地基基础教案全

教案

2008-2009学年第一学期

课程名称:地基与基础

课程编号:

系别、专业、年级:建工0701-06

任课教师:张营

教师所在单位:建筑工程系-结构教研室

济南工程职业技术学院

课程及教材简介

教研室负责人签字

年月日

教学大纲

授课时间9月15日第1次课

任课教师

授课章节绪论张营（助教）

及职称

方法：讲授法、谈话法、讨论法、案例教学法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生了解地基基础这门课主要讲授的内容和所要掌握的理论知识及实践技能

2、使学生了解地基与基础在工程中的应用及重要性

3、通过讲解一些基础工程的例子，让学生对这门课产生浓厚的兴趣，提高学生主动学习的积极性

4、掌握土力学及地基基础一些基本概念

5、了解一些典型的基础工程实例

教学重点、难点：

1、理解掌握土力学与地基基础的关系

2、重点理解土力学及地基基础的基本概念

3、掌握本门课所要学习的重点及知识点

课时分配计划

1、对课程描述，课程的学习目标介绍（15分钟）

2、列举基础工程实例（20分钟）

3、讲授本节主要内容（40分钟）

4、列举课本工程实例（10分钟）

5、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

1、地基的概念

2、基础的概念及分类

下次课预习要点：

1、土的成因与结构

2、士的组成

实施情况及课后教学效果分析

通过列举基础工程实例，学生对本门课产生了浓厚的兴趣，并且对一些简单的基础工程施工有所了

解，能使学生在今后的学习中有的放矢，提高了学生自主学习的积极性。教学效果较好。

教学内容与过程：

英文名称：SoilMechanicsandFoundationEngineering

千里之行始于足下，万丈高楼平地起。

一、课程描述

1、本课程是工民建、公路与桥梁类专业的一门实践性较强的技术基础课。

2、本课程主要内容是讲授土质、土力学及基础工程中的基本理论知识，以土力学地基基础为重点。

从土的成因出发，分析土的本质特征，强度，变形机理，对其工程性质作出定性评价；在此基础上研究

各种常见的分散体由荷载作用引起的力学方向的变化规律，包括土中应力，强度稳定性，应力应变关系。

并运用于地基处理、天然地基上浅基础的设计和计算，桩基础的计算原理及桩基础承载能力的计算中，

介绍浅基础，桩基础、沉井基础的施工方法。本课程的任务是使学生具有地基土的基本物理性质及土力

学的基本知识；了解地基处理各种方法；能进行桥梁浅基础设计；学会基本土工试验的操作技能。

3、根据本课程所需力学知识，并以岩土知识为依托，应安排在学完《工程力学》、《工程地质学》

课程后进行。

二、课程目标

学习本课程后，学生能够达到下列课程目标：

1、知识目标：认识土的三相组成及工程性质，了解土的工程分类和各基础的初步设计，以及地基

基础的处理方法；掌握土力学的基本理论，基础施工的工序步骤。

2,技能目标：进行“天然地基浅基础”或“桩基础”课程设计，并做相应的土质土力学实验。

具备操作土工试验的技能与能力。

实训：

土的密度和土样含水量的测定

粘性土的液塑限测定

击实实验

固结实验

直接剪切实验

天然地基上浅基础设计

桩基础设计

本学科发展概况

*《士力学》学科发展概况

•18世纪土力学理论的产生和发展

•1773年法国的库仑(Coulomb)-砂土抗剪强度理论

与土压力理论

•1857年英国朗肯一朗肯士压力理论

•1885年法国布新奈斯克(Boussinesq)一弹性半空间解

•1925年美国太沙基一《土力学》专著与有效应力原理

本学科研究领域

20世纪60年代〜70年代

区域性土分布和特性

地基处理技术水利、铁道和矿井等工程建设

70年代〜80年代

基础工程、围护体系的稳定和变形

复合地基新技术的开发和应用建筑工程、市政工程和交通工程建设

地基基础施工质量检测及岩土工程测试技术

90年代后

岩土工程计算机分析

岩土工程可靠度分析城市地铁、越江越海地下隧道、超高层建筑超深基础及特大桥超深

基坑工程建设等

环境岩土工程

特殊岩土工程问题

近年来

随着工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺、新测试技术等研

究和应用进展以及有关基础工程各种设计与施工、质量检测的规范规程日臻完善，为我国基础工程设计

与施工做到技术先进、经济合理、确保质量提供了理论与实践依据。

与本课程有关的工程问题

1、士三个方面的应用

建筑物地基

土作为构筑物的环境

土工建筑材料

2、与土有关的工程

绪论

1、土的物理性质及工程分类

2、土中应力计算

3、土的压缩性和地基沉降计算土力学部分

4、土的抗剪强度和地基承载力

5、土压力和土坡稳定

6、建筑场地的工程地质期察

7、天然地基上浅基础设计

8、桩基础设计基础工程部分

9、地基处理

10、区域性地基

一、土力学、地基及基础概念

土----

是地壳岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是各种矿物颗粒组成的松散集合体，是由固体颗

粒水和空气组成的三相体系。

无粘性土：颗粒间互不连接、完全松散

粘性土：颗粒间虽有连接，但连接远小于颗粒本身强度

土的主要特点：松散性和三相组成，这是它在强度和变形等力学性质上与其他连续固体介质根本不同的

内在原因。

土力学----

是运用力学基本原理和土工测试技术，研究士的生成、组成、密度或软硬状态等物理性质以及土的应力、

变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科。（简单说：就是用力学的观点研究土各种性能

一门科学。）

土与其他连续固体介质不同，仅靠具备系统理论和严密的公式的力学知识，尚不能描述土体在受力后所

表现的性状及由此引起的工程问题。必须借助经验、现场实验、室内试验辅助理论计算，因此土力学是一门

依赖实践的科学。

地基

土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层。承受建筑荷载并受其影响的该部分地层。

地基分类

天然地基：未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基。

人工地基：经过人工加工处理才能作为地基的。

基础一

把埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构。

基础作用

1、承受上部结构荷载

2、向地基传递压力起承上传下作用

3、调整地基变形

基础分类

浅基础

——用普通（常规）方法施工的基础。一般基础埋深J<5mo

深基础

——需要一定的机械设备建造的基础。如桩基、墩基、和地下连续墙等。埋深J>5mo

基础埋深：从设计地面（一般从室外地面）到基础底面的垂直距离叫〜。

持力层：直接与基础地面接触的土层。（基础直接坐落的土层）

下卧层：地基内持力层下面的土层叫〜。

软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层叫〜。

地基与基础设计的基本条件

强度条件：作用在基础底面的压力必须小于等于地基承载力特征值。

变形条件：基础沉降不得超过地基变形容许值。也就是说将地基变形值必须限制在建筑所允许的范围内。

二、地基基础在建筑工程中的重要性

地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危！

实践证明，建筑物的事故很多是与地基基础有关的。

基础工程失败的例子…1

加拿大Transcona谷仓，南北长59.44m,东西宽23.47m,高31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚2m,

埋深3.66m。谷仓1911年动工，1913年秋完成。谷仓自重20000t,相当于装满谷物后总重的42.5%。1913年

9月装谷物，发现谷仓1小时内竖向沉降达30.5cm,并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷7.32m,东侧抬

