土力學(xué)及地基基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)

1、第一章 緒論1、土力學(xué)：利用力學(xué)知識和土工實驗技術(shù)來研究土的特性及其受力后強度和體積變化規(guī)律的一門學(xué)科。換句話講，它是以力學(xué)為基礎(chǔ)，研究土的滲流、變形和強度特性，并據(jù)此進行土體的變形和穩(wěn)定性計算的學(xué)科。2、地基：支承基礎(chǔ)的土(巖)體。受到上部荷載的影響會產(chǎn)生壓縮變形。（天然地基人工地基）3、基礎(chǔ)：埋入土層一定深度的建筑物最下部結(jié)構(gòu)。 淺基礎(chǔ)：擴大基礎(chǔ) 深基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)4、持力層：位于基底下的第一層土。5、下臥層：在地基范圍內(nèi)持力層以下的土層。6、軟弱下臥層：強度低于持力層的下臥層。 7、基礎(chǔ)工程：地基與基礎(chǔ)是建筑物的根本，其設(shè)計計算和施工統(tǒng)稱為基礎(chǔ)工程。8、基礎(chǔ)工程在土木工程中的重要作用：1）使

2、用上：屬地下隱蔽工程，一旦失事難以發(fā)現(xiàn)，補救困難，并會危及整個建筑物的安全使用，損失巨大。2）技術(shù)上：在地下或水下施工，難度大，其勘察、設(shè)計和施工質(zhì)量的好壞直接影響整個建筑物的安危、經(jīng)濟和正常使用。 3）經(jīng)濟上：所占比例很大，一般高層建筑中占總造價的25%，工期占總工期的25%30%。9、由于地基基礎(chǔ)方面的費用較大，對設(shè)計方案的安全性、可行性和經(jīng)濟性要全面考慮。10、地基與基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足的條件：（1）地基的強度條件：要求建筑物地基保持穩(wěn)定性，不發(fā)生滑動破壞，必須有一定的地基強度安全系數(shù)。（2）地基的變形條件：要求建筑物地基的變形不得超過地基變形允許值；第二章 土的物理性質(zhì)及工程分類第一節(jié) 土

3、的生成與特性1、土是地球表層巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積，形成的古亭礦物顆粒、水和氣體的集合體。1、 土的風(fēng)化作用：物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化（機械作用、化學(xué)作用）。2、 土的結(jié)構(gòu)：單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)。3、 土的構(gòu)造：層狀構(gòu)造、分散構(gòu)造、裂隙構(gòu)造。4、 土的特性（是指同一土層中成分和大小都相近的顆?；蝾w粒集合體的相互關(guān)系特征）：壓縮性大、強度低、透水性大。5、 土的工程性質(zhì)：是指土與水的相互作用表現(xiàn)出來的一些性質(zhì)（如塑性、脹縮性、崩解性等）、土的體積變化、土的強度、應(yīng)力應(yīng)變性能、土的滲透性。6、 土的工程性質(zhì)取決于成分因素和環(huán)境因素。7、 土的生成條件與特殊的關(guān)系：搬運沉積條件沉

4、積年代沉積的自然地理環(huán)境。第二節(jié) 土的三相組成1、 土(體) = 固相 + 液相 + 氣相2、 土的礦物成分：無機礦物（原生礦物、次生礦物），有機質(zhì)3、 固體顆粒粒組及其劃分。土粒的大小通常以其平均直徑d來表示，簡稱粒徑，單位mm。介于一定粒徑范圍的土粒，其大小相近，性質(zhì)相似，成為粒組。土中各粒組的相對百分含量，成為土的粒度成分。4、 粒度成分的分析方法：篩析法、靜水沉降法（細粒土d0.075mm）5、 粒度成分的表示方法：列表法、累計曲線法、三角坐標法6、 級配土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各粒組占土?？偭康陌俜謹?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配（或粒度成分）。不均勻系數(shù)C

5、u= 曲率系數(shù)Cc=當(dāng)u, c級配良好，為不均勻土，表明土中大小顆?；祀s，累計曲線顯得平緩；若不滿足則級配不良，為均勻土，表明土中某一個或幾個粒組含量較多，累計曲線中段顯得陡直。7、 土中的水：結(jié)合水（強結(jié)合水和弱結(jié)合水），非結(jié)合水（毛細水、重力水、水蒸氣、冰）8、 土中的氣體：游離氣體、封閉氣體 第三節(jié) 土的物理性質(zhì)指標1、 土的三相草圖2、 土的物理性指標第四節(jié) 土的物理狀態(tài)指標一、無黏性土的密實度砂土、碎石土統(tǒng)稱無黏性土，反映這類土工程性質(zhì)的主要指標是密實度。砂土的密實狀態(tài)可以分別用孔隙比e、相對密度Dr、和標準貫入錘擊數(shù)N進行評價。1.天然孔隙比e 采用天然孔隙比e 的大小來判別砂土的

