土力学及地基基础课程论文

1、土力学与地基基础课程设计姓名：学号：班级：指导老师：一、课程大作业(1)举例说明土力学中涉及的渗透问题、变形问题和强度问题，论述土体的变形理论、强度理论和渗流理论的联系。答：渗透问题：当水闸和土坝挡水后，上游的水就会通过坝体或坝基土体的孔隙渗到下游。变形问题：水利工程中的水闸或装有装有行车的厂房，如果闸门两侧的闸墩或行车两侧的基础产生过大的不均匀沉降，将不能满足拦洪蓄水的要求，而不均匀沉降往往又会引起土坝裂缝，导致集中渗漏，给工程带来很大危害。强度问题：建筑地基的失稳。联系：土体的变形理论、强度理论和渗流理论为三大理论，土体的渗流问题可能会引起强度的问题，而变形问题与强度问题又息息相关，总之，

2、三者相互联系，相互影响。(2)结合渝西地区红层泥岩边坡风化现象，分析土的形成过程。说明土的碎散性、三相性、自然变异性的成因，分析论述土的碎散性、三相性、复杂性对土体物理力学性质的影响。（变形、破坏、渗透）答：土的形成过程分析：红层泛指外观以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层。对于红层泥岩边坡快速风化机理的研究可以分为 2 个方面，一是从红层矿物成分、含量、胶结物成分及微观结构等内因人手研究其快速风化机理，另一则是侧重于外因对红层泥岩边坡快速风化的作用。渝西地区位于四川盆地边缘，四川盆地红层泥岩快速风化的主要形式为碎粒状、碎片状和碎块状，并间有块状剥落。风化堆积物坚硬扎手，很少有残积土存在，反映出

3、红层泥岩边坡以物理风化为主。对风化崩解物进行扫描电镜微观分析，发现堆积物微观图像以颗粒形态为主。这也是物理风化产物的特征。目前对影响红层边坡风化的外因的分析，主要集中于温度变化，不可否认。温度变化影响红层边坡的风化进程处于地下 l5 30 m 的恒温带以上的红层坡体，受太阳辐射的影响，坡体中的温度场呈周期性变化，从而导致坡体中热应力的生成当坡面处于高温状态时，边坡岩体中出现拉、压应力集中；而当地面处于低温状态时，边坡岩体中的热应力均为拉应力。但是，仅靠气温变化产生的热应力并不足以使红层快速风化崩解。根据野外观察及原位监测试验，红层泥岩边坡的快速风化主要发生在表层约 10 cm 的范围内。此范围

4、内风化裂隙密布，许多裂隙已全部贯通 ；挖开已快速风化的表层，岩体中虽有少量风化裂隙。但基本仍处于新鲜状态这说明，虽然红层坡体处于不断风化的进程中，但快速的物理风化发生在表层约 10 cm范围内。根据红层泥岩边坡风化的原位监测结果，边坡在高温多雨的夏季风化很快，说明水对红层泥岩边坡风化起了很大的作用，水在岩石风化中所起的作用，除溶解、水化、氧化和碳酸化外。还有一个重要作用就是急剧的降温作用。它可以使表层处于高温状态的红层泥岩表面在很短的时间内降至接近于温度较低的水温。因红层岩体均为热的不良导体，导热性差，所以其内部仍基本保持原来的高温状态。从而在岩体内外部产生很高的温差，导致热应力的产生这种热应

5、力远大于因气温周期性变化产生的热应力。成因分析：土是地壳表层母岩经受强烈风化（包括物理的、化学的和生物的）的产物，是各种矿物颗粒（土粒）的集合体。在自然界，土的形成过程是十分复杂的，可概括为风化、脱落、搬运和堆积四个过程，在这四个过程中土的完整性会大大折减，因而会有碎散性。土是一种松散的颗粒堆积物，它由固相、液相、气相三部分组成。固相主要是土粒，有时还有粒间胶结物和有机质，它们构成土的骨架；液相部分为水及其溶解物；气相部分为空气和其他气体。由于土具有各向异性、结构性以及时空变异性的特点，所以形成了土的自然变异性。影响：土的碎散性说明了土存在孔隙，而水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生流动就会

6、出现水的渗透。土的三相性说明了土中含有水，而土在压力作用下体积变小的性能为土的压缩性，最主要的原因就是孔隙中水和气体向外排出，土的孔隙体积减小。黏性土都是松散颗粒的集合体，它们的破坏或表现为土粒之间联结的破坏，或表现为粒与粒之间产生的相对位移；对于某一种土来说，其抗剪强度随剪切面上所受发向应力而变，它不仅与土粒大小、形状、级配、矿物成分、土体密度和含水率等因素有关，这些都是属于土的复杂性。(3)何为假黏聚力？非饱和土中，为什么毛细压力会导致“假黏聚力”？答：当无黏性土被水完全浸没或完全干燥时，弯液面消失，毛细压力变为零，这种黏聚力也就不存在。因而把这种黏聚力成为假黏聚力。在非饱和区的湿土中，空

