桩基础实务共计两部分

桩基础实务共计两部分第1页/共234页学习目标:一、了解地基基础的概念、建筑工程对地基基础的要求。二、了解本门课程的知识构架、本课程的特点和学习方法。三、了解本学科的发展情况。第2页/共234页

地基与基础是建筑物的重要组成部分，又属于地下隐蔽工程，一旦发生事故难以补救。有时会造成重大经济损失甚至人员伤亡。此外基础工程的费用可占建筑物总造价的10%~30%。实践证明，建筑工程实践中出现的很多事故均与地基基础有关。随着高层建筑物的兴起，深基础工程增多，这对地基基础的设计和施工提出了更高的要求。对工程中出现的问题的研究解决以及经验教训的积累就形成了本门课程。一、本课程的内容和作用第3页/共234页（一）地基基础事故

1.地基变形事故（1）建筑物倾斜地基土各部分软硬不同、高压缩性土层厚薄不均等原因均可导致高耸结构发生倾斜，倾斜严重时，还可导致结构物的开裂，如意大利比萨斜塔和我国苏州的虎丘塔。一、本课程的内容和作用第4页/共234页一、本课程的内容和作用（2）建筑物局部倾斜砖墙承重的条形基础，由于地基的不均匀沉降发生局部倾斜，常导致砖墙墙体开裂，影响到房屋的安全和正常使用。第5页/共234页一、本课程的内容和作用（3）建筑地基严重下沉地基严重下沉多因存在高压缩性软弱土而形成。可导致散水倒坡，室内地坪低于室外地坪，水、暖、电等内外网连接管道断裂等问题，不同程度地影响建筑物的使用。第6页/共234页一、本课程的内容和作用

墨西哥市艺术宫，1904年落成，经几十年时间，地基下沉量高达4m，临近公路也下沉2m。这是由地基超高压缩性淤泥的压缩变形所造成的。第7页/共234页一、本课程的内容和作用2.建筑物基础开裂当一幢建筑物的基础位于软硬突变的地基上时，在软硬突变处基础往往发生开裂。做为建筑物的根基，这比墙体的开裂更为严重，处理起来也更为困难。在池塘、故河道、防空洞等不良场地上修建建筑物，需特别注意。第8页/共234页一、本课程的内容和作用3.建筑物地基滑动当建筑物施加到地基上的荷载超过地基极限承载力时，地基就发生强度破坏，整幢建筑物就会沿着地基中某一薄弱面发生滑动而倾倒，这往往是灾难性的事故，典型案例为加拿大特朗斯康谷仓。第9页/共234页一、本课程的内容和作用第10页/共234页一、本课程的内容和作用第11页/共234页一、本课程的内容和作用4．建筑物地基溶蚀当地下水流速较大时，如果土体粗粒孔隙中充填的细粒土被冲走，则产生潜蚀，长期潜蚀会形成地下土洞并导致地表塌陷。在石灰岩溶洞发育地区或矿产开采采空区，在地下水渗流作用下，溶洞或采空区顶部土体不断塌落或潜蚀，最终也可导致地表塌陷。第12页/共234页一、本课程的内容和作用第13页/共234页一、本课程的内容和作用5．建筑物基槽变位滑动人工边坡如深基基槽，由于边坡设计施工不当，将导致基槽变位滑动，对工程施工造成影响，严重的导致邻近建筑物开裂或倒塌。

第14页/共234页一、本课程的内容和作用6．土坡滑动在山麓或山坡上建房时，由于切削坡脚或使土坡增加荷载，导致山坡失稳滑动，房屋倒塌。

香港宝城大厦

第15页/共234页一、本课程的内容和作用断层所造成的边坡滑动使民宅横向移动10m,垂直落差约6m第16页/共234页一、本课程的内容和作用第17页/共234页一、本课程的内容和作用7．建筑物地基震害（1）地基液化饱和状态的疏松粉、细砂或粉土，在强烈地震作用下产生液化，地基土呈液态，从而失去承载力，导致建筑物的倾斜、开裂等事故。如1964年6月，日本新澙发生7.5级强烈地震，导致大面积饱和砂土地基液化，许多建筑物倾斜。（2）地基震沉当建筑物地基为软弱黏性土时，在强烈地震作用下，由于土质强度降低，基础底部软土侧向挤出，会产生严重的震沉。如唐山矿冶学院图书馆书库，在1976年7月唐山地震时，震沉一层楼，室外地面与二层楼地板相近。第18页/共234页一、本课程的内容和作用日本新澙1964年震害第19页/共234页一、本课程的内容和作用第20页/共234页一、本课程的内容和作用液化“砂火山”口第21页/共234页液化喷水冒砂后景象一、本课程的内容和作用第22页/共234页液化造成地基沉陷,房屋严重裂缝一、本课程的内容和作用第23页/共234页一、本课程的内容和作用

唐山矿冶学院书库震沉第24页/共234页一、本课程的内容和作用8．冻胀事故寒冷地区地基可能产生冻胀，导致墙体开裂。第25页/共234页一、本课程的内容和作用（二）本门课程的知识构架本门课程包含土力学基本理论、地基基础设计原理和经验两部分。应注意相互之间的关系。1．地基基础（1）土的特点土具有碎散性、压缩性、固体颗粒间的相对移动性及透水性。（2）土的用途土可作为地基，也可作为建筑材料（如路基、堤坎）。第26页/共234页基础地基一、本课程的内容和作用（3）地基与基础的概念1）基础。建筑物最底下扩大的这一部分。2）地基。承受由基础传来荷载的土层（或岩层）。3）持力层。位于基础底面下的第一层土。4）下卧层。持力层下的土层。地基基础示意图第27页/共234页（4）地基的分类1）按地质情况分。土基和岩基。2）按设计施工情况分。天然地基：不需处理而直接利用的地基。人工地基：经过人工处理而达到设计要求的地基。一、本课程的内容和作用第28页/共234页2．土力学地基基础设计的主要理论依据为土力学。土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及其规律等的一门学科。它研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。其中，土的本构关系即土的应力—应变—强度—时间四变量之间的内在联系。一、本课程的内容和作用第29页/共234页一、本课程的内容和作用3．地基设计中必须满足的技术条件（1）地基的变形条件控制基础沉降使之不超过地基的变形容许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。（2）地基的强度条件要求作用于地基的荷载不超过地基的承载力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。（3）地基的稳定条件对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸建筑以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，应验算其稳定性。第30页/共234页一、本课程的内容和作用4．基础设计中必须满足的技术条件基础应当具有足够的强度、刚度和耐久性。第31页/共234页二、本学科发展概况

