概念 1.地基发生破坏的根本原因：达到抗剪强度（土体抵抗剪切破坏的 极限能力） ； 2.直接剪切试验（直
13、剪）： 直剪试验的三种方法及适用性 快剪地基土排水不良，施工进度快。14 固结快剪地基充分排水后，进行快速施工。 慢剪地基排水较好，施工速度慢。 3.结构性：在不受扰动情况下，土体的稳定为一定结构体系的性质； 4.灵敏度（S t ）：扰动土由于结构被破坏，连结削弱，抗剪强度显著 降低。常用灵敏度 S t 来评价天然结构被破坏时土强度的减弱程度。 u u q q 无侧限抗压强度 相同含水率的重塑土的 度 原状土的无侧限抗压强 灵敏度 不灵敏：S t 16 。 5.砂土的液化：砂土或粉土在振动荷载作用下，转化为液体的行为 或过程。砂土的液化是指由砂土和粉土颗粒为主所组成的松散饱和 土体在静力、渗流
14、尤其在动力作用下从固态状态转变为流动状态的 现象。 6.地基的破坏类型 （a）整体剪切破坏：破坏从基础边缘开始，滑动面贯穿到地表，基 础两侧的地面有明显隆起；破坏时基础急剧下降或向一边倾斜。 (b)局部剪切破坏：滑动面未延伸到地表，而是中止在地基土体内部15 某一点；基础两侧地面微微隆起，剪切破坏区仅仅被限制在地基土 体内部某一区域，不形成延伸至地面的连续滑动面；基础一般不会 发生倾倒或倾斜破坏。 (c)冲剪破坏：地基发生垂直剪切破坏，地基内部不形成连续滑动面； 基础两侧土体没有隆起现象，往往随基础的“切入”而微微下沉； 破坏时只伴随过大的沉降，没有倾斜发生；基础随荷载增加连续刺 入，最后因基础侧面附近土的竖直剪切而破坏。 7.临塑荷载 (p cr ) : 当荷载增大时，塑性区发展，该区的最大深度也随而增大， 若塑性区的最大深度 z max =0，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性 区，相应的荷载为临塑荷载 p cr 。 (p 1/4)、( p 1/3): 在中心垂直荷载作用下，塑性区最大深度 z max 控制在（1/4）b 或（1/3）b 范围内（地基发生局部剪切破坏） ，相 应的荷载用 p 1/4或 p 1/3 表示。 基本理论 8.库伦公式: T/ F ; N/ F c粘聚力； 内摩擦角; -正应力; 剪应力。 tan f c
