《土力学与地基基础》教案全套 教学设计 盛海洋 第1次 土的认知 -第31次 设计作业

教案NO.1教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年2月25日第1周授课时数2章节名称任务1土的认知教学目的了解土力学与地基基础基本概念，本课程特点和学习要求；了解土的生成与特性；理解土的三相组成，掌握土的粒度成分及分析方法。教学重点土的三相组成，土的粒度成分及分析方法。教学难点土的粒度成分及分析方法更新补充删节内容粒度分析grainsizeanalysis级配grading粒度成分grainsizecomposition累计曲线grainsizedistributioncurve不均匀系数uniformitycoefficient曲率系数curvaturecoefficient教学媒体线上课程介绍，板书等多媒体。课后分析复习旧课，导入新课：（时间）15’1、开学第一节课，首先自我介绍，了解班级同学情况，检查实到人数；

2、概括地的阐述本课程的主要内容及章节设置及学习本课程的重要意义；3、介绍课程，导入本节课程。教学过程（时间）95’教学提示任务1土的认知一、基本概念1.土的概念：土是岩石经风化、搬运、沉积所形成的产物。[土是由地球外壳坚硬整体的岩石，经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、液体水和气体的一种集合体。常被称为第四纪松散沉积层，厚度仅数米至数百米。]

土体的物理性质，如轻重、软硬、干湿、松密等在一定程度上决定了土的力学性质。

2.土力学：是利用力学的一般原理以土为研究对象,研究土的特性及其受力后,应力、变形、渗透、强度和稳定性及其随时间变化规律的学科。

3.地基：任何建筑物都支撑于地层上,受建筑物荷载影响的那一部分地层称为地基。4.基础：建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。建筑物由地基、基础和上部结构三部分组成。二、本课程的重要性1941年加拿大特朗斯康谷仓；上海工业展览馆中央大厅；意大利比萨斜塔，方山斜塔。以上实例说明，建筑物安全必须遵守（1）满足地基强度要求；（2）地基变形应在允许范围内。三、学科的发展简史经历从感性认识到理性认识、形成独立学科和新的发展4个阶段。感性认识：万里长城、隋唐运河、赵州石拱桥，1300多年沉降几厘米，桥台基底压力500-600kPa，密实粗砂层承载力非常接近550kPa务P133页。理性认识：1773年法国库仑抗剪强度公式和挡土墙土压力的滑动楔体理论；1857年英国朗肯土压力古典理论；1885年布辛涅斯克弹性半无限空间体表面在集中力作用下的应力、应变理论。独立学科：1925年美国太沙基土力学专著近代土力学的开始有效应力原理和固结理论。20世纪50年代开始现代科技渗入，开展土的弹塑性应力应变研究，提出了各种本构关系模型。陈宗基土流变学和黏土结构模式，黄文熙非均质地基考虑侧向变形影响的沉降计算方法和砂土液化理论。岩土工程专业，工作方法：调查勘察、试验测试、分析计算、方案论证、监测控制、反演分析、修改方案；研究方法数学模拟、物理模拟和原位观测。四、本课程特点和学习要求本课程是一门理论性和实践性均较强的技术基础课，是联系基础课和专业课的桥梁。本课程内容广泛、综合性强。研究方法的特殊性，表现在（1）对于土的有关知识从感性阶段过度到理性阶段，把土加以简化；（2）物理、力学性质指标和参数所需条件和范围；（3）土力学中的公式和方法，绝大多数是半理论半经验的混合产物，必须进行地基勘察、土工测试。§1.1土的成因与特性一、土的生成土是由地球外壳坚硬整体的岩石，经风化（物理、化学、生物）、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、液体水和气体的一种集合体。常被称为第四纪松散沉积层，厚度仅数米至数百米。主要类型：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、其他。

工程特性：压缩性高、强度低、透水性大，与建筑工程设计和施工关系密切。二、土的结构：是指土颗粒之间的相互排列和联结形式等综合特征。土的结构类型：1、单粒结构；2、蜂窝结构；3、絮状结构三、土层构造；是指同一土层中土颗粒之间的相互关系的特征。常见以下几种:1、层状构造；2、分散构造，土粒分布均匀，性质相近，如砂卵石层；3、结核状构造；4、裂隙状构造，硬塑或坚硬状态的黏土。§1.2土的三相组成一、土的固体颗粒1、矿物成分①原生矿物（物理风化的产物，颗粒较粗，矿物成分同风化前的母岩，如石英、长石和云母等。吸附水的能力弱，性质较稳定，无塑性）②次生矿物（是经化学风化后生成的新矿物，它的成分与母岩完全不同，次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。次生矿物颗粒极细，吸附水的能力比较强，有可塑性。）2、粒度成分①粒组划分[表2-4]②粒度成分分析方法：筛分法直径大于0.075mm、小于0.075mm密度计法。③表示方法：颗粒级配曲线[图2-5]，CU不均匀系数，反映曲线的坡度，表明不均匀程度，曲线越平缓、越不均匀、级配良好（大于等于5）。小于5级配不良好。曲率系数CC反映曲线的整体形态，表明粒组是否缺失，CC小于1或大于3，缺失中间粒径，颗粒级配不连续。同时满足CU大于等于5，CC大于1小于3，级配良好。二、土中的水1、结构水；2、自由水；3、气态水；4、固态水三、土中的气体封闭气体影响大。先提问：了解同学如何从字面上去理解土力学与地基基础内涵。提问：同学们所知道的土力学与地基基础事故有哪些？加深学习本课程的重要性。提问：同学们所知道的土的成因提示：要求学生课后在网络精品课程线上复习和预习下次课有关内容。课堂小结：5′本次课介绍了土力学与地基基础基本概念，本课程特点和学习要求；土的生成与特性；土的三相组成，土的粒度成分及分析方法。布置作业：（课外作业）2′，预留提问解答3′复习思考题1~4。教案NO.2教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年2月27日第1周授课时数2章节名称课题2土的物理性质指标教学目的掌握土的物理性质指标及其指标间的换算，学会运用三相图法求解指标。教学重点土的物理性质指标及计算教学难点运用三相图法去计算指标更新补充删节内容教学媒体板书等多媒体。课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的概念；土的粒度成分；分析方法：筛分法；静水沉降法；表示方法：累计曲线法。教学过程（时间）60’教学提示课题2土的物理性质指标一、土的三相图（图2-6）二、土的物理性质指标（一）由试验直接测定的指标1、土的密度：ρ＝m/v(g/cm3)；重力密度γ=ρg（kN/m3）；土粒密度ρs环刀法；灌水法（卵石、砾石、原状砂土）2、土粒比重：ds=ms/vsρw=ms/vs=ρs比重瓶法3、含水量：ω=mw/ms烘干（箱）法；酒精燃烧法；铁锅炒干法(二)换算指标1、孔隙比:e=vv/vs2、孔隙度：n=vv/v3、饱和度：sr=vw/vv4、干密度：ρd=ms/v(g/cm3)5、饱和密度：ρsat=ms+vvρw/v6、有效密度：ρ’=（ms-vsρw）/v=ρsat-ρw三、土的三相计算[表1.2]1、令v＝1，已知ρ、ρs、ω，则：m=ρ，mw=ωρ／1＋ω,ms=ρ/1+ω,vs=ρ/ρs(1+ω)vv=1-ρ/ρs(1+ω),va=1-ρ/ρs(1+ω)-ωρ/(1+ω)2、令vs=1vv=ev=1+ems=ρsmw=ωms=ωρsm=(1+ω)ρs四、例题2-1例题2-2解题小窍门的归纳总结。课程小结：5’本次课介绍了土的各项物理性质指标，教会学习用三相图法求解土的物理性质指标的技能。通知下次课上实验课,带实验指导书.P26习题2、3、4教案NO.3教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年3月4日第2周授课时数2章节名称实训任务1密度、含水率、比重教学目的本方法适用于测定细粒土的密度；快速简易测定细粒土的含水量。掌握土粒比重基本概念，利用比重瓶法测土粒比重。