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1、土力学与地基基础土力学与地基基础 第一章 1.1 土的三相组成 当土是由土粒、空气和水组成时，土体 为固相、气相和液相固相、气相和液相组成的三相体系。 1.土的固体颗粒 原生矿物是岩浆在冷凝过程中形成的矿 物，如石英、长石、云母等。 次生矿物是由原生矿物经过风化作用后 形成的新矿物，如粘土矿物及碳酸盐矿 物等。 土中的有机质对土的性质也有影响。有 机质含量高的土通常具有较大的压缩性。 在工程应用中，规定有机质含量大于 5% 的土不宜用作填筑材料。 2.土中的水：在自然条件下，土中总是含 水的。土中水可处于液态、固态或气态液态、固态或气态。3.土中的气体：土中的气体存在于土孔隙土孔隙 中未被水所
2、占据中未被水所占据的部位。 4.土的结构是指土粒之间的相互排列及其 联结形式形成的综合特征。土的结构一 般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构单粒结构、蜂窝结构和絮状结构 三种基本类型。 5.从地层中取出能保持原有结构及含水率从地层中取出能保持原有结构及含水率 的土样的土样称为原状土原状土。 6.粘性土结构遭到破坏，强度降低，但土 体强度随时间发展有所恢复的性质，称 为土的触变性土的触变性。如在饱和软粘土中打桩 施工完成后，不能立即检测承载力，而 是要求经过 25 天天后才能进行桩基承载力桩基承载力 检测检测，就是考虑了土的触变性。 1.2 土的三相比例指标（重点） 土的松密程度松密程度和软硬程度
3、软硬程度主要取决于组 成土的三种成分在数量上所占的比例。 Va，Vw，Vs土中气体体积、水体积、 颗粒体积，cm；Vv土中孔隙体积， Vv=Va+Vw，cmV土的体积， V=Vs+Vv，cm mw，ms土中水的质量、颗粒的质量， g；ma 土中气体的质量，相对甚 小，可以忽略不计，g；m 土的总质量， m=mw+ms，g。 天然土单位体积的质量称为土的天然密天然土单位体积的质量称为土的天然密 度度（单位为 g/cm） ，即土中水的质量与土颗粒质量之比土中水的质量与土颗粒质量之比，称为 土的含水率土的含水率 w，以百分数计，即单位体积土颗粒质量与单位体积土颗粒质量与 4纯水单位体积纯水单位体积
4、的质量之比的质量之比称为土粒相对密度（或土粒土粒相对密度（或土粒 比重）比重）ds，即砂土的土粒相对密度为砂土的土粒相对密度为 2.652.69；粘性；粘性 土：粉质粘土土：粉质粘土 2.722.73，粘土，粘土 2.742.76。 土单位体积中固体颗粒的质量土单位体积中固体颗粒的质量，称为土土 的干密度的干密度，并以 d 表示：土空隙中全部被水充满时单位体积土体土空隙中全部被水充满时单位体积土体 质量质量叫土的饱和密度土的饱和密度 sat：土中孔隙体积与土粒体积之比叫土的孔土中孔隙体积与土粒体积之比叫土的孔 隙比隙比，即孔隙比可以用来评价天然土层的密实程 度。孔隙比 e0.6 的土是密实的，
5、具有低压缩性，e1.0 的土是疏松的高压缩 性土。 土的孔隙率土的孔隙率 n 是土中空隙体积与总体积是土中空隙体积与总体积 之比之比：土空隙中被水充满的体积与空隙总体积土空隙中被水充满的体积与空隙总体积 之比之比，称为土的饱和度 Sr：Sr =1.0 为完全饱和，Sr =0 为完全干燥的 土；按饱和度可以把砂土划分为三种状 态：0Sr0.5 为稍湿；为稍湿；0.5Sr0.8 潮潮 湿（很湿的）湿（很湿的） ；0.8Sr1.0 饱和。饱和。 1.3 我们把粘性土从一种状态变化到另一种 状态的含水率称为界限含水率界限含水率，界限含 水率分为液限、塑限和缩限液限、塑限和缩限。 土由可塑状态变到流动状