7、隙中的水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续的。由T2rcos+ur=0知，弯液面下面的孔隙水产生了小于大气压力的负压，这种负压称为负孔隙水压力或孔隙水吸力。负孔隙水压力引起土粒互相靠拢的结合力，该力称为毛细压力，毛细压力的存在，增加了土粒间错动的摩擦阻力。这种摩擦阻力犹如给无粘性土以某些黏聚力，以致在潮湿的砂土中能开外一定高度的直立坑壁。当无黏性土被水完全浸没或完全干燥时，弯液面消失，毛细压力变为零，这种黏聚力也就不存在。(4)谈谈你对粘性土、非粘性土物理力学性质区别的认识。答：工程上应根据塑性指数分为粉质粘土和粘土，塑性指数大于10，且小于等于17的土，应定名为粉质粘土，塑性指数大于17的

8、土应定名为粘土。粘性土是具有粒间连结的细粒土。颗粒细，孔隙小而多，透水性弱，具膨胀、收缩特性，力学性质随含水量大小而变化。一般按粘粒(粒径小于0005毫米)含量多少分为三类：(1)粘土，粘粒含量大于30%；(2)亚粘土(亦称“粉质粘土”)，粘粒含量在10%30%之间；(3)亚砂土，牯粒含量3%10%。按塑性指数划分：(1)粘土，塑性指数大于17；(2)亚牯土，塑性指数为1017；(3)轻亚粘土(亦称亚砂土)，塑性指数为310。常作为建筑物地基或用作堤坝、路堤填土材料。以粒径小于 0.074毫米的土粒为主体所组成具有塑性的细粒土。又称塑性土。次生粘土矿物对塑性的形成起主导作用。粘性土随含水率大小

9、可处于液体、塑体、固体等稠度状态，各稠度状态间的含水率界限称稠度界限。液限和塑限是塑体稠度的上、下限。粘性土处于塑体状态时，具有在外力作用下可塑成任意形状而不破坏其整体性，外力去除后能保持所得形状的塑性性质。塑性的大小可通过液限与塑限之差，即塑性指数定量表示。塑性指数愈大，塑性愈强。塑性指数曾是粘性土分类的主要依据，据这种指数分为粘土、亚粘土、亚砂土。粘土是粘性土的典型代表，具强塑性、吸水性、膨胀性、收缩性、吸附性、冻胀性、烧结性、耐火性等特殊性质。作为建筑物地基，粘性土的承载力取决于它的天然稠度状态。粘性土是烧制砖瓦的材料，也是重要矿产。粘性土的地质成因多种多样，在地壳上广为分布，约占沉积岩

10、土的50%以上。粘性土与非粘性土的区别：砂土的孔隙比为0.40.8；粘土的孔隙比为0.61.5或2.0；粘土若含有大量有机质，孔隙比可达到4或5。砂粒的平均相对密度为2.65；粘粒的相对密度介于2.672.74之间，平均相对密度为2.70。一般粘土的湿密度为1.72.0g/cm；砂土的湿密度为1.62.0g/cm。砂土的组成颗粒较粗，其结构以单粒结构为主，天然条件下砂土可处于从疏松到密实的不同状态，孔隙比的变动范围大致在0.331.0之间。试验表明，一般粗粒砂土多处于密实状态，而细粒砂特别是含片状云母颗粒的砂则多处于疏松状态。砂土的密实状态与其工程性质有着密切的关系。呈密实状态时，结构稳定，强

11、度大，压缩变形小，是良好的天然地基；反之，呈疏松状态时，特别是饱和的细砂，结构常处于不稳定状态，对工程建设不利。砂土的密实状态在一定程度上可以用其孔隙比来反映。但砂土的孔隙比受颗粒的形状及级配影响较大。即使两种砂土具有相同的孔隙比，但它们在自然界的存在状态也不一定相同。故孔隙比不能表明某一砂土的松密。工程上常用砂土的相对密度Dr=(emax-e0)/(emax-emin)；无黏性土的最大和最小干密度可直接由试验测定。黏性土的稠度是指黏性土在某一含水率下对外力引起的变形或破坏的抵抗能力，其实质是土粒间的联结强弱或土粒相对移动的难易程度。黏性土的含水率发生变化时，它的稠度亦随之而改变，这是一个复杂

12、的物理化学过程，其实质是与黏粒周围吸着水膜的厚度变化有直接关系。当土的含水率很大时，土粒被自由水隔开，粒间联结能力消失，土可在自重作用下流动，呈现流动状态；当水分减少到多数土粒为弱吸着水隔开时，土粒在外力作用下相互错动时而颗粒间的联结能力并不丧失，土处于可塑态，此时土被认为具有可塑性。黏性土由某一状态过渡到另一状态的分界含水率称为黏性土的界限含水率，可塑态与流动状态的界限含水率叫液限，用L表示；可塑态与半固态的界限含水率叫塑限，用p表示；半固态与固态的界限含水率叫缩限，用s表示。可塑性是区分黏性土和砂土的重要特征之一。黏性土可塑性大小，是以土处在可塑状态的界限含水率变化范围来衡量的。这个范围就

13、是液限和塑限的差值，称为塑性指数（Ip），即Ip=(L-p)*100(5) 推证“有效应力原理”。答：有效应力原理的基本概念阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力-应变关系上的重大区别，从而使土力学成为一门独立学科的重要标志。这是土力学区别于其他力学的一个重要原理。我们知道土是三相体系，对饱和土来说，是二相体系。外荷载作用后，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度。而通过孔隙中的水气传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。这可以通过一个试验理解：比如有两土试样，一个加水超过土表面若干，我们会发现土样没有压缩；另一个表面放重物，很明显