教学重点如何将环刀修平；利用比重瓶法测土粒比重。教学难点环刀的修平处理；公式的理解。更新补充删节内容无教学媒体环刀、天平、修土刀、称量盒；比重瓶、恒温水槽、砂浴等。课后分析复习提问、导入新课5’土体密度、含水量概念教学过程25’教学方法土体密度、含水量试验一、试验步骤1、按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平两端，环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下2、放在土样上。3、用修土刀或钢丝锯将土样上部削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀上部为止。削去两端余土，使与环刀口面齐平，并用剩余土样测定含水量。4、擦净环刀外壁，称环刀与土合质量M1，准确至0.1g。5、取代表性试样放入称量盒内，称湿土的质量。6、用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止。为使酒精在试样中充分混合均匀，可将盒底在桌面上轻轻敲击。7、点燃盒中酒精，燃至火焰熄灭。8、将试样冷却数分钟，按5、6步方法重新燃烧两次。9、待第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土质量，准确至0.01g。二、数据处理与计算1、按下式计算含水量：W=（M-MS）/MS*1002、按下式计算湿密度及干密度：ρ=（M1-M2）/Vρd=ρ/（1+0.01W）三、注意事项1、一定等火焰熄灭后，再添加酒精。2、环刀尽量填满，但又不能挤压。四、问题讨论1、用环刀切土时需注意什么？2、试总结一下有哪些因素对试验结果有影响，影响如何？土粒比重试验一、目的和适用范围土的比重是在105~110度下烘至恒量时的质量与同体积4度蒸馏水质量的比值。适用于粒径小于5毫米的土。二、仪器设备比重瓶；恒温水槽；砂浴；天平三、准备工作1、将比重瓶洗净、烘干、称比重瓶质量，准确至0.001g。2、将煮沸经冷却的蒸馏水注入比重瓶，注满，塞紧瓶塞，多余水分自瓶塞毛细管溢出，调节恒温水槽至5度或10度，然后将比重瓶放入恒温水槽中，直至瓶内水温稳定，取出比重瓶，擦干外壁，称瓶，水总质量，准确至0.001g。四、试验步骤1、将比重瓶烘干，将15g烘干土装入100毫升比重瓶内，称量，准确至0.001g。2、为排除土中空气，将已装有干土的比重瓶，注入蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，并将瓶在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，粘土不少于30秒，使土粒分散。注意调节砂浴温度，不使土液溢出瓶外。3、将蒸馏水注满，使多余的水分自瓶塞毛细管溢出，将瓶外水分擦干后，称瓶、水、土总质量，准确至0.001g。五、问题讨论1、为什么要做平行测定？演示操作课堂组织：85’共分8小组进行试验。布置作业：5’完成试验报告及问题讨论题。教案NO.4教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年3月6日第2周授课时数2章节名称课题3土的物理状态指标教学目的掌握土的物理状态指标教学重点土的物理状态指标教学难点砂土的密实度、粘性土的稠度。更新补充删节内容稠度：consistency；液性指数：liqudityindex;塑性指数：plasticityindex教学媒体板书等多媒体课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的各项物理性质指标含义，掌握用三相图法求解土的物理性质指标的技能。教学过程（时间）60’教学提示§1-4土的物理状态指标一、砂土的密实度1、据e判断（老规范）：没考虑级配因素2、据相对密实度Dr判断（公路规范）Dr≥0.67为密实3、贯入法判断（新规范采用）：N>30密实；15<N≤30中密；10<N≤15稍密；N≤10松散二、粘性土的稠度1、界限含水量①液限WL——土由塑性状态变到流态的分界含水量。如WL=28表示土的液限含水量为28%测定：用锥(碟)式液限仪，通常用联合测定法②塑限WP——土由半固态到塑态的分界含水量。如WP=12，表示土的塑限含水量为12%。测定：搓条法或联合测定法。③缩限WS2、粘性土的塑性指数Ip和液性指数Il①塑性指数：Ip=WL－Wp讨论：塑性指数表示粘土处在可塑状态时含水量的变化范围。Ip取决于：颗粒细↑，土能吸附水量↑，Ip↑；矿物成分，吸水能力↑，Ip↑，故蒙脱石含量↑，则Ip↑；水中离子成分和浓度,价高阳离子数↑，Ip↓。粘性土的分类常用于Ip。②液性指数：IL表示土的软硬程度讨论：a用IL划分土的软硬状态，IL↑，土软↑，b没考虑土的结构影响，在含水量相同时，原状土比重塑土硬，故用IL判断重塑土合适，但对原状土偏于保守。解题小窍门的归纳总结课程小结：7’本次课介绍了土的物理状态指标:砂土的密实度(据e、Dr、贯入法判断)；粘性土的稠度（液限WL、塑限WP、缩限WS、塑性指数Ip和液性指数Il）。布置作业：3’P25复习思考题：6、7教案NO.5教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年3月11日第3周授课时数2章节名称实训任务2液塑限测定教学目的联合测定土的液限和塑限是为了划分土类，计算天然稠度、塑性指数、液性指数。教学重点测定液限和塑限，计算液限和塑限指数。教学难点土的用水量的调试。更新补充删节内容无教学仪器液塑限联合测定仪、盛土杯、天平等。课后分析复习提问，导入新课5＇土的液限和塑限概念教学过程25＇教学方法一、试样准备取有代表性的天然含水量或风干土样进行试验。如土中含大于0.5mm的土粒或杂物时，应将风干土样用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过0.5mm的筛。二、试验步骤取0.5mm筛下的代表性土样200g，分开放入三个盛土皿中，加不同数量的蒸馏水，土样的含水量分别控制在液限（a点）、略大于塑限（c点）和二者的中间状态（b点）。用调土刀调匀，盖上湿布，放置18h以上。测定a点的锥入深度可大于5mm。将制备的土样充分搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压密，使空气逸出。对于较干的土样，应先充分搓揉，用调土刀反复压实。试杯装满后，刮成与杯边齐平。将装好土样的试杯放在联合测定仪的升降座上，转动升降旋钮，待锥尖与土样表面刚好接触时停止升降，扭动锥下降旋钮，经5s时，测定仪自动锁定，锥体停止下落，此时读数即为锥入深度h1。改变锥尖入土处的接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm），重复2、3步骤，得锥入深度h2，h1、h2允许误差为0.5mm，否则，应重作。取h1、h2平均值作为该点的锥入深度h。去掉锥尖入土处的凡士林，取10g以上的土样两个，分装入称量盒内，称质量（准确至0.01g），测定其含水量w1、w2（计算到0.1％）。计算含水量平均值w。重复以上步骤，对其他两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和含水量。三、计算记录及绘图在二级双对数坐标纸上，以含水量w为横坐标，锥入深度h为纵坐标，点绘a、b、c三点含水量的h－w图，连此三点，应呈一条直线。如三点不在同一直线上，要通过a点与b、c两点连成两条直线，根据液限（a点含水量）在hp－wL图上查得hp，以此hp再在h－w图上的ab及ac两直线上求出相应的两个含水量的平均值与a点连成一直线，当两个含水量的差值大于2％时，应重作试验。在h－w图上，查得纵坐标入土深度h＝20mm所对应的横坐标的含水量w，即为该土样的液限wL。根据求出的液限，通过液限wL与塑限时入土深度hp的关系曲线，查得hp，再求出入土深度为hp时所对应的含水量，即为该土样的塑限wp。四、问题讨论：液限与塑限是如何确定的？五、注意事项：1、联合测定仪的使用方法。2、液限与塑限的确定。课堂组织：85＇分八小组进行试验。