地基及基础既是一项古老的工程技术，又是一门年轻的应用科学。世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺，我国西安半坡新村新石器时代遗址的考古发掘，都发现有土台和石础。举世文明的长城、大运河蜿蜒万里，如处理不好有关岩土问题,就不能穿越各种地质条件的广阔地区，成为亘古奇观。第32页/共234页

作为本学科理论基础的土力学，始于18世纪兴起了工业革命的欧洲。1773年，法国的库伦（Coulomb）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力理论。1857年，英国的朗肯（Rankine）又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。1885年，法国的布辛奈斯克（Boussinesq）求得了弹性半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。1922年，瑞典人费伦纽斯（Fellenius）为解决铁路塌方提出土坡稳定分析法。这些古典的理论和方法至今仍在广泛使用。

1925年，美国的太沙基(Terzaghi)发表了《土力学》专著，接着，于1929年又发表了《工程地质学》。从此，土力学与基础工程成为一门独立的学科而取得不断的进展。二、本学科发展概况第33页/共234页三、本课程的特点和学习要求

本课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科领域，所以内容广泛、综合性强。

土力学的学习包括理论、试验和经验。理论学习：掌握理论公式的意义和应用条件，明确理论的假定条件，掌握理论的适用范围。试验：了解土的物理性质和力学性质的基本手段，重点掌握基本的土工试验技术，尽可能多动手操作，从实践中获取知识，积累经验。经验：在工程应用中是必不可少的，工程技术人员要不断从实践中总结经验，以便能切合实际地解决工程实际问题。作为实验性学科应注意理论的假设和应用范围，注意理论联系实际。第34页/共234页三、本课程的特点和学习要求学习本课程后，应掌握如下内容：常见土的土性及识别；土的力学指标的含义及分析；土的常规力学指标的试验方法；常见基础设计方法及构造要求；常见地基问题的处理方法；地质勘察报告的阅读和使用。第35页/共234页学习目标：了解地质作用的概念、地质年代的概念。理解第四纪沉积物类型及其工程特点。了解地下水的埋藏条件；理解土的渗透性、渗流力、流土、管涌等概念。第36页/共234页（一）地质作用建筑场地的地形、地貌和组成物质（土与岩石）的成分、分布厚度及特性取决于地质作用。

构成天然地基的物质是地壳中的岩石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化和构造变化的作用，称为地质作用，可分为内力地质作用和外力地质作用。一、概述第37页/共234页1.内力地质作用一般认为是，由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。eg.岩浆活动、地壳运动（构造运动）和变质作用。一、概述第38页/共234页2.外力地质作用由太阳辐射能和地球重力位能引起。eg.昼夜和季节气温变化，雨雪、山洪、河流、冰川、风及生物等对母岩产生的风化、剥蚀、搬运与沉积作用。

昼夜和季节以及气温的变化可使地表各种原岩不断发生热胀脱离、冷缩开裂等机械破碎。水和水溶液的存在，可使原岩不断发生水化、氧化、碳酸盐化、溶解以及缝隙水冻胀引起崩裂化学变化和机械破碎。动植物和微生物的活动，也可使原岩不断发生机械破碎和化学变化。这种外力（包括大气、水、生物）对原岩机械破碎和化学变化的作用，统称为风化作用。一、概述第39页/共234页

外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积是彼此密切联系的。风化作用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用提供了物质的来源。一、概述第40页/共234页第41页/共234页（二）地质年代

土与岩石的性质与其生成的地质年代有关。一般说来，生成年代越久，土与岩石的工程性质越好。

地质年代是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。地球形成至今大约有60亿年的历史，在这漫长的地质年代里，地壳经历了一系列复杂的演变过程，形成了各种类型的地质构造和地貌以及复杂多样的岩石和土。一、概述第42页/共234页一、概述

地质年代有绝对和相对之分相对地质年代在地史的分析中广为应用。它根据古生物的演化和岩层形成的顺序，将地壳历史划分成一些自然阶段。分为五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地层。地质年代和地层单位、顺序和名称的对应关系如下表。第43页/共234页

通常所说的土为新生代第四纪更新世（距今约100万年），更新世又分为早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后为全新世（Q4）。地质年代和地层单位、顺序、名称的对应关系地质年代代纪世期地层单位界系统阶(层)纪(系)一、概述第44页/共234页

地表的岩石经风化，剥蚀成岩屑，又经搬运、沉积而成的沉积物，年代不长，未经压紧硬结成岩石之前，呈松散状态，称为第四纪沉积物，即土。

根据搬运和沉积的情况不同，可分为以下几种类型：残积层、坡积层、洪积层、冲积层、海相沉积层、湖沼沉积层。不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特性。二、第四纪沉积物第45页/共234页二、第四纪沉积物（一）残积物定义：残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化产物。分布：残积物主要分布在岩石出露地表，经受强烈风化作用的山区、丘陵地带与剥蚀平原。由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物地基应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。特点：颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而直接过渡到新鲜岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一致。第46页/共234页残积层：应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。坡积层：应注意不均匀沉降和地基稳定性问题。洪积层：应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降。（二）坡积物定义：雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地冲刷剥蚀、顺着斜坡向下移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。二、第四纪沉积物特点：自上而下呈现由粗而细的分选现象。其矿物成分与下卧基岩没有直接关系。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动；还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均，厚度变化大。新近堆积物土质疏松，压缩性较大。第47页/共234页定义：由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。特点:

