土力学与基础

土力学:利用力学的一般原理,研究土的物理，化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学.地基:支承基础的土体或岩体 土力学三大核心内容:强度特性、变形特性、渗透特性. 基础:将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，一般应埋入地下一定的深度，进入较好的地层.通常把埋置深度3-5m称为浅基础. 三相体系:土体由固相、液相、和气相三部分组成.2土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质 矿物颗粒的成分有：原生矿物、次生矿物.3颗粒级配:土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重的百分数表示. 颗粒级配用筛分法、沉降分析法测定.4不均匀系数Cu和曲率系数Cc来反映土颗粒级配的不均匀程度.5工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：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，采用单一指标Cu难以全面有效地判断土级配好坏，需同时满足Cu>5和Cc=1~3两个条件时,才为级配良好，反之则级配不良.6土的物理性质指标:①土的天然密度:土单位体积的质量称为土的密度②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③土粒相对密度:土的固体颗粒质量与同体积4°C时纯水的质量之比，称为土粒相对密度④土的干密度:土单位体积中固体颗粒部分的质量⑤土的饱和密度:土空隙中充满水时的单位体积质量⑥土的有效密度：在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后⑦土的孔隙比e:土中空隙体积与土粒体积之比e=Vv/Vs⑧土的孔隙率n:土中空隙体积与体积之比n=Vv/V*1QQ%⑨土的饱和度Sr:土中水的体积与空隙体积之比Sr=Vw/Vv*100%7判断无黏性土密实度最简单的方法:使用孔隙比e来描述,e大，表示土中孔隙大,e小则土疏松.8标准贯入试验:在土层钻孔中,利用重63.5kg的锤击贯入器，根据每贯入30cm所需锤击数来判断土的性质,估算土层强度的一种动力触探试验. 黏性土:指具有可塑状态性质的土，它们在外力的作用下，可塑成任何形状而不产生裂缝，当外力去掉后，仍可保持原形状不变. 液限:土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量. 塑限:土由半固态变化到可塑状态的界限含水量. 塑性指数:液限与塑限之差值.9液性指数:表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指标.10孔隙水压力:土体中某点孔隙水承受的压力.土的应力分类:自重应力：由土体重力引起的应力.附加应力：由于外荷载的作用，在土中产生的应力增量.基底压力:在基础底面与地基之间产生接触压力.地基附加应力:由建筑物荷载引起的应力增量.12基底压力分为:柔性基础基底压力和刚性基础基底压力 有效应力原理:用有效应力阐明在力系作用下土体的各种力学效应的原理. 基底附加应力:是指由于修建建筑物而在地基表面处增加的应力.土的压缩性:土在压力作用下体积缩小的的特性.压缩试验:研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法.步骤:在压缩仪中完成.试验时，先用金属环刀取土，然后将土样连同环刀一起放入压缩仪,上下各盖一块透水石,以便土样受压后能够自由排水，透水石上面再施加垂直荷载.压缩性指标:①压缩系数②压缩指数③压缩模量土的荷载试验终止加载的条件:①承载板周围的土明显侧向挤出或发生裂纹.②沉降s急剧增大,荷载-沉降曲线出现陡降段.③在某一荷载下,24小时内沉降速度不能达到稳定标准.④沉降s大于等于0.06b15天然土层分为三种固结状态:①超固结状态:天然土层在地质历史上受到过的固结压力Pc大于目前的上覆压力P1，即OCR大于1.②正常固结状态:土层在历史上最大固结压力作用下压缩稳定,但沉积后土层厚度无大变化，以后也没有受到过其他荷载的继续作用•③欠固结状态：土层逐渐沉积到现在地面，但没达到固结稳定状态. 土的抗剪强度:土体抵抗剪切破坏的极限能力.16莫尔应力圆与与土的抗剪切强度包线存在以下三种情况:①M点莫尔应力圆整体位于抗剪切强度包线的下方.莫尔应力圆与抗剪切强度线相离，表明该点在任何平面上的剪切力小于土所能发挥的抗剪强度，因而，该点未被剪破②M点莫尔应力圆与抗剪切强度包线相切，说明在切点所代表的平面上，剪应力恰好等于土的抗剪强度，该点就处于极限平衡状态，莫尔应力圆亦称极限应力圆③M点莫尔应力圆与抗剪切强度包线相割，则M点早已破坏.