布置作业：5＇完成试验报告。教案NO.6教师姓名授课班级21城轨授课形式讲授授课日期年3月15日第3周授课时数2章节名称课题4土的工程分类与鉴别教学目的掌握土的工程地质分类与鉴别。教学重点土的工程分类教学难点土的鉴别更新补充删节内容土质分类：soildlassification；教学媒体板书等多媒体。课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的各项物理性质指标含义，掌握用三相图法求解土的物理性质指标的技能。教学过程（时间）60’教学提示课题4土的工程分类与鉴别1、《公路桥涵地基与基础设计规范》中土的分类①岩石②碎石土——土中>2mm颗粒含量>全重50%，且颗粒间未经胶结的粗粒土。(表2-7)③砂土——土中>2mm颗粒≤50%全部土重，且粒径>0.075mm的颗粒>50%全部土重。(表2-8)注：密实状态下力学性能好，但要注意，疏松的粉、细砂易产生液化。进一步可分为砾砂、粗、中、细、粉砂。④粉土——粒径>0.075mm颗粒含量≤50%全土重，且IP≤10的土。e<0.6良好天然地基，e>1.0为软弱地基。⑤粘性土——IP>10的土。粘土IP>17；粉质粘土10<IP≤17（表2-9）⑥特殊土又分为：软土（e>1.0）；人工填土具有湿陷性；湿陷性土（西北、华北）；红粘土（云贵，广西）；膨胀土：十几个省；多年冻土；盐渍土2、公路土工试验规程中土的分类（表2-11）①巨粒土分类（图2-12）。②粗粒土分类：砾类土（图2-13）；砂类土（图2-14）。③细粒土分类（图2-15）。塑性图分类（图2-16）。④特殊土塑性图分类（图2-17）。又分为：黄土；膨胀土；红粘土；盐渍土；冻土。例题1例题23、土的鉴别课程小结：7’地基岩土工程分类；土的鉴别。布置作业：3’P25复习思考题9教案NO.7教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年3月18日第4周授课时数2章节名称实训任务4常见土的野外鉴别（颗粒分析）教学目的掌握常见土的野外鉴别方法，了解土的颗粒分析试验。教学重点粗粒土颗粒分析法，比重计法、移液管法。教学难点土的鉴别更新补充删节内容教学媒体板书等多媒体。课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’公路桥涵地基与基础设计规范中土的分类；公路土工试验规程中土的分类。教学过程（时间）100’教学提示实训任务4常见土的野外鉴别（颗粒分析）复习旧课1、《桥涵地基与基础设计规范》中土的分类①岩石、②碎石土>2mm>50%，粗粒土(表2-7)③砂土>0.075mm>50%(表2-8)密实状态下力学性能好，疏松的粉、细砂易产生液化。④粉土IP≤10⑤粘性土：粘土IP>17；粉质粘土10<IP≤17⑥特殊土：软土（e>1.0）；人工填土；湿陷性土（西北、华北）；红粘土（云贵，广西）；膨胀土：十几个省；多年冻土；盐渍土2、土工试验规程中土的分类（表2-11）①巨粒土分类（图2-12）。②粗粒土分类：砾类土（图2-13）；砂类土（图2-14）。③细粒土分类（图2-15），塑性图分类（图2-16）。④特殊土塑性图分类（图2-17）：黄土；膨胀土；红粘土；盐渍土；冻土。一、练习题抄黑板，学生做。P24例题1-3；例题1-4。二、土的颗粒分析试验1、粒度与土的粒组划分天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度;工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。2、粒度成分及其表示方法土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示）。用累计曲线法，描述土的级配的指标：不均匀系数、曲率系数。≥5且＝1～3的土，称为级配良好的土。3、土的颗粒大小分析试验1）试验目的：是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，借以明确颗粒大小分布情况，供土的分类与概略判断土的工程性质及选料之用。2）试验方法与适用范围。筛析法：适用于粒径大于0.074mm的土。比重计法：适用于粒径小于0.074mm的土。若土中粗细兼有，则联合使用筛析法及比重计法。3）筛分法仪器设备：（1）标准筛。粗筛：圆孔，孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛：孔径为2.0、0.5、0.25、0.075mm。（2）天平：称量5000g感量5g.；称量1000g感量1g.；称量200g感量0.2g。（3）振筛机（4）其他：烘箱、研钵、瓷盘、毛刷、木碾等。4）操作步骤（筛分法）（1）从风干、松散的土样中，用四分法按下列规定取出代表性试样：粒径小于2mm颗粒的土取100—300g；小于10mm的土取300—1000g；小于20mm的土取1000—2000g；小于40mm的土取2000—4000g；小于60mm的土取4000g以上。称量准确至0.1g；当试样质量多于500g时，准确至1g。（2）将试样过2mm细筛，分别称出筛上和筛下土质量。（3）取2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中；取2mm筛下试样倒入依次叠好的最上层筛中，进行筛析。细筛宜放在振筛机上震摇，震摇时间一般为10—15min。（3）由最大孔径筛开始，顺序将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，如仍有土粒漏下，应继续轻叩摇晃，至无土粒漏下为止。漏下的土粒应全部放入下级筛内。并将留在各筛上的试样分别称量，准确至0.1g。（4）各细筛上及底盘内土质量总和与筛前所取2mm筛下土质量之差不得大于1%；各粗筛上及2mm筛下的土质量总和与试样质量之差不得大于1%。5）计算与制图计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数：（2）绘制颗粒大小分布曲线。（3）计算级配指标不均匀系数：②曲率系数三、常见土的野外鉴别P36-39就是在现场用眼观、手触、借助简易工具和试剂及时直观地对土的性质和状态作出初步鉴定，以供室内试验后定名参考。（一）土的现场记录及简易试验方法1、土的现场记录：内容包括7条。2、简易试验方法：内容包括6个。（二）野外对土的基本描述和鉴别1、对土的基本描述。基本内容见表2-5。2、土的野外鉴别。（1）碎石类土及砂土野外鉴别（表2-6）；（2）碎石类土密实程度鉴别（表2-7）；（3）砂类土潮湿程度野外鉴别（表2-8）。（4）粘性土潮湿程度野外鉴别（表2-10）；（5）最新沉积粘性土野外鉴别（表2-11）。课程小结：7’土的颗粒分析试验。土的现场记录及简易试验方法；野外对土的基本描述和鉴别。布置作业：3’复习思考题6-10．教案NO.8教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年3月20日第4周授课时数2章节名称项目二、土的工程应用课题1土方填筑的压实控制教学目的掌握土的压实机理和土方填筑的压实控制。教学重点土的击实实验和击实曲线；土的压实度和影响因素。教学难点土的压实机理。更新补充删节内容教学媒体板书等多媒体。课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的工程分类与鉴别。教学过程（时间）60’教学提示项目二、土的工程应用课题1土方填筑的压实控制一、土的击实性土的击实性指采用人工或机械对土施以夯实、振动作用，使土在短时间内压实变密，以改善和提高土的力学性能。在工程实践中，对垫层的碾压质量的检验，是要求能获得填土的最大干密度rdmax，与之相对应的制备含水量为最优含水量。其最大干密度可用室内击实实验确定。二、击实实验和击实曲线1.将代表性的风干或在低于60oC温度下烘烤干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，过5mm筛，拌匀备用。2.测定土样风干含水量，按土的塑限估计其最优含水量，按依次相差约2%的含水量制备一组（不少于5个）试样，其中有两个大于和小于最优含水量，计算所需加水量。