土力学学习报告资料

1、昆明理工大学土力学与基础工程学习报告学生姓名指导教师学 院专业名称班 级学号土力学与基础工程学习报告工程管理专业的学生在毕业后若从事项目管理相关的工作，几乎都要面对地基的处理工作，地基处理是我们工程建设中不可或缺的一部分，地基的勘察、设计与施工是工程建设的关键性阶段，整个工程的失败在很大程度上取决于地基的 质量与水平。地基又是隐蔽性工程，施工条件极其复杂，影响工程质量的因素看 很多，稍有不慎，轻则留下安全隐患，重则造成伤亡事故。在工程中进行地基的勘察、设计与施工都要具有应对土的各种性质的能力， 这样就需要工程人员具备相关知识。下面就对地基及土的相关知识、基本理论和 基本方法进行综述。一、土力学

2、的基本知识、基本理论和基本方法1、土的物理性质及工程分类1.1 土的组成包括三大部分：土中的固体颗粒。土中的固体颗粒（简称土粒）是土的主要组成部分，是土的骨架。土粒的大小、形状、和矿物成分及组成情况是决定土的物理力学性质的主要因素。 土是由大小不同的土粒组成的。随着颗粒的变化，土的性质将发生变化。例如：随着粒径的变细，土的性质由无黏性变为黏性。因此，为了区分土颗 粒的特征，常将其划分为不同的粒组，粒组是指粒径界于一定范围内的土粒 的集合。黏土可钿 诃榕戟iiw、goo寻人无定形氧化辎股体有机甌 未分功植物残偽 半分解的屯矩 全分解的廉痕质土中的水周蠱如 M捌酣烬内的细仟朮M靳凤水人*豹的 畴分

3、數囲去吒环.土中吒的一部分土中气体。土中气占据了土中未被水占领的孔隙。自由气体一与大气连通、不影响土质，常存在于粗粒土中。封闭气体 一与大气隔绝，增加土的弹性，减少土的透水性。可燃气体一由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有机土 中。1.2 土的物理性质指标1.2.1 土的九个物理性质指标（其中有三个基本指标）三个基本指标 土的天然密度ds :土体单位体积的质量。 土的含水量 w： 土中水的质量与土粒质量之比。 土粒相对密度：土的固体颗粒质量与同体积 4° C时纯水的质量之比。反映土单位体积质量（或重力）的指标 土的干密度d : 土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密

4、度， 并以d表示。 土的饱和密度 w : 土孔隙中充满水时单位体积质量。一般在 1.82.3范围内。 土的有效密度（或浮密度）：地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积的水的质量后，即单位土体积中土粒的有效质量。反映土孔隙特征、含水程度的指标 土的孔隙比e （用小数表示）：土中孔隙体积与土粒体积之比，称为土的孔隙比e。 土的孔隙率n 土中孔隙比于总体积的比值（用百分数表示）称为土的孔 隙率n。孔隙比和孔隙率都是反映土体密实程度的重要物理指标。一般e< 0.6的土是密实的，土的压缩性小;e > 1.0的土是疏松的压缩性高。 土的饱和度Sr （反映土潮湿程度的物理性质的指标）土中水

5、的体积与空隙体积之比称为土的饱和度，以百分率计。1.3黏性土的物理特性 黏性土就是具有可塑状态性质的土， 它们在外力的作用下，可塑成任何形 状而不长生裂缝，当外力去掉后，仍可以保持原形态不变。 黏性土的界限含水量：黏性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量 称为界限含水量。液限（w）:土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量；土处于可塑状态 的最大含水量，稍大即流态；土的界限含水量；塑限（Wp） : 土由半固态变为可塑状态的界限含水量；土处于可塑状态的最小含水量，稍小即半固态；缩限（Ws） :土由固态变为半固态的界限含水量；土处于半固态的最小含水 量，稍小即为固态。1.4 无黏性土主要是指砂土

