1地基处理基础知识

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1、 水利工程地基处理重庆交通大学 河海工程学院吴 文 雪Email: 2007.12参考书目： n水利工程地基处理n刘川顺 武汉大学出版社n建筑地基处理技术及地基基 础工程标准规范实施手册n中国建筑出版社n复合地基设计和施工指南n龚晓南 人民交通出版社n堤防除险加固实用技术n董哲仁 中国水利水电出版社 地基处理基础知识第一节 水工地基处理的任务 、目的和方法n地基处理的基本概念n水利工程特点n地基处理重要性n地基处理对象n地基处理方法和类型n场地是指工程建设所直接占有并直接使用 的有限面积的土地。场地范围内及其邻近 的地质环境都会直接影响着场地的稳定性 。n地基是指承托建筑物基础的这一部分范围

2、很小的场地。建筑物的地基所面临的问题 有以下五方面：1）强度及稳定性问题；2 ）压缩及不均匀沉降问题；3）渗漏问题； 4）液化问题；5）特殊土的特殊问题。当 建筑物的天然地基存在上述五类问题之一 或其中几个时，即须采用地基处理措施以 保证建筑物的安全与正常使用。第一节 水工地基处理的任务 、目的和方法n特点：n承担挡水、蓄水和泄水的任务，因而对 水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲 、耐磨、抗冻、抗裂等性能都有特殊要 求 。n对地基的要求比较严格，工程常处于地 质条件比较复杂的地区和部位，地基处 理不好就会留下隐患，事后难以补救， 需要采取专门的 地基处理措施。 一、重要性n1大部分水工建筑破坏

3、、失事：地基 缺陷、设计问题 n1.1软基水闸、泵房或渡槽：地基沉陷 、不均匀沉降、结构开裂、闸门不能 开启、水泵不能运用、建筑倒塌。 n1.2砂砾石、粉细砂地基：不采取适当 的防渗排水措施则可能渗透变形、地 基淘空、建筑倾覆、堤坝塌陷、滑坡二、处理对象n对象：软弱地基、高压缩性地基、强透水地基 我国建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）中规 定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲 填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基” 。 常见类型： n1.软土 n2.冲填土 n3.杂填土松 n4.散粉细砂及粉质砂土 n5.砂卵石地基 n6.特殊土地基软土n包括淤泥及淤泥质土n特点： 1.含水量高、

4、孔隙比大、压缩性 高、内摩擦角小；承载力低、 地基变形大。 2.渗透系数小、固结排水慢、沉 降时间长达数年至数十年。冲填土n亦称吹填土：是指在整治和疏浚河道 和湖塘时，用挖泥船通过泥浆泵将泥 砂或淤泥吸取并输送到岸边形成的沉 积土。n特点： 欠固结、压缩性高、强度低，一般需要 经过人工处理才能作为建筑物基础。杂填土n建筑垃圾、生活垃圾和工业废料 等无规则堆填物。n特点： 1.成分复杂、结构松散、分布不均 ；均匀性差、压缩性大、强度低 。 2.未经人工处理不得作为建筑持力 层松散粉细砂及粉质砂土n特点： 1.若侵水饱和，在地震及震动下 易液化流砂，承载力骤降。 2.渗透力作用下易流土变形。砂卵石

5、地基 n特点： 1.承载力满足要求。 2.透水性强、易发生管涌。n砂卵石地基（含粉细砂）必须采取防 渗排水措施。n管涌：在渗流动水压力作用下，砂卵 石地基中砂、土等颗粒被渗流带走， 形成较大的渗流通道，出现砂、水涌 出的现象。特殊土地基n包括湿陷性黄土、膨胀土、冻土等n特点：地区性 1.湿陷性黄土：侵水后土的结构迅速破 坏，沉陷显著，产生不均匀沉降。 2.膨胀土：吸水显著膨胀、失水显著收 缩，使地基隆起或下沉。 3.冻土：季节性冻土周期性冻融循环， 造成建筑物不均匀沉降。水工地基处理目的n提高地基承载力n控制地基沉降和不均匀沉降n防止地基渗透变形三、地基处理方法和类型三、地基处理方法和类型第二