6、密實度，是一種較簡單的方法。但不足之處是它不能反映砂土的級配和顆粒形狀的影響。2.用相對密實度Dr表示砂土的密實程度: 討論： eemax時, Dr0 ; eemin時, Dr1.03.標準貫入試驗錘擊數(shù)N二、黏性土的稠度 黏性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度。 稠度-是指黏性土在某一含水率下對外力引起的變形或破壞的抵抗能力。 黏性土在含水率發(fā)生變化時，它的稠度也隨之而變，含水率越大土越軟，通常用堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑等術(shù)語來描述。界限含水率土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)之間的分界含水率。液限L：液限儀測定 塑限p ：搓條法測定 縮限s三、黏性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)1、塑性指數(shù) ： Ip=

7、L-p （省去百分號） Ip表示土處于可塑狀態(tài)的含水率變化的范圍，是衡量土的可塑性大小的重要指標。土粒越細，Ip越大。2、液性指數(shù)（又稱稠度指標）： IL表征土的天然含水率與界限含水率之間的相對關(guān)系。第三章 土中水的滲透規(guī)律第一節(jié) 概述1.滲透：由于土體本身具有連續(xù)的孔隙，如果存在水位差的作用時，水就會透過土體孔隙而發(fā)生孔隙內(nèi)的流動。2.土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。3.土的滲透性問題，一方面是指由于水的滲透引起水頭損失或基坑積水，影響工程效益和進度；另一方面將引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基的穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的問題。第二節(jié) D

8、arcy定律一、滲流模型1.滲流的簡化不考慮路徑的迂回曲折，只是分析它的主要流向；不考慮土體中顆粒的影響，認為孔隙和土粒所占的空間之和均為滲流所充滿。作了這種簡化后的滲流其實只是一種假想的土體滲流，被稱為滲流模型。2.為了使?jié)B流模型在滲流特性上與真實的滲流相一致，它還應(yīng)該符合以下要求：在同一過水?dāng)嗝妫瑵B流模型的流量等于真實滲流的流量；在任一界面上，滲流模型的壓力與真實滲流的壓力相等；在相同體積內(nèi)，滲流模型所受到的阻力與真實滲流所受到的阻力相等。二、達西（Darcy）定律由于土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動狀態(tài)大多屬于層流著名的達西滲透定律： 滲透

9、速度：v=ki (m/s) 滲透流量：q=kiF (m3/s) K-滲透系數(shù)，m/s i-水頭梯度（或水力坡度、水力坡降），i=H/L適用條件：(1)只有當(dāng)滲流為層流的時候才能適用達西滲透定律,故達西定律也稱作土的層流滲透定律。一般中砂、細砂、粉砂等細顆粒土中水的流速滿足層流條件。(2)對于滲透系數(shù)很小的粘土，存在起始水頭梯度i0,故達西定律修正為v=k(i-i0)第三節(jié) 滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)K的大小是直接衡量土的透水性強弱的一個重要的力學(xué)性質(zhì)標，K大土的透水性強，K小土的透水性弱。一、實驗室內(nèi)測定滲透系數(shù)1.常水頭法：適用于透水性大的粗顆粒土，在整個試驗過程中，水頭保持不變 2.變水頭法：

10、適用于滲透系數(shù)較小的細砂及粉砂，在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的。 3.成層土的滲透系數(shù)水平滲流 豎直向滲流第五節(jié) 影響土的滲透性的因素一、土的粒度成分及礦物成分 土的顆粒大小、形狀及級配，影響土中孔隙大小及形狀，從而影響土的滲透性。土顆粒越粗、越渾圓、越均勻時，滲透性就越大。砂土中有較多粉土及黏土顆粒時，其滲透性就大大降低。二、結(jié)合水膜的厚度黏性土中若結(jié)合水膜厚度較大時，會減小土的孔隙、降低土的滲透性。三、土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造 天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。例如，黃土具有豎直方向的大孔隙，所以豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多。 四、水的粘滯度水在土中的滲流速度與水

