付红梅《土力学与地基基础》PPT

1、土力学与地基基础刘晶2014-2015学年第二学期自我介绍刘晶2000-2004 沈阳建筑大学 理学学士2004-2007 重庆大学 工学硕士，20082012 英国雷丁大学（UNIVERSITY OF READING）工学博士2012-2013 英国雷丁大学（UNIVERSITY OF READING）芬兰阿尔托大学（AALTO UNIVERSITY） 联合博士后英国皇家建筑设备工程师协会（CIBSE）会员三峡库区生态环境教育部重点实验室客座研究员（Visiting Fellow）中国绿色建筑与节能委员会青年委员会会员课程介绍1、内容 土力学部分：任务1-任务7 土力学的基本原理 地基基础部

2、分：任务8-任务15 桥涵基础的类型、设计和施工2、教学安排 1-18周，72学时， 理论实验实训3、考试 出勤20%、平时作业30%、考试50%任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识土的形成地壳表面完整坚硬的岩石经过风化、剥蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒，在经过水流、风力、重力和冰川等作用的搬运，在适当的条件下，沉积成各种类型的土。土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识土的形成 风化作用（1）物理风化

3、：量变；不改变土的矿物成分，产生颗粒较粗的土，颗粒间无黏结作用，为无黏性土；（2）化学风化：质变；土的矿物成分发生改变，长生颗粒较细的土，颗粒间有黏结作用，为黏性土；（3）生物风化：同时具有物理风化和化学风化的作用。 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识2. 土的组成土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒（固相）、水（液相）和气（气相）所组成的三相体系。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒 指标：固体颗粒粒径大小；各粒径颗粒在土中所占的百分比；固体

4、颗粒的矿物成分；颗粒的形状 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念 a）自然界中土粒粒径：0.005mm200mm b）原因：土的矿物成分； 土所经历的风化和搬运过程 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念 c）重要概念：i）粒度：颗粒粒径的大小； 引起土的物理性质变化 ii）粒组：粒度相近的颗粒合为一组； 同粒组的土，物理性质相近 iii）颗粒级配：各粒组的质量占干土土样总质量的百分比。 土中各粒组的相对含量 影响土（特别是无黏性

5、土）的工程性质（主因） 常用来作为土的分类和定名的标准 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒（1）颗粒大小分析的相关概念 土中颗粒大小分析方法：a）筛析法 b）密度计法 c）移液管法 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒（2）筛析法介绍 重点掌握操作步骤 分析筛与振筛机任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒（2）筛析法分析土粒大小举例 风干土质量1000g 小于 小于0.1mm的土质量百分数1.8%2mm筛上土质量403g 小于2

6、mm的土质量百分数59.7%2mm筛下土质量597g 细筛分析时所取土样质量100g编号孔径mm累计留筛土质量g小于该孔径的土质量g小于该孔径的土质量百分数小于该孔径的土占总质量百分数11010090090.090.02719580580.580.53528072072.072.04240359759.759.75128.371.771.742.860.560.739.339.323.570.2592.37.77.74.680.1973.03.01.8底盘总计3某土样颗粒大小分析试验的筛析结果纪录任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒b.

7、颗粒级配曲线法i）横坐标粒径（用对数比例尺） 纵坐标小于某粒径的土质量 百分比（普通比例尺）ii）曲线平缓土中各种粒径的土粒 都有，颗粒不均匀，级配良好； 曲线陡峭土粒较均匀，级配不良 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-1 土的形成与组成 一、理论知识3. 土中的固体颗粒c. 级配指标i）不均匀系数： 当Cu=5且Cc=/13，则级配良好； 当Cu=0.673050松散稍松0.33=Dr0.259中密0.67Dr0.331029极松Dr0.22任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 粉土的物理状态i）空隙比（反映密实度）：密实、中密合稍密 孔隙比e

8、密实度e0.75密实0.75=e0.9稍密任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 粉土的物理状态i）含水率（反映湿度）：稍湿、湿和很湿 含水率w密实度w20%稍湿20%=w30%很湿任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 黏性土的物理状态黏性土最重要的物理状态特征是它的稠度。稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。黏性土的随着含水率的增大强度明显降低。 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 黏性土的物理状态（1）界限含水率a）按其含水率的不同，黏性土的状态分

9、别为：固态、半固态、可塑状态和流动状态。b）黏性土由一种状态转入另一种状态时的分界含水率称为界限含水率。c）可塑状态转为流动状态的界限含水率称为液限，用wl表示d）由半固态转为可塑状态的界限含水率称为塑限，用wp表示 缩限ws流动状态可塑状态半固态固态含水率w液限wl塑限wp任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 黏性土的物理状态（2）液限与塑限的测定a）塑限：搓条法b）液限：平行锥式液限仪c）液、塑限：液、塑限联合测定仪 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 黏性土的物理状态（3）液性指数与塑性指数a）塑性指数