高1.52m,倾斜27°。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，

但位置较原先下降4mo

事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，不了解埋藏有厚达16m的软粘土层，而采用

了邻近建筑地基352kPa的承载力，建成后初次储藏谷物吗，使基底平均压力达到了320kPa。事后1952年的

勘察试验与计算表明，该地基的实际承载力为193.8〜276.6kPa,远小于谷仓地基破坏时329.4kPa的地基压

力，地基因超载而发生强度破坏。

基础工程失败的例子…2

意大利比萨（Pisa）斜塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度29m时，因塔明显倾

斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高48m,再次停工中断82年。1360年再次复工

1370年竣工，前后历经近200年。

该塔共8层，高55m,全塔总荷重145MN,相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面

为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m,塔顶离中心线已达5.27m,

倾斜5.5°,成为危险建筑。

比萨斜塔能闻名于世，至少有以下原因：一、倾斜超极限却巍然屹立；二、它是意大利伟大科学家伽利略自由落体运动的

实脸室；三、意大利政府投巨资拯救斜塔而产生的新闻效应。比萨斜塔1174年开始兴建，由意大利著名建筑师那诺•皮萨诺主

持，从动工到建成用了将近200年时间。建筑用材料全是意大利上等大理石，塔身墙壁底厚4米，顶部厚1米多，总重量为14553

吨。这座8层圆柱形建筑高约60米（原设计高100米），整座塔身洁白如玉，高耸入云，建成后倾斜5.8度，而建筑学教科书上

的倾斜极限是5.7度。塔身虽然倾斜，但它历经风雨侵蚀几百年，依然挺拔屹立而不倒，故曰建筑"奇迹"。不过，人们不要以

为这是建筑师们精心设计的，甚至有人开玩笑说：这是800多年前“豆腐渣工程”。当时，建主教堂、洗礼堂施工都很顺利，唯

独钟楼一开工就遇到了难题-----费了蛮大的劲挖不到硬地基，工程师们又缺乏对地基土质层的勘查钻探，致使塔体奠基没有

完全到位。动工建筑到第三层钟楼开始倾斜，加上用的是大理石，其不断增加的重量导致偏差越来越大，找遍了专家，想尽了

办法，得不到解决，不得已停止施工。这一停就是近百年！重新开工后，工程师们想尽办法扭转倾斜的塔身，比如，增加倾斜

相反方向的重量试图“扶正重心"，但终因“先天不足"落下“终身残疾，不过说来也奇，建到顶层时居然不斜了！

为了确保游客安全，为了保护这座世界知名斜塔，避免其过度倾斜而坍塌，意大利当局决定于1990年1月关闭斜塔，着手加固

纠偏工作，并邀请国内外专家对该塔进行拯救性“纠偏扶正”。1998年7月底，我国著名纠偏专家曹教授，应意中友好协会主席

奥纳多・兰西奥的邀请，飞往意大利为比萨斜塔纠偏当参谋、出主意。经科学家们反复论证、实验、比对，采取有效措施，硬

是把斜塔成功“扶正”了近50厘米，塔顶偏离中心的距离，由5米缩小到4.5米，其稳定性已经达标。意大利专家称，这座斜

塔至少还可以矗立300年。

基础工程失败的例子…3

苏州虎丘塔，建于五代周显德六年至北宋建隆二年（公元959〜961）,7级八角形砖塔，塔底直径13.66m,高47.5m,重

63000kN„其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均及

砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。1956〜1957年间对上部结构进行修缮，但使塔重增加了2000kN,加速了塔

体的不均匀沉,降。1957年，塔顶位移为1.7m,到1978年发展到2.3m,重心偏离基础轴线0.924m,砌体多处出现纵向裂缝，部

分砖墩应力已接近极限状态。

后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。

基础工程失败的例子…4

这两个筒仓是农场用来储存饲料的，建于加拿大红河谷的Lake

Agassiz粘土层上，由于两筒之间的距离过近，在地基中产生的应力发生叠加，使得两筒之间地基土层的应力水平较高，从而

导致内侧沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。

基础工程失败的例子…5

除满足承载力的要求外，还要求地基不能发生过大的变形。图示为墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均

匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650%,液限500%,塑性

指数350,孔隙比为15,具有极高的压缩性。

基础工程失败的例子…6

南京地铁火车站基坑施工现场

07年5月28日滑坡事故，两人死亡。

发生土方坍塌的工作面位于基坑的东端，坍塌的土质大多为淤泥质土和杂填土。

据专家介绍，茶亭站所在的南京城西属于滨江带，地质条件为河漫滩地质，土壤的含水量超过60%。仅仅集庆门大街站、

所街站、元通站这三站，每天抽水量就高达80000立方米，工程期间抽取的地下水足可以形成一个小湖泊。记者在河西这几个

站的开挖现场看到，挖下去四五层楼那么深，地下仍然是黑乎乎的淤泥。

基础工程成功的例子

赵州桥位于河北赵州，隋代公元595〜605年修建，净跨37.02m«基础建于粘性土地基，基底压力500〜600kpa,但地基并

未产生过大变形，按照现在的规范检算，地基承载力和基础后侧被动土压力均正好满足要求，且经无数次洪水和地震的考验而

无恙。

台北101目前为世界上最高建筑，高508m,共101层，位于台北信义区。

阿联酋迪拜正兴建一幢全球最高的“迪拜大厦”，楼高至少690米，预计于2008年完工。迪拜大厦不仅是全球最高建筑物，

也将是最高的人工塔。

润阳江阴大桥润扬大桥，一座新桥，一座新的长江大桥，如同蛟龙，横跨长江南北，连接镇江扬州两地。润扬大桥由悬索桥

和斜拉桥结合而成，跨江长度7.3公里，总长35.66公里。长桥卧波，刚柔相济。

润扬长江公路大桥为目前我国第一大跨径的组合型桥梁，其建设过程中攻克多项世界性技术难题，创造出8项全国第一。

第一大跨径：大桥南汉主桥为主跨径长1490米的单孔双较钢梁悬索桥，是目前中国第一、世界第三的特大跨径悬索桥。

第一大锚碇：大桥北锚碇要承受6.8万吨的主缆拉力，锚体由近6万立方米混凝土浇筑而成，国内第一、世界罕见。

第一特大深基坑：为了给巨大的锚体安个“家”，开挖了世界罕见的特大深基坑，开挖土方近17万立方米，是我国第一特大深

基坑。

第一高塔：大桥南汉悬索桥索塔高达215.58米，相当于73层楼的高度，是目前国内桥梁中最高的索塔。

第一长缆：悬索桥主缆缠丝采用的是国内首次使用的“S”型钢丝，两根主缆每根长2600米，为国内第一长缆。

第一重钢箱梁：大桥悬索桥桥面钢箱梁宽38.7米，高3米，钢箱梁共有93节，总重量为21000余吨，最大一节钢箱梁重达506

吨，是目前国内最重的。

第一大面积钢桥面铺装：在全国首次全部采用环氧沥青铺装，铺装总长度2248米，铺装总面积达70800平方米。

第一座刚柔相济的组合型桥梁：润扬长江公路大桥由北接线、北汉斜拉桥、世业洲互通、南汉悬索桥、南接线、南接线延伸段

6个部分组成，其中南汉主桥是柔性悬索桥，北汉主桥是刚性斜拉桥，是我国第一座刚柔相济的组合型桥梁。

国际桥梁协会主席伊藤学赞叹不已：“这是我见到的最漂亮的混凝土”。

参与建设的同济大学土木学院徐伟教授说：“这个桥能够这么快，这么高质量的造好，我们可以扬眉吐气的说，中国桥梁的建设

水平位居世界前列。”

润扬大桥作为长江干流上的第36座大桥，刷新了中国桥梁史上八项记录，其中悬索桥主跨达到1490米，位居中国第一，世界

第三。交通部总工程师凤懋润说：它是中国桥梁工程的品牌。他说：“这座大桥是我们中国应用自己的技术、自己的材料、自己

的专家建成的零缺陷、零事故死亡率、无缝隙的管理，这样一座世界级的桥梁。”