3.按预定含水量制备试样。称取土样，每个约2.5kg，平铺于一不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定的水量，稍静置一段时间再装入塑料袋内或密封盛样器内浸润备用。浸润时间对高塑性黏土不得少于一昼夜，对低塑性黏土可酌情缩短，但不少于12h。4.将容积分别为997和2177cm3[直径9.125cm，高15cm（980.45）]的击实筒（图2-8）放在坚实地面上，将制备好的试样600～800g（其数量应使击实后的试样略大于筒高的1/3）倒入筒内，整平其表面，并用圆木板稍加压紧，然后用锤（锤重2.5kg（锤底直径5cm）和4.5kg；落距分别为30和45cm，进行击实，锤击时锤应自由铅直落下，对砂土和粉土，每层为20击，对粉质黏土和黏土，每层为30击。锤迹必须均匀分布于土面。然后安装套环，把土面刨成毛面，重复上述步骤进行第二层及第三层的击实，击实后超出击实筒的余土高度不得大于10mm。5.用修土刀沿套环内壁削挖后，扭动并取下套环，齐筒顶细心削平试样，拆除底板。6.用推土器推出击实筒内试样，从试样中心处取2个各约15～30g土样测定其含水量。7.按4～6步骤重复进行其他不同含水量试样的击实试验。计算上述五个不同含水量w试样的五个相应干密度rd(=r/(1+0.01W)，以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制rd和w关系曲线，如图图2-9所示。在曲线上，rd的峰值即为最大干密度rdmax，与之相对应的制备含水量为最优含水量wop。图2-9砂土和黏土的压实曲线图在室内击实试验时，根据不同的锤击数得到的干密度，可绘制数条rd-w关系曲线（见图2-9）及各锤击数下最大干密度的轨迹ab。击实曲线反映土的击实特性如下：1、对某一土样，在曲线上，有一峰值即为最大干密度rdmax，与之相对应的制备含水量为最优含水量wop。只有当土的含水量为某一适宜值时，土样才能达到最密实。2、土样在击实过程中，土粒的相互位移，很容易将土中气体挤出，但要挤出水分对粘性土不是短时间能办到。同时，当土的含水率接近或大于最优含水量时，土中气体会有3%-5%留在土中，击实土不可能被击实到完全饱和状态，击实曲线必然位于饱和曲线左侧（图2-10），而不相交。3、含水率低于最优含水量时，干密度受含水率变化的影响较大，即击实曲线的左段比右段的坡度陡。三、土的压实度和影响因素1、土的压实度K，工地压实填土达到的干密度rd与室内击实实验所得到的最大干密度rdmax之比值。K=rd/rdmax（2-17），要求压实度越接近1，表明对压实质量的要求越高。在工地上对压实度的检验，可用环刀法、灌砂法、湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定土的干密度和含水率。2、影响压实度因素（1）含水率影响（图2-9砂土和黏土的压实曲线图）。（2）击实功影响：击实功越大，土的最大干密度越大，而最佳含水率越小。但超过某一限度，增加击实功，土的干密度的增加也不明显。（3）不同压实机械对压实的影响。如光面压路机、羊足碾和振动压路机等，压实效果各不同，对作用于不同土类，其效果也不同。（4）土粒级配影响。均匀颗粒的砂、单一尺寸的砾石和碎石，都很难碾压密实。只有在良好级配条件下才能达到要求的密实度。课程小结：7’土的击实性；最大干密度rdmax，最优含水量。室内击实实验；击实曲线反映土的击实特性；土的压实度和影响因素。布置作业：3’P25复习思考题8教案NO.9教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年3月235日第5周授课时数2章节名称实训任务1击实试验教学目的击实试验是为了检验土在不同含水量、不同击实功能下土的压实性能，以此作为土工建筑物填土施工时压实控制之依据。教学重点击实试验的方法，步骤，标准击实仪的使用。教学难点如何通过测量、计算控制每层高度。更新补充删节内容无教学仪器标准击实仪、烘箱、天平等。课后分析复习提问，导入新课：10＇干密度、含水量、土的击实性等。教学过程25＇教学方法一、试样准备本试验采用干土法制样：按四分法至少准备5个土样，分别加入不同水分（按2％～3%含水量递增），拌匀后闷料一夜备用。二、试验步骤1.将击实筒放在坚硬的地面上，取制备好的土样分5次倒入小击实筒内，每次约420~450g（其量应使击实后的试样等腰三角形于或略高于筒高的1/5）。整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数（27次）进行第一层土的击实，击实时击锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于土样面，第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入第二层土样，重复上述方法进行其余各层土的击实。小筒击实后，试样不应高出筒顶面5mm。2.用修土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称量，准确至1g。3.用推土器推出筒内试样，从试样中心处取样，测其含水量，计算至0.1%。4.按上述步骤进行其它含水量试样的击实，一般需要做五次不同含水量的试验。三、计算及数据处理1、按下式计算击实后各点的干密度：Pd=P/1+0.01W2、以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度与含水量的关系曲线。曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水量。如果曲线不能绘出明显的峰值点，应进行补点或重做。四、问题讨论：配料时如何计算加水量？五、注意事项1、击实筒一般放在水泥混凝土地面上试验，如果没有这种地面，可以放在坚硬平稳较厚的石头上做实验。2、每层击实后，表面需进行拉毛处理，否则土体会分层。课堂组织：80＇分8小组进行试验。布置作业：5＇完成试验报告。教案NO.10教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年3月27日第5周授课时数2章节名称课题2降排水施工中土的渗透性评价教学目的掌握土中水的渗透性，土的层流渗透定律——达西定律及渗透系数测定方法(常水头试验、变水头试验、现场抽水试验)。了解渗透力与渗透变形。教学重点土的层流渗透定律——达西定律及渗透系数测定方法。渗透力与渗透变形。教学难点变水头试验、现场抽水试验；渗透力。更新补充删节内容教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的击实性；最大干密度rdmax，最优含水量。室内击实实验；击实曲线反映土的击实特性；土的压实度和影响因素。教学过程（时间）60’教学提示课题2降排水施工中土的渗透性评价§3.1土的渗透规律渗透——土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象一、土的层流渗透定律——达西定律（图3-5）V=KJ；v0=v/n讨论：1、公式适用于层流情况，一般适用于砂土；2、在粘土中应按修正后的达西定律考虑起始水头梯度Io计算。V=K（I-Io）二、渗透系数测定方法：试验室测定:常水头试验、变水头试验现场抽水试验三、成层土渗透系数的测定四、影响土的渗透性的因素1、土的矿物成分：蒙脱石含量↑，或有机质↑，则K↓2、粒度成分：粗↑，浑圆↑均匀↑则K↑3、结合水膜厚度↑,K↓；厚度↓，K↑4、土的结构构造：黄土KV》Kn，夹砂粘土KV<Kn5、水的沾滞度ηt：温度T↑，Kt应进行修正，以10℃水为标准渗透系数值K10。K10=ktηt/η106、土中气体：含密闭气泡↑，K↓例题[3-1]§2.2渗透力与渗透变形一、动水力及流沙现象动水力（渗流力）J：作用在单位体积土体中土颗粒上的力。流沙现象：当水的渗流方向自下而上，在土体表面向上的动水力与土的浮容重相等时，这时土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定的现象。管涌：水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水力作用下，可能通过粗颗粒的空隙被水带走。二、讨论1、流砂发生在土体表面渗流逸出处，不发生在土体内部，而管涌两者都可能发生。2、流砂主要发生于细、粉砂及粉质粘土中，而在粗颗粒土及粘土中不易发生。3、管涌的临界水头梯度与土的颗粒大小及其级配情况有关。不均匀系数Cu↑，则Icr三、流土的防治1、井点降水；2、设置板桩；3、其他措施课堂小结：5’土中水的渗透性，达西定律及渗透系数测定方法：常水头试验、变水头试验、现场抽水试验。渗透力与渗透变形。布置作业：5’思考题3、5、6教案NO.11教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年4月1日第6周授课时数2章节名称课题3挡土墙土压力计算6.1土的抗剪强度与极限平衡条件

