土力学地基基础

1、 土力学地基基础 1.地基的定义和分类 地基是承受建筑物荷载的地层，地基分类：按地质情况分分为土基和岩基，按设计施工分分为天然地基和人工地基。2.基础的定义与地基接触并将上部各种荷载传递给地基的结构组成部分。 其作用是将上部结构荷载扩散，减少应力强度传给地基。3.地基与基础设计中必须满足两个技术条件 A地基的强度条件：要求建筑物地基保持稳定，不发生滑动破坏，必须有一定的地基强度安全系数。 B地基的变形条件：要求建筑物地基的变形不能大于地基变形允许值。5地下水的分类 地下水按埋藏条件不同可分为三类： a上层滞水：积聚在局部隔水层上的水称为上层滞水 ，这种水靠雨水补给，有季节性，上层滞水范围不大，

2、存在于雨季，旱季可能干涸； b潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水称为潜水，自由水面为潜水面，水面的标高称为地下水位。地面至潜水面得铅直距离hw为地下水的埋藏深度。潜水由雨水和河水补给，水位也有季节性变化。C承压水：埋藏在两个连续分布的隔水层之间完全充满的有压地下水称为承压水，它通常存在于砂卵石层中。砂卵石层呈倾斜状分布，在地势高处砂卵石层水位高，对地势低处产生静水压力。6.地下水的运动 A达西定律： Q/t=q=kFh/L=kFi q/F=v=ki 式中 v渗透速度，cm/s k土的渗透系数，cm/s i水力坡降i=h/LB地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土

3、体可被水透过的性质称为土的渗透性。7.土的三相组成 A 土的三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成（即固相、液相和气相）。土中的固体矿物构成土的骨架，骨架之间存在大量孔隙，孔隙中充填着水和空气。 B 固体+气体（液体=0）为干土。此时粘土呈坚硬状态。 固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态。 固体+液体（气体=0）为饱和土。8.土的结构 A定义：土颗粒之间的相互排列和联结形式称为土的结构。 B种类：（1）单力结构：凡粗颗粒土（如卵石和砂土等），在沉积过程中，每一个颗粒在自重作用下单独下沉达到稳定状态;(2)蜂窝结构：当土颗粒较细（粒径在0.02mm以下）时，在水中单个下沉，碰到已沉

4、积的土粒，因土力之间的分力引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引不在下沉，依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构；(3)絮状结构（二级蜂窝结构）：那些粒径极细的粘土颗粒（粒径小于0.005mm）在水中长期悬浮，这种土粒在水中运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链环状得土集粒，质量增大而下沉，当一个小链环碰到另一个小链环时相互吸引，不断扩大形成大链环，称为絮状结构。因为小链环中已有孔隙，大链环中又有更大孔隙，形象的称为二级蜂窝结构。9.土的粒径级配的判断A.工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分比来表示，称为土的粒径级配。这是决定无粘性土的重复指标，是粗粒土的分类定名的标准。B确定方法：

5、（1）筛分法，（2）水分法。C粒径级配曲线上：纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径d60称为限定粒径；与的比值称为不均匀系数CU 即 CU=d60/d10 不均匀系数CC为表示土颗粒组成的重要特性。当CC很小时曲线很陡，表示土均匀；当很大时曲线平缓，表示土的级配良好。曲线系数CC为表示土颗粒组成的又一特征，即 CC=(d30)2/d10.d60 d30粒径级配曲线上纵坐标为30%所对应的粒径。（1） 对于级配连续的土，CU>5，级配良好；CU.<5,级配不良。（2） 对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状。则需同时 满足Cu>5和Cc13两

6、个条件时，才为级配良好，反 级配不良10.土的物理性质指标计算 （1）土的密度p和土的重度：A. p =土的总质量土的总体积=m/v;/m3或g/cm3 B. 为单位体积土所受的重量，即=pg=9.8p10p,Kn/m3(2)土粒比重GS（ds）:物理意义：土中固体矿物的质量与同体积4的纯水质量的比值。表达式： Gs=固体颗粒的密度/纯水4时的密度=ms/Vs/pw(4)(3)土的含水率w：物理意义：土的含水率表示土中含水的质量，为土体中水的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。表达式：w=水的质量/固体颗粒质量=mw/ms×100(4)土的孔隙比e:物理意义：土的孔隙比为土中孔隙

7、体积与固体颗粒的体积之比。表达式: e =孔隙体积/固体颗粒体积=Vv/Vs=VwVa/Vs(5)土的孔隙度（孔隙率）n:物理意义：土的孔隙度是用以表达孔隙体积含量的概念，为土中孔隙占总体积的百分比。表达式：n =孔隙体积/土体总体积= Vv/V×100=VV/VsVv×100%=e/1e(6)土的饱和度Sr：物理意义:土的饱和度表示水在孔隙中充满的程度。表达式： Sr =水的体积/孔隙体积=Vw/Vv Sr=01(7)土的干密度pd和土的干重度d:物理意义：土的干密度为单位土体体积干土的质量g/cm3.土的干重度为单位土体体积干土所受的重力，即d=pdg=9.8pd10p