11、的密度及粘滯度有關(guān)。水的密度一般隨溫度變化很小，可忽略不計，但水的動力粘滯系數(shù)隨溫度變化而變化。五、土中氣體當(dāng)土孔隙中存在密閉氣泡時，會阻止水的滲流，從而降低土的滲透性。第六節(jié) 滲透作用對土的影響一、滲透力： 單位體積內(nèi)土骨架所受到的水推力稱為滲透力（或動水壓力） GD=wi(kN/m3) 方向與滲流方向一致二、流砂、管涌現(xiàn)象1.流砂：在向上的滲透水流作用下，土顆粒之間的壓力等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定的現(xiàn)象。 位置：土體表面滲流逸出處 土質(zhì)：細砂、粉砂及輕亞粘土 臨界水頭梯度 24流砂的判別： iicr 土產(chǎn)生流砂現(xiàn)象在設(shè)計時，為保證建筑物的安全，通常要求水頭梯度i限制在容許梯度i

12、之內(nèi) ii=icr/FS流砂現(xiàn)象的防治措施：減少或消除水頭差，如采取基坑外的井點降水法降低地下水位；增長滲流路徑如打板樁；在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡滲流力；土層加固處理，如凍結(jié)法、注漿法等。2.管涌：在滲流作用下土體中的細土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。管涌可以發(fā)生在滲流逸出處，也可能發(fā)生于土體內(nèi)部。管涌現(xiàn)象防治措施：改變幾何條件，在滲流溢出部位鋪設(shè)反濾層是防止管涌破壞的有效措施。改變水力條件，降低水力梯度，如打板樁。第四章 地基土中的應(yīng)力計算第一節(jié) 概述一、地基土中應(yīng)力分類1. 地基應(yīng)力計算的目的： 計算土體變形，比如建筑物地基的沉降； 土體承載力與穩(wěn)定

13、性分析。2.按引起的原因分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力；按作用原理或應(yīng)力傳遞方式分為有效應(yīng)力和孔隙應(yīng)（壓）力有效應(yīng)力：土粒所傳遞的粒間應(yīng)力，它是控制土的體積（或變形）和強度變化的土中應(yīng)力?？紫稇?yīng)（壓）力：由土孔隙中的水和氣體所傳遞的應(yīng)力。3.視地基土體為 連續(xù)體 半無限的線彈 均質(zhì)各向同性體二、基本假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)、半無限假設(shè)、線彈性假設(shè)、各向同性假設(shè)三、土中一點的應(yīng)力狀態(tài)土力學(xué)中，法向應(yīng)力以壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負。這與彈性力學(xué)或材料力學(xué)等一般固體力學(xué)中的規(guī)定有所不同。剪應(yīng)力的正負號規(guī)定是：1.當(dāng)剪應(yīng)力作用面上的法向應(yīng)力方向與坐標軸的正方向一致時，則剪應(yīng)力的方向與坐標軸正方向一致為正，反之為負。2.當(dāng)

14、剪應(yīng)力作用面上的法向應(yīng)力方向與坐標軸的正方向相反時，則剪應(yīng)力的方向與坐標軸正方向相反為正，反之為負。第二節(jié) 自重應(yīng)力的計算1.豎向自重應(yīng)力 2.水平向自重應(yīng)力3.地基為不同土層且無地下水4.通常認為水下的砂土、粉土均是透水性土，應(yīng)該考慮浮力作用；黏性土是否透水則要視黏性土的性質(zhì)而定，但是偏砂性的亞粘土一般都視為透水性土，考慮其浮力。液性指數(shù)IL1時考慮浮力，取浮重度計算；液性指數(shù)IL 0時不考慮浮力，取天然重度計算。液性指數(shù)0IL 1時依最不利原則考慮。5.當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r，會引起有效自重應(yīng)力的增加；6.地下水位的升降，使地基土中自重應(yīng)力也相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)?shù)叵滤婚L期下降時，地基中有效應(yīng)力增加

15、，從而引起地面大面積沉降；當(dāng)?shù)叵滤婚L期上升時，會引起地基承載力減少、濕陷性土的塌陷等現(xiàn)象。第三節(jié) 基底壓力和基底附加壓力計算地基-建筑物影響范圍內(nèi)的有限土層?；A(chǔ)-建筑物向地基傳遞荷載的最下部結(jié)構(gòu)?；讐毫?基礎(chǔ)作用于地基表面的壓力，而地基支承基礎(chǔ)的反力稱為基底反力，它們是一對作用力與反作用力。一、基底壓力1.柔性基礎(chǔ)（如土壩）：剛度較小，垂直荷載作用下沒有抵抗彎曲變形的能力，將隨地基一起變形?；讐毫εc其上的荷載大小及分布相同。2.剛性基礎(chǔ)（如混凝土基礎(chǔ)）：剛度較大，受荷后基礎(chǔ)不出現(xiàn)撓曲變形?；讐毫Ψ植茧S上部荷載的大小、基礎(chǔ)的埋深及土的性質(zhì)而異。二、基底壓力的簡化計算1、中心荷載 P=N