实际上圆3所代表的应力状态是不可能存在的，因为M点破坏后，应力已超出弹性范围.17简述直接剪切试验和三轴压缩试验之间的优缺点和适用范围：直接剪切试验:优点:直剪仪构造简单，操作简便,并符合某些特定条件.缺点:①剪切过程中试样内的剪应变和剪应力分布不均匀②剪切面人为地限制在上、下盒的接触面上，而该平面并非是试样抗剪最弱的剪切面③剪切过程中试样面积逐渐减小,且垂直荷载发生偏心，但计算抗剪强度时却按受剪面积不变和剪应力均匀分布计算④不能严格控制排水条件，因而不能量测试样中的孔隙水压力⑤根据试样破坏时的法向应力和剪应力，虽可算出大、小主应数值，但中主应力无法确定.三轴压缩试验的优缺点：缺点:试样制备和试验操作比较复杂，试样中的应力与应变仍然不够均匀.优点:①试验中能严格控制试样的排水条件，准备测定试样在剪切过程中孔隙水压力变化，从而可定量获得土中有效应力的变化情况②与直剪试验对比起来，试样中的应力状态相对地较为明确和均匀，不硬性指定破裂面位置③除抗剪强度指标外，还可测定如土的灵敏度、侧压力系数、孔隙水压力系数等力学指标.18三种标准试验方法分别介绍及适用范围：①固结不排水剪②不固结不排水剪③固结排水剪1挡土墙的土压力:挡土墙后填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力.2土压力:①主动土压力:当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力.用Ea表示②被动土压力:当挡土墙在外力作用下，向土体方向偏移至墙体后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为被动土压力.用Ep表示③静止土压力：当挡土墙静止不动,墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为静止土压力.用E。表示3郎金应用条件:挡土墙墙背面竖直光滑、填土面水平.4库伦土压力理论基本假设条件及适用条件：基本假设：①墙后填土是理想的散粒体②滑动破裂面为通过墙踵的平面③墙背与滑裂面间的滑动土梁为一刚性体，本身无变形.适用条件：适用于砂土和碎土填料的档土计算，可考虑墙背倾斜、填土面倾斜以及墙背与填土间的摩擦等多种因素影响.5挡土墙类型选择:重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板及锚、杆式挡土墙6建筑基地在荷载作用下的破坏形式:①整体剪切破坏②局部剪切破坏③冲剪破坏7浅基础的类型:扩展基础，联合基础、柱下条形基础、柱下十字交叉基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础8基础埋置深度:室外设计地面到基础底面的垂直距离.基础宜埋置在地表以下，其最小深为0.5m，且基础顶面宜低于室外设计地面0.1m. 选择基础埋深时应考虑的的几个主要因素：①建筑结构条件与场地环境条件②工程地质条件③水文地质条件④地基冻融条件 地基承载力:地基承担荷载的能力.9地基承载力特征值:正常使用极限状态计算时的地基承载力.10地基承载力特征值的确定:①按土的抗剪强度指标确定②按地基荷载试验确定③按地基规范承载力表确定11软弱下卧层:在持力层下，成层土地基受力范围内，承载力显著低于持力层的高压缩性土层.12地基变形特征一般分为：①沉降量:指基础基点的沉降值②沉降差:一般指相邻柱基中点的沉降量之差③倾斜:指基础倾斜方向两端点的沉降差的比值④局部倾斜:指砌体承重结构沿纵向6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值 相对刚度：“上部结构+基础”与地基之间的刚度比13结构绝对柔性:当结构相对刚度为零. 倒梁法:认为上部结构是刚性的,各柱之间没有沉降差异，因而可把柱脚视为条形基础的铰支座，支座间不存在相对的竖向位移。14倒梁法出现误差时的调整方法：实践中有采用“基底反力局部调整法”，即：可将支座处的不平衡力均匀分布在本支座两侧各1/3跨度范围内，从而将地基反力调整为台阶状，再按倒梁计算出内力后叠加。15减轻不均匀沉降损害的措施：建筑措施:①建筑物体型力求简单②控制建筑物长高比及合理布置纵横墙③设置沉降缝④控制相邻建筑物基础的间距⑤调整建筑物的局部标高 结构措施:①减轻建筑物自重②设置圈梁③减小或调整基底附加压力④增加上部结构刚度或采用非敏感性结构 施工措施16桩基由基桩和承台构成. 深基础主要有桩基础、沉井基础、墩基础、和地下连续墙等几种类型.17桩的分类:①按承载性状分类：摩擦型桩和端沉型桩？②按施工方法分类：预制桩、灌注桩③按桩的设置效应分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩 摩擦桩:桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计. 