土力学与地基处理基础知识

1、土力学土力学土 的 物 理 性 质 及 分 类地 基 沉 降土 的 抗 剪 强 度边 坡 稳 定土 力 学分类指标名称符号量纲测定方法备注物理指标土体天然重度kN/m3环刀法颗粒比重Gs-比重瓶法含水率w%烘干法土力学土力学分类指标名称符号量纲测定方法备注物理指标液限Wl%落锥法或碟式仪法适用于粘性土塑限Wp%搓条法适用于粘性土有效粒径d10mm砂土用筛分法粘土用比重计法在颗分粒径级配曲线上定出限定粒径d60mm压实性指标最优含水率Wop%击实试验在击实曲线上定出最大干密度 maxmaxkN/m3土力学土力学分类指标名称符号量纲测定方法备注渗 透性指标渗透系数Kcm/s砂土可直接测定固结系数C

2、v, Chcm2/s固结试验测定力学性指标变形指标压缩系数am2/ kN单向压缩试验压缩模量EskN/m2压缩指数Cc-回弹指数Cs -弹性指数EdkN/m2单向压缩试验或三轴压缩试验切线模量Et变形模量Eo载荷试验Chapter 1 Physical Characteristics & classification of Soil第一章第一章 土的物理性质及其分类土的物理性质及其分类第一章 土的物理性质及其分类 重点掌握：一.无粘性土和粘性土的工程性质及其分类方法。工程性质：无粘性土的密实度（e、Dr、N63.5）粘性土的稠度，塑限含水量wp和液限含水量wl，塑性指数Ip和液性指数IL 。二

3、、土的三相比例指标三个基本指标的定义（ ）；换算指标（ ）及其定义。三、了解地基土的工程分类方法1.无粘性土（粗颗粒土），按颗粒含量百分比。2.粉土：指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%、IP10的土。3.粘性土：IP10。粉质粘土1017。sG、Srnesatddsat、第一章 土的物理性质及其分类2四、 地下水1.达西定律(DarcyLaw)2. 动水力：流动的水对单位体积土的骨架作用力。3. 流砂：当动水力GD的数值等于或大于土的浮重度时,砂土随水流动，称为流砂。 称为临界水力梯度。tiAQktikAtvAQikvwDiGcrii 0Chapter 2 Stress an

4、d subsidence of the Ground第二章第二章 地基的应力和沉降地基的应力和沉降第二章 地基的应力和沉降地基的应力和沉降（地基的沉降计算）分层总和法规范方法地基固结沉降量地基附加应力计算地基变形参数的确定sEsE第二章 地基的应力和沉降2地基总沉降量由固结沉降、瞬时沉降和次固结沉降三部分组成： 固结沉降计算：掌握土层的变形参数：a、cc、ES 瞬时沉降（弹性变形）次固结沉降（蠕变变形）根据蠕变曲线的变化规律计算。 sdcssss第二章 地基的应力和沉降3重点掌握：一、地基附加应力计算1.基底附加应力的分布形式：假设为线性分布；2.基底附加应力计算：3.用角点法计算地基中任意点

5、的附加应力二、掌握土的压缩性1. 压缩试验和压缩性指标的关系：a、cC、ES=（1+e1）/a2. 分层总和计算法：计算中注意的问题：分层（0.4B）、附加应力的确定、计算深度；如果采用变形参数计算应注意e1为自重应力作用下，e2为自重应力和附加应力共同作用下；3. 规范法dpp00pcziiniiizniiniisiizniheeeheahEsS)1()1(11211111)(1110iiiinisisszzEpSS第二章 地基的应力和沉降4二、掌握应力历史对地基沉降的影响前期固结压力(pre-consolidated pressure)超固结 (overconsolidation) 的压缩

6、曲线正常固结(normally consolidated soil)欠固结(underconsolidated)三.了解太沙基一维固结理论根据孔隙的变化等于水量的变化建立一维固结微分方程：固结度（U）：将某一时刻固结沉降量和最终固结沉降量之比称为固结度 。ccrSSU Chapter3 Shear Strength of Earth & Bearing apacity of the Ground第三章第三章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力第三章 土的抗剪强度与地基承载力土体的破坏往往是剪切破坏。一. 土的强度理论库仑抗剪强度理论（Coulombs Equation for s

7、hear strength）：摩尔强度理论（Mohr-Coulombs theory）。土的极限平衡条件无粘性土（cohesionless soil）粘性土(clayey soil, cohesive soil)：)245(2)245()245(2)245(213231tgctgtgctg)245()245(213231tgtgctgtgff第三章 土的抗剪强度与地基承载力2二.抗剪强度指标的确定 直剪试验（direct shear test）慢剪、固结快剪、快剪）。=100，200，300，400f 三轴压缩试验(triaxial compression test; 围压3、轴压1=3+1）

