《土力学与地基基础》PPT课件

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1、土力学与地基基础土力学与地基基础 主讲主讲: 刘增荣刘增荣 教授教授教材教材: “地基及基础地基及基础”主编主编: 华南理工大学等院校华南理工大学等院校出版社出版社:中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社 绪绪 言言 一、一、 土力学、地基及基础的有关概念土力学、地基及基础的有关概念 1 1 土力学土力学-研究土的应力、变形、强度和稳定研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。为土力学。 2 2 地基地基支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地层称为地基。那一部分地层称为地基。

2、 3 3 基础基础-建筑物向地基传递荷载的下部结构就建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础是基础( (参看图参看图o1)o1)。 4 4 地基基础设计的先决条件：地基基础设计的先决条件： 在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了解、研究地基土勘察，充分了解、研究地基土( (岩岩) )层的成因及构造、层的成因及构造、它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在( (或可或可能发生能发生) )影响场地稳定性的不良地质现象影响场地稳定性的不良地质现象( (如滑坡、如滑坡、岩溶、地震等岩溶、地震等) )，从而对场地

3、件作出正确的评价。，从而对场地件作出正确的评价。 5 5 地基基础设计的两个基本条件：地基基础设计的两个基本条件： (1)(1)要求作用于地基的荷载不超过要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；体破坏方面有足够的安全储备； (2)(2)控制基础沉降使之不超过地基控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值，保证建筑物不因地基的变形允许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。变形而损坏或者影响其正常使用。 6 6 基础结构的型式：基础结构的型式： 7 7 地基类型地基类型 8 8 地基基础设计方案的选取原则地基基

4、础设计方案的选取原则 9 9 地基及基础的重要性地基及基础的重要性 二、本课程的特点和学习要求二、本课程的特点和学习要求 1 1 课程的特点：课程的特点： （1 1）地基及基础课程涉及工程地质学、土）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科领域，内容广力学、结构设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强；泛、综合性强； （2 2）课程理论性和实践性均较强。）课程理论性和实践性均较强。 2 2学习要求：学习要求： (1)(1)学习和掌握土的应力、变形，强度和学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学基本原理；地基计算等土力学基本原理； (2)(2)学习和掌握浅基础和桩基

5、础的设计方学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法；法； (3)(3)熟悉土的物理力学性质的原位测试技熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法；术以及室内土工试验方法； （4 4）重视工程地质基本知识的学习，了解）重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养。工程地质勘察资料能力的培养。 第一章第一章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 11 11 概概 述述1 1土的定义：土的定义： 土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不

6、同的搬运方式，在各种自然环境中生的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。成的沉积物。2 2 土的三相组成：土的三相组成： 土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒( (固相固相) )、水、水( (液相液相) )和气和气( (气相气相) )所组成的三相体系。所组成的三相体系。 12 12 土土 的的 生生 成成一一 、地质作用的概念、地质作用的概念1 1地球的圈层构造：地球的圈层构造： 外圈层：大气圈、水圈、生物圈；外圈层：大气圈、水圈

7、、生物圈； 内圈层：地壳、地幔、地核。内圈层：地壳、地幔、地核。 构成天然地基的物质是地壳内的岩石和土。地壳的一般构成天然地基的物质是地壳内的岩石和土。地壳的一般厚度为厚度为3030一一80km80km。2 2地质作用地质作用-导致地壳成分变化和构造变化的作用。导致地壳成分变化和构造变化的作用。 根据地质作用的能量来源的不同，可分为内根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用力地质作用和外力地质作用(1)(1)内力地质作用内力地质作用: : 由于地球自转产生的旋转能和放射性由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造元素蜕变产生的热能等，

8、引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动运动( (构造运动构造运动) )和变质作用。和变质作用。 1)1)岩浆作用岩浆作用-存在于地壳以下深处高温、高压的复杂存在于地壳以下深处高温、高压的复杂硅酸盐熔融体硅酸盐熔融体( (岩浆岩浆) )，沿着地壳薄弱地带上升侵入地壳，沿着地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表且冷凝后生成为岩浆岩的地质作用。或喷出地表且冷凝后生成为岩浆岩的地质作用。 2)2)地壳运动地壳运动-地壳的升降运动和水平运动。升降运动地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现表现为地壳的上拱和下拗，形成大为地

9、壳的上拱和下拗，形成大 型的构造隆起和拗陷：水型的构造隆起和拗陷：水平运动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形平运动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱和断裂地壳运动的结果，形成了各种类型的态的褶皱和断裂地壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地球表面的基本形态。地质构造和地球表面的基本形态。 3)3)变质作用变质作用-在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩( (原来生成的各种岩石原来生成的各种岩石) )在高温、高压下及挥发性物质的在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生成分、结构、构造变化的地质作用。渗入下，发生成分、结构、构造变化的地质作用。

10、(2)(2)外力地质作用：外力地质作用： 由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。冰川、风、生物等的作用。1)1)风化作用风化作用-外力外力( (包括大气、水、生物包括大气、水、生物) )对原岩发生机对原岩发生机械破碎和化学变化的作用。械破碎和化学变化的作用。2)2)沉积岩和土的生成沉积岩和土的生成-原岩风化产物（碎屑物质），在原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等雨雪水流、山洪急流、河流、

11、湖浪、海浪、冰川或风等外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代里，积下来，在漫长的地质年代里， 沉积的物质逐渐加厚，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下，的作用下， 使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的“土土”。3 3）

12、风化、剥蚀、搬运及沉积）风化、剥蚀、搬运及沉积-外力地质作用过程中的外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。风化作风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。风化作用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用提供了物质的来源。剥蚀作用与沉积作积作用提供了物质的来源。剥蚀作用与沉积作 用在一用在一定时间和空间范围内，以某一方面的作用为主导，例如定时间和空间范围内，以某一方面的作用为主导，例如，河流上游地区以剥蚀为主，下游地区以沉积为主，山，河流上游地区以剥蚀为主，下游地区以沉积为主，山地以剥蚀占优势，平原以沉积占优势地

13、以剥蚀占优势，平原以沉积占优势 二、矿物与岩石的概念二、矿物与岩石的概念 岩石岩石-一种或多种矿物的集合体。一种或多种矿物的集合体。 矿物矿物-地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成份和形态有一定的物理性质、化学成份和形态 ( (一一) ) 造岩矿物造岩矿物 组成岩石的矿物称为造岩矿物。组成岩石的矿物称为造岩矿物。 矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。 区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比重等特征为依据。比重等特征为

14、依据。 （二）岩石（二）岩石 岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。 岩石的结构岩石的结构岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、及其彼此之间的组合方式。形状、及其彼此之间的组合方式。 岩石的构造岩石的构造-岩石中矿物的排列方式及填充方式。岩石中矿物的排列方式及填充方式。 岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类，岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类，其亚类划分列于表其亚类划分列于表1-31-3、表、表1-41-4、表、表1-51-5。 三三 地质年代的概念地质年代的概念 地质年代地质年代-地壳发展

15、历史与地壳运动，沉积环境地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物演化相对应的时代段落。及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代相对地质年代-根据古生物的演化和岩层形成的根据古生物的演化和岩层形成的顺序，所划分的地质年代。顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地质相对年代划分为五大代质相对年代划分为五大代( (太古代、元古代、古生代、太古代、元古代、古生代、中生代和新生代中生代和新生代) )，每代又分为若干纪，每纪又细分为，每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地若干世及期。在每一个地质年

16、代中，都划分有相应的地层（参见表层（参见表1-61-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用( (剥蚀、剥蚀、搬运、沉积搬运、沉积) )形成尚未胶结硬化的沉积物形成尚未胶结硬化的沉积物( (层层) )，通称，通称“第四纪沉积物(层)”或“土”。四 第四纪沉积物(层) 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。 (一)残积物、坡积物和洪积物 1残积物残积物是残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另

17、一部分则被风和降水所带走。 2坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。 3 3洪积物洪积物(Q”) (Q”) 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物山前倾斜平原而形成洪积物( (图图14)14)。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群 图图l5)l5)。如果

18、逐渐如果逐渐扩大以至连接起来，扩大以至连接起来， 则形成洪积冲积平原的地貌单元。则形成洪积冲积平原的地貌单元。洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状或透镜体等产状( (图图16)16)。 ( (二二) )冲积物冲积物(Q) (Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。带形成的沉积物。 1 1平原河谷冲积物平原河谷冲积物平原河谷除河床外，大多数都有河漫

19、滩及阶地等地貌单元平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元( (图图17)17)。 2 2山区河谷冲积层山区河谷冲积层在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地( (图图1-8)1-8)。 ( (三三) )其它沉积物其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物(Q”)(Q”)、 湖泊沉积物湖泊沉积物(Q)(Q)、冰川沉积物冰川沉积物(Q”)(Q”)及风积物及风积物(Q”)(Q”)等，它们是分别由海洋，等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的湖泊、冰川及风等的地质作用形成的 1-

20、3 1-3 土土 的的 组组 成成 一一 土的固体颗粒土的固体颗粒 土中的固体颗粒土中的固体颗粒( (简称土粒简称土粒) )的大小和形状、矿物的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。要因素。 ( (一一) ) 土的颗粒级配土的颗粒级配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。组成的。 土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。无粘性变

21、化到有粘性。 将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。称为界限粒径。 表表l-8l-8提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限粒径表中根据界限粒径200200、2020、2 2、0 00505和和0 0005mm005mm把土把土粒分为六大粒组：漂石粒分为六大粒组：漂石 块石块石) )颗粒、卵石颗粒、卵石( (碎石碎石) )颗粒

22、、颗粒、圆砾圆砾( (角砾角砾) )颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量相对含量( (各粒组占土粒总量的百各粒组占土粒总量的百 分数分数) )来表示，称为来表示，称为土的颗粒级配。土的颗粒级配。 颗粒分析试验：筛分法；比重计法颗粒分析试验：筛分法；比重计法 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图110110所示的颗粒级配累积曲线所示的颗粒级配累积曲线 由曲线的坡度可判断土的均匀程度由曲线的坡度可判断土的均匀程度 有效粒径；限定有效粒径；限定粒径。粒

23、径。 利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，如利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，如与的比值称为不均匀系数：与的比值称为不均匀系数： 又如曲率系数用下式表示：又如曲率系数用下式表示： 不均匀系数不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况，越大表反映大小不同粒组的分布情况，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时，则比较容易获得较大的密实度曲率系数描程的土料时，则比较容易获得较大的密实度曲率系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 颗粒级配可在一定程度上

24、反映土的某些性质。颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。 ( (二二) )土粒的矿物成分土粒的矿物成分 土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要其中以细粒组的矿物成分尤为重要 。 1 1、六大粒组的矿物成分、六大粒组的矿物成分 漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒；砂粒；粉粒；粘粒。漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒；砂粒；粉粒；粘粒。 2 2、粘土矿物的比表面粘土矿物的比表面 由于粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很由于粘

25、土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力就愈强。强的与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力就愈强。粘土矿物表面积的相对大小可以用单位体积粘土矿物表面积的相对大小可以用单位体积( (或质量或质量) )的颗的颗粒总表面积粒总表面积( (称为比表面称为比表面) )来表示。来表示。 由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变化，由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的性质的突变，所以，土粒大小对土的性质起必然导致土的性质的突变，所以，土粒大小对土的性质起着重要的作用。着重要的作用。 二、土中的水和气二、土中的水和气 (一一)土中水土中水

26、在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类： 1结合水结合水 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到这种电分子吸引力高达几千到 几万个大气压，使水分子几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。和土粒表面牢固地粘结在一起。 由于土粒由于土粒(矿物颗粒矿物颗粒)表面一般带有负电荷，围绕土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，在土粒电场

27、范围内的水分子和水溶液中的阳离形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子子(如如Na、Ca”、A1”等等)一起吸附在土粒表面。因为水分一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分子子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列(图图113)。 双电子层双电子层 (1)强结合水强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一

28、层结合水膜。 2自由水自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0，有，有溶解能力。溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。和毛细水。 (1)重力水重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水，重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。力作用。 (2)毛细水毛细水

29、毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。毛细由水毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水与地下水无直接联系无直接联系)和毛细上升水和毛细上升水(与地下水相连与地下水相连)两种。两种。 当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧于这种毛细压力而挤紧(图图11

30、4)，土因而具有微弱的，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。粘聚力，称为毛细粘聚力。 (二二)土中气土中气 。 I 土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。 三三 、土的结构和构造、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、其联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。 在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之

31、间的相互关系的特征称为土的构造，土的构造最部分之间的相互关系的特征称为土的构造，土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征是土的裂隙性。是土的裂隙性。 14 土的三相比例指标土的三相比例指标 上节介绍了土的上节介绍了土的组成，特别是土颗粒组成，特别是土颗粒的粒组和矿物成分，的粒组和矿物成分，是从本质方面了解土是从本质方面了解土的性质的根据。但是的性质的根据。但是为了对土的基本物理为了对土的基本物理性质有所了解，还需性质有所了解，还需要对土的三相要对土的三相土土粒粒(固相固相)、土中水、土中水(液相液相)和土中气和土中气(气气相相)

32、的组成情况进行的组成情况进行数量上的研究。数量上的研究。土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。15 15 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，同一种无粘性土，当其孔隙

33、比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。稍密直到松散状态。 以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相对密实度等有关密实度的指标。对密实度等有关密实度的指标。 无粘性土的相对密实度为无粘性土的相对密实度为根据根据 值可把砂土的密实度状态划分为下列三种：值可把砂土的密实度状态划分为下列三种： 密实的密实的 中密的中密的 松散的松散的 砂土的密实度砂土的密实度 碎石土的密实度碎石土的密实度 16 16 粘性土的物理特征粘性土的物理特征 一一 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量

34、 粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态态、半固态、可塑状态及流动状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，叫做界限含水量。水量，叫做界限含水量。 我国目前以联合法测定液限和塑限我国目前以联合法测定液限和塑限 二、粘性土的塑性指数和液性指数二、粘性土的塑性指数和液性指数 1 1、塑性指数是指液限和塑限的差值、塑性指数是指液限和塑限的差值( (省去符号省去符号) )，即土处在可塑状态的含水量变化范围。即土处在可塑状态的含水量变化范围。 塑性指数的大小与土中结合水的含量有关塑性指数的大

35、小与土中结合水的含量有关 2、液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。与塑性指数之比。 用液性指数可表示粘性土的软硬状态，见表用液性指数可表示粘性土的软硬状态，见表4-14 三、粘性土的灵敏度和触变性三、粘性土的灵敏度和触变性 天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大土的结构性

36、对强度的这种影响，一般用灵敏压缩性增大土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑度来衡量。土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑( (指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏) )后的强度之后的强度之比来表示的。比来表示的。 土的触变性土的触变性 饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。抗剪强度随时间恢复的胶体化学

37、性质称为土的触变性。 17 17 土的渗透性土的渗透性 土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透水性。程度的性质，或称透水性。 地下水在土中的渗透速度一般可按达西地下水在土中的渗透速度一般可按达西Darcy)Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算，其公根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下式如下( (图图125)125)： 粘性土的达西定律粘性土的达西定律18 18 地基土地基土( (岩岩) )的分类的分类 地基土地基土( (岩岩) )分类的任务是根据分类用途和土分类的任务是根据分类用途和土( (岩岩) )的各种性质的差异将其划分为

38、一定的类别。的各种性质的差异将其划分为一定的类别。 土土( (岩岩) )的合理分类具有很大的实际意义，例的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可以大致判断土如根据分类名称可以大致判断土( (岩岩) )的工程特性、的工程特性、评价土评价土( (岩岩) )作为建筑材料的适宜性以及结合其他作为建筑材料的适宜性以及结合其他指标来确定地基的承载力等等。阅读指标来确定地基的承载力等等。阅读33-3933-39页内容。页内容。第二章第二章 地基的应力和变形地基的应力和变形 研究地基的应力和研究地基的应力和变形，必须从土的应变形，必须从土的应力与应变的基本关系力与应变的基本关系出发来研究。当应力出发来

39、研究。当应力很小时，土的应力很小时，土的应力应变关系曲线就不是应变关系曲线就不是一根直线一根直线( (图图21)21)，亦即土的变形具有明亦即土的变形具有明显的非线性特征。显的非线性特征。 21 21 概概 述述 22 22 土中自重应力土中自重应力 在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个无限大的水平面，因而在任意竖直面和无限大的水平面，因而在任意竖直面和 水平面上水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算面积的土柱体自重计算( (图图22)22)，即：，即： 地基中除有作用于水

40、平面上的竖向自重应力外，地基中除有作用于水平面上的竖向自重应力外，在竖直面上还作用有水平向的侧向自在竖直面上还作用有水平向的侧向自 重应力。由重应力。由于沿任一水平面上均匀地无限分布，所以地基土在于沿任一水平面上均匀地无限分布，所以地基土在自重作用下只能产生竖自重作用下只能产生竖 向变形，而不能有侧向变向变形，而不能有侧向变形和剪切形。形和剪切形。 必须指出，只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才必须指出，只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而且粒间应力能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而且粒间应力又是影响土体强度的又是影响土体强度的个重要因素，所以粒间

41、应力又称为个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土中自重应力可定义为土自身有效重力有效应力。因此，土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。指有效自重应力。 以后各章节中把常用的竖向有效自重应力以后各章节中把常用的竖向有效自重应力 ，简称为自重应力，并改用符号简称为自重应力，并改用符号 表示表示 。 地基土往往是成层的，成层土自重应力的计算公式：地基土往往是成层的，成层土自重应力的计算公式： 自然界中的天然土层，一般形成至今已有很长的地自然界中的天然土层，一般形成至今已有很长的地

42、质年代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期质年代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期沉积或堆积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。沉积或堆积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。此外，地下水位的升降会引起土中自重应力的变化此外，地下水位的升降会引起土中自重应力的变化( (图图24)24)。 例题例题27 27 某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于例图列于例图2121中。试计算地面中。试计算地面下深度为下深度为2.5m2.5m、5m5m和和9m9m处的自重应力，并绘出分布图。处的自重应力，并绘出分布图。 解解 本例天然地面下第一层粉土厚本例天

43、然地面下第一层粉土厚6m6m，其中地下其中地下水位以上和以下的厚度分别为水位以上和以下的厚度分别为3.6 m3.6 m和和2.4m2.4m，第二层为第二层为粉质粘土层。依次计算粉质粘土层。依次计算2.5m2.5m、3.6m3.6m、5m5m、6m6m、9m9m各深度各深度处的土中竖向自重应力，计算过程及自重应力分布图一处的土中竖向自重应力，计算过程及自重应力分布图一并列于例图并列于例图2121中。中。2-32-3基底压力基底压力( (接触应力接触应力) ) 建筑物荷载通过基础传递给地基，在基础底建筑物荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间便产生了接触应力。它既是基础作面与地基之间便产生了

44、接触应力。它既是基础作用于地基的基底压力，同时又是地基反用于基础用于地基的基底压力，同时又是地基反用于基础的基底反力。的基底反力。 对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础和墙下条形基础等，其基底压力可近似地按基础和墙下条形基础等，其基底压力可近似地按直线分布的图形计算，即按下述材料力学公式进直线分布的图形计算，即按下述材料力学公式进行简化计算。行简化计算。 一、基底压力的简化计算一、基底压力的简化计算 ( (一一) )中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力 中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形心。基

45、底压力假定为均匀分布心。基底压力假定为均匀分布( (图图25)25)，此时基底平均，此时基底平均压力设计值按下式计算：压力设计值按下式计算： ( (二二) )偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力 对于单向偏心荷载下的矩形基础如图对于单向偏心荷载下的矩形基础如图2626所示。设计所示。设计时，通常基底长边方向取与偏心方向一致，此时两短边边时，通常基底长边方向取与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压力设计值与最小压力设计值按材料力学短柱偏心缘最大压力设计值与最小压力设计值按材料力学短柱偏心受压公式计算：受压公式计算： = 矩形基础在双向偏心荷载作用下，如基底最小压力矩形基础在双向偏心荷载作用下，

46、如基底最小压力 ，则矩形基底边缘四个角点处的压力，则矩形基底边缘四个角点处的压力二、基底附加压力二、基底附加压力 建筑物建造前，土中早巳存在着自重应力。如建筑物建造前，土中早巳存在着自重应力。如果基础砌置在天然地面上，那末全部基底压力就是新增果基础砌置在天然地面上，那末全部基底压力就是新增加于地基表面的基底附加压力。一般天然土层在自重作加于地基表面的基底附加压力。一般天然土层在自重作用下的变形早巳结束，因此只有基底附加压力才能引起用下的变形早巳结束，因此只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。地基的附加应力和变形。 实际上，一般浅基础总是埋置在天然地面下一实际上，一般浅基础总是埋置在天然

47、地面下一定深度处，该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除。定深度处，该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除。因此，由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原因此，由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的土中自重应力后，才是基底平面处新增加于地基的有的土中自重应力后，才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力，基底平均附加压力值按下式计算基底附加压力，基底平均附加压力值按下式计算( (图图228)8)： 有了基底附加压力，即可把它作为作用在弹性半空有了基底附加压力，即可把它作为作用在弹性半空间表面上的局部荷载，由此根据弹间表面上的局部荷载，由此根据弹 性力学求算地基中性力学求算地基中的附加应力。

48、的附加应力。24 24 地基附加应力地基附加应力 地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。其计算方法一般的附加于原有应力之上的应力。其计算方法一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形半空间，这样就可以地基看成是均质的线性变形半空间，这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。 计算地基附加应力时，都把基底压力看成是计算地基附

49、加应力时，都把基底压力看成是柔性荷载，而不考虑基础刚度的影响。柔性荷载，而不考虑基础刚度的影响。 建筑物作用于地基上的荷载，总是分布在一定面积上建筑物作用于地基上的荷载，总是分布在一定面积上的局部荷载，因此理论上的集中力实际是没有的。但是，的局部荷载，因此理论上的集中力实际是没有的。但是，根据弹性力学的叠加原理利用布辛奈斯克解答，可以通过根据弹性力学的叠加原理利用布辛奈斯克解答，可以通过积分或等代荷载法求得各种局部荷载下地基中的附加应力。积分或等代荷载法求得各种局部荷载下地基中的附加应力。 ( (二二) )等代荷载法等代荷载法 如果地基中某点如果地基中某点M M与局部荷载的距离比荷载面尺寸大与

50、局部荷载的距离比荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，然后直接应很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，然后直接应用式用式(212c)(212c)计算该点的计算该点的 。 令令 则上式改写为则上式改写为: : K-K-集中力作用下得地基竖向附加应力系数集中力作用下得地基竖向附加应力系数, ,简称集中简称集中应力系数应力系数, ,按按r/zr/z值由表值由表2-12-1查用。查用。 若干个竖向集中力若干个竖向集中力 作用在地基作用在地基表面上，按叠加原理则地面下深度处某点的附加应力应为表面上，按叠加原理则地面下深度处某点的附加应力应为各集中力单独作用时在点所引起的附加应力之和各集中

51、力单独作用时在点所引起的附加应力之和 为均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称为均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点应力系数，可按角点应力系数，可按m及及n值由表值由表22查得。查得。 对于均布矩形荷载附加应力计算点不位于角点下的对于均布矩形荷载附加应力计算点不位于角点下的情况，就可利用式情况，就可利用式(220)(220)以角点以角点 法求得。图法求得。图212212中列中列出计算点不位于矩形荷载面角点下的四种情况出计算点不位于矩形荷载面角点下的四种情况( (在图中在图中0 0点点以下任意以下任意 深度深度z z处处) )。计算时，通过。计算时，通过0 0点把荷载面分成若点把荷

52、载面分成若干个矩形面积，这样干个矩形面积，这样,0,0点就必然是划分出的各个矩形的公点就必然是划分出的各个矩形的公共角点，然后再按式共角点，然后再按式(2-20)(2-20)计算每个矩形角点下同一深度计算每个矩形角点下同一深度z z处的附加应力，并求其代数和。四种情况的算式分别如处的附加应力，并求其代数和。四种情况的算式分别如下下 (a)o(a)o点在荷载面边缘点在荷载面边缘式中式中 ，分别表示相应于面积，分别表示相应于面积I I和和的角点应的角点应力系数。必须指出，查表力系数。必须指出，查表2-22-2时所取用边长时所取用边长 应为任一矩形应为任一矩形荷载面的长度，而荷载面的长度，而 为宽度

53、，以下各种情况相同不再赘述。为宽度，以下各种情况相同不再赘述。(b)o(b)o点在荷载面内点在荷载面内 (c)o点在荷载面边缘外侧点在荷载面边缘外侧 此时荷载面此时荷载面abcd可看成是由可看成是由I(ofbg)与与(ofah)之差和之差和(oecg)与与(oedh)之差合成的，所以之差合成的，所以 (d)o(d)o点在荷载面角点外侧点在荷载面角点外侧 把荷载面看成由把荷载面看成由I(ohceI(ohce) )、(ogafogaf) )两个面积中扣除两个面积中扣除(ohbfohbf) )和和(ogdeogde) )而成的，所以而成的，所以 例题例题2-3 2-3 以角点法计算例图以角点法计算例