6、和碎石土，其工程性质与其密实度密切相关。 密实度越大，土的强度越大。2、土的渗透性与渗流2.1 土的渗透性，在水头差作用下，水透过土体孔隙的流动现象称为渗透， 而土体允许水透过的性能则称为土的渗透性。2.2达西定理 早在1856年，法国学者达西根据砂土渗透试验，发现水的渗 透速度与试样两端面间的水头差成正比，而与相应的渗透路径成反比。Q q kAH kAitL-v kiA其中：q单位渗水量hi， h2i i 水力梯度或水力坡度，LV渗透速度k土的渗透系数，是反映土的透水性大小的系数，物理意义为：单位水力 梯度i=1时的渗透速度2.3 土体的渗透稳定性是指渗流条件下级配较宽的土体内粗颗粒阻止细颗

7、 粒流失的能力。3、土中应力计算3.1 土的自重应力，由土自重引起的应力即为土体的自重应力计算公式：均质土的自重应力成层土的自重应力CZcz2h2i 第i层土的天然重度，若土在地下水位线以下则应用有效重度来表示。3.2基底压力，建筑物荷载通过基础传给地基，在基础底面与地基之间产生 接触压力，称为基底压力。基底压力即接触应力（作用在地基上的是基底压力， 作用在基础上的是基底反力）。柔性基础在垂直荷载作用下基础本身无抵抗弯曲刚性基础特点:变形的能力，柔性基础接触压力分布与其上部荷载分布情况相同;基础本身无变形（无挠曲）基底压力分布图形为非均匀基底压力计算公式:中心荷载作用下偏心荷载作用下maxQn

8、in6el上式中：G基础自重及回填土自重之和,G GAd其中G为基础及回33填土之平均重度，取20 KN /m，地下水以下部分应扣除10KN/m的浮力；2W基础底面的抵抗矩，对于矩形基础W bl /6M作用在基底形心上的力矩值 基底附加压力计算公式： Po p cd p od3.3 土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。地基土 压缩的原因：固体颗粒被压缩，土中水及封闭气体被压缩、水和气体从孔隙中被 挤出。压缩系数是评价地基土压缩性高低的重要指标之一。压缩性指标a不是一个常量他的取值与起始压力和压力变化范围P （在P不大的情况下，用直线的斜率代替变化率）有关，工程上一般用ai

9、2来评定土的压缩性高低。1ai 2 V 0.1 MPa时,为低压缩性土；1 10.1MPa V a1 2 V 0.5 MPa 时，为中压缩性土；1a1 2 > 0.5 Mpj是,为高压缩性土。压缩指数G （可以用来确定土的压缩性大小）C© 仓e e2C lg P2 lg P1 |g P2计算公式：PlCC越大土的压缩性越大CC V 0.2时为低压缩性土； CC = 0.20.4时为中压缩性土； CC > 0.4为高压缩性土。 压缩模量（土体在完全侧限条件下，竖向附加应力z与相应的应变增量之计算公式：Es 1a°（ q为原始孔隙比）4、土的抗剪强度与浅基础的地基承

10、载力4.1 土的抗剪强度理论土的抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。砂土抗剪强度的表达式c tan粘性土抗剪强度的表达式c tan土的有效应力强度的表达式f tanc tanc（黏性土）f tantan（无黏性土）4.2 土的抗剪强度试验土的剪切强度指标是通过土的抗剪强度试验测定的， 不同的抗剪强度指标可 以用不同的抗剪强度试验来获得。土的抗剪强度试验按照试验进行场所，可分为 室内试验和现场试验两大类。室内试验常用的有直接剪切试验、 三轴压缩试验和 无侧限抗压强度试验；现场试验仅介绍十字板剪切试验。4.3孔隙压力系数孔隙压力的计算系数，u B 3 A i 3式中A,B 孔隙压力系数。孔隙

11、压力系数B的在各向应力增量相等条件下的孔隙压力系数。计算公式为：式中 Uo 试样在周围压力增量3下产生的孔隙压力增量，kPa；孔隙压力系数A为偏应力增量作用下的孔隙压力系数，计算公式为：UiB 13式中 U1 试样在主应力差（13 ）下即剪切是产生的孔隙压力，kPa。4.4 饱和黏性土的抗剪强度不固结不排水抗剪强度；固结不排水抗剪强度；固结排水抗剪强度；抗剪强度指 标的选择。5、土压力与土坡稳定性5.1 挡土墙是指防止土体坍塌的构筑物。5.2 挡土墙的土压力指挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。5.3 土压力的类型：主动土压力Ea :当挡土墙向离开土体的方向偏移至墙后土体达到极

