土力学与地基基础授课讲稿

广东南方职业学院授课讲稿课程名称：土力学与地基基础总学时：56总学分：3.5任课教师：系（部）：工程系职称：授课专业：工程造价授课班级：20～20学年第1学期第一章土力学与地基基础绪论（3课时）1、土力学、地基及基础的概念（1）地基与基础地基-直接承受建筑物荷载影响的那一部分地层；地基包括人工地基、天然地基。基础-将建筑物荷载传递给地基的地下结构部分。（2）地基与基础设计必须满足的基本条件①要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基具有足够的防止整体破坏的安全储备；②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影响其正常使用。在荷载作用下，建筑物的地基、基础和上部结构三部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质勘察资料，综合考虑地基—基础—上部结构的相互作用与施工条件，通过经济、技术此较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。2、地基工程事故类别及特征（1）地基事故的分类拟建建筑物场地一旦确定，人们对其地质条件便没有选择的余地，只能是尽可能的认识它，并合理地利用或处理它。为了保证工程安全，地基土体必须满足承载力和稳定性要求，还必须满足其变形（沉降和不均匀沉降）不超过建筑物的允许值要求。若不满足上述要求，就可能发生严重的工程事故。建筑物事故的发生，不少与地基问题有关。地基的过量变形或不均匀变形，使上部结构出现裂缝、倾斜，削弱和破坏了结构的整体性，并影响到建筑物的正常使用，严重者地基失稳导致建筑物倒塌。地基事故可分为天然地基事故和人工地基事故两大类。（2）地基失稳事故和地基变形事故①地基失稳事故（图片与视频形式）②地基变形事故（图片与视频形式）3、学科发展概况（1）国内的发展历史我国木桩基础的使用更是源远流长。如河姆渡文化遗址中发现的7000年前钱塘江南岸沼泽地带木构建筑下的木桩为世所罕见，公元前532年在今山西汾水上建成的三十墩柱木柱梁桥(《水经注》)、以及秦代所建渭桥(公元前221一公元206年，《三辅黄图》)等也都为木桩基础，再如郑州隋朝超化寺打入淤泥的塔基木桩《法苑珠林》)、杭州湾五代大海塘工程木桩等都是我国古代桩基础技术应用的典范，雄辩地证明了我国古代劳动人民在工程实践中积累了丰富的土力学与基础工程的知识。解放后，我国在建筑工程中成功地处理了许多大型和复杂的基础工程。例如，利用电化学加固处理的中国历史博物馆地基，解决了施工期短、质量要求高的困难；特别是在万里长江上建成的十多座长江大桥(武汉、南京长江大桥等)及其它巨大工程中，采用管柱基础、气筒浮运沉井基础等，成功地解决了水深流急、地质复杂的基础工程问题。近年来，我国在岩土工程勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺的研究和应用方面，取得了很大的进展。在地基处理方面，振动碾压、振动水冲、深层搅拌、高压旋喷、粉体喷射、真空预压、强夯以及各种土工聚合物和托换技术等在土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋等有关工程中得到了广泛应用，并取得了较好的经济技术效果。（2）国外的发展历史1773年，法国科学家C.A.Coulomb创立砂土抗剪强度公式，提出挡土墙土压力的滑动楔体理论。1856年，法国工程师H.Darcy研究砂土的透水性，提出层流运动的darcy定律。1857年，W.J.M.Rankine，从另一途径研究了挡土墙的土压力理论。1867年，捷克E.Winkler提出了铁轨下任一点的接触压力与该点的沉降成正比的假设。1885年，法国Boussinesq求得了半无限弹性体在竖向集中荷载作用下的应力与变形的理论解答。1915年，瑞典的彼得森（Petterson）首先提出，后由瑞典的费伦纽斯（Fellenius）及美国的泰勒（Taylor）进一步发展了土坡稳定分析的整体圆弧滑动面法。1920年，法国学者普朗特尔（Prandtl）发表了地基剪切破坏时的滑动面形状和极限承载力公式。1925年，K.Terzaghi出版了《土力学》一书。4、本课程的特点、内容与学习要求（1）土力学与地基基础课程的学习特点本课程包括土力学(专业基础)和基础工程(专业)两部分，是土木工程专业的一门主干课程。其涉及到工程地质学、土力学、结构设计和施工等几个学科领域，内容广泛，综合性、理论性和实践性很强。从土木工程专业的要求出发，学习时牢固地掌握土的应力、变形、强度和地基计算等土力学基本原理，并能应用这些基本概念和原理，结合有关结构理论和施工知识，分析和解决地基基础问题。（2）土力学与地基基础课程的内容设置第1章为绪论；上篇包括第2章至第6章，介绍了土力学的基本原理和计算方法，分别为土的物理性质及工程分类、土中应力分布与计算、土的压缩性与地基沉降计算、土的渗透性与渗透变形计算、土的抗剪强度；中篇包括第7章至第9章，介绍了土力学的基本原理在工程中的应用，分别为土压力与挡土墙设计、土坡稳定分析和地基承载力；下篇包括第10章至第13章，介绍了地基基础设计与施工技术，分别为浅基础设计、桩基础及其他深基础、特殊地基、地基处理。（3）土力学与地基基础课程的学习要求在本课程的学习中，必须自始至终抓住土的变形、强度和稳定性问题这一重要线索，并特别注意认识土的多样性和易变性等特点。此外，还必须掌握有关的土工试验技术及地基勘察知识，对建筑场地的工程地质条件作出正确的评价，才能运用土力学的基本知识去正确解决基础工程中的疑难问题。小结本课程与材料力学、结构力学、弹性理论、建筑材料、建筑结构及工程地质等有着密切的关系，本书在涉及到这些学科的有关内容时仅引述其结论，要求理解其意义及应用条件，而不把注意力放在公式的推导上。此外，基础工程几乎找不到完全相同的实例，在处理基础工程问题时，必须运用本课程的基本原理，深入调查研究，针对不同情况进行具体分析。因此，在学习时必须注意理论联系实际，才能提高分析问题和解决问题的能力。总结本节讲述了土力学与地基基础的基本知识和课程要求。