54、图2-32-3所示矩形基础甲的基底所示矩形基础甲的基底中心点垂线下不同深度处中心点垂线下不同深度处 的地基附加应力的分布，并考的地基附加应力的分布，并考虑两相邻基础乙的影响虑两相邻基础乙的影响( (两相邻柱距为两相邻柱距为6m6m，荷载同基础荷载同基础 甲甲) )。 解解 (1) (1)计算基础甲的基底平均附加压力标准值如下：计算基础甲的基底平均附加压力标准值如下： 基础及其上回填土得总重基础及其上回填土得总重基底平均附加压力设计值基底平均附加压力设计值 基底处的土中自重压力标准值基底处的土中自重压力标准值 基底平均压力设计值基底平均压力设计值(2)(2)计算基础甲中心点计算基础甲中心点o o

55、下由本基础荷载引起的下由本基础荷载引起的, ,基底中心基底中心点点o o可看成是四个相等小矩形荷载可看成是四个相等小矩形荷载（oabcoabc）的公共角的公共角点其长宽比点其长宽比l/bl/b2.5/2=1.252.5/2=1.25，取深度取深度z=0z=0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、10m10m各计算点，相应的各计算点，相应的z/b=0z/b=0、0.50.5、1 1、1.51.5、2 2、2.52.5、3 3、3.53.5、4 4、5,5,利用表利用表2 22 2即可查得地基附加应即可查得地基附加应力系数力系数Kc1Kc1。z z的计算列于例表的计算列

56、于例表2 23 31 1根据计算资料绘根据计算资料绘出出z z分布图，见例图分布图，见例图2 23 3 ( (二二) )三角形分布的矩形荷载三角形分布的矩形荷载 设竖向荷载沿矩形面积一边设竖向荷载沿矩形面积一边b b方向上呈三角形分布方向上呈三角形分布( (沿沿另一边的荷载分布不变另一边的荷载分布不变),),荷载的最大值为荷载的最大值为 取荷载零值取荷载零值边的角点边的角点1 1为座标原点为座标原点( (图图2-13)2-13)则可将荷载面内某点则可将荷载面内某点( )( )处所取微面积处所取微面积 上的分布荷载以集中力上的分布荷载以集中力 代替。角点代替。角点1 1下深度处的下深度处的M M

57、点由该集中力引起的附加应力点由该集中力引起的附加应力 , ,按式按式(212c)(212c)为：为： 在整个矩形荷载面积进行积分后得角点在整个矩形荷载面积进行积分后得角点1 1下任意深度下任意深度z z处竖处竖向附加应力向附加应力 : : 式中式中 同理，还可求得荷载最大值边的角点同理，还可求得荷载最大值边的角点2下任意深度下任意深度z处的竖处的竖向附加应力为向附加应力为 ： (223) 和和 均为均为 和和 的函数，可由表的函数，可由表23查用。查用。 (三三)均布的圆形荷载均布的圆形荷载 设圆形荷载面积的半径为，作用于地基表面上的竖向设圆形荷载面积的半径为，作用于地基表面上的竖向均布荷载为

58、均布荷载为 ，如以圆形荷载面的中心点为座标原点，如以圆形荷载面的中心点为座标原点o(图图214)，并在荷载面积上取微面积，并在荷载面积上取微面积 ，以，以集中力代替微面积上的分布荷载，则可运用式集中力代替微面积上的分布荷载，则可运用式(212c)以以积分法求得均布圆形荷载中点下任意深度积分法求得均布圆形荷载中点下任意深度z处处M点的点的 如如下，下， 三、条形荷载下的地基附加应力三、条形荷载下的地基附加应力设在地基表面上作用有无限长及条形荷载，且荷载沿设在地基表面上作用有无限长及条形荷载，且荷载沿宽度可按任何形式分布，但沿长度方向则不变，此时地基宽度可按任何形式分布，但沿长度方向则不变，此时地

59、基中产生的应力状态属于平面问题。在工程建筑中，当然没中产生的应力状态属于平面问题。在工程建筑中，当然没有无限长的受荷面积，不过，当荷载面积的长宽比有无限长的受荷面积，不过，当荷载面积的长宽比l/b10时，计算的地基附加应力值与按时，计算的地基附加应力值与按 时的解相比误差时的解相比误差甚少。因此，对于条形基础，如墙基、挡土墙基础、路基、甚少。因此，对于条形基础，如墙基、挡土墙基础、路基、坝基等，常可按平面问题考虑。条形荷载下的地基附加应坝基等，常可按平面问题考虑。条形荷载下的地基附加应力为：力为：2 25 5 土的压缩性土的压缩性 一基本概念一基本概念 土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩

60、性。土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。试验研究表明，在一般压力（试验研究表明，在一般压力（100600kN)作用下，作用下，土粒和水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因土粒和水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因此完全可以忽略不计，所以把土的压缩看作为土中孔此完全可以忽略不计，所以把土的压缩看作为土中孔隙体积的减小。此时，土粒调整位置，重行排列，互隙体积的减小。此时，土粒调整位置，重行排列，互相挤紧。饱和土压缩时，随着孔隙体积的减少土中孔相挤紧。饱和土压缩时，随着孔隙体积的减少土中孔隙水则被排出。隙水则被排出。 在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，其压在荷载作用下，透水性大的饱

61、和无粘性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。相反缩过程在短时间内就可以结束。相反 地，粘性土的透地，粘性土的透水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。土的压缩随时压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结，对于饱和粘性土来间而增长的过程，称为土的固结，对于饱和粘性土来说，土的固结问题是十分重要的。说，土的固结问题是十分重要的。 计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，在计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，在一般工程中，常用不允许土样产生侧向变形一般工程中，常用不允许土样

62、产生侧向变形(侧限条件侧限条件)的的室内压缩试验来测定土的压缩性指标室内压缩试验来测定土的压缩性指标 。 二、压缩曲线和压缩性指标二、压缩曲线和压缩性指标 (一一)压缩试验和压缩曲线压缩试验和压缩曲线 为求土样压缩稳定后的孔隙比，利用受压前后土粒体为求土样压缩稳定后的孔隙比，利用受压前后土粒体积不变和土样横截面积不变的两个条件，得出受压前后土积不变和土样横截面积不变的两个条件，得出受压前后土粒体积粒体积(见图见图225)： 只要测定土样在各级压力户作用下的稳定压缩量后，就只要测定土样在各级压力户作用下的稳定压缩量后，就可按上式算出相应的孔隙比可按上式算出相应的孔隙比e，从而绘制土的压缩曲线。从

63、而绘制土的压缩曲线。 压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角座压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角座标绘制的曲线标绘制的曲线图图2-6(a) 在常规试验中，一般按在常规试验中，一般按50、100，200，300，400kPa五级加荷，另一种的横座标则五级加荷，另一种的横座标则取的常用对数取值，即采用半对数直角座标纸绘制成曲取的常用对数取值，即采用半对数直角座标纸绘制成曲线线图图2-26(6)，试验时以，试验时以较小的压力开始，采取小增较小的压力开始，采取小增量多级加荷，并加到较大的荷载量多级加荷，并加到较大的荷载(例如例如1000kPa)为止为止.(二二)土的压缩系数和压缩指数土

64、的压缩系数和压缩指数 压缩性不同的土，其压缩性不同的土，其 曲线的形状是不一样的。曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，曲线愈陡，说明随着压力的增加， 土孔隙比的减小愈显土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高，所以，曲线上任一点的切线斜著，因而土的压缩性愈高，所以，曲线上任一点的切线斜率率a就表示了相应于压力就表示了相应于压力p作用下土的压缩性：作用下土的压缩性： 土土的压缩性可用图中割线的压缩性可用图中割线 的斜率表示设割线的斜率表示设割线 与横座标的夹角为与横座标的夹角为 ，则，则， 为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 增加到增加到

65、 时所得的压缩系数时所得的压缩系数 来评定土的压来评定土的压缩性。缩性。 (三三)压缩模量压缩模量(侧限压缩模量侧限压缩模量) 根据根据 曲线，可以求算另一个压缩性指标曲线，可以求算另一个压缩性指标压压缩模量。它的定义是土在完全侧限条件下的竖向附加压应缩模量。它的定义是土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。土的压缩模量可根据下式计力与相应的应变增量之比值。土的压缩模量可根据下式计算：算： 亦称侧限压缩模量，以便与一般材料在无侧限条件亦称侧限压缩模量，以便与一般材料在无侧限条件下简单拉伸或压缩时的弹性模量相区别。下简单拉伸或压缩时的弹性模量相区别。(四四)土的回弹曲线和再压缩

66、曲线土的回弹曲线和再压缩曲线 三、土的变形模量三、土的变形模量 土的压缩性指标，除从室内压缩试验测定外，还可以通土的压缩性指标，除从室内压缩试验测定外，还可以通过现场原位测试取得。例如可以通过载荷试验或旁压试验过现场原位测试取得。例如可以通过载荷试验或旁压试验所测得的地基沉降所测得的地基沉降(或土的变形或土的变形)与压力之间近似的比例关与压力之间近似的比例关系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。量。 (一一)以载荷试验测定土的变形模量以载荷试验测定土的变形模量 地基土载荷试验是工程地质勘察工作中的一项原位地基土载荷试验是工程地质

67、勘察工作中的一项原位测试。试验前先在现场试坑中竖立测试。试验前先在现场试坑中竖立 载荷架，使施加的荷载荷架，使施加的荷载通过承压板载通过承压板(或称压板或称压板)传到地层中去，以便测试岩、土传到地层中去，以便测试岩、土的力学性质，的力学性质， 包括测定地基变形横量，地基承载力以及包括测定地基变形横量，地基承载力以及研究土的湿陷性质等。研究土的湿陷性质等。 图图2-31所示两种千斤顶型式的载荷架，其构造一般所示两种千斤顶型式的载荷架，其构造一般由加荷稳压装置，反力装置及观测装置三部分组成。由加荷稳压装置，反力装置及观测装置三部分组成。 根据各级荷载及其相应的根据各级荷载及其相应的(相对相对)稳定

68、沉降的观测数值，稳定沉降的观测数值，即可采用适当的比例尺绘制荷载即可采用适当的比例尺绘制荷载p与稳定沉降与稳定沉降s的关系曲线的关系曲线( 曲线曲线)，必要时还可绘制各级荷载下的沉降与时，必要时还可绘制各级荷载下的沉降与时间的关系曲线间的关系曲线( 曲线曲线)。图。图232为一些代表性土为一些代表性土类的类的 曲线。其中曲线的开始部分往往接近于直线，曲线。其中曲线的开始部分往往接近于直线，与直线段终点与直线段终点1对应的荷载称为地基的比例界限荷载，相对应的荷载称为地基的比例界限荷载，相当于地基的临塑荷载当于地基的临塑荷载(详见第四章详见第四章)。一般地基承载力设计。一般地基承载力设计值取接近于

69、或稍超过此比例界限值。所以通常将地基的变值取接近于或稍超过此比例界限值。所以通常将地基的变形按直线变形阶段，以弹性力学公式，即按式形按直线变形阶段，以弹性力学公式，即按式(252)来来反求地基土的变形模量，其计算公式如下：反求地基土的变形模量，其计算公式如下： (二二)变形模量与压缩模量的关系变形模量与压缩模量的关系 如前所述，土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力如前所述，土的变形模量是土体在无侧限条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量则是土体在完全侧限条件与应变的比值；而土的压缩模量则是土体在完全侧限条件下的应力与应变的比值。下的应力与应变的比值。 与与 两者在理论上是完全可两者在理论上

70、是完全可以互换算的。以互换算的。 从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一微单元体从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一微单元体进行分析，可得进行分析，可得 与与 两者具有如下关系两者具有如下关系27 地基的最终沉降量地基的最终沉降量 一、按分层总和法计算一、按分层总和法计算 地基的最终沉降量，通常采用分层总和法进地基的最终沉降量，通常采用分层总和法进行计算，即在地基沉降计算深度范围内划分为若行计算，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，计干分层计算各分层的压缩量，然后求其总和，计算时应先按基础荷载、基础形状和尺寸，以及土算时应先按基础荷载、基础形状和尺寸，以及土

71、的有关指标求得土中应力的分布的有关指标求得土中应力的分布(包括基底附加压包括基底附加压力，地基中的自重应力和附加应力力，地基中的自重应力和附加应力)。 计算地基最终沉降量的分层总和法，通常假计算地基最终沉降量的分层总和法，通常假定地基土压缩时不允许侧向变形定地基土压缩时不允许侧向变形(膨胀膨胀)，即采用，即采用侧限条件下的压缩性指标，为了弥补这样得到的侧限条件下的压缩性指标，为了弥补这样得到的沉降量偏小的缺陷，通常取基底中心点下的附加沉降量偏小的缺陷，通常取基底中心点下的附加应力进行计算。应力进行计算。1、薄压缩土层的沉降计算、薄压缩土层的沉降计算 当基础底面以下可压缩土层当基础底面以下可压缩

72、土层较薄且其下为不可压缩的岩层较薄且其下为不可压缩的岩层时，时，般当可压缩土层厚度般当可压缩土层厚度H小小于基底宽度于基底宽度b的的12时时(图图234)，由于基底摩阻力和岩层层，由于基底摩阻力和岩层层面摩阻力对可压缩土层的限制面摩阻力对可压缩土层的限制作用，土层压缩时只出现很少的侧向变形，因而认为它与作用，土层压缩时只出现很少的侧向变形，因而认为它与压缩仪中土样的受力和变形条件很相近，地基的最终沉降压缩仪中土样的受力和变形条件很相近，地基的最终沉降量量S(m)就可直接利用式就可直接利用式(260b),以以S代替其中的代替其中的 ，以以H代替代替 ,即得：即得：式中式中 H 薄可压缩土层的厚度

73、，薄可压缩土层的厚度，m， 根据薄土层顶面处和底面处自重应力根据薄土层顶面处和底面处自重应力 (即初始压力即初始压力 ）的平均值从土的压缩曲线上查得的相）的平均值从土的压缩曲线上查得的相应的孔隙比；应的孔隙比； 根据薄土层的顶面处和底面处自重应力根据薄土层的顶面处和底面处自重应力 平平均值与附加应力平均值均值与附加应力平均值 (即压力增量即压力增量 ，此处近似等，此处近似等于基底平均附加压力于基底平均附加压力 )之和之和(即总压应力即总压应力 )，从土的压缩曲线上得到的相应的孔隙比。，从土的压缩曲线上得到的相应的孔隙比。 实际上，大多数地基的可压缩土层较厚而且是成层实际上，大多数地基的可压缩土

74、层较厚而且是成层的。下面讨论较厚且成层可压缩土层的沉降计算。的。下面讨论较厚且成层可压缩土层的沉降计算。2、较厚且成层可压缩土层的沉降计算方法与步骤、较厚且成层可压缩土层的沉降计算方法与步骤（1）按比例尺绘制地基土层剖面图和基础剖面图（见例）按比例尺绘制地基土层剖面图和基础剖面图（见例图图2-6-1）；）；（2）地基土的分层。分层厚度一般取）地基土的分层。分层厚度一般取0.4b或或1-2m,此外此外,成层土的界面和地下水面是当然的分层面；成层土的界面和地下水面是当然的分层面；（3）地基竖向自重应力的计算。分别计算基底处、土层）地基竖向自重应力的计算。分别计算基底处、土层层面处及地下水位面处的自

75、重应力，并画在基础中心线层面处及地下水位面处的自重应力，并画在基础中心线的左侧；的左侧；（4）计算基础底面中心点下各分层界面处的附加应力）计算基础底面中心点下各分层界面处的附加应力 ，并画在基础中心线的右侧；，并画在基础中心线的右侧；（5）计算地基各分层自重应力平均值（）计算地基各分层自重应力平均值（ ）和自）和自重应力平均值与附加应力平均值之和（重应力平均值与附加应力平均值之和（ ）；）；（6）由土的压缩曲线分别依由土的压缩曲线分别依 ；（7）确定地基沉降计算深度（地基压缩层深度）。所谓）确定地基沉降计算深度（地基压缩层深度）。所谓地基沉降计算深度是指自基础底面向下需要计算压缩变地基沉降计算

76、深度是指自基础底面向下需要计算压缩变形所到达的深度，亦称地基压缩层深度。该深度以下土形所到达的深度，亦称地基压缩层深度。该深度以下土层的压缩变形值小到可以忽略不计。地基沉降计算深度层的压缩变形值小到可以忽略不计。地基沉降计算深度的下限，一般取地基附加应力等于自重应力的的下限，一般取地基附加应力等于自重应力的20%处，处，即即 处，在该深度以下如有高压缩性土，则应处，在该深度以下如有高压缩性土，则应继续向下计算至继续向下计算至 处：计算精度均为处：计算精度均为5kPa(图图235)。（8）计算地基各分层的沉降量：）计算地基各分层的沉降量：（9）计算地基最终沉降量：）计算地基最终沉降量：二、按规范

77、方法计算二、按规范方法计算建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范所推荐的地基最终沉降量计算所推荐的地基最终沉降量计算方法是另一种形式的分层总和方法是另一种形式的分层总和 法。它也采用侧限条件的法。它也采用侧限条件的压缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算，还规定了压缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算，还规定了地基沉降地基沉降 计算深度的标准以及提出了地基的沉降计算经计算深度的标准以及提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算成果接近于实测值。验系数，使得计算成果接近于实测值。1、第分层压缩量的计算、第分层压缩量的计算 对于图对于图2-37所示的第分层，其压缩量为所示的第分层，其压缩量为 2、

78、地基沉降计算深度地基沉降计算深度 地基沉降计算深度地基沉降计算深度第分层（最底层）层底深度。第分层（最底层）层底深度。 规范规定：由深度处向上取按表规范规定：由深度处向上取按表2-8规定的计算厚度规定的计算厚度（见图（见图2-37）所得的计算沉降量应满足）所得的计算沉降量应满足按上式所确定的沉降计算深度下若有软弱土层时，尚应向按上式所确定的沉降计算深度下若有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层下继续计算，直至软弱土层 中中1厚的计算沉降量满足上式厚的计算沉降量满足上式为止为止 当无相邻荷戴影响，基础宽度在当无相邻荷戴影响，基础宽度在l-50m范围内时，基础范围内时，基础中点的地基沉降计算

79、深度规范规定，也可按下列简化公式中点的地基沉降计算深度规范规定，也可按下列简化公式计算：计算： 3、规范推荐的地基最终沉降量的计算公式如下：规范推荐的地基最终沉降量的计算公式如下： 式中式中 S按分层总和法计算的地基沉降量：按分层总和法计算的地基沉降量： 沉降汁算经验系数，根据地区沉降观测资料及经沉降汁算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用表验确定，也可采用表29的数值，表中的数值，表中 为深度为深度 范围范围内土的压缩模量当量值内土的压缩模量当量值 ： 其余参量意义同其余参量意义同前。前。表表2-l0和表和表2-11分别为均布的矩形荷载角点下分别为均布的矩形荷载角点下(b为荷载

80、面为荷载面宽度宽度)和三角形分布的矩和三角形分布的矩 形荷载角点下形荷载角点下(b为三角形分布方为三角形分布方向荷载面的边长向荷载面的边长)的地基平均竖向附加应力系数，借助于的地基平均竖向附加应力系数，借助于该两表可以运用角点法计算基底附加压力为均布、三角形该两表可以运用角点法计算基底附加压力为均布、三角形分布或梯形分布时地基中任意分布或梯形分布时地基中任意 点的平均竖向附加应力系点的平均竖向附加应力系数数值值 28 28 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系 一、饱和土的有效应力原理一、饱和土的有效应力原理 前述在研究土中自重应力分布时前述在研究土中自重应力分布时(见节见节22)， 都都

81、只考虑土中某单位面积上的平均应只考虑土中某单位面积上的平均应 力。实际上，如图力。实际上，如图248(a)所示，土中任意截面所示，土中任意截面(0-0截面截面)上都包括有土上都包括有土粒和粒间孔隙的面积在内，只有通过土粒接触点传递的粒和粒间孔隙的面积在内，只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以粒而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。同时，通过土中孔隙传递的压间应力又称为有效应力。同时，通过土中孔隙传递的压应力，称为孔隙压力，孔隙压力

82、包括孔隙中的水压应力应力，称为孔隙压力，孔隙压力包括孔隙中的水压应力和气压应力。产生于土中孔隙水传递的压应力，称为孔和气压应力。产生于土中孔隙水传递的压应力，称为孔隙水压力。饱和土中的孔隙水压力有静止孔隙水压力和隙水压力。饱和土中的孔隙水压力有静止孔隙水压力和超静孔隙水压力之分超静孔隙水压力之分 为了研究有效应力，取饱和土单元体中任一水平断为了研究有效应力，取饱和土单元体中任一水平断面，但并不切断任何一个固体粒，而只是通过土粒之间的面，但并不切断任何一个固体粒，而只是通过土粒之间的那些接触面，如图那些接触面，如图248(b)所示。图中横截面面积为，应所示。图中横截面面积为，应力等于该单元体以上

83、土、水自重或外荷，此应力则称为总力等于该单元体以上土、水自重或外荷，此应力则称为总应力应力。在。在0-0截面上，作用在孔隙面积上的截面上，作用在孔隙面积上的(超静超静)孔隙水孔隙水压力压力u(注意超静孔隙水压力不包括静止孔隙水压力，而超注意超静孔隙水压力不包括静止孔隙水压力，而超静孔隙水压力又往往简称孔隙水压力静孔隙水压力又往往简称孔隙水压力)，而各力的竖向分，而各力的竖向分量之和称为有效应力量之和称为有效应力，具有关系式：具有关系式： 因此得出结论：饱和土中任意点的总应力因此得出结论：饱和土中任意点的总应力，总是等总是等于有效应力于有效应力与与(超静超静)孔隙水压力孔隙水压力u之和；或土中任

84、意点之和；或土中任意点的有效应力的有效应力，总是等于总应力总是等于总应力，减去减去(超静超静)孔隙水压孔隙水压力力u。 二、饱和土的渗透固结二、饱和土的渗透固结 一般认为当土中孔隙体积的一般认为当土中孔隙体积的80以上为水充满时，土以上为水充满时，土中虽有少量气体存在，但大都是封闭气体，就可视为饱和中虽有少量气体存在，但大都是封闭气体，就可视为饱和土。土。 如前所述，饱和土在压力作用下，孔隙中的一些自由水如前所述，饱和土在压力作用下，孔隙中的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为饱和土的渗透固结或主固结。过程称为饱

85、和土的渗透固结或主固结。 饱和土的渗透固结，可借助弹簧活塞模型来说明。如图饱和土的渗透固结，可借助弹簧活塞模型来说明。如图249所示，所示， 设想以弹簧来模拟土骨设想以弹簧来模拟土骨架，圆筒内的水就相当于土架，圆筒内的水就相当于土孔隙中的水，则此模型可以孔隙中的水，则此模型可以用来说明饱和土在渗透固结用来说明饱和土在渗透固结中，土骨架和孔隙水对压力中，土骨架和孔隙水对压力的分担作用，即施加在饱和的分担作用，即施加在饱和土上的外压力开始时全部由土上的外压力开始时全部由土中水承担，随着土孔隙中土中水承担，随着土孔隙中一些自由水的挤出，外压力逐渐转嫁给土骨架，直到全部一些自由水的挤出，外压力逐渐转嫁

86、给土骨架，直到全部由土骨架承担为止。当在加压的那一瞬间由土骨架承担为止。当在加压的那一瞬间,由于由于 所所以，以， ，而当固结变形完全稳定时，则，而当固结变形完全稳定时，则，u0。因此；只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土因此；只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗透固结变形尚未完成。换句话说，饱和土的固结就是的渗透固结变形尚未完成。换句话说，饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。 三、太沙基一维固结理论三、太沙基一维固结理论 为求饱和土层在渗透固结过程中任意时间的变形，通常为求饱和土层在渗透固结过程中任意时间的变形，通常采用太沙

87、基采用太沙基(K.Terzaghi，1925)提出的一维固结理论进行提出的一维固结理论进行计算。其适用条件为荷载面积远大于压缩土层的厚度，地计算。其适用条件为荷载面积远大于压缩土层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。对于堤坝及其地基，孔隙水基中孔隙水主要沿竖向渗流。对于堤坝及其地基，孔隙水主要沿二个方向渗流，属于二维固结问题，对于高层房屋主要沿二个方向渗流，属于二维固结问题，对于高层房屋地基，则应考虑三维固结问题。地基，则应考虑三维固结问题。 如图如图250(a)所示的是一维固结的情况之一，其中厚度所示的是一维固结的情况之一，其中厚度为为H的饱和粘性土层的顶面是透水的、而其底面则不透水。的饱和

88、粘性土层的顶面是透水的、而其底面则不透水。假使该土层在自重作用下的固结已经完成，只是由于透水假使该土层在自重作用下的固结已经完成，只是由于透水面上一次施加的连续均布荷载才引起土层的固结。一维固面上一次施加的连续均布荷载才引起土层的固结。一维固结理论的基本假设如下：结理论的基本假设如下： 1土是均质、各向同性和完全饱和的；土是均质、各向同性和完全饱和的； 2土粒和孔隙水都是不可压缩的；土粒和孔隙水都是不可压缩的； 3土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；层的压缩和土中水的渗流都是一维的； 4土中水的渗流服从于达西