三、课程的基本内容与特点

本课程是土木工程专业的一门主干专业课程，其任务是保证各类建筑物安全可靠，使用正常，不发生各种

地基基础工程质量事故。

1、基本内容：工程地质、土力学、建筑力学、建筑结构、建筑材料、施工技术等

2、本课程特点：

土力学部分：主要是土的物理性质、力学性质（土的压缩性、土中应力、变形、土压力、挡土结构及边坡

稳定性验算等）。

基础工程部分：天然地基浅基础、桩基础设计及软土地基处理。

3、相关知识：

地基与基础是属于隐蔽工程（即看不见的结构）因此在学习过程中必须灵活运用相关知识因地制宜进行地

基基础设计。

授课时间9月18日第2次课

L1士的成因任课教师

授课章节张营（助教）

1-2土的组成与结构及职称

方法：讲授法、讨论法、练习法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生了解土的成因

2、使学生了解掌握土的三种结构及其特点与区别

3、重点掌握土的三相组成，理解颗粒级配

4、掌握判断土的级配情况

教学重点、难点：

1、理解掌握土的结构与构造

2、重点理解土的三相组成，土的颗粒级配

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（70分钟）

3、练习题（10分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后复习思考题6

下次课预习要点：

1、土的物理性指标定义

2、相关例题

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

第一章土的物理性质及工程分类

主要内容：

介绍土的形成及物质组成，从定性和定量两个方面描述土体的物质组成'密实程度及工程应用

知识要点：

1、掌握土体的三相组成、三相比例指标之间的换算及土的基本指标测试方法。

2、了解无粘性土的密实度概念及判别方法。

3、掌握粘性土的塑性指数和液性指数的作用和用途，以及粘性土的物理状态评价。

4、掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法。

第一节土的成因

一、土体的生成

土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物，是由固体

颗粒水和空气组成的三相体系。

风化作用分类

物理风化一岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂健，或在运动过程中因碰撞和摩擦

而破碎-原生矿物一无粘性土（矿物成分未变）

化学风化一母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物一次生矿

物一粘性土（矿物成分改变）

生物风化一动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化一有机质

二、土的结构和构造

1、定义：土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排列及其形式。

2、单粒结构一粗粒土的结构

指粗砂粒或更粗大的颗粒在水或空气中沉积形成。

（颗粒的自重大于颗粒之间的引力，每个颗粒在自

重作用下单独下沉到达稳定状态。

粒间作用力一重力、毛细力

可否作天然地基-密实的单粒结构是良好的天然地基

矿物成分-原生矿物

3、细粒土的结构

形成环境淡水中沉积海水中沉积

粒间作用力

可否作为天然地基不可不可

矿物成分次生矿物次生矿物

后两种结构土，在干扰破坏天然结构后，强度很低、压缩性大。不可作为天然地基。

注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。

颗粒形状

原生矿物圆状、浑圆状、棱角状

次生矿物针状、片状、扁平状

土的构造：是指土体中各结构单元之间的关系，是从宏观角度研究士的组成，其主要特点是土的成层性和裂

缝性。

通常分散构造土的工程性质最好是理性地基，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙构造不

连续的裂缝破坏土的整体性故土的工程性质最差。

三、土的工程特性

土与其他具有连接固体介质的建筑材料相比，具有压缩性高、强度低、透水性打大三个显著的工程特点。

1、土的压缩性，主要是在压力作用下，土颗粒位置发生重新排列，导致土孔隙体积减小和孔隙中水和空气排

出的结果。

2、土的强度，是指士的抗剪强度。

无粘性土的强度来源于土表面粗糙不平产生的摩擦力。黏性土的强度除摩擦力以为还有黏聚力。无论是摩擦

力还是黏聚力，其强度都小于建筑材料本身强度，因此土的强度比其他建筑材料都低很多。

3、材料的透水性，土的透水性大，尤其是粗颗粒的卵石或粗砂，其透水性更大。

4、还有土的沉积年代越长，则土的工程性质越好。

一、土中的固体颗粒（固相）

1.粒组的划分

2、土颗粒的配级

—通常将各粒组的相对含量，用质量百分数来表示

确定方法筛分法：适用于粒径在0.074〜60mm的±

密度计法：适用于粒径小于0.074mm的土

表述方法粒径级配累积曲线

粒径(mm)0.050.010.005

百分数P(%)2613.510

d60diOd30CuCc