10、描述黏性土可塑程度的指标。用含水率变化范围来衡量。这个范围（从液限到塑限）称为塑性指数。塑性指数越大，土的可塑性越好。塑性指数是黏性土分类的重要标注之一。 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、理论知识1. 黏性土的物理状态（3）液性指数与塑性指数b）液性指数土的天然含水率与塑限的差除以塑性指数称为液性指数。液性指数是划分黏性土软硬程度的物理性质指标。液性指数越大，土质越软。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-3 土的物理状态指标 一、任务实施任务1:某砂土试样，试验测定土粒相对密度Gs=2.7，含水率w9.43%，天然密度p1.66gcm3。已知砂样求此砂土的

11、相对密度Dr，并判断砂土所处的密实状态。解1: 砂土在天然状态下的空隙比砂土最小空隙比砂土最大空隙比相对密实度经查表1-8可知：该砂土处于中密状态任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的结构a）土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排列及联结的特征。b）土的特征是在成土过程中逐渐形成的。c）土的结构对土的工程性质有重要影响。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的结构入的结构按其颗粒的排列和联结可分为三种类型。（1）单粒结构a）碎石土和砂土的结构特征。b）特点：土粒间没有联结存在，或连结非常微弱，可以忽略

12、不计。c）单粒结构的紧密程度取决于矿物成分、颗粒形状、粒度成分和级配的均匀程度。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的结构入的结构按其颗粒的排列和联结可分为三种类型。（2）蜂窝结构a）粉粒为主的土的结构特征。b）土粒的引力相对自重而言 已经足够大。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的结构入的结构按其颗粒的排列和联结可分为三种类型。（3）絮状结构a）黏性土颗粒特有的结构。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的结构以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状其次，絮状结

13、构最差。 强度低，压缩性大，不可用作天然地基。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的构造a）指土体中各结构单元之间的关系；b）分类：层理构造；分散构造；结核状构造；裂隙构造；c）层理构造：细粒土的一个重要特征； 分散结构：土层中土粒分布均匀，性质相近； 结核状构造：细粒土中掺有粗颗粒或各种结核； 裂隙构造：因土体被各种成因形成的不连续的小裂隙切割而成的一种构造。裂隙将破坏土的整体性，增大透水性，对工程不利。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-4 土的结构与构造 一、理论知识1. 土的特性易压缩、易被水渗透、颗粒间易发生相对剪切位移等特性。任务1

14、土的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 一、理论知识1. 岩石a）按其坚硬程度、软化度和抗风化能力分类；b）当岩石中所含的特殊成分影响岩石的工程地质性质时，应定为特殊性岩石；c）岩石坚硬程度的定量划分，采用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）指标。岩石单轴饱和抗压强度RcMpaRc6060=Rc3030=Rc1515=Rc5Rc=5坚硬程度极硬岩硬岩较软岩软岩极软岩岩石的划分任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 一、理论知识2. 碎石类土a）指粒径大于2mm的、颗粒质量超过全部质量50%的非黏性土；b）根据碎石类土的粒径大小和含量进行分类；c）先按表1-16的粒径将颗粒分

15、组，然后再按表中排列次序由上自下核对，最先符合条件者，即为这种土的名称。土的名称颗粒形状土的颗粒级配漂石土浑圆或圆棱状为主 粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%块石土尖棱状为主卵石土浑圆或圆棱状为主粒径大于20mm的颗粒超过总质量的50%碎石土尖棱状为主圆砾土浑圆或圆棱状为主 粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%角砾土尖棱状为主碎石类土的划分任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 一、理论知识3. 砂类土a）指干燥时呈松散状态、粒径大于2mm的、颗粒质量不超过全部质量50%、塑性指数Ip不大于3的土；b）根据砂类土的粒径大小和含量进行分类；c）先按表1-17的粒径将颗

16、粒分组，然后再按表中排列次序由上自下核对，最先符合条件者，即为这种土的名称。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 一、理论知识4. 粉土a）塑性指数Ip10且粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过全部质量50%的土；b）性质介于砂土和黏性土之间。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 一、理论知识5. 黏性土a）按照土的塑性指数Ip进行划分土的名称塑性指数Ip粉质黏土10Ip17黏性土的划分任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 一、理论知识6. 特殊土a）黄土；b）红黏土；c）膨胀土；d）软土；e）盐渍土；f）冻土；g）填土。任务1 土