离山渐远，颗粒变细，分布范围逐渐扩大。其地貌特征是靠山近处窄而陡，离山远处宽而缓，形如锥体，故称为洪积锥（扇）。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。（三）洪积层二、第四纪沉积物第48页/共234页2.淤泥夹粘土透镜体1.表土层3.黏土尖灭层4.砂土夹黏土层5.砾石层6.石灰岩层土的层理构造

洪积物的颗粒虽因搬运过程中的分选作用呈现渐变现象,但由于搬运距离短,颗粒的磨圆度仍不佳。此外，山洪是周期性产生的，每次的大小不尽相同，堆积物质也不一样。因此，洪积物常呈现不规则的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状。

靠近山地或离山较远地段的洪积物的承载力高，而过度地带由于地下水溢出地表造成沼泽地带，土质软、承载力低。二、第四纪沉积物第49页/共234页

（四）冲积层定义：

冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。特点：

呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带棱角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积物，可分为平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等。二、第四纪沉积物第50页/共234页二、第四纪沉积物平原河谷横断面砾卵石中粗砂粉细砂粉质黏土粉土黄土淤泥第51页/共234页三、地下水地下水：存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水。建筑场地的水文地质条件主要包括地下水的埋藏条件，地下水位及其动态变化，地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀性等。第52页/共234页（一）地下水分类按埋藏条件不同，分为三类：1.上层滞水：地表水下渗积聚在局部透水性小的黏性土隔水层上的水。为雨水补给，有季节性。2.潜水：埋藏在地表以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。为雨水、河水补给，水位有季节性变化。一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风化层中。水面标高称为地下水位。3.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。通常存在于卵石层中，承受一定的静水压力。其埋藏区与地表补给区不一致。因此，承压水的动态变化受局部气候因素影响不明显。三、地下水第53页/共234页（二）地下水对工程的影响1.基础埋深：通常设计基础埋深D应小于地下水位深度

hw。2.施工排水：当地下水位高，基础埋深D大于地下水位深度时，基槽开挖与基础施工必须进行排水。中小工程可以采用挖排水沟与集水井排水；重大工程应采用井点降低地下水位法。3.地下水位升降：湿陷性黄土、膨胀土遇水时；地下水位大幅下降时。三、地下水第54页/共234页4.地下室防水。5.地下水水质侵蚀性。6.空心结构物浮起。7.承压水冲破基槽。

地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时，会腐蚀混凝土、石料及金属管道。三、地下水第55页/共234页（三）土的渗透性1.土的渗透性概念地下水通过土颗粒之间的孔隙流动，土体可被水透过的性质称为土的透水性。它表明水通过孔隙的难易程度。工程应用：工程设计中，计算地基沉降速率，或地下水位以下施工需计算地下水的涌水量，选择排水措施等均应用渗透性指标。三、地下水第56页/共234页2.土的渗透性规律（1）渗透实验与达西定律法国学者达西（Darcy,H.）1856年做砂土的渗透实验，发现达西定律。

Q/t=q=kFh/L=kFi

v=k×iq——单位时间内通过砂层渗流出的水量；i=h/L——水力坡降；v——渗透速度，cm/s；k——土的渗透系数，cm/s。三、地下水第57页/共234页注意：达西定律中，v不是某个土孔隙中水的渗流速度，而是水流通过的整个断面上的平均渗流速度。

k的物理意义：单位水力坡降(i=1)时的渗透速度。

影响土渗透性因素：1）土孔隙大小。2）土粒的大小、形状、级配以及颗粒的排列和土的结构等。3）地下水温度、密度及其粘滞性（即内摩阻力）。4）地下水的饱和度。层流运动：地下水在土中孔隙或微小裂缝中以不大的速度连续渗透时。紊流运动：在岩石的裂隙或空洞中流动时，速度较大。其流线有相互交错的现象。三、地下水第58页/共234页3.动水力GD（kN/m3）动水力：水流动时，水对单位体积土的骨架作用的力。是水流对土体施加的体积力。与水流受到土骨架的阻力大小相等而方向相反。静水力：静水作用在水下物体上的力。则土柱所受的力为：（1）两端点的静水压力：（2）与土柱同体积水柱的重量：土骨架对水的总阻力：沿地下水流方向取出一个土柱体，长度为L，横断面积为F。FhF及γhγ2W1WLFγWTLF（T为土对水的阻力，T=－GD）GD=γw×i三、地下水第59页/共234页由静力平衡条件：0cos21=-+-TLFLFFhFhWWWaggg得或式中：，为水力梯度。三、地下水第60页/共234页（四）渗流破坏及防治措施防治流砂的原则：（1）减少或消除坑内外地下水的水头差。（2)增长渗流路径。（3)在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力。三、地下水1.流土

当水流自下而上流动时，动水力方向与重力方向相反，使土颗粒悬浮。当动水力等于或大于土的浮重度时，土粒之间毫无压力，土随水流动，即

，所以

称为临界水力坡降。第61页/共234页2．管涌当土中渗流的水力坡降小于临界水力坡降时，虽不致诱发流土，但在渗流力作用下，无黏性土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以致流失，逐渐在土体中形成贯通的渗流管道，造成塌陷，这种现象称为管涌或潜蚀。管涌可能发生在渗流逸出处，也可能发生在土体内部。防治管涌的措施主要有：（1）降低水力坡降，如打板桩。（2）在渗流逸出部位铺设反滤层。三、地下水第62页/共234页基坑开挖防渗措施1.工程降水

采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位原地下水位明沟排水原水位面一级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水要求地下水位降得较深，采用井点降水。在基坑周围布置一排至几排井点，从井中抽水降低水位三、地下水在基坑内（外）设置排水沟、集水井，用抽水设备将地下水从排水沟或集水井排出第63页/共234页三、地下水第64页/共234页2.设置板桩

沿坑壁打入板桩。一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降。钢板桩3.水下挖掘

在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，并同时进行挖掘。三、地下水第65页/共234页小结

本章主要从工程地质的角度介绍了土的生成、土层的类型和特点、地下水分类、地下水的渗流、渗流造成的破坏及防治等基本概念。这些内容是分析与解决地基基础工程问题时所需的基本知识。