14、土样被压缩了。尽管这两个试样表面都有荷载，但是结果不同。原因就是前一个是孔隙水压，后一个是通过颗粒传递的，为有效应力。就是饱和土的压缩有个排水过程(孔隙水压力消散的过程),只有排完水土才压缩稳定.再者在外荷载作用下，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担,水是没有摩擦力的,只有土粒间的压力(有效应力)产生摩擦力(摩擦力是土抗剪强度的一部分)。有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即：有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。推证：设饱和土体内某一研究平面（如水平面）的总面积为A，其中粒间接触面积之和为As,则

15、该平面内由孔隙水所占的面积为Aw=A-As。若由外荷和/或自重压力在该研究平面上所引起的法向总应力为，那么它必将由该面上的孔隙水和粒间接触面共同来分担，即该面上的总法相力等于孔隙水所承担的力和粒间所承担的力之和，于是可以写成： A=Ns+(A-As)u或 =Ns/A+(1-As/A)u （2-26） 把=Ns/A代入（2-26）可得： =+(1-)u （2-27）试验研究表明，粒间接触面积甚微，仅为百分之几，实用上可忽略不计。于是，式（2-27）可简化为： =+ u (2-28)式（2-28）即为著名的有效应力原理，它表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水应力三者之间的关系。(6)论述流土、

16、管涌的区别和联系。答：流土指在向上渗流作用下，局部土体表面隆起，或者颗粒群同时起动而流失的现象。管涌指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。区别：流土主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处，而不发生于地基土壤内部；管涌主要发生在砂砾中。流土发展速度很快，一经出现必须及时抢护；管涌破坏并不会直接造成土体结构破坏，其危险性不大。联系：一、管涌、流土的抢护原则均是：降低渗流出逸坡降，减少渗流压力，增强坝体或地基土的抗渗能力。二、均受水利梯度的影响，在水流渗透作用下发生。三、属于渗透变形土的两种种类。(7)应力计算与变形和强度分析的关系？答：当建筑物通过它的基础将荷载传

17、递给地基础以后，在地基内部将产生应力和变形，从而引起建筑物基础的下沉，将荷载引起的基础下沉称为基础的沉降，土体受力后引起的变形可分为体积变形和形状变形。体积变形主要由正应力引起，它只会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏，而形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，此时的变形将不断发展，通常在地基中是不允许发生大范围剪切破坏的。建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破坏，如建筑物地基的失稳和堤坝边坡的坍滑都是由于沿某一面上的剪应力超过土的抗剪强度f所造成。一旦发生滑动破坏，该面上侧土体就会产生很大相对位移，故称该面为滑动面或破坏面，因此，土的抗剪强度f是决定地

18、基或土工建筑物稳定性的关键因素。如果土体内某一部分的剪切应力达到土的抗剪强度，在该部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，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性，或者土体发生滑坡破坏。(8)举算例说明“角点法”的步骤。如图所示，设矩形基底abcd上作用着竖直均布荷载p，今要求在基底内M点以下任意深度z处的附加应力z。为此，过M点分别作平行于基底边缘的两根辅助线ef和Rh，于是M点就称为、四个新矩形基底的公共角点，则M点以下任意深度z处的附加应力为上述四个基底对M点所产生的附加应力之和： zM=z+z+z+z若M点在基底范围之外，如图b所示，那么先

19、将原有的基底扩大，使M点落在虚拟基底的角点上，如图b中的虚线所示，再根据叠加原理求出M点以下任意深度z处的附加应力为： zM=zMhbe-zMhef-zMyae+zMydf(9)分析竖向偏心荷载作用下基础底部应力分布规律。论述加大基础埋深可提高基础稳定性、减少地基变形量的原因。答：分布规律：当合力偏心距eB/6时，基底压力呈梯形分布；当合力偏心距e=B/6时，pmin=0，基底压力呈三角形分布；当合力偏心距eB/6时，则pmin0，即基底一端将出现拉力，一般在工程上不但不允许在基底上出现拉力，而且也不希望出现pmin=0的现象。因此，在设计基础的尺寸时，应使合力偏心距控制在eB/6的范围内，以

20、策安全。原因：因为地基承载力要经过埋深效正，基础埋深越大，则地基承载力越高，通常地基变形量越小，可提高基础稳定性。(10)何为侧压力系数和侧限应力状态？论述压缩模量和变形模量的区别？答：侧压力系数：无侧向变形条件下的侧向有效应力与竖向有效应力的比值，K0=/(1-)侧限应力状态：侧限应力状态即为地基中的自重应力。自重应力是由土体本身的有效重量产生的。由半无限弹性体的边界条件可知，其内部任一与地面平行的平面和垂直的平面上，仅作用着竖向应力cz和水平向应力cx=cy，而剪应力=0。区别：压缩模量Es是在无侧向变形条件下，竖向应力与应变之比值,Es值的大小，反映了在单向压缩时土体对压缩变形的抵抗能力