第二章土的物理性质与工程分类（3课时）1、土的成因残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土2、土的组成土是由固体颗粒、水和气体所组成的三相体系。分为饱和土、非饱和土、干土三类，当土骨架的孔隙完全被水充满时，这种土称为饱和土，有时一部分被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土，有时可能完全充满气体，就称为干土。土的固体颗粒土中的固体颗粒（土粒）大小、形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理性质的重要因素。土颗粒大小不同，其性质也不同。颗粒大小通常以粒径表示。粒组：是某一级粒径的变化范围，或者为相邻两分界粒径之间性质相近的土粒。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。土中水结合水：是指附着于土粒表面的水，受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水，其冰点低于零度。自由水：指不受颗粒电场引力作用的水，包括重力水和毛细水。毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水．毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。土中空气土中封闭气体的存在对土的性质有一定的影响，可使土的渗透性减小，弹性增大，并能拖延土受压缩后变形随时间的发展过程。含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质研究已经成为土力学的一个新的分支。土的结构土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构。3、土的三相比例指标（1）土的三相基本指标表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质最基本的物理性质指标，也是岩土工程勘察报告中不可缺少的基本内容。（2）土的其他物理性质指标土的孔隙比e、土的孔隙率n（%）、含水量、土的饱和度Sr、干重度γd（kN/m3）与干密度ρd（g/cm3）、饱和重度γsat（kN/m3）与饱和密度ρsat（g/cm3）、有效重度γ’（kN/m3）与有效密度ρ’（g/cm3）。（3）三相指标的换算4、无粘性土的密实度（1）砂土的密实度（2）碎石土的密实度5、粘性土的稠度1.黏性土最主要的物理状态特征是它的稠度。2.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。3.粘性土的稠度状态：含水量变化时，可使粘性土具有不同的稠度状态。含水量由大到小变化时，土由粘滞流动状态到可塑状态到半固体到固体状态。稠度状态之间的转变界限叫稠度界限。最早提出这种界限是瑞典农学家阿太堡，故也称阿太堡界限。用含水量表示，故又称界限含水量。工程上常用的稠度界限有液性界限Wl和塑性界限Wp。液性界限（Wl）简称液限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含水量。塑性界限（Wp）简称塑限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量。缩限（Ws）是半固态与固态的界限含水量。6、地基岩土的分类20世纪初期，瑞典土壤学家阿太堡提出了土的粒组划分方法和土的液限、塑限的测定方法，为近代土分类系统的形成奠定了基础。我国使用的土名和土的分类法并不统一，各个部门，使用各自制定的规范，世界上其它国家也是如此。我国目前建筑、水利、港工、公路各专业对土都有不同的分类方法。例：《建筑地基基础设计规范》分类法该规范把建筑物的地基土（包括岩石）分成六大类，即岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。从土力学的学科意义而言，整体岩石不属于土。碎石土和砂土属于粗粒土、粉土和粘性土属于细粒土。粗粒土按粒径级配分类，细粒土按塑性指数Ip分类。碎石土是指粒径大于2mm颗粒含量超过总质量50%的土；砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50%，而粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的50%的土；黏性土是指塑性指数Ip大于10的土；粉土的性质介于砂土与黏性土之间，塑性指数Ip≤10且粒径大于0.075mm的颗粒不超过总质量的50%的土。小结本节讲述了土的物理性质与工程分类。

第三章地基的应力（3课时）1、概述建（构）筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生了变化，如同其它材料一样，地基土受力后也要产生应力和变形。在地基土层上建造建（构）筑物，基础将建（构）筑物的荷载传递给地基，使地基中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，使建筑物发生沉降、倾斜和水平位移。地基土中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力（geostaticstress）和附加应力(additionalstress)两种。土中某点的自重应力与附加应力之和为土体受外荷载作用后的总应力。土中自重应力是指土体受到自重作用所产生的应力。土中附加应力是指由土体受外荷载（包括建筑物荷载、交通荷载、堤坝荷载等）以及地下渗流、地震等作用下附加产生的应力增量，它是产生地基变形的主要原因，也是导致地基土的强度破坏和失稳的重要原因。2、地基中的自重应力（一）单层土的竖向自重应力在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个无限大的水平面，因而在任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算(图)，即：（二）多层土的竖向自重应力地基土往往是成层的，成层土自重应力的计算公式：图4-4（a）为地下水位下降的情况，如在软土地区，因大量抽取地下水，以致地下水位长期大幅度下降，使地基中有效自重应力增加，从而引起地面大面积沉降的严重后果。图4-4（b）为地下水位长期上升的情况，如在人工抬高蓄水水位地区（如筑坝蓄水）或工业废水渗入地下的地区。水位上升会引起地基承载力的减少或湿陷性土的塌陷现象，必须引起注意。图4-4地基土中除有作用于水平面的竖向自重应力外，还有作用于竖直面的侧向（水平向）自重应力。土中任意点的侧向自重应力与竖向自重应力成正比关系，而剪应力均为零，即3、基底压力的计算（1）基底接触压力的产生建筑物荷重Þ基础Þ地基Þ在地基与基础的接触面上产生的压力（地基作用于基础底面的反力）（2）接触压力的大小影响因素地基土和基础的刚度荷载基础埋深地基土性质（3）基底压力分布形式柔性基础（钢筋混凝土基础），基底压力大小、分布状况与上部荷载的大小、分布状况相同。刚性基础则不同马鞍形、抛物线形、钟形4、基底压力的简化计算5、基底附加压力建筑物建造前，土中早已存在自重应力。基底附加压力是指导致地基中产生附加应力的那部分基底压力，在数值上等于基底压力减去基底标高处原有的土中自重应力，是引起地基附加应力和变形的主要原因。一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处，该处原有土中竖向自重应力。基坑开挖后，卸除了原有的自重应力，即基底处建造前曾有过自重应力作用。建筑物建造后的基底压力扣除建造前基底处土中自重应力后，才是新增加于地基的基底附加压力。当基底压力为均匀分布时当基底压力为梯形分布时6、地基中的附加应力附加应力是由于外荷载作用，在地基中产生的应力增量。小结本节讲述了土中应力分布与计算。

第四章地基土的变形（3课时）1、土的压缩性及其指标土的压缩是指土中孔隙的体积缩小，即土中水和土中气的体积缩小，可以认为土粒的体积是不变的，此时，土粒重新排列，互相挤密。饱和土的压缩，随孔隙的体积减小，土中水排出，相应土中水的体积减小。饱和土在压力作用下随土中水体积减小的全过程，称为土的固结。计算地基沉降时，必须取得土的压缩性指标，该指标可采用室内试验或原位测试来测定，应力求试验条件与土的天然状态及其在外荷作用下的实际应力条件相适应。（1）室内压缩（固结）试验及压缩性指标室内压缩试验假定：试验过程中颗粒本身没有压缩；在沿试样的横截面和高度范围附加应力均匀分布；试样不允许有任何侧向变形；压缩过程中试样的横截面面积保持不变。土的压缩曲线是室内土的压缩试验成果，它是土的孔隙比与所受相应压力的关系曲线。压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角坐标绘制的e-p曲线，如图5-3(a)所示。一般按p＝50、100、200、300、400kPa五级加荷，对于软土试验第一级压力宜从12.5kPa或25kPa开始，最后一级压力应大于土中计算点的自重应力与预计附加应力之和。另一种是横坐标取p的常用对数值，即采用半对数直角坐标绘制成曲线，如图5-3(b)所示，初始阶段加荷率应取0.5，试验时以较小的压力开始，采取小增量多级加荷方式，并加到较大的荷载为止，压力等级宜为12.5、18.75、25、37.5、50、100、200、400、800、1600、3200kPa，第一级压力软土必须从12.5kPa开始，最后一级压力应大于地基中计算点的自重应力与预计附加应力之和。土的压缩系数的定义是土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压应力增量的比值，即曲线中某一压力段的割线斜率。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。土的压缩指数的定义是土体在侧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，即e-logp曲线中某一压力段的直线斜率。土的压缩模量：Es>15MPa低压缩性土15MPa≥Es>4MPa中压缩性土Es≤4MPa高压缩性土浅层平板载荷试验：试验前先在现场试坑中竖立载荷架，使施加的荷载通过承压板传到地层中，以便测试浅部地基应力主要影响范围内的土的力学性质，包括测定土的变形模量、地基承载力以及研究土的湿陷性质等。载荷架，其构造一般由加荷稳压装置、反力装置及观测装置三部分组成。2、地基沉降随时间的变化规律建筑物和土工建筑物修建前，地基中早已存在着土体自身重力的自重应力。建筑物和土工建筑物荷载通过基础或路堤的底面传递给地基，使天然土层原有的应力状态发生变化，在附加的三向应力分量作用下，地基中产生了竖向、侧向和剪切变形，导致各点的竖向和侧向位移。地基表面的竖向变形称为地基沉降，或基础沉降。土的一维固结理论：饱和土的固结包括渗透固结(主固结)和次固结两部分，前者由土孔隙中自由水的排出速度所决定；后者由土骨架的蠕变速度所决定。饱和土在附加压力作用下，孔隙中相应的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为饱和土的渗透固结。饱和土的渗透固结，可借助弹簧活塞模型来说明。3、地基最终沉降量计算通常在计算地基变形的方法上，先把地基看成是均质的线性变形体，从而直接引用弹性力学来计算地基中的附加应力，然后利用某些简化假设来解决成层土地基的沉降计算问题。地基最终沉降量是指:地基变形完全稳定时地基表面的最大竖向变形。（1）分层总和法分层总和法计算地基的最终沉降量，即在地基沉降计算深度范围内划分为若干分层，计算各分层的压缩量，然后求其总和。地基沉降计算深度，是指自基础底面向下需要计算压缩变形所达到的深度，亦称地基压缩层深度。该深度以下土层的压缩变形值小到可以忽略不计。分层总和法的基本假定：（1）土受压时，只产生土的压缩变形，无侧向位移（即按有侧限压缩公式计算）；(2)地基土中的附加应力按基础中心点的最大值考虑；(3)地基最终沉降量只考虑土受压层范围内各土层的压缩量之和。地基的最终沉降量s可用下式计算：（2）按规范修正公式计算地基最终沉降量现行国标《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)推荐的地基最终沉降量计算方法是修正的分层总和法。该方法亦采用侧限条件的压缩性指标，但引入了地基平均附加应力系数计算，规定了地基沉降计算深度的新标准以及提出了地基沉降计算经验系数，使得计算成果接近于实测值。计算地基最终沉降量的分层总和法规范修正公式如下：小结本节讲述了土的压缩性的试验方法，以及土的压缩性指标的确定方法，掌握地基最终沉降量的基本计算方法——分层总和法，以及地基沉降与时间的关系。