6.2抗剪强度指标的测定6.3地基承载力的确定教学目的掌握土体强度的概念，认识实践中土体强度方面的问题，了解直接剪切实验的试验目的，过程及如何确定土的抗剪强度，认识不同实验条件下的三种直剪试验方法。认识地基变形破坏的过程，掌握求解地基容许承载力的三个途径，重点掌握用规范法求解。教学重点掌握土体强度的概念，了解直接剪切实验的试验目的，过程及如何确定土的抗剪强度，认识不同实验条件下的三种直剪试验方法。采用理论公式法及设计规范法确定地基容许承载力。教学难点不同实验条件下的三种直剪试验方法。理论公式法、设计规范法。更新补充删节内容补充地基强度破坏的工程实例。教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土中水的渗透性，达西定律及渗透系数测定方法：常水头试验、变水头试验、现场抽水试验。渗透力与渗透变形。教学过程（时间）100’教学提示课题3挡土墙土压力计算

6.1土的抗剪强度与极限平衡条件土的强度概念1、土的强度（抗剪强度）2、土的抗剪强度的指标：内摩擦角φ和粘聚力C。土体强度的工程意义与强度有关的工程问题：A土作为材料构成的土工构筑物的稳定问题B土作为工程构筑物的环境问题及土压力问题C土作为建筑物地基的承载力问题工程实例：一、莫尔——库仑强度理论库伦公式：τf=σtgφ无粘性土τf=C+σtgφ粘性土二、土的极限平衡理论τ<τf安全（稳定状态）τ=τf临界状态（极限平衡状态）τ>τf破坏状态1、土体中任意点的应力状态2、土的极限平衡条件6.2抗剪强度指标的测定抗剪强度测定方法室内：直剪试验，无侧限抗压强度试验，三轴压缩试验。室外：十字板剪切试验和大型直接剪切试验。1、直接剪切试验（粘性土：τf=C+σtgφ）1）快剪：加σ后立即加τ，3～5minut剪坏，模拟不排水剪切；2）固结快剪：加σ固结稳定后，快速加τ使土样剪坏；3）慢剪：加σ固结稳定后，慢速加τ使土样剪坏。2、三轴试验

1）三轴试验基本原理2）三轴试验方法：ＵＵ试验CU试验CD试验3、无侧限抗压强度试验6.3地基承载力的确定1、地基容许承载力：是指在保证建筑物安全、可靠，并符合正常使用要求的前提下，地基土在面积上所能承受荷载的能力。用荷载强度表示。[σ]2、地基变形分为三个阶段：压密阶段：P-S曲线o-a段，呈直线分布弹性平衡阶段，不存在剪切变形局部剪切阶段：P-S曲线a-k段，呈曲线分布地基边缘出现塑性变形区破坏阶段：呈竖直向下直线分布,建筑物整体失去稳定发生倾倒事故。3、临塑荷载Pa：指在外荷载作用下，地基中刚开始出现塑性变形（即局部剪切破坏时）基础底面单位面积上所承受的荷载。4、临界荷载：当地基中塑性变形区最大深度为zmax=1/4b，（中心荷载基础）与此相应的基础底面压力5、极限荷载PK：指地基在外荷载作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。6、地基容许承载力求解的四条途径：理论公式、规范公式、实验成果、经验。一、地基承载力的理论公式：临塑荷载 Pa=Nqrh+NcCNq、Nb、Nc查P44表3-1临界荷载 P1/4=Nbrb+Nqrh+NcC极限荷载 PK=Nbrb+Nqrh+NcCNq、Nb、Nc查P45表3-2地基容许承载力取三者中较小者，K为安全系数二、按桥涵地基与基础设计规范确定地基容许承载力1、确定地基土的类别与土的物理状态指标 粘性土：Il、e 砂性土：Dr2、地基土基本容许承载力［σ0］：适用于b≤2，h≤3，按持力层土类查表求得。3、计算修正后的地基容许承载力［σ］：b＞2m，h＞3m，且h/b≤4时[σ]=[σ0]+kγ1（b-2）+k2γ2（h-3）+10hWkPa [σ0］——按表3-3~表3~11查得的地基基本容许承载力，Kpab——基础底面宽度（或直径）当b＞10时，按b=10m，当b＜2m时，取b=2mh——基础埋置深度，h＜3m时，取h=3m无冲刷从天然地面或河床底面算起；有冲刷从一般冲刷线算起r1——基底下持力层土的天然容重，KN/m3，如果持力层在水面以下，且为透水性土层时，应按r’浮容重计算。r2———基底以上土的容重，KN/m3，对于水面以上的用天然容重，对于水面以下的土：当持力层不透水时，不论基底以上的土是否透水一律用饱和容重rf当持力层土透水，则一律用浮容重计算当基底以上由多层土组成时，应按照换算容重计算r2=k1、k2——基础宽度与基础埋置深度的修正系数，按持力层土查表3-12求得hw——平均常水位到一般冲刷线的深度，m，对于水中基础，当持力层不透水时，考虑此项修正，但若持力层透水，则不计此项。4、地基容许承载力的提高：荷载组合Ⅰ，k=1；荷载组合Ⅱ，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，k=1.25三、利用荷载实验确定地基容许承载力在P-S曲线中，如能找到明显的临塑荷载和极限荷载，则比较Pa和PK/K选定［σ］，如P-S曲线中临塑荷载和极限荷载不明显时，取允许沉降量所对应的P作为［σ］。

课程小结：7’土体强度的概念，直接剪切实验，如何确定土的抗剪强度，不同实验条件下的三种直剪试验方法。理论公式法及设计规范法确定地基容许承载力。布置作业：3’习题2题教案NO.12教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年4月3日第6周授课时数2章节名称实训任务2直接剪切试验教学目的测定不同正应力下土的抗剪强度；决定土的内摩擦角Φ和内聚力C。教学重点实验方法、步骤；仪器的正确使用。教学难点数据分析与处理更新补充删节内容无教学媒体应变控制式直剪仪、百分表、切土环刀等。课后分析复习提问，导入新课：5＇土体强度的概念，直接剪切实验，如何确定土的抗剪强度，不同实验条件下的三种直剪试验方法。教学过程15＇教学方法一、试样准备1、原状土：用直剪仪环刀至少切取四个试样，其容重相差不得超过0.03g/cm3，在切取试样的过程中，操作须格外小心，勿使试样的原状结构受到破坏。2、扰动土：作为路堤填料需作扰动土的夯后剪切试验，根据击实试验的结果及压实系数来控制试样的最佳含水量与最大干容重。数量的要求同原状土。二、试验步骤1、对准剪切盒的上下盒，插入固定销，在下盒内放透水石及蜡纸各一。2、将盛有试样的环刀，刀口向上，平口向下对准盒口，在试样上放蜡纸和透水石各一，然后将试样徐徐压加盒中，直到底面接触为止，顺次加上传压活塞、钢珠及加压框架。3、施加垂直压力，加荷时应按垂直压力值，一次将砝码轻轻加上，防止冲出。4、安装量力环及其中的测微表，徐徐转动手轮，使下盒的钢珠刚好与量力环接触，调整测微表读数为一整数，作为初读数记下。5、拔出固定销，均匀转动手轮使量力环受力，快剪时手轮为每分钟4~12转，观看测微表指针的转动。如指针不再前进或明显后退，表示试样已剪坏记下读数的峰值作为终读数。若量力环中测微表指针随手轮的旋转而不断前进，则取剪切变形达5mm时的指针读数作为终读数，即可停止剪切。一般快剪宜在3~5min内完成。6、倒退手轮，卸去垂直压力，取出土样。依次作不同压力下的试验，做完后将仪器擦洗干净，并在上下盒接触面上涂一层凡士林，以供再用。7、抄录量力环系数K。三、试验结是整理与计算1、计算每个试样的抗剪强度τ=KR式中：K-----量力环系数R------量力环读数2、根据试验结果，以抗剪彩强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，画出抗剪度线。该直线的倾角为φ，其在纵坐标上的载距为C。见实验指导书课堂组织：55＇分成8小组进行试验。布置作业：5＇完成试验报告教案NO.13教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年4月8日第7周授课时数2章节名称挡土墙土压力计算教学目的掌握朗肯、库仑土压力理论的理论来源，理论公式，熟悉该理论的主动与被动土压力的计算。掌握土坡稳定分析的方法、运用。教学重点掌握朗肯、库仑土压力理论基本假定，最简单条件。理论公式，该理论的主动与被动土压力的计算。条分法分析土坡稳定。教学难点朗肯、库仑土压力理论的理论来源与运用。条分法分析土坡稳定。更新补充删节内容无教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土体强度的概念，直接剪切实验，如何确定土的抗剪强度，不同实验条件下的三种直剪试验方法。理论公式法及设计规范法确定地基容许承载力。教学过程（时间）100’教学提示挡土墙土压力计算7.1概述