1．地质相对年代：划分为五大代（太古代、元古代、古生代、中生代和新生代），下分若干纪、世、期。通常所说的土产生于新生代第四纪更新世（距今0.012百万年～1百万年），更新世又分为早更新世（Q1）、中更新世（Q2）、晚更新世（Q3），其后为全新世（Q4）。第66页/共234页2．土的定义：地表岩石经风化、搬运、沉积而形成的松散集合物，即第四纪沉积物。不同成因类型的土，各具有一定的分布规律和工程地质特性。根据搬运和沉积的情况不同，可分为残积物、坡积物、洪积物、冲积物、其他沉积物等类型。

3.地下水分为上层滞水、潜水和承压水。水在土中以层流的方式渗透时符合达西定律。渗流力可能导致流土和管涌破坏，降低水力坡降是防治的关键。第67页/共234页学习目标:掌握土的三相组成的基本概念（如土的粒组、颗粒级配）。理解并掌握土的物理性质指标、物理状态指标的含义以及指标的测定方法。了解土的压实特性，掌握土的压实标准。掌握地基土的工程分类。第68页/共234页一、土的三相组成本节主要内容：阐明组成土的三相（固体颗粒、水、气）的特性及其与工程性质的关系。（一）土的固体颗粒

1.土粒的矿物成分（1）原生矿物：母岩经物理风化而成。eg.石英、云母、长石。其成分与母岩相同，分为单矿物颗粒，多矿物颗粒。（2）次生矿物：母岩经化学风化而成。eg.高岭石、伊里石、蒙脱石。其成分与母岩不同，为一种新矿物颗粒，主要是黏土矿物。D<0.005mm。第69页/共234页漂石、卵石、圆砾等粗大土粒都是母岩的碎屑，其矿物成分与母岩相同。砂粒大部分是母岩中的单矿物颗粒，如如石英、云母、长石。粉粒的矿物成分是多样性的，主要是石英和MgCO3、CaCO3等难溶盐的颗粒。黏土的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐类，它们都是次生矿物。一、土的三相组成第70页/共234页2.土颗粒的大小和形状

粒组：土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。因此可将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组。界限粒径：划分粒组的分界尺寸。常用（mm）200、20、2、0.075、0.005把土粒分为六大粒组:漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒，见下表。一、土的三相组成第71页/共234页一、土的三相组成第72页/共234页

3.土的颗粒级配（粒径级配）颗粒级配：

土粒大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。用途：这是决定无粘性土工程性质的主要因素，是确定土的名称和选用建筑材料的重要依据。一、土的三相组成第73页/共234页4.粒径分析方法

颗分试验：（1）筛分法：粒径>0.075mm。（2）比重计法或移液管法：粒径

<0.075mm。

颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配曲线，如下图。一、土的三相组成第74页/共234页一、土的三相组成第75页/共234页一、土的三相组成第76页/共234页

级配良好的判别：由曲线的坡度大致可判别土的均匀程度，如曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。一、土的三相组成第77页/共234页利用不均匀系数Cu和曲率系数Cc定量判别：Cu<5级配不良；Cu>5级配良好。

Cc反应曲线的整体形状，过大或过小都表示缺乏中间粒径。对砾类土和砂类土，当同时满足Cu>5和Cc

=1~3时，级配良好。60102301060/dddCddCcu==.一、土的三相组成第78页/共234页（二）土中的水和气1.土中水：（1）结晶水

存在于矿物结晶中的水，只有在高温（>105C）下，才能从矿物中吸出，故可把它视作矿物本身的一部分。（2）结合水

受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。o-毛细水重力水自由水弱结合水强结合水与土粒表面结合的水结合水土粒矿物内部的水-结晶水土中水一、土的三相组成第79页/共234页强结合水弱结合水自由水1）强结合水：没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，牢固地吸附于土粒表面，其性质接近于固体，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。一、土的三相组成2）弱结合水：厚度较强结合水大，具有较高的粘滞度、抗剪强度，仍不能传递静水压力。当含量较多时，使土具有一定的可塑性。第80页/共234页（3）自由水1）重力水：在土中流动的水，受重力作用。2）毛细水：由于水和空气分界处弯液面上产生的表面张力作用，土中自由水从地下水位通过土的细小通道逐渐上升，形成毛细水。它不仅受重力作用而且还受到表面张力的支配。一、土的三相组成第81页/共234页2.土中气（1）开敞气体：对土无影响。（2）封闭气体：使土的渗透性减小，弹性增大和拖延了土的压缩和膨胀变形随时间的发展。一、土的三相组成第82页/共234页单粒结构蜂窝结构絮状结构（三）土的结构和构造1.土的结构（如上图）土的结构：单粒结构蜂窝结构（粒径0.075~0.005mm）絮状结构（粒径<0.005）一、土的三相组成第83页/共234页分散构造裂隙构造

2.土的构造

土的构造分为层理构造、分散构造和裂隙构造。一、土的三相组成第84页/共234页表示土的三相组成比例关系的指标,称为土的物理性质指标。（一）土的三相草图为了便于说明和计算，用三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。气水土

粒二、土的物理性质指标第85页/共234页1.土的密度ρ和重力密度γ二、土的物理性质指标式中:重力加速度g工程中可取10m/s2。天然状态下，土的密度变化范围较大，一般介于1.60～2.20

g/cm3之间

。测定方法:

环刀法和灌水法。环刀法适用于黏性土、粉土与砂土；灌水法适用于卵石、砾石与原状砂。（二）由试验直接测定的指标第86页/共234页2.土粒比重（土粒相对密度）ds土粒的密度与40C时纯水的密度的比值（无量纲）即式中：ρw=1g/cm3。取值：在有经验的地区可按经验值选用。一般砂土为2.65~2.69，粉土为2.70~2.71，黏性土为2.72~2.75。测定方法：有比重瓶法和经验法。二、土的物理性质指标第87页/共234页二、土的物理性质指标第88页/共234页3.土的含水量w