6、节 土的物理性质指标 与土的工程分类n 土的物理性质指标n土的物理状态指标n土的工程分类土的物理性质指标n 1.容重（）具有天然结构和湿度的土重（W）与 其体积（V）之比。=W/V （g/cm3或KN/m3） n2.含水量（）土中水重（W ）与固体颗粒重（Ws ）之比。= W / Ws100%土的物理性质指标n 3.干容重（d）土的固体颗粒重与土体积之比。 d =Ws/V （g/cm3或KN/m3） n4.土粒比重（Gs） 土的固体颗粒重与其同体积水重之 比即土的比重。Gs= W s / Vs*1/= s/土的物理性质指标n 5.孔隙比（e）n6.孔隙率 n7.饱和度土的物理性质指标n 8.饱

7、和容重（sat）n9.浮容重（ ） 土的物理状态指标n 1.无黏性土的相对密实度（Dr）土的物理状态指标n 2.黏性土的液性指数（IL）WP塑性下限或塑限：半固态和塑态的界限含水量。 WL塑性上限或液限：塑态与流态的界限含水量。 二个界限含水量的差值为塑性指数，Ip=WLWP 土的物理状态指标n 2.黏性土的液性指数（IL）土的物理状态指标n 3. 土的不均匀系数（Cu）土的工程分类n分类体系繁杂、不统一n我国目前倾向按土的颗粒组成、塑性指标划分n 粒组划分土的工程分类n 按塑性指数分类第三节 土的压缩性与基础沉降n一、基本概念 n二、基础沉降量计算第三节 土的压缩与基础沉降n一、基本概念 n

8、土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的 特性。 n基础沉降：建筑物地基受上部荷载作用而 产生的垂直压缩变形。 n体积变形：正应力引起，体积缩小压密而 不破坏。 n形状变形：剪应力引起，超过一定限度， 将产生剪切破坏。 n体积压缩原因：土粒本身压缩变形、孔隙 水压缩变形、孔隙压缩变形。第三节 土的压缩与基础沉降n压缩性指标 n土的压缩曲线 n压缩系数第三节 土的压缩与基础沉降n压缩性指标 n土的e-lgp曲线 n压缩指数Cc第三节 土的压缩与基础沉降n二、基础沉降量计算 n基础最终沉降量：地基在荷载作 用下达到完全固结时的沉降量。 n方法：分层总和法、规范法 、弹性理论法和数值分析法。第三节 土的

9、压缩与基础沉降n分层总和法 n将地基沉降计算深度划分为若干个薄 层，分别计算出各薄层的压缩量，然 后求其总和。（软土：计算值小于实 测值；坚硬土层：计算值大于实测值 ） n规范法 n在分层总和法的基础上，采用平均附 加应力，引入沉降计算经验系数。第四节 土的抗剪强度n土的抗剪强度f：土体在外力作用下所能 抵抗剪切破坏的极限剪应力。由粘聚力和 内摩擦力组成。n库仑定律：第四节 土的抗剪强度n有效应力法：用剪切面上的有效法向应力 , 来表达土的抗剪强度的方法。n天然土体中的孔隙水压力难以测准，常用总 应力法和总应力强度指标、C 来分析。第四节 土的抗剪强度n三轴剪切试验：不固结不排水剪（简称不排

10、水剪UU）、固结排水剪（简称排水剪CD）和 固结不排水剪（CU）三种。n直剪试验：快剪（Q）、慢剪（S）和固结快 剪（CQ）三种。n指标选用：结合工程实际，考虑土体的受力 情况、应力分布以及排水条件等因素，尽量 选用实际工程条件与试验相一致的强度指标 。第四节 土的抗剪强度n指标选用n1） 如地基为不易排水的饱和软粘土，施工进度较 快，可选用不排水剪强度指标u、Cu或快剪强度指 标q、Cq 。n2) 如地基容易排水固结，而施工进度又较慢，可 选用排水剪强度指标d、Cd或慢剪强度指标s、 Cs。n3) 如建筑物竣工已较久，荷载又突然增大，可选 用固结不排水剪强度指标cu、Ccu 。n4) 若分析

11、土坝坝体的稳定性时，施工期可选用不 饱和快剪强度指标，运行期间可选用固结快剪强度 指标。第五节 地基承载力n地基承载力的确定方法：n理论公式计算n根据土性查规范（修正）n现场载荷试验和静力触探n通常由地勘确定提供给设计第六节 土的渗透性n达西定律n土的渗透系数n土的渗透变形第六节 土的渗透性n达西定律第六节 土的渗透性n土的渗透系数第六节 土的渗透性n土的渗透系数第六节 土的渗透性n土的渗透变形n渗透力：渗透水流作用在单位土体内 土粒上的拖曳力。n土的渗透变形：当渗流力大到一定程 度，土体表面局部上浮隆起或渗透水流 拖曳土粒移动，造成地基或堤坝等土工 建筑物中土的流失的现象。第六节 土的渗透性