17、的物理与工程性质的认知任务1-5 土的工程分类 二、任务实施任务：任取烘干后的5kg土样筛析，其结果如下，确定土样的名称。筛孔直径20.50.250.10.1(底盘)总计留在每层筛上土粒质量kg0.300.851.501.550.805.00留在筛上土粒重占全部土质量的百分数617303116100大于某粒径土粒重占全部土质量的百分数6235384100/任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-6 土的现场鉴别 一、理论知识碎石类土的鉴别碎石类土应描述碎屑物的成分：a）当碎石类土有填充物时，描述填充物的成分，确定填充物的土类、估计其含量的百分比；b）没有填充物，研究孔隙的大小，颗粒间的接触是否

18、稳定任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-6 土的现场鉴别 一、理论知识1. 砂类土的鉴别砂类土按其颗粒的粗细和干湿程度可分为：a）砾砂；b）粗砾；c）中砂；d）细砂；e）粉砂。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-6 土的现场鉴别 一、理论知识2. 砂类土的鉴别砂类土应描述其粒径和含量的百分比；颗粒的主要矿物成分及有机质和包含物，当含大量有机质时，土呈黑色，含量不多时呈灰色；含多量氧化铁时，土呈红色，含少量时呈黄色或橙黄色。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-6 土的现场鉴别 一、理论知识2. 黏性土的鉴别黏性土可按其湿润时状态、人手捏的感觉、黏着程度和搓条的粗细，分为：a）黏土；b

19、）亚黏土；c）亚砂土。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识1. 研究土击实性的意义a）未经压实的填土，压缩量大，强度低，抗水性能差；b）目的：为了改善填土的工程性质，提高土的强度、降低土的压缩性和渗透性，必须按一定的标准，采用重锤夯实、机械碾压或振动等方法将方法将土压实到一定标准，以达到工程的质量标准。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识1. 研究土击实性的意义土的击实性用两种方法确定：a）现场填筑试验：查明填筑条件与填筑效果的关系；b）室内击实试验（目前研究填土击实性的重要方法）：在一定条件下用锤击法将土击实，以研究土在不同击实

20、功下的击实性，为工程设计提供初步的击实标准。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识2. 土工击实试验a）仪器：击实仪；b）方法：测定土样在一定击实功的作用下达到最大密度时的含水率（最优含水率）和此时的干密度（最大干密度）。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识2. 土工击实试验c）压实度：工地压实质量控制指标。K越接近100%，则压实质量越高。对于受力主层或者重要工程，K要求大些；对于非受力主层或次要工程，K值可小些任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识3. 土工击实试验曲线a）在同一击实功作用下，一定范

21、围内增加含水率，土的干密度增大，但含水率增加到一定程度后，土的干密度就变小；b）一般情况下细粒土的试验曲线呈抛物线型，曲线峰值点的干密度就是最大干密度pdmax，相应含水率为最优含水率wo；c）曲线峰值为最大干密度与最佳含水率交叉点，准确的确定该点是击实试验的关键。 注：如曲线不能给出峰值，应进行补点试验。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识3. 土工击实试验曲线任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、理论知识4. 最优含水率估算a）可从土的液塑限值及筛分试验中估算最佳含水率和最大干密度；b）一般无黏性土的最优含水率小于黏性土，最大干密度大于

22、黏粒土；c）细粒土的最优含水率一般在塑限附近，为液限的0.550.65倍。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-7 土的击实性 一、实施任务4. 细粒土的室内击实试验5. 粗粒土的室内击实试验任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识1. 基本概念a）渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。b）渗透性：土允许水透过的性能。c）渗透的影响：i）造成水量损失； ii）引起土体内部应力状态的变化，改变水土建筑物或地基的稳定条件。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识2. 达西定律（也称为层流渗透定律）水的渗透速度与试样两断面间的水头差成正

23、比，而与相应的渗透路径成反比。式中：v渗透速度，ms； h试样两端水头差，m； L渗透路径，m； i水力梯度，ihL; k渗透系数，ms （物理意义：当水力梯度i1时的渗透速度）； q渗流量，m3/s； A试样截面积，m2任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识2. 达西定律（也称为层流渗透定律）水的渗透速度与试样两断面间的水头差成正比，而与相应的渗透路径成反比。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识2. 达西定律（也称为层流渗透定律）a）渗透系数k的大小反映了土渗透性的强弱：k值越大，土的渗透性也越大。b）土的颗粒越粗，k值也越大。任

24、务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识3. 测定渗透系数的室内试验（1）常水头试验a）定义：在试验过程中水头保持不变（h不变）b）适用对象：透水性较大的土（无黏性土）c）任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识3. 测定渗透系数的室内试验（1）变水头试验a）定义：在试验过程中水头是变化的（h改变）b）适用对象：透水性较差的土c）设玻璃细管过水截面积为a，土样截面积为A，长度为L，试验开始后任一时刻土样的水头差为h，经dt时间，管内水位下落dh，则在dt时间内流经试样的水量为：dQ=-adh任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗

25、透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（1）渗透力a）定义：渗透水流施于单位土体内土粒上的拖拽力称为渗透力（j） rw水的重度；i水力梯度 任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（2）渗透变形a）定义：土工建筑及地基由于渗透作用而出现的破坏称为渗透变形或渗透破坏。b）基本形式：流土；管涌任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问

26、题；整体稳定问题。（2）渗透变形a）流土i）定义：指在向上渗流作用下，局部土体表面隆起，或者颗粒群同时移动而流失的现象；ii）主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处；iii）常见形式：流砂现象（基坑或渠道开挖时）任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（2）渗透变形a）流土iv）任何类型的土，只要临界坡降达到一定程度，都会发生流土破坏；v）临界水力坡降：当竖向渗透力等于土体的有效重量时，即rj，土体就处于流土的临界状态。若设这时的水力坡降为ict，则可求得：任务1 土的物理与工程性质的认

27、知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（2）渗透变形a）流土vi）应用：通过比较临界水力坡度和在渗流的溢出处的水力坡降来判别是否有流土的可能性当iict，土体处于流土状态。任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（2）渗透变形b）管涌i）定义：在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙道中发生移动并被带走的现象；ii）形成因素：土本身的性质；iii）管用破坏是一个渐进性质的过程；iv）一般发生在无

28、粘性土中，粘性土中则不会；任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（2）渗透变形b）管涌v）形成条件（两个）几何条件（必要条件）：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径； 对于无黏性土是否发生管涌的几何条件可用下列准则判别： cu10较不均匀的土可分为以下两种情况： 情况一：级配不连续的土，细料含量大于35%非管涌土 细料含量小于25%管涌土 细料含量25%35%过渡型土任务1 土的物理与工程性质的认知任务1-8 土的渗透性 一、理论知识4. 渗透力和渗透变形渗流引起的变形可

29、归结为两类；土体的局部稳定问题；整体稳定问题。（2）渗透变形b）管涌v）形成条件（两个） 情况二：级配连续的土：cud3管涌土 cud5-d3过渡型土水力条件：渗透力可用管涌的水力坡降来表示。任务2 土中的应力分布与计算任务2-1 与土中的应力有关的基础知识 一、理论知识1. 研究土中应力的目的a）稳定问题b）变形问题任务2 土中的应力分布与计算任务2-1 与土中的应力有关的基础知识 一、理论知识2. 土中的应力状态 三种情况。（1）三维应力状态（空间应变问题）任务2 土中的应力分布与计算任务2-1 与土中的应力有关的基础知识 一、理论知识2. 土中的应力状态 三种情况。（2）二维应变状态（平

30、面应变问题）任务2 土中的应力分布与计算任务2-1 与土中的应力有关的基础知识 一、理论知识2. 土中的应力状态 三种情况。（3）侧向应力状态（一维应变状态）任务2 土中的应力分布与计算任务2-1 与土中的应力有关的基础知识 一、理论知识3. 土中应力的种类 自重应力和附加应力a）地基中一点总应力为自重应力与附加应力之和；b）附加应力才是引起地基变形和失去稳定性的原因；c）附加应力的大小除了取决于基底压力的大小、分布状况外，还与计算点的位置有关。任务2 土中的应力分布与计算任务2-2 土中的自重应力计算与分布 一、理论知识1. 均质土的自重应力等于单位面积上土柱的重力w。在深度z处土的自重应力

31、为：自重应力随着深度z线性增加，乘三角形分布图形。任务2 土中的应力分布与计算任务2-2 土中的自重应力计算与分布 一、理论知识2. 成层土的自重应力设各土层的厚度为hi，重度为ri，则在深度z处土的自重应力为：即由多层土组成的地基，自重应力由每层土的重度和厚度之积累加得到。任务2 土中的应力分布与计算任务2-2 土中的自重应力计算与分布 一、理论知识2. 成层土的自重应力任务2 土中的应力分布与计算任务2-2 土中的自重应力计算与分布 一、理论知识3. 土层中有地下水时的自重应力（难点）a）在地下水位以下，土体的重度采用土的浮重度r或饱和重度rsat计算；b）采用浮重度r计算的自重应力在地下

32、水位处发生转折；c）采用饱和重度rsat计算的自重应力在不透水层顶面要加上静水压力。任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与计算 一、理论知识1. 基底压力的分布a）基底压力是指上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基、作用于基础地面并传至地基的单位面积压力。又称为接触压力或基底应力；b）基底反力是地基土层反向施加于基础地面上的力；c）a）和b）是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，且作用在同一直线上；d）基底压力大小和分布的影响因素： i）基础（大小、刚度）； ii）荷载（大小、分布）； iii）地基土性质； iv）基础的埋深任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底