89、定律；土中水的渗流服从于达西定律； 5，在渗透固结中，土的渗透系数和压缩系数都是不变，在渗透固结中，土的渗透系数和压缩系数都是不变的常数；的常数； 6外荷是一次骤然施加的外荷是一次骤然施加的 （二）一维固结微分方程（二）一维固结微分方程在饱和土层顶面下在饱和土层顶面下z深度处的一个微单元体深度处的一个微单元体图图250(b)。根据固结渗流的连续条件，该微单元体在某时间的水量根据固结渗流的连续条件，该微单元体在某时间的水量变化应等于同一时间该微单元体中孔隙体积的变化率，变化应等于同一时间该微单元体中孔隙体积的变化率，可得可得上式即饱和土的一维固结微分方程，其中上式即饱和土的一维固结微分方程，其中

90、 称为称为土的竖向固结系数。土的竖向固结系数。 如图如图25O(a)所示的初始条件所示的初始条件(开始固结时的附加应力分开始固结时的附加应力分布情况布情况)和边界条件和边界条件(可压缩可压缩 土层顶底面的排水条件土层顶底面的排水条件)如下：如下： 当当t0和和 时时 和和z0时时 u0 和和zH时时 和和 时时u0根据以上的初始条件和边界条件，采用分离变量法可求得根据以上的初始条件和边界条件，采用分离变量法可求得式式(2-104)的特解如下：的特解如下： 竖向固结时间因数，竖向固结时间因数， ，其中，其中 为竖为竖向固结系数，向固结系数，t为时间（年），为时间（年），H为压缩土层最远的排水距为

91、压缩土层最远的排水距离，当土层为单面离，当土层为单面(上面或下面上面或下面)排水时，排水时，H取土层厚度，取土层厚度，双面排水时，水由土层中心分别向上下两方向排出，此时双面排水时，水由土层中心分别向上下两方向排出，此时H应取土层厚度之半。应取土层厚度之半。三）固结度计算三）固结度计算 有了孔隙水压力有了孔隙水压力u随时间随时间t和深度和深度z变化的函数解，即可变化的函数解，即可求得地基在任一时间的固结沉降。此时，通常需要用到地求得地基在任一时间的固结沉降。此时，通常需要用到地基的固结度基的固结度(或固结百分数或固结百分数)U这个指标，其定义如下这个指标，其定义如下或或 对于竖向排水情况，由于固

92、结沉降与有效应力成正对于竖向排水情况，由于固结沉降与有效应力成正比，所以某一时刻有效应力图面积比，所以某一时刻有效应力图面积 和最终有效应力图面和最终有效应力图面积之比值积之比值见图见图250(a)，称为竖向排水的平均固结度称为竖向排水的平均固结度 ，其可推导为，其可推导为（2-108） 为了便于实际应用，可以按公式为了便于实际应用，可以按公式(2108)绘制出如绘制出如图图2-51所示的所示的 关系曲线关系曲线 (1)。对于图。对于图2-52(a)所所示的三种双面排水情况，都可利用图示的三种双面排水情况，都可利用图2-51中的曲线中的曲线(1)进进行计算，此时，行计算，此时，H取压缩土层厚度

93、之半。另外，对于图取压缩土层厚度之半。另外，对于图2-52(b)单面排水的两种三角形分布起始孔隙水压力图，则单面排水的两种三角形分布起始孔隙水压力图，则用图用图2-51中的关系曲线中的关系曲线(2)和和(3)计算计算。 有了关系曲线有了关系曲线(1)、(2)、(3)，还可求得梯形分布起，还可求得梯形分布起始孔隙水压力图的解答。对于图始孔隙水压力图的解答。对于图253(a)中所示双面排水中所示双面排水情况，同样可利用图情况，同样可利用图251中曲线中曲线(1)计算，计算，H取压缩土层取压缩土层厚度之半，而对于图厚度之半，而对于图253(b)中所示单面排水情况，则可中所示单面排水情况，则可运用叠加

94、原理求解。运用叠加原理求解。 设梯形分布起始孔隙水压力在排水面处和不排水面处设梯形分布起始孔隙水压力在排水面处和不排水面处分别为分别为 。当。当 时可利用曲线时可利用曲线(1)和和(2)求解固结求解固结度，公式为度，公式为当当 时，可利用曲线时，可利用曲线(1)和和(3)求解，同理得出求解，同理得出（2-114）（2-115） 式式(2114)和式和式(2115)中中 ，可根据相，可根据相同的时间因素同的时间因素 ，从图，从图251中分别由曲线中分别由曲线(1)，(2)、(3)求取。求取。第三章第三章 土的抗剪强度土的抗剪强度 31 概概 述述 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土

95、的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中土的重要力学性质之一。工程中 的地基承载力，挡土墙的地基承载力，挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。 建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能土具有抵抗这种剪应力的能 力，并随剪应力的增加而增力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，坏， 这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部这个极限值就

96、是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部 分就开始出现剪分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成终在土体中形成 连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。而丧失稳定性。 32 库伦公式和莫尔库伦公式和莫尔库伦强度理论库伦强度理论 一、库伦公式一、库伦公式 1776年年CA库伦库伦(Coulomb)根据砂土的试验，将根据砂土的试验，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即土的抗剪强度表达为滑动面上法向总

97、应力的函数，即 以后又提出了适合以后又提出了适合粘性土的更普遍的形式粘性土的更普遍的形式 由库伦公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与剪切面由库伦公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦上的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以及以及”凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决定凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决定于颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级于颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部分是配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部分是摩擦力，另一部分是土粒之

98、间的粘结力，它是由于粘性土摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。 长期的试验研究指出，土的抗剪强度不仅与土的性质长期的试验研究指出，土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、有关，还与试验时的排水条件、 剪切速率、应力状态和剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件，根据条件，根据K太沙基太沙基(Terzaghi)的有效应力概念，土体的有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强

99、度应内的剪应力仅能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公式应修表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公式应修改为改为 二、莫尔二、莫尔库伦强度理论库伦强度理论 1910年莫尔年莫尔(Mohr)提出材料的破坏是剪切破坏，当提出材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力坏，并提出在破坏面上的剪应力f，是该面上法向应力，是该面上法向应力，的函数，即的函数，即 土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，如图土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，如图32

100、虚线所示，该直线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦虚线所示，该直线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔库伦强度理论。库伦强度理论。 当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该剪强度时，就发生剪切破坏，该 点即处于极限平衡状态，点即处于极限平衡状态，根据莫尔根据莫尔库伦理论，可得到土体中库伦理论，可得到土体中点的剪切破坏条件，点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件即土的极限平衡条件 1、土中某点的应力状态、土中某点的应力状态 下面仅研究平面问题，在土体中取

101、一单元微体下面仅研究平面问题，在土体中取一单元微体图图33(a)，取微棱柱体取微棱柱体abc为隔离体为隔离体 图图33(b)，将各力将各力分别在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：分别在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：联立求解以上方程得联立求解以上方程得mn平面上的应力为：平面上的应力为： 由材料力学可知，以上由材料力学可知，以上 与与 之间的关之间的关系也可以用莫尔应力圆表示系也可以用莫尔应力圆表示图图33(c)，这样，莫尔圆这样，莫尔圆就可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点就可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的座标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力

102、。的座标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。 2、土的极限平衡条件、土的极限平衡条件 为了建立土的极限平衡条件，可将抗剪强度包线与为了建立土的极限平衡条件，可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张座标图上莫尔应力圆画在同一张座标图上 (图图34)。它们之间的。它们之间的关系有以下三种情况：关系有以下三种情况： (1)整个莫尔圆位于抗剪强度包整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方线的下方(圆圆1)，说明该点在任何平面上的剪应力都小于，说明该点在任何平面上的剪应力都小于土土所能发挥的抗剪强度所能发挥的抗剪强度( )，因此不会发生剪切破坏，因此不会发生剪切破坏,(2)抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线抗剪强

103、度包线是莫尔圆的一条割线(圆圆)，说明该点，说明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度( )，实际上这种情况是不可能存在的；实际上这种情况是不可能存在的；(3)莫尔圆与抗剪强度莫尔圆与抗剪强度包线相切包线相切(圆圆)，切点为，切点为A，说明在说明在A点所代表的平面上，点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度剪应力正好等于抗剪强度( )，该点就处于极限平，该点就处于极限平衡状态。圆衡状态。圆称为极限应力圆。根据极限应力圆与抗剪强称为极限应力圆。根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的几何关系，可建立以下极限平衡条件。度包线之间的几何关系，可建立以下极限平衡条件

104、。 设在土体中取一单元微体，如图设在土体中取一单元微体，如图35(a)所示，所示，mn为为破裂面，它与大主应力的作用面成破裂面，它与大主应力的作用面成 角。该点处于极限角。该点处于极限平衡状态时的莫尔圆如图平衡状态时的莫尔圆如图35(b)所示。将抗剪强度线延所示。将抗剪强度线延长与长与轴相轴相 交于交于R点，由三角形点，由三角形ARD可知：可知：3 33 3抗剪强度的测定方法抗剪强度的测定方法 抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切试验，三轴压缩试验和无接剪切试验，三轴压缩试验和无 侧限抗压试验，在现场侧限抗压试验，在现场原位测试的有

105、十字板剪切试验，大型直接剪切试验等。本原位测试的有十字板剪切试验，大型直接剪切试验等。本节着重介绍几种常用的试验方法。节着重介绍几种常用的试验方法。 一、直接剪切试验一、直接剪切试验直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，试验时，直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力力，然后等速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在然后等速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏，剪应力上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的

106、量力环的变形值计算的大小可借助与上盒接触的量力环的变形值计算 确定。确定。在剪切过程中，随着上下盒相对剪切变形的发展，土样中在剪切过程中，随着上下盒相对剪切变形的发展，土样中的抗剪强度逐渐发挥出来，直到剪应力等于土的抗剪强度的抗剪强度逐渐发挥出来，直到剪应力等于土的抗剪强度时，土样剪切破坏，所以土样的抗剪强度可用剪切破坏时时，土样剪切破坏，所以土样的抗剪强度可用剪切破坏时的剪应力来量度。的剪应力来量度。 对同一种土至少取对同一种土至少取4个试样，分别在不同垂直压力下个试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，一般可取垂直压力为剪切破坏，一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa，将试验结

107、果绘制成如图将试验结果绘制成如图37(b)所示的抗剪强所示的抗剪强度度 和垂直压力和垂直压力之间关系，试验结果表明，对于粘性之间关系，试验结果表明，对于粘性土土 基本上成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角基本上成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角 ，在纵轴上的截距为粘聚力，在纵轴上的截距为粘聚力c，直线方程可用库伦公式直线方程可用库伦公式(32)表示，对于无粘性土，表示，对于无粘性土， 之间关系则是通过之间关系则是通过原点的一条直线，可用式原点的一条直线，可用式(3-1)表示。表示。 为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直接剪切为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直接剪切试验可分为

108、快剪、固结快剪和慢试验可分为快剪、固结快剪和慢 剪三种方法。快剪试验剪三种方法。快剪试验是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏，固结快剪是允许试样在竖向压力下充分试样剪切破坏，固结快剪是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水，待切破坏。慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。破坏。 二、三轴压缩试验二

109、、三轴压缩试验 三轴压缩试验是测定土抗剪强度的三轴压缩试验是测定土抗剪强度的种较为完善的种较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成，如图压力系统、孔隙水压力量测系统等组成，如图3-8所示所示 常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各向受到周围压力水，使试件在各向受到周围压力 ，并使液压在整个试，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件

110、内各向的三个主应力都相等，验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力因此不发生剪应力图图39(a)。然后再通过传力杆对试然后再通过传力杆对试 件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而当水平向主应力保持不变，而 竖向主应力逐渐增大时，竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏试件终于受剪而破坏图图39(b)。设剪切破坏时由传力设剪切破坏时由传力杆加在试件杆加在试件 上的竖向压应力为上的竖向压应力为 ，则试件上的大主应，则试件上的大主应力为力为 ，而小主应力为，而小主应力为 ，以，以(

111、 )为直径可画出一个极限应力圆，如图为直径可画出一个极限应力圆，如图39(c)中的圆中的圆I，用用同一种土样的若干个试件同一种土样的若干个试件 (三个以上三个以上)按以上所述方法分按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力别进行试验，每个试件施加不同的周围压力 ，可分别得，可分别得出剪切破坏时的大主应力出剪切破坏时的大主应力 ，将这些结果绘成一组极，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图限应力圆，如图39(c)中的圆中的圆I、和和。 由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔库伦理论，库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，作一组极限应力圆的公共切线， 即为土的

112、抗剪强度包线即为土的抗剪强度包线(图图39c)，通常可近似取为一条直线，该直线与横座标通常可近似取为一条直线，该直线与横座标的夹角即土的内摩擦角的夹角即土的内摩擦角 ，直线与纵座标的截距即为土，直线与纵座标的截距即为土的粘聚力的粘聚力c 如要量测试验过程中的孔隙水压力，可以打开孔隙如要量测试验过程中的孔隙水压力，可以打开孔隙水压力阀，在试件上施加压力以后，由于土中孔隙水压力水压力阀，在试件上施加压力以后，由于土中孔隙水压力增加迫使零位指示器的水银面下降，为量测孔隙水压力，增加迫使零位指示器的水银面下降，为量测孔隙水压力，可用调压筒调整零位指示器的水银面始终保持原来的位置，可用调压筒调整零位指示

113、器的水银面始终保持原来的位置，这样，孔隙水压力表中的读数就是孔隙水压力值。如要量这样，孔隙水压力表中的读数就是孔隙水压力值。如要量测试验过程中的排水量，可打开排水阀门，让试件中的水测试验过程中的排水量，可打开排水阀门，让试件中的水排入量水管中，根据置水管中水位的变化可算出在试验过排入量水管中，根据置水管中水位的变化可算出在试验过程中试样的排水量。程中试样的排水量。 对应于直接剪切试验的快剪，固结快剪和慢剪试验，对应于直接剪切试验的快剪，固结快剪和慢剪试验，三轴压缩试验按剪切前的固结程三轴压缩试验按剪切前的固结程 度和剪切时的排水条件，度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：分为以下三种试验

114、方法： (1)不固结不排水试验不固结不排水试验 试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中部不允许排水，的整个过程中部不允许排水， 试验自始至终关闭排水阀试验自始至终关闭排水阀门。门。 (2)固结不排水试验固结不排水试验 试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，待固结稳定后关闭排水阀门， 再施加竖向压力，使试样再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。在不排水的条件下剪切破坏。 (3)固结排水试验固结排水试验 试样在施加周围压力时允许排水固结

115、，待固结稳定后，试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压再在排水条件下施加竖向压 力至试件剪切破坏。力至试件剪切破坏。 三、无侧限抗压强度试验三、无侧限抗压强度试验 根据试验结果，只能作一个极限根据试验结果，只能作一个极限 应力圆应力圆( )，因此对于一般粘性土就难以作出破坏包线。而对于饱，因此对于一般粘性土就难以作出破坏包线。而对于饱和粘性土，根据在三轴不固结不排水试验的结果，其破坏和粘性土，根据在三轴不固结不排水试验的结果，其破坏包线近于一条水平线包线近于一条水平线(见节见节35)即即 这样，如仅为了测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就可这样，如仅为了测定饱和

116、粘性土的不排水抗剪强度，就可以利用构造比较简单的无侧限压力仪代替三轴仪。此时，以利用构造比较简单的无侧限压力仪代替三轴仪。此时，取取 ，则由无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆，则由无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包线，由图的水平切线就是破坏包线，由图310(b)得得 四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验 室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，但由于试室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，但由于试样在采取、运送、保存和制备等方不可避免地受到扰动，样在采取、运送、保存和制备等方不可避免地受到扰动，含水量也很难保持，特别是对于高灵敏度的软粘土，室内含水量也很难保持，特别是对于高灵敏度

117、的软粘土，室内试验结果的精度就受到影响。因此，发展就地测定土的性试验结果的精度就受到影响。因此，发展就地测定土的性质的仪器具有重要意义。它不需取原状土样，试验时的排质的仪器具有重要意义。它不需取原状土样，试验时的排水条件，受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很水条件，受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很难取样的土难取样的土(例如软粘土例如软粘土)也可以进行测试。也可以进行测试。 在抗剪强度的原位测试方法中。目前国内广泛应用在抗剪强度的原位测试方法中。目前国内广泛应用的是十字板剪切试验。的是十字板剪切试验。 设剪切破坏时所施加的扭矩为设剪切破坏时所施加的扭矩为M，则它应该与剪切破则它应

118、该与剪切破坏圆柱面坏圆柱面(包括侧面和上下面包括侧面和上下面)上土的抗剪强度所产生的抵上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即：抗力矩相等，即： 实用上为了简化计算，实用上为了简化计算， 目前在常规的十字板试验中目前在常规的十字板试验中仍假设仍假设 ，将这一假设代入式，将这一假设代入式(315)中，得中，得(315) 由于十字板在现场测定的土的抗剪强度，属于不排由于十字板在现场测定的土的抗剪强度，属于不排水剪切的试验条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验水剪切的试验条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验结果接近，即结果接近，即 35 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度 一、不固结不排水抗剪

119、强度一、不固结不排水抗剪强度 如前所述，不固结不排水试验是在施加周围压力和如前所述，不固结不排水试验是在施加周围压力和轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中部不允许排水。轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中部不允许排水。 如果有一组饱和粘性土试件，都先在某一如果有一组饱和粘性土试件，都先在某一周围压力下固周围压力下固结至稳定，试件中的初始孔隙水压力为零，然后分别在不结至稳定，试件中的初始孔隙水压力为零，然后分别在不排水条件下施加周围压力和轴向压力至剪切破坏，试验结排水条件下施加周围压力和轴向压力至剪切破坏，试验结果如图果如图314所示。所示。 虽然三个试件的周围压力虽然三个试件的周围压力 不同，

120、但破坏时的主应不同，但破坏时的主应力差相等，在图上表现出三个总应力圆直径相同，因而破力差相等，在图上表现出三个总应力圆直径相同，因而破坏包线是一条水平线，即坏包线是一条水平线，即 三个试件只能得到同一个有效应力圆，并且有效应力三个试件只能得到同一个有效应力圆，并且有效应力圆的直径与三个总应力圆直径相等，即圆的直径与三个总应力圆直径相等，即这是由于在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，这是由于在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，体积不变，饱和粘性土的孔隙压力系数体积不变，饱和粘性土的孔隙压力系数B=1，改变周围压，改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化，力增量只能引起孔隙水压力的

121、变化， 并不会改变试样中并不会改变试样中的有效应力，各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪的有效应力，各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪强度不变。强度不变。 这种试验一般只用于测定饱和土的不排水强度。这种试验一般只用于测定饱和土的不排水强度。 二、固结不排水抗剪强度二、固结不排水抗剪强度 饱和粘性土的固结不排水抗剪瞩度在一定程度上受应饱和粘性土的固结不排水抗剪瞩度在一定程度上受应力历史的影响，因此，在研究粘性土的固结不排水强度时，力历史的影响，因此，在研究粘性土的固结不排水强度时， 要区别试样是正常固结还是超固结。要区别试样是正常固结还是超固结。 我们将上一章提到我们将上一章提到的正常固结

122、土层和超固结土层的概念应用到三轴固结不排的正常固结土层和超固结土层的概念应用到三轴固结不排水试验中，如果试样所受到的周围固结压力水试验中，如果试样所受到的周围固结压力大于它曾受到的最大固结压力大于它曾受到的最大固结压力 ，属于正常固结试样，属于正常固结试样，如果如果 则属于超固结试样。试验结果证明，这两种则属于超固结试样。试验结果证明，这两种不同固结状态的试样，其抗剪强度性状是不同的。不同固结状态的试样，其抗剪强度性状是不同的。 饱和粘性土固结不排水试验时，如图饱和粘性土固结不排水试验时，如图315所示，对所示，对正常固结试样剪切时体积有减少的趋势正常固结试样剪切时体积有减少的趋势(剪缩剪缩)

123、， 但由于但由于不允许排水，故产生正的孔隙水压力，由试验得出孔隙压不允许排水，故产生正的孔隙水压力，由试验得出孔隙压力系数都大于零，而超固结试样在剪切时体积有增加的趋力系数都大于零，而超固结试样在剪切时体积有增加的趋势势(剪胀剪胀)，强超固试样在剪切过程中，开始产生正的孔隙，强超固试样在剪切过程中，开始产生正的孔隙水压力，以后转为负值。水压力，以后转为负值。 图图316表示正常固结饱和粘性土固结不排水试验结表示正常固结饱和粘性土固结不排水试验结果，因为正常固结试样在剪切破坏时产生正的孔隙水压力，果，因为正常固结试样在剪切破坏时产生正的孔隙水压力， 故有效应力圆故有效应力圆 在总应力圆的左方在总

124、应力圆的左方 超固结土的固结不排水总应力破坏包线如图超固结土的固结不排水总应力破坏包线如图317(a)所示，固结不排水剪的总应力破坏包线可表达为：所示，固结不排水剪的总应力破坏包线可表达为： 如以有效应力表示，有效应力圆和有效应力破坏包线如图如以有效应力表示，有效应力圆和有效应力破坏包线如图中虚线所示，由于超固结土在剪切破坏时，产生负的孔隙中虚线所示，由于超固结土在剪切破坏时，产生负的孔隙水压力，有效应力圆在总应力圆的右方水压力，有效应力圆在总应力圆的右方(图中圆图中圆A)， 正常正常固结试样产生正的孔隙水压力，故有效应力圆在总应力圆固结试样产生正的孔隙水压力，故有效应力圆在总应力圆的左方的左

125、方(图中圆图中圆B)有效应力强度包线可表达为：有效应力强度包线可表达为： 三、固结排水抗剪强度三、固结排水抗剪强度 固结排水试验在整个试验过程中，孔隙水压力始终固结排水试验在整个试验过程中，孔隙水压力始终为零，总应力最后全部转化为有效应力，所以总应力圆就为零，总应力最后全部转化为有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。图图318为固结排水试验的应力为固结排水试验的应力应变关系和体积变化，应变关系和体积变化，在剪切过程中，正常固结粘土发生剪缩，在剪切过程中，正常固结粘土发生剪缩， 而超固结土则而超固结土则是先压缩

126、，继而主要呈现剪胀的特性。是先压缩，继而主要呈现剪胀的特性。 图图3-19为固结排水试验结果，为固结排水试验结果， 正常固结土的破坏包正常固结土的破坏包线通过原点，线通过原点， 如图如图319(a)所示。所示。图图320表示同一种粘性土分别在三种不同排水条例：下表示同一种粘性土分别在三种不同排水条例：下的试验结果，由图可见，如果以总应力表示，将得出完全的试验结果，由图可见，如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎同一条有效应力破坏包线验方法，都得到近乎同一条有效应力破坏包线(如图中虚如图中

127、虚线所示线所示)，由此可见，抗剪强度与有效应力有唯一，由此可见，抗剪强度与有效应力有唯一的对的对应关系。应关系。 四、抗剪强度指标的选择四、抗剪强度指标的选择 如前所述，粘性上的强度性状是很复杂的，它不仅随剪如前所述，粘性上的强度性状是很复杂的，它不仅随剪切条件不同而异，而且还受许多因素切条件不同而异，而且还受许多因素(例如：土的各向异例如：土的各向异性、应力历史、蠕变等性、应力历史、蠕变等)的影响。此外对于同一种土，强的影响。此外对于同一种土，强度指标与试验方法以及试验条件都有关。度指标与试验方法以及试验条件都有关。 36 应应 力力 路路 径径 对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可

128、对加荷过程中的土体内某点，其应力状态的变化可在应力座标图中以应力点的移动轨在应力座标图中以应力点的移动轨 迹表示，这种轨迹称迹表示，这种轨迹称为应力路径。为应力路径。 按应力变化过程顺序把这些点连接起来就是应力路径按应力变化过程顺序把这些点连接起来就是应力路径图图321(6)，并以箭头指明应力状态的发展方向。，并以箭头指明应力状态的发展方向。 加荷方法不同，应力路径也不同，加荷方法不同，应力路径也不同， 应力路径可以用来表示总应力的变化也可以表示有效应力路径可以用来表示总应力的变化也可以表示有效应力的变化。应力的变化。 图图323(a)表示正常固结粘土三轴固结不排水试验的应表示正常固结粘土三轴

129、固结不排水试验的应力路径，图中总应力路径力路径，图中总应力路径AB而有效应力路径而有效应力路径AB则是曲线，则是曲线，两者之间的距离即为空隙水压力两者之间的距离即为空隙水压力u 图图323(b)为超固结土的应力路径为超固结土的应力路径 利用固结不排水试验的有效应力路径确定的尺；线，利用固结不排水试验的有效应力路径确定的尺；线，可以求得有效应力强度参数可以求得有效应力强度参数c和和 ，多数试验表明，在，多数试验表明，在试件发生剪切破坏时，应力路径发生转折或趋向于水平，试件发生剪切破坏时，应力路径发生转折或趋向于水平， 因此认为应力路径的转折点可作为判断试件破坏的标准。因此认为应力路径的转折点可作