12、限平衡状 态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力。产生的条件：位移方向（负位移）或绕墙踵逆时针转动；应力状态土体达到极限（主动）平衡状态。被动土压力Ep ：当挡土墙在外力作用下，向土体的方向偏移至墙后土体达到 极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力。产生的条件：位移方向（正位移）或绕墙踵顺时针转动；应力状态土体达到极限（被动）平 衡状态。静止土压力Eo ：当挡土墙静止不动时，墙后土体处于弹性平衡状态时，作用 在墙背上的土压力就叫做静止土压力。产生的条件：位移为零；土体处于弹性平衡状态，当墙后土体具备以上两个条件时，作用在墙上的侧向压力。 所谓主动土压力极限平衡状态是由位移方向和侧

13、向应力不断减小所致。侧向应力逐渐减小是因为摩擦力在逐渐增大。Ea < Eo < Ep5.4 朗肯土压力理论，朗肯理论基于土单元体的应力极限平衡条件来建立， 采用的假定是墙背竖直光滑，填土面为水平，其计算结果偏于保守。5.5 库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件来建立， 采用的假定是破 坏面为平面。但当墙背与填土的摩擦角较大时，在土体中产生的滑动面往往是一 个曲面，会产生较大的误差。5.6 朗肯理论与库伦理论比较：基本假定：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散体（c=0）。基本方法：前者应用半空间中应力状态 和极限平衡理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计

14、算公式。结果比较：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响， 使计算的主动土压力偏大，被 动土压力偏小；库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，计 算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。5.7挡土墙有重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙。 对于重力式挡土墙的构造涉及了墙背倾斜形式的选用、挡土墙剖面的拟定、排水 设施、沉降缝和伸缩缝。6、岩土工程勘察6.1 岩土工程勘察的任务和内容： 岩土工程勘察等级，不同的建筑场地地质条件不同，存在的工程地质问 题也各异，因此建筑物所采取的地基基础设计方案也可能不同。岩土工程勘察的 分级根据岩土工程的安全等级、场地的复杂程

15、度和地基的复杂程度来划分。 不同 等级的岩土工程勘察因其复杂和难易程度不同，对勘察测试工作、分析计算评价 工作、施工监测控制工作等级等的规模、工作量、工作深度与质量也相应有不同 的要求。岩土工程的重要性等级根据破坏后果分为一级、二级和三级；场地复杂 程度根据其复杂的程度分为一级、二级和三级；地基复杂程度根据复杂的程度分 为一级、二级和三级；岩土工程勘察的等级综合了以上三个方面进行了划分。 勘察的内容，首先进行可行性研究勘察：收集分析所在地的工程地质资 料；进行现场调查，了解场地的地层结构和其他基本情况： 对工程地质条件复杂， 工程资料不符合要求的，可根据具体情况，进行工程地质测绘及必要的勘察工

16、作。 然后进行初步勘察，整理初勘应得的资料，完成所需的主要工作内容。如查明地 质构造，对不良地质现象查明原因等一系列工作。 另外对勘探线、点布置的要求 要落实。最后，进行详细勘察。整理资料，完成所需的主要工作内容，如查明建 筑范围各岩石的资料，对一级建筑物和部分二级建筑物提供地基变形计算参数， 预测建筑物的变形，查明一些埋藏物等。6.2 岩土工程勘察的方法 工程地质测绘和调查 勘察与取样，勘察的方法包括掘探、钻探、触探和物探 4大类。其中钻 探的方法根据钻进方式不同分为回转钻进、冲击钻进、锤击钻进、振动钻进、冲洗钻进。取样是岩土工程勘察中经常性的工作， 是定量评价岩土工程条件和岩土 工程问题必

17、不可少的工作。取样包括岩土样和水样，取样工作贯穿于整个岩土工 程勘察工作的始终，甚至工程运行和检测阶段都要进行岩试样成水样的采取。6.3 岩土工程勘察报告，在岩土工程勘察过程中，通过收集、调查、勘察、室内试样和原位测试，获得了大量的原始资料，对这些资料还应该进行整理、 检 查、分析、归纳和综合，最后以勘察报告书及有关图表形式，形成完整的岩土工 程勘察报告。二、地基处理的基本知识、基本理论和基本方法1、地基处理1.1 地基处理 ground treatment为提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方 法。1.2 地基处理方法1.2.1 分类 : 地基处理的方法很多种：按