特征粒径：

力一控制粒径0.330.0050.063662.41

dio—有效粒径

%—中值粒径

粗细程度：用平均粒径心表示

不均匀程度：一不均匀系数

C=G/dio

cu>5级配不均匀

连续程度：一曲率系数

G=d30/(%X40)

粒径级配累积曲线及指标的用途：

1）、粒组含量用于土的分类定名；

2）、工程中用不均匀系数口评价土的不均匀程度：

Cu>5,不均匀土；Cu<5,均匀土

3）、曲率系数Cc用于判定土的连续程度：

Cc=1~3,级配连续土；Cc>3或Ccvl,级配不连续土

4）、不均匀系数。和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

当Cu》5且Cc=1~3时，为级配良好的土；

当。<5或Cc>3或Cbvl时，为级配不良的土

3、土粒的矿物成分——决定于母岩的矿物成分及风化作用

粗粒土主要是原生矿物（石英、长石、云母等）的产物，一般碎石、砂都属于此类。

细粒土主要是次生矿物的产物，主要是粘土矿物，包括三种类型高岭石、伊利石、蒙脱石。三种粘土

矿物的亲水性依次减弱。

粘土矿物:由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成

二、土中水（液相）----其含量及性质影响土的性质

1、土中水分类

液态水、固态水、气态水

根据土体中水分子受到电场力的作用大小，土体中的液态水主要可以分为：

结合水借助于电分子引力牢固一强结合水

吸附在土颗粒表面的水一弱结合水

自由水电场引力作用范围之外的水一重力水和毛细水

2、水的性质

强结合水

>排列致密、定向性强

》密度>lg/cm3

>冰点处于零下几十度

>具有固体的的特性

>温度高于100°C时可蒸发

>强结合水性质稳定

弱结合水

>位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒

>外力作用下可以移动

>对黏性土的物理力学性质影响较大

>不因重力而移动，有粘滞性

重力水——是位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或压力作用下流动。其性质能传递静水压力并产生浮

力。

毛细水——分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。

三、土中气体（气相）

土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分，

存在形式有两种：

土体中气体

自由气体:与大气相通，对土的性质影响不大

封闭气体:与大气隔绝，增大土体的弹性和压缩性

授课时间9月220第3次课

任课教师

授课章节1-3土的物理性质指标张营（助教）

及职称

方法：讲授法、讨论法、练习法

教学方法

手段：常规

与手段

教学目的与要求：

1、使学生重点理解土的六组物理指标的意义

2、使学生能理解性掌握各种指标的定义及其应用

3、使学生了解各种指标的工程含义，及在工程中的应用

4、通过讲解直接指标的试验方法，使学生了解获取各种直接指标的方法

教学重点、难点：

1、使学生重点理解土的六组物理指标的意义

2、使学生能理解性掌握各种指标的定义及其应用

3、熟练掌握相关例题的做法

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（60分钟）

3、练习题（20分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后习题1-1,1-2

下次课预习要点：

1、砂土的密实度

2、黏性土的塑、液性指标

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§1.3土物理性质指标

土的三相图

二.土的物理性质指标确定

土的物理性质指标共有9个：e、n^3、Sr^丫、ds、yd、ysat、y/

1、土的重度

有时也称土的天然密度

定义：土单位体积的质量

表达式：

单位：kN/m3或g/cm3

一般范围：16—22kN/m3

相关指标：

土的密度

Y=Qg

单位：kN/m3

工程上更常用于计算土的自重应力三相草图有助于直观理解物性指标的概念

各种密度容重之间的大小关系：

土的重度

干重度

饱和重度

浮容重

天然容重

干容重

饱和容重

2、土粒相对密度

定义：土粒的密度与4℃时纯蒸偏水的密度的比值

表达式：单位：无量纲

：4℃时纯蒸偏水的密度

ys:土粒的密度，单位体积土粒的质量

土粒比重一般范围：

粘性土2.70—2.75

砂土2.65—2.95

3、饱和度

定义：土中水的体积与孔隙体积的比值，用百分数表示。

表达式：

饱和度表示孔隙中充满水的程度

Sr=0:干土

Sr=l(X)%:饱和土

4、土的含水量

定义：土中水的质量与土粒重量之比，用百分数表示

表达式：

注意：一般用含水量衡量黏性土潮湿程度。

5、孔隙比、孔隙率(孔隙度)常用来反映土的密实程度

孔隙比定义：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比，无量纲

表达式：

孔隙率定义：土中孔隙体积与土的总体积之比，用百分数表示

表达式:

关系：

注：以上9项物理性质指标，其中

反映土的密度指标有五个：Yydysaty'ds

反映土的湿度指标有两个：3sr

反映土的土的孔隙特征有两个：en

常用的物理性质指标间的换算关系

换算步骤：

①嘏设Vs=l（V=l或ms=l）,并画出三相草图；

②:解出各相物质的质量和体积的换算指标；

③:利用换算指标按基本定义列出所求的物理指标换算公式

共有九个参数：

VVvVsVaVto/WsWwWaW

已知关系五个：

物性指标是比例关系:可假设任一参数为1

对于饱和土，Va=O剩下两个独立变量

例题分析

【例1-U某土样，重量为1.87N,体积为100cm3,烘干后，烘干土质量为1.67N。已知土粒的相对密度点为

2.66,试求：g、3、e、sr、gd、gsat和组

【解】

授课时间9月25日第4次课

1-4无粘性土的特征任课教师叱田/训妙、

授课章节L5粘性土的特征及职称张营（助教）

方法：讲授法、讨论法、练习法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生掌握砂土的密实度底含义及工程意义

2、使学生黏性土的塑性、液性指数含义及工程意义

3、使学生了解黏性土灵敏度及触变性在工程中的意义

4、使学生了解性的掌握土的压实性在工程中的意义

教学重点、难点：

1、使学生掌握砂土的密实度底含义及工程意义

2、使学生黏性土的塑性、液性指数含义及工程意义

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（60分钟）

3、练习题（20分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后习题1-3

下次课预习要点：

地基岩土的工程分类标准

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§1.4土的物理状态指标

一、无黏性土的密实度

定义：指具有单粒结构的碎石土与砂土，土粒之间无粘结力，呈松散状态

无粘性土的密实程度工程性质

土密实：结构稳定、强度高、压缩性低变形小

土松散：结构不稳定、强度低、压缩性高变形大

如何评定无粘性土密实度？

碎石土用触探锤击数N63.5

砂土用相对密度Dr

现场标准贯入试验锤击数N

①孔隙比e或孔隙率n

优点：简单方便

缺点：不能反映级配的影响且只能用于同一种土

度

土的文海、密实中密稍密松散

砾砂、粗砂、

e<0.600.60WeW0.750.75<e^0.85

中砂e>0.85

细砂、粉砂e<0.700.70<eW0.850.85Ve<0.95e>0.95

②相对密度

emax与em山：最大与最小孔隙比

优点：把土的级配因素考虑在内，

理论上较为完善

缺点：e、emin、eman难以准确测定

③根据现场标准贯入试验锤击数N判定

标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为63.5kg的锤头，提升到76cm的高度，让锤自由

下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数，记为N63.5,这是一种简便的测试方法。N

的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国《岩土工程勘查规范》(GB50021—94)