单桩的破坏模式:屈曲破坏、整体剪切破坏、刺入破坏18负摩阻力：桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时,桩侧摩阻力方向向下 在下列情况下考虑桩侧负摩阻力:①在软土地区，大范围地下水位下降，使桩周土中有效应力增加，导致桩侧土层沉降②桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载时③桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层、液化土层进入相对较硬土层时④冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的缺陷 单桩竖向承载力的确定：①按材料强度确定②按单桩竖向抗压静载试验确定③按土的抗剪强度指标确定④按经验参数确定⑤按静力触探法确定19群桩效应:密集的桩所造成的对水动力性能的影响或桩土体系间的相互影响.20桩基础设计内容和步骤:①进行调查研究，场地勘测、收集有关资料②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层③选择桩材,确定桩的类型、外形尺寸和构造④确定单桩承载力特征值⑤根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置⑥根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸及承台底标高⑦验算作用于单桩上的竖向和横向荷载⑧验算承台尺寸及结构强度⑨必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力21沉井基础:一种利用人工或机械方法清除井内土石,并借助自重或添加压重等措施克服井壁摩阻力逐节下沉至设计标高，再浇筑混凝土封底并填塞井孔,成为建筑物基础的井筒状构筑物.22地下工程:包括隧洞、地下空间等建筑物的工程23基坑工程:是一项综合性很强的岩土工程，既涉及土力学中典型的强度、稳定、与变形的问题，又涉及土与支护结构共同作用以及场地的工程、水文地质等问题，同时还与计算技术、测试技术、施工技术等密切相关.24地基处理:对建筑物和设备的基础下的受力层进行提高其强度和稳定性的强化处理.25地基处理的目的:采取切实有效的处理方法，改善地基土的工程性质，使其满足工程建设的要求26地基处理的方法:①碾压及夯实:重锤夯实，机械碾压，动压实，强夯发②换填垫层:砂石垫层，素土垫层，灰土垫层，矿渣垫层③排水固结:天然地基预压，砂井预压，塑料排水带预压，真空预压，降水预压④振密挤密:振冲挤密，灰土挤密桩，砂石桩，石灰桩,爆破挤密⑤置换及拌入：振冲置换，深层搅拌，高压喷射注桩，石灰桩等⑥加筋:土工合成材料加筋，锚固，树根桩,加筋土⑦其他:灌浆，冻结，托换技术，纠偏1说明土的天然重度…大小:天然重度、饱和重度、浮重度和干重度分别表示单位体积的土分别在天然、饱和、湿润、干燥状态下的重量，它们反映了土在不同状态下质量的差异.饱和重度〉天然重度〉干重度〉浮重度2反映无黏性土密 何应用得并不广泛？指标:孔隙比、最大孔隙比、最小孔隙比优点:判断密实度最简便的方法是用孔隙比e来描述，但e未能考虑级配的因素，故引入密实度.应用不广泛的原因:天然状态砂土的孔隙比e值难测定,此外按规程方法室内测定孔隙比最大值和3土的自重应力......有何影响，如何计算？均质土的自重应力沿水平面均匀分布，且于深度Z成正比，即随深度呈线性增加.地下水位升高则土的自重应力减小，反之则增加.计算即减去水的自重应力.4刚性基础.....基底压力？刚性基础:刚度较大，基底压力分布随上部荷载的大小、基础的埋深及土的性质而异.5如何计算基底附加压力....去基底自重应力？土的自重应力一般不引起地基变形，只有新增的建筑物荷载，即作用于地基表面的附加压力，才是使地基压缩变形的主要原因.6什么是土的抗剪....为什么？定义:是指土体抵抗剪切破坏的极限能力.土的抗剪强度指标:土的黏聚力和土的内摩擦角.抗剪强度的来源:①无粘性土:来源于土粒间的摩擦力.②粘性土:除内摩擦力外，还有内聚力.对一定的土类，其抗剪强度指标也并非常数值，均因试验方法和土样的试验条件等的不同而异，同时，许多土类的抗剪强度线并非都呈直线状，随着应力水平有所变化.7何谓土的极限平衡状态......表达式.当土体中某点任一平面上的剪应力等于抗剪强度时，将该点即濒于破坏的临界状态称为“极限平衡状态”表征该状态下各种应力之间的关系称为“极限平衡条件”8土压力有哪几种...・.最主要的因素是什么？土压力类型:主动土压力、被动土压力、静止土压力.最主要因素:①挡土墙的位移方向和位移量②土的类型特定不同③墙体的形态不同④墙后土体的排水状态9试阐述主动土压力.......并比较三者数值大小・①主动土压力:挡土结构物向离开土体的方向移动，致使侧压力逐渐减小至极限平衡状态时的土压力②被动土压力:挡土结构物向土体推移，致使侧压力逐渐增大至被动极限平衡状态时的土压力③静止土压力:土体在天然状态时或挡土结构物不产生任何移