第五章土的抗剪强度（3课时）1、概述实际工程当中，土体的破坏通常都是剪切破坏；研究土的强度特性，就是研究土的抗剪强度特性。（a)土坡稳定性(b)挡土墙地基稳定性(c)建筑物地基失稳1.土的抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动面受的剪应力。2.剪切面（剪切带）：土体剪切破坏是沿某一面发生与剪切方向一致的相对位移，这个面通常称为剪切面。3.土的抗剪强度物理意义：可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。抗剪强度机理：粘性土的抗剪强度由内摩擦力和粘聚力两个部分组成。内摩擦力，一般认为包含这样两个部分：一是剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产生的滑动摩擦阻力；二是来自于颗粒之间嵌入或联锁作用产生的咬合摩擦阻力。滑动摩擦阻力的大小与作用于粒间的有效法向应力成正比，滑动摩擦角的大小与颗粒的矿物成分有关；咬合摩擦阻力的大小与粒间有效法向应力有密切的关系，当土体发生剪切时，相互咬合的颗粒要发生相对移动，必须首先向上抬起，才能跨越相邻颗粒而移动，土粒之间的有效法向应力越大，土粒要上移就越困难，因而，土的抗剪强度随剪切面上有效法向应力的增加而增加。粘聚力，一般认为由三部分构成。(1)原始粘聚力，这是由于土粒间水膜与相邻土粒之间的分子引力所形成的，当土的天然状态被破坏时，原始粘聚力的一部分将丧失，但当土的密度恢复到初始状态时，原始粘聚力随之恢复；(2)固化粘聚力，是由于土中化合物的胶结作用而形成的，天然结构被破坏时，这部分粘聚力将丧失，而且在短时期内不能恢复；(3)毛细粘聚力，是由于毛细作用形成的，对洁净的干砂，粘聚力C=0，但是由于砂土中夹有粘土颗粒或砂土处于潮湿状态，因而有时也会有很小的粘聚力。4.决定土的抗剪强度因素很多，主要为：土体本身的性质，土的组成、状态和结构；而这些性质又与它形成环境和应力历史等因素有关；此外，还决定于它当前所受的应力状态。5.土的抗剪强度主要依靠室内经验和原位测试确定。2、土的抗剪强度理论和极限平衡条件一、库仑定律（剪切定律）1773年法国学者库仑(C.A.Coulomb)提出在法向应力变化范围不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。将库仑定律表示在坐标系中为两条直线库仑定律说明：（1）土的抗剪强度由土的内摩擦力σtgΦ和内聚力c两部分组成。（2）内摩擦力与剪切面上的法向应力成正比，其比值为土的内摩擦系数tgΦ。（3）表征抗剪强度指标：土的内摩擦角Φ和内聚力c。莫尔～库仑破坏标准：(一)莫尔～库仑破坏理论：以库仑公式作为抗剪强度公式。根据剪应力是否达到抗剪强度作为剪切破坏标准的理论就称为莫尔～库仑破坏理论。(二)莫尔～库仑破坏准则（标准）：研究莫尔～库仑破坏理论如何直接用主应力表示，这就是莫尔～库仑破坏准则，也称土的极限平衡条件。3、测定土抗剪强度指标的试验（1）直接剪切试验优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作。缺点：①剪切破坏面固定，且不一定是土样的最薄弱面。②不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力。③剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。（2）三轴压缩试验优点：①能控制排水条件，量测孔隙水压力。②试样的应力分布比较均匀，剪切破坏面为最薄弱面。缺点：①试验仪器复杂，操作技术要求高，试样制备较复杂。②试验在s2=s3的轴对称条件下进行，与土体实际受力情况可能不符。（3）无侧限抗压强度试验利用无侧限抗压强度试验可以测定饱和粘性土的灵敏度St。土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑后(完全扰动，但含水量不变)的强度之比来表示，即St=qu/qo土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多。（4）十字板剪切试验4、影响土抗剪强度的因素小结本节讲述了土的抗剪强度，它是土的工程性质中最主要的组成部分，与工程建筑物的稳定和正常使用关系极为密切。