规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数进行划分。

标准贯入试验N63.5W55VN63.541010<N63.5<20N63.5>20

垂击数N63.5

密实度松散稍密中密密实

二、粘性土的物理特性

＞粘性土的物理状态可以用稠度表示。

＞稠度是反映粘性土处于不同含水量时的软硬程度或滞稠程度。

＞粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。

粘性土随含水量变化可改变土的物理形态

一、界限含水量的测定方法

1、液限3L

a、锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应的含水量。

&碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm

所对应的含水量。

锥式液限仪碟式液限仪

2、塑限3P

a、滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水

量。

b、液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深

度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限。

二、塑性指数Ip和液性指数IL

塑性指数Ip

—塑性指数的数值大小可反映粘性土可塑范围的大小，塑性指数越大，表明粘性性土粘性和塑性越好（与

粘粒含量有关，粘粒含量越多，吸附水的能力越大）；

工程上常用塑性指数作为粘性土与粉土定名分类的依据

不同的粘土矿物吸服水的能力不同

缺点：

不能充分反映粘土颗粒含量

液性指数工

——反映粘性土天然状态的软硬程度

工程上作为确定粘性土承载力的重要指标

三、黏性土的灵敏度和触变性

1.粘性土的灵敏度一st

2.粘性土的触变性

>含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变

性。

>土的触变性是土的结构联结形态发生变化引起的，是土微观结构随时间变化的宏观表现。

授课时间9月29日第5次课

任课教师

授课章节1-6土的工程分类张营（助教）

及职称

方法：讲授法、讨论法、练习法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生了解性掌握土的工程分类

2、使学生重点掌握如何确定土的类别及土的物理状态

3、使学生能熟练处理本次课相关习题

4、对本章内容做一次小结，使学生能更好的掌握本章节的重点及难点

教学重点、难点：

使学生重点掌握如何确定土的类别及土的物理状态

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（55分钟）

3、练习题（25分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后习题1-3,1-4

下次课预习要点：

土的自重应力公式及计算方法

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§1.5地基岩土的工程分类

分类目的：评价岩土的工程性质以及为地基基础的设计与施工提供依据

分类依据：粘性土按塑性指数和沉积条件

无粘性土按粒径及相对含量

本节主要介绍建筑地基基础设计规范-GB5007-2002分类法

土：岩石分类见表1一8至表1一11

碎石土分类见表1-12

砂土分类见表1-13

粉土分类塑性指数410,粒径＞0.075颗粒含量不超过50%

粘性土分类塑性指数》10的士表1-14

人工填土分为杂填土，素填土，冲填土

1、岩石

按成因分类：岩浆岩、沉积岩、变质岩

按坚硬程度分类

坚硬程度类别坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩

饱和单轴抗压强度%>6060期水〉3030斗k>1515沌>53

标准值"(MPa)

按完整程度分类

完整程度等级完整较完整较破碎破碎极破碎

完整性指数>0.750.75-0.560.55-0.350.35-0.15<0.15

2,碎石土

土的名称颗粒形状粒组含量

3、砂土

土的名称粒组含量

4、粉土

粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip<10的土

5、粘性土

塑性指数Ip>10的土

10<Ip<17的土粉质粘土

Ip>17的土粘土

6、人工填土

由于人类活动而推填土。其物质成分杂乱，均匀性差

细粒土按塑性图分类

>细粒土是指粒组小于0.075mm者超过50%时的土。

>在塑性图中，以塑性指数IP为纵轴、液限wL横轴。

根据细粒土在坐标图上的位置，就可方便地进行细粒土地分类

三、例题分析

■【例】A、B两种土样，试验结果见表，试确定该士的名称及软硬状杰。

【解答】

A土

因IP>17,0.25<IL<0.75,所以该土为黏土，可塑状态:

B土

因10<IP<17,0<IL<0.25,所以该土为粉质黏土，硬塑状态。

授课时间10月60第6次课

2-1土中自重应力鬻干张营（助教）

授课章节

及职称

方法：讲授法、讨论法、案例教学法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生了解土的自重应力确定方法

2、使学生了解地下水位变化对自重应力的影响

3、使学生熟练掌握土的自重应力计算方法

教学重点、难点：

熟练掌握土的自重应力计算方法

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（60分钟）

3、练习题（20分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后习题2-1,2-2

下次课预习要点：

1、理解基底压力的计算公式

2、理解地基附加压力

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

第二章地基中应力计算

基本内容：

掌握土中两种应力（自重应力以及各种荷载条件下的土中附加应力）计算方法。

学习基本要求

♦掌握土中自重应力计算；

♦掌握基底压力和基底附加压力分布与计算；

◊掌握矩形面积均布荷载、矩形面积三角形分布荷载以及条形荷载等条件下的土中竖向附加应力计算方

法；

•2.1士自重应力的计算

•2.2基底压力的计算

•2.3荷载作用下地基附加应力计算

§2.1士自重应力的计算

一、竖向自重应力

假设地表面是无限延伸的水平面，在深度z水平面上各点的自重应力相等且均匀地无限分布，任何竖直

面和水平面上均无剪力存在，故地基中任意深度z处的竖向自重应力就等于单位面积上的土柱重量。

竖向自重应力:

自重应力数值大小与土层厚度成正比

当地基有多个不同重度的土层组成时，则任意深度处的竖向自重应力可按应力叠加的方法求得:

士体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量

天然地面

土当地基由多个不同重度的土层（成层土）时:

说明：

1.地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层考虑浮力作用采用浮重度

2.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布

二、水平向自重应力

静止侧压力系数是小于1的系数，一般在0.5左右

bcz=yzby=bc），=K0。cz

三、地下水位变化对自重应力的影响

自然界中的天然土层，一般形成至今已有很长的地质年代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期

沉积或堆积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。地下水位下降浮力消失自重应力增加该自重应力相当