130、为判断试件破坏的标准。 由于土体的变形和强度不仅与受力的大小有关，更由于土体的变形和强度不仅与受力的大小有关，更重要的还与土的应力历史有关，土的应力路径可以模拟重要的还与土的应力历史有关，土的应力路径可以模拟土体实际的应力历史，全面地研究应力变化过程对土的土体实际的应力历史，全面地研究应力变化过程对土的力学性质的影响。力学性质的影响。 37无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度 图图325表示不同初始孔隙比的同一种砂土在相同周表示不同初始孔隙比的同一种砂土在相同周围压力，下受剪时的应力围压力，下受剪时的应力应变关应变关 系和体积变化。由系和体积变化。由图可见，密实的紧砂初始孔隙比较小，其应力图可

131、见，密实的紧砂初始孔隙比较小，其应力应变关系应变关系有明显的峰值，超过峰值后，随应变的增加应力逐步降低，有明显的峰值，超过峰值后，随应变的增加应力逐步降低，呈应变软化型，其体积变化是开始稍有减小，继而增加呈应变软化型，其体积变化是开始稍有减小，继而增加(剪胀剪胀)，这是由于较密实的砂土颗粒之间排列比较紧密，这是由于较密实的砂土颗粒之间排列比较紧密，剪切时砂粒之间产生相对滚动，土颗粒之间的位置重新排剪切时砂粒之间产生相对滚动，土颗粒之间的位置重新排列的结果。松砂的强度随轴向应变的增加而增大，应力应列的结果。松砂的强度随轴向应变的增加而增大，应力应变关系呈应变硬化型，对同一种土，紧砂和松砂的强度最

132、变关系呈应变硬化型，对同一种土，紧砂和松砂的强度最终趋向同一值，终趋向同一值， 松砂受剪其体积减少松砂受剪其体积减少(剪缩剪缩)，在高周围，在高周围压力下，不论砂土的松紧如何，受剪时都将剪缩。压力下，不论砂土的松紧如何，受剪时都将剪缩。 由不同初始孔隙比的试样在同一压力下进行剪切试由不同初始孔隙比的试样在同一压力下进行剪切试验，可以得出初始孔隙比与体积变化之间的关系，如图验，可以得出初始孔隙比与体积变化之间的关系，如图326所示，相应于体积变化为零的初始孔隙比称为临界孔所示，相应于体积变化为零的初始孔隙比称为临界孔隙比，在三轴试验中，临界孔隙比是与侧压力有关的隙比，在三轴试验中，临界孔隙比是与

133、侧压力有关的 。 如果饱和砂土的初始孔隙比大于临界孔隙比，在剪应如果饱和砂土的初始孔隙比大于临界孔隙比，在剪应力作用下由于剪缩必然使力作用下由于剪缩必然使 孔隙水压力增高，而有效应力孔隙水压力增高，而有效应力降低，致使砂土的抗剪羯度降低当饱和松砂受到动荷载降低，致使砂土的抗剪羯度降低当饱和松砂受到动荷载作用作用(例如地震例如地震)，由于孔隙水来不及排出，孔隙水压力不，由于孔隙水来不及排出，孔隙水压力不断增加，就有可能使有效应力降低到零，因而使砂土象流断增加，就有可能使有效应力降低到零，因而使砂土象流体那样安全失去抗剪强度，这种现象称为砂土的液化，因体那样安全失去抗剪强度，这种现象称为砂土的液化

134、，因此，临界孔隙比对研究砂土的液化也具有重要意义。此，临界孔隙比对研究砂土的液化也具有重要意义。 无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角。无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角。密实砂土的内摩擦角与初始孔密实砂土的内摩擦角与初始孔 隙比、土粒表面的粗糙度隙比、土粒表面的粗糙度以及颗粒级配等因素有关。初始孔隙比小、土粒表面粗糙，以及颗粒级配等因素有关。初始孔隙比小、土粒表面粗糙，级配良好的砂土，其内摩攘角较大。级配良好的砂土，其内摩攘角较大。 第四章第四章 土压力及地基承载力土压力及地基承载力 41概概 述述 1挡土墙挡土墙-防止土体坍塌的构筑物。其种类有：支撑防止土体坍塌的构筑

135、物。其种类有：支撑建筑物周围填土的挡土墙，地下室侧墙，桥台以及贮藏粒建筑物周围填土的挡土墙，地下室侧墙，桥台以及贮藏粒状材料的挡墙等状材料的挡墙等(图图4-1)。 2土压力土压力-挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。土压力随挡土墙可能位移的方向分为背产生的侧向压力。土压力随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力，被动土压力和静止土压力。主动土压力，被动土压力和静止土压力。 3浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力-地基承受建筑物荷载的能力。地基承受建筑物荷载的能力。 4土坡土坡-天然土坡和人工土坡。由于某些外界不利因天然土坡和人工土坡。由于某些外

136、界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性，土坡的坍素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性，土坡的坍塌常造成严重的工程事故，并危及人身安全，因此，应验塌常造成严重的工程事故，并危及人身安全，因此，应验算边坡的稳定性及采取适当的工程措施。算边坡的稳定性及采取适当的工程措施。4-2 挡土墙上的土压力挡土墙上的土压力挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类，填土向、墙后填土的种类，填土 面的形式，墙的截面刚度和面的形式，墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙地基的变形等一系列因素的影响。根

137、据墙的位移情况和墙后土后土 体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：体所处的应力状态，土压力可分为以下三种： (1)主动土压力主动土压力 当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用表示，如图表示，如图4-2(a)所示。所示。 (2)被动土压力被动土压力 当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为作用在挡土墙上的土压力称为 被动土压力，用被动土压力，用Ep表示，表示，如图如图4

138、-2(b)所示，桥台受到桥上荷载推向土体时，土对桥所示，桥台受到桥上荷载推向土体时，土对桥台产台产 生的侧压力属被动土压力。生的侧压力属被动土压力。 (3)静止土压力静止土压力 当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力，用墙的压力称为静止土压力，用Eo表示：如图表示：如图4-2(c)所示，所示，地下室外墙可视为受静止土压力的作用。地下室外墙可视为受静止土压力的作用。 土压力的计算理论主要有古典的朗肯土压力的计算理论主要有古典的朗肯(Rankine，1857)理论和库伦理论和库伦(COUlomb,1776)理论，自从库伦理

139、论发理论，自从库伦理论发表以来，人们先后进行过多次多种的挡土墙模型实验，表以来，人们先后进行过多次多种的挡土墙模型实验，原型观测和理论研究，实验研究表明：在相同条件下，原型观测和理论研究，实验研究表明：在相同条件下，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，亦即土压力，亦即 而且产生被动土压力所需的位移量大超过产生主动土而且产生被动土压力所需的位移量大超过产生主动土压力所需的位移量压力所需的位移量(图图43 ) . 静止土压力可按以下所述方法计算，在填土表面下任静止土压力可按以下所述方法计算，在填土表面下任意深度意深度z处取一微小单

140、元体处取一微小单元体(图图 44)，其上作用着竖向的，其上作用着竖向的土自重应力土自重应力，则该处的静止土压力强度可按下式计算：，则该处的静止土压力强度可按下式计算： 由式由式(4-1)可知，静止土压力沿墙高为三角形分布，可知，静止土压力沿墙高为三角形分布，如图如图4-4所示，所示， 如果取单位墙长，则作用在墙上的静止土如果取单位墙长，则作用在墙上的静止土压力为：压力为： 43 朗肯土压力理论朗肯土压力理论 朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。平衡条件而得出的土压力计算方法。 土体处于弹性平衡状态。土体处于

141、弹性平衡状态。 图图4-5(a)表示一表面为水平面的半空间，即土体向下表示一表面为水平面的半空间，即土体向下和沿水平方向都伸展至无穷，在距地表和沿水平方向都伸展至无穷，在距地表z处取一单位微体处取一单位微体M，当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态。设土的重度为状态。设土的重度为r，显然显然M单元水平截面上的法向应单元水平截面上的法向应力等于该处土的自重应力，即力等于该处土的自重应力，即而竖直截面上的法向应力为：而竖直截面上的法向应力为： 由于土体内每一竖直面都是对称面，因此竖直截面由于土体内每一竖直面都是对称面，因此竖直截面和水平截面

142、上的剪应力都等于零，因而相应截面上的法和水平截面上的剪应力都等于零，因而相应截面上的法向应力向应力 和和 都是主应力，此时的应力状态用莫尔圆都是主应力，此时的应力状态用莫尔圆表示为如图表示为如图4-5(a)所示的圆所示的圆I，由于该点处于弹性平衡状由于该点处于弹性平衡状态，故莫尔圆没有和抗剪强度包线相切态，故莫尔圆没有和抗剪强度包线相切。 土体处于塑性平衡状态土体处于塑性平衡状态 设想由于某种原因将使整个土体在水平方向均匀地伸设想由于某种原因将使整个土体在水平方向均匀地伸展或压缩，使土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状态。展或压缩，使土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状态。 主动朗肯状态主动朗肯状态

143、如果土体在水平方向伸展，则如果土体在水平方向伸展，则M单元在水平截面上的单元在水平截面上的法向应力法向应力 不变而竖直截面上的法向应力不变而竖直截面上的法向应力 却逐渐减少，却逐渐减少，直至满足极限平衡条件为止直至满足极限平衡条件为止(称为主动朗肯状称为主动朗肯状 态态)，此时，此时 达最低限值达最低限值 ，因此，因此， 是小主应力，而是小主应力，而 是大主应是大主应力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切，如图力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切，如图4-5(b)圆圆所所示。若土体继续伸展，则只能造成塑性流动，而不致示。若土体继续伸展，则只能造成塑性流动，而不致 改改变其应力状态。变其应力状态。 被动朗

144、肯状态被动朗肯状态 如果土体在水平方向压缩，那末如果土体在水平方向压缩，那末 不断增加而不断增加而 却仍保持不变，直到满足极限平衡条件却仍保持不变，直到满足极限平衡条件(称为被动朗肯状称为被动朗肯状态态)时时 达最大限值达最大限值 ，这时，这时 是大主应力而是大主应力而 是是小主应力，莫尔圆为图小主应力，莫尔圆为图45(b)中的圆中的圆。 剪切破坏面的夹角剪切破坏面的夹角 由于土体处于主动朗肯状态时大主应力所作用的面是由于土体处于主动朗肯状态时大主应力所作用的面是水平面，故剪切破坏面与竖直面水平面，故剪切破坏面与竖直面 的夹角为的夹角为 ，当，当土体处于被动朗肯状态时，大主应力的作用面是土体处

145、于被动朗肯状态时，大主应力的作用面是 竖直面，竖直面，故剪切破坏面与水平面的夹角为故剪切破坏面与水平面的夹角为 图图45(d)，因此，整个土体由因此，整个土体由 互相平行的两簇剪切面组成。互相平行的两簇剪切面组成。 朗肯设想朗肯设想 朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算中，他设想朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算中，他设想用墙背直立的挡土墙代替半空间用墙背直立的挡土墙代替半空间 左边的土左边的土(图图46)，如，如果墙背与土的接触面上满足剪应力为零的边界应力条件果墙背与土的接触面上满足剪应力为零的边界应力条件以及产生以及产生 主动或被动朗肯状态的边界变形条件，则墙后主动或被动朗肯状态的边界变

146、形条件，则墙后土体的应力状态不变由此可以推导出主动和被动土压土体的应力状态不变由此可以推导出主动和被动土压力计算公式。力计算公式。 一、主动土压力一、主动土压力 由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力和小主应力之间应满足以下关系式：态时，大主应力和小主应力之间应满足以下关系式：粘性土：粘性土： 或或 无粘性土：无粘性土： 或或 对于如图对于如图46所示的挡土墙，设墙背光滑所示的挡土墙，设墙背光滑(为了满足为了满足剪应力为零的边界应力条件剪应力为零的边界应力条件)、直立，填土面水平。当挡、直立，填土面水平。当挡土墙偏离土体时，由

147、于墙后土体中离地表为任意深度处的土墙偏离土体时，由于墙后土体中离地表为任意深度处的竖向应力竖向应力 不变，亦即大主应力不变，而水平应不变，亦即大主应力不变，而水平应力力 却逐渐减少直至产生主动朗肯状态，却逐渐减少直至产生主动朗肯状态， 此时此时 是小是小主应力主应力 ，也就是主动土压力强度，由极限平衡条件式，也就是主动土压力强度，由极限平衡条件式(39)和和(311) 得：得： 无粘性土：无粘性土：或或 粘性土：粘性土： 或或 1、无粘性土的主动土压力、无粘性土的主动土压力 由式由式(4-4)可知：无粘性土的主动土压力强度与可知：无粘性土的主动土压力强度与z成正成正比，沿墙高的压力分布为三角形

148、，如图比，沿墙高的压力分布为三角形，如图4-6(b)所示，如取所示，如取单位墙长计算，则主动土压力为：单位墙长计算，则主动土压力为：或或 通过三角形的形心，即作用在离墙底通过三角形的形心，即作用在离墙底H3处。处。 2、粘性土的主动土压力、粘性土的主动土压力 由式由式(4-6)可知，粘性土的主动土压力强度包括两部可知，粘性土的主动土压力强度包括两部分：一部分是由土自重引起的土压力分：一部分是由土自重引起的土压力 ，另一部分是，另一部分是由粘聚力由粘聚力c，引起的负侧压力引起的负侧压力 ，这两部分土压力叠，这两部分土压力叠加的结果如图加的结果如图4-6(c)所示，其中所示，其中ade部分是负侧压

149、力，对部分是负侧压力，对墙背是拉力，但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会墙背是拉力，但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离，故在计算土压力时，这部分应略去不计，因此粘性分离，故在计算土压力时，这部分应略去不计，因此粘性土的土压力分布仅是土的土压力分布仅是abc部分。部分。a点离填土面的深度点离填土面的深度 常常称为临界深度，在填土面无荷载的条件下，可令式称为临界深度，在填土面无荷载的条件下，可令式(4-6)为零求得为零求得 值，即：值，即： 得得 如取单位墙长计算，则主动土压力为如取单位墙长计算，则主动土压力为 ：将式（将式（49）代入上式后得）代入上式后得 粘性土的主动土压力粘性土的主动土

150、压力 通过在三角形压力分布图通过在三角形压力分布图abc的形心，即作用在离墙底的形心，即作用在离墙底 处处 二、被动土压力二、被动土压力 当墙受到外力作用而推向土体时当墙受到外力作用而推向土体时图图4-7(a)，填土中填土中任意一点的竖向应力任意一点的竖向应力 仍不变，而水平向应力仍不变，而水平向应力 却逐渐增大，直至出现被动朗肯状态，此时却逐渐增大，直至出现被动朗肯状态，此时 达最大达最大限值限值 ，因此，因此 是大主应力，也就是被动土压力强是大主应力，也就是被动土压力强度，而度，而 则是小主应力。于是由式则是小主应力。于是由式(3-8)和和(310)可可得得: 无粘性土：无粘性土： 粘性土

151、：粘性土： 由式由式(411)和式和式(412)可知，无粘性土的被动土压可知，无粘性土的被动土压力强度呈三角形分布力强度呈三角形分布图图4-7(b)，粘性土的被动土压力强粘性土的被动土压力强度则呈梯形分布度则呈梯形分布图图4-7(c)。如取单位墙长计算，则被动如取单位墙长计算，则被动土压力可由下式计算：土压力可由下式计算： 无粘性土无粘性土: 粘性土：粘性土： 被动土压力被动土压力 ，通过三角形或梯形压力分布图的形心。，通过三角形或梯形压力分布图的形心。 三、几种情况下的土压力计算三、几种情况下的土压力计算 (一一)填土面有均布荷载填土面有均布荷载 当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，通常土

152、压当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，通常土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重，即用假想力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重，即用假想的土重代替均布荷载。当填土面水平时的土重代替均布荷载。当填土面水平时图图48(o)，当当量的土层厚度为量的土层厚度为 然后，以为墙背，按填土面无荷载的情况计算土压力。然后，以为墙背，按填土面无荷载的情况计算土压力。以无粘性土为例，则填土面以无粘性土为例，则填土面A点的主动土压力强度点的主动土压力强度墙底墙底B点的土压力强度点的土压力强度 压力分布如图压力分布如图48(a)所示，实际的所示，实际的压力分布图为梯形压力分布图为梯形ABCD部分，土压力的

153、作用点在梯形的重心。部分，土压力的作用点在梯形的重心。 当填土面和墙背面倾斜时当填土面和墙背面倾斜时图图48(b)，当量土层的厚度当量土层的厚度仍为仍为 假想的填土面与墙背的延长线交于假想的填土面与墙背的延长线交于A点，故以点，故以为假想墙背计算主动土压力，但由于填土面和墙背倾斜，为假想墙背计算主动土压力，但由于填土面和墙背倾斜，假想的墙高应为假想的墙高应为 ，根据，根据 的几何关系可得：的几何关系可得：然后，同样以为假想的墙背按地面无荷载的情况计算土压然后，同样以为假想的墙背按地面无荷载的情况计算土压力。力。 (二二)成层填土成层填土 如图如图410所示的挡土墙，墙后有几层不同种类的水所示的

154、挡土墙，墙后有几层不同种类的水平土层，在计算土压力时，第一层的土压力按均质土计算，平土层，在计算土压力时，第一层的土压力按均质土计算，土压力的分布为图土压力的分布为图410中的中的abc部分，计算第二层土压部分，计算第二层土压力时，力时， 将第一层土按重度换算成与第二层土相同的当量将第一层土按重度换算成与第二层土相同的当量土层，即其当量土层厚度为土层，即其当量土层厚度为 ，然后，然后 以以 为墙高，按均质土计算土压力，但只在第二层为墙高，按均质土计算土压力，但只在第二层土层厚度范围内有效，如图土层厚度范围内有效，如图4-10中的中的bdfe部分。必须注意，部分。必须注意，由于各土层的性质不同，

155、主动土压力系数也不同。图中所由于各土层的性质不同，主动土压力系数也不同。图中所示的土压力强度计算是以无粘性填土示的土压力强度计算是以无粘性填土 为例。为例。 (三三)墙后填土有地下水墙后填土有地下水 挡土墙后的回填土常会部分成全部处于地下水位以下，挡土墙后的回填土常会部分成全部处于地下水位以下，由于地下水的存在将使土的含水量增加，抗剪强度降低，由于地下水的存在将使土的含水量增加，抗剪强度降低，而使土压力增大，因此，挡土墙应该有良好的排水措施。而使土压力增大，因此，挡土墙应该有良好的排水措施。当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力和水

156、压力两部分，计算土压力时假设地下水位上下土的内和水压力两部分，计算土压力时假设地下水位上下土的内摩擦角摩擦角 和墙与土之间的摩擦角和墙与土之间的摩擦角相同。在图相同。在图411中，中，abdec部分为土压力分布图，部分为土压力分布图，cef部分为水压力分布图，部分为水压力分布图， 总侧压力为土压力和水压力之和图中所示的土压力计算总侧压力为土压力和水压力之和图中所示的土压力计算也是以无粘性填土为例。也是以无粘性填土为例。 44库伦土压力理论库伦土压力理论 库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土并形成

157、一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。其基本假设是：压力计算理论。其基本假设是： (1)墙后的填土是理想墙后的填土是理想的散粒体的散粒体(粘聚力粘聚力 ) (2)滑动破坏面为一平面。滑动破坏面为一平面。 一、主动土压力一、主动土压力 一般挡土墙的计算均属于平面问题，故在下述讨一般挡土墙的计算均属于平面问题，故在下述讨论中均沿墙的长度方向取论中均沿墙的长度方向取1m进行分析，如图进行分析，如图4-12(a)所所示。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面示。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面BC破坏时，土楔破坏时，土楔ABC向下滑动而处于主动极限平衡状向下滑动而处于主

158、动极限平衡状态。此时，作用于土楔态。此时，作用于土楔ABC上的力有：上的力有： 土楔体在以上三力作用下处于静力平衡状态，因此土楔体在以上三力作用下处于静力平衡状态，因此必构成一闭合的力矢三角形必构成一闭合的力矢三角形图图4-12(b)，按正弦定律可按正弦定律可得得 经确定经确定W和解得使和解得使E为极大值时填土的破坏角为极大值时填土的破坏角 ，整理后可得库伦主动土压力的一般表达式整理后可得库伦主动土压力的一般表达式 式中式中 库伦主动土压力系数，按式库伦主动土压力系数，按式(425)或查表或查表41确定确定 二、被动土压力二、被动土压力 当墙受外力作用推向填土，直至土体沿某一破裂面当墙受外力作

159、用推向填土，直至土体沿某一破裂面BC破坏时，土楔破坏时，土楔ABC向上滑动，并处于被动极限平衡状向上滑动，并处于被动极限平衡状态态图图413(a)。此时土楔此时土楔ABC在其自重在其自重W和反力和反力R和和E的作用下平衡，的作用下平衡，R和和E的方向都分别在的方向都分别在BC和和AB面法线的面法线的上方。按上述求主动土压力同样的原理可求得被动土压力上方。按上述求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为：的库伦公式为：式中式中 一一被动土压力系数，是式一一被动土压力系数，是式(427)的后面部分，的后面部分，其余符号同前其余符号同前 45 挡土墙设计挡土墙设计 一、挡土墙的类型一、挡土墙

160、的类型 挡土墙就其结构型式可分为以下三种主要类型，挡土墙就其结构型式可分为以下三种主要类型， (一一)重力式挡土墙重力式挡土墙这种型式的挡土墙如图这种型式的挡土墙如图420(a)所示，墙面暴露于所示，墙面暴露于外，墙背可以做成倾斜和垂直的。墙基的前缘称为墙趾，外，墙背可以做成倾斜和垂直的。墙基的前缘称为墙趾，而后缘叫做墙踵。而后缘叫做墙踵。(二二)悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝上建造，它由三个悬悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝上建造，它由三个悬臂板组成，即立臂，墙趾悬臂和墙踵悬臂，如图臂板组成，即立臂，墙趾悬臂和墙踵悬臂，如图420(b)所示。墙的稳定主要靠墙踵底板上的土重，而

161、墙所示。墙的稳定主要靠墙踵底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋承担。体内的拉应力则由钢筋承担。(三三)扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙 当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙少当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙少立臂的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道立臂的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁扶壁图图420(c)，故称为扶壁式挡土墙。故称为扶壁式挡土墙。(四四)锚定板挡土墙结构锚定板挡土墙结构 图图421为锚定板挡土墙结构的简图，一般由预制为锚定板挡土墙结构的简图，一般由预制的钢筋混凝土墙面、钢拉杆和埋在填土中的锚定板组的钢筋混凝土墙面、钢拉杆和埋在填土中的锚定板组成成. 二、

162、挡土墙的计算二、挡土墙的计算 挡土墙的计算通常包括下列内容：挡土墙的计算通常包括下列内容： (1)稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算，稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算， (2)地基的承载力验算；地基的承载力验算； (3)墙身强度验算：应根据墙身材料分别按砌体墙身强度验算：应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。法进行。 挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式，一种是在挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式，一种是在主动土压力作用下外倾，对此应进行倾覆稳定性验算，主动土压力作用下外倾，对此应进行倾覆稳定性验算，另一

163、种是在土压力作用下沿基底外移，需进行滑动稳另一种是在土压力作用下沿基底外移，需进行滑动稳定性验算定性验算 (一一)倾覆稳定性验算倾覆稳定性验算 图图4-22(a)表示一具有倾斜基底的挡土墙，设在挡表示一具有倾斜基底的挡土墙，设在挡土墙自重土墙自重G和主动土压力旦作用下，可能绕墙趾和主动土压力旦作用下，可能绕墙趾O点倾点倾覆，抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数覆，抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数 应符合下式要求：应符合下式要求： 其中其中(二二)滑动稳定性验算滑动稳定性验算 在滑动稳定性验算中，将在滑动稳定性验算中，将G和和 都分解为垂直和都分解为垂直和平行于基底的分力，抗滑力

164、与滑动力之比称为抗滑安平行于基底的分力，抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数全系数 应符合下式要求：应符合下式要求： 46 地基破坏型式和地基承载力地基破坏型式和地基承载力 试验研究表明，在荷载作用下，建筑物地基的破坏通试验研究表明，在荷载作用下，建筑物地基的破坏通常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，地基剪切破坏的常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，地基剪切破坏的型式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种，型式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种，如图如图4-27所示。所示。 地地基基承承载载力力是是指指地地基基承承受受荷荷载载的的能能力力。在在图图4-28所所示示的的压压力力

