土力学与地基基础

1、1土力学与地基基础复习课201506102第六章 土的抗剪强度和地基承载力6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件6.2 抗剪强度指标的确定6.3 无粘性土的抗剪强度6.4 土的抗剪强度的影响因素6.5 地基的临塑荷载和塑性荷载6.6 地基的极限荷载3工程中地基土的强度问题：建筑工程荷载作用于地基土，试验证明：地基土的破坏属剪切破坏，而不是被压坏。在外荷载的作用下，土体中任一截面将同时产生法向应力和剪应力，其中法向应力作用将使土体发生压密，而剪应力作用可使土体发生剪切变形。因此，土体强度表现为：一部分土体相对与另一部分土体的滑动，滑动面上剪应力超过了极限抵抗能力抗剪强度。地基的强度实际是土的抗剪强度

2、土体抵抗外荷载所产生的剪应力的极限能力。4库仑公式根据剪切试验粘土cff =c+ tan 内摩擦力f：土的抗剪强度，kPa；：破坏面上的法向应力， kPa；c：土的粘聚力，kPa；：土的内摩擦角，和 c称为土的抗剪强度指标， 5土中一点的应力状态土体内一点处不同方位截面上应力的集合：剪应力 、法向应力 是微单元体面与大主应力作用平面摩尔圆上各点的坐标表示了该点在相应面上的正应力和剪应力。6极限平衡条件：土体处于极像平衡状态(=f )时，主应力1、3与抗剪强度的指标 c、关系式。剪破面并不产生于最大剪应力面，而是与最大剪应力面成45+ / 2的夹角的面上，土的剪切破坏并不是由最大剪应力max所控

3、制 。土的极限平衡条件（2）计算法：设刚破坏时大、小主应力分别为 ，可运用极限平衡条件算得，然后比较：73= 常数：11f 破坏状态Oc1f311强度线1= 常数：33f 弹性平衡状态3=3f 极限平衡状态33f 破坏状态判定受力土体是否破坏的方法（已知1、3、 c）8一、直剪试验优点：设备简单，操作方便； 结果便于整理； 测试时间短缺点： 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱面剪切破坏； 剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象； 在剪切过程中， 土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算； 试验时不能严格控制排水条件，不能

4、量测孔隙水压力、在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，特别对于饱和粘粘性土。由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著，故试验结果不够理想。二、三轴压缩试验 3 3 3 3 3 39 抗剪强度包线c优点：试验中能严格控制试样排水条件，量测孔隙水压力，了解土中有效应力变化情况试样中的应力分布比较均匀。 缺点：试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂； 试验在2=3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符 。三、无侧限抗压强度试验ququ无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏。试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力q

5、u，称为无侧限抗压强度 。10地基荷载、地基的破坏形式及地基承载力（1）根据地基变形与破坏的不同阶段，可将上部荷载分为临塑荷载pcr 、临界荷载p1/4、p1/3与极限荷载pu；p1/4、p1/3 ：地基中的塑性剪切变形区向下发展b/4或b/3深度所对应的基底压力荷载。（2）地基土的有三种破坏型式，整体、局部与冲剪破坏；（3）地基承载力地基所能承受荷载的能力临塑荷载、临界荷载可直接作为地基承载力值，将极限荷载除以安全系数也可作为地基承载力值。地基承载力的取值不是固定的。1112第7章 土压力与土坡稳定第二节静止土压力第三节朗金土压力理论第四节库仑土压力理论第五节挡土墙的设计第六节土坡稳定分析1

6、31、静止土压力E0：墙本身不发生任何位移（移动和转动）和变形，土处于弹性平衡状态，墙背所受的土压力。2、主动土压力Ea：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态，墙背所受的土压力。3、被动土压力Ep：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态，墙背所受的土压力。摩擦力方向摩擦力方向14第二节 静止土压力H/3任意深度Z处的静止土压力强度计算模型：可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态进行计算。取单位墙长(1m)，总静止土压力：静止土压力系数单位：kPa（kN/m2）单位：kN/m15第三节 朗肯土压力理论适用前提条件：墙为刚体；墙背直立；光滑；墙后填土面水平，并延伸至无穷远。刚体直立、光滑