21、。变形模量表示在无侧限条件下应力与应变之比值，相当于弹性模量，但由于土体不是理想的弹性体，故称为变形模量，因为E的大小反映了土体抵抗弹塑性变形的能力，可用于弹塑性问题的分析计算。(11)结合“水-弹簧-活塞模型”分析土的固结过程。答：设模型在受压之前，活塞的重量已由弹簧承担。因此，各测压管中的水位与容器中的静水位齐平。此时每一分层中的弹簧均承受一定的孔隙水压力，但它们对今后的压缩变形并没有影响。当模型收到外界压力p作用时，由弹簧承担的应力将增加，它相当于土体内骨架所承担的附加有效应力。而由容器中水来承担的应力亦将在静水压力的基础上有所增加，这部分应力即相当于土体内孔隙水所承担的超静孔隙水应力u

22、。假定活塞与容器侧壁的摩擦力忽略不计，那么，当模型顶层活塞上受到压力p作用时，各分层的附加应力亦即固结应力将是相同的，且等于p。在施加压力的瞬间，即t=0时，由于容器中的水还来不及向外排出，加之水本身认为是不可压缩的，因而，各分层的弹簧都没有压缩，附加有效应力=0，固结应力全部由水来承担，故超静孔隙水应力u=p(t-0时的超静孔隙水应力即初始超静水压力)。因此，各测压管中的水位均将高出容器中的静水位，所高出的水头为h0=p/w。经时间t，容器中的水在水头差的作用下，由下而上逐渐从顶层活塞的排水孔向外排出，各分层的孔隙水压力将减小，测压管的水位相继下降，超静孔隙水应力up。与此同时，各分层弹簧相

23、应压缩，而承担部分应力，即附加有效应力0。最后，当t=时，测压管中的水位都恢复到与容器中的静水位齐平。这时，超静孔隙水应力全部消散，即u=0，仅剩静水压力，容器中的水不再向外排出，弹簧均压缩稳定，固结应力全部由弹簧来承担而转化为有效应力，即=p。(12)举算例说明分层总和法的步骤。答：选择沉降计算剖面，在每一个剖面上选择若干计算点。根据建筑物基础的尺寸，判别在计算基底压力和地基中附加应力时是属于空间问题还是平面问题；再按作用在基础上的荷载的性质（中心、偏心或倾斜等情况），求出基底压力的大小和分布，然后结合地基中土层性状，选择沉降计算点的位置（以条形基础、均质地基、中心荷载、基础中心点的沉降计算

24、为例）。将地基分层。在分层时天然土层的交界面和地下水位应为分层面，同时在同一类土层中分层的厚度不宜过大。对于水工建筑物地基，每层的厚度可以控制在Hi=24m或Hi0.4B（B为基础的宽度）。对每一分层，可认为压力是均匀分布的。求出计算点垂线上各分层面处（如图中的0、1、2、）的竖向自重应力s（应从地面算起），并绘出它的分布曲线。求出计算点垂线上各分层面处的竖向附加应力z，并绘出它的分布曲线，如图所示。并以z=0.2s或0.1s的标准确定压缩层的厚度H。应当注意，当基础油埋置深度D时，应采用基地净压力p0=p-rD计算地基中的附加应力。按算数平均算出各分层的平均自重应力si和平均附加应力zi，如

25、图所示： si= （si）上+（si）下/2 zi= （zi）上+（zi）下/2根据第i分层的初始应力p1i=si和初始应力与附加应力之和，即p2i=si+zi，由压缩曲线（如图所示）查出相应的初始孔隙比e1i和压缩稳定后孔隙比e2i。求出第i分层的压缩量： Si=(e1i-e2i)/(1+e1i)*Hi最后加以总和，即得基础的沉降量为 N n S=Si=(e1i-e2i)/(1+e1i)Hi i=1 i=1(13)为什么土力学中关注的是抗剪强度，而不是抗拉或抗压强度？推证土的极限平衡条件。说明最大剪应力面和破裂面的区别？答：建筑物地基和土工建筑物的破坏绝大多数属于剪切破坏，如建筑物地基的失稳

26、和堤坝边坡的坍滑都是由于沿某一面上的剪应力超过土的抗剪强度f所造成。一旦发生滑动破坏，该面上侧土体就会产生很大相对位移，故称该面为滑动面或破坏面，因此，土的抗剪强度f是决定地基或土工建筑物稳定性的关键因素。土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。如果土体内某一部分的剪切应力达到土的抗剪强度，在该部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，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性，或者土体发生滑坡破坏。推证：图示中是以总应力表示的强度线和极限应力圆，他们相切于D点。根据几何关系可得： sin=（1-2）f/2/( 1+3)f/2

27、+ccot于是整理后得到： 1f=3ftan（45+/2）+2ctan(45+/2) 3f=1ftan（45-/2）-2ctan(45-/2)式表明当3保持不变时，只有1增加到某一定值，莫尔应力圆与强度线相切，该点才处于极限平衡状态；或者当当1保持不变时，只有3减小到某一定值，莫尔应力圆与强度线相切，该点才处于极限平衡状态。区别：以最大倾角max作为破坏准则，剪破面不是最大剪应力面，而是与大主应力面成f角的平面,由几何关系可知：2f=90+所以 f=45+/2(14)直剪试验的类型、三轴试验的类型，各试验类型如何对应和模拟实际工程的工况？答：直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种基本方法。试验的