165、与与沉沉降降关关系系曲曲线线中中，整整体体剪剪切切破破坏坏的的曲曲线线A有有两两个个转转折折点点a和和b，相相应应于于a点点的的荷荷载载称称为为临临塑塑荷荷载载， 以以 表表示示，指指地地基基土土开开始始出出现现剪剪切切破破坏坏的的基基底底压压力力，相相应应于于b点点压压力力称称为为地地基基极极限限承承载载力力 ，是是地地基基承承受受基基础础荷荷载载的的极极限限压压力力，当当基基底底压压力力达达到到 时时，地地基基就就发发生生整整体体剪剪切切破破坏坏。工工程程上上，为为了了保保证证建建筑筑物物的的安安全全可可靠靠，在在基基础础设设计计时时，必必须须把把基基底底压压力力限限制制在在某某一一容容许

166、许承承载载力力之之内内，称称为为地地基基容容许许承承载载力力，以以 表表示示，可可由由地地基基极极限限承承载载力力除除以以安安全全系系数数K确确定定，即即 ，是是有有一一定定安全储备的地基承载力安全储备的地基承载力 4-7 浅基础的地基临塑荷载浅基础的地基临塑荷载 一、塑性区的边界方程一、塑性区的边界方程 通过研究地基中任一点通过研究地基中任一点M处产生的大、小主应力处产生的大、小主应力（如图（如图429所示）和该点的大、小主应力应满足的极所示）和该点的大、小主应力应满足的极限平衡条限平衡条件件式式(3-6)，可得，可得上式为塑性区的边界方程，根据上式可绘出塑性区的边上式为塑性区的边界方程，根

167、据上式可绘出塑性区的边界线，如图界线，如图430所示所示。 塑性区的最大深度塑性区的最大深度 为为 二、地基的临塑荷载二、地基的临塑荷载 当荷载增大时，塑性区就发展，该区的最大深度也随当荷载增大时，塑性区就发展，该区的最大深度也随而增大，若而增大，若 表示地基中刚要出现但尚未出现塑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性区，相应的荷载为临塑荷载 。因此，在式。因此，在式(438)中令中令 ，得临塑荷载的表达式如下：，得临塑荷载的表达式如下： 经验证明：即使地基发生局部剪切破坏，地基中的经验证明：即使地基发生局部剪切破坏，地基中的塑性区有所发展，只要塑性区的范围不超出某一限度，

168、就塑性区有所发展，只要塑性区的范围不超出某一限度，就不致影响建筑物的安全和使用，因此，如果用不致影响建筑物的安全和使用，因此，如果用 作为浅作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的，但地基中的塑性区基础的地基承载力无疑是偏于保守的，但地基中的塑性区究竟容许发展多大范围，与建筑物的性质、荷载的性质以究竟容许发展多大范围，与建筑物的性质、荷载的性质以及土的特性等因素有关，在这方面还没有一致和肯定的意及土的特性等因素有关，在这方面还没有一致和肯定的意见，国内某些地区的经验认为，在中心垂直荷载作用下，见，国内某些地区的经验认为，在中心垂直荷载作用下，塑性区的最大深度塑性区的最大深度 可以控制在基础宽度的

169、可以控制在基础宽度的 ，相应，相应的荷载用的荷载用 表示因此，在式表示因此，在式(438)中，令中，令 得出得出 荷载公式为：荷载公式为： 48 浅基础的地基极限承载力浅基础的地基极限承载力 一，普朗德尔极限承载力理论一，普朗德尔极限承载力理论 1920年年L普朗德尔普朗德尔(Prandtl)根据塑性理论，研究了根据塑性理论，研究了刚性冲模压入无质量的半无限刚塑性介质时，导出了介刚性冲模压入无质量的半无限刚塑性介质时，导出了介质达到破坏时的滑动面形状和极限压应力公式，人们把质达到破坏时的滑动面形状和极限压应力公式，人们把他的解应用到地基极限承载力的课题。他的解应用到地基极限承载力的课题。 根据

170、土体极限平衡理论，对于一无限长的、底面光滑根据土体极限平衡理论，对于一无限长的、底面光滑的条形荷载板置于无质量的土的条形荷载板置于无质量的土 的表面上，当荷载板下的的表面上，当荷载板下的土体处于塑性平衡状态时，塑流边界为如图土体处于塑性平衡状态时，塑流边界为如图431所示所示 对于以上所述情况，普朗德尔得出极限承载力的理论对于以上所述情况，普朗德尔得出极限承载力的理论解为其中解为其中其中其中 如果考虑到基础有埋置深度如果考虑到基础有埋置深度d(图图433)，将基底水平，将基底水平面以上的土重用均布超载面以上的土重用均布超载 代替。赖斯纳代替。赖斯纳(Reissner，1924)得出极限承载力还

171、须加一项，即得出极限承载力还须加一项，即 其中其中（4-44） 二、太沙基承载力二、太沙基承载力理论理论 因为基底实际上往因为基底实际上往往是粗糙的，太沙基假设往是粗糙的，太沙基假设基底与土之间的摩擦力阻基底与土之间的摩擦力阻止了在基底处剪切位移的止了在基底处剪切位移的发生，因此直接在基底以发生，因此直接在基底以下的土不发生破坏而处于下的土不发生破坏而处于弹性平衡状态，破坏时，弹性平衡状态，破坏时，它象一它象一“弹性核弹性核”随着基随着基础一起向下移动，如图础一起向下移动，如图434(a)所示所示 的的1区区 由作用于土楔上的各力在垂直方向的静力平衡条件，由作用于土楔上的各力在垂直方向的静力平

172、衡条件，得得 引用符号引用符号则则 对于所有一般的情况，太沙基认为浅基础的地基极对于所有一般的情况，太沙基认为浅基础的地基极限承载力可近似地假设为分别由以下三种情况计算结果的限承载力可近似地假设为分别由以下三种情况计算结果的总和：总和： (1)土是无质量的，有粘聚力和内摩擦角，没有超土是无质量的，有粘聚力和内摩擦角，没有超载，载， (2)土是没有质量的，无粘聚力有内摩擦角，有超载土是没有质量的，无粘聚力有内摩擦角，有超载 (3)土是有质量的，没有粘聚力，但有内摩擦角，没有超土是有质量的，没有粘聚力，但有内摩擦角，没有超载，因此，极限承载力可近似由式载，因此，极限承载力可近似由式(444)和式和

173、式(449)叠加得叠加得 （4-49） 三、魏锡克极限承载力公式三、魏锡克极限承载力公式式中式中 承载力系数，分别查表承载力系数，分别查表44或由以或由以下各式确定：下各式确定： 魏锡克根据影响承载力的各种因素对式魏锡克根据影响承载力的各种因素对式(454)进行进行修正，例如，基础底面的形状、偏心和倾斜荷载、基础两修正，例如，基础底面的形状、偏心和倾斜荷载、基础两侧覆盖层的抗剪强度、基底和地面倾斜、上的压缩性影响侧覆盖层的抗剪强度、基底和地面倾斜、上的压缩性影响等，到目前等，到目前 为止，认为魏锡克承载力公式考虑的影响因为止，认为魏锡克承载力公式考虑的影响因素最多，是比较全面的。介绍从略。素最

174、多，是比较全面的。介绍从略。 49 土坡和地基的稳定分析土坡和地基的稳定分析 一、土坡稳定分析一、土坡稳定分析 土坡的滑动土坡的滑动般系指土坡在一定范围内整体地沿某一般系指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。土坡的失稳常常滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。土坡的失稳常常是在外界的不利因素影响下触发和加剧的，一般有以下几是在外界的不利因素影响下触发和加剧的，一般有以下几种原因：种原因： (1)土坡作用力发生变化：例如由于在坡顶堆放材料或土坡作用力发生变化：例如由于在坡顶堆放材料或建造建筑物使坡顶受荷。或由于打桩、车辆行驶、爆破、建造建筑物使坡顶受荷。或由于打桩、车辆

175、行驶、爆破、地震等引起的振动改变了原来的平衡状态；地震等引起的振动改变了原来的平衡状态； (2)土抗剪强度的降低：例如土体中含水量或孔隙水压土抗剪强度的降低：例如土体中含水量或孔隙水压力的增加；力的增加； (3)静水力的作用：例如雨水或地面水流入土坡中的静水力的作用：例如雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促进土坡的滑动。竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促进土坡的滑动。 土坡稳定分析是属于土力学中的稳定问题，本节主土坡稳定分析是属于土力学中的稳定问题，本节主要介绍简单土坡的稳定分析方法，要介绍简单土坡的稳定分析方法， 所谓简单土坡系指土所谓简单土坡系指土坡的顶面和底面都

176、是水平的，并伸至无穷远，土坡由均坡的顶面和底面都是水平的，并伸至无穷远，土坡由均质土所组成。图质土所组成。图4-36表示简单土坡各部位名称。表示简单土坡各部位名称。 (一一)无粘性土坡稳定分析无粘性土坡稳定分析图图4-37表示一坡角为表示一坡角为 的的无粘性土坡。假设土坡及无粘性土坡。假设土坡及其地基都是同一种土，又其地基都是同一种土，又是均质是均质 的，且不考虑渗流的，且不考虑渗流的影响。的影响。 由于无粘性土颗粒之间由于无粘性土颗粒之间没有粘聚力，只有摩擦没有粘聚力，只有摩擦力，只要坡面不滑动，力，只要坡面不滑动，土坡就能保持稳定。对土坡就能保持稳定。对于这类土构成的土坡，于这类土构成的土

177、坡，其稳定性的平衡条件可其稳定性的平衡条件可由田由田437所示的力系所示的力系来说明。来说明。 土颗粒的自重土颗粒的自重W在垂直和平行于坡面方向的分力分别为在垂直和平行于坡面方向的分力分别为分力分力T将使土颗粒将使土颗粒M向下滑动，是滑动力，向下滑动，是滑动力， 而阻止土颗而阻止土颗粒下滑的抗滑力则是由垂直于坡面上的分力粒下滑的抗滑力则是由垂直于坡面上的分力N引起的摩引起的摩擦力擦力抗滑力和滑动力的比值称为稳定安全系数，用抗滑力和滑动力的比值称为稳定安全系数，用K表示，亦表示，亦即即 由上式可见，当坡角与土的内摩擦角相等由上式可见，当坡角与土的内摩擦角相等( )时，稳时，稳定安全系数定安全系数

178、 ,此时抗此时抗 滑力等于滑动力，土坡处于极滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状态。由此可知，土坡稳定的极限坡角等于砂土的限平衡状态。由此可知，土坡稳定的极限坡角等于砂土的内摩擦角内摩擦角 ，特称之为自然休止角。从式，特称之为自然休止角。从式(470)还可还可看出，无粘性土坡的稳定性与坡高无关，仅取决于坡角看出，无粘性土坡的稳定性与坡高无关，仅取决于坡角 只要只要 ， 土坡就是稳定的。为了保证土坡有足土坡就是稳定的。为了保证土坡有足够的安全储备，可取够的安全储备，可取 (二二)、粘性土坡稳定分析、粘性土坡稳定分析 粘性土坡由于剪切而破坏的滑动面大多数为一曲面粘性土坡由于剪切而破坏的滑动面大多数为

179、一曲面一般在破坏前坡顶先有张力裂缝发生，继而沿某一曲面一般在破坏前坡顶先有张力裂缝发生，继而沿某一曲面产生整体滑动，图产生整体滑动，图438中的实曲线表示一粘性土坡滑中的实曲线表示一粘性土坡滑动面的曲面，但在理沦分析时可以近似地假设为圆弧，动面的曲面，但在理沦分析时可以近似地假设为圆弧，如图中虚线所示。滑动体在纵向也有一定范围，并且也如图中虚线所示。滑动体在纵向也有一定范围，并且也是曲面，为了简化，稳定分析中常假设滑动面为圆筒面，是曲面，为了简化，稳定分析中常假设滑动面为圆筒面，并按平面问题进行分析。并按平面问题进行分析。 粘性土坡稳定分析方法有总应力法粘性土坡稳定分析方法有总应力法(法法)、

180、瑞典条分、瑞典条分法，稳定数法和有效应力法等，法，稳定数法和有效应力法等， 下面只介绍毕肖普条下面只介绍毕肖普条分法。分法。 条分法是一种试算法，先将土坡剖面按比例画出，条分法是一种试算法，先将土坡剖面按比例画出，如图如图439(a)所示。然后任选所示。然后任选圆心圆心o，以，以R为半径作圆为半径作圆弧，此圆弧弧，此圆弧ab为假定的滑动面，将滑动面以上土体分成为假定的滑动面，将滑动面以上土体分成任意任意n个宽度相等的土条。设取第个宽度相等的土条。设取第i条作为隔离体，条作为隔离体，图图439(b)，则作用在土条土的力有，则作用在土条土的力有 土条的自重，该土条上的荷载，滑动面土条的自重，该土条

181、上的荷载，滑动面ef上的法向反力和上的法向反力和切向反力以及竖直面上的法向力和切向力。这一力系是超切向反力以及竖直面上的法向力和切向力。这一力系是超静定的，为了要简化计算手续，静定的，为了要简化计算手续， 假定假定 和和 的合力等于的合力等于 和和 的合力且作用方向在同的合力且作用方向在同直线上。这样，由土条的直线上。这样，由土条的静力平衡条件可得静力平衡条件可得作用在作用在ef面上的法向应力及剪应力分别等于面上的法向应力及剪应力分别等于 显然，作用在滑动面显然，作用在滑动面ab上的总剪切力等于各土条剪切力上的总剪切力等于各土条剪切力之和，即之和，即 土条土条ef上的抗剪力为：上的抗剪力为：

182、式中 土的有效粘聚力和有效内摩擦角，土的有效粘聚力和有效内摩擦角， 上的有效应力和孔隙水压力，上的有效应力和孔隙水压力， 沿着整个滑动面上的抗剪力为沿着整个滑动面上的抗剪力为抗剪力与剪切力的比值称为稳定安全系数抗剪力与剪切力的比值称为稳定安全系数K，即，即 由于试算的滑动圆心是任意选定的，由于试算的滑动圆心是任意选定的， 因此所选的滑因此所选的滑弧就不一定是真正的或最危险的滑弧。为了求得最危险弧就不一定是真正的或最危险的滑弧。为了求得最危险滑弧，需要用试算法，即选择若干个滑弧圆心，按上述滑弧，需要用试算法，即选择若干个滑弧圆心，按上述方法分别算出相应的稳定安全系数，与最小安全系数相方法分别算出

183、相应的稳定安全系数，与最小安全系数相应的滑弧就是最危险滑弧。最小安全系数大干应的滑弧就是最危险滑弧。最小安全系数大干l时时土坡是稳定的，工程上一般要求土坡是稳定的，工程上一般要求K大于大于1.11.5二、地基稳定分析二、地基稳定分析 广义的地基稳定性问题包括地基承载力不足而失稳，广义的地基稳定性问题包括地基承载力不足而失稳，经常作用有水平荷载的构筑物基础的倾覆和滑动失稳以及经常作用有水平荷载的构筑物基础的倾覆和滑动失稳以及边坡失稳。这里仅对经常作用有水平荷载的构筑物基础连边坡失稳。这里仅对经常作用有水平荷载的构筑物基础连同地基一起滑动的地基稳定性问题作简要介绍。同地基一起滑动的地基稳定性问题作

184、简要介绍。 图图440所示的挡土墙连同地基一起滑所示的挡土墙连同地基一起滑 动的剖面图，动的剖面图，滑动破坏面为圆弧滑动面滑动破坏面为圆弧滑动面(圆筒面圆筒面)，往往通过墙踵点，往往通过墙踵点(线线)。先求出作用于滑动体先求出作用于滑动体(ADBC隔离体隔离体)的力系，即可计算绕圆的力系，即可计算绕圆弧中心的滑动力矩和抗滑力矩，于是得出整体滑动的稳定弧中心的滑动力矩和抗滑力矩，于是得出整体滑动的稳定安全系数安全系数K为为 图图441所示的贯入软土层深处的圆弧滑动面，这所示的贯入软土层深处的圆弧滑动面，这是档土墙在其周围侧土和地基都是比是档土墙在其周围侧土和地基都是比 较软弱土的情况较软弱土的情

185、况下，地基失稳可能出现的圆弧滑动面。同样，可采用类下，地基失稳可能出现的圆弧滑动面。同样，可采用类似于边坡稳定分析的条分法求算稳定安全系数。同样，似于边坡稳定分析的条分法求算稳定安全系数。同样，也要运用试算法才能求得最危险的圆弧滑动面和相应的也要运用试算法才能求得最危险的圆弧滑动面和相应的稳定安全系数。稳定安全系数。 图图442所示的出现在硬土层底的非圆弧滑动面，所示的出现在硬土层底的非圆弧滑动面，这是在超固结坚硬粘土层中挡土墙连同地基一起滑动破这是在超固结坚硬粘土层中挡土墙连同地基一起滑动破坏可能沿着近乎水平面的软弱结构面发生。坏可能沿着近乎水平面的软弱结构面发生。 作为近似计算，可简单地取

186、土体作为近似计算，可简单地取土体abdc为隔离体。为隔离体。作用在作用在o和和dc竖直面上的力，可假设分别等于主动和竖直面上的力，可假设分别等于主动和被动土压力。被动土压力。bd面可假设为平面，沿此滑动面上总的面可假设为平面，沿此滑动面上总的抗剪强度为抗剪强度为 此处滑动面此处滑动面bd为平面，稳定安全系数为抗滑力与为平面，稳定安全系数为抗滑力与滑动力的比值，可由下式确定滑动力的比值，可由下式确定 此种情况要求稳定安全系数不宜小于此种情况要求稳定安全系数不宜小于13。 第五章第五章 地基地基 勘勘 察察 51 概概 述述 地基勘察的目的在于以各种勘察手段和方法，调查研地基勘察的目的在于以各种勘

187、察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资料。施工提供所需的工程地质资料。 认识场地的地质条件，分析它与建筑物之间的相互影认识场地的地质条件，分析它与建筑物之间的相互影响，响， 这是地基勘察和评价的任务。建筑场地的工程地质这是地基勘察和评价的任务。建筑场地的工程地质条件一般包括：岩土的类型及其工程性质、条件一般包括：岩土的类型及其工程性质、 地质构造、地质构造、 地形地地形地 貌、水文地质条件、不良地质现象和可资利用的貌、水文地质条件、不良地质现象和可资利用的天然建筑材料等。天然建筑材料等。

188、对于不同地区，场地的工程地质条件可能有很大差对于不同地区，场地的工程地质条件可能有很大差别。由于不同地区工程地质条件在性质上、主次关系配合别。由于不同地区工程地质条件在性质上、主次关系配合上的不同，其勘察任务、勘察手上的不同，其勘察任务、勘察手 段和评价内容也随之而段和评价内容也随之而异。针对工业与民用建筑的需要，本章仅对地质构造、地异。针对工业与民用建筑的需要，本章仅对地质构造、地形地貌、水文形地貌、水文 地质条件略加阐述，着重系统介绍建筑物地质条件略加阐述，着重系统介绍建筑物地墓勘察的任务、内容和方法以及地基勘察报告。地墓勘察的任务、内容和方法以及地基勘察报告。 52 地地 质质 构构 造

189、造 在漫长的地质历史发展过程中，地壳在内，外力地在漫长的地质历史发展过程中，地壳在内，外力地质作用下，不断运动演变，所造成的地层形态质作用下，不断运动演变，所造成的地层形态(如地壳中如地壳中岩体的位置，产状及其相互关系等岩体的位置，产状及其相互关系等)统称为地质构造。统称为地质构造。 一、褶皱构造一、褶皱构造 地壳中层状岩层在水平运动的作用下，使原始的水平地壳中层状岩层在水平运动的作用下，使原始的水平产状的岩层弯曲起来，形成褶皱构造产状的岩层弯曲起来，形成褶皱构造(图图51)。 褶皱的基本单元，即岩层的褶皱的基本单元，即岩层的个弯曲称为褶曲。褶曲个弯曲称为褶曲。褶曲虽然有各式各样的形式，但基本

190、形式只有两种，即背斜和虽然有各式各样的形式，但基本形式只有两种，即背斜和向斜向斜(图图52)。背斜由按部地质年代较老到冀部较新的岩。背斜由按部地质年代较老到冀部较新的岩层组层组 成，横削面呈凸起弯曲的形态。向斜则由按郎新岩成，横削面呈凸起弯曲的形态。向斜则由按郎新岩层和翼部老岩层组成，横剖面呈向下凹曲的形态。层和翼部老岩层组成，横剖面呈向下凹曲的形态。 必须指出，在山区见到的褶曲，一般来说其形成的年必须指出，在山区见到的褶曲，一般来说其形成的年代久远，由于长期暴露地表使得部分岩层，尤其是软质或代久远，由于长期暴露地表使得部分岩层，尤其是软质或裂隙发育的岩石受到风化和剥蚀作用的严重破坏而丧了完裂

191、隙发育的岩石受到风化和剥蚀作用的严重破坏而丧了完整的褶曲形态整的褶曲形态(如图如图53) 二、断裂构造二、断裂构造 岩体受力断裂使原有的连续完整性遭受破坏而形成岩体受力断裂使原有的连续完整性遭受破坏而形成断裂构造沿断裂面两侧的岩层未发生位移或仅有微小错断裂构造沿断裂面两侧的岩层未发生位移或仅有微小错动的断裂构造，称为节理，反之，如发生了相对的位移，动的断裂构造，称为节理，反之，如发生了相对的位移，则称为断层。则称为断层。 1节理节理 岩层因地壳运动引起的剪应力形成的断裂称为剪节理，岩层因地壳运动引起的剪应力形成的断裂称为剪节理，一般是闭合的，常呈两组平直一般是闭合的，常呈两组平直 相交的相交的

192、X形岩层受力弯曲形岩层受力弯曲时，外凸部位由拉应力引起的断裂称为张节理，其裂隙明时，外凸部位由拉应力引起的断裂称为张节理，其裂隙明显，节理面粗糙此外，由于岩浆冷凝收缩或因基岩风化显，节理面粗糙此外，由于岩浆冷凝收缩或因基岩风化作用产生的裂隙，统称为非构造节理作用产生的裂隙，统称为非构造节理 2断层断层 分居于断层面两侧相互错动的二个断块分居于断层面两侧相互错动的二个断块(图图54、55)，其中位于断层面之上的称为上盘，位于断层面之下，其中位于断层面之上的称为上盘，位于断层面之下的称为下盘。若按断块之间的相对错动的方向来划分，上的称为下盘。若按断块之间的相对错动的方向来划分，上盘下降，下盘上升的

193、断层，称正断层，反之，上盘盘下降，下盘上升的断层，称正断层，反之，上盘上升，下盘下降的断层称逆断层，如两断块水平互错，则上升，下盘下降的断层称逆断层，如两断块水平互错，则称为平移断层称为平移断层(图图56)。 断层面往往不是一个简单的平面而是有断层面往往不是一个简单的平面而是有定宽度定宽度的断层带。的断层带。 53 地形和地貌地形和地貌 一、地形和地貌的定义一、地形和地貌的定义 场地的地形地貌特征是勘察中最初判别建筑场地复场地的地形地貌特征是勘察中最初判别建筑场地复杂程度的重要依据，对建筑物的布局及各种建筑物的型式、杂程度的重要依据，对建筑物的布局及各种建筑物的型式、规模，以及施工条件也有直接

194、影响，并在很大程度上决定规模，以及施工条件也有直接影响，并在很大程度上决定着勘察的工作方法和工作量着勘察的工作方法和工作量 地形指的是地表形态的外部特征，如高低起伏、坡度地形指的是地表形态的外部特征，如高低起伏、坡度大小和空间分布等。但是，如果研究地形形成的地质原因大小和空间分布等。但是，如果研究地形形成的地质原因和年代，及其在漫长的地质历史中不断演化的过程和将来和年代，及其在漫长的地质历史中不断演化的过程和将来的发展趋势，那么，这种从地质学和地理学观点考察的地的发展趋势，那么，这种从地质学和地理学观点考察的地表形态就叫做地貌。表形态就叫做地貌。 在岩土工程勘察中，常按地形的成在岩土工程勘察中

195、，常按地形的成因类型，形态类型等进行地貌单元的划分。因类型，形态类型等进行地貌单元的划分。 二、几种地貌单元二、几种地貌单元 (一一)山地山地 。 山地是地壳上升运动或岩浆活动等复杂演变过程形山地是地壳上升运动或岩浆活动等复杂演变过程形成的。它同时又受到流水及其它外力的剥蚀作用，于是呈成的。它同时又受到流水及其它外力的剥蚀作用，于是呈现现今山区那种崎呕不平、复杂多变的地貌。按构造形式，现现今山区那种崎呕不平、复杂多变的地貌。按构造形式，山地可分为断块山、褶皱断块山、褶皱山，按山的绝对高山地可分为断块山、褶皱断块山、褶皱山，按山的绝对高度和相对高度，山地分最高山、高山、中山和低山。度和相对高度，