第六章地基承载力（3课时）1、地基的破坏模式地基：受建筑物影响的那部分地层称为地基。基础：与地基接触的建筑物下部的扩大部分称为基础。持力层、下卧层地基承载力：地基所能承受荷载的能力地基承载力不足而使地基破坏的根本原因是由于荷载过大，使地基中的剪应力达到或超过了地基土的抗剪强度。地基承载力不足而使地基破坏的实质是基础下持力层土的剪切破坏。地基中剪切破坏的型式有：整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏2、浅基础的临塑荷载和临界荷载地基容许承载力(allowablebearingcapacity)是指考虑一定安全储备后的地基承载力，一般记作pa。工程实践中，根据建筑物的不同要求，可以用临塑荷载或临界荷载作为地基的容许承载力，也可以将极限承载力除以一定的安全系数作为地基容许承载力。地基破坏过程中的剪切阶段是土中塑性区范围随着荷载的增加而不断发展的阶段，把土中塑性区开展到不同深度时所对应的荷载称为临界荷载，而地基土中将要出现但是尚未出现塑性区，即塑性区开展深度为0时的浅基础基底压力称作临塑荷载。3、地基极限承载力理论地基的极限承载力(ultimatebearingcapacity)是地基不致失稳时地基土单位面积上所能承受的最大荷载，一般记作pu。其确定方法一般有两种：通过载荷板试验；根据土的极限平衡条件和已知的边界条件，建立一些半经验半理论性的计算公式。普朗特尔极限承载力理论：宽度为B的条形基础，置于地基表面，在中心荷载P作用下的极限荷载Pu值。普朗特尔的基本假设及结果，归纳为如下几点：地基土是均匀、各向同性的无重量介质，即认为土的r=0，而只具有C，φ的材料。基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在，所以基底的压应力垂直于地面。当地基处于极限平衡状态时，将出现连续的滑动面，其滑动区域将由朗肯主动区I，径向剪切区II或过渡区和朗肯被动区III所组成。太沙基极限承载力理论：太沙基(Terzaghi，1943)从实用角度建议，当基础的长宽比l/b³5并且基础的埋深与宽度之比d/b£1时，可以作为条形浅基础。基底以上的土体看作是作用在基础两侧的均布荷载q=gd。在此基础上，太沙基提出了其确定条形浅基础的极限荷载计算公式。太沙基假定基础底面有完全光滑、完全粗糙和既非完全光滑亦非完全粗糙三种情况的，本节进行推导时只按照完全粗糙的情况进行讨论，地基滑裂面的形状如图9-7所示，也分成三个区。4、地基容许承载力和地基承载力特征值地基承载力设计值除了与土的抗剪强度参数有关之外，还与基础形状、埋深有关，而且还涉及到设计安全度的概念。影响地基承载力的因素：1、地基土的种类和状态2、基础埋置深度由公式也可说明：当地基土的重度r、内摩擦角Φ及粘聚力c不减小、基础宽度b不变时，基础埋置愈深，计算的基底压力愈大，地基的承载力愈高。3、基础宽度（B）当土质条件相同且基础埋置深度z不变时，基础底面愈宽，地基承载力愈高。地基承载力的确定：地基承载力系在保证地基强度和稳定的条件下，建筑物不产生过大沉降和不均匀沉降时地基承受荷载的能力。确定地基承载力时，应考虑下列因素：（1）地基土的物理力学性质。（2）地基土的堆积年代及其成因。（3）地下水。（4）建筑物性质。（5）建筑物基础。基础尺寸及埋深对承载力也有影响。（6）下卧层。我国现行的《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)采用“特征值”，用以表示正常使用极限状态计算时采用的地基承载力和单桩承载力的值，其含义为在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值。地基承载力特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)允许将其应用于确定地基承载力特征值。但是强调必须有地区经验，即当地的对比资料，还应对承载力特征值进行基础宽度和埋置深度修正。该规范规定：当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的承载力特征值需要按照式(9-24)修正。小结本节讲述了地基承载力理论与计算是土力学的主要课题之一，也是一个非常复杂的问题，影响因素比较多。

第七章工程地质勘察（3课时）1、概述岩土工程勘察是岩土工程技术体制中的一个重要环节，是工程建设前期要开展的基础性工作。基本任务：按照建筑物或构筑物不同勘察阶段的要求，为工程的设计、施工以及岩土体治理加固、开挖支护和降水等工程提供地质资料和必要的技术参数，对有关的岩土工程问题作出论证、评价。1)阐述建筑场地的工程地质条件，指出场地内不良地质现象的发育情况及其对工程建设的影响，对场地稳定性作出评价。2)查明工程范围内岩土体的分布、性状和地下水活动条件，提供设计、施工和整治所需的地质资料和岩土技术参数。3)分析、研究有关的岩土工程问题，并作出评价结论。4)对场地内建筑总平面布置、各类岩土工程设计、岩土体加固处理、不良地质现象整治等具体方案作出论证和建议。5)预测工程施工和运行过程中对地质环境和周围建筑物的影响，并提出保护措施的建议。我国勘察阶段实行四阶段体制，与国际通用体制相同。规划阶段、初步设计、技术设计、施工设计与施工房屋建筑物与构筑物岩土工程勘察阶段划分：1、可行性研究勘察（选址勘察）搜集、分析已有资料，进行现场踏勘，工程地质测绘，少量勘探工作，对场址稳定性和适宜性作出岩土工程评价，进行技术经济论证和方案比较。2、初步勘察建筑地段稳定性的岩土工程评价，为确定建筑物总平面布置、主要建筑物地基基础方案、对不良地质现象的防治工程方案进行论证。3、详细勘察

对地基基础设计、地基处理与加固、不良地质现象的防治工程进行岩土工程计算与评价，满足施工图设计的要求。施工勘察不作为一个固定阶段，视工程的实际需要而定，对条件复杂或有特殊施工要求的重大工程地基，需进行施工勘察。施工勘察包括：施工阶段的勘察和施工后一些必要的勘察工作，检验地基加固效果。2、工程地质勘察方法工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作，一般在勘察的初期阶段进行。这一方法的本质是运用地质、工程地质理论，对地面的地质现象进行观察和描述，分析其性质和规律，并藉以推断地下地质情况，为勘探、测试工作等其他勘察方法提供依据。在地形地貌和地质条件较复杂的场地，必须进行工程地质测绘；但对地形平坦、地质条件简单且较狭小的场地，则可采用调查代替工程地质测绘。工程地质测绘是认识场地工程地质条件最经济、最有效的方法，高质量的测绘工作能相当准确地推断地下地质情况，起到有效地指导其他勘察方法的作用。勘探工作包括物探、钻探和坑探等各种方法。它是被用来调查地下地质情况的；并且可利用勘探工程取样进行原位测试和监测。应根据勘察目的及岩土的特性选用上述各种勘探方法。1）物探是一种间接的勘探手段，它的优点是较之钻探和坑探轻便、经济而迅速，能够及时解决工程地质测绘中难于推断而又急待了解的地下地质情况，所以常常与测绘工作配合使用。它又可作为钻探和坑探的先行或辅助手段。但是，物探成果判释往往具多解性，方法的使用又受地形条件等的限制，其成果需用勘探工程来验证。2）钻探和坑探也称勘探工程，均是直接勘探手段，能可靠地了解地下地质情况，在岩土工程勘察中是必不可少的。其中钻探工作使用最为广泛，可根据地层类别和勘察要求选用不同的钻探方法。当钻探方法难以查明地下地质情况时，可采用坑探方法。坑探工程的类型较多，应根据勘察要求选用。勘探工程一般都需要动用机械和动力设备，耗费人力、物力较多，有些勘探工程施工周期又较长，而且受到许多条件的限制。因此使用这种方法时应具有经济观点，布置勘探工程需要以工程地质测绘和物探成果为依据，切避盲目性和随意性。原位测试与室内试验的主要目的，是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数，包括岩土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等。原位测试一般都藉助于勘探工程进行，是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。原位测试与室内试验相比，各有优缺点。原位测试的优点是：试样不脱离原来的环境，基本上在原位应力条件下进行试验；所测定的岩土体尺寸大，能反映宏观结构对岩土性质的影响，代表性好；试验周期较短，效率高；尤其对难以采样的岩土层仍能通过试验评定其工程性质。缺点是：试验时的应力路径难以控制；边界条件也较复杂；有些试验耗费人力、物力较多，不可能大量进行。室内实验历史较久，其优点是：试验条件比较容易控制（边界条件明确，应力应变条件可以控制等）；可以大量取样。缺点是：试样尺寸小，不能反映宏观结构和非均质性对岩土性质的影响，代表性差；试样不可能真正保持原状，而且有些岩土也很难取得原状试样。3、勘察报告的编写勘察报告是岩土工程勘察的总结性文件，一般由文字报告和所附图表组成。此项工作是在岩土工程勘察过程中所形成的各种原始资料编录的基础上进行的。为了保证勘察报告的质量，原始资料必须真实、系统、完整。因此，对岩土工程分析所依据的一切原始资料，均应及时整编和检查。小结本节讲述了工程地质勘察是岩土工程技术体制中的一个重要环节，是工程建设前期要开展的基础性工作。