于大面积附加均布荷载能引起下部土体产生新的变形，属于附加应力。

（a）地下水位下降；（b）地下水位上升

例2-1:某地基土层剖面如图所示，试计算各土层自重应力分布图。

淤泥层底

授课时间10月9日第7次课

任课教师

授课章节2-2基底压力张营（助教）

及职称

方法：讲授法、讨论法、练习法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生了解基底压力的分布规律

2、使学生重点理解性掌握基底压力的简化计算公式

3、使学生掌握轴心荷载及偏心荷载作用下基底压力的计算

4、使学生理解性掌握基底附加压力的计算

教学重点、难点：

掌握轴心荷载及偏心荷载作用下基底压力的计算

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（55分钟）

3、练习题（25分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后习题2-3

下次课预习要点：

角点法应用方法及计算方法

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§2.2基础底面压力

一、基底压力的分布规律

1、(1)基底接触压力的产生

建筑物荷重D基础D地基D在地基与基础的接触面上产生的压力(她基作用于基础底面的反力)

2、基底压力分布形式

(1)柔性基础，基础刚度较小，对地基变形没有抵抗能力。地基与基础二者变形协调一致，因此基底压力分

布均匀，按平均压力考虑。

(柔性基础基底压力分布)例如：油罐土坝

(2)刚性基础刚度较大，具有抵抗变形的能力，所以变形不均匀，出现马鞍形、抛物线形、钟形等。

(刚性基础基底压力分布)例如：箱形基础混凝土坝

二基底压力的简化计算

1.轴心荷载下的基底压力

式中Fk一作用任基础上的竖向力设计值(kN);

Gk—基础自重设计值及其上回填土重标准值的总重(kN)；

Gk=gGAd,gG其中为基础及回填土之平均重度，一般取20kN/m3,但在地下水位以下部分应扣去浮

力，即取10kN/m3；

d一基础埋深，必须从设计地面或室内外平均设计地面算起(m);

A—基底面积(m2),对矩形基础A=lb,1和b分别为其的长和宽。对于荷载沿长度方向均匀分布

的条形基础，取单位长度进行基底平均压力设计值p(kPa)计算，A改为b(m),而F及G则为基础截面内的相

应值(kN/m)。

2.偏心荷载下的基底压力

e=L/6,应力重新分布：基底压力三角形分布

e<L/6,应力重新分布:基底压力呈梯形分布

e>L/6,应力重新分布

三基底附加压力

※基底附加压力是考虑基础有一定埋置深度，对天然地基而言开挖基槽相当于卸去一部分自重应力，即：

acz=yXd

※一般情况下，建筑物建造前天然土层在自重作用下的变形早已结束。因此，只有基底附加压力才能引起地

基的附加应力和变形。

轴心荷载时：

偏心荷载时：

例2-3：某轴心受压基础底面尺寸l=b=2m,基础顶面作用Fk=450kN,基础埋深d=1.5m,已知地质剖面

第一层为杂填土，厚0.5m,yl=16.8kN/m3;以下为黏土，y2=18.5kN/m3,试计算基底压力和基底附加应力。

基础自重及基础上回填土重

授课时间1。月13日第8次课

任课教师

授课章节2-3土中附加应力张营（助教）

及职称

方法：讲授法、讨论法、练习法

教学方法

与手段手段：常规

教学目的与要求：

1、使学生了解集中荷载产生的竖向附加应力在地基中的分布规律

2、使学生重点掌握竖向均布荷载作用下附加应力的计算

3、使学生熟练掌握角点法的运用及计算方法

教学重点、难点：

使学生重点掌握竖向均布荷载作用下附加应力的计算

使学生熟练掌握角点法的运用及计算方法

课时分配计划

1、回顾复习，引导新课（5分钟）

2、讲授本节主要内容（55分钟）

3、练习题（25分钟）

4、总结布置作业（5分钟）

布置作业：

课后习题2・2,2-4

下次课预习要点：

土的压缩性概念及土压缩性相关指标

实施情况及课后教学效果分析

本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并

能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。

§2.3土中附加应力

基本概念

1、定义

地基附加应力是由新增加建筑物荷载在地基中产生的应力。是引起地基变形和破坏的主要原因。

2、基本假定

地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的。采用的计算方法是

根据弹性理论推导的。

附加应力分布情况

附加应力分布特点：

1、在任意深度同一水平面上附加应力不等，中心线上附加

应力最大，向两侧逐渐减小，但扩散的范围越来越广。

2、附加应力随地基土深度增加其数值逐渐减小。

一、竖向集中力作用下地基附加应力计算布辛奈斯克用弹性理论解答

建筑荷载主要以竖向荷载为主，故只考虑竖向应力。

k-集中力作用下的竖向附加应力系数查表2-1。

集中荷载产生的竖向附加应力存在着如下规律：

1.在集中力P的作用线上，沿P作用线上的分布随深度增加而递减。

2.在r>0的竖直线上，从零逐渐增大，至一定深度后又随着z