18、时间可分为临时处理和永久处理； 按处理深度可分为浅层处理和深层处理； 按土性对象可分为砂性土处理和黏性处 理，饱和土处理和非饱和处理；换填垫层法 换填垫层法是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层， 分层回填强度高， 压缩 性第，性能稳定且无腐蚀性的砂、素土、灰土、工业废渣等材料，并夯实密实， 形成垫层的地基处理方法。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。 应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填 料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法预压法 预压法是在建筑物建筑前，对天然地基或对已设排水体的地基施加预压荷 载，使土体中的孔隙水排出， 逐渐固

19、结， 使地基的沉降在加载预压期间基本完成 或大部分完成， 同时可增加地基土的抗剪强度， 从而提高地基的承载力和稳定性 的地基处理方法。预压法包括堆载预压法和真空预压法。 预压法适用于处理淤泥质土、 淤泥和 冲填土等饱和粘性土地基。顶压法处理地基应预先通过勘察查明土层在水平和竖直方向的分布、 层理变 化，查明透水层的位置、 地下水类型及水源补给情况等。 并应通过土工试验确定 土层的光期固结压力、孔隙比与固结压力的关系、渗透系数、固结系数、三轴试 验抗剪强度指标以及原位十字板抗剪强度等。对重要工程， 应在现场选择试验区进行预压试验， 在预压过程中应进行地基 竖向变形、侧向位移、孔隙水压力、 地下水

20、位等项目的监测并进行原位十字板剪 切试验和室内士工试验。 根据试验区获得的监测资料确定加载速率控制指标、 推 算土的固结系数、 固结度及最终竖向变形等， 分析地基处理效果， 对原设计进行 修正，并指导全场的设计与施工。对堆载预压工程，预压荷载应分级逐渐施加， 确保每级荷载下地基的稳定性， 而对真空预压工程，可一次连续抽真空至最大压力。对主要以变形控制的建筑， 当塑料排水带或砂井等排水竖井处理深度范围和 竖井底面以下受压土层经预压所完成的变形量和平均固结度符合设计要求时， 方 可卸载。对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑， 当地基土经预压而增长 的强度满足建筑物地基承载力或稳定性要求时，方可

21、卸载。强夯法和强夯置换法 强夯法用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性、湿陷性黄土、素填 土和杂填土等地基， 一般均能取得较好的效果。 对于软土地基， 一般来说处理效 果不显著。 强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、 碎石等粗颗粒材料， 用夯锤夯 击形成连续的强夯置换墩。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、 素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘 性土等地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其运用性和处理效果。 强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几 个试验区， 进行试夯或试验性

22、施工， 试验区数量应根据建筑场地复杂程度、 建筑 规模及建筑类型确定。1.2.5 振冲法振动水冲法简称振冲法， 砂土地基通过加水振动可以使之迷失， 振冲法就是 利用这个原理发展起来的地基加固方法， 后来又被用于黏性土层中设置振冲置换 碎石桩。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前 通过现场试验确定其适用性。 不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于 10% 的中砂、粗砂地基。对大型的， 重要的或场地地层复杂的工程， 在正式施工前应通过现场试验确 定其处理效果。1.2.6 挤密法砂石桩法是指采用振动

23、、 冲击或水冲等方式在地基中成孔， 再将碎石、 砂或 砂石挤压入孔中形成砂石所构成的密实桩体， 并和桩周土组成复合地基的地基处 理方法。化学加固法化学加固法是将一定的化学材料 （无机或有机材料） 配成浆液， 用各种机具 将化学液灌入地基土中，使与地基土发生化学变化， 胶凝或固化成新的坚硬物质， 以增加地基强度，降低地层渗透性，降低地基土压缩的一项地基处理技术。使用较多的有单液硅化法和碱液法。 单液硅化法和碱液法适用于处理地下水 位以上渗透系数为0.102.00m/d的湿陷性黄土等地基。在自重湿陷性黄土场 地，当采用碱液法时，应通过试验确定其适用性。对于下列建（构）筑物，宜采用单液硅化法或碱液法