第八章土压力（3课时）1、概述土压力：土体作用在挡土结构物上的压力(图7-1)，土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小和结构物的刚度、高度及形状等有关。1.静止土压力（E0）：墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或平移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力E0。2.主动土压力（Ea）：挡土墙在填土压力作用下，背离填土方向移动或沿墙跟转动，土压力逐渐减小，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。3.被动土压力（Ep）：挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力Ep。影响土压力的因素：(1)挡土墙的位移方向和位移量；(2)挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式；(3)墙后填土的性质，包括填土的重度、含水量、内摩擦角和黏聚力的大小及填土面的倾斜程度。2、静止土压力计算设一土层，表面是水平的，土的容重为γ，设此土体为弹性状态，见图7-4，在半无限土体内任取出竖直平面A′B′，此面在几何面上及应力分布上都是对称的平面。对称平面上不应有剪应力存在，所以，竖直平面和水平平面都是主应力平面。在深度Z处，作用在水平面上的主应力为：作用在竖直面的主应力为：即为作用在竖直墙背AB上的静止土压力，与深度z呈直线线性分布。3、朗肯土压力理论一、基本原理1857年朗肯提出土压力理论，主要研究自重应力作用下，半无限土体内各点的应力由弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况，提出计算挡土墙土压力的理论。（一）假设条件1．挡土墙背垂直2．墙后填土表面水平3．挡墙背面光滑即不考虑墙与土之间的摩擦力当土体静止不动时，深度Z处土单元体的应力,见图7-5a；当代表土墙墙背的竖直光滑面AB面向外平移时，右侧土体的水平应力逐渐减小，而方向保持不变。当AB位移至A’B’时，应力圆与土体的抗剪强度包线相切——土体达到主动极限平衡状态。此时，作用在墙上的土压力达到最小值，即为主动土压力。当代表土墙墙背的竖直光滑面AB面在外力作用下向填土方向移动，挤压土体时，将逐渐增大，直至剪应力增加到土的抗剪强度时，应力圆又与强度包线相切，达到被动极限平衡状态图7-5c和图7-5e。此时作用在A’B’面上的土压力达到最大值，即为被动土压力，Pp。4、库仑土压力计算理论1776法国库仑提出土压力理论，下面进行具体论述：一、库仑土压力方法要点：（一）假设条件：1.墙背倾斜，具有倾角θ；2.墙后填土为砂土，表面倾角为角；3.墙背粗糙有摩擦力，墙与土间的摩擦角为，且（）4.平面滑裂面假设；当墙面向前或向后移动，使墙后填土达到破坏时，填土将沿两个平面同时下滑或上滑；一个是墙背AB面，另一个是土体内某一滑动面BC。设BC面与水平面成θ角。5.刚体滑动假设：将破坏土楔ABC视为刚体，不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件。6.楔体ABC整体处于极限平衡条件，见图7-7。朗肯理论与库伦理论的比较：1.朗肯土压力理论：（1）依据：半空间的应力状态和土的极限平衡条件（2）概念明确、计算简单、使用方便（3）理论假设条件（4）理论公式直接适用于粘性土和无粘性土（5）由于忽略了墙背与填土之间的摩擦，主动土压力偏大，被动土压力偏小。2.库伦土压力理论：（1）依据：墙后土体极限平衡状态、楔体的静力平衡条件（2）理论假设条件（3）理论公式仅直接适用于无粘性土（4）考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。但库伦理论假设破裂面是一平面，与按滑动面为曲面的计算结果有出入。几种常见情况的土压力：成层土层的压力；墙后填土中有地下水位；填土内有地下水的情况；小结本节讲述了土压力的类型及它们产生的条件和适用范围以及土压力计算方法。

第九章挡土墙（3课时）1、挡土墙的类型常用的挡土墙结构型式有重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆及锚定板式和加筋土挡墙等。一般根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术以及造价等因素合理地选择1.挡土墙的设计包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。2.常用的挡土墙结构型式有重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆及锚定板式和加筋土挡墙等。(a)重力式挡土墙；(b)悬臂式挡土墙；(c)扶臂式挡土墙；(d)锚杆、锚定板式挡土墙；(e)板桩墙(一)重力式挡土墙这种型式的挡土墙见上图(a)所示，墙面暴露于外，墙背可以做成倾斜和垂直的。(二)悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝土建造，它由三个悬臂板组成，即立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂，见上图(b)所示。(三)扶壁式挡土墙当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙中立臂的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁，故称为扶壁式挡土墙，见上图(c)所示。(四)锚定板与锚杆式挡土墙锚定板挡土墙由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋在填土中的锚定板在现场拼装而成。这种结构依靠填土与结构的相互作用力而维持其自身稳定。(五)其他类型挡土墙混合式挡土墙,构架式挡土墙,板桩挡土墙,土工合成材料挡土墙,土钉,内撑挡土墙等。板桩墙是深基坑开挖的一种临时性支护结构，由统长的钢板桩或预制钢筋混凝土板桩组成。也可在板桩上加设支撑，以改善其受力性能见上图(e)。2、挡土墙的设计计算挡土墙的设计包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。挡土墙的截面一般按试算法确定，即先根据挡土墙所处的条件(工程地质、填土性质以及墙体材料和施工条件等)凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要求，则应改变截面尺寸或采用其它措施。挡土墙的计算通常包括下列内容：稳定性验算;地基的承载力验算;墙身强度验算。重力式挡土墙的体型选择和构造措施包括以下几个方面：(一)选择墙背倾斜的型式；(二)墙面坡度的选择；（三）基底逆坡坡度；（四）墙趾台阶和墙顶底宽度的确定；（五）排水措施；（六）填土质量要求小结本节讲述了挡土墙的类型、适用范围及重力式挡土墙的设计及构造要求。