8、特点：在整个试验过程中，可控制排水并量测孔隙水压力的大小。不固结不排水试验（UU）固结不排水试验（CU）固结排水试验（Cd） 无侧限抗压强度试验（Unconfined compression test）3 =0，只能作一个极限应力圆，当 。2 0uufqc 第三章 土的抗剪强度与地基承载力3 十字板剪切试验(vane shear test)n是一种原位试验（in situ testing）。属不排水剪切试验，其结果与无侧限抗压强度试验接近。第三章 土的抗剪强度与地基承载力5四.饱和粘性土(Saturated Soil)的抗剪强度UU试验（软粘土）CU试验 正常固结：剪缩 超固结：剪胀产生负的孔

9、隙水压力 通常有CD试验，五.抗剪强度指标的选择用 分析地基长期稳定性或透水性，或透水性和排水性较好的地基； ：土的透水性差和排水条件不良的地基；)(21)(21 , 03131ufuC tgCtgCfcuufcuuCC,很接近，与CCdd,，CuuC,第三章 土的抗剪强度与地基承载力7七.地基承载力(Bearing Capacity of Ground)的确定地基承载力：地基承受荷载的能力（容许承载力，极限承载力）。确定方法：荷载试验；理论计算。1.荷载试验(Bearing Test ,Loading Plate Test)：地基从变形到失稳的发展过程见图。临塑荷载（pcr）临界荷载(p1/

10、3, p1/4)极限荷载(pu)。第三章 土的抗剪强度与地基承载力82.理论计算（土的强度理论）对条形基础下土体内的应力进行分析，并根据土的极限平衡条件建立塑性区计算公式，从而得到临塑荷载和临界荷载。假设破裂面的不同形式，用极限平衡法、刚体平衡法进行静力平衡分析，得到不同的地基承载力计算公式。 太沙基（Terzaghi）k3； Skempton 主要适用于饱和软粘土、浅基础和矩形基础的情况k=1.11.5; Hansen J.B.主要适用于倾斜荷载作用 k2bNCNdNPCNdNPcdcdcr4141Chapter 4 Earth pressure & slope stability第四章第四

11、章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定第四章 土压力与土坡稳定（Earth pressure & slope stability）一、三种土压力（静止土压力、主动土压力、被动土压力） 1. 静止土压力 粘性土：k0=0.50.7； 砂土：k0=0.340.45sin1 000kzK第四章 土压力与土坡稳定22.朗肯（Rankine）土压力理论（挡土墙向前位移：密砂=0.5%H；粘土：=12%H。）假设条件：表面水平的半无限土体，处于极限平衡状态。适合条件：挡土墙的墙背垂直、光滑；挡土墙后填土面水平。zkaa第四章 土压力与土坡稳定3主动土压力 无粘性土： 粘性土： 被动土压力： 无粘性土： 粘性

12、土： 3.库仑（Coulomb）土压力理论（挡土墙向前位移：密砂=5%H；粘土：=10%H）。考虑墙后滑动楔体达到极限平衡状态时，用静力平衡方程解出作用于强背上的土压力。zkpp)245(2tgKppppkczk2zkaaaaakczk2)245(2tgKa第四章 土压力与土坡稳定4以无粘性土条件进行推导。WHABCD1N2NRabcaP)(180aZKaHKZHWaPR库仑土压力计算图18.5图aaKHHE2222221)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21第四章 土压力与土坡稳定5二、常见情况下的土压力1.填土表面作用有均布荷载（将均布荷载按竖向荷载计入自

13、重应力）；无粘性土：粘性土：2.墙后填土分层。注意各土层的土压力系数不同；无粘性土：粘性土：3.粘性土应用土压力公式：采用等值内摩擦角法（用等值抗剪强度代替粘性土的抗剪强度）qzkaaaaakcqzk2qhhkaa 2211aaakcqhhk 22211ctgtgctgtgctgtgddd1 第四章 土压力与土坡稳定6三、挡土墙的验算挡土墙在土压力作用下产生变形：抗倾覆稳定性验算：抗滑移稳定性验算：地基承载力验算：四、 土坡稳定性分析n当土坡土质均匀，坡度不变，无地下水时，称为简单土坡。1.无粘性简单土坡分析：只要坡面不发生滑动，土坡就可保持稳定。3 . 1滑动力抗滑力Kff2 . 1 )(2