土中水的质量与土粒质量之比，称为土的含水量，以百分数表示，即表示土的湿度。取值：它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般砂土：0%~40%，粘性土：20%~60%。一般来说，同一类土含水量越大，则其强度就越低。测定方法：一般采用烘干法，适用于粘性土、粉土和砂土的常规试验。二、土的物理性质指标第89页/共234页二、土的物理性质指标（三）换算指标

（6个）1.特定条件下土的密度（重度）干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效密度（有效重度）。2.反映土的松密程度的指标孔隙比、孔隙率。3.反映土的含水程度的指标饱和度。第90页/共234页二、土的物理性质指标（1）土的干密度ρd和干重度γd取值：一般为1.3~2.0g/cm3。工程应用:

填方工程土体压实质量控制的标准。土的干密度越大，土体压的越密实，土的工程质量就越好。物理意义：单位体积的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。1.特定条件下土的密度（重度）第91页/共234页二、土的物理性质指标（2）土的饱和密度ρsat和饱和重度γsat取值：一般为1.8~2.3g/cm3。（3）土的有效密度ρ'和有效重度γ'扣除水的浮力后单位体积土的质量取值：一般为0.8~1.3g/cm3。第92页/共234页二、土的物理性质指标讨论：同种类土

γsat，γd，γ‘

，γ四个指标的大小排序。结论：

同种类土

γsat>γ>

γd>γ‘第93页/共234页二、土的物理性质指标2.反映土的松密程度的指标（1）土的孔隙比e（以小数表示

）取值：一般砂土为0.5~1.0，黏性土为0.5~1.2。工程应用：

用来评价天然土层的密实程度。当砂土e＜0.6时，呈密实状态，为良好地基；当黏性土e＞1.0时，为软弱地基。第94页/共234页二、土的物理性质指标（2）土的孔隙率n（以百分数表示

）反映土中孔隙大小的程度，一般为30%~50%。3.反映土的含水程度的指标——饱和度Sr

（以百分数表示

）工程应用：砂土与粉土以饱和度作为湿度划分的标准。当Sr≤50%时，土为稍湿的；当50%＜Sr≤80%时，土为很湿的；当Sr＞80%时，土为饱和的。

第95页/共234页二、土的物理性质指标（四）指标的换算第96页/共234页二、土的物理性质指标第97页/共234页

上节讲述土的物理性质指标，本节讲述土的物理状态指标，即要研究土的松密和软硬。

三、土的物理状态指标

无黏性土为单粒结构，土粒与土中水的相互作用不明显，影响其工程性质的主要因素是密实度。

第98页/共234页（一）无粘性土的密实度

密实度：单位体积土中固体颗粒的含量。三、土的物理状态指标1.砂土密实度

（1）孔隙比e

以孔隙比e作为砂土密实度的划分标准，分为密实、中密、稍密、松散四状态。无法考虑土颗粒级配的影响

第99页/共234页三、土的物理状态指标（2）相对密实度法

为了考虑颗粒级配的影响，引入砂土相对密实度的概念。即用天然孔隙比e与该砂土的最松状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比，比较e靠近emax或靠近emin，以此来判别砂土的密实度。第100页/共234页根据Dr值将砂土密实度划分为以下三种状态。

0.67＜Dr≤1，密实；

0.33＜Dr≤0.67，中密；

0＜Dr≤0.33，松散。

由于砂土的原状土样很难取得，天然孔隙比难以准确测定，故相对密实度的精度也就无法保证。目前，它主要用于填方质量的控制。三、土的物理状态指标第101页/共234页（3）现场标准贯入试验法

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），以下均简称《规范》）采用未经修正的标准贯入试验锤击数N来划分砂土的密实度，见下表。N是用质量63.5kg的重锤自由下落76cm，使贯入器竖直击入土中30cm所需的锤击数，它综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。三、土的物理状态指标第102页/共234页三、土的物理状态指标2.碎石土的密实度

（1）重型圆锥动力触探锤击数N63.5

碎石土既不易获得原状土样，也难以将贯入器击入土中。对于平均粒径小于等于50mm且最大粒径不超过100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾，《规范》采用重型圆锥动力触探锤击数N63.5来划分其密实度。注：表内N63.5为经综合修正后的平均值。第103页/共234页

（2）野外鉴别方法

对于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土，通过观察，根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性将其密实度划分为密实、中密、稍密、松散。三、土的物理状态指标第104页/共234页三、土的物理状态指标第105页/共234页

黏性土最主要的性质是土粒与水相互作用产生的稠度。它反映土粒之间连接强度随含水量高低而变化的性质。稠度：是指土的软硬状态或土对受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力。三、土的物理状态指标第106页/共234页（二）粘性土的界限含水量

同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。界限含水量的测定方法：塑限：搓条法（滚搓法）；液限：锥式液限仪（如下图）。三、土的物理状态指标第107页/共234页三、土的物理状态指标第108页/共234页三、土的物理状态指标液限、塑限联合测定法:

根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行。第109页/共234页（三）粘性土的塑性指数和液性指数

1.塑性指数IppLpIww-=（省去%）三、土的物理状态指标

塑性指数越大，则土处在可塑状态的含水量范围越大，土的可塑性愈好。也就是说，塑性指数的大小与土可能吸附的结合水的多少有关，一般土中粘粒含量愈高或矿物成分吸水能力越强，则塑性指数越大。《规范》用Ip作为黏性土与粉土的定名标准。第110页/共234页三、土的物理状态指标

2.液性指数IL

液性指数是指黏性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比。它是表示天然含水量与界限含水量相对关系的指标，反映黏性土天然状态的软硬程度，又称相对稠度。

第111页/共234页

建筑工程中将液性指数IL用作确定黏性土承载力的重要指标。《规范》按液性指数的大小将黏性土划分为5种软硬状态。三、土的物理状态指标第112页/共234页三、土的物理状态指标（四）灵敏度St和触变性

天然状态的黏性土通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，其结构破坏，强度降低，压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，通常用灵敏度来衡量。式中：