第十章土坡稳定（3课时）1、概述1.具有倾斜表面的土体称为土坡。2.土坡根据其成因可分为两种：一种是由于地质作用而自然形成的，称为天然土坡，如山坡、江河的岸边；另一种是人们在修建各种工程时，在天然土体中开挖或填筑而形成的，称为人工土坡。3.当均质土的土坡坡顶与坡底平行，坡面为同一坡度时，称为简单土坡。4.土坡由于其表面倾斜，在自重或外部荷载的作用下，存在着向下移动的趋势，一旦潜在滑动面上的剪应力超过了该面上的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏,就可能造成土坡中一部分土体相对于另一部分的向下滑动，该滑动现象称为滑坡。剪应力达到抗剪强度起因有二：剪应力增大：土坡上施加过量荷载；降雨使土体饱和等；抗剪强度减小：孔隙水压力增大；气候变化产生干裂、冻融。5.天然的斜坡、填筑的堤坝以及基坑放坡开挖等问题，都要演算土坡的稳定性。亦即比较可能滑动面上的剪应力与抗剪强度，这种工作称为稳定性分析。6.土坡失稳的类型比较复杂，大多是土体的塑性破坏。7.土体塑性破坏的分析方法有极限平衡法(limitequilibriummethod)、极限分析法(limitanalysismethod)和有限元法(finiteelementmethod)等。8.一般土坡的长度远超过其宽度，故对土坡进行稳定性分析时，常沿长度方向取单位长度按平面问题计算。2、无粘性土土坡稳定分析1.无粘性土坡(slopeofnon-cohesionsoil)即是由粗颗粒土所堆筑的土坡。2.原理：当抗滑力<滑动力时，土坡稳定；当抗滑力>滑动力时，土坡失稳；3.土体的稳定安全系数式中，为土体内摩擦角；为土坡坡角。3、粘性土土坡稳定分析粘性土坡(slopeofcohesionsoil)发生剪切破坏的滑动面大多为一曲面。破坏前，一般在坡顶首先出现张拉裂缝，然后沿某一曲面产生整体滑动。粘性土坡常用的稳定分析方法有整体圆弧滑动法、瑞典条分法、毕肖普条分法和简布条分法等。整体圆弧滑动法：（一）均质简单土坡假定土坡失稳破坏时滑动面为一圆柱面，将滑动面以上土体视为刚体，并以其为脱离体，分析在极限平衡条件下其上作用的各种力，而以整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义土坡的稳定安全系数，即（二）最危险滑动面求法1、Φ=0时对于均质粘性土坡，当土的内摩擦角时，其最危险滑动面常通过坡脚。其圆心位置可由图8-5（a）中BO与CO两线的交点确定，图中及的值可以根据坡角由表8-1查出。2、Φ>0时最危险滑动面的圆心位置可能在图8-5（b）中EO的延长线上。自O点向外取圆心O1、O2……，分别作滑弧，并求出相应的稳定安全系数k1、k2……，然后绘制曲线找出最小值，即为所求的最危险滑动面的圆心Om和土坡的稳定安全系数kmin。当土坡非均质，或坡面形状及荷载情况比较复杂时，还需自Om作OE的垂线，并在垂线上再取若干点作为圆心进行计算比较，才能找出最危险滑动面的圆心和土坡稳定安全系数。（三）简化的图表计算法土坡的稳定分析大都需要经过试算，计算工作量非常大，因此，不少学者提出简化的图表计算法。图8-6给出根据计算资料整理得到的极限状态时均质土坡内摩擦角，坡角β与稳定数Ns(stabilitynumber)（数值范围0～0.25）之间的关系曲线，其中瑞典条分法：瑞典条分法是将滑动土体竖直分成若干个土条，把土条看成刚体，分别求出作用于各个土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后按式8-4求土坡的稳定安全系数。由于该方法是瑞典人费伦纽斯（W.Fellenius）等首先提出来的，所以称为瑞典条分法，又称为费伦纽斯条分法。瑞典条分法假定滑动面是圆弧面，并认为条块间的作用力对土坡的整体稳定性影响不大，故对其忽略不计。或者说，假定条块间的作用力大小相等，方向相反且作用在同一直线上。把滑动土体分成若干个土条后，土条的两个侧面分别存在着条块间的作用力（图8-7）。任取一条块i作为研究对象，作用力见下图：计算步骤：1、按比例尺画坡2、确定圆心O和半径R，画弧3、分条，bi=R/10,后编号4、计算每个土条自重5、分解Gi滑动面的两个分力Ni，Ti6、计算滑动力矩7、计算抗滑力矩8、求稳定系数K小结本节分析土坡的稳定性，即比较可能滑动面上的剪应力与抗剪强度，是土力学中的重要问题之一。

第十一章浅基础（一）（3课时）1、概述受建筑物影响的那一部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。建筑物的地基与基础设计是建筑结构设计的重要内容之一。长度远超过其宽度，故对土坡进行稳定性分析时，常沿长度方向取单位长度按平面问题计算。地基可分为天然地基与人工地基。天然地基：未经加固处理，能直接支承建筑物的地基人工地基：若地基土层较软弱，建筑物的荷重又较大，地基的承载力和变形都不能满足设计要求时，通过人工加固处理的地基。基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。浅基础：大多数建筑物基础的埋深不会很大（一般不大于5米），可以用普通基础开挖基坑和敞坑排水的方法修建。如条形基础、片筏基础和箱形（按埋深基础等。深基础：如桩基、沉井和地下连续墙等。浅基础定义:埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础。浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。浅基础特点:由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物最常用的基础类型。地基基础设计的基本原则：基础底面的压力小于地基的容许承载力地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值地基及基础的整体稳定性必须具有足够的保证基础本身的强度满足要求我国现行《建筑地基基础设计规范》中根据地基的复杂程度、建筑物规模和功能以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级（表10-1）。设计应根据具体情况，按照如下原则进行地基基础的设计：⑴所有建筑物的地基均应满足地基承载力计算的有关规定；⑵设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按变形设计；⑶表10-1所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不做变形验算,如有下列情况之一时,仍应作变形验算：地基承载力特征值小于130kPa，且体形复杂的建筑物；在地基上及其附近的地面上有堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其固结未完成时。⑷对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，应验算其稳定性；⑸基坑工程应进行稳定性验算；⑹当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，应进行抗浮验算。2、浅基础的类型根据建筑物的特点和工程地质条件等划分为：无筋扩展基础（刚性基础）：无筋扩展基础通常是指由砖、块石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础，这些材料虽有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。扩展基础（柔性基础）：扩展基础一般系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用，因此扩展基础也称为柔性基础。条形基础：柱下钢筋混凝土条形基础设置的目的是将承受的集中荷载均匀地分布到条形基础的底面积上，以减少地基反力，并通过形成的基础整体刚度来调整可能产生的不均匀沉降。筏板基础：当地基承载力低，立柱或承重墙传来的荷载较大，以致十字交叉钢筋混凝土条形基础仍不能满足地基承载力或沉降的要求时，可采用钢筋混凝土满堂基础，这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性，从而可避免建筑物的局部发生不均匀沉降。这种满堂基础即称为筏板基础。箱形基础：为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础，它的刚度远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用于地基较软弱,土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层建筑。岩石锚杆基础：岩石锚杆基础是以细石混凝土和锚杆灌注于钻凿成型的岩孔内的基础。适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力（或上浮力）或水平力较大的建筑物基础。3、基础埋置深度的选择一、建筑物的用途、基础类型及荷载形式建筑物的用途影响基础埋深的选择。如有地下室的建筑，埋深由地下室标高决定；工业建筑中的地下设施和设备基础，不能离建筑物基础太近。基础类型是影响埋深的另一个主要因素。对于由砖石材料砌筑的刚性基础，因其高度相对较大，若埋深较小则有露的可能因此，基础的埋深由基础的构造高度决定。对于只受垂直荷载作用的基础，可根据荷载的大小经过地基承载力的计算，选择持力层，确定埋深；如果基础同时还承受水平荷载作用（如挡土墙、厂房柱基、烟囱、水塔等构筑物的基础），则应加大埋深，以增强土层对基础的嵌固作用，保证构筑物的稳定性二、土层的性质与分布为了满足建筑物对地基承载力和地基允许变形值的要求，基础应尽量埋置在良好的持力层上。对于中小型建筑物，可以把处于坚硬、硬塑或可塑状态的粘性土层，密实或中密状态的砂土层和碎石土层，以及属于低、中压缩性的其它土层视为良好土层；而把处于流塑、软塑状态的粘性土层，处于松散状态的砂土层、未经处理的填土和其它高压缩性土层视为软弱土层。三、河流的冲刷深度基础埋深必须在设计洪水的最大冲刷线以下不小于1m。四、当地的冻结深度除地基为非膨胀土外，基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度五、保持持力层稳定所需的最小埋置深度基础的埋置深度（除岩石地基外），应在天然地面以下不小于0.5m，基础顶面应低于设计地面0.1m以上。小结本节讲解了浅基础的类型，地基基础设计的基本步骤和方法，基础选型、基础埋置深度的确定。