33、压力的分布与计算 一、理论知识1. 基底压力的分布d）基底压力大小和分布的影响因素： i）刚性很小的基础和柔性基础：与作用在基础上的荷载大小和分布情况相同。在垂直荷载作用下，随地基一起变形。任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与计算 一、理论知识1. 基底压力的分布d）基底压力大小和分布的影响因素： ii）刚性基础：随上部荷载的大小，基础的埋置深度和土的性质而变化。任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与计算 一、理论知识2. 中心荷载下的基底应力a）简化计算：P-基底竖向荷载，KN；G-基础自重及上回填土总重，G=rgAdrg-平均重度，取20kN/m3；d

34、-基础埋深，m；A-基底面积，m2.条件：基础宽度不太大，荷载较小任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与计算 一、理论知识3. 偏心荷载下的基底应力单向偏心荷载荷载下的矩形基础 ，设计时通常取基底长边方向与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压应力与最小压应力计算公式为M-竖向荷载对形心主轴偏心距e引起的力矩，kNm；W-基础地面的抵抗矩，W=ab2/6,m3；e=偏心距，eM/(P+G)任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与计算 一、理论知识3. 偏心荷载下的基底应力单向偏心荷载荷载下基底应力的分布情况：任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与

35、计算 一、理论知识3. 偏心荷载下的基底应力单向偏心荷载荷载下基底应力的分布情况：a）eb6，如果计算的基底压力小于零，表明基底出现拉应力，此时，基底与地基间局部脱落，而使基底压力重新分布，有任务2 土中的应力分布与计算任务2-3 基底压力的分布与计算 一、理论知识4. 基底附加应力只有超出基底处原有自重应力的那部分应力才使地基产生附加变形，使地基产生附加变形的基底应力成为基底附加应力。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识1. 集中力作用下土中应力计算在均匀的、各向同性的半无限弹性体表面作用一竖向集中力P时，半无限体内任意点M的应力可由布西奈斯克解计算

36、。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识1. 集中力作用下土中应力计算在均匀的、各向同性的半无限弹性体表面作用一竖向集中力P时，半无限体内任意点M的应力可由布西奈斯克解计算。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识1. 集中力作用下土中应力计算若干个竖向集中力时，分别求出各集中力对该点所引起的附加应力，然后进行叠加，即 分别表示集中力P1, P2, Pn作用下的土中集中应力系数。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识1. 集中力作用下土中应力计算集中荷载作用下，土中附加应力的分

37、布规律：a）在集中应力作用线上，附加应力随着深度z的增加而递减；b）离集中力作用线某一距离r时，在地表处的附加应力随着深度z的增加逐渐递增，但是到一定深度后，附加应力又随着深度z的增加而减小；c）当z一定时，附加应力随着r的增大而减小。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识1. 集中力作用下土中应力计算工程实际中，分布荷载作用时的土中应力计算方法：a）荷载分布不规则时，把分布荷载分割为许多集中力，然后用布西奈斯克公式和叠加原理计算；b）基础底面形状和分布荷载有规则时，即面积分布荷载作用时的土中应力则可以通过积分求解得到。任务2 土中的应力分布与计算任务2

38、-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识2. 矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（1）中心点下的附加应力在矩形地面上作用着均布荷载P 时，承载面积中心点下深z处M点上的竖向附加应力为a0应力系数，根据比值a/b, z/b查表得到。a和b分别为矩形面积的长边和短边，z为荷载作用面到计算点的距离。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识2. 矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（2）角点下的附加应力在矩形地面上作用着均布荷载P 时，承载面积角点下深z处M点上的竖向附加应力为ad应力系数，根据比值a/b, z/b查表得到。任务2 土中的应力分布

39、与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识2. 矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点下的附加应力角点法在矩形地面上作用着均布荷载P 时，承载面积任意点N下深z处M点上的竖向附加应力，依N点的不同相对位置，可分为四种情况。a）N点位于矩形承载面积的边界上附加应力为两个矩形面积abeN, ecdN角点下附加应力之和，即任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识2. 矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点下的附加应力角点法b）N点位于矩形承载面积内附加应力为四个矩形面积角点下附加应力之和，即任务2 土中的应力分布与计

40、算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识2. 矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点下的附加应力角点法c）N点位于矩形承载面积之外，但在一组对边延长线范围内附加应力为面积gbeN, echN角点下应力之和，再减去面积gafN, fdhN角点下的应力任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识2. 矩形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力（3）任意点下的附加应力角点法d）N点位于矩形承载面积之外，也不在一组对边延长线范围内附加应力为面积echN, fagN角点下应力之和，再减去面积ebgN, fdhN角点下的应力任务2 土中的应力分