196、山地分最高山、高山、中山和低山。 山山区的暂时性水流和河流，侵蚀山地形成冲沟和河谷，并在区的暂时性水流和河流，侵蚀山地形成冲沟和河谷，并在山坡，山麓和河谷堆积了坡积物，洪积物和冲积物，从而山坡，山麓和河谷堆积了坡积物，洪积物和冲积物，从而形成了各种侵蚀和堆积地貌，如河谷阶地、洪积锥等形成了各种侵蚀和堆积地貌，如河谷阶地、洪积锥等 （二（二)丘陵丘陵 丘陵是山地经过外力地质作用长期剥蚀切割而成的丘陵是山地经过外力地质作用长期剥蚀切割而成的外貌低矮平缓的起伏地形。外貌低矮平缓的起伏地形。 丘陵地区的基岩丘陵地区的基岩般埋藏较般埋藏较浅。丘顶裸露，岩石风化严重，有时表层为残积物所覆盖，浅。丘顶裸露，

197、岩石风化严重，有时表层为残积物所覆盖，谷底则往往堆积有较厚的洪积物或坡积物，边缘地带则常谷底则往往堆积有较厚的洪积物或坡积物，边缘地带则常堆积有结构疏松的新近坡积物。在丘陵堆积有结构疏松的新近坡积物。在丘陵 地区的挖方地区的挖方地段，岩石外露，承载力高，填方地段的承载力则较低，地段，岩石外露，承载力高，填方地段的承载力则较低，因此要特别注意地基软硬不均以及边坡稳定性等问题因此要特别注意地基软硬不均以及边坡稳定性等问题 (三三)平原平原 平原是高度变化微小，表面平坦或者只有轻微波状起平原是高度变化微小，表面平坦或者只有轻微波状起伏的地区。在我国东部地区，大伏的地区。在我国东部地区，大 河流的中下

198、游，河谷非河流的中下游，河谷非常开阔，沉积作用叶常开阔，沉积作用叶分强烈，每当雨季，洪水溢出河床，分强烈，每当雨季，洪水溢出河床，淹没河床以外的广大面积，沉积细小的物质，形成一片广淹没河床以外的广大面积，沉积细小的物质，形成一片广阔的冲积平原。冲积平原的基岩阔的冲积平原。冲积平原的基岩般埋藏般埋藏 较深，第四纪较深，第四纪沉积层很厚，其中细颗粒的含量大，地下水位高，地基土沉积层很厚，其中细颗粒的含量大，地下水位高，地基土的承载力较低。但由于地形平坦，地层常较均匀，所以一的承载力较低。但由于地形平坦，地层常较均匀，所以一般常选作建筑场地。在冲积平原上，凡是地形比较般常选作建筑场地。在冲积平原上，

199、凡是地形比较低洼或水草茂盛的地段，可能是过去的河漫滩，低洼或水草茂盛的地段，可能是过去的河漫滩， 湖泊或湖泊或牛轭湖，牛轭湖， 常分布有较厚的带状淤泥，对工程建设不利。常分布有较厚的带状淤泥，对工程建设不利。 54 水文地质条件水文地质条件 存在于地面下土和岩石的孔隙，裂隙或溶洞中的水存在于地面下土和岩石的孔隙，裂隙或溶洞中的水叫做地下水。叫做地下水。 般说来，建筑场地的水文地质条件主要包括地下般说来，建筑场地的水文地质条件主要包括地下水的埋藏条件，地下水位及其动态变化，地下水化学成水的埋藏条件，地下水位及其动态变化，地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀性等。分及其对混凝土的腐蚀性等。 一、地下水

200、的埋藏条件一、地下水的埋藏条件 地下水按其埋酪条件，可分为；上层滞水、潜水和地下水按其埋酪条件，可分为；上层滞水、潜水和承压水三种类型承压水三种类型(图图55) 1上层滞水：是指埋藏在地表浅处，局部隔水透镜上层滞水：是指埋藏在地表浅处，局部隔水透镜体的体的L郎，郎， 且具有自由水面的地下水。它的分布范围有且具有自由水面的地下水。它的分布范围有限，其来源主要是由大气降水补给。因此，它的动态变限，其来源主要是由大气降水补给。因此，它的动态变化与气候隔水透镜体厚度及分布范围等因素有关。化与气候隔水透镜体厚度及分布范围等因素有关。 2潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的潜水：埋藏在地表以下第一个

201、稳定隔水层以上的具有自由水面的地下水称为潜水。具有自由水面的地下水称为潜水。 潜水一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风比层中。潜水一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风比层中。 潜水直接受雨水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也潜水直接受雨水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄，它的分布区与补给区是直接由于蒸发或流入河流而排泄，它的分布区与补给区是一致的。因此，潜水水位变化，一致的。因此，潜水水位变化， 直接受气候条件变化的直接受气候条件变化的影响。影响。 ： 3、承压水：承压水是指充满于两个稳定隔水层之间、承压水：承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。它承受

202、一定的静水压力。在地面打的含水层中的地下水。它承受一定的静水压力。在地面打井至承压水层时，水便在井中上升甚至喷出地表，井至承压水层时，水便在井中上升甚至喷出地表， 形成形成所谓自流井。由于承压水的上面存在隔水顶板的作用，它所谓自流井。由于承压水的上面存在隔水顶板的作用，它的埋藏区与地表补给区不的埋藏区与地表补给区不致。田此，承压水的动态变致。田此，承压水的动态变化，受局部气候因素影响不明显。化，受局部气候因素影响不明显。 二、地下水的腐蚀性二、地下水的腐蚀性 地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时，地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时，会腐蚀混凝土、石料及金属管道而造成危害。下面

203、仅介绍会腐蚀混凝土、石料及金属管道而造成危害。下面仅介绍地下水对混凝土的腐蚀作用。地下水对混凝土的腐蚀作用。 地下水中硫酸离子地下水中硫酸离子SO,一含量过多时，将与水泥硬化一含量过多时，将与水泥硬化后生成的后生成的Ca(011)：起作用，：起作用， 生成石膏结晶生成石膏结晶CaSO2HO。石膏再与混凝土中的铝酸四钙石膏再与混凝土中的铝酸四钙4CaOA1：O：起作用，：起作用，生成铝和钙的复硫酸盐生成铝和钙的复硫酸盐3CaOAl：O,3CaSO，31HO。这一化合物的体积比化合前膨胀这一化合物的体积比化合前膨胀25倍，能破坏混凝土的倍，能破坏混凝土的结构。结构。 氢离子浓度氢离子浓度(负对数值

204、负对数值)pH7的酸性地下水对混凝土中的酸性地下水对混凝土中Ca(OH)：及：及CaCO：起溶解：起溶解 破坏作用。破坏作用。 地下水中游离的地下水中游离的CO2可与混凝土中可与混凝土中Ca(OH)：化合生：化合生成一层成一层CaCO3硬壳，对混凝土起保护作用。但硬壳，对混凝土起保护作用。但CO2含量含量过多时，又会与过多时，又会与CaCO3化合，化合， 生成生成Ca(HCO3)2而溶于水。而溶于水。 这种这种 过多的，能与过多的，能与CaCO3起作用的那一部分游离起作用的那一部分游离CO2称称为腐蚀性二氧化碳。为腐蚀性二氧化碳。 勘察规范勘察规范将环境水对混凝土的腐蚀性分为：结晶类将环境水对

205、混凝土的腐蚀性分为：结晶类腐蚀、分解类腐蚀及结晶分解复合类腐蚀三类。腐蚀、分解类腐蚀及结晶分解复合类腐蚀三类。三、动水力，流砂和潜蚀三、动水力，流砂和潜蚀 地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，相应地，水对地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，相应地，水对土产生反力，称为动水力，以土产生反力，称为动水力，以G。表示，单位为。表示，单位为kNm。 图图56(a)是设想沿地下水流方向取出的是设想沿地下水流方向取出的个土柱体。个土柱体。如果忽略渗流过程中水的惯性力，则作用在土柱体上的力如果忽略渗流过程中水的惯性力，则作用在土柱体上的力如图如图5-6(b)所示。根据渗透所示。根据渗透 方向的静力平衡条件，

206、得方向的静力平衡条件，得将相关量代入，并以将相关量代入，并以F遍除各项，得遍除各项，得或或 55 地基勘察的任务和内容地基勘察的任务和内容 一、地基勘察与岩土工程等级的关系一、地基勘察与岩土工程等级的关系 地基勘察任务和内容的确定和勘察的详细程度与工地基勘察任务和内容的确定和勘察的详细程度与工作方法的选择，与建筑场地、地基岩土性质及建筑物条作方法的选择，与建筑场地、地基岩土性质及建筑物条件有关。在地质条件复杂件有关。在地质条件复杂 地区，对场地的地质构造、不地区，对场地的地质构造、不良地质现象、地震烈度、特殊土类等必须查明其分布及良地质现象、地震烈度、特殊土类等必须查明其分布及危害程度。危害程

207、度。 不同安全等级的建筑物对勘察工作的要求不同。不同安全等级的建筑物对勘察工作的要求不同。 岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范结合结合建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范的建筑物安全等级划分，按照下列三方面条件，将岩的建筑物安全等级划分，按照下列三方面条件，将岩土工程划分为三个等级。其中以一级岩土工程的自然条土工程划分为三个等级。其中以一级岩土工程的自然条件最为复件最为复 杂，技术要求的难度最高，工作环境最不利。杂，技术要求的难度最高，工作环境最不利。现将划分的条件筛此介绍如下：现将划分的条件筛此介绍如下： 1场地条件：包括抗震设防烈度和可能发生的震害场地条件：包括抗震设防烈度和可能发生的震

208、害异常、不止地质作用的存在和人类异常、不止地质作用的存在和人类 对场地地质环境的破对场地地质环境的破坏，地貌特征以及获得当地已有建筑经验和资料的坏，地貌特征以及获得当地已有建筑经验和资料的可能性，可能性， 2地基土质条件：指是否存在极软弱的或非均质的需地基土质条件：指是否存在极软弱的或非均质的需要采取特别处理措施的地层、极不稳定的地基或需要进行要采取特别处理措施的地层、极不稳定的地基或需要进行专门分析和研究的特殊土类，对可借鉴的成功建筑经验是专门分析和研究的特殊土类，对可借鉴的成功建筑经验是否仍需进行地基土的补充性验证工作，否仍需进行地基土的补充性验证工作， 3工程条件：建筑物的安全等级、建筑

209、类型工程条件：建筑物的安全等级、建筑类型(超高层建超高层建筑、公共建筑、工业厂房等筑、公共建筑、工业厂房等)、建筑物的重要性、建筑物的重要性具有重大具有重大意义和影响的、或属于纪念性、艺术性、附属性或补充性意义和影响的、或属于纪念性、艺术性、附属性或补充性的建筑物的建筑物)、基础工程的特殊性、基础工程的特殊性(进行深基开挖、超长桩基、进行深基开挖、超长桩基、精密设备或有特殊工艺要求的基础、高填斜坡、高挡墙、精密设备或有特殊工艺要求的基础、高填斜坡、高挡墙、基础托换或补强工程基础托换或补强工程)。 岩土工程的等级划分岩土工程的等级划分(具体规定详见规范具体规定详见规范)，有利于对岩，有利于对岩土

210、工程各个工作环节按等级区别对待，确保工程质量初安土工程各个工作环节按等级区别对待，确保工程质量初安全。因此它也是确定各个勘察阶段中的工作内容、方法及全。因此它也是确定各个勘察阶段中的工作内容、方法及详细程度所应遵循的准绳。详细程度所应遵循的准绳。 工业与民用建筑工程的设计分为场址选择、初步设计工业与民用建筑工程的设计分为场址选择、初步设计和施工图三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质和施工图三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为选址勘察、初步勘察和详细勘资料，勘察工作也相应分为选址勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大察三个阶段

211、。对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑物地基，尚应进行施工勘察。建筑物地基，尚应进行施工勘察。 二、选址勘察基本要求二、选址勘察基本要求 选址勘察的目的是为了取得几个场址方案的主要工选址勘察的目的是为了取得几个场址方案的主要工程地质资料，对拟选场地的稳定性程地质资料，对拟选场地的稳定性 和适宜性作出工程地和适宜性作出工程地质评价和方案比较。质评价和方案比较。 选择场址时，应进行技术经济分析，一般情况下宜避选择场址时，应进行技术经济分析，一般情况下宜避开下列工程地质条件恶劣的地区开下列工程地质条件恶劣的地区 或地段：不良地质现象或地段：不良地质现象发育且对建筑物构成直接危害或潜在威胁的场地

212、，设计地发育且对建筑物构成直接危害或潜在威胁的场地，设计地震烈度为震烈度为8度或度或9度的发震断裂带，受洪水威胁或地下水的度的发震断裂带，受洪水威胁或地下水的不利影响严重的场地，在可开采的地下矿床或矿区的木稳不利影响严重的场地，在可开采的地下矿床或矿区的木稳定采空区上的场地。定采空区上的场地。 选址阶段的勘察工作，主要侧重于搜集和分析区域选址阶段的勘察工作，主要侧重于搜集和分析区域地质、地形地拉、地震、矿产和附近地区的工程地质资料地质、地形地拉、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验，并在搜集和分析已有资料的基础上，及当地的建筑经验，并在搜集和分析已有资料的基础上，抓住主要问题，通

213、过踏勘，抓住主要问题，通过踏勘， 了解场地的地层岩性、地质了解场地的地层岩性、地质构造，岩石和土的性质、地下水情况以及不良地质现象等构造，岩石和土的性质、地下水情况以及不良地质现象等工程地质条件。搜集的资料不满足要求或工程地质条件复工程地质条件。搜集的资料不满足要求或工程地质条件复杂时，也可以进行工程地质测绘并辅以必要的勘探工作。杂时，也可以进行工程地质测绘并辅以必要的勘探工作。 三、初步勘察基本要求三、初步勘察基本要求 初勘时勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地初勘时勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地初勘的任务之一就在于查明建筑场地不良地质现象的戍因，初勘的任务之一就在于查明建筑场地不

214、良地质现象的戍因，分布范围、危害程度及其发展趋势，以便使场地内主要建分布范围、危害程度及其发展趋势，以便使场地内主要建筑物筑物(如工业主厂房如工业主厂房)的布置避开不良地质现象发育的地段，的布置避开不良地质现象发育的地段，确定建筑总平面布置。确定建筑总平面布置。 初勘的任务还在于初步查明地层及其构造、岩石和土初勘的任务还在于初步查明地层及其构造、岩石和土的物理力学性质、地下水埋藏条件以及土的冻结深度，为的物理力学性质、地下水埋藏条件以及土的冻结深度，为主要建筑物的地基基础方案以及对不良地质现象的防治主要建筑物的地基基础方案以及对不良地质现象的防治方案提供方案提供 工程地质资料。工程地质资料。

215、初勘时勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地质初勘时勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地质构造线和地层界线构造线和地层界线 对每个地貌单元都应设有控制性勘探孔对每个地貌单元都应设有控制性勘探孔(勘探孔是指勘探孔是指钻孔、探井、触探孔等钻孔、探井、触探孔等)到达预定深度，其它一般性勘探到达预定深度，其它一般性勘探孔只需达到适当深度即可。孔只需达到适当深度即可。 四、详细勘察四、详细勘察 详勘的任务就在于针对具体建筑物地基或具体的地质详勘的任务就在于针对具体建筑物地基或具体的地质问题，为进行施工图设计和施工提供可靠的依据或设计计问题，为进行施工图设计和施工提供可靠的依据或设计计算参数。因此必须查

216、明建筑物范围内的地层结构、岩石和算参数。因此必须查明建筑物范围内的地层结构、岩石和土的物理力学性质，对地基的稳定性及承载能力作出评价，土的物理力学性质，对地基的稳定性及承载能力作出评价，并提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料，此并提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料，此外，还要查明有关地下水的埋藏条件和腐蚀性、地层的透外，还要查明有关地下水的埋藏条件和腐蚀性、地层的透水性和水位变化规律等情况。水性和水位变化规律等情况。 详勘的手段主要以勘探、原位测试和室内土工试验详勘的手段主要以勘探、原位测试和室内土工试验为主，必要时可以补充为主，必要时可以补充些物探和工程地质测绘及调查些物探

217、和工程地质测绘及调查工作。工作。 详勘勘探孔深度以能控制地基主要受力层为原则。详勘勘探孔深度以能控制地基主要受力层为原则。 取试样和进行原位测试的井、孔数量，应按地基土取试样和进行原位测试的井、孔数量，应按地基土层的均匀性、代表性和设计要求确定，一般占勘探孔总层的均匀性、代表性和设计要求确定，一般占勘探孔总数的数的12至至23，且每个场地不少于，且每个场地不少于23个。个。 五、勘察任务书五、勘察任务书 在勘察工作开始之前，设计和兴建单位应按工程要在勘察工作开始之前，设计和兴建单位应按工程要求把求把“地基勘察任务书地基勘察任务书”提交受委托的勘察单位，以便提交受委托的勘察单位，以便制订勘察工作

218、计划。制订勘察工作计划。 5-6 地基勘察的方法地基勘察的方法 一、工程地质测绘与调查一、工程地质测绘与调查 工程地质测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、工程地质测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水与地表水，不良地质现象地层岩性、地质构造、地下水与地表水，不良地质现象进行调查研究与必要的测绘工作进行调查研究与必要的测绘工作 进行工程地质测绘与调查时，在选址阶段，应搜集进行工程地质测绘与调查时，在选址阶段，应搜集研究已有的地质资料，进行现场踏勘，在初勘阶段，当地研究已有的地质资料，进行现场踏勘，在初勘阶段，当地质条件较复杂时，应继续进行工程地质测绘，详勘阶段，质

219、条件较复杂时，应继续进行工程地质测绘，详勘阶段，仅在初勘测绘基础上，对某些专门地质问题作必要的补充。仅在初勘测绘基础上，对某些专门地质问题作必要的补充。测绘与调查的范围，应包括场地及其附近与研究内容有关测绘与调查的范围，应包括场地及其附近与研究内容有关的地段。的地段。 常用的测绘方法是在地形图上布置一定数量的观察点常用的测绘方法是在地形图上布置一定数量的观察点或观察线，以便按点或沿线观察地质现象。或观察线，以便按点或沿线观察地质现象。 二、勘探工作二、勘探工作 勘探是地基勘察过程中查明地下地质情况的一种必要勘探是地基勘察过程中查明地下地质情况的一种必要手段，它是在地面的工程地质测绘和调查所取得

220、的各项定手段，它是在地面的工程地质测绘和调查所取得的各项定性资料基础上，进性资料基础上，进步对场地的工程地质条件进行定量步对场地的工程地质条件进行定量的评价。的评价。 一般勘探工作包括坑探、钻探、触探和地球物理勘探一般勘探工作包括坑探、钻探、触探和地球物理勘探等。等。 (一一)坑探坑探 坑探是在建筑场地挖探井坑探是在建筑场地挖探井(槽槽)以取得直观资料和原状以取得直观资料和原状土样，这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。土样，这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。 探井探井见图见图511(a)的平面形状一般采用的平面形状一般采用15mx 1om的矩形或直径为的矩形或直径为081

221、om的圆的圆形，其深度视地层的土质和地下水埋藏深度等条件而定，形，其深度视地层的土质和地下水埋藏深度等条件而定，一般为一般为23m (二二)钻探钻探 钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，并钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，并可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质，此可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质，此外，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试。外，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试。 钻机一般分回转式与冲击式两种。钻机一般分回转式与冲击式两种。 场地内布置的钻孔，一般分技术孔和鉴别孔两类。在场地内布置的钻孔，一般分技术孔和鉴别孔两类。在技术孔中按不同

222、的土层和深度采取原状土样。原状土样的技术孔中按不同的土层和深度采取原状土样。原状土样的采取常用取土器。采取常用取土器。 钻探时，按不同土质条件，常分别采用击入或压入取钻探时，按不同土质条件，常分别采用击入或压入取土器两种方式在钻孔中取得原状土样。土器两种方式在钻孔中取得原状土样。 （三（三)触探触探 触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入：上触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入：上层，并量测各层土对触探头的贯入阻力大小的层，并量测各层土对触探头的贯入阻力大小的-指标，从指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。术。 1

223、。静力触探。静力触探 静力触探借静压力将触探头压人土层，利用电测技术静力触探借静压力将触探头压人土层，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。测得贯入阻力来判定土的力学性质。 常用的静力触探仪可分为机械式和油压式两类；油压常用的静力触探仪可分为机械式和油压式两类；油压式静力触探仪的主要组成部分如图式静力触探仪的主要组成部分如图512所示。所示。 静力触探设备中的核心部分是触探头。触探杆将探头匀静力触探设备中的核心部分是触探头。触探杆将探头匀速页入土层时，一方面引起尖锥以下局部土层的压缩，于速页入土层时，一方面引起尖锥以下局部土层的压缩，于是产生了作用于尖锥的阻力。另一方面又在孔壁周围形成是

224、产生了作用于尖锥的阻力。另一方面又在孔壁周围形成一圈挤实层，从而导致作用于探头侧壁的摩阻力。探头一圈挤实层，从而导致作用于探头侧壁的摩阻力。探头的这两种阻力是土的力学性质的综合反映。的这两种阻力是土的力学性质的综合反映。 探头按其结构可分为单桥和双桥两类。探头按其结构可分为单桥和双桥两类。 在现场实测以后进行触探资料整理工作。为了直观地在现场实测以后进行触探资料整理工作。为了直观地反映勘探深度范围内土层的力学性质，可绘制深度反映勘探深度范围内土层的力学性质，可绘制深度(z)与与各种阻力的关系曲线图各种阻力的关系曲线图 515绘出用双桥探头测得的有关绘出用双桥探头测得的有关曲线。曲线。 根据静力

225、触探资料可间接地按地区性的经验关系估算根据静力触探资料可间接地按地区性的经验关系估算 土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。 2动力触探动力触探 动力触探动力触探般是将一定质量的穿心锤，以一定的高般是将一定质量的穿心锤，以一定的高度度(落距落距)自由下落，将探头贯人土中，然后记录贯入一定自由下落，将探头贯人土中，然后记录贯入一定深度所需的锤击次数，井以此判断土的性质。深度所需的锤击次数，井以此判断土的性质。 试验时，将质量为试验时，将质量为635kg的穿心锤以的穿心锤以76cm的落距自的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中由下落，将贯入器垂直打入土层中15

226、cm(此时不计锤击数此时不计锤击数)；以后打人土层；以后打人土层30cm的锤击数，即为的锤击数，即为 实测的锤击数实测的锤击数N，然后拔出贯入器，取出其中的土样进行鉴别描述。，然后拔出贯入器，取出其中的土样进行鉴别描述。 轻便触探试验轻便触探试验 试验时，先用轻便钻具开孔至被试土层，然后以手试验时，先用轻便钻具开孔至被试土层，然后以手提高质量提高质量10kg的穿心锤，使其以的穿心锤，使其以50crn的落距自由下落，的落距自由下落，这样连续冲击，把尖锥头竖直打入土层，每贯人这样连续冲击，把尖锥头竖直打入土层，每贯人30cm的的锤击数称为锤击数称为 。 (四四)旁旁(横横)压试验压试验 旁压试验适

227、用于原位测定粘性土，粉土、砂土、软旁压试验适用于原位测定粘性土，粉土、砂土、软质岩石和风化岩石的承载力、旁压质岩石和风化岩石的承载力、旁压 模量和土的应力应变模量和土的应力应变关系。关系。 试验时将旁压器放入钻孔中，关闭阀门试验时将旁压器放入钻孔中，关闭阀门P、Q，打开，打开阀门阀门M、N， 这时容器中的水充满旁压器的中腔并流入这时容器中的水充满旁压器的中腔并流入量管内。然后关闭量管内。然后关闭M、N，打开，打开P、Q，使上腔、下腔充，使上腔、下腔充满水，并使满水，并使 水流入蓄水管内。试验时则关闭水流入蓄水管内。试验时则关闭N、P，打开，打开M、Q，用加压筒加压，对钻孔孔壁施加压力。量测所加

228、，用加压筒加压，对钻孔孔壁施加压力。量测所加的压力大小以及引起的中腔压力室体积变化，得到的压力大小以及引起的中腔压力室体积变化，得到压力与体积变化的关系曲线，压力与体积变化的关系曲线， 如图如图519所示。所示。数及抗剪强度数及抗剪强度(采用三轴仪或直接剪切仪采用三轴仪或直接剪切仪)试验。试验。 对砂土则要求进行颗粒分析，测定天然密度，天然对砂土则要求进行颗粒分析，测定天然密度，天然含水量、土粒比重及自然休止角等。含水量、土粒比重及自然休止角等。 对碎石土，必要时，可作颗粒分析，对含粘性土较对碎石土，必要时，可作颗粒分析，对含粘性土较多的碎石土，宜测定粘性土的天然含水量、液限和塑限。多的碎石土

