大一上土概第4章地基基础

第四章地基与基础基础与地基的关系土的工程性能土的工程问题基础种类地面以下部分结构称为基础；基础下面的土层称为地基。第四章地基基础4.１基础与地基的关系基础和地基的定义地基与基础的作用对地基基础的要求基础：将上部结构的各种荷载可靠地传递给地基；地基：可靠地承受基础传来的荷载。基础本身不发生破坏；地基不发生破坏；地基没有过大的变形（沉降）。第四章地基基础基础破坏将导致上部结构破坏；地基破坏将引起基础破坏，进而引起上部结构的破坏；一半以上工程事故是地基基础的问题；地基具有复杂性，基础具有隐蔽性。4.１基础与地基的关系地基基础的重要性地基与基础的相互影响基础受力状态受地基的影响；地基受力状态受基础影响。第四章地基基础4.2土的工程性能土是在岩石风化(物理作用、化学作用和生物作用）后经搬运（重力、流水、冰川、风力）、沉积而成的物质。一、土的三相比例指标土由固体颗粒、水和气三部分组成，称为土的三相组成。土的工程性能包括物理性能和力学性能，前者指土的组成、干湿、疏密与软硬程度的指标；后者指强度、变形和渗透特性。4.2.1土的物理性能第四章地基基础4.2土的工程性能气水土粒mmsmwmaVVwVaVsVV土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标，共9个，其中3个是基本指标，需根据试验确定，其他可换算得到。一、土的三相比例指标4.2.1土的物理性能单位体积土的质量：单位：g/cm3一般在1.60~2.22g/cm3。土的密度土的含水率w土中水的质量与土粒（固体）质量之比：反映了土的干湿程度。天然含水率变化很大，从干砂的接近零到蒙脱土的百分之几百。土粒密度干土粒的质量与其体积之比：单位：g/cm3主要与矿物成分有关，一般在2.65~2.76g/cm3。第四章地基基础4.2土的工程性能一、土的三相比例指标4.2.1土的物理性能土的孔隙比e(换算指标)孔隙（包括水和气）体积与固体体积之比：反映了土的疏密程度。第四章地基基础4.2土的工程性能二、粘性土的界限含水率随着含水率的变化，粘性土将经历不同的物理状态。界限含水率0固态半固态可塑态流动态含水率w缩限塑限p液限L流动状态与可塑状态的界限含水率称为液限wL；可塑状态与半固体状态的界限含水率称为塑限Wp；固体状态与半固体状态的界限含水率称为缩限ws。4.１基础与地基的关系4.2.1土的物理性能第四章地基基础4.2土的工程性能二、粘性土的界限含水率塑性指数含水率在液限和塑限范围内变化时，土处于可塑状态，这一范围越大，说明土的可塑性越好。这一范围定义为塑性指数：液性指数是天然含水率与界限含水率的相对关系，反映了土的软硬程度。4.2.1土的物理性能三、砂土的密实度砂土的强度和变形与密实度密切相关。相对密实度砂土的密实程度并不完全取决于孔隙比，很大程度与土的级配有关。砂土处于最密实状态时的孔隙比称为最小孔隙比emin；砂土处于最疏松状态时的孔隙比称为最大孔隙比emax。相对密实度：惯入锤击数用规定的锤重（63.5kg)和落距（76mm）把标准惯入器打入土中，惯入一定深度（30cm）需要的锤击数N称为惯入锤击数。岩石微风化中风化强风化坚硬岩坚硬程度较硬岩较软岩软岩极软岩风化程度未风化全风化较完整较破碎破碎完整程度完整极破碎第四章地基基础4.2.2土的工程分类碎石漂石（粒径大于200mm的颗粒超过全重50%）卵石（粒径大于20mm的颗粒超过全重50%）圆砾（粒径大于2mm的颗粒超过全重50%）颗粒大小密实度松散稍松中密密实第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分类砂土粗砂（粒径>0.5的颗粒超过全重50%）中砂（粒径>0.25mm的颗粒超过全重50%）砾砂（粒径>2mm的颗粒超过全重25%~50%）细砂（粒径>0.075mm的颗粒超过全重80%）粉砂（粒径>0.075mm的颗粒超过全重50%）密实性松散稍密中密密实颗粒大小第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分类粘性土粘土粉质粘土根据塑性指数坚硬硬塑可塑软塑流塑软硬程度第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分类第四章地基基础介于砂土和粘土之间，塑性指数IP≤10；粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重的50%。粉土包括填土、淤泥（含有有机质，孔隙比大于1.5）、湿陷性土（侵水后产生附加沉降）、膨胀土（吸水膨胀、失水收缩）等。特殊性土4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分类第四章地基基础4.2.3土的力学性能一、土的渗透性定义土中地下水在一定压力差作用下，透过土中孔隙发生流动的现象称为渗流或渗透。达西渗透定理渗流量q与断面积A及水头差Δh成正比；与断面距离l成反比：i——水力梯度，i=Δh/l；k——渗透系数，为水力梯度等于1时的渗透速度，cm/s或第四章地基基础渗透的不利后果渗透力水的渗透会对土骨架产生作用力，这种作用力称为渗透力。渗透变形渗透力会使局部土体发生位移，称为渗透变形。严重的渗透变形将导致土体失稳。渗流水流将整个土体带走的现象称为流土；渗流中土体大颗粒之间的小颗粒被冲出的现象称为管涌。4.2土的工程性能4.1基础与地基的关系4.2.3土的力学性能第四章地基基础二、土的抗剪强度定义4.2土的工程性能4.1基础与地基的关系4.2.3土的力学性能荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪应变；土体在剪应力方向发生相对滑动、发生破坏时的剪应力值称为抗剪强度。剪切破坏是土体强度破坏的重要特征。库仑定律τf—土的抗剪强度；σ—剪切滑动面上的法向应力；c—土的粘聚力；φ