16、/A2.單向偏心荷載 討論：當(dāng)e 00,基底壓力呈梯形分布；當(dāng)e 0=b/6時，pmin=0,基底壓力呈三角形分布；當(dāng)e 0b/6時，pmin1，即PCPO ，該土是超固結(jié)土；當(dāng)OCR=1，即PC =PO ，該土是正常固結(jié)土；當(dāng)OCR1，即PC PO ，該土是欠固結(jié)土，但欠固結(jié)土現(xiàn)有的有效應(yīng)力即為歷史上曾經(jīng)受到過的最大有效應(yīng)力，所以O(shè)CR=1，PC =PO，該土實際上也屬于正常固結(jié)土。第五節(jié) 飽和土體滲流固結(jié)理論一、有效應(yīng)力原理認為土中應(yīng)力可表示為：=+u式中：為有效應(yīng)力，u為孔隙水壓力。 當(dāng)土體不受附加荷載作用，只受自重作用時，為有效自重，u僅為靜水壓力； 當(dāng)土體受到附加荷載作用，為有效自重

17、與附加應(yīng)力之和，u為靜水壓力與超靜水壓力之和。二、太沙基一維固結(jié)理論基本假設(shè)1.土是均質(zhì)、各向同性且飽和的；2.土粒和孔隙水是不可壓縮的，土的壓縮完全由孔隙體積的減小引起；3.土的壓縮和固結(jié)僅在豎直方向發(fā)生；4.孔隙水的向外排出符合達西定律，土的固結(jié)快慢決定于它的滲流速度；5.在整個固結(jié)過程中，土的滲透系數(shù)K、壓縮系數(shù)a等均視為常數(shù)；6.地面上作用著連續(xù)均布荷載并且是一次施加的。三、固結(jié)度-地基在任一時間t的固結(jié)沉降量St與其最終沉降量S之比。相關(guān)公式：若兩土層的土質(zhì)相同（即CV相等），附加應(yīng)力的分布及排水條件也相同，只是土層厚度不同，則兩土層要達到相同的固結(jié)度，其時間因數(shù)TV應(yīng)相等，可得t1

18、/t2=H12/H22 ,所以當(dāng)單面排水改為雙面排水，達到相同固結(jié)度所需時間縮短為單面排水的1/4。第六章 土的抗剪強度理論第一節(jié) 概 述1.基本概念 土的抗剪強度-是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。2.工程中的強度問題土作為建筑材料土壩、路堤、填方邊坡、挖方邊坡穩(wěn)定性問題。土作為構(gòu)筑物的環(huán)境擋土墻、地下連續(xù)墻、地下結(jié)構(gòu)物土壓力問題。土作為建筑物地基承載力問題。第二節(jié) 土的抗剪強度理論一、庫侖定律 1.粘性土： 砂土： 砂土的抗剪強度由內(nèi)摩阻力構(gòu)成，而黏性土的抗剪強度則由內(nèi)摩阻力和黏聚力兩部分構(gòu)成。2.土的抗剪強度有兩種表示方法，一種是總應(yīng)力法，另一種為有效應(yīng)力法。三、 摩爾庫侖強度條件 土體的

19、破壞主要是由于某一截面上的剪應(yīng)力達到一定程度，并且與該截面上的正應(yīng)力有關(guān),即：=f =f()，此時土體處于極限平衡狀態(tài)。 在三向應(yīng)力狀態(tài)下,土體的破壞只與大小主應(yīng)力1和3有關(guān)而與中主應(yīng)力2無關(guān)。1.土體中任一點的應(yīng)力狀態(tài) 當(dāng)土體中某點任一平面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度時，該點瀕于破壞，將此臨界狀態(tài)稱為“極限平衡狀態(tài)”。表征該狀態(tài)下各種應(yīng)力之間的關(guān)系稱為“極限平衡條件”。 f 安全狀態(tài) =f 臨界狀態(tài) f 破壞狀態(tài)2.摩爾應(yīng)力圓3. 摩爾庫侖強度條件1）圓與直線相離，f ，破壞，實際上該應(yīng)力圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)不存在極限平衡條件式（極限平衡狀態(tài)）：破裂角：破壞面與最大主應(yīng)力1作用面之間的夾角 f破