在建筑工程中，遇到在土坡上、下修建建筑物时，为了防止土坡发生滑坡或坍塌，需用各种类型的挡土结构物加以支挡，挡土墙是最常用的支挡结构物，土体作用在挡土墙上的压力称为土压力earthpressure。1、土压力实验：在实验室内通过挡土墙的模型试验可以量测出挡土墙不同位移方向产生种不同的土压力：A挡土墙静止不动时，测出土压力为P0B挡土墙向离开填土的临空方向移动或转动时，测得土压力数值减小到最小值Pa。C挡土墙向填土方向移动时，土压力值最大为Pp。2、土压力种类（1）静止土压力：当挡土墙静止不动时，墙后土体由于墙的侧限作用而处于静止状态，此时墙后土体作用在墙背上的土压力称为静止土压力。E0（2）主动土压力activeearthpressure：当挡土墙在墙后填土作用下，背离填土方向发生位移，土中出现剪应力并增大至极限值，作用于挡土墙上的土压力逐渐减小的最小值称为主动土压力。Ea。（3）被动土压力passiveearthpressure：当挡土墙在外力作用下，推动土体向填土方向发生位移，土中出现剪应力并增大至极限值，作用于挡土墙上的土压力逐渐增大的最大值称为主动土压力。Ep。Ea＜E0＜Ep静止土压强度Po=KoγZKo—静止土压力系数。Ko=1－sinφˊ静止土压力Eo作用点距墙底H/3处，方向水平地下水位以下用γˊ，同时考虑静水压力7.2朗肯土压力理论基本假定：把挡土结构物的墙体视为半无限土体的一个部分。最简单条件：1、墙是刚性的且墙背是竖直平面2、填土面水平，且与墙顶齐平3、假定墙背光滑即墙和土之间无摩擦力。一、静止土压力公式：E0=1/2（ξrz）z=1/2ξrz2二、主动土压力公式： m=tg（45-分析：（1）砂性土：C=0，pa=rzm2（2）粘性土：z=0时，pa=-2cmz=H时，pa=rHm2—2Cmpa=0时，z= KN/mα：为最大主应力面与滑裂面之间的夹角。三、被动土压力： 由φ查表求得（1）砂性土： KN/m（2）粘性土： KN/m7.3库仑土压力理论一、基本假定由于墙的移动（前移或后移）使墙背填土形成一个滑动契体体，当土契体处于极限平衡状态时，滑裂面为通过墙脚的某一平面，土契体在极限平衡时作用在墙背上的侧压力合力，即为主动土压力或被动土压力值。适用范围：墙背为倾斜，填土面倾斜，墙背与土之间有摩擦力。NOTE：限制：该理论只适用于砂土。二、主动土压力计算图6.7滑动楔体ABC上有3个力G、E、R。由正弦定律E/G=，土压力E=，最大的E值就是主动土压力Ea。求真正滑动面的条件是de/dθ=0，由此确定θ值，带入6.15b，得主动土压力6.16。 NOTE：（1）当β=0，α=0，δ=0时，代入μa公式，符合朗金理论。（2） 土压力强度分布图为三角形（3）Ea作用线方向：与墙背法线成α角，与水平线成α+β角（4）被动土压力：7.4工程实际中的土压力计算一、填土表面有均布荷载作用墙顶土压力强度σ1=rhsKa=qKa墙底土压力强度σ2=r（h+hs）Ka=（q+rh）Ka，压力分布图为梯形。二、成层填土第一层按均质土r1、φ1、c1计算；计算第二层，按上层土为均布荷载，用第二层土的r2、φ2、c2计算第二层土顶、底土压力。三、填土有地下水地下水以下用浮重度，并计地下水对挡土墙产生的静水压力。7.5土坡稳定分析一、概述：土坡滑动失稳原因：外界力作用；土的抗剪强度降低。二、土坡稳定分析稳定性用稳定安全系数K表示：1、砂性土的土坡稳定分析：2、粘性土的土坡稳定分析：土坡园弧滑动体整体稳定分析①基本概念稳定安全系数稳定力矩/滑动力矩（1）条分法分析土坡稳定假定土是均质各向同性，滑动体是刚体，土条i上的作用力包括：土条重力Gi；两侧法向力E1i，E2i；竖向剪力F1i,F2i；滑动面ef上Ni，Ti。大小和位置为已知，按平面问题考虑。分析原理及步骤。解题思路的总结，简化公式的记忆课程小结：7’三个基本概念和静止土压力的计算。两个理论的适用条件;主动土压力计算;填土表面有均布荷载作用;成层填土;填土有地下水。砂性土的土坡稳定分析、粘性土的土坡稳定分析。布置作业：3’3题教案NO.14教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年4月10日第7周授课时数2章节名称项目三、地基的沉降变形评价课题1土体中的应力教学目的掌握自重应力的计算方法;理解地下水对自重应力的影响；了解柔性基础和刚性基础基底压力分布规律。学会在集中荷载与条形荷载下的附加应力的求解方法。掌握局部面积荷载下的附加应力的求解，熟练矩形面积角点下的附加应力，通过角点法学会求矩形均布荷载下任意点的附加应力，熟悉建筑物基础下地基应力的计算。教学重点自重应力的计算方法;地下水对自重应力的影响。矩形面积角点下的附加应力，通过角点法学会求矩形均布荷载下任意点的附加应力。教学难点地下水对自重应力的影响。基础底面的压力分布的形成机制，对平面问题的理解。角点法求解地基下任意一点的附加应力。更新补充删节内容对附加应力求解部分的公式推导不做要求。教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’三个基本概念和静止土压力的计算。两个理论的适用条件;主动土压力计算;填土表面有均布荷载作用;成层填土;填土有地下水。砂性土的土坡稳定分析、粘性土的土坡稳定分析。教学过程（时间）60’教学提示项目三、地基的沉降变形评价课题1土体中的应力4.1土的自重应力为了保证建筑物的安全与使用良好，在地基与基础设计中必须同时满足以下两个要求：1、地基的变形条件；2、地基的强度条件土中应力按其作用效果与产生原因的不同可以分为：1、自重应力：在未修建建筑物之前，由土体本身自重引起的应力。2、附加应力：由于修建建筑物产生的荷载，在地基中增加的应力。自重应力的计算地面下深度z处土层的自重应力σcz等于该处单位面积上土柱的质量。σcz=r1h1+r2h2+r3h3+…rnhn注意：a在实际计算中常用竖向自重应力来代替自重应力。b若地下水位以下为透水层时，采用浮容重。c自重应力的分布规律：4.2基底压力一、基底压力分布1、柔性基础和刚性基础2、基底压力分布有三种：马鞍形分布：基础周围有超载，粘土地基上边缘未达塑性变形抛物线形分布：砂土地基，四周无超载，因基础边缘的砂粒易朝侧向挤出钟形分布：P=极限荷载二、基底压力的简化计算1、中心荷载时G——基础自重及其上回填土重标准值的总重，KNG=γG·F·d，γG取20KN/m3，地下水位以下取10KN/m32、偏心荷载作用下讨论：①e<b/6，Pmin>0基底压力梯形分布e=b/6，Pmin=0基底压力三角形分布e>b/6，Pmin<0基底与地基局部脱开，基底压力将重新分布②当e>b/6，Pmax三、基底附加压力对于基底压力均匀分布P0=P-rh对于偏心荷载作用下基底压力P0=Pmax-rh4.3地基中的附加应力一、集中荷载作用下的应力计算1、布氏公式的及点假定及公式：σz=α2、地基中附加应力的扩散作用：地基中附加应力的分布规律：注意：A布氏公式σz=α不适用于R=0点B布氏公式的意义二、矩形均匀分布荷载σz=αsP角点法：计算矩形均布荷载作用下地基中任意一点的附加应力可以加几条辅助线通过需计算的点，将矩形面积划分为几个需计算的小矩形，应用公式σz=αaP分别计算各划分的矩形上荷载产生的附加应力，进行叠加而得。