第十二章浅基础（二）（3课时）1、地基承载力特征值的确定地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力。地基承载力特征值fak是《建筑地基基础设计规范》采用概率极限状态设计原则确定的地基承载力，其含义是在地基发挥正常使用功能时允许采用的抗力设计值。地基承载力是地基基础设计中不可缺少的数据。因为地基基础设计首先必须保证荷载作用下地基土体具有足够抵抗剪切破坏的安全度。各级各类建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要求：地基承载力特征值的确定方法可归纳为三类：①按土的抗剪强度指标以理论公式计算；②按地基载荷试验或触探试验确定；③按有关规范提供的承载力或当地工程实践经验确定。这三类方法各有所长，互为补充，必要时可按多种方法综合确定，确定的精度宜按建筑物安全等级以及地质条件并结合当地经验适当选择。2、底面尺寸的确定在进行基础设计时，一般先确定基础埋深后确定基础底面尺寸。选择底面尺寸首先应满足地基承载力要求，包括持力层（直接与基底相接触的土层）和软弱下卧层的承载力验算；另外，对部分建（构）筑物，还需要考虑地基变形的影响，验算建（构）筑物的变形特征值，并对基础底面尺寸作必要的调整。3、基础埋置深度的选择1.按地基持力层的承载力计算基底尺寸2.软弱下卧层承载力验算我国沿海地区表层土较硬，在其下有很厚一层较软的淤泥、淤泥质土，此时仅满足持力层的要求是不够的，还需验算软弱下卧层的强度，要求传递到软弱下卧层顶面处土体的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力。4、地基的变形验算一、基本概念地基基础设计中，除了保证地基的强度、稳定要求外，还需保证地基的变形控制在允许的范围内，以保证上部结构不因地基变形过大而丧失其使用功能。调查研究表明，很多工程事故是因为地基基础的不恰当设计、施工以及不合理的使用而导致的，在这些工程事故中，又以地基变形过大而超过了相应允许值引起的事故居多。因此地基变形验算是地基基础设计中一项十分重要的内容。对于一般多层建筑，地基土质较均匀且较好时，按地基承载力控制设计基础，可以满足地基变形要求，不需要进行地基变形验算。但对于甲、乙级建筑物和荷载较大、土质不坚实的丙级建筑物，为了保证工程安全，除满足地基承载力要求外，还需进行地基变形验算。二、变形验算的内容1、建筑物地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。2、变形特征分四种：沉降量－独立基础中心点沉降值或基础沉降平均值沉降差－相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜－倾斜方向两端点沉降差与其距离比值；局部倾斜－在6－10m内基础两点的沉降差与其距离的比值地基变形允许值确定涉及许多因素：规范分析了国内外各类建筑物的有关资料，提出了建筑物地基变形的允许值，对表中未包括的建筑物，其地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上要求确定。三、关于允许变形值在计算地基变形时应符合下列规定：a.由于建筑地基不均匀，荷载差异很大，体型复杂等因素，引起的地基变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜值控制，0.002－0.003。b.必要时，需预估建筑物在施工期间和使用期间地基变形值。一般多层建筑在施工期间完成的沉降量对砂土完成80%，低压缩性土50%－80%，中压缩性土20%－50%，高压缩性土5%－20%。5、浅基础设计一、墙下钢筋混凝土条形基础剖面设计二、墙下钢筋混凝土条形基础构造要求剖面设计要结合案例。6、减轻建筑物不均匀沉降危害的措施一、建筑措施控制相邻建筑物基础间的净距调整建筑物的标高室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量适当提高建筑物与设备之间，应留有足够的空间。二、结构措施减轻建筑的自重设置圈梁对象：砖混结构中与构造柱连为一体，提高整体性注意：连成闭合系统减小与调整基底附加压力设置地下室（补偿性基础设计）改变基础底面尺寸采用非敏感性结构一般静定结构：如以屋架-柱-基础为承重体系的木结构或排架结构、三绞拱等。三、施工措施软土地基上施工时，合理安排施工程序，注意某些施工方法，也可以调整部分不均匀沉降。拟建相邻建筑物之间轻重悬殊时，先重后轻（先高后低）已建轻型建筑物周围，不宜堆放重物（桥墩、厂房）拟建密集建筑群内如有采用桩基础的建筑物时，先设桩。注意开挖基坑进行降水，对邻近建筑物的影响；开挖基坑后，尽量减少扰动原状土。小结本节讲解了地基承载力特征值的确定，基础底面积的确定，地基持力层和软弱下卧层的承载力验算，钢筋混凝土墙下条形基础、独立基础的设计和柱下条形基础的设计，筏形基础和箱形基础的设计方法，减轻基础不均匀沉降的建筑、结构和施工措施。

第十三章桩基础（一）（3课时）1、桩基础分类1）按承载性状分类低承台桩：低承台桩基的承台底面位于地面以下。高承台桩：承台底面位于地面以上。2）按受力情况分类

3）按施工方法分类预制桩混凝土预制桩、钢桩、木桩预制桩可用混凝土、钢材或木料在现场或工厂制作，然后以锤击（通过锤击或辅以高压射水使桩沉人土中）、振动打入(将大功率振动器置于桩顶，利用内装偏心块旋转的产生的竖向振动力使桩沉人土中)、静压(利用静力压桩机将桩压人土中）或旋入等方式设置就位。实心方桩：截面300-500mm桩长25-30m分节长度12m配筋：主要受起吊、运输、吊立和沉桩等各阶段的应力控制预应力混凝土管桩：先张法离心成型法制作高压蒸汽养护（PHC管桩）混凝土强度等级≥C80未经高压蒸汽养护（PC管桩）混凝土强度等级：C60-C80外径为300-600mm，节长5-13m。

捶击法振动打入法静压法沉桩深度一般应根据地质资料及结构设计要求估算，施工时以最后贯入度和桩尖设计标高两方面控制。最后贯入度系指沉至某标高时，每次锤击的沉入量，通常以最后每阵的平均贯入量表示。锤击法常以10次锤击为一阵振动沉桩以min为一阵最后贯入度则根据计算或地区经验确定，一般可取最后两阵的平均贯入度为10-50mm/阵。

灌注桩灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内下设钢筋笼（也有直接插筋或省去钢筋的)再浇灌混凝土而成。其横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩；保证灌注桩承载力的关键在于桩身的成型及混凝土质量。（1）沉管灌注桩

（2）钻(冲)孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻、旋转水冲钻等）钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。有的钻机成孔后，可撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔，浇注混凝土后在底端形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。泥浆护壁，泥浆应选用膨润土或高塑性粘土在现场加水搅拌制成，一般要求其比重为1.1-1.15，粘度为10-25s，含砂率<6％，胶体率>95%。施工时泥浆水面应高出地下水面lm以上，清孔后在水下浇灌混凝土。常用桩径：为800、1000、1200mm等。最大优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。

（3）挖孔桩挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成。挖孔桩一般内径应≥800mm，开挖直径≥1000mm，护壁厚≥100mm，分节支护，每节高500一1000mm，可用混凝土浇筑或砖砌筑，桩身长度宜限制在40m以内。挖孔桩可直接观察地层情况。孔底易清除干净，设备简单、噪音小、场区内各桩可同时施工，且桩径大，适应性强，比较经济。4）按桩的设置效应分类随着桩的设置方法（打入或钻孔成桩等）不同，桩周土所受的排挤作用也很不同。排挤作用将使土的天然结构、应力状态和性质发生很大变化，从而影响桩的承载力和变形性质。这些影响统称为桩的设置效应。按设置效厦可分为下列三类：（1）非挤土桩：如钻(冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩，因设置过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，并可能向桩孔内移动，使土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力有所减小。（2）小量挤土桩：冲击成孔灌注桩、H型钢桩、开口钢管桩和开口预应力混凝土管桩等。在桩的设置过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度荷变形性质变化不大。（3）挤土桩：实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等在锤击和振动贯人过程中都要将桩位处的土体大量排挤开，使土体结构严重扰动破坏，对土的强度及变形性质影响较大。桩的质量检验：桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，很易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等多种形态的质量缺陷，影响桩身结构完整性和单桩承载力，因此必须进行施工监督、观场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。对于柱下单桩或大直径灌注桩工程，保证桩身质量就更为重要。桩身结构完整性的检测方法：（1）开挖检查。（2）抽芯法。(直径100-150mm）（3）超声波检测法。（4）动测法。小结本节讲解了桩基础的使用，桩基础的设计内容、设计原则、分类及成桩效应。