41、布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识3. 条形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力在地面上，一均布荷载作用在宽度为b，长度为无限长的条形面积上时，土中任意点M的竖向附加应力为a2附加应力系数。根据x/b, z/b查表得到。注意：查表时，应注意将坐标原点O设在荷载宽度的中点处，即从O点向两边的x值，均取正值。任务2 土中的应力分布与计算任务2-4 土中的附加应力分布与计算 一、理论知识3. 条形面积受均匀荷载作用下的土中竖向附加应力条形均布荷载下地基中的应力分布规律任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识地基土压缩的原因a）外因：i）建筑物荷载作用（外因

42、主要因素）；ii）地下水位大幅下降；iii）施工影响；iv）震动影响；v）温度变化影响；vi）浸水下沉。b）内因：i）土中孔隙的压缩（发生实际效果）任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的过程；土的固结是土在压力作用下其压缩量随时间的增长而增长的过程；土体的压缩指标：a）压缩系数a；b）压缩指数Cc；c）压缩模量Es；d）变形模量Eo压缩指标测定方法：室内试验、原位测试 p53任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（1）测限压缩试验（固结试验）测限：限制土样侧向变形目的：测定试样在测限与轴向排水

43、条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，计算土的各项压缩指标。仪器：压缩仪任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（1）测限压缩试验（固结试验）试验方法：逐级压缩固结，测定各级压力Pi下土样压缩稳定后的孔隙比e。步骤：一般按P=50kPa，100kPa，200kPa，300kPa，400kPa五级加荷，测定各级压力下的稳定变形量hi，然后计算响应的孔隙比eiGs, wo, po, ho分别为土粒比重、土样的初始含水率、初始密度和土样原始高度。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（1）

44、测限压缩试验（固结试验）压缩曲线：a）越陡压缩性越高；b）越缓压缩性越低。根据eP曲线可确定土的压缩系数a、压缩模量Es。根据elgP曲线可确定土的压缩指数Cc。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Esa）压缩系数：土体在测限条件下，孔隙比减小量与竖向有效压应力增量的比值。当压力变化范围不大，土的压缩曲线可近似用图中的M1M2割线代替。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Esa）压缩系数：为了方便应用和比较，各种

45、规范中提出P10.1MPa, P20.2MPa时用相对应的压缩系数a0.1-0.2来评价土的压缩性。 a）a0.1-0.2=0.5MPa-1，为高压缩性土。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Esb）压缩指数：土体在测限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力常用对数值增量的比值。 Cc值越大，土的压缩性越高 a）Cc0.2，为低压缩性土； b）0.2=Cc0.4，为高压缩性土。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Es

46、c）压缩模量Es（测限压缩模量）：土体在完全测限条件下的竖向应力增量与相应的应变增量的比值。 Es与a成反比，a越大，Es 越小，土的压缩性越高；压缩模量Es不是常数。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（2）土的压缩系数a、压缩指数Cc和压缩模量Esc）压缩模量Es（测限压缩模量）：在工程上，常采用Es(0.1-0.2)作为判别土压缩性高低的标准。 当， 15MPa时，属低压缩性土。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识1. 固结试验及压缩性指标（3）土的回弹曲线和再压缩曲线c）压缩模量Es（测限压缩模量）：土的压缩变形是由

47、弹性变形和残余变形两部分组成的。任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识2. 现场载荷试验及变形模量（1）现场载荷实验任务3 地基变形的计算任务3-1 土的压缩性 一、理论知识3. 土的应力历史概念：指土层在地质历史发展过程中所形成的先期应力状态以及这个状态对土层强度与变形的影响。（1）先期固结压力概念：土层在历史上曾经承受过的最大固结压力，用Pc表示。方法：elgP曲线来确定或经验做图法。（2）土的固结状态i）Po=Pc，正常固结；ii）PoPc，欠固结土。任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识1. 与沉降有关的基本知识（1）地基沉降的基本概念概念：

48、地基沉降量是指地基土压缩变形达固结稳定的最大沉降量，或是指地基土在外荷载作用下，变形完全稳定时基底处的最大竖向位移。形成原因：a）附加应力引起；b）欠固结土的自重应力；c）地下水下降；d）水的渗流研究目的：确定建筑物最大沉降量、沉降差、倾斜以及局部倾斜，判断是否超过允许值，以便为建筑物设计时采取相应的措施提供依据，保证建筑物的安全。任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识1. 与沉降有关的基本知识（2）地基沉降的组成总沉降可以分为初始沉降Sd、固结沉降Sc和次固结沉降Ss。S=Sd+Sc+Ss任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识1. 与沉降有关的