注意：A划分每一个矩形，都拥有公共的角点B所划分的各矩形面积总和应等于原受荷的面积C所划分的每一个矩形中，长的为a，短的为b。三、矩形三角形分布荷载σz=αtP四、条形荷载作用下的附加应力的计算平面问题：与长度方向向垂直的任意截面上的附加应力分布规律均相同。条形均匀分布荷载σz=αzsP条形三角形分布荷载σz=αz´Pt牢记透水层与非透水层注意：公式的理解和掌握课程小结：7’自重应力的计算方法;地下水对自重应力的影响；柔性基础和刚性基础基底压力分布规律。强调基底应力的计算。基底压力的分布特点，三种情况下基底压力的求解公式；集中荷载作用下附加应力的求解，条形荷载作用下附加应力的求解。矩形面积均布荷载角点下的附加应力，角点法。布置作业：3’习题3题教案NO.15教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年4月15日第8周授课时数2章节名称课题2土体沉降变形计算5.1土的压缩性5.2地基最终沉降量计算（一）教学目的认清土体发生沉降的原因，重点是其内因：土的压缩性。了解土体压缩变形的实质。教学重点土的压缩实质、压缩指标和压缩试验。教学难点土体压缩性质的原理，压缩实质。更新补充删节内容无教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’自重应力的计算方法;地下水对自重应力的影响；柔性基础和刚性基础基底压力分布规律。强调基底应力的计算。基底压力的分布特点，三种情况下基底压力的求解公式；集中荷载作用下附加应力的求解，条形荷载作用下附加应力的求解。矩形面积均布荷载角点下的附加应力，角点法。教学过程（时间）100’教学提示课题2土体沉降变形计算5.1土的压缩性土体发生压缩变形的主要原因：（1）内因：土的压缩性（2）外因：外部荷载的作用土的压缩性指标1、土的压缩性：指土体在外荷载作用下，产生体积压缩的性质。2、压缩变形的实质：土体在受外荷载作用后，空隙体积减小的过程。3、压缩指标：A压缩指标：αB变形模量：Es压缩试验1、试验目的：测定土样在无侧向膨胀的条件下，竖向压力与孔隙比之间的关系及土的压缩系数。2、试验方法：A用环刀切取原状土样，用天平称其质量。B将土样装入侧限压缩仪的容器：先装入透水石，再装入试样居中；试样四周安置侧限护环，形成侧限条件，然后加透水石和加压板，安装侧微表并调零。C分级施加竖向荷载σI：四级：50、100、200、400KpaD用册为表侧记每一级压力后的稳定读书：（标准时间为24小时）E计算每一级压力后实验的空隙比ei3、试验成果：A绘压缩曲线：B土的弹性变形与残余变形高压缩性土：中压缩性土：低压缩性土：C压缩模量：反映土体在无侧向膨胀条件下抵抗压缩变形的能力。荷载试验一、荷载试验及P-S曲线二、变形模量三、变形模量与压缩模量之间的关系5.2地基最终沉降量计算（一）5.2.1分层总和法定义：分层总和法是将地基土在一定范围内分成若干薄层，先分别求出各薄层的压缩量，然后取各层压缩量的总和为基础总沉降量。二、几点假定：A各薄层土均在无侧向膨胀的情况下发生竖向变形。B按基础底面中心线上的附加应力进行计算。C每一薄层近似地取层顶和层底应力的平均值。D只计算压缩层范围内土的变形。三、计算步骤：1、计算层底净压力值P0=P-rh2、划分薄层hi≤0.4b计算各薄层界面处的自重应力和附加应力。注意：划分薄层时土层分界面和地下水位应为分层面；分层厚度应小些，使计算各分层的附加应力误差不大。3、计算各薄层σci和σzi4、△Si=hI或△Si=hI求得各薄层压缩量△SI5、确定压缩层得计算深度zn，zn应满足△Sn’≤0.025∑△SI’NOTE:实际计算中，可取σz≤0.2σc之处为试算点。6、S=SI课程小结：5’土的压缩原因——压缩性——压缩实质——压缩指标——压缩试验——压缩系数。分层总和法计算步骤。布置作业：5’复习思考题教案NO.16教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年4月17日第8周授课时数2章节名称实训任务1固结试验教学目的测定土样在无侧向膨胀的条件下，竖向压力与孔隙比之间的关系及土的压缩系数，用来反映土的压缩性。教学重点实验步骤、实验数据分析。教学难点实验数据分析更新补充删节内容无教学媒体试验仪器与设备课后分析复习提问、导入新课10’土的压缩原因——压缩性——压缩实质——压缩指标——压缩试验——压缩系数。分层总和法计算步骤。教学过程25’教学方法压缩实验讲解一、［实验目的］：测定土样在无侧向膨胀条件下，竖向压力P与孔隙比e之间的关系及土的压缩系数。二、［实验设备］：1、压缩仪，环刀（30×2cm3）2、测微表：量距10mm，精度0.01mm3、秒表、修土刀、铝盒、电子称、凡士林、酒精等三、［试验步骤］：1、取原状土样，要求体积大于环刀体积，整平上下两端，称取环刀重量，在环刀内壁涂上凡士林，然后将环刀刀口向下，放在土样上，垂直下压，边压边修环刀外壁的土，直到环刀装满土样，用修土刀修平两端。2、擦净环刀外壁，测出环刀内土样的容重，并取修下的余土测出其含水量。（酒精焙烧法）3、在装土样的环刀外壁涂一层凡士林，刀口向下放入护环内。4、在容器底板上放透水石，将带土样的环刀和护环放入容器中，套上导环，土样上面放置透水石，再放上传压活塞。5、为保证土样与仪器接触良好，先预压1Kpa压力，使固结仪各部分紧密接触，装好测微表，调整读数。6、去掉预压荷载，立即加第一级荷载，加码时应避免冲击和摇晃，在加码的同时，应立即开动秒表。荷载的等级为50Kpa、100Kpa、200Kpa、400Kpa。（若土样为饱和土样，应往容器内注水，若为非饱和土样，须以湿棉纱围住上下透水石四周，避免水分蒸发。）7、荷载加上后，读1’、3’、5’、10’读数，精确至0.01mm。（规范规定，每30’读数一次，两次变化不超过0.01mm时为压缩稳定，一般认为施加每级荷载以24小时为标准）8、记下压缩时测微表读数，（以10’当作稳定时间）然后加次一级荷载，依次。9、最后一级荷载记下10’读数（相当于1h）再记下20’读数（相当于24h）求修正系数K。10、实验结束后拆除仪器，退出环刀，去除土样，洗净环刀，以备再用。四、[数据填写]：1、表（一）含水量试验2、表（二）容重实验3、表（三）压缩实验记录表4、表（四）数据总表5、表（五）绘制压缩曲线图课堂组织辅导：80’课堂组织：共分8小组进行试验。布置作业：5’完成试验报告及问题讨论题。教案NO.17教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年4月20日第9周授课时数2章节名称课题2土体沉降变形计算5.2地基最终沉降量计算（二）教学目的地基最终沉降量分层总和法、规范法计算步骤。教学重点通过例题讲解，掌握分层总和法计算沉降量方法。教学难点规范法计算沉降量方法。更新补充删节内容教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的压缩原因——压缩性——压缩实质——压缩指标——压缩试验——压缩系数。分层总和法计算步骤。教学过程（时间）100’教学提示4.2地基最终沉降量计算（二）P68例题5-11、计算层底净压力值P0=P-rh2、划分薄层hi≤0.25b计算各薄层界面处的自重应力和附加应力。3、计算各薄层σci和σzi4、△Si=hI或△Si=hI求得各薄层压缩量△SI5、确定压缩层得计算深度zn，可取σz≤0.1σc之处为试算点。6、S=SI图5-8、图5-9;表5-2;表5-35.2.2规范法图5-10例题5-2图5-11课程小结：7’分层总和法和规范法计算沉降量方法步骤。布置作业：3’复习思考题教案NO.18教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年4月22日第9周授课时数2章节名称课题3饱和土体的渗透固结教学目的在学习完土体的压缩性质以后，了解饱和土体的有关渗透固结的概念，掌握有效应力、中性压力固结度的定义。教学重点饱和土体的有关渗透固结的概念，掌握有效应力、中性压力固结度的定义。教学难点饱和土体渗透固结的过程。