28、原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比。将土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力进行剪切，得其剪坏时的剪应力，即为抗剪强度f。分为快剪法,慢剪法和固结快剪法三种类型。直剪试验通常采用等速剪应变的试验方法，称为应变控制剪切。在剪切过程中，隔固定时间间隔，亦即每隔一定值的剪变形增量测读一次所施水平力的大小，计算施于试样截面上的剪应力值。于是即可绘制在一定法向应力条件下，土样剪变形(即上下盒间相对水平位移)与剪应力的对应关系（见图5-8（a）。较坚实的黏土及密砂土的-曲线可出现剪应力的峰值fp即为破坏强度。软黏土和松砂的-曲线则常不出现峰值，此时

29、应按某一剪变形量作为控制破坏的标准。要绘出某种土的抗剪强度包线以确定改土的指标c和，至少要用34个试样，在不同的应力，.作用下测出相应的-关系曲线类型：不排水剪、固结不排水剪、排水剪不排水剪工况：地基为不易排水的饱和软黏土，建筑施工又快，研究施工期稳定时。固结不排水工况：建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，如水闸挡水的情况。固结排水剪工况：地基容易排水固结，如砂性土，而建筑物施工又较慢的情况。(15)试述土压力的类型，朗肯土压力理论和库仑土压力理论的适用条件？答：土压力的类型有静止土压力（当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力

30、）、主动土压力（挡土结构物向离开土体的方向移动，致使侧压力逐渐减小至极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最小值）、被动土压力（挡土结构物向土体推移，致使侧压力逐渐增大至被动极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最大值）。朗肯土压力理论是从研究半无限大土体中一点的极限平衡状态出发，应用莫尔应力圆，推导出了极限应力的理论解。为了满足土体的极限平衡条件，朗肯理论假定：墙是刚性、墙背垂直光滑、墙后填土表面水平。由于朗肯理论忽略了实际墙背并非光滑并存在摩擦力，使计算所得的主动土压力偏大，而计算所得的被动土压力偏小。它的适用条件：根据土体中各点处于极限平衡状态的应力条件直接求得墙背上各点的土压力强度分布；要

31、求墙背铅直、光滑，填土可为无黏性土或黏性土；适用于悬臂式，扶墙式或L型的挡土墙。库仑土压力理论是从研究挡土墙墙后滑动楔体的静力平衡条件出发, 其假定填土为均匀的砂性土, 滑动面是通过墙趾的二组平面, 一个沿墙背面, 另一个产生在土体中的平面, 两组平面间的滑动土楔是刚性体, 并根据土楔的静力平衡条件, 按平面问题解得作用在挡土墙上的土压力。库仑理论事先曾假设墙后填料为无黏性土, 因此对于黏性土的情况, 不能直接应用库仑土压力理论计算土压力, 需采取诸如等值内摩擦角法或图解法等方法来计算黏性土时支挡结构的土压力。大量的室内实验和现场观测资料表明, 库仑理论计算的主动土压力大小与实测结果非常接近,

32、 但被动土压力与实测值则误差较大。在某些情况下, 如计算深基坑的土压力, 为何我们采取较简单的朗肯理论来计算主动土压力而不采用库仑理论,究竟这两大理论在计算结果有多大的差异性, 两种方法何时准确, 何时又存在很大误差, 这些都需要斟酌和探讨, 下面举例进行讨论。它的适用条件：根据墙背与滑动面之间的土楔整体处于极限平衡状态时的静力平衡条件，求得墙背上的总土压力；要求墙背可以倾斜和粗糙以保证土楔沿墙背滑动；假设填土为无黏性土，其表面为水平或倾斜的；适用于对混凝土墙背的主动土压力计算。(16)谈谈你对滑坡灾害成因的认识。答：土坡在发生滑坡之前，一般在坡顶首先开始明显的下沉并出现裂缝，坡脚附近的地面则

33、有较大的侧向位移并微微隆起。随着坡顶裂缝的开展和坡脚侧向位移的增加，部分土体突然沿着某一个滑动面急剧下滑，造成滑坡事故。引起滑坡的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。而剪应力达到抗剪强度的起因有二：一是由于剪应力的增加，二是由于土体本身抗剪强度的减小。滑坡的定义：不稳定边坡的岩体或土体在重力作用下沿一定滑动面（或滑动带）整体向下滑动的自然地质现象。滑坡的产生条件：一是地质条件与地貌条件；二是内外营力(动力)和人为作用的影响。（一）、地质条件与地貌条件： 1、岩土类型：岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松散，抗剪强度和

34、抗风化能力较低，在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。 2、地质构造条件：组成斜坡的岩、土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能产生向下滑动的条件。同时、构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡、特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。 3、地形地貌条件：只有处于一定的地貌部位，具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。一般江、河、湖(水库)、海、沟的斜坡，前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边

35、坡等都是易发生滑坡的地貌部位。坡度大于10度，小于45度，下陡中缓上陡、上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形。 4、水文地质条件：地下水活动，在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表现在：软化岩、土，降低岩、土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，浸蚀岩、土，增大岩、土容重，对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面(带)的软化作用和降低强度的作用最突出。（二）、内外营力(动力)和人为作用的影响： 在现今地壳运动的地区和人类工程活动的频繁地区是滑坡多发区。 外界因素和作用，可以使边坡的地质环境发生变化，从而诱发滑坡。主要的诱发因素有：地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断