229、，宜测定粘性土的天然含水量、液限和塑限。必要时可作现场大体积密度试验。必要时可作现场大体积密度试验。 对岩石一般可作饱和单轴极限抗压强度试验，必要对岩石一般可作饱和单轴极限抗压强度试验，必要时，还须测定其它岩石物理、力学性质指标。时，还须测定其它岩石物理、力学性质指标。 在须判定场地地下水对混凝土的腐蚀性时，一般可测定在须判定场地地下水对混凝土的腐蚀性时，一般可测定下列项目：下列项目： 如如pH值，值， 的含的含量。量。 原位测试包括地基静载荷试验、旁压试验、土的现场原位测试包括地基静载荷试验、旁压试验、土的现场剪切试验剪切试验，地基寸：的动力参数的测定、桩的静载荷试，地基寸：的动力参数的测定

230、、桩的静载荷试验以及触探试验等。验以及触探试验等。 5-8 地基勘察报告书地基勘察报告书一、勘察报告书的编制一、勘察报告书的编制 地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘察工地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验的记录和数据以作结束后，把取得的野外工作和室内试验的记录和数据以及搜集到的各种直接和间接资料分析控理、检查校对、归及搜集到的各种直接和间接资料分析控理、检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。这些内容，纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。这些内容， 最最后以简要明确的文字和图表编成报告书。后以简要明确的文字和图表编成报告书。 勘

231、察报告书的编制必须配合相应的勘察阶段，针对。勘察报告书的编制必须配合相应的勘察阶段，针对。 所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工程所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工程地质剖面图，地质柱状图或综地质剖面图，地质柱状图或综 合地质柱状图，土工试验成果表，其它测试成果图表合地质柱状图，土工试验成果表，其它测试成果图表(如如现场载荷试验、标准贯入试验、现场载荷试验、标准贯入试验、 静力触探试验、旁压试验等静力触探试验、旁压试验等)。场地的地质条件和建筑物的性质、规模以及设计和施工的场地的地质条件和建筑物的性质、规模以及设计和施工的要求，提出选择地基基础方案的依据和设计计算数据，指

232、要求，提出选择地基基础方案的依据和设计计算数据，指出存在的问题以及解决问题的途径和办法。一个单项工程出存在的问题以及解决问题的途径和办法。一个单项工程的勘察报告书一般包括下列内容：的勘察报告书一般包括下列内容： 1任务要求及勘察工作概况，任务要求及勘察工作概况， 2场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设计烈度，地震设计烈度， 3，场地的地层分布，岩石和土的均匀性、物理力学性，场地的地层分布，岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标，质、地基承载力和其它设计计算指标， 4地下水的埋藏条件和腐蚀性以及土层的冻结深度；地下水

233、的埋藏条件和腐蚀性以及土层的冻结深度； 5对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价，对场对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价，对场地的稳定性和适宜性作出结论，地的稳定性和适宜性作出结论， 指出存在的问题和提出指出存在的问题和提出有关地基基础方案的建议。有关地基基础方案的建议。 所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工程地质剖面图，地质柱状图或综程地质剖面图，地质柱状图或综 合地质柱状图，土工试合地质柱状图，土工试验成果表，其它测试成果图表验成果表，其它测试成果图表(如现场载荷试验、标准贯如现场载荷试验、标准贯入试验、入试验、 静力触探试验、旁

234、压试验等静力触探试验、旁压试验等)。二、勘察报告的阅读与使用二、勘察报告的阅读与使用 为了充分发挥勘察报告在设计和施工工作中的作用，必为了充分发挥勘察报告在设计和施工工作中的作用，必须重视对勘察报告的阅读和使用阅读勘察报旨应该熟悉须重视对勘察报告的阅读和使用阅读勘察报旨应该熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结沦和岩土参数的可靠程勘察报告的主要内容，了解勘察结沦和岩土参数的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性，从而正度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性，从而正确地使用勘察报告。确地使用勘察报告。 这里，须把场地的工程地质条件与这里，须把场地的工程地质条件与拟建建筑物具体情况和要求

235、联系起来进行综合分析，既要拟建建筑物具体情况和要求联系起来进行综合分析，既要从场地工程地质条件出发进行设计施工，也要在设计施工从场地工程地质条件出发进行设计施工，也要在设计施工中发挥主观能动性，充分利用有利的工程地质条件。中发挥主观能动性，充分利用有利的工程地质条件。 第六章第六章 浅基础的常规设计浅基础的常规设计 61 概概 述述 地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑布置和仁部结构类型，充分考布置和仁部结构类型，充分考 虑建筑场地和地基岩土条虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选件，结合施工条件以及

236、工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。安全和正常使用。 地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则： 1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度，有足够的安全度， 2应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观，响

237、建筑物的使用功能和外观， 3基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性稳定性)和变形要求外，和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。 设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题： 、 1充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料资料 2了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能性，并结合实际考虑采用

238、先进的施工技术和经济、可能性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法。行的地基处理方法。 3选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度层和基础埋置深度 4按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算基稳定性和变形验算 5以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设汁结构的内力分析和截面设汁 63 浅基础的若干类型浅基础的若干类型 本节只介绍通常可按常规设计的三类浅基础。本节只介绍通常可按常规设计的三

239、类浅基础。 一、扩展基础一、扩展基础 (一一)无筋扩展基础无筋扩展基础(刚性基础刚性基础) 无筋基础的常用材料如表无筋基础的常用材料如表61所示。所示。 不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。设剪强度却不高。设i计时必须保证发生在基内的拉应力和计时必须保证发生在基内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。这种保证通常是通剪应力不超过相应的材料强度设计值。这种保证通常是通过对基础构造（图过对基础构造（图612）的限制来实现的，即基础每个）的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与高度之比都不得超过如表台阶的宽度与高度之比都不

240、得超过如表61所列的台阶高所列的台阶高宽比的允许值（可用图宽比的允许值（可用图612中角度的正切表示）在这样中角度的正切表示）在这样的限制下，基础的现对高度都比较大几乎不发生挠曲变形，的限制下，基础的现对高度都比较大几乎不发生挠曲变形，所以无筋扩展基础习惯上称为刚性基础设计时一般先选择所以无筋扩展基础习惯上称为刚性基础设计时一般先选择适当的基础埋置深度和基础底面尺寸。设基础宽度为适当的基础埋置深度和基础底面尺寸。设基础宽度为b则则按上述限制，基础的构造高度应满足下列要求；按上述限制，基础的构造高度应满足下列要求； 二、钢筋混凝土扩展基础二、钢筋混凝土扩展基础 钢筋混凝土扩展墓础的抗弯和抗剪性能

241、良好，可在竖钢筋混凝土扩展墓础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限止故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。止故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。 墙基础的构造如图墙基础的构造如图6-13所示所示 柱基础的构造如图柱基础的构造如图614。 当基础埋深和底面尺确定之后，即可计算基础内力，当基础埋深和底面尺确定之后，即可计算基础内力，以便设计基础截面。此时如按直以便设计基础截面。此时如按直 线分布假设以公式线分布假设

242、以公式27计计算基底反力则应不计基础和其上土的重量算基底反力则应不计基础和其上土的重量(G)所引起的反所引起的反力这样得到的是用于计算内力的基底净反力力这样得到的是用于计算内力的基底净反力 钢筋混凝土扩展基础高度和变阶处的高度应按现行钢筋混凝土扩展基础高度和变阶处的高度应按现行混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范进行受冲切和受剪承载力计算进行受冲切和受剪承载力计算确定锥形基础的边缘高度，不宜小于确定锥形基础的边缘高度，不宜小于200mm，阶形基，阶形基础每阶高度，宜为础每阶高度，宜为300-500mm。 计算底板受力钢筋时，按下列简化方法求得基础任意计算底板受力钢筋时，按下列简化方法求得基础任

243、意截面的弯矩：截面的弯矩： 对矩形基础，当台阶宽高比对矩形基础，当台阶宽高比 25且荷载偏心距且荷载偏心距e b6时，任意截面时，任意截面-及及-图图615(c)的弯的弯矩按下列公式计算：矩按下列公式计算： 二、联合基础二、联合基础 本节的联合基础主要指间列相邻二柱公共的钢筋本节的联合基础主要指间列相邻二柱公共的钢筋混凝土基础，混凝土基础， 即双柱联合基础即双柱联合基础(图图616)，但其设计，但其设计原则，可供其它形式的联合基础参考原则，可供其它形式的联合基础参考 为使联合基础的基底压力分布较为均匀，除应使为使联合基础的基底压力分布较为均匀，除应使基础底面形心尽可能接近柱主要荷载合力作用点外

244、，基础底面形心尽可能接近柱主要荷载合力作用点外，基础还宜具有较大的抗弯刚度，因而通常采用基础还宜具有较大的抗弯刚度，因而通常采用“刚刚性设计性设计”原则，即假设原则，即假设 基底压力按线性规律分布，基底压力按线性规律分布，且不考虑基础与上部结构的相互作用。且不考虑基础与上部结构的相互作用。三、独立基础三、独立基础 独立基础是配置于整个结构物之卜的无筋或配筋的单独立基础是配置于整个结构物之卜的无筋或配筋的单个基础。个基础。()独立基础的常用型式独立基础的常用型式 烟囱、水塔、高炉等构筑物，有时也可采用壳体基础烟囱、水塔、高炉等构筑物，有时也可采用壳体基础外，更多的是采用钢外，更多的是采用钢 筋混

245、凝上圆板或圆环基础及混凝土筋混凝上圆板或圆环基础及混凝土大块式基础大块式基础(二二)壳体基础壳体基础 壳体的形式很多，在基础工程中采用得较多的是正圆壳体的形式很多，在基础工程中采用得较多的是正圆锥壳及其组合型式。前者可以用作柱基础，后者主要在锥壳及其组合型式。前者可以用作柱基础，后者主要在烟囱、水塔、贮仓和中、小型高炉等筒形构筑物下使用烟囱、水塔、贮仓和中、小型高炉等筒形构筑物下使用 64 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 选择基础的埋置深度是基础设计工作中的重要选择基础的埋置深度是基础设计工作中的重要环，环，因为它关系到地基是否可靠、施工的难易及造价的高低因为它关系到地基是否可靠、施工的

246、难易及造价的高低 一、与建筑物有关的条件一、与建筑物有关的条件 二、工程地质条件二、工程地质条件 直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小为下卧层。为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。和性质给基础选择可靠的持力层。 在按地基条件选择埋深时，还经常要求从减少不均匀在按地基条件选择埋深时，还经常要求从减少不均匀沉降的角度来考虑。同一建筑物的基础可采用不同的埋深沉降的角度来考虑。同一建筑物的基础可采用不同的埋深来调整不均匀沉降量来调整不均匀沉降量 对墙基础，如地基持力层

247、顶面倾斜，必要时可沿墙长对墙基础，如地基持力层顶面倾斜，必要时可沿墙长将基础底面分段做成高低不同的台阶状，以保证基础各段将基础底面分段做成高低不同的台阶状，以保证基础各段都具有足够的埋深。都具有足够的埋深。 对修建于坡高和坡角不太大的稳定土坡坡顶的基础对修建于坡高和坡角不太大的稳定土坡坡顶的基础 三、水文地质条件三、水文地质条件 选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。对底面低于潜水面的基础，除应考虑基坑排水、坑壁围对底面低于潜水面的基础，除应考虑基坑排水、坑壁围护以及保护基土不受扰动等措施外，还应考虑可能出现护以及保护基土不受扰动等措施外，还应

248、考虑可能出现的其他施工与设计问题。的其他施工与设计问题。 对埋藏有承压含水层的地基对埋藏有承压含水层的地基(图图620)，选择基础埋，选择基础埋深时，为防止基底因挖土减压而隆起开裂，必须控制基深时，为防止基底因挖土减压而隆起开裂，必须控制基坑开挖深度，使承压含水层顶部的静水压力坑开挖深度，使承压含水层顶部的静水压力(u)与总覆盖与总覆盖压力压力( )的比值的比值 ，对宽坑宜取，对宽坑宜取 ，否则应，否则应设法降低承压水头。式中设法降低承压水头。式中 ， 可按预估的最高可按预估的最高承压水位确定，或以孔隙压力计测定，图中承压水位确定，或以孔隙压力计测定，图中 ， 分别为各层分别为各层土的重度，对

249、水位以下的土取饱和重度。土的重度，对水位以下的土取饱和重度。 四、地基冻融条件四、地基冻融条件 季节性冻土是冬季冻结，天暖解冻的土层。季节性冻土是冬季冻结，天暖解冻的土层。 对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深d应由应由下式确定：下式确定： 五、场地环境条件五、场地环境条件 基础埋深应大于因气候变化或树木生长导致地基土胀基础埋深应大于因气候变化或树木生长导致地基土胀缩、以及其他生物活动形成孔洞等可能到达的深度，缩、以及其他生物活动形成孔洞等可能到达的深度， 对靠近原有建筑物基础修建的新基础，其埋深不宜对靠近原有建筑物基础修建的新基础，其埋深不宜超过原有基

250、础的底面，否则新、旧基础间应保留一定的净超过原有基础的底面，否则新、旧基础间应保留一定的净距，距， 如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面一如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面一般应低于这些设施的底面。般应低于这些设施的底面。 濒临河、湖等水涔修建的建筑物基础，如受到流水或濒临河、湖等水涔修建的建筑物基础，如受到流水或波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。 65 地基承载力设计值地基承载力设计值 地基基础设计首先必须保证在荷载作用下的地基对地基基础设计首先必须保证在荷载作用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方面，应具有足够的安全度。为土体产

251、生剪切破坏而失效方面，应具有足够的安全度。为此，各级建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要此，各级建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要求：求： 地基竖向承载力地基竖向承载力(以后都简称承载力以后都简称承载力)设计值的确定方设计值的确定方法可归纳为三类：法可归纳为三类： 1)根据土的抗剪强度指标以理论公式根据土的抗剪强度指标以理论公式计算，计算， 2)按现场载荷试验的按现场载荷试验的 曲线确定曲线确定 一、按土的抗剪强度指标确定一、按土的抗剪强度指标确定 (一一)魏锡克公式魏锡克公式(或汉森公式）或汉森公式） 按总应力强度指标计算承载力时，测定土的抗剪强度按总应力强度指标计算承载力时，

252、测定土的抗剪强度指标的试验方法指标的试验方法(指土样加载和剪切时的排水条件指土样加载和剪切时的排水条件)理应与理应与地基土在荷载作用下的固结程度相适应。在一般情况下，地基土在荷载作用下的固结程度相适应。在一般情况下，对粘性土和粉土，应以固结不排水剪对粘性土和粉土，应以固结不排水剪(或固结快剪或固结快剪)的抗剪的抗剪强度指标标准值计算长期承载力强度指标标准值计算长期承载力 计算长期承载力设计值的公式：计算长期承载力设计值的公式： 安全系数安全系数K的取值与建筑物的安全等级、荷载的性的取值与建筑物的安全等级、荷载的性质、土的抗剪强度指标的可靠程度、以及地基条件等因质、土的抗剪强度指标的可靠程度、以

253、及地基条件等因素有关，对长期承载力一般取素有关，对长期承载力一般取K=23所用的安全系数的定义应该是所用的安全系数的定义应该是(6-8) 当地基持力层土的透水性差，且排水条件不良当地基持力层土的透水性差，且排水条件不良(例如例如厚度较大、且无砂夹层的饱和粘性土和粉土厚度较大、且无砂夹层的饱和粘性土和粉土)，如在增长，如在增长速度较快的荷载作用下，有可能未充分固结而失效时，应速度较快的荷载作用下，有可能未充分固结而失效时，应采用土的不固结不排水抗剪强度计算短期承载力。得短期采用土的不固结不排水抗剪强度计算短期承载力。得短期极限承载力为极限承载力为得短期承载力设计值：得短期承载力设计值： 式中折减

254、系数式中折减系数 。由于按理论的短期承载力。由于按理论的短期承载力公式汁算结果偏小很多，建议取公式汁算结果偏小很多，建议取K=1.52(6-11) 按以上式按以上式(68)或或(611)计算，可以考虑到基础荷计算，可以考虑到基础荷载偏心或有水平力作用时荷载的倾斜这两种因素分别使地载偏心或有水平力作用时荷载的倾斜这两种因素分别使地基承载力降低的影响。至于对竖向荷载偏心和水平力都不基承载力降低的影响。至于对竖向荷载偏心和水平力都不大的基础来说，当荷载偏心距大的基础来说，当荷载偏心距e620(b为偏心方向基础为偏心方向基础边长边长)时，还可以采用时，还可以采用建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范

255、推荐的、推荐的、以式以式(440)的界限荷载的界限荷载 为基础的理沦公式计算地为基础的理沦公式计算地基承载力设计值。基承载力设计值。 对长期承载力，其设计值为对长期承载力，其设计值为 (6-12) 短期承载力设计值短期承载力设计值 (三三)几点说明几点说明 (6-13) 二、按地基载荷试验确定二、按地基载荷试验确定 在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的地基土体在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能直接施荷，所测得的成果一般能 反映相当于反映相当于12倍载荷倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。这样大的影响范围为板宽度的深度以内土体的平均性质。这样大的影响范

256、围为许多其它测试方法所不及。许多其它测试方法所不及。 对于密实砂，硬塑粘土等低压缩性土，其对于密实砂，硬塑粘土等低压缩性土，其p-s曲线通曲线通常有比较明显的起始直线段和极限值，如图常有比较明显的起始直线段和极限值，如图621(a)考虑考虑到低压缩性土的承载力基本值一般由强度安全控制，故到低压缩性土的承载力基本值一般由强度安全控制，故建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定取图中的规定取图中的 (比例界限荷比例界限荷载载)作为承载力基本值，但是对于少数呈作为承载力基本值，但是对于少数呈“脆性脆性”破坏的破坏的土，土， 与极限荷载与极限荷载 很接近，当很接近，当 时，取时，取 作作为承载力基

257、本值为承载力基本值 对于有一定强度的中，高压缩性土，如松砂、对于有一定强度的中，高压缩性土，如松砂、 填填土、土、 可塑粘土等，可塑粘土等，p-s曲线无明显转折点，但曲线的曲线无明显转折点，但曲线的斜率随荷载的增加而逐渐增大，最后稳定在某个最大斜率随荷载的增加而逐渐增大，最后稳定在某个最大值，如图值，如图621(b)此时，极限荷载此时，极限荷载 可取曲线斜率开始到可取曲线斜率开始到达最大值时所对应的压力。达最大值时所对应的压力。 事实上，中、高压缩性土的基本承载力，往往受允许事实上，中、高压缩性土的基本承载力，往往受允许沉降量的控制，故应当从沉降的观点来考虑。规范总结了沉降量的控制，故应当从沉

258、降的观点来考虑。规范总结了许多实测资料，当压板面积为许多实测资料，当压板面积为o25050时，规定对于时，规定对于粘性土，取曲线上载荷板的沉降量粘性土，取曲线上载荷板的沉降量s=0.02b值所对应的压值所对应的压力作为基本承载力力作为基本承载力,图图621(b)。对于砂土，可采用。对于砂土，可采用s=(0.0100.015)b所对应的压力作为承载力基本值所对应的压力作为承载力基本值. 对同一土层，应选择三个以上的试验点，如所得的基对同一土层，应选择三个以上的试验点，如所得的基本值的极差不超过平均值本值的极差不超过平均值 的的30%，则取该平均值作为地，则取该平均值作为地基承载力标准值，然后再按

259、本节式基承载力标准值，然后再按本节式(616)考虑实际基考虑实际基 础础的宽度的宽度b和埋深和埋深d，将其修正为设计值。，将其修正为设计值。 当基础宽度大于当基础宽度大于3m或埋置深度大于或埋置深度大于o5m时，应按时，应按下式计算地基承载力设汁值下式计算地基承载力设汁值 66 按地基承载力确定基础底面尺寸按地基承载力确定基础底面尺寸 一、按地基持力层的承截力计算基底尺寸一、按地基持力层的承截力计算基底尺寸 设计浅基础时，一般先确定埋深设计浅基础时，一般先确定埋深d并初步选择底面尺并初步选择底面尺寸，寸， 求得基底以下持力层的承载求得基底以下持力层的承载 力设计值力设计值 ，再按下，再按下列条

260、件列条件式式(66)验算并调整尺寸直至满足设计要求为止验算并调整尺寸直至满足设计要求为止: （6-6）式中基底平均压力设计值按下式计算：式中基底平均压力设计值按下式计算： （6-17）式中式中 F-上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，上部结构传至基础顶面的竖向力设计值， G-基础自重设计值加基础上的土重标准值，对一基础自重设计值加基础上的土重标准值，对一般实体基础，可近似地取般实体基础，可近似地取 ( 为基础及回填土的平均重度，可取为基础及回填土的平均重度，可取 =20kNm3)，但在地下水，但在地下水 位以下部分应扣去浮力。位以下部分应扣去浮力。 由于式由于式(66)中的中的 和和 都与基底

261、尺寸有关，都与基底尺寸有关， 所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸才能取得满所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸才能取得满意的结果。对于一般房屋建筑，通常作用于基础的水平意的结果。对于一般房屋建筑，通常作用于基础的水平荷载相对不大，可以不考虑荷载倾斜对地基承载力荷载相对不大，可以不考虑荷载倾斜对地基承载力 的影响，此时计算比较简单，的影响，此时计算比较简单， 以下分两种情况于以说以下分两种情况于以说明。明。 对中心荷载下的基础对中心荷载下的基础(图图25)，将式，将式(617)代入代入式式(66)，可得：，可得： 对条形基础，为基础每米长度上的外荷载对条形基础，为基础每米长度上的外荷载(k

262、Nm)， 此时，沿基础长度方向取单位长此时，沿基础长度方向取单位长 度度(1m)计算，故上计算，故上式可改写为式可改写为 对偏心荷载下的基础对偏心荷载下的基础(图图26)，如果采用魏锡克或汉，如果采用魏锡克或汉森一类公式森一类公式如式如式(68)或或(6-11) 计算地基承载力设计值计算地基承载力设计值 ，则在，则在 之中已经考虑了荷载偏心和倾斜引起地基承载之中已经考虑了荷载偏心和倾斜引起地基承载力的折减，此时只须满足条件力的折减，此时只须满足条件式式(66)的要求即可。但的要求即可。但是如果是如果 是按静载荷试验确定的，则尚应满足是按静载荷试验确定的，则尚应满足（6-18）（6-19）以下附

263、加条件：以下附加条件： 对常用的矩形或条形基础按式对常用的矩形或条形基础按式(27)，可将上式改写，可将上式改写成成式中式中p按式按式(617)计算，计算，b为偏心方向的基础边。为了保为偏心方向的基础边。为了保证基础不致过份倾斜通常要求偏心距证基础不致过份倾斜通常要求偏心距e应满足下列条件应满足下列条件 式中式中M为基础所有荷载对基底形心的合力矩，一般认为基础所有荷载对基底形心的合力矩，一般认为，在中、高压缩性土上的基础，或有吊车的厂房柱为，在中、高压缩性土上的基础，或有吊车的厂房柱（6-20）（6-21）（6-22）基础，基础，e不宜大于不宜大于b6;对低压缩性地基上的基础，当对低压缩性地基

264、上的基础，当考虑短暂作用的偏心荷载时。应控制在考虑短暂作用的偏心荷载时。应控制在b4以内。以内。 归纳起来说，按规范设计矩形归纳起来说，按规范设计矩形(或条形或条形)基础底面基础底面尺寸，就是要依次满足式尺寸，就是要依次满足式(66)、(622)和和(621)三项条件。即三项条件。即 实际计算时，视荷载偏心的大小，可将地基承载实际计算时，视荷载偏心的大小，可将地基承载力设计值（先只作深度修正力设计值（先只作深度修正)乘以折减系数乘以折减系数 代人中心荷载的公式（代人中心荷载的公式（ 6-18或或6-19）预估所需儒底面）预估所需儒底面积积 或宽度或宽度 ，并根据，并根据 初步选定矩形基础的初步

265、选定矩形基础的边长边长 。然后验算。然后验算 是否满足要求，如太大是否满足要求，如太大或太小，可调整尺寸再行验算。如此反复一、二次，便可或太小，可调整尺寸再行验算。如此反复一、二次，便可定出合适的尺寸。对于承受方向不变的大偏心荷裁的基础，定出合适的尺寸。对于承受方向不变的大偏心荷裁的基础，可以考虑采用沿荷载偏心方向上形状不对称的基础，使基可以考虑采用沿荷载偏心方向上形状不对称的基础，使基底形心尽量靠近荷载合力的作用点。底形心尽量靠近荷载合力的作用点。 二、软弱下卧层的验算二、软弱下卧层的验算 当地基受力层范围内存在软弱下卧层当地基受力层范围内存在软弱下卧层(承载力显著低承载力显著低于持力层的高

266、压缩性土层于持力层的高压缩性土层)时，按持力层土的承载力计算时，按持力层土的承载力计算得出基础底面所需的尺寸后，还必须对软弱下卧层进行验得出基础底面所需的尺寸后，还必须对软弱下卧层进行验算，要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力算，要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过它的承载力设计值，即之和不超过它的承载力设计值，即 式中式中 软弱下卧层顶面处的附加应力设计值：软弱下卧层顶面处的附加应力设计值： 软弱下卧层顶面处土的自重应力标准值，软弱下卧层顶面处土的自重应力标准值， 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值。力设计值。

