土力学与基础工程

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1、1 绪 论1、土力学：利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷 载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。2、地基：支承基础的土体或岩体3、基础：将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，一般应埋入地 下一定的深度，进入较好的地层。通常把埋置深度3-5m称为浅基础。Pi 土力学三大核心内容：强度特性、变形特性、渗透特性。2 土的性质及工程分类1. 三相体系：土体由固相（固体颗粒）、液相（土中水）、和气相（气体）三部分组成。2. 土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质。3. 矿物颗粒的成分有：原生矿物、次生矿物。4. *颗粒级配：土中所含各粒组的相对含量，以土粒总

2、重的百分数表示。 P65. 颗粒级配用筛分法、沉降分析法测定。6. 不均匀系数Cu和曲率系数Cc来反映土颗粒级配的不均匀程度。7. 工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断： 对于级配连续的土： Cu5,级配良好；Cu5和Cc=13两个条件时，才为级配良好， 反之则级配不良。8. 土的物理性质指标 （各指标公式 P16-17）（1）土的天然密度：土单位体积的质量称为土的密度（单位为 g/cm3 或者 t/m3（2）土的含水量w： 土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）称为土 的含水量（3）土粒相对密度：土的固体颗粒质量与同体积4 C时纯水的质量之比，称 为土粒相对密度（4）土的干密度：土单

3、位体积中固体颗粒部分的质量（5）土的饱和密度：土空隙中充满水时的单位体积质量（6）土的有效密度：在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水 的质量后（7） 土的孔隙比e:土中空隙体积与土粒体积之比e二Vv/Vs（8）土的孔隙率n:土中空隙体积与体积之比（用百分数表示）n=Vv/V*100%（9）土的饱和度Sr： 土中水的体积与空隙体积之比Sr=Vw/Vv*100%提示：实验测出的指标有，土的天然密度、含水量、相对密度。其他是导出的指 标。【各符号的意义】V-土的体积Va-土中气体所占的体积Vw-土中水所占的体积Vs-土中颗粒所占体积Vv-土中空隙所占的体积M-土的总质量Mw-土中水的质量

4、Ms-土中颗粒的质量9. 土的三相物理指标换算图。（P18表2.7）10. 判断无黏性土密实度最简单的方法：使用孔隙比e来描述，e大，表示土中孔隙大， e 小则土疏松。11. 若将砂土处于最松散状态的e称为最大孔隙比e max，砂土处于最紧密状态 时的e称为最小孔隙比e min。而当土粒粒径较均匀时，其e max-e min差值较 小，当土粒粒径不均匀时，其差值较大。因此利用砂土的最大最小孔隙比与所处 状态的天然气孔隙比e进行比较，能综合反映土粒级配，土粒形状和结构等因素。该指标为相对密实度Dr，即：Dr=e mace/e max e min （一般以百分数表示）12. 标准贯入试验：在土层钻

5、孔中，利用重63.5kg的锤击贯入器，根据每贯入 30cm所需锤击数来判断土的性质，估算土层强度的一种动力触探试验。13 黏性土：指具有可塑状态性质的土，它们在外力的作用下，可塑成任何形状 而不产生裂缝，当外力去掉后，仍可保持原形状不变。14. 液限：土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量。15. 塑限：土由半固态变化到可塑状态的界限含水量。（塑限多用搓条法 测定）。16. 塑性指数 ：液限与塑限之差值。17. 液性指数：表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指标。18. 工程上常用灵敏度St来衡量黏性土结构性对强度的影响。19. *孔隙水压力：土体中某点孔隙水承受的压力。3土中应力计算

6、1、土的应力分类：自重应力、基地应力、地基附加应力 自重应力：由土体重力引起的应力。（自重应力一般是自土形成之日起就在土中 产生）附加应力：由于外荷载的作用，在土中产生的应力增量。*基底压力：在 基础底面与地基之间产生接触压力。地基附加应力：由建筑物荷载引起的应力增 量。2、基底压力分为：柔性基础基底压力和刚性基础基底压力3、中心荷载、偏心荷载作用公式 3.5、3.6、3.7 P494、*有效应力原理：用有效应力阐明在力系作用下土体的各种力学效应（如压缩、 强度等）的原理。5、*基底附加应力：是指由于修建建筑物而在地基表面处增加的应力。6、6种附加应力符号P504 土的变形性质及地基沉降计算1

7、. 土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的的特性。压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法。步骤：在压缩仪(或 固结仪)中完成。试验时，先用金属环刀取土，然后将土样连同环刀一起放入压 缩仪，上下各盖一块透水石，以便土样受压后能够自由排水，透水石上面再施加 垂直荷载。2、压缩性指标：压缩系数，是评价地基土压缩性高低的重要指标之一，e-p曲线上任一点的切线斜率肛，当外荷载引起的压力变化范围不大时,A ee 一 ea a tan a = - -12-A pp 一 p21可近似a一dpai-2表示压力间隔由Pi=100kp增加到P2=200时所得压缩系数ai-2评定土的压缩高低。ai-2vO.