36、冲刷。另外，不合理的人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄(泄)水、矿山开采等都可诱发滑坡，还有如海啸、风暴潮、冻融等作用也可诱发滑坡。 滑坡的人为因素： 违反自然规律、破坏斜坡稳定条件的人类活动都会诱发滑坡。例如： 1、开挖坡脚：修建铁路、公路、依山建房、建厂等工程，常常因使坡体下部失去支撑而发生下滑。例如我国西南、西北的一些铁路、公路、因修建时大力爆破、强行开挖，事后陆陆续续地在边坡上发生了滑坡，给道路施工、运营带来危害。 2、蓄水、排水：水渠和水池的漫溢和渗漏，工业生产用水和废水的排放、农业灌溉等，均易使水流渗入坡体，加大孔隙水压力，软化岩、土体，增大坡体容重，从而促使或诱

37、发滑坡的发生。水库的水位上下急剧变动，加大了坡体的动水压力，也可使斜坡和岸坡诱发滑坡发生。支撑不了过大的重量，失去平衡而沿软弱面下滑，尤其是厂矿废渣的不合理堆弃，常常触发滑坡的发生。 此外、劈山开矿的爆破作用，可使斜坡的岩、土体受振动而破碎产生滑坡；在山坡上乱砍滥伐，使坡体失去保护，更有利于雨水等水体的入渗从而诱发滑坡等等。如果上述的人类作用与不利的自然作用互相结合，则就更容易促进滑坡的发生。(17)简述地基承载力确定方法？简述土体压实的施工工艺？综述常用的地基处理方法？概述工程地质勘察？试述浅基础、深基础的类型和设计方法？答：地基承载力确定方法：1、按原位试验确定地基的承载力（分为现场荷载试

38、验、标准贯入试验、静力触探试验）2、按塑性区开展深度确定地基的容许承载力土体压实的施工工艺：分层碾压法、重锤夯实法、振动压实法常用的地基处理方法：强夯法、振冲法（分为振密法、碎石桩法）、预压法、垫层法、反压法、化学加固法（旋喷法、深层搅拌法）工程地质勘查概述：工程地质勘察是为查明影响工程建筑物的地质因素而进行的地质调查研究工作。所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造：地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质，自然（物理）地质现象和天然建筑材料等。这些通常称为工程地质条件。查明工程地质条件后，需根据设计建筑物的结构和运行特点，预测工程建筑物与地质环境相互作用（即工程地质作用）的方式、特点和规

39、模，并作出正确的评价，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。浅基础类型：单独基础、条形基础、十字交叉基础、板式基础、箱型基础、壳体基础。设计方法：1）决定基础结构型式、材料与平面布置。2）选择基础的埋置深度D。3）计算地基承载力f，由作用在基础上的荷载，计算确定基础的尺寸。4）若地基持力层地下存在软弱土层，需验算软弱下卧层的承载力。5）重要建筑物验算地基变形。6）基础结构和构造设计。7）绘制基础施工图。深基础的类型：桩基础、墩基础、沉井基础、沉箱基础、地下连续墙以及高层建筑深基础护坡工程等。设计方法：1）根据地质剖面和土的特性，选择桩的工作类型为端承桩或摩擦桩。2）根据当地具体条件

40、，选择桩的材料。3）根据勘查资料土层性质与厚度，确定桩的长度并决定单桩垂直承载力。4）确定桩的数量和平面布置形式。5）桩基础验算。6）桩承台的设计。二、站在现场工程师的角度，结合课程理论分析“超级工程”案例资料。(1)港珠澳大桥资料分析：1、人工岛是人工建造而非自然形成的岛屿，一般在小岛和暗礁基础上建造，是填海造田的一种。人工岛的大小不一，由扩大现存的小岛、建筑物或暗礁，或合并数个自然小岛建告而成；有时是独立填海而成的小岛，用来支撑建筑物或构造体的单一柱状物，从而支撑其整体。岛身填筑，一般有先抛填后护岸和先围海后填筑两种施工方法。先抛填后护岸适用于掩蔽较好的海域，用驳船运送土石料在迪拜人工岛海

41、上直接抛填，最后修建护岸设施。先围海后填筑适用于风浪较大的海域。先将人工岛所需水域用堤坝圈围起来,留必要的缺口,以便驳船运送土石料进行抛填或用挖泥船进行水力吹填。护岸的结构型式常采用斜坡式和直墙式。斜坡式护岸采用人工砂坡，并用块石、混凝土块或人工异形块体护坡。直墙式护岸采用钢板桩或钢筋混凝土板桩墙，钢板桩格形结构或沉箱、沉井等。人工岛与陆上的交通方式，一般采用海底隧道或海上栈桥连接，通过公路或铁路进行运输；也可以用皮带运输机、管道或缆车等设备运输。人工岛距离陆地较远，又无大宗陆运物资时，则常常采用船舶运输。 2、港珠澳大桥位于珠三角地区，此处为一个冲击平原。平原河谷冲积层分为河床沉积层、河漫滩