6、态的界限含水 率称为液限，用 wL 表示；土由半固态变 到可塑状态的界限含水率称为塑限，用 wP 表示；由固态变到半固态的界限含水 率称为缩限 wS 塑性指数用 IP表示：IP =wL-wP 液性指数用 IL表示：1.4 无粘性土的密实度 1.据孔隙比 e 判断 2.据相对密度 Dr 判断 相对密度 Dr，即Dr0.67 密实的0.67Dr0.33 中密的0.33Dr0.20 稍松的0.20Dr0 极松的 1.6 影响土压实性的因素主要是土的性质、土的性质、 击实功能和含水率击实功能和含水率。 （填空题） 当土为偏干时，增加击实功能对提高干增加击实功能对提高干 密度的影响较大，偏湿时则收效不大
7、密度的影响较大，偏湿时则收效不大， 故对偏湿的土企图用增大击实功能的办 法提高它的密度是不经济的。所以在压 实工程中，土偏干时提高击实功能比偏 湿时效果好。 压实度用 K 表示：式中：d现场碾压时的干密度， g/cm；d室内试验得到的最大干 密度，g/cm 1.7 塑性指数大于塑性指数大于 1010 的土称为粘性土的土称为粘性土。按塑 性指数 IP的指标值粘性土又可以分为粉 质粘土（10IP17）和粘土（IP17） 。 （判断题）第二章 1.土中应力土中应力是指土体在自身重力、建筑物 荷载及其他因素（如地下水渗流、地震 等）作用下，土中所产生的应力。土中 应力会引起地基变形，导致建筑物发生 沉
8、降、倾斜或水平位移。 土中应力按引起的原因分为自重应力自重应力和 附加应力附加应力两种。 土中自重应力是指土体受自身重力作用 而产生的应力。土中附加应力是指土体 受外荷载（如建筑物荷载、交通荷载、 地下水渗流和地震等）作用，在土体中 产生的应力增量。土中应力是引起土体 变形和地基变形的主要原因，也是导致 土体强度破坏和失稳的重要原因。2.基础按刚度可分为柔性基础柔性基础和刚性基础刚性基础。柔性基础的刚度很小（EI0） ，就像放在 地基上的柔性薄膜，在垂直荷载作用下 没有抵抗弯曲变形的能力，地基随基础 一起变形。可以近似地将土堤、土坝、 路基及薄板基础视为柔性基础。 刚性基础是在荷载作用下不变形
9、的基础 （EI） 。桥梁、墩台的扩大基础、重 力式码头、挡土墙、大块墩柱等可视为 刚性基础。第三章 1.地基变形的大小主要取决于两个方面， 一个方面是建筑物基底附加力建筑物基底附加力 p0，它与 建筑物荷载大小、基底面积、基础埋深 及基础形状等因素有关，另一个方面取 决于土的压缩性质土的压缩性质。2.对于饱和土来说，土体的压缩变形主要 是空隙水的排出。孔隙水排出的快慢受 到土体渗透特性的影响，从而决定了土 体压缩变形的快慢。在荷载作用下，透 水性大的饱和无粘性土，空隙水排出很 快，起压缩过程短；而透水性小的饱和 粘性土，因为土中水沿着空隙排出的速 度很慢，其压缩过程所需时间较长，几 年、十几年
10、、甚至几十年压缩变形才稳 定。3.什么叫沉降？在建筑物荷载作用下，地 基土由于压缩而引起的竖向位移称为沉 降。从工程意义上来说，地基沉降有均均 匀沉降匀沉降和不均匀沉降不均匀沉降两类。3.一些地基加固方案如堆载预压等，也需 要考虑地基变形与时间的关系。 粘性土完成固结所需要的时间比较长。 通常对低压缩粘性土低压缩粘性土，可认为施工期间 完成最终沉降量的 50%80%；对中压缩中压缩 粘性土粘性土，可认为施工期间完成最终沉降 量的 20%50%；对高压缩粘性土高压缩粘性土，可认 为施工期间完成最终沉降量的 5%20%。 在厚层的饱和粘性土中，固结变形需要 经过几年甚至几十年的时间才能完成。4.建
11、筑物地基变形的特征，可分为沉降量、沉降量、 沉降差、倾斜和局部倾斜沉降差、倾斜和局部倾斜四种。5.减小地基沉降量可从内因和外因两个方 面分析：（了解） （1）内因方面：地基土由三相组成，固 体颗粒之间存在空隙，在外荷载作用下 空隙发生压缩，产生沉降。因此，为减 少地基的沉降量，在修建建筑物之前， 可预先对地基进行加固处理。根据地基 土的性质、厚度结合上部结构特点和场 地环境，可分别采用机械加密、强力夯 实、换填垫层、加载预压、砂桩挤密、 振冲及化学加固等措施，必要时可采用 桩基础或深基础。 （2）外因方面：地基沉降由附加应力产 生，因此减小基础底面的附加应力，可 相应地减小地基沉降量。通常可采