7、水平，并延伸至无穷远当挡土墙分别远离（向着）填土方向位移，使墙后土体达到极限平衡，形成剪裂滑动面时；墙背所受的土压力分别为主动土压力（被动土压力）。16一、主动土压力代入令：无粘性土：粘性土：17二、被动土压力令：无粘性土：粘性土：hp（一）当填土面有均布荷载时的土压力计算：18三、几种情况下的土压力计算Ea填土面有均布荷载的土压力计算若为粘性土：无粘性土：（二）成层填土CBAg1 f1 c1g2 f2 c2h2h1朗肯理论B1920gwh2水压力CBg fg fh2h1B土压力Kagh1Ka (gh1+g h2)（三）墙后填土有地下水水土分算：针对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土砂土Ew

8、Ea21CBg fg fh2h1B土压力Kagh1水土合算：针对地下水位以下的粘性土、粘质粉土。黏土Ka(gH1+gsat H2)Ea22计算土压力步骤求土压力系数Ka， Kp求各分界点土压力强度求土压力值（面积） Ea， Ep求作用点位置z23第四节 库伦土压力理论研究方法：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。（为平面问题）基本假定：墙后填土是理想散粒体（c=0）填土表面倾斜与水平成角；墙背俯斜、倾角为；墙背粗糙、有摩擦力，墙与土之间的摩擦角为，滑动破坏面为通过墙踵的平面。破坏土楔为刚体。1、主动土压力2、被动土压力 与 有关。24朗肯理论

9、与库伦理论比较1、基本假定：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散粒体（c=0）。2、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算公式。3、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。 4、朗肯土压力理论和库仑土压力理论，以不同的分析方法计算土压力，在特殊情况下（ =0， =0， =0）两种理论计算结果相同，否则将得到不同结果。 25挡土墙的稳定性验算：包括抗倾覆和抗滑移验算；（一）倾覆

10、稳定性验算（二）滑动稳定性验算1.61.326第9章 浅基础设计第一节概述第二节浅基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基承载力特征值第五节基础底面尺寸的确定第六节地基变形验算第十节减轻不均匀沉降损害的措施27第9章 浅基础设计9.1 概述地基基础设计是建筑结构设计的重要内容之一，与建筑物的安全和正常使用有密切关系。设计时必须根据上部结构的使用要求、建筑物的安全等级、上部结构类型特点、工程地质条件和水文地质条件，以及施工条件、造价和环境保护等各种条件，合理选择地基基础方案，因地制宜，精心设计，以确保建筑物的安全和正常使用，力求做到使基础工程安全可靠、经济合理和施工方便。28地基：分天然地基

11、和人工地基天然地基：在基础上直接建造，未经处理；人工地基：不满足建造要求，经过处理后再建造基础。在天然地基上，埋置深度d5米的一般基础（独立基础或墙下条形基础）以及埋置深度虽超过5米，但埋深d基础宽度b的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基浅基础。基础：分浅基础和深基础优先使用天然地基浅基础：施工简单、造价低29地基基础设计方法方法：采用以概率理论的极限状态设计方法。满足下列要求：地基承载力要求地基变形pk基础底面的平均压力值，kPa ；fa修正后的地基承载力特征值，kPa。s建筑地基的变形值；s建筑地基的允许变形值。9.2 浅基础类型按材料类型分类无筋扩展基础（刚性基础）钢筋混凝土基础（

12、柔性基础）抗压好，抗拉、抗剪差刚性基础要求：限制台阶宽高比不超过允许值，（材料刚性角的正切值）抗压、抗弯、抗剪性能都好bi刚性基础一级台阶宽度；hi相应bi的台阶高度； 刚性基础台阶宽高比允许值与基础选用的材料有关。319.3 基础埋置深度的选择基础埋深选择的原则：在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩地基外，最小埋深不小于0.5米。基础顶面应底于设计外地面0.1m以上，以避免基础外露。329.4 地基承载力特征值的确定地基承载力：地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。分未修正的地基承载力特征值 fak 和修正后的地基承载力

13、特征值 fa 。一、规范推荐法 fa 建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)当适用于e 0.033b，规范推荐：r ：基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；m：基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度； b大于6m按6m考虑；对于砂土，b小于3m按3m考虑。33二、按地基载荷试验确定地基的承载力特值fa修正后的地基承载力特征值；fak地基承载力特征值；b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查表9-9；基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3。m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度； d基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。b基础底

14、面宽度（m），当基宽小于3m按3m考虑，大于6m按6m考虑；承载力特征值的修正：349.5 基础底面尺寸的确定在进行基础设计时，一般先确定基础埋深再确定基础底面尺寸。选择底面尺寸应满足地基承载力要求，包括持力层和软弱下卧层的承载力验算；对于部分建（构）筑物，还需考虑地基变形的影响，验算建（构）筑物的变形特征值，并对基础底面尺寸做必要的调整。持力层：在地基基础设计时，直接承受基础荷载的土层软弱下卧层：持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层35地基变形验算要求地基沉降变形的某一特征值s不超过允许值S：沉降变形特征值包括：1、沉降量一般指基础中点的沉降量2、沉降差相邻两基础的沉降量之差3、倾斜基础