42、沉积层、河流阶地沉积层和古河道沉积层。此处涉及了河漫滩沉积层，因为河漫滩沉积层往往夹有淤泥、有机土和泥炭。3、港珠澳大桥由于处于沿海，还涉及了海相沉积层，可分为滨海沉积物、大陆架浅海沉积物、陆坡和深海沉积物。海水深度小于200m，宽度约为100200m的地区为大陆架浅海地区，沉积物主要为细砂、黏性土、淤泥河生物化学沉积物。4、沉管法隧道首先是在隧址以外的预制场制作隧道管段，管段两端用临时封墙封闭，待达到设计强度后托运到隧址位置，沉放管段到已预先进行了沟槽浚挖的设计位置上，然后进行管段水下连接，处理管段接头及基础，覆土回填，以完成隧道构筑的全部工作。由于港珠澳大桥海底是软土，先要对软土进行加固，

43、使得沉管安放在固定的基础上。在淤泥层中，每隔一定距离打一根挤密砂桩，对淤泥地基进行排水加固，密实的砂桩打入海底40米以下的硬土层。(2)上海中心大厦资料分析：1、关于软土地基的分析。我国公路行业规范对软土地基定义是指强度低，压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。日本高等级公路设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。上海的土质属于软土，具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间

44、物理力学性质相差较大等特点。这些特点也给施工带来了巨大的难度。处理软土的地基的方法有：一、换土垫层法；二、振密、挤密法；三、粉喷法。2、高层建筑深基础主要特点：荷重大；埋藏深；造价高；工期长。目前高层建筑深基础形式主要由两大类：一、大直径桩与墩；二、箱型基础；三、地下连续墙。上海大厦采取先开外主楼基坑，其他地方做好支撑后再进行挖掘的方法。上海中心大厦采用的是桩基础，为此我们可以来探讨一下桩的承载力。根据桩的工作原理，桩的承载力是来自桩尖土对桩的支承作用和桩四周土对桩的摩擦作用之和；单桩的水平抗推力取决于桩的截面、刚度、入土深度、土质条件、桩顶容许水平位移和桩顶嵌固情况等因素。在固结稳定的土层中

45、，桩受荷向下位移，土对桩周表面产生向上的摩阻力，称为正摩阻力。有时与上述情况相反，发生土层相对桩截面向下的位移，因为土对桩产生向下的摩阻力，就是负摩阻力。产生负摩阻力的条件有：欠固结的软黏土或新填土的自重固结；大面积地面堆载使桩周土层沉降；正常固结软黏土地区地下水位全面下降，使土的有效应力增加引起大面积土层沉降。3、上海中心大厦的基础埋深要求建筑物的1/20埋在地表以下。由此，我们可以探讨关于基础埋深的问题。基础的底面埋在设计底面0.00m下的深度，称为基础的埋置深度。在保证基础安全稳定、耐久使用的前提下，尽量浅埋，以节省投资，便于施工。基础埋深与地下水位的情况有密切关系，通常基础尽量做在地下

46、水位以上，便于施工，如不得以，基础做在地下水位以下，施工时必须进行基槽排水。当地基为黏性土、下层卵石含有承压水时，应注意开挖基槽，保留槽底安全厚度h0，避免承压水冲破槽底，破坏地基。4、关于基坑开挖的注意事项。开挖过程中直接影响基坑和支护结构的稳定。开挖顺序及方法必须按施工方案确定得进行。严禁超挖，控制开挖速度，防止土体失稳或渗流破坏。土方要分层均衡开挖，不要在垂直方向上开挖深浅不一，平面上坑坑洼洼，以至造成何在分布不均匀或局部应力集中，引起土体失稳及支护结构受荷不均。在基坑边应做好排水沟，防止地表水流入基坑。基坑的变形与暴露的时间有很大的关系，因此施工时间要尽可能短，土方开挖后须在24小时内

47、浇筑垫层。开挖到坑底设计标高后即使验槽，合格后立即进行垫层施工，对坑底进行封闭，防止浸水和暴露时间过长，并及时进行基础施工。5、关于基坑稳定性分析。基坑失稳是基坑支护失败的最常见的原因，尤其在软土地区。导致基坑失稳的原因主要有两类：一类是因结构（包括墙体和支撑）强度、刚度或稳定性不足；另一类是因地基土抗剪强度不足或土体变形过大。前一类失稳属于支护结构内力范围。这里侧重讨论后一类原因即土体变形引起的失稳。基坑失稳不仅会严重破坏基坑，影响工程进行，还会危及周围环境，带来巨大损失。因此保持基坑稳定是基坑支护设计重要目标之一。在基坑开挖过程中，可以见到三种基坑工程变形的宏观表现：基坑隆起、墙体侧移、地

48、表沉降。由于土的流变特性造成这三类变形。基坑开挖的直接结果产生土体隆起并造成坑内外土体作用于挡墙的压力趋向于被动土压力，而墙外侧土体作用于墙体的土压力趋向于主动土压力，由于墙体侧移并不均等，故土压力的分布并不是线性关系分布的。同时因土拱效应，墙外侧土压力会趋于均匀，墙体侧移的结果是坑外土体也发生变形，并产生墙体侧移位移协调（在接触界面）变形，形成附加应力，产生塑性区，变形的效果逐步传至地面，形成地表沉降。可见地表沉降与墙体侧移和基坑隆起等变形紧密相关。如若围护结构变形较大，引起周围地面沉降和水平位移也较大，可能会造成影响相邻建筑物或市政设施安全使用。除围护结构变形过大外，地下水位下降，以及渗流