49、基本知识（3）土的性质对沉降的影响a）砂土地基：初始沉降是最主要的；b）饱和软粘土地基：固结沉降是最主要的；c）计算方法：初始沉降弹性力学； 固结沉降分层总和法； 次固结沉降分层总和法。任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识2. 分层总和法分别计算基础中心店下地基各分层土的压缩变形量Si，基础的总沉降量S等于Si的总和。任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识2. 分层总和法分层总和法计算过程：（1）将土分层分层原则：ad（2）计算自重应力arh（3）计算附加应力详见任务2-4（4）压缩（受压）层下限的确定任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降

50、量计算 一、理论知识2. 分层总和法分层总和法计算过程：（4）压缩（受压）层下限的确定在实际工程计算中，采用基底以下某一深度作为基础沉降计算的下限深度。以下式作为确定条件：dzn深度zn处的附加应力；dczn深度zn处的自重应力当zn深度以下存在较软的高压缩土层时，实际计算深度还应加大，对软黏土应该加深至任务3 地基变形的计算任务3-2 地基沉降量计算 一、理论知识2. 分层总和法分层总和法计算过程：（5）计算各分层的自重应力，附加应力平均值将薄层底面与顶面的计算值相加处以2即可。（6）确定各分层压缩前后的孔隙比由各分层平均自重应力、平均自重应力与平均附加应力之和，在相应的压缩曲线上，可查得初

51、始孔隙比e1i、压缩稳定后的孔隙比e2i。（7）计算地基最终变形量任务3 地基变形的计算任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识1. 饱和土的渗透固结理论（1）渗透固结概念：指饱和土随着土中孔隙消散而逐渐压缩的过程。工程上都哦那个渗透固结理论来研究饱和土的压缩变形。（2）两种压力a）有效压力：由骨架承受的压力，使土骨架的形状和体积发生变形，使土体具有一定的抗剪强度；b）孔隙水压力：由孔隙水承受的压力，不改变土体形状，也不能产生抗剪强度。任务3 地基变形的计算任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识2. 太沙基单向渗透固结理论（1）基本假设a） f）p65（2）固结微分方程的

52、建立饱和土体单向渗透固结微分方程固结微分方程的解任务3 地基变形的计算任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识3. 固结度及其应用（1）固结度Ut指地基在承受荷载后的任一时刻t的沉降量 St与最终沉降量S的比值Ut=St/S则某一时刻的竖向平均固结度为采用第一项为解任务3 地基变形的计算任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识3. 固结度及其应用（2）各种不同承载情况下固结度的计算饱和粘性土层实际附加应力的分布情况可归纳成四种类型：a）情况A。附加应力图形为矩形，根据Tv值查表3-4得到固结度Ua；b）情况B。应力图形为三角形，通过三角形的顶点排水，相当于大面积新沉积土层在

53、自重作用下产生固结的情况，根据Tv值由表3-4查得固结度UB;c）情况C。应力图形为三角形，通过三角形的底面排水，土层底面附加应力已接近于零，根据Tv值由表3-4查得固结度UB；d）情况D。应力图形为梯形，向上面排水，当应力图形为上大下小时，与情况A相似，但底面的附加应力远大于零；当应力图形上小下大时，相当于在自重应力作用下，尚未固结，就在上面建造建筑物。任务3 地基变形的计算任务3-3 地基沉降随时间变化的计算 一、理论知识4. 沉降与时间关系曲线的修正假设：施工期间荷载随时间增加是线性的，完工后，荷载不在增加，成为常数；修正原则：渐增荷载由零增加到P1，经过时间t1所产生的沉降量，等于突加

54、荷载P1经过t1/2时间所产生的沉降量。任务4 土的抗剪强度任务4-1 土的抗剪强度 一、理论知识a）土体的破坏通常都是剪切破坏；b）土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力，用tf表示； ttfc）土的强度破坏实际上是指剪切破坏，土的强度就是指土的抗剪强度；d）土的抗剪强度的数值等于土体产生剪切破坏时滑动面上的剪应力；e）土体破坏准则摩尔库伦破坏准则；f）抗剪强度主要由粘聚力c和内摩擦角来表示（抗剪强度指标）任务4 土的抗剪强度任务4-1 土的抗剪强度 一、理论知识1. 土的抗剪强度规律库仑定律（1）库伦公式（总应力法）无粘性土抗剪强度表达式：tfdtana粘性土抗剪强度表达式：tfdtan