8、1Mpa 时，为低压缩性土，0.1 MpaWai-20.5Mpa 时，为低压缩性土、ai-20.5 Mpa 压缩指数 公式4.5、Cc用来确定土的压缩性大小，Cc值愈大。土的压缩性 愈高。一般认为Cc0.4 时，属高压缩性土。 P71 压缩模量(或侧限压缩模量)：土体在完全侧限条件下，竖向附加应力O z与 相应的应变增量 z之比，用符号Es表示。Es= (i+ei)/a一般认为：Esv4Mpa时为高压缩性土； Es15 Mpa时为低压缩性土： Es=415MPa 时属中压缩性土3、土的荷载试验终止加载的条件(1) 承载板周围的土明显侧向挤出或发生裂纹。(2) 沉降s急剧增大，荷载-沉降(p-s

9、)曲线出现陡降段。(3) 在某一荷载下， 24 小时内沉降速度不能达到稳定标准。(4) 沉降s大于等于0.06b (b为承载板宽度或直径)4、分层总和法的步骤和原理注意：确定沉降计算深度Zn。按“应力比”法确定一般土： O zn/o cznW02软土： O zn/o cznW01 P77-785、建筑地基基础设计规范设计原理。 P81注意：地基沉降计算深度Zn,规范法通过“变形比”试算确定，即要求满足： Sn W0.025 工ASiP816、天然土层分为三种固结状态 .超固结状态：天然土层在地质历史上受到过的固结压力Pc大于目前的上覆 压力P1,即OCR大于1. 正常固结状态：土层在历史上最大

10、固结压力作用下压缩稳定，但沉积后土层 厚度无大变化,以后也没有受到过其他荷载的继续作用。 . 欠固结状态：土层逐渐沉积到现在地面，但没达到固结稳定状态。5 土的抗剪强度1、砂土剪切强度表达式：T f =O tan甲，黏性土的抗剪强度：T f =C+O tan甲。 这两个公式统称库伦公式。当O =0时，c值即为抗剪强度线在纵坐标轴上的 截距。 P992、*土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。3、莫尔应力圆与与土的抗剪切强度包线存在以下三种情况1）M 点莫尔应力圆整体位于抗剪切强度包线的下方（圆1），莫尔应力圆与抗 剪切强度线相离，表明该点在任何平面上的剪切力小于土所能发挥的抗剪 强度，因而

11、，该点未被剪破。2）M 点莫尔应力圆与抗剪切强度包线相切（圆 2），说明在切点所代表的平面上，剪应力恰好等于土的抗剪强度，该点就处于*极限平衡状态，莫 尔应力圆亦称极限应力圆。3）M 点莫尔应力圆与抗剪切强度包线相割（圆3），则 M 点早已破坏。实际上 圆 3 所代表的应力状态是不可能存在的，因为 M 点破坏后，应力已超出弹 性范围。4.简述直接剪切试验和三轴压缩试验之间的优缺点和适用范围。 直接剪切试验的优缺点 P103 优点：直剪仪构造简单，操作简便，并符合某些特定条件。 缺点：（1）剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分布不均匀。 （2）剪切面人为地限制在上、下盒的接触面上，而该平面并非是试

12、样抗剪最弱 的剪切面。（3）剪切过程中试样面积逐渐减小，且垂直荷载发生偏心，但计算抗 剪强度时却按受剪面积不变和剪应力均匀分布计算。（4）不能严格控制排水条件， 因而不能量测试样中的孔隙水压力。（5）根据试样破坏时的法向应力和剪应力， 虽可算出大、小主应 1、 3 的数值，但中主应力 2 无法确定。 三轴压缩试验的优缺点 P105 缺点：试样制备和试验操作比较复杂，试样中的应力与应变仍然不够均匀。 优点：（1）试验中能严格控制试样的排水条件，准备测定试样在剪切过程中孔隙 水压力变化，从而可定量获得土中有效应力的变化情况。（2）与直剪试验对比起 来，试样中的应力状态相对地较为明确和均匀，不硬性指

13、定破裂面位置。（3）除 抗剪强度指标外，还可测定如土的灵敏度、侧压力系数、孔隙水压力系数等力学 指标。5.公式 5.8、5.9、5.10、5.11、5.12 P1026.三种标准试验方法分别介绍及适用范围（P110.P117） 固结不排水剪（CU试验）（2）不固结不排水剪（UU试验）（3）固结排水剪（CD试验）6 土压力、地基承载力和土坡稳定1、挡土墙的土压力：挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。2、土压力：主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限 平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力。用Ea表示。 被动土压力：当挡土墙在外力作用下，向土体方向偏移至墙

14、体后土体达到极限 平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力。用 Ep 表示。 静止土压力：当挡土墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背 上的土压力称为静止土压力。用E。表示。静止压力强度用公式o o=Ky Z 提示：三者关系 Ea E。 Ep P1233、主动主压力：o 1和o 3关系P1244、郎金应用条件：挡土墙墙背面竖直光滑、填土面水平。公式 6.4、6.5 P1255、临界深度 公式 6.7、6.8 P1256、库伦土压力理论基本假设条件及适用条件。基本假设：1、墙后填土是理想的 散粒体（黏聚力 c=0） 2、滑动破裂面为通过墙踵的平面 3、墙背与滑裂面间 的滑动土梁

15、为一刚性体，本身无变形。适用条件：适用于砂土和碎土填料的档土计算，可考虑墙背倾斜、填土面倾斜 以及墙背与填土间的摩擦等多种因素影响。7、挡土墙类型选择：重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板及 锚、杆式挡土墙、（混合式挡土墙、构架式挡土墙、板砖墙、加筋土挡土墙、 土工合成材料挡土墙）8、建筑基地在荷载作用下的破坏形式：1、整体剪切破坏 2、局部剪切破坏3、冲剪破坏9、表 6.5 P1477 浅基础设计1 浅基础的类型：扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下十字交叉基础、 筏形基础、箱形基础、壳体基础2*基础埋置深度：室外设计地面到基础底面的垂直距离。基础宜埋置在地表以下，其最小深为0.5m，且基础顶面宜低于室外设计地面 0.1m。3*选择基础埋深时应考虑的的几个主要因素：1、建筑结构条件与场地环境条件2、工程地质条件 3、水文地质条件 4、地基冻融条件4