——原状土的无侧限抗压强度，kPa；

——重塑土（含水量与密度不变）的无侧限抗压强度，kPa。第113页/共234页根据灵敏度的大小，可将粘性土分为低灵敏（1＜St≤2）、中灵敏（2＜St≤4）和高灵敏（St＞4）三类。土体灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后强度降低越多，所以在施工时应特别注意保护基槽，尽量减少对土体的扰动（如人为践踏基槽）。触变性：

粘性土的结构受到扰动后，强度降低。但静置一段时间，土的强度会逐渐增长，这种性质称为土的触变性。三、土的物理状态指标第114页/共234页

在工程建设中经常要进行填土压实，例如路基、堤坝、挡土墙、平整场地以及埋设管道、建筑物基坑回填等。为了增加填土的密实度，提高其强度，减少沉降量，降低透水性，通常采用分层碾压、夯实和振动的方法来处理地基。土体能够通过碾压、夯实和振动等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质称为土的压实性。四、土的压实性第115页/共234页

工程实践表明，对于过湿的黏性土进行碾压或夯实会出现软弹现象（俗称橡皮土），土体不易被压实，对于很干的土进行碾压或夯实也不能充分夯实。因此，对应最佳的夯实效果，存在一个适宜的含水量大小。在一定的压实功能作用下，使土最容易被压实，并能达到最大密实度时的含水量，称为土的最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度ρdmax

。四、土的压实性第116页/共234页（一）击实试验

土的压实性可通过在实验室或现场进行击实试验来进行研究。室内击实试验方法如下：将同一种土配制成5份以上不同含水量的试样，用同样的压实功能分别对每一份试样分三层进行击实，然后测定各试样击实后的含水量w和湿密度ρ，计算出干密度ρd，从而绘出一条w-ρd关系曲线，即击实曲线。如图。由图可知，在一定击实功能下，只有当含水量达到某一特定值时，土才被击实至最大干密度。含水量大于或小于此特定值，其对应的干密度都小于最大干密度。这一特定含水量即为最优含水量wop。四、土的压实性第117页/共234页粘性土的击实曲线

四、土的压实性第118页/共234页第119页/共234页（二）影响压实效果的因素

土的含水量、压实功能、土的性质。

1.土的含水量

试验统计证明：粘性土的最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2（%）。土中粘土矿物含量大，则最优含水量越大。四、土的压实性第120页/共234页

2.压实功能

夯击的压实功能与夯锤的重量、落高、夯击次数以及被夯击土的厚度等有关；碾压的压实功能则与碾压机具的重量、接触面积、碾压遍数以及土层的厚度等有关。四、土的压实性第121页/共234页对于同类土：压实功能↑，则最大干密度↑，而最优含水量↓。故，在压实工程中：（1）若土的含水量较小，则需选用夯实能量较大的机具，才能将土压实至最大干密度。（2）在碾压过程中，如未能将土压至最密实程度，则需增大压实功能（选用功能较大的机具或增加碾压遍数等）。（3）若土的含水量较大，则应选用压实功能较小的机具，否则会出现“橡皮土”现象。四、土的压实性第122页/共234页

3.土的性质

土的颗粒粗细、级配、矿物成分和添加的材料等因素对压实效果有影响。颗粒越粗的土，其最大干密度越大，而最优含水量越小。砂性土也可用类似粘性土的方法进行试验。干砂在压力和振动作用下，容易密实；稍湿的砂土，因有毛细压力作用使砂土互相靠紧，阻止颗粒移动，击实效果不好；饱和砂土，毛细压力消失，击实效果良好。四、土的压实性第123页/共234页（三）压实填土的质量指标

压实填土的质量以压实系数λc控制。压实系数为压实填土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值，即

压实填土的最大干密度ρdmax宜采用击实试验或由现场试验来测定。四、土的压实性第124页/共234页

当无试验资料时，最大干密度可按下式计算：

式中：ρdmax——分层压实填土的最大干密度；

η——经验系数，粉质粘土取0.96，粉土取0.97；

ρw——水的密度；

ds——土粒相对密度（比重）；

wop——填料的最优含水量。当填料为碎石或卵石时，其最大干密度可取2.0~2.2t/m3。四、土的压实性第125页/共234页

压实填土的质量应根据结构类型和压实填土所在部位按下表的数值确定。四、土的压实性第126页/共234页

地基土（岩）分类的任务：根据分类用途和土（岩）的各种性质的差异将其划分为一定的类别。本节的分类方法为《地基规范》分类法。

（一）岩石1.定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。⑴按坚固性分为：硬质岩石、软质岩石。⑵按岩石风化程度分为：微风化、中等风化、强风化。⑶按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。五、地基土（岩）的工程分类第127页/共234页（二）碎石土1.定义：粒径d>2mm的颗粒含量超过全重50%的土。2.分类依据：土的粒组含量及颗粒形状。3.定名：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。五、地基土（岩）的工程分类第128页/共234页4．工程性质常见的碎石土强度大，压缩性小，渗透性大，为优良地基。其中：密实碎石土为优等地基；中密碎石土为优良地基；稍密碎石土为良好地基。五、地基土（岩）的工程分类第129页/共234页（三）砂土

1.定义：粒径d>2mm的颗粒含量不超过全重的50%，且粒径d>0.075mm的颗粒超过全重50%的土。

2.分类依据：粒组含量。

3.定名：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。

4、密实度：密实、中密、稍密、松散四状态。

五、地基土（岩）的工程分类第130页/共234页五、地基土（岩）的工程分类5．工程性质。（1）密实与中密状态的砾砂、粗砂、中砂为优良地基；稍密状态的砾砂、粗砂、中砂为良好地基。（2）粉砂与细砂要具体分析：密实状态时为良好地基；饱和疏松状态时为不良地基。第131页/共234页（四）粉土