8、dKn/m3;表达式：pd =固体颗粒质量/土的总体积=ms/v(8)土的饱和密度psat和土的饱和重度sat：物理意义：土的饱和密度为孔隙中全部充满水时，单位土体体积的质量。土的饱和重度为孔隙中全部充满水时，单位土体体积所受的重力，即sat=psatg=9.8psat10psatkn/m3;表达式： psat =孔隙全部充满水的总体积/土体总体积=msmwVaPw/V(9)土的有效重度(浮重度)：物理意义：土的有效重度为地下水位以下，土体单位体积所受重力再扣除浮力。表达式： =sat-w（10）土的物理状态指标：无粘性土的密实度：A无粘性土如砂、卵石均为单粒结构，它们最重要的物理状态指标，为

9、密实度。B划分密实度的标准为：用孔隙比e为标准:用一个指标判断砂土的密实度，同一种土，密砂的孔隙比e1，松砂的孔隙比e2，则必然 e1<e2 以相对密度Dr为标准:用天然孔隙比e与同一种砂的最松状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比，看靠近emax还是靠近emin，以此来判断它的密实度，即相对密度法。相对密度：Dr=emax-e/emax-emin 以标准贯入实验N为标准：标准贯入实验，是在现场进行的一种原位测试。（p54） 粘性土的物理状态指标：A稠度：土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力，即稠度。粘性土的稠度，反映土粒之间的连接强度随着含水率高低而变化的性质。

10、B 液限wL（%）: 定义：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水率称为液限。测定方法:a锥式液限法b碟式液限法。 塑限wP：定义：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水率为塑限。测定方法：a滚搓法b液、塑限联合测定法 缩限ws：定义：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水率称为缩限。测定方法：用收缩皿法。 塑性指数Ip：物理意义：细颗粒土体处于可塑状态下，含水率变化的最大区间。一种土的与之间的范围大，即大，表明该土能吸附结合水多，但仍处于可塑状态，亦即该土粘粒含量高或矿物成分吸水能力强。定义： Ip=（wL-wp）×100 （作为细粒土工程分类的依据） 工程应用：用塑性指数作为粘性土与粉土定名的

11、标准。 液性指数：物理意义：液性指数又称相对稠度，是将土的天然含水率w与wL及wP相比较，以表明w是靠近wL还是靠近wP，反映土的软硬不同。定义： IL=w-wP/wL-wp =w-wP/IP 工程应用:据液性指数IP大小不同，可将粘性土分为5中软硬不同的状态。当时w<wP，公式分子为负值，IL0,土呈坚硬状态。当时w>wL，公式的分子大于分母，即IL>1，土处于流塑状态。IL=01之间为塑态，可分为4等分，靠近坚硬的为硬塑，靠近流塑的为软塑，中间为可塑状态。 活动度A：定义：粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值，称为活动度A，即A=IP/m(式中 m土中胶粒d<

12、0.002mm含量百分比数.物理意义：活动度反映粘性土中所含矿物的活动性，根据活动度的大小粘土可分为3种: A<0.75不活动粘土; 0.75<A<1.25正常粘土;A>1.25活动粘土。 IL>1.0 0.75<IL1 0.25<IL0.75 0<IL0.25 IL<0 液性指数 流 塑 软 塑 可 塑 硬 塑 坚 硬状 态 灵敏度St：定义:粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土<保持含水率与密度不变>的无侧限抗压强度的比值，称为灵敏度，即 St=qu/qu;物理意义：灵敏度反映粘性土结构性的强度。根据灵敏度

13、得数值大小粘性土可分为3类土：St>4高灵敏度;2<St4中灵敏度;St2低灵敏度。工程应用：A保护基槽 B利用触变性（当粘土结构受扰动时，土的强度就降低。但静置一段时间，土的强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。）Ø (11)地基土的分类：土的分类是建筑、道路、桥梁工程勘察与设计的前提，是工程勘测评价的基本内容。土的工程分类原则：土的工程分类是把不同的土分别安排到各个具有相近性质的组合中去，其目的是为了人们有可能根据同类土已知的性质去评价其工程特性。土的分类依据：影响土的工程性质的三个主要因素是土的三相组成、土的物理状态和土的结构。起主要作用的是三相组成，三相组成中最

14、重要的又是固体颗粒。土的分类标准，各行业的分类标准有差异。如建筑物地基基础基础设计规范是把土分成岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。漂石、块石土岩石 粗粒土细粒土碎石土砂土粉土粘性土人工填土卵石、碎石圆砾、角砾砾砂粗砂中砂细砂粉砂粘土粉质粘土碎石土的分类：碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50的土。Ø 碎石土的分类粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的50圆形及亚圆形为主棱角形为主圆砾角砾粒径大于20mm的颗粒含量超过总质量的50圆形及亚圆形为主棱角形为主卵石碎石粒径大于200mm的颗粒含量超过总质量的50圆形及亚圆形为主棱角形为主漂石块石粒组含量颗粒形状土的名称碎石土的密实度 密实中密稍密松散密实度N63.5 >2010< N63.5205< N63.510N63.55重型圆锥动力触探锤击数N63.5（11）土的侧限压缩性指标：固结度：土的固结过程中某一时间t的固结沉降量s1与固结稳定的最终沉降量s之比。 1）当t=0时， st=0，则Ut=0，即固结完成0%；（MPa-1）epe-p曲线pee0M2M1e2e1p2p1压缩曲线2）当固结稳定时， st=s,则Ut=1，即固结基本上达到10