15、倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比4、局部倾斜承重砌体沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离之比减轻建筑物不均匀沉降危害的措施：从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，选择合理的建筑、结构、施工方案和措施。36第10章 桩基础第一节 概述第二节 桩的分类和质量检验第三节 单桩轴向荷载的传递第四节 单桩竖向承载力的确定第五节 桩基础验算第六节 桩基础设计37第十章内容回顾深基础：是埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础，其作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层，而不像浅基础那样，是通过基础底面把所承受的荷载扩散分布于地基的浅层。深基础主要有桩基础、沉井、地下连续墙等工法。桩基

16、础是应用最为广泛的一类深基础。桩是设置于土中的竖直或倾斜的柱型基础构件，它与连接桩顶和承接上部结构的承台组成深基础，简称桩基。桩所承受的轴向荷载是通过作用于桩周土层的桩侧摩阻力和桩端地层的桩端阻力来支承的；而水平荷载则依靠桩侧土层的侧向阻力来支承。38钢筋混凝土桩：分预制桩和灌注桩。优点：设备简单，操作方便，经济，节省钢材；灌注桩缺点：可能会产生“缩颈”、“断颈”、“错位”等质量事故。39分类按受力情况：1、摩擦型桩：桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担的桩，又分摩擦桩、端承摩擦桩两种。2、端承型桩：桩顶荷载主要由桩端摩阻力承担的桩，又分端承桩、摩擦端承桩两种。40第三节 单桩竖向荷载传递一、单桩荷载

17、传递土对桩的支承力由桩侧阻力qs和桩端阻力qP组成。qsQqP二、负摩阻力桩、土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。 1、 负摩阻力产生机理：桩周土的沉降量桩的下降量2、定义：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。413、可能出现负摩阻力的情况地表大面积堆载或新填土桩穿过欠固结土，支承于坚硬土层地下水位下降，引起地面下陷湿陷性黄土浸水后产生湿陷打桩时使已设置的邻桩抬升4、中性点桩、土位移相等，qs=0的分界点；其上，为负摩阻力；其下，为正摩阻力。42第15章内容复习作为建筑材料修建构筑物；作为建筑物地基支撑建筑物；作为建（构）筑物的场地环境。1 绪论1、土的

18、三大工程用途2、三大工程问题强度问题；变形问题；渗透问题。43（4）地基：支撑建筑物荷载、且受建筑物影响而发生物理力学性质可感变化的那一部分地层。其作用是承受建筑物基础传来的荷载。当地基由两层以上土层组成时，地基土层分持力层、下卧层。（5）地基的分类：1）天然地基：2）人工地基。（6）按基础埋深将基础可分为： 1）浅基础；2）深基础。（7）地基基础设计需满足的基本条件：强度条件：基底压力与地基承载力关系式： Pk fa变形条件：地基变形s与变形容许值的s 的关系式：ss基础的设计和施工，应该从地基-基础-上部结构相互作用的整体概念出发，全面加以考虑，才能收到理想的效果。442.5 地下水渗流破

19、坏的常见类型流砂产生条件：当水力梯度足够大时，渗透力（地下水渗流对土单位体积内的骨架产生的作用力）大于等于饱和砂土的有效重度，土体颗粒同时发生悬浮、随水流动产生流沙。流砂防治关键是控制溢出处的水力梯度：减小水头压、增长渗径、平衡渗流力。具体措施如土层加固处理，上游做防渗帷幕、水平防渗铺盖；下游加透水盖重。当土中渗流的水力梯度小于临界水力梯度时，虽不致流砂现象，但土中小颗粒仍有可能穿过孔隙被渗流带出，长时间后会引发管涌现象。45第三章土的物理性质及工程分类颗粒级配：土粒的大小及其组成情况，以土中各个粒组的相对含量（指土样各粒组的质量占土粒总质量的百分数）来表示。特征粒径: d50 : 平均粒径

20、d60 : 限制粒径d10 : 有效粒径 d30: 中值粒径常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc来反映土颗粒级配不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10连续程度：Cc = d302 / (d60 d10 )粗细程度： 用d50 表示 46土的结构性：天然土的结构受到扰动影响而改变的特性。当受到外来因素的扰动时，土体强度降低和压缩性增大。土的灵敏度：是指原状土的强度与同一土样经重塑（完全扰动但含水量不变）后的强度之比。土的灵敏度表征了试样特别是粘性土的结构性，土体灵敏度越高，结构性越强，应尽量少扰动。471.室内测定的三个基本物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量 3.2 土的物理性