—土的内摩擦角，对于砂土28º~40º。c、φ通过试验测定。第四章地基基础二、土的抗剪强度4.2土的工程性能4.1基础与地基的关系4.2.3土的力学性能主要影响因素矿物成分、颗粒形状和级配粘性土抗剪强度随粘粒和粘土矿物含量的增加而增加;对于砂性土，颗粒越多、形状越不规则、表面越粗糙，内摩擦角越大，抗剪强度越大。含水率含水率增加，抗剪强度下降。密度密度越大，抗剪强度越高。p三、土的压缩性定义荷载作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。土的压缩主要由于孔隙体积的减小（伴随着孔隙水的排出）而引起。地基土由于压缩而引起的竖直方向的位移称为沉降。压缩性指标荷载p与孔隙比e的试验关系Vs=1Vv=e0Vv=e受压前后土粒高度不变，可得到各级荷载p下对应的孔隙比e。H0H0/(1+e0)ΔHH0-ΔH(H0-ΔH)/(1+e)Vs=1压缩系数a工程中一般取p1=100kPa，p2=200kPa，相应压缩系数用a1-2表示。a1-2<0.1MPa-1

属低压缩性土；0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1

属中压缩性土；a1-2≥0.5MPa-1

属高压缩性土；压缩模量Es第四章地基基础三、土的压缩性4.2土的工程性能4.1基础与地基的关系4.2.3土的力学性能e1e2p1p2ΔpΔepe0α为保证地基不发生破坏,地基必须有足够的承载力；还需要控制沉降。

当工程附近存在土坡时，需保证土坡稳定，避免滑坡造成对工程的损坏。

当对土坡进行支挡时，为了设计支挡结构，需要知道土作用在支挡结构上的荷载（土压力）

第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题一、地基沉降地基沉降是地基土压缩量的总和。土的压缩量与压力p有关，在基础荷载作用下，不同深度土层中的压力是不同的，为此将地基划分为若干层，分别计算每层的压缩量Δsi

，然后求和。压缩量Δsi层厚Hi沉降量需控制在一定范围；特别要控制不同基础位置的沉降差。第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题二、地基承载力定义地基土稳定状态下单位面积所能承受的最大荷载称地基承载力。地基破坏实质是土体沿滑动面的剪切破坏。确定方法理论方法试验方法三、土坡稳定土坡含天然土坡和人工土坡，前者指天然地形形成的坡；后者指人工开挖形成的坡，如基坑、路堤、土坝等边坡。土坡因丧失稳定性而滑动称为滑坡。

Fτ

W

FnH

A

Bβ

Cα土体ABC的重力W可分解为法向力Fn和下滑力Fτ,滑动面土体的抗剪强度构成抗滑力Fτf；当Fτf≤Fτ发生滑坡。安全系数可见，砂土坡所能形成的最大坡角就是内摩擦角。砂土土坡第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题三、土坡稳定粘土土坡滑动面为曲面；抗滑力矩≤滑动力矩，发生滑坡。第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题四、土压力土压力是作用在支挡结构上的侧向压力，有三种：静止土压力、主动土压力和被动土压力。

E0支挡结构不发生变形和位移，土体处于弹性平衡状态时作用在支挡结构的土压力。静止土压力静止土压力强度K0——静止土压力系数。土名K0卵石0.20砂土0.25粉土0.35粘土0.55第四章地基基础4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题四、土压力

Ea滑裂面支挡结构在土压力作用下发生离开土体方向的位移；随着位移的增加，土压力从静止土压力逐渐减小；达到极限平衡状态时的土压力。主动土压力支挡结构在外力作用下向土体方向移动，达到极限平衡状态时的土压力。被动土压力

Ep滑裂面外力三者的关系被动土压力>静止土压力>主动土压力第四章地基基础4.4基础种类种类浅基础(埋深<3~5m)深基础刚性基础独立基础条形基础十字形基础筏形基础箱形基础桩基础沉井基础地下连续墙4.1基础与地基的关系4.2土的工程性能4.3土的工程问题一、浅基础4.4基础种类柱下独立基础材料比较节省；但无法协调不同基础的沉降。柱下条形基础墙下条形基础第四章地基基础条形基础可抵抗地基的不均匀沉降。一、浅基础4.4基础种类第四章地基基础十字形基础双向条形基础，可抵抗两个方向的不均匀沉降。一、浅基础4.4基础种类梁板式筏形基础第四章地基基础筏形基础抵抗不均匀沉降的能力和承受上部荷载的能力均大于十字形基础。一、浅基础4.4基础种类平板式筏形基础第四章地基基础筏形基础板面平整，可直接作为室内地坪。一、浅基础4.4基础种类第四章地基基础箱形基础抵抗不均匀沉降的能力很大。一、浅基础4.4基础种类桩预制桩灌注桩桩基础柱承