49、带走地基土体中细颗粒过多也可能会造成周围地面沉降过大，施工过程中应予以注意。(3)北京地铁网络建设项目资料分析1、北京地铁网络有一显著的特点，它是混合地下水施工。地下水对工程的设计方案、施工方法与工期、工程投资及工程的长期使用都有着密切关系，如果对地下水处理不当，可能产生不良影响，甚至发生工程事故。当地下水在持力层中上升，则将使黏性土软化、湿陷性黄土产生严重下沉、膨胀土地基吸水膨胀。2、对地下工程及边坡的分析。地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程.它包括地下房屋和地下构筑物，地下铁道，公路隧道、水下隧道、地下共同沟和过街地下通道等。边坡按成因分类：可分为人工边坡和

50、自然边坡；按地层岩性分类：可分为土质边坡和岩质边坡。a：按岩层结构分为：1层状结构边坡、2块状结构边坡、3网状结构边坡；b：按岩层倾向与坡向的关系分为：1顺向边坡、2反向边坡、3直立边坡。按使用年限分类：可分为永久性边坡和临时性边坡。地基工程是持力层上表面以下的工程。区别：二者的范围不一样，地下工程泛指深入地面以下所建造的地下土木工程，而地基工程的范围要小些。三、结合教材第十章内容，分析地勘报告中涉及的土力学问题。1、某工程软土专题勘察报告分析：钻探法是用钻机钻入地基土体中，分层取土进行鉴别和试验的方法。主要设备有机钻、手钻、原状取土器等。为研究地基土的工程性质，需要从钻孔中取原状土样，送到实

51、验室，进行土的各项物理学力学性能试验。试验数据的可靠性，关键一环是土样保持原状，未被扰动。取土器类型系列：软土取土器、一般黏性土取土器、黄土取土器。十字板剪切试验是一种用十字板测定软粘性土抗剪强度的原位试验。将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之力矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表土的天然强度。十字板剪切试验常用于现场测定软黏土的原位抗剪强度。与室内无侧限压缩一样，十字板剪切所测的成果相当于不排水抗剪强度。十字板剪切仪如图所示。静力触探是工程勘察的一种原位测试技术，是将具有一定功能的探头以规定的速率贯入

52、土中，量测贯入过程中探头受到的阻力（端阻、侧阻或比贯入阻力）及孔隙水压力（简称孔压）；当探头停止贯入时，还可测定孔压和端阻随时间而变化的过程值。静力触探的优点是连续、快速、精确，缺点是不能对土直接进行观察、鉴别。静力触探设备有电动式、液压式、手摇式静力触探车。P0PfPlP0IIIIII塑性阶段似弹性阶段初始阶段V图1 典型的旁压曲线旁压试验又称横压试验，它是利用旁压器对钻孔壁施加横向均匀应力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，利用量测仪器量测压力和径向变形的关系推求地基土力学参数的一种原位测试技术。旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，并简化为轴对称平面应变问题。典型的旁压曲线（压力P体积变化量

53、V曲线见图1所示）可分为三个阶段：阶段：初始阶段；阶段：似弹性阶段，压力与体积变化量大致呈直线关系；阶段：塑性阶段，随着压力的增加，体积变化量也迅速增加。-阶段的界限压力相当于初始水平应力P0；-阶段的界限压力相当于临塑压力Pf；阶段末尾渐近线的压力为极限压力Pl。土的野外描述钻探法的钻孔记录表中，除了鉴别各土层的名称外，还需要对每一土层进行详细描述，作为评价各土层工程性质好坏的重要依据。描述的内容如下：(1) 颜色。土的颜色取决于组成矿物成分和含有的其他成分。描述时从色在前，主色在后。例如，黄褐色，以褐色为主，带黄色；土中含氧化铁，则土呈红色或棕色。(2) 密度。土的松密程度可根据钻进的难易

54、，钻头提起后在侧面刮出一个新鲜面观察，并用手加压的感觉来判别。在记录表上注明每一层土属于密实、中密或稍密。(3) 湿度。土的湿度分为干的、稍湿的、湿的与饱和的四种。(4) 黏性土的稠度。黏性土的稠度是决定工程性质好坏的一个重要指标。(5) 含有物。土中含有非本层土成分的其他物质，称为含有物。例如，碎砖、炉渣、植物根、贝壳。(6) 其他。卵石与砂性土应描述级配、砾石含量、最大粒径、主要矿物成分。黏性土应描述断面形态、孔隙大小、粗糙程度、是否有层理等。2、巫山县高塘观滑坡详细勘查报告分析：钻探法是用钻机钻入地基土体中，分层取土进行鉴别和试验的方法。主要设备有机钻、手钻、原状取土器等。第四纪沉积物是由地壳的岩石风化后，在风、地表流水、湖泊、海洋等地质作用下形成的松散沉积物。根据搬运和沉积的情况不同，第