1.定义：粒径d>0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，且Ip≤10的土。

2.组成：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。

3.分类：根据粒径d<0.005mm的颗粒含量是否超过全重10%，分为粘质粉土、砂质粉土？（不确定）

粉土的性质介于砂土和粘性土之间，它具有砂土和粘性土的某些特征，但目前由于经验积累的不同和认识上的差别，尚难确定一个能被普遍接受的划分亚类标准。五、地基土（岩）的工程分类第132页/共234页4.湿度:由Sr分为稍湿、很湿、饱和。或由含水量分为稍湿、湿、很湿。5.工程性质：密实粉土为良好的天然地基；

e>1为松散状态，属软弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。五、地基土（岩）的工程分类第133页/共234页（五）粘性土

1.定义：Ip>10的土。

2.分类依据：Ip。

3.定名：Ip>17为粘土；10<Ip≤17为粉质粘土。

4．工程性质。

粘性土的工程性质与其含水量的大小密切相关。密实硬塑的粘性土为优良地基；疏松流塑状态的粘性土为软弱地基。五、地基土（岩）的工程分类第134页/共234页

粘性土的工程性质受土的成因、生成年代的影响很大。按土的沉积年代将粘性土分为(《岩土工程勘察规范》):

老粘性土（第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的粘性土）。

一般粘性土（第四纪全新世Q4沉积的粘性土）。

新近沉积粘性土（文化期以来新近沉积的粘性土）。五、地基土（岩）的工程分类第135页/共234页（六）人工填土

1.定义：由于人类活动而形成的堆积物。

2.分类依据：组成物质；堆积年代。

3.定名。（1）按组成物质分为：素填土、压实填土、杂填土、冲填土。五、地基土（岩）的工程分类第136页/共234页（六）人工填土

⑵按堆积年代分为：老填土（粘性土填筑年代超过10年，粉土超过5年）；新填土（粘性土填筑代小于10年，粉土小于5年）。五、地基土（岩）的工程分类第137页/共234页五、地基土（岩）的工程分类（七）特殊土

特殊土是指在特定的地理环境下形成的具有特殊性质的土。它的分布一般具有明显的区域性。包括：淤泥、淤泥质土、红粘土、湿陷性土、膨胀土、多年冻土等。第138页/共234页五、地基土（岩）的工程分类1．淤泥和淤泥质土

在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成。（1）淤泥：其天然含水量大于液限（w>wL），天然孔隙比e≥1.5的粘性土。（2）淤泥质土：天然含水量大于液限（w>wL）而天然孔隙比1.0≤e＜1.5的粘性土或粉土。（3）工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。第139页/共234页五、地基土（岩）的工程分类2．红粘土和次生红粘土

（1）定义：为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性粘土。其液限wL一般大于50。红粘土经再搬运后仍保留其基本特征，其液限wL大于45的土为次生红粘土。（2）工程性质：强度高、压缩性低。上硬下软，具有明显的收缩性。第140页/共234页3．湿陷性土

浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于0.015的土。根据上覆土自重压力下是否发生湿陷变形，可划分为自重湿陷性土和非自重湿陷性土。4．膨胀土

土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于40%的粘性土。五、地基土（岩）的工程分类第141页/共234页五、地基土（岩）的工程分类5．多年冻土

是指土的温度等于或低于摄氏零度、含有固态水，且这种状态在自然界连续保持3年或3年以上的土。当自然条件改变时，产生冻胀、融陷、热融滑塌等特殊不良地质现象及发生物理力学性质的改变。第142页/共234页【例题3.1】某土样，测定其土粒比重ds=2.73，天然密度ρ=20.9kN/m3，含水量w=24.2%，液限wL=34％，塑限wp=19.8％，试确定（1）土的干密度；（2）土的名称和软硬状态。

解：（1）土的干密度kN/m3

（2）土的塑性指数

故该土为粉质粘土。（3）土的液性指数

故该土处于可塑状态。五、地基土（岩）的工程分类第143页/共234页本章小结

本章主要讨论了土的物质组成以及定性、定量描述其物质组成的方法，包括土的三相组成、土的三相指标、土的结构构造、粘性土的界限含水量、砂土的密实度和土的工程分类等。这些内容是学习土力学原理和基础工程设计与施工技术所必需的基本知识，也是评价土的工程性质、分析与解决土的工程技术问题时讨论的最基本的内容。第144页/共234页1．土的组成（1）固体颗粒：颗粒的形状、大小、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。土的颗粒级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，是确定土的名称和选用建筑材料的重要依据。（2）土中水：土中水是指存在于土孔隙中的水。土中细粒越多，水对土的性质影响越大。按水与土相互作用程度的强弱，土中水分为在电分子引力下吸附于土粒表面的结合水和存在于土孔隙中土粒表面电场影响范围以外的自由水。当土中含有较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。在工程中，应特别注意毛细水上升对建筑物地下部分的防潮措施、地基土的浸湿以及地基与基础的冻胀的重要影响。（3）土中气体：根据存在形式分为与大气连通的气体和不连通的密闭气体两类。第145页/共234页

2．土的物理性质指标（1）通过试验直接测定的指标：土的密度ρ、土粒比重ds和含水量w。（2）间接换算的指标：ρd、ρsat、ρ'、e、n、Sr。

3．土的物理状态指标（1）无粘性土的密实度：衡量砂土密实度的方法有孔隙比确定法、相对密实度法和《规范》采用的现场标准贯入试验法；衡量碎石土密实度的方法有《规范》采用的适用于卵石、碎石、圆砾、角砾的重型圆锥动力触探锤击法和适用于碎石土的野外鉴别方法。（2）粘性土的稠度。

1）粘性土的界限含水量（液限wL、塑限wp、缩限ws）以及wL、wp的测定方法。界限含水量均以百分数表示。它对粘性土的分类及工程性质的评价有重要意义。

2）塑性指数Ip。《规范》用Ip作为粘性土与粉土的定名标准。第146页/共234页

3）液性指数IL。反映粘性土天然状态的软硬程度，又称相对稠度。建筑工程中将液性指数IL用作确定粘性土承载力的重要指标。《规范》按IL的大小将粘性土划分为5种软硬状态——坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。