21、质指标土的密度：单位体积土的质量单位: kg/m3 或 g/cm3土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。土粒比重：土粒的密度与4C时纯蒸馏水密度的比值，ds或Gs。单位: 无量纲48表示土的密度和重度的指标2. 其它常用的物理性质指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙率(孔隙度)表示土中含水程度的指标饱和度以百分数计49无粘性土的密实度单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量的多少相对密实度缺点：e、emin、 eman难以准确测定，结果离散性较大塑性指数反映土体吸附弱结合水的能力：粘性土的塑性指数和液性指数相对稠度，用液性指数IL表示：去百分号指黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑

22、性指数之比，为一个比值。50自重应力由土体自身重量在地基内所产生的应力。附加应力由外荷（静的或动的）引起的土中应力。1、土中的应力分为两种：建筑物修建之前已经存在，也称为初始应力建筑物修建之后的在自重应力基础上增加的应力4 地基中的应力4.1 土的自重应力均匀一致各向同性体(土层性质变化不大时)线弹性体（应力较小时）连续介质（宏观平均）2. 土的应力-应变关系的假定 碎散体非线性弹塑性成层土各向异性51竖直方向：水平方向本课程中所有计算均可取g=10m/s2地下水位以下的土：52自重应力的分布规律：自重应力分布线的斜率是容重；在土层分界面处和地下水位处发生转折；均质地基成层地基自重应力可以用该

23、方程统一表示：53A、eL/6， 应力呈梯形分布（2）偏心荷载下的基底压力B、eL/6，应力呈三角形分布C、eL/6， 应力重新分布（1）矩形面积中心荷载F 作用在基础上的竖向力设计值(kN)； G 基础自重设计值及其上回填土重标准值的总重(kN)；G=GAd , 其中G为基础及回填土之平均重度，一般取20kN/m3。d为基础埋深，从设计地面或室内外平均地面算起。A为基底面积。4.2 基底压力1、基底压力简化计算54基底附加压力p0：由于建筑物荷载，在基础底面处增加的压力。基底平均压力设计值，kPa基底土自重应力标准值，kPa一般天然土层在自重作用下的变形早已结束，因此只有基底附加压力才能引起

24、地基的附加应力变形。2、基底附加压力554.3 地基附加应力1、单个竖向集中力下的地基附加应力 采用J.布辛奈斯克解：集中力作用下地基的附加应力系数；P作用于坐标原点O的竖向集中力；Z计算点与集中力P的垂直距离。2、多个集中力共同作用时分别以各集中力作用点为坐标原点，求出每个集中力单独作用时在计算点M处引起的附加应力，最后叠加即可得解。563、均布矩形荷载(a)(b)(c)(d)(a)o点在荷载面边缘(b) o点在荷载面内 (c) o点在荷载面边缘外侧(d) o点在荷载面角点外侧p0为基底附加压力，并不是基底压力！l为长边，b为短边，z为角点下的深度！57荷载下地基中附加应力的分布规律：(1)

25、 在离基底不同深度处各个水平面上，以基底中心点下轴线处最大，随着距离中轴线愈远愈小；(2) 在荷载分布范围内之下沿垂线方向的任意点，随深度愈向下附加应力愈小。(3) 地基附加应力的扩散分布性；应力不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积以外相当大的范围内。585 土的压缩性和地基沉降5.1 土的压缩性侧限压缩试验Vs=1Vs=1pH0HVv0=e0Vv=es01002003004000.60.70.80.91.0ep(kPa)59压缩系数，kPa-1，MPa-1三大压缩性指标(1)压缩系数a为统一标准，采用a1-2作比较土的压缩性大小ep01002003004000.60.70.80.91.0p(kPa)e p 曲线60e lgp 曲线压缩指数，无量纲指标：10010000.60.70.80.9eCc1lgp(2)压缩指数Cc61(3)侧限压缩模量Es土体在完全侧限条件下，竖向附加应力与相应的应变增量之比。kPa 或 MPa压缩模量Es与压缩系数a成反比。Es越大，a就越小，土的压缩性也就越低。625.2 应力历史与土的压缩性的关系e p 曲线：回弹曲线的割线斜率：回弹压缩系数压缩系数1、土的回弹与再压缩曲线e lgp 曲线：回弹指数Ce 1：超固结O