12、n渗透变形的形式：流土、管涌 、接触冲 刷 、接触流土n流土：在向上渗透力作用下，局部土体上浮隆 起或土颗粒群同时起动而流失的现象称为流土 。n粘性土发生流土破坏的外观表现为：土体隆起 、鼓胀、浮动、断裂等。n无粘性土发生流土破坏的外观表现是：泉眼（ 群）、砂沸、土体翻滚最终被渗透托起等。第六节 土的渗透性n流土第六节 土的渗透性n管涌：在渗透力的作用下，土体中的细颗粒（填料颗粒） 沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体，这种现象叫 管涌。它通常发生在砂砾石地层中。n接触冲刷：渗流沿着两种不同介质的接触面流动 并带走细颗粒的现象称为接触冲刷。如穿堤建筑物 与堤身的结合面和裂缝的渗透破坏等。n

13、接触流土：渗流垂直于两种不同介质的接触面运 动，并把一层土的颗粒带入另一土层的现象称为接 触流土。这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大的 两种土层的接触带，如反滤层的机械淤堵等。第六节 土的渗透性n渗透变形判别：n砂卵（砾）石土：管涌n粘性土：流土n无粘性土：流土、管涌第六节 土的渗透性n无粘性土管涌和流土按土颗粒组成判别土 类类土颗颗粒组组成特 点渗透变变形形式正常级级配砂砾砾 石Cu20管涌缺少中间颗间颗 粒 的砂砾砾石Pz30流土注：Cu为土的不均匀系数，Cu=d60/d10；Pz为小於颗粒级配曲线 上断裂点A的粒径含量； d60为过筛重量占60%的颗粒直径，d10为过筛重量占10%的颗粒

14、 直径。第六节 土的渗透性n无粘性土按其细粒含量及孔隙率判别：n为孔隙率;pf为小于无粘性土中粗细颗粒分界粒 径df的土粒百分比含量。d15、d85分别为土颗粒级配曲线上小于含量15%、 85%的颗粒的粒径。第六节 土的渗透性n土的抗渗强度 n土的抗渗强度表明了土体抵抗渗透破坏的能 力，包括抗渗临界坡降和允许坡降。允许坡 降JB由临界坡降JC除以安全系数得到。土的 抗渗强度决定于土的性质和渗流条件（渗透 破坏形式）两个方面。第六节 土的渗透性n发生流土的临界坡降：n无粘性土：a.太沙基流土临界坡降公式b.王韦流土临界坡降公式n粘性土：a.中国水科院流土临界坡降公式第六节 土的渗透性na.太沙基

15、流土临界坡降公式： JC=(s/w-1)(1-n) ns为土颗粒的容重，w为水的容重，n为土 体的孔隙率。n由公式求得的JC偏小，大约小于试验值的15% 25%，因为在该式中没有考虑土的抗剪强度 的影响（包括内摩擦角和凝聚力两个方面） ，因此也是偏于安全的。第六节 土的渗透性nb.王韦流土临界坡降公式： JC=(s/w-1)(1-n)（1+tan） ns为土颗粒的容重，w为水的容重，n为土 体的孔隙率，为内摩擦角，为侧压力系 数。n考虑了土的有效重力引起的侧压力所产生的 摩阻力。第六节 土的渗透性n中国水科院流土临界坡降公式：第六节 土的渗透性n发生管涌的临界坡降：n计算管涌临界坡降的公式目前还不成熟，因此一般 通过室内试验测定。经验：水流向上的垂直管涌， 允许坡降一般为0.10.25，水平管涌的允许坡降为 垂直管涌的允许坡降乘以摩擦系数tg。n重要工程：试验确定第六节 土的渗透性n无粘性土抗流土或管涌破坏的允许坡降JB的经验值第六节 土的渗透性n各种土基上水闸设计的允许渗流坡降第六节 土的渗透性n防止渗透变形的措施：n采取防渗措施（建垂直防渗墙或水 平防渗铺盖）减小渗透坡降；n在渗流出口附近采取排水措施，提 前降低局部水头；n在渗流出口处加盖压重或设反滤层 。