55、ac以上两式为抗剪强度定律，即库仑定律。总应力法与有效应力法的优缺点a）优点：操作简单、运用方便；b）缺点：不能反映地基土在实际固结情况下的抗剪强度任务4 土的抗剪强度任务4-1 土的抗剪强度 一、理论知识1. 土的抗剪强度规律库仑定律（2）修正的库伦公式（有效应力法）无粘性土抗剪强度表达式：tfdtana粘性土抗剪强度表达式：tfdtanac有效应力法的优缺点a）优点：能较好反映抗剪强度的实质，能检验土体处于 不同不同固结情况下的稳定性；b）缺点：较难测定孔隙水压力任务4 土的抗剪强度任务4-1 土的抗剪强度 一、理论知识1. 土的抗剪强度影响因素任务4 土的抗剪强度任务4-2 土的强度理论

56、 一、理论知识1. 土的一点地应力状态任取某一单元土体，其面积为dxdz，在单元体上任取某一截面mn，则得公式两式取平方和，得 任务4 土的抗剪强度任务4-2 土的强度理论 一、理论知识1. 土的一点地应力状态可用应力圆（摩尔圆）表示。横坐标分别为t及d，圆心为（d1+d2）2，0，圆半径为（d1-d2）2 任务4 土的抗剪强度任务4-2 土的强度理论 一、理论知识2. 土的状态当摩尔应力圆与库伦强度线a）不相交。通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，不会发生剪切破坏；b）相割。土体已被破坏（实际中不存在该曲线）；c）相切。土体濒临剪切破坏的极限应力状态（极限平衡状态）切点A的坐标任

57、务4 土的抗剪强度任务4-2 土的强度理论 一、理论知识2. 土的极限平衡条件a）学会判断土体中一点是否处于平衡状态；b）土体剪切破坏时的破裂面发生在与大主应力的作用面成（45+a2）的平面上；c）同一土体在不同大、小主应力组合下受剪破坏，所形成的应力圆的公切线就是其强度包线。任务5 天然地基容许承载力任务5-1 地基的破坏形态 一、理论知识a）地基在建筑物荷载作用下内部应力发生变化体现在两个方面： i）地基土在建筑物荷载作用下产生压缩变形； ii）超载荷载作用下使地基产生滑动破坏。b）地基承载力是地基单位面积上成熟荷载的能力。分两种： i）极限承载力：地基即将丧失稳定性时的承载力； ii）容

58、许承载力：地基稳定有足够的安全度并且变形在建筑物容许范围内时的承载力。容许承载力是一个变量。由查表得到。任务5 天然地基容许承载力任务5-1 地基的破坏形态 一、理论知识1. 土的破坏形态（1）整体剪切破坏一般发生在密实砂土、基础埋深很浅或饱和黏土、荷载急速增加的情况下，极易造成整体剪切破坏。（2）局部剪切破坏一般发生在黏性土或中密砂土，基础埋深较浅；或基础埋深较大时，无论是砂类土或黏性的地基中，最常见的破坏形态是局部剪切破坏。（3）冲切破坏一般发生在松砂或其他松散结构的地基土中。任务5 天然地基容许承载力任务5-1 地基的破坏形态 一、理论知识1. 土的破坏形态发生整体剪切破坏的地基，过程可

59、以分为三个阶段：（1）直线变形阶段（oa段）压密阶段此阶段地基中各点的剪应力小于地基土的抗剪强度，地基处于稳定状态。（2）局部塑性变形阶段（ab段）稳定状态向不稳定状态的过渡性阶段此阶段在地基的局部区域内，发生了剪切破坏，该区域称塑性变形区。（3）破坏阶段此阶段地基中的塑性变形区，已经发展到形成与地面贯通的连续滑动面。地基土向基础的一侧或两侧挤出，地面隆起，地基整体失稳，基础也随之突然下陷。任务5 天然地基容许承载力任务5-1 地基的破坏形态 一、理论知识1. 土的破坏形态地基破坏过程中作用在它上面的荷载有两个特征值：i）地基中开始出现塑性变形区的荷载，临塑荷载Pcr；ii）使地基剪切破坏，失

60、去整体稳定的荷载，极限荷载Pu。地基的容许承载力，应该小于极限荷载，而稍大于临塑荷载。任务5 天然地基容许承载力任务5-1 地基的破坏形态 一、理论知识2. 确定地基承载力应考虑的因素a）影响因素众多，根据构筑物的重要性和结构特点具体分析各个影响因素。b）确定地基承载力的方法： i）临界荷载和极限荷载确定； ii）按规范确定地基容许承载力； iii）触探法确定地基容许承载力； iv）根据荷载试验的ps曲线确定。任务5 天然地基容许承载力任务5-2 地基的临塑荷载、临界荷载和极限荷载简介 一、理论知识求容许承载力的途径：a）工程经验表明：地基中的塑性变形区的深度达1/41/3的基础宽度时，地基仍