24、：1 、沉降不均匀的既有建（构）筑物和设备基础；2、地基受水浸湿引起湿陷，需要立即阻止湿陷继续发展的建（构）筑物或 设备基础；3、拟建的设备基础和构筑物； 采用单液硅化法或碱液法加固湿陷性黄土地基，应于施工前在拟加固的建（构）筑物附近进行单孔或多孔灌注溶液试验，确定灌注溶液的速度、时间、数 量或压力等参数。灌注溶液试验结束后，隔 710d，应在试验范围的加固深度 内量测加固土的半径， 并取土样进行室内试验， 测定加固土的压缩性和湿陷性等 指标。必要时， 应进行浸水载荷试验或其他原位测试， 以确定加固土的承载力和 湿陷性。对酸性土和已渗入沥青、 油脂及石油化合物的地基土， 不宜采用单液硅化法 和

25、碱液法。水泥粉煤灰碎石桩法 水泥粉煤灰碎石桩法是由水泥、 粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高 黏结强度桩，桩体强度C5C25桩、桩间土与褥垫层共同构成复合地基。水泥粉煤灰碎石桩（CFGS）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固 结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。 水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。 水泥粉煤灰碎石桩复合地草设计时应进行地基变形验算。托换技术托换技术是指解决原有建筑物的地基处理、 基础加固或改建问题， 解决在原 有建筑物基础下修建地下工程， 以及新建工程临近原有建筑物而影响到原有工程 安全等问题的技术总称。主要可分为

26、补救性托换、预防性托换、维持性托换。组合型地基处理 组合型地基处理是指采用两种或两种以上的类型的地基处理方法来处理同 一地基的方法，可达到比单一工法节省造价、缩短工期、提高地基承载力、减少 复合地基的变形或消除地基液化、地基土湿陷等。1.3 地基处理方法的确定宜按下列步骤进行1.3.1 根据结构类型。荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、土 质条件、地下水特征、 环境情况和对邻近建筑的影响等因素进行综合分析， 初步选出几 种可供考虑的地基处理方案，包括选择两种或多种地基处理措施组成的综合处理方案；1.3.2 对初步选出的各种地基处理方案， 分别从加固原理、 适用范围、 预期 处理效果、耗

27、用材料、施工机械、 工期要求和对环境的影响等方面进行技术经济分析和 对比，选择最佳的地基处理方法；1.3.3 对已选定的地基处理方法， 宜按建筑物地基基础设计等级和场地复杂 程度，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工， 并进行必要的测 试，以检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求时，应查明原因，修改设计参数或调整地基处理方法。1.4 处理后的地基1.4.1 经处理后的地基， 当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对本 规范确定的地基承载力特征值进行修正时，应符合下列规定：1.4.1.1 基础宽度的地基承载力修正系数应取零；基础埋深的地基承载力修正系数应取 1.0 。处理后的地基

28、， 当在受力层范围内仍存在软弱下卧层时， 尚应验算下卧层的 地基承载力。对水泥土类桩复合地基尚应根据修正后的复合地基承载力特征值， 进行桩身 强度验算。1.4.2 按地基变形设计或应作蛮形验算且需进行地基处理的建筑物或构筑 物，应对处理后的地基础进行变形验算。1.4.3 受较大水平荷载或位于斜坡上的建筑物及构筑物， 当建造在处理后的 地基上时，应进行地基稳定性验算。1.4.4 施工技术人员应掌握所承担工程的地基处理目的、 加固原理、 技术要 求和质量标准等。 施工中应有专人负责质量控制和监测， 并做好施工记录。 当出 现异常情况时，必须及时会同有关部门妥善解决。施工过程中应进行质量监理， 施工结束后必须按国家有关规定进行工程质量检验和验收。1.4.5 复合地基载荷试验应符合本规范附录 A 的规定。对于现行国家标准建筑地基基础设计规范 GB 50007 规定需要进 行地基变形计算的建筑物或构筑物， 经地基处理后， 应进行沉降观测， 直至沉降 达到稳定为止。2、特殊土的地基2.1 湿陷性黄土地基： 在湿陷性黄