267、关于附加应力关于附加应力 的计算，的计算， 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范通过试验研究并参照双层地基中通过试验研究并参照双层地基中 附加应力分布的理论解附加应力分布的理论解答答(见节见节24、四、四)提出了以下简化方法：当持力层与下卧提出了以下简化方法：当持力层与下卧软弱土层的压缩模量比值软弱土层的压缩模量比值 时，对矩形或条形基时，对矩形或条形基础，式础，式(624)中的中的 可按压力扩散角的概念计算。如图可按压力扩散角的概念计算。如图623，假设基底处的附加压力，假设基底处的附加压力( )往下传递时往下传递时按某一角度按某一角度 向外扩散分布于较大的面积上。根据扩散向外扩散分布于

268、较大的面积上。根据扩散前后各面积上的总压力相等的条件，可得：前后各面积上的总压力相等的条件，可得：式中式中 、b-分别为矩形墓础底面的长度和宽度，分别为矩形墓础底面的长度和宽度， p-基底的平均压力设计值，基底的平均压力设计值， 墓底处土的自重应力标准值，墓底处土的自重应力标准值， z-基底至软弱下卧层顶面的距离，基底至软弱下卧层顶面的距离， -地基压力扩散角，可按表地基压力扩散角，可按表615采用。采用。对条形基础，仅考虑宽度方向的扩散，并沿基础纵向取单对条形基础，仅考虑宽度方向的扩散，并沿基础纵向取单位长度为计算单元，于是可得位长度为计算单元，于是可得 67 地基变形验算和基底尺寸调整地基

269、变形验算和基底尺寸调整 一、地基变形验算一、地基变形验算 (一一)概述概述 按地基承载力适当选定了基础底面尺寸，一般已可保按地基承载力适当选定了基础底面尺寸，一般已可保证建筑物在防止地基剪切破坏方面具有足够的安全度，但证建筑物在防止地基剪切破坏方面具有足够的安全度，但是，在荷载作用下，地基的变形总要发生。如何控制地基是，在荷载作用下，地基的变形总要发生。如何控制地基变形使之不会导致建筑物开裂破坏、有损其使用条件和变形使之不会导致建筑物开裂破坏、有损其使用条件和外观，这是地基基础设计必须予以充分考虑的另一基本问外观，这是地基基础设计必须予以充分考虑的另一基本问题。题。 在常规设计中，一般都针对各

270、类建筑物的结构特点、在常规设计中，一般都针对各类建筑物的结构特点、整体刚度和使用要求的不同，计算地基变形的某一特征值整体刚度和使用要求的不同，计算地基变形的某一特征值 ，验证其是否不超过相应的允许值，验证其是否不超过相应的允许值 ，即要求满足下，即要求满足下列条件列条件 地基变形验算结果如不满足式地基变形验算结果如不满足式(627)的条件，可以的条件，可以先通过适当调整基础底面尺寸先通过适当调整基础底面尺寸 (见节见节67，二，二)或埋深，或埋深，如仍未满足要求，再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方如仍未满足要求，再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方面采面采 取有效措施以防止不均匀沉降对建筑物的损

271、害，或取有效措施以防止不均匀沉降对建筑物的损害，或改用其它地基基础设计方案。改用其它地基基础设计方案。 (二二)地基变形特征地基变形特征 地基变形特征一般分为；地基变形特征一般分为； 沉降量沉降量基础某点的沉降值，基础某点的沉降值， 沉降差沉降差基础两点或相邻柱基电点的沉降量之差，基础两点或相邻柱基电点的沉降量之差， 倾斜倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值，基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值， 局部倾斜局部倾斜砌体承重结构沿砌体承重结构沿610m内基础两点的沉内基础两点的沉降差与其距离的比值。降差与其距离的比值。 具体建筑物所需验算的地基变形特征取决于建筑物的结具体建筑物所需验

272、算的地基变形特征取决于建筑物的结构类型、整体刚度和使用要构类型、整体刚度和使用要 求。以下按柔性、敏感性求。以下按柔性、敏感性和刚性三类结构分述与其有关的地基变形特征及其可能招和刚性三类结构分述与其有关的地基变形特征及其可能招致的损害特点。致的损害特点。 ， 1与柔性结构有关的地基变形特征与柔性结构有关的地基变形特征 以屋架、柱和基础为主体的木结构和排架结构，在中、以屋架、柱和基础为主体的木结构和排架结构，在中、低压缩性地基上一般不因沉降而损坏，但在高压缩性地基低压缩性地基上一般不因沉降而损坏，但在高压缩性地基上就应注意下列情况下的地基特征变形：上就应注意下列情况下的地基特征变形： 被开窗面积

273、不大的墙砌体所填充的边排柱、抗风柱之间被开窗面积不大的墙砌体所填充的边排柱、抗风柱之间的沉降差的沉降差 单层排架结构柱基的沉降量单层排架结构柱基的沉降量 相邻柱基的沉降差所形成的桥式吊车轨面沿纵向或横向相邻柱基的沉降差所形成的桥式吊车轨面沿纵向或横向的倾斜的倾斜 厂房内部大面积地面堆载引起柱基向内转动倾斜厂房内部大面积地面堆载引起柱基向内转动倾斜 2与敏感性结构有关的地基变形特征与敏感性结构有关的地基变形特征 建筑物因地基变形所引起的损坏，最常见的是砌体承重建筑物因地基变形所引起的损坏，最常见的是砌体承重结构房屋外纵墙由拉应变形成的裂缝根据一些实测资料，结构房屋外纵墙由拉应变形成的裂缝根据一些

274、实测资料，砖墙可见裂缝的临界拉应变约为砖墙可见裂缝的临界拉应变约为005(脆性饰面最脆性饰面最易开裂易开裂)， 裂缝的形态多样。图裂缝的形态多样。图624是混合绪构房屋外是混合绪构房屋外纵墙上因砌体剪切变形引起的斜裂缝。纵墙上因砌体剪切变形引起的斜裂缝。 斜裂缝的形态特征是朝沉降较大那一方倾斜地向上斜裂缝的形态特征是朝沉降较大那一方倾斜地向上延伸的延伸的 图图624(a)及及(b)的左上角各以一条简支梁来分别比的左上角各以一条简支梁来分别比拟整幅砖墙正向和反向挠曲的情况，说明裂缝开展方向拟整幅砖墙正向和反向挠曲的情况，说明裂缝开展方向是垂直于主拉应力迹线的。是垂直于主拉应力迹线的。 一般砌体承

275、重结构房屋的长高比不太大，以局部出一般砌体承重结构房屋的长高比不太大，以局部出现斜裂缝为主，应以局部倾斜作为地基变形的主要特征，现斜裂缝为主，应以局部倾斜作为地基变形的主要特征，其允许值如表其允许值如表616所示所示 框架结构主要因柱基的不均匀沉降使构件受剪扭曲框架结构主要因柱基的不均匀沉降使构件受剪扭曲而损坏。而损坏。 3与刚性结构有关的地基变形特征与刚性结构有关的地基变形特征 对于高耸结构以及长高比很小的高层建筑，其地基对于高耸结构以及长高比很小的高层建筑，其地基变形的主要特征是建筑物的整体倾斜。变形的主要特征是建筑物的整体倾斜。 ， 地基土层的不均匀分布以及邻近建筑物的影响是高耸地基土层

276、的不均匀分布以及邻近建筑物的影响是高耸结构物产生倾斜的重要原因。结构物产生倾斜的重要原因。 如果地基的压缩性比较均匀，且无邻近荷载的影响，如果地基的压缩性比较均匀，且无邻近荷载的影响，对高耸结构，只要基础中心沉降对高耸结构，只要基础中心沉降 量不超过表量不超过表616的允许的允许值，便可不作倾斜验算值，便可不作倾斜验算 有关文献指出，高层建筑横向整体倾斜允许值主要取有关文献指出，高层建筑横向整体倾斜允许值主要取决于人们视觉的敏锐程度，倾斜值到达明显可见的程度时决于人们视觉的敏锐程度，倾斜值到达明显可见的程度时大致为大致为1250(o004)，而结构损坏则大致当倾斜值达到，而结构损坏则大致当倾斜

277、值达到1150 时开始。时开始。 倾斜允许值的表达式如下倾斜允许值的表达式如下 (三三)要求验算地基变形的建筑物范围要求验算地基变形的建筑物范围 凡属下列情况之一者，在按地基承载力确定基础底凡属下列情况之一者，在按地基承载力确定基础底面尺寸之后，尚须验算面尺寸之后，尚须验算 地基变形是否超过允许值：地基变形是否超过允许值： 1，安全等级为一级的建筑物，安全等级为一级的建筑物， 2表表617所列范围以外的二级建筑物，所列范围以外的二级建筑物， 3表表617所列范围以内有下列情况的二级建筑物，所列范围以内有下列情况的二级建筑物， 1）地基承载力标准值小于）地基承载力标准值小于130kh，且体型复杂

278、的，且体型复杂的建筑，建筑， 2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，引起地基产生过大的不均匀沉降时，载差异较大，引起地基产生过大的不均匀沉降时， 3）软弱地基上的相邻建筑如距离过近，可能发）软弱地基上的相邻建筑如距离过近，可能发生倾斜时，生倾斜时， 4） 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时固结未完成时 此外，对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸此外，对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，尚应验算结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，尚应验算其

279、稳定性其稳定性(方法见第方法见第49、二节、二节) 二、按允许沉降整调整摹底尺寸二、按允许沉降整调整摹底尺寸 基本概念基本概念 设计高压缩性地基上的排架或框架结构的柱下扩设计高压缩性地基上的排架或框架结构的柱下扩展基础时，如只按地基承载力确定各个基础的底面尺寸，展基础时，如只按地基承载力确定各个基础的底面尺寸，则各柱基之间的沉降差未必都能控制在允许范围之内。则各柱基之间的沉降差未必都能控制在允许范围之内。此时如适当调整基础底面尺寸，有可能使各柱基沉降趋此时如适当调整基础底面尺寸，有可能使各柱基沉降趋于均匀，对框架等敏感性结构而言，就能减少其于均匀，对框架等敏感性结构而言，就能减少其与地基相互作

280、用所产生的次应力，使常规分析更能符合与地基相互作用所产生的次应力，使常规分析更能符合实际情况。实际情况。 第八章第八章 桩桩 基基 础础 81 概述概述 如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而又不适宜采取地基处理措施时，载力和变形的要求、而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深墓础方就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深墓础方案了。深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种案了。深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型类型 一、桩基础的适用性一、桩基础的适用性 对下列情况可考虑选用桩

281、基础方案：对下列情况可考虑选用桩基础方案： 1，不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建，不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物，筑或其它重要的建筑物， 2重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等，料仓等， 3对烟囱、输电塔等高耸结构物，采用桩基以承对烟囱、输电塔等高耸结构物，采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时，时， 4对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速减弱

282、基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时，率时， 5软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。或以桩基作为地震区结构抗震措施时。 8-2 桩的分类桩的分类 桩基一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台桩基一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成组成(图图83)。按承台与地面的相对位置的不同，而有低。按承台与地面的相对位置的不同，而有低承台桩基和高承台桩基之分。前者的承台底面位于地面以承台桩基和高承台桩基之分。前者的承台底面位于地面以下，而后者则高出地面以下，而后者则高出地面以-土，且其上部常处于水中。

283、工土，且其上部常处于水中。工业与民用建筑几乎都使用低承台竖直桩基，并且很少采用业与民用建筑几乎都使用低承台竖直桩基，并且很少采用斜桩。桥梁和港口工程常用高承台桩基，且常用斜桩以承斜桩。桥梁和港口工程常用高承台桩基，且常用斜桩以承受水平荷载。受水平荷载。 按施工方法的不同，桩有预制桩和灌注桩两大类。按施工方法的不同，桩有预制桩和灌注桩两大类。按桩的设按桩的设 置效应，可将桩分为大量挤土桩、小量挤土桩置效应，可将桩分为大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩三类。和不挤土桩三类。 83 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递 在讨论竖直单桩的轴向承载力之前，有必要大致了在讨论竖直单桩的轴向承载力之前，有必要

284、大致了解施加于桩顶的轴向荷载是如何通过桩土之间的相互作用解施加于桩顶的轴向荷载是如何通过桩土之间的相互作用传递给地基的。传递给地基的。 一、端承桩与摩擦桩一、端承桩与摩擦桩 1端承桩端承桩 凡认为只通过桩端传递荷载的桩，称为端承桩凡认为只通过桩端传递荷载的桩，称为端承桩图图8-7(a)。在工程实践中，通常把端部进入岩层或坚实土层的。在工程实践中，通常把端部进入岩层或坚实土层的桩视作端承桩。端承桩的沉降量很小，桩截面位移桩视作端承桩。端承桩的沉降量很小，桩截面位移主要来自桩身的弹性压缩。主要来自桩身的弹性压缩。 2. 摩擦桩摩擦桩 摩擦桩通过桩身侧面将部分或全部荷载传递到桩周土层摩擦桩通过桩身侧

285、面将部分或全部荷载传递到桩周土层图图87(b)。计算这类桩时既考虑桩身侧面与土之间的。计算这类桩时既考虑桩身侧面与土之间的摩阻力，同时也考虑桩端下土的支承作用。摩阻力，同时也考虑桩端下土的支承作用。 二、桩身轴力和截面位移二、桩身轴力和截面位移 在桩顶轴向荷载作用下，桩身横截面上产生了轴向在桩顶轴向荷载作用下，桩身横截面上产生了轴向力和竖向位移，由于桩身和桩周土的相互作用，随桩身力和竖向位移，由于桩身和桩周土的相互作用，随桩身变形而下移的桩周土在桩侧表面产生了竖向的摩阻力。变形而下移的桩周土在桩侧表面产生了竖向的摩阻力。随着桩顶荷载随着桩顶荷载 的增加，桩身轴力和桩侧摩阻力都不断发的增加，桩身

286、轴力和桩侧摩阻力都不断发生变化。如果在进行单桩轴向静载荷试验时，沿桩身某生变化。如果在进行单桩轴向静载荷试验时，沿桩身某些截面设置量测应力和位移的元件些截面设置量测应力和位移的元件(传感器传感器)， 那么那么,在在桩顶荷载桩顶荷载Q(桩顶轴力桩顶轴力N=Q)作用下作用下,桩顶向下位移桩顶向下位移。(桩桩顶沉降顶沉降s=。)、 桩身任意深度桩身任意深度z处的轴力处的轴力Nz：和截：和截面位移面位移z以及桩端以及桩端(z=l)的轴力的轴力Nl和位移和位移l都可以确定。都可以确定。 以桩顶以桩顶(也是地面也是地面)作为坐标原点，离桩顶深度为作为坐标原点，离桩顶深度为z处处的桩身轴力为的桩身轴力为 从

287、深度为从深度为z长度为长度为dz的一小段桩体的一小段桩体图图88(a)的平衡的平衡条件得到摩阻力与轴力的关系条件得到摩阻力与轴力的关系 把桩视作线性变形体，其净横截面面积为把桩视作线性变形体，其净横截面面积为 弹性模弹性模量为量为 则桩顶沉降则桩顶沉降 及任意截面的位移及任意截面的位移 为为 利用利用上述理论求得荷载与沉降上述理论求得荷载与沉降(Qs)的关系曲线。此的关系曲线。此时，可对给定的不同时，可对给定的不同Q值，由以上各式算出桩顶沉降值，由以上各式算出桩顶沉降s以以及任意截面及任意截面(包括桩顶和桩底包括桩顶和桩底)的位移、摩阻力和桩身轴的位移、摩阻力和桩身轴力了力了 三、桩侧摩阻力和

288、桩端阻力三、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是截面位移的函数。曲线桩侧摩阻力是截面位移的函数。曲线OCD表示这种表示这种关系。实际应用时，可简化为折线关系。实际应用时，可简化为折线OAB 桩土之间的极限摩阻力桩土之间的极限摩阻力u可由类似于土的抗剪强度可由类似于土的抗剪强度f的库伦公式表达：的库伦公式表达： 桩侧面的法向压力与桩侧土的竖向有效应力有关桩侧面的法向压力与桩侧土的竖向有效应力有关 如取如取则侧阻随深度线性增大。则侧阻随深度线性增大。 侧阻的深度效应。侧阻的深度效应。 影响影响 的因素。的因素。 增加桩顶荷载，桩身位移增大，桩侧摩阻力从上段到增加桩顶荷载，桩身位移增大，桩侧摩阻力从上

289、段到下段渐次发挥。当桩身全长的摩阻力都达到下段渐次发挥。当桩身全长的摩阻力都达到 之后，桩之后，桩顶荷载增量就全归桩端阻力承担。顶荷载增量就全归桩端阻力承担。 当桩端入土深度小于某临界值时，极限端阻随深度线当桩端入土深度小于某临界值时，极限端阻随深度线性增加。性增加。 桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力其到达极限时所需桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力其到达极限时所需的桩底位移值比桩侧阻力到达极限时所需的桩身截面位移的桩底位移值比桩侧阻力到达极限时所需的桩身截面位移值大得多。值大得多。 桩的荷载沉降关系曲线分为陡降型和缓变型桩的荷载沉降关系曲线分为陡降型和缓变型 四、桩侧负摩阻力四、桩侧负摩阻力 桩土之间

290、相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。桩土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。 在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻力称为负摩阻力。产生负摩阻力的情况有多种，例如：位力称为负摩阻力。产生负摩阻力的情况有多种，例如：位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结，大于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结，大面积堆载使桩周土层压密，在正常固结或弱超固结的软粘面积堆载使桩周土层压密，在正常固结或弱超固结的软粘土地区，土地区，由于地下水位全面降低由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水例如长期抽取地下水)，致使有效应力

291、增加，因而引起大面积沉降，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降， 自重湿陷自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷，打桩时使已设置的邻桩抬升等。性黄土浸水后产生湿陷，打桩时使已设置的邻桩抬升等。在这些情况下，土的重力和地面荷载将通过负摩阻力传递在这些情况下，土的重力和地面荷载将通过负摩阻力传递给桩。给桩。 桩侧负摩阻力问题，实质上和正摩擦力一样，如果得桩侧负摩阻力问题，实质上和正摩擦力一样，如果得知土与桩之间的相对位移以及负摩阻力与相对位移之间的知土与桩之间的相对位移以及负摩阻力与相对位移之间的关系，就可以了解桩侧负摩阻力的分布和桩身轴力与截面关系，就可以了解桩侧负摩阻力的分布和桩身轴力与截面位移。位移。

292、 84 单桩轴向承载力的确定单桩轴向承载力的确定 单桩轴向承载力的确定，取决于二个方面。其一，决单桩轴向承载力的确定，取决于二个方面。其一，决定于桩本身的材料强度，其二，定于桩本身的材料强度，其二， 取决于土层的支承力。取决于土层的支承力。 按材料强度计算单按材料强度计算单-桩承载力时，可把桩视作轴心受桩承载力时，可把桩视作轴心受压杆件。关于按轴心受压杆件确定压杆件。关于按轴心受压杆件确定 单桩承载力的方法从单桩承载力的方法从略略 根据土层的支承力确定单桩承载力的方法有多种。通根据土层的支承力确定单桩承载力的方法有多种。通过包括静载荷试验等各种方法综合考虑。过包括静载荷试验等各种方法综合考虑。

293、 一、按静载荷试验确定一、按静载荷试验确定 对于一级建筑物，按规范规定，必须通过静载荷试验对于一级建筑物，按规范规定，必须通过静载荷试验确定单桩承载力。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总确定单桩承载力。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的桩数的1，并不应少于，并不应少于3根。根。 大量排土桩设置后宜隔一段时间才开始静载荷试验。大量排土桩设置后宜隔一段时间才开始静载荷试验。 1、静载荷试验的装置和方法、静载荷试验的装置和方法 试验装置包括加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测试验装置包括加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测部分。部分。 根据试验记录，可绘制各种试验曲线，如荷载根据试验记录，可绘

294、制各种试验曲线，如荷载桩顶桩顶沉降沉降(Q-s )曲线和沉降曲线和沉降时间时间(对数对数)(s-logt )曲线等，曲线等，并由这些曲线的特征判断桩的极限荷载并由这些曲线的特征判断桩的极限荷载 2按试验成果确定单桩承载力按试验成果确定单桩承载力 见见JGJ94-94附录附录C 二、按土的抗剪强度指标确定二、按土的抗剪强度指标确定 以下简要介绍国外广泛采用的、以土力学原理为基础以下简要介绍国外广泛采用的、以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式的单桩极限承载力公式 。 1单桩承载力的一般表达式单桩承载力的一般表达式 2粘性土中单桩的承载力粘性土中单桩的承载力 粘性土中的桩一般以短期承载力控制设计粘

295、性土中的桩一般以短期承载力控制设计 应为桩底以上三倍桩径至桩底以下应为桩底以上三倍桩径至桩底以下 一倍桩径一倍桩径(或桩宽或桩宽)范围内土的不排水抗剪强度平均值，可按试验范围内土的不排水抗剪强度平均值，可按试验结果取值。结果取值。 为按塑性力学理论为按塑性力学理论(土的不排水内摩擦角土的不排水内摩擦角 )确确定的深基础的地基承载力系定的深基础的地基承载力系 数，当长径比数，当长径比 时时 为桩土之间的附着力，通常以附着力因数为桩土之间的附着力，通常以附着力因数 与与 联系起来：联系起来： 3、无粘性土中单桩的承载力、无粘性土中单桩的承载力 三、确定单桩竖向极限承载力标准值的规范方法三、确定单桩

296、竖向极限承载力标准值的规范方法 1、对各级建筑桩级确定单桩竖向极限承载力标准值、对各级建筑桩级确定单桩竖向极限承载力标准值的方法的方法 2、经验公式、经验公式 （1）当桩径）当桩径 时时（2）当桩径）当桩径 时时 8-5 群桩效应群桩效应 群桩基础群桩基础 基桩基桩 群桩效应群桩效应 群桩效应系数群桩效应系数 低承台群桩基础的群桩效应低承台群桩基础的群桩效应 一、端承型群桩基础一、端承型群桩基础 端承型群桩基础中各单桩的工作性状接近于单桩端承型群桩基础中各单桩的工作性状接近于单桩 二、摩檫型群桩基础二、摩檫型群桩基础 1、承台底面脱地的情况（非复合桩基）、承台底面脱地的情况（非复合桩基） 当桩

297、距当桩距 时，群桩桩端平面上的应时，群桩桩端平面上的应力因各邻桩周扩散应力的相互重叠而增大。所以，摩檫型力因各邻桩周扩散应力的相互重叠而增大。所以，摩檫型群桩的沉降大于单桩。群桩的沉降大于单桩。 影响群桩效应的因素：影响群桩效应的因素： （1）承台刚度）承台刚度 （2）基土性质）基土性质 （3）基桩间距）基桩间距 2、承台底面贴地的情况（复合桩基）、承台底面贴地的情况（复合桩基） 三、按规范确定基桩竖向承载力设计值三、按规范确定基桩竖向承载力设计值 一般表达式一般表达式 当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算基桩竖向承载力设计值时

298、，按下式计算基桩竖向承载力设计值 对端承桩基对端承桩基 8-6桩基承载力和沉降验算桩基承载力和沉降验算 一、桩顶作用效应一、桩顶作用效应 1、基桩桩顶作用效应计算、基桩桩顶作用效应计算 轴心荷载作用下的轴心力轴心荷载作用下的轴心力 偏心荷载作用下的轴心力偏心荷载作用下的轴心力 2、地震作用效应、地震作用效应 二、基桩竖向承载力验算二、基桩竖向承载力验算 1、荷载效应基本组合、荷载效应基本组合 轴心轴心 偏心偏心 2、地震作用效应组合、地震作用效应组合 轴心轴心偏心偏心 三、桩基软弱下卧层承载力验算三、桩基软弱下卧层承载力验算其中其中 对于对于 的群桩基础的群桩基础对于对于 的群桩基础的群桩基础

299、 四、桩基沉降验算四、桩基沉降验算 采用实体基础假设，以分层综合法计算。采用实体基础假设，以分层综合法计算。 五、桩基负摩阻力验算五、桩基负摩阻力验算 1、摩檫桩基础、摩檫桩基础 2、端承桩基础、端承桩基础 8-8 桩基础设计桩基础设计 一、基本设计资料一、基本设计资料 1、勘探点间距、勘探点间距 2、勘探深度、勘探深度 二、桩的类型、截面和桩长的选择二、桩的类型、截面和桩长的选择 三、桩的根数和布置三、桩的根数和布置 1、桩的根数、桩的根数 2、桩的间距、桩的间距 3、桩在平面上的布置、桩在平面上的布置 四、桩身结构设计四、桩身结构设计 五、承台设计五、承台设计 1、构造要求、构造要求 2、承台结构承载力计算、承台结构承载力计算 （1）受弯计算）受弯计算 （2）受冲切计算）受冲切计算 柱（墙）下柱（墙）下 柱下矩形独立承台受柱冲切柱下矩形独立承台受柱冲切（3）受剪切计算）受剪切计算 （4）局部受压计算）局部受压计算