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1、第 10 章 土力学与基础工程,本章内容,10.1 引言 10.2 土的分类和结构 10.3 土力学理论的应用 10.4基基础工程工程基础工程 10.5 地基不均匀沉降 10.6 地基处理,10.1 引言,土是什么？,对于土壤学家来说，土石一种覆盖于地球表面可以种植植物的介质；,10.1 引言,土是地壳岩石经过物理风化和化学风化作用后的产物，是各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体，土粒之间的空隙中包含着水和气体，是一种三相体系。,10.1 引言,什么是土力学,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。,10.1 引言,基础工程主要解决建筑结构体中基础、挡墙
2、、桩基础、沉箱基础及其他建筑物结构部分的设计、施工、围护和修复工作。,10.1 引言,将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构称为基础。 地基是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。,10.2.1 土的分类,10.2 土的分类和结构,按照粒径由大到小具体分为： 漂石（10cm）,卵石（105cm） ，砾石（5cm5mm） ，砾砂（52cm） ，砂（20.06cm）,以上这些土类均为摩擦型、无粘性土，它们依靠颗粒间的内摩擦阻力维持土体稳定。,10.2 土的分类和结构,对于有黏性土，国际上普遍采用以下分类标准： 粉土（0.020.002），黏土（0.002mm） 其界限并不十分
3、明确，有很多土可以定义为粉质黏土或黏质粉土,以上这些土类均为摩擦型、无粘性土，它们依靠颗粒间的内摩擦阻力维持土体稳定。,10.2 土的分类和结构,土体中包含有各种大小的颗粒,为了表示颗粒大小的组成情况,通常以土中各粒组的相对含量来表示,称为土的颗粒级配。 测定土粒粒径的方法有筛分法和沉降法两种。对于粒径大于0.1mm的粗颗粒采用筛分法;小于0.1mm的采用沉降法。,土的颗粒级配,10.2 土的分类和结构,用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数 粗筛：圆孔， 孔径为60mm、40mm、20mm、 10
4、mm、5mm、2mm； 细筛：孔径为2.0、1.0、0.5、 0.25、0.1、0.075mm。,筛分法：,颗粒粒径级配曲线,纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）,10.2 土的分类和结构,颗粒级配的描述,不均匀系数Cu,曲率系数Cc,对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和Cc=13时，定名为良好级配砂或良好级配砾,10.2 土的分类和结构,土的三相图,3.土的含水量：,测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法,直接测定指标,1.土的密度：,重力加速度，近似取10m/s2,2.土粒相对密度Gs（土粒比重）：,土粒相对密度：粘性土一般2.702.75；砂土一般
5、为2.65左右。,10.2 土的分类和结构,土的结构,土颗粒之间的相互作用及它们在空间上的分布状况。,单粒结构,粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构,土的结构影响和决定着土的工程特性 渗透性、承载力、抗剪强度、工作性、导热性和导电性,10.2 土的分类和结构,10.3 土力学理论的应用,土的抗剪强度,土是由于受剪而发生破坏，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。生破坏,10.3 土力学理论的应用,工程问题：,土工构筑物的稳定性（如土坝、边坡等） 土压力问题 地基的承载力问题,10.3 土力学理论的应用,基本概念：,土的抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极 限能力，是极限的概念，
6、是土的一种内在特性； 其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。,破坏准则：破坏时的应力组合关系就称为破坏准则。,而生产实践所广泛采用的破坏准则即摩尔-库伦破坏准则。,10.3 土力学理论的应用,10.3 土力学理论的应用,对于粘性土，可给出更为普遍的表达式：f= c+ tan,1776年法国科学家库伦（C.A.Coulomb）总结 土的破坏现象和影响因素，提出土的破坏公式为：,根据砂土试验结果得到:f=tan,以上两式统称为库仑定律；也称为总应力抗剪强度公式。,10.3 土力学理论的应用,10.4 基础工程,基础的作用是在满足以下要求的前提下，将上部结构荷重传递给地基土中。 （1）不发生过大的沉
7、降； （2）不产生不均匀沉降； （3）在荷载作用下不发生破坏。,10.4 基础工程,一、浅基础的定义和作用,基础竖向尺寸与其平面尺寸相当，侧面摩擦力对基础承载力的影响可忽略不计。包括独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础等。,二、浅基础的类型,按基础刚度分类：刚性基础、扩展基础,1、刚性基础刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。,10.4 基础工程,2、扩展基础 当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础,亦称延性基础。,10.4 基础工程,扩展基础,按构造分类：,1、单独基础 2、条形基础 3、筏板基础 4、箱形基础 5、壳体基础,10.4 基
8、础工程,1、单独基础,在建筑中，柱的基础一般都是单独基础。 亦称独立基础。,返回,柱下单独基础,10.4 基础工程,2、条形基础,墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。,返回,墙下条形基础,10.4 基础工程,3、筏板基础,当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。,返回,10.4 浅基础,带形基础、十字形基础、筏式基础 箱形基础,4、箱形基础,为了对筏板基础进行加强，增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定
9、数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。,返回,10.4 基础工程,箱形基础,5、壳体基础,为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。,返回,10.4 基础工程,壳体基础,10.4 深基础,一、深基础定义位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础。,厦门九州花园深基础施工,二、深基础的类型,桩基础 地下连续墙 墩基础 沉井基础 沉箱基础,10.4 基础工程,1、桩基础,桩基础的分类：,（1）按桩身材料分类,木桩、混凝土桩、 钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。,10.4 基础工程,水
10、泥土搅拌桩,(2)按施工方法分类,预制桩,钻孔灌注桩,按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。,10.4 基础工程,(3)按承载性状分类: 端承型桩和摩擦型桩。,端承型桩,返回,摩擦型桩,10.4 基础工程,2、地下连续墙,天津百货大楼地下连续墙,返回,10.4 基础工程,3、墩基础,在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。,返回,10.4 基础工程,墩基础,4、沉井基础,返回,沉井基础,10.4 基础工程,5、沉箱基础,沉箱基础,返回,10.5 基础工程,10.5 地基不均匀沉降,一、定义 1、一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量
11、的差值 是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标； 2、差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力 3、差异沉降将会产生裂缝，倾斜甚至破坏,二、减小地差异沉降的主要措施,1、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布； 2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝； 3、增加上部结构对地基不均匀对地基协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强结构得整体性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,10.5 地基不均匀沉降,地基沉陷模型动画,10.6 地基处理,大型填海工程地基处理,地基处理的主要目的是指提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。,一、地基处理方法,10.6 地基处理,二、地基处理的方案选择,地基处理的方案选择考虑的因素：1、地基土质条件 2、工程要求 3、工期 4、造价 5、料源 6、施工机械条件,10.6 地基处理,三、地基处理技术的发展,1、土的“加筋法”； 2、土工合成材料、砂井预压和塑料排水带； 3、“强夯法”和“振动水冲法”等； 4、真空预压法； 5、高压喷射注浆法。,10.6 地基处理,