4．土的压实性影响土的压实效果的主要因素是：土的含水量、压实功能和土的性质。对应最佳的夯实效果，存在一个适宜的含水量大小。在一定的压实功能作用下，使土最容易被压实，并能达到最大密实度时的含水量，称为土的最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度ρdmax。压实填土的质量以压实系数λc控制。

5．地基土的工程分类粗粒土（粒径大于0.075mm）按各粒组含量和颗粒形状分类；细粒土（粒径小于0.075mm）按塑性指数分类。但需注意粘性土的工程性质受土的成因、生成年代的影响很大。第147页/共234页学习目标:1.了解地基土中应力的主要类型，熟悉其分布规律。2.掌握土的自重应力、基底压力和基底附加压力的含义和计算。3.理解地基附加应力的含义，熟悉其计算方法。第148页/共234页自重应力：土的自重应力是在未建造基础前,由于土体本身受重力作用引起的应力。地基变形内在因素（可压缩性）外在因素（应力）一、概述土中应力自重应力附加应力附加应力：是由于建筑物荷载在土中引起的应力（新增应力）。产生地基变形的主要原因一般不产生地基变形（新填土除外）第149页/共234页一、概述弹性理论——假定地基土是均匀、连续、各向同性的半无限空间线性变形体。实际情况——土是成层的的非均质的各向异性体。试验表明土的变形具有明显的非线性特征（如右图），当应力变化不大时，可用一条割线近似代替相应的曲线，这样，就可以把土看成是线性变形体，以简化计算。土的应力应变曲线第150页/共234页基本假定：地基是均质半无限空间弹性体。1.竖向自重应力2.侧向自重应力和剪应力（一）均质地基情况K0—土的侧压力系数（静止土压力系数）K0=μ/（1-μ），μ—土的泊松比。二、地基中自重应力第151页/共234页

必须指出：只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土的变形，而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。为简便起见，常把σcz称为自重应力，用σc表示。

二、地基中自重应力第152页/共234页（二）成层地基土的情况1.自重应力注意：分层界面和γi的取值。

σcz=σc=∑γihii=1n2.自重应力分布曲线的变化规律

（1）土的自重应力分布曲线是一条折线，拐点在土层交界处和地下水位处。（2）同一层土的自重应力按直线变化。（3）自重应力随深度的增加而增大。

二、地基中自重应力第153页/共234页3.地下水位升降对自重应力的影响二、地基中自重应力第154页/共234页二、地基中自重应力【例题4.1】某工程地基土层及其物理性质指标如下图所示，试计算土中自重应力并绘出分布图。解：

天然地面2.0m2.5m4.0mzγ=17.5kN/m3γsat=17.9kN/m3γsat=19.3kN/m3σcz35kPa54.75kPa91.95kPa123第155页/共234页（一）基础底面接触压力的分布

1.柔性基础：没有抵抗弯曲变形的能力，基础随地基一起变形，基底接触压力分布与上部荷载分布情况相同。均布荷载下其基底沉降是中部大，边缘小。

2.刚性基础：具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，在调整基底沉降使之趋于均匀的同时，也使基底压力发生由中部向边缘转移的过程。架桥作用：把刚性基础能够跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象。三、基础底面接触压力第156页/共234页中心受压下：随着荷载的增大，由“马鞍形”转变为“抛物线形”进而“钟形”。注：一般来说，无论无粘性土或粘性土地基，只要基础埋深和基底面积足够大，而荷载不太大时，基底反力图均呈“马鞍形”。

3.工业与民用建筑中，当基础底面尺寸较小时，一般可近似按直线分布图形计算，即按材料力学公式进行简化计算。只有基础刚度很大，地基相对较弱时才比较符合实际。

三、基础底面接触压力第157页/共234页（二）影响基底接触压力大小和分布的因素1.

地基土种类（土性）。2.

基础埋深。3.

荷载大小及分布情况。4.

地基与基础的相对刚度。5.

基础平面形状、尺寸大小。影响因素较多，非常复杂。三、基础底面接触压力第158页/共234页1.中心受压基础的基底压力（三）计算公式

注意d的取值三、基础底面接触压力

室外设计地面室内设计地面FkFkGkbpkd(a)(b)Gkdbpk——基础自重和基础上的土重，kN；

=Ad，其中为基础和回填土的平均重度，一般取20kN/，但在地下水位以下部分应扣除浮力10kN/取有效重度。第159页/共234页2.单向偏心受压基础基底压力三、基础底面接触压力

（1）当e=l/6时，呈三角形分布。（2）当e<l/6，呈梯形分布。（3）当e>l/6时，pkmin<0，基底反力重新分布：第160页/共234页3.双向偏心下的基底压力yyxxWMWMAGFpp+=21三、基础底面接触压力第161页/共234页（四）基底附加压力1.基底附加压力：由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的自重应力后，新增加于基底的压力。2.计算公式：p0max=pkmax－γ0dp0min=pkmin－γ0d

γ0——基础底面标高以上天然土层的加权平均重度。γ0=∑γihi/∑hi

，其中，地下水位下的重度取有效重度。d——基础埋深，必须从天然地面起算，对于新填土场地则从老天然地面起算。三、基础底面接触压力-=-=00dpkpczgs第162页/共234页（一）定义与假设1.定义：由建筑物荷载在地基中产生的应力，叫做附加应力。

2.假设：目前采用的附加应力计算方法是根据弹性理论推导出来的。（1）地基为半无限空间弹性体。（2）地基土是均匀连续的。(即变形模量E和侧膨胀系数µ各处相等)

（3）地基土是等向的即各向同性的。(即同一点E和µ各个方向相等)即地基是均匀连续、各向同性的半无限空间弹性体。实际上，地基是弹性塑性体和各向异性体。

3.问题类型：（1）空间问题（如集中力、矩形荷载、圆形荷载）；（2）平面问题（如线荷载、条形荷载l/b>10)四、地基中的附加应力第163页/共234页1.竖向集中力下的地基附加应力（1）布辛奈斯克（Boussinesq）解答（二）不同面积上受各种分布荷载作用下，附加应力的计算方法半空间任意点M（x，y，z）处的六个应力分量和三个位移分量：四、