第十四章桩基础（二）（3课时）1、群桩基础（一）、桩的布置1、独立桩基的桩应采用对称布置，常用三桩承台、四桩承台、六桩承台等。2、柱下条基及墙下条基，桩可采用一排或多排布置，多排布置时可采用行列式或交叉式。3、整片基础下的桩也采用行列式或交叉式布置。（二）、桩顶荷载效应计算1、群桩中复合基桩或基桩桩顶承受的竖向力按下列公式计算： （1)轴心受压：N=（F+G）/n （2）偏心受压：Nmax=(F+G)/n+Mxymax/∑yi2+Myxmax/∑xi22、对于主要承受竖向荷载的抗震设防地区低承台桩基，当同时满足下列条件时，桩顶荷载效应计算可不考虑地震作用。3、桩基中复合基桩或基桩的竖向承载力计算应符合下述极限状态设计表达式：（1）荷载效应基本组合（2）地震作用效应组合单桩竖向承载力一、确定方法二、单桩竖向抗压静载试验1、示意图：2、步骤：3、注意事项：4、承载力确定： 按P~S曲线 桩承载力的确定三、按经验公式确定单桩竖向极限承载力标准值 Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp对大径桩： Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp四、单桩竖向承载力设计值1、n≤3时： R=Qsk/rs+Qpk/rp 基桩：R=Quk/rsp2、n>3时：R=ηcQsk/rs+ηpQpk/rp+ηcQck/rc复合桩：R=ηspQuk/rsp+ηcQck/rc Qck=qckAc/n五、按桩身强度验算单桩竖向承载力设计值预制桩：R=φ(ψcfcA+fc’As’)灌注桩：R=φψcfcA3、打桩施工1）打桩施工准备（钢筋砼预制桩）场地平整及周边障碍物处理定桩位及埋设水准点，依据施工图设计要求，把桩基定位轴线桩的位置在施工现场准确地测定出来，并作出明显的标志。在打桩现场附近设置2～4个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地方。桩帽、垫衬和送桩设备机具准备2）钢筋砼预制桩的制作、运输及堆放管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作，较长的方桩在打桩现场制作。模板可以保证桩的几何尺寸准确，使桩面平整挺直；桩顶面模板应与桩的轴线垂直；桩尖四棱锥面呈正四棱锥体，且桩尖位于桩的轴线上；底模板、侧模板及重叠法生产时，桩面间均应涂刷好隔离层，不得粘结。钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内数量不超过50%；同一根钢筋两个接头的距离应大于30d0并不小于500mm。桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力，桩顶和桩尖钢筋配置应作特殊处理，钢筋骨架制作允许偏差应符合下表的规定：项目序号检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法主控项目1主筋距桩顶距离±5用钢尺量2多节桩锚固钢筋位置±5用钢尺量3多节桩预埋铁件±3用钢尺量4主筋保护层厚度±5用钢尺量一般项目1主筋间距±5用钢尺量2桩尖中心线10用钢尺量3箍筋间距±20用钢尺量4桩顶钢筋网片±10用钢尺量5多节桩锚固钢筋长度±10用钢尺量混凝土制作宜用机械搅拌、机械振捣；浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确，桩尖应对准纵轴线，纵向钢筋顶部保护层不宜过厚，钢筋网片的距离应正确，以防锤击时桩顶破坏及桩身混凝土剥落破坏。钢筋混凝土预制桩的质量检验标准应符合下表的规定：项目序号检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法单位数值主控项目1桩体质量检验按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范2桩位偏差见本表用钢尺量3承载力按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范一般项目1砂、石、水泥、钢材等原材料(现场预制时)符合设计要求查出厂质保文件或抽样送检2混凝土配合比及强度(现场预制时)符合设计要求检查称量及查试块记录3成品桩外形表面平整、颜色均匀、掉角深度＜10mm，蜂窝面积小于总面积0.5%直观4成品桩裂缝(收缩裂缝或起吊、装、堆放引起的裂缝)深度＜20mm，宽度＜0.25mm，横向裂缝不超过边长的一半裂缝测定仪，该基在地下水有侵蚀地区及锤击数超过500击的长桩不适用5成品桩尺寸：横截面边长桩顶对角线差桩尖中心线桩身弯曲矢高桩顶平整度mmmmmmmm±5<10<10<L/1000<2用钢尺量用钢尺量用钢尺量,L为桩长用钢尺量用钢尺量6电焊接桩：焊缝质量电焊结束后停歇时间上下节点平面偏差节点弯曲矢高minmm>1.0<10<L/1000秒表测定用钢尺量用钢尺量7硫磺胶泥接桩：胶泥浇筑时间浇筑后停歇时间minmin<2>7秒表测定秒表测定8桩顶标高mm±50水准仪9停锤标准设计要求现场实测或查沉桩记录钢筋混凝土预制桩应达到设计强度的70%才可起吊；达到100%设计强度才能运输和打桩。若提前吊运，必须采取措施并经过验算合格方可进行。桩在起吊搬运时，必须做到平稳，避免冲击和振动，吊点应同时受力，且吊点位置应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则，可按下图所示的位置捆绑：3）打桩设备打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置4）打桩顺序打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序，具体事宜见下表：逐段打设自中部向四周打设由中间向两侧打设打设图示适用条件1.桩的中心距大于4倍桩的边长或直径1.桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长2.桩的中心距大于4倍桩的边长或直径1.桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长2.桩的中心距大于4倍桩的边长或直径5）打桩过程中的注意点桩机就位后，桩架应垂直平稳，桩帽与桩顶应锁紧牢靠，连接成整体。打桩时，应密切观察桩身下沉贯入度的变化情况。在正常情况下，沉桩应连续施工，打入土的速度应均匀，应避免因间歇时间过长，土的固结作用而使桩难以下沉。打桩时振动大，对土体有挤压作用，可能影响周围建筑物、道路及地下管线的安全和正常使用，施工过程中要有专人巡视检查，及时发现和处理有关问题。严禁非施工人员进入打桩现场；对桩机的正常运行、桩架的稳定经常进行检查，严格按操作规程进行施工，确保安全。6）打桩质量要求端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考。桩的承载力检验打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合下表：序号项目名称允许偏差1盖有基础梁的桩：(1)垂直基础梁的中心线(2)沿基础梁的中心线100+0.01H150+0.01H2桩数为1～3根桩基中的桩1003桩数为4～16根桩基中的桩1/2桩径或边长4桩数大于16根桩基中的桩：(1)最外边的桩(2)中间桩1/3桩径或边长1/2桩径或边长7）桩头处理在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高在设计标高以下时，在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身8）桩施工记录打桩工程是隐蔽工程，施工中应做好每根桩的观测和记录，这是工程验收时检验质量的依据。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录，见下表所示：工程名称：施工单位：日期：天气：规格及长度：桩锤类型：冲击质量：桩帽质量：自然地面标高：桩顶设计标高：编号时间桩入土每米锤击次数落距（mm）桩顶低于或高于设计标高（m）最后贯入度（mm/10击）备注12…………负责人：记录：9）打桩施工常见问题的分析原因：1.钢筋混凝土预制桩制作质量问题2.沉桩操作工艺问题3.复杂土层问题工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到