12、用使 用轻型结构、轻型材料，尽量减轻上部 结构自重，减少填土，增设地下室等措 施减小基础底面附加应力。 减小沉降差的措施通常有以下几种： （问答题问答题） （1）尽量避免复杂的平面布置，并避免 同一建筑物各组成部分的高度以及作用 荷载相差过多。 （2）在可能产生较大差异沉降的位置或 分期施工的单元连接处设置沉降缝。（3）设计中尽量使上部荷载中心受压、 均匀分布。 （4）加强基础的刚度和强度，如采用十 字交叉基础、箱型基础。 （5）增加上部结构对基础不均匀沉降的 调整作用；将超静定结构改为静定结构， 以加大对不均匀沉降的适应性。 （6）预留吊车轨道高程调整余地。 （7）妥善安排施工顺序，对高差较
13、大、 重量差异较大的建筑物相邻部位采用不 同的施工进度，先施工荷重的部分，后 施工荷重小的部分。 （8）防止施工开挖、降水不当，恶化地 基土的工程性质。 （9）控制大面积地面堆载的高度、分布 和堆载速率。 （10）人工不就措施。当建筑物已发生 严重不均匀沉降时，可采取人工挽救措 施。第四章 1.粘性土的抗剪强度抗剪强度一般与土的种类、密土的种类、密 实度、含水量以及土的结构实度、含水量以及土的结构等因素有关。2.什么叫地基承载力？其大小受到什么因 素影响？（问答题问答题） 答：地基单位面积上承受荷载的能力称 为地基承载力，其大小不仅决定于地基 土的性质，还受到基础形状、荷载倾斜 与偏心、地基土
14、抗剪强度、地下水位等 因素的影响。 3.地基的破坏类型有以下三种：（1）整整 体剪切破坏体剪切破坏；（2）局部剪切破坏局部剪切破坏； （3）刺入剪切破坏刺入剪切破坏。 4.在地基基础的设计计算中，一般要求建 筑物的地基基础必须满足什么条件？ （问答题问答题） 答：在地基基础的设计计算中，一般要 求建筑物的地基基础必须满足如下两个 条件： （1）建筑物基础的基底压力不能超过地 基的承载能力； （2）建筑物基础在荷载作用下可能产生 的变形（沉降量、沉降差、倾斜、局部 倾斜等）不能超过地基的容许变形值。第五章 1.挡土墙是防止土体发生滑坡和坍塌防止土体发生滑坡和坍塌的支 挡构筑物，广泛应用于工业与民
15、用建筑、 水利水电、铁路、公路、桥梁、港口及 航道等各类建筑工程中。 2.挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对自重或外荷载作用对 墙背产生的侧向压力墙背产生的侧向压力称为土压力。 3.根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处 的应力状态，可将土压力分为以下三种：（1）主动土压力；（2）被动土压力； （3）静止土压力。 4.在相同的墙高河填土条件下，主动土压 力小于静止土压力，而静止土压力又小 于被动土压力。即 EaE0Ep。 5.挡土墙的类型有：（1）重力式挡土墙重力式挡土墙 （由块石或混凝土组成，强身截面较大，由块石或混凝土组成，强身截面较大， 根据墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯根据墙背倾斜方向分为
16、仰斜、直立和俯 斜，依靠墙身自重抵抗土压力引起的倾斜，依靠墙身自重抵抗土压力引起的倾 覆力矩和滑移力。其结构简单，施工方覆力矩和滑移力。其结构简单，施工方 便，能就地取材，在土建工程中广泛应便，能就地取材，在土建工程中广泛应 用用） ；（2）悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙；（3）扶壁式扶壁式 挡土墙挡土墙；（4）锚定板及锚杆式挡土墙锚定板及锚杆式挡土墙； （5）加筋土挡土墙加筋土挡土墙；（6）板桩墙板桩墙。 6. 挡土墙必须有良好的排水设施，以减 小静止土压和主动土压力，并避免墙后填土因积水而造成地基松软，导致承载 力不足。若填土冻胀，则会使挡土墙开 裂或倒塌。故常沿墙长设置间距为 23m，直径不小于 100mm 的泄水孔。 墙后做好滤水层和必要的排水盲沟，在 强顶地面铺设防水层。当墙后有山坡时， 还应在坡上设置截水沟。挡土墙应每隔 1020m 设置