14、1maxminmax5 . 1倾覆力矩抗倾覆力矩tK2 . 11 . 1tgtgTtgNK滑动力抗滑力第四章 土压力与土坡稳定7.粘性简单土坡分析：考虑稳定的坡角是粘性土的性质指标、c、与土坡高度H的函数，即： ，令N=c/(H)（稳定数），查简单土坡计算图就可解决计算粘性土简单土坡的两类问题：已知粘性土坡的坡角和粘性土指标、C、，求最大允许土坡高度H。已知粘性土土坡高度H和粘性土指标、C、 ，求粘性土的稳定坡角。. 圆弧法：土坡失稳滑动面呈曲面，通常呈圆弧，即可采用圆弧法计算。Hcf,ABCDOiNiQij1210iT土坡稳定分析圆弧法44. 5图第四章 土压力与土坡稳定8当土坡沿弧AB滑动

15、时可视为土体ABD绕圆心O转动，取土坡1米长度进行分析。滑动力矩MT，由滑动土体ABD的自重在滑动方向上的分力产生。抗滑力矩MR，由滑动面AB上的摩擦力和粘聚力产生。土坡稳定安全系数 (临时工程，重要工程）滑动圆心的确定。5 . 11 . 1TRMMK滑动力矩抗滑力矩第二部分第二部分(Part Two) 地基勘察浅基础常规设计桩基础深基础基础工程基础工程基础工程(Foundation Engineering)Chapoter 5 Subsoil Investigation第五章第五章 地基勘察地基勘察第五章 地基勘察n(subsoil investigation)了解、掌握工程勘察方法，尤其是

16、触探(sounding)的方法静力触探(static sounding)：单桥探头的比贯入阻力 ; 双桥探头的比贯入阻力 ; 动力触探(dynamic sounding)：N63.5标准贯入试验的锤击数，N10轻便触探试验。APpssfsccFPfAQq Chapter 6 Shallow Foundation Routine Design第六章第六章 浅基础常规设计浅基础常规设计第六章 浅基础常规设计(shallow foundation routine design)1.浅基础（H5m，采用普通法施工。如一般的扩展基础、双柱联合基础）常规设计：浅基础体型不大、结构简单，在计算单个基础时，一

17、般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用，这种简化法也经常用于许多连续基础的初步设计，特称为常规设计。2.浅基础的基础类型扩展基础无筋扩展基础（刚性基础）钢筋混凝土扩展基础联合基础独立基础第六章第六章 浅基础常规设计浅基础常规设计23.建筑物的安全等级表7.25 建筑物安全等级 安全等级破坏后果建筑类型一级很严重重要的工业与民用建筑物；20层以上的高层建筑；体型复杂的，14层以上的高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑物；单桩承受的荷载在4000KN以上的建筑物二级严重一般的工业与民用建筑物三级不严重次要的建筑物第六章第六章 浅基础常规设计浅基础常规设计34.基础埋置

18、深度的确定n考虑建筑上的要求；工程地质条件；水文地质条件；地基冻融条件；场地环境条件。5.地基承载力设计值的确定方法实测数理统计法。按建筑地基基础设计规范，对一般工程采用此方法最简便，应用最广泛。现场荷载试验法。对于一级建筑物或地质条件复杂、土质很不均匀的情况，应采用现场荷载试验法。理论公式计算法。一级建筑物进行原状土的三轴压缩试验。当地经验类比法。三级建筑物可根据邻近建筑物的经验确定地基承载力。 6. 规范法地基承载力的修正 5 . 030dbffdbk第六章第六章 浅基础常规设计浅基础常规设计47. 按地基承载力确定基础底面尺寸 中心荷载下基础底面尺寸的确定偏心荷载下基础底面尺寸的确定中心

19、荷载基础底面尺寸下增大（1.11.4）倍，再进行验算或调整。软弱下卧层的验算8天然基础上浅基础设计内容与步骤初步设计基础的结构型式、材料与平面布置；确定基础的埋置深度d；计算地基基础承载力标准值fk加深度修正f；fp dfFAG第六章第六章 浅基础常规设计浅基础常规设计5根据作用在基础顶面荷载N和地基承载力f，计算基础的底面积，并设计基础的长度与宽度。若宽度b3m，则地基承载力还需进行宽度修正，利用修正后的值f，再次计算基础的最终底面积；设计基础高度与剖面形状（若为刚性基础，基础高度由刚性角确定）； 若地基持力层下部存在软弱土层时，则需验算软弱下卧层的承载力； 一级建筑物和部分二级建筑物应计算地基的变形；基础细部结构和构造设计；绘制基础施工图。9. 防止不均匀沉降对建筑结构损害的措施建筑措施结构措施施工措施Chapter7 Pile-supported footing & deep foundation第七章第七章 桩基础与深基础桩基础与深基础第七章第七章 桩基础与深基础桩基础与深基础（pile-supported footing & deep foundation）1.桩基础的类型和分类2.单桩轴向荷载的传递（P312）桩身轴力和截面位移zzppzdzNEAs01第七章第七章 桩基础与深基础桩基础与深基础