更新补充删节内容有效应力effectivestress；压缩系数coefficientofcompressibility教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’土的压缩实质、压缩指标和压缩试验；分层总和法的定义，几个基本假定，计算步骤。教学过程（时间）100’教学提示课题3饱和土体的渗透固结5.3地基沉降与时间的关系土体被压后，产生体积压缩，其压缩变形过程包括：(1)由于土粒、不同形态的水和空气的相对移动，使孔隙体积减小；(2)土中水和土粒本身被压缩。非饱和土体：土的压缩过程=土中空隙体积减小过程。P~e关系。饱和土体：孔隙中全部充满着水，要使孔隙减小必须使土中的水被挤出，即土的压缩与土空隙中水的挤出是同时发生的，由于土的颗粒很细，孔隙更细，这个过程需要相当长的时间，该过程称为土的渗透固结过程。也即在饱和土体中土体压缩变形过程为孔隙水排除和孔隙水压力逐渐减小的过程。水——弹簧模型模拟饱和土体渗透固结试验1、骨架压力（有效压力）：饱和土体中土粒骨架受力，它使土粒间产生相互挤压的作用。2、孔隙水压力：土中孔隙水所受的力，它使孔隙水产生渗流，为土实现压缩提供条件，又称为中性压力。3、固结度：，表示t时刻沉降完成的百分率，即土体固结的程度。土中二种应力试验：分析：两个量筒底部松砂顶面都作用了σ（Kpa）的压力，但产生两种不同的效果，反映土体内存在两种不同性质的应力：1、由钢球施加的应力，通过砂的骨架传递的应力称为有效应力用σ表示，它使土层发生压缩变形，从而使土的强度发生变化。2、由水施加的应力通过孔隙水来传递称为孔隙水压力，用u表示，它不能使土层发生压缩变形。有效应力原理：饱和土体所承受的总应力σ为有效应力σ与孔隙水压力μ之和。σ=σ+μ单向固结理论:水平方向无渗透无位移1、基本假定2、单向固结微分方程：固结系数、时间因子固结度：地基经历时间t的沉降量与最终沉降量的比值。计算：①附加应力上下均匀分布时②单面排水附加应力不等时地基沉降与时间关系的计算步骤：固结度时间因子排水条件与应力条件P72例题5-3图5-15课程小结：7’饱和土体渗透固结概念，有效应力、中性压力固结度，试验模型。布置作业：3’习题3教案NO.19教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期2023年4月29日第10周授课时数2章节名称地基处理技术教学目的使学生了解建筑物地基处理的目的与意义、地基处理的对象软弱地基和不良地基。换土垫层法加固原理、垫层设计、垫层施工。挤密压实法加固原理、设计和施工。教学重点掌握地基处理的对象软弱地基和不良地基。换土垫层法加固原理、垫层设计、垫层施工。挤密压实法加固原理、设计和施工。教学难点建筑物地基处理的对象不良地基。换土垫层法垫层设计。挤密压实法施工。更新补充删节内容补充地基处理案例。教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’饱和土体渗透固结概念，固结度，有效应力、中性压力，试验模型。教学过程（时间）100’教学提示地基的局部处理§10-1概述一、建筑物地基处理的目的与意义书上4点：（1）地基强度与稳定性问题。（2）地基的变形问题。（3）地基的渗透与溶蚀。（4）地基振动液化。二、地基处理的对象包括：软弱地基和不良地基。1、软弱地基：指不能满足建筑物对地基要求的天然地基称软弱地基。书上，软弱地基指在地表下相当深度范围内存在软弱土。我国公路桥涵地基与基础设计规范对软土或软弱地基定义：一般系指抗剪强度较低、天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性较高、渗透性较小的淤泥、淤泥质土、冲填土、素填土、杂填土、饱和软黏土以及其他高压缩性土层。（1）软弱土的特性。软弱土包括淤泥（含水量大于液限、孔隙比大于1.5的黏土、粉质黏土）、淤泥质土（含水量大于液限、孔隙比在1-1.5的黏土、粉质黏土），冲填土、杂填土、饱和松散粉细砂与粉土。这类土的工程特性：多属于中液限与高液限黏土；含水率在34%-89%，孔隙比在1-2.45;压缩系数在0.51-2.33MPa-1，属高压缩性土；抗剪强度低；渗透性小，多具有微层理、水平渗透性远大于垂直渗透性，这为人工创造排水出路、加速地基土的排水固结提供了条件；灵敏度3-5，属于灵敏性土；具有吸附力（软土对建筑物的吸附力有3部分：粘聚力、摩阻力、真空吸力）；有流变特性，可导致地基土的破坏。这类土，通常很难满足地基承载力和变形的要求。因此，不能作为永久性大中型建筑物的天然地基。1）淤泥和淤泥质土特性有5点。2）冲填土、杂填土。（2）软弱土的分布。2、不良地基。有7种。软弱地基通常需要经过人工处理后才能修建建筑物，这种地基加固方法称地基处理或地基加固。处理后的地基称为人工地基。常见的地基处理方法有：Ⅰ类-减小孔隙体积：换土垫层法、挤密压实法、排水固结法。Ⅱ类-胶结：深层搅拌法、高压喷射注浆法等。§10-2换土垫层法一、换土垫层法的概念及适用范围当软弱土层地基的承载力和变形不能满足建筑物的要求，且厚度又不很大时，可将基底以下持力层范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层回填砂石、素土、灰土、工业废渣等，经压实或夯实使之达到所要求的密实度，这种地基处理的方法也称换填法或开挖置换法。适用范围包括淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。二、换土垫层法的加固原理。（1）-（5）。三、垫层设计：垫层的设计要满足建筑物对地基变形及稳定性的要求，也符合经济合理的原则。设计的主要内容是合理确定垫层厚度和宽度。1、垫层厚度的确定：（黑板画图）垫层底面处，根据公式δch+δz≤fa，公式中hz为基底垫层厚度0.5-3m，压力扩散角θ按表9.3采用。2、垫层宽度的确定：垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，一般按公式（10-1）计算，B=b+2hztanθ。垫层顶面每边宜超出基础底边0.3m，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡。3、垫层承载力的确定：宜通过现场试验确定，对一般工程当无试验资料时，可按p27表4.5.4选用，并应验算下卧层的承载力。4、沉降计算：对于重要建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算，建筑物基础沉降等于下卧层的变形量与垫层的变形量之和S=Ss+Scu。p28垫层的变形量Scu=Pmhz/Ecu，其中Pm垫层内的平均压力，hz垫层厚度，Ecu垫层厚度压缩模量，如无实测资料，可采用12-24MPa。四、垫层施工1、垫层材料的选择不同垫层材料有不同的要求。砂垫层材料应选用级配良好的中粗砂；素土垫层材料，有机质含量不得超过5%，不得有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦等渗水材料；灰土垫层材料宜采用石灰：黏土2：8或3：7（体积比）；矿渣垫层材料应质地坚硬性能稳定和无侵蚀性。2、垫层压实方法的确定：根据不同垫层材料选择相应的机械压实方法。3、分层铺填并压实：分层铺填厚度20-30厘米，一般情况下虚铺30厘米，压实后20厘米。4、含水量控制：采用垫层材料的最优含水量作为施工控制含水量。5、铺筑前应先行验槽：坑底浮土应清除干净，边坡稳定，经检验合格方可铺填垫层。6、避免软弱土层结构扰动：软弱土层因有一定的结构强度，一旦被扰动则强度大大降低，影响建筑的安全。通常做法：开挖基坑时预留厚约30厘米的保护层，待做好铺填垫层的准备后，对保护层挖一段随即用换填材料铺填一段，直到完成全部垫层。7、垫层底面要求：5（5）。书上还有5（1、4、6、10）。五、质量检验：包括分层施工质量检验（跟踪检测）和工程质量验收。垫层的质量控制标准，通常采用干密度和压实系数。1、干密度。读书6-1）环刀法。2）灌水法。2、压实系数。压实系数按10-2计算，一般要求0.93-0.97。§10-3挤密压实法挤密法是以冲击、振动或采用沉管等方法成孔，然后向孔中填入砂、碎石、土、石灰等材料，分层捣实成桩，同时挤密桩间土