20、壞面與最小主應(yīng)力3作用面之間的夾角 f4.按極限平衡條件式判斷土中一點的狀態(tài) 1j 11j 安全狀態(tài) 1=1j 極限平衡狀態(tài) 11j 破壞狀態(tài) 3j 33j 安全狀態(tài)第三節(jié) 土的抗剪強度指標的測定一、直接剪切試驗1.按剪切前的固結(jié)程度、剪切時的排水條件及加荷速率，把直接剪切試驗分為： 快剪：Cq q 固結(jié)快剪:Ccq cq 慢剪:Cs s2.直剪試驗存在的缺點：剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，且豎向荷載會發(fā)生偏轉(zhuǎn)（上下盒的中軸線不重合），主應(yīng)力的大小及方向都是變化的；在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計

21、算；試驗時不能嚴格控制排水，并且不能量測孔隙水壓力；試驗時上下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒，使試驗結(jié)果偏大。二、三軸壓縮試驗1.三軸試驗的基本原理 3-周圍壓力（小主應(yīng)力） 1-偏應(yīng)力（q）或軸向應(yīng)力增量 1-軸向應(yīng)力（大主應(yīng)力） 1=3+ 12.三軸試驗方法1）不固結(jié)不排水剪（UU試驗）抗剪強度指標 Cu u2）固結(jié)不排水剪（CU試驗）抗剪強度指標Ccu cu3）固結(jié)排水剪（CD試驗）抗剪強度指標Cd d3.三軸試驗結(jié)果的整理與表達有效應(yīng)力與抗剪強度的關(guān)系抗剪強度的有效應(yīng)力法由于考慮了孔隙水壓力的影響，因此對同一種土，不論采取哪一種試驗方法，只要能準確量測出土樣破壞時的孔隙水壓力，均可用上式表示

22、土的強度關(guān)系，所得的有效抗剪強度指標是相同的。把總應(yīng)力圓中的對應(yīng)點向左移動一個坐標值uf，圓半徑保持不變即可得到有效應(yīng)力園第七章 土壓力計算理論第一節(jié) 概 述一、擋土結(jié)構(gòu)物1.定義：是用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌，保持土體穩(wěn)定的一種建筑物，廣泛用于房屋建筑、水利、鐵路以及公路和橋梁工程。在工程中把這種建筑物稱為“擋土墻”。2.作用：擋住墻后填土并承受來自填土側(cè)向的壓力。3. 土壓力-是指擋土墻后填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。設(shè)計擋土墻時首先要確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點。4.土壓力的種類：根據(jù)擋土墻的位移方向、大小及墻后填土所處的應(yīng)力狀態(tài)，將土壓力分為靜止土壓力、主動土

23、壓力、被動土壓力三種。二、土壓力靜止土壓力當(dāng)擋土墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力。 E0靜止土壓力合力，單位KN/m p0靜止土壓力強度，單位KPa主動土壓力當(dāng)擋土墻在墻后土壓力作用下，背離填土方向移動時，墻后土體因自重具有沿某一滑動面向下滑動的趨勢，在土體將滑而尚未滑動的極限平衡瞬間，土體施加于擋土墻上的最小土壓力 Ea主動土壓力合力，單位KN/m pa 主動土壓力強度，單位KPa 被動土壓力擋土墻在某外力作用下,向著填土方向移動,使墻內(nèi)土體沿某一滑動面產(chǎn)生滑動破壞。在土體向上滑動而尚未滑動的極限平衡瞬間，土體作用于擋土墻上的最大土壓力。 EP被動土壓力合力， 單

24、位KN/m PP 被動土壓力強度，單位KPa土壓力與擋土墻位移的關(guān)系 在相同的墻高和填土條件下EaEoEp四、 土壓力的計算方法靜止土壓力E0屬于彈性狀態(tài)土壓力，可用彈性理論計算；主動土壓力Ea和被動土壓力Ep則屬于極限平衡狀態(tài)的土壓力，這兩種土壓力的計算仍是以抗剪強度理論和極限平衡理論為基礎(chǔ)的古典土壓力理論，即朗肯土壓力和庫侖土壓力理論。第二節(jié) 靜止土壓力一、填土為均質(zhì)土 1.靜止土壓力強度計算公式： po=Koz 2.合力計算公式： Eo的作用點在距墻底h/3處 Ko-土的側(cè)壓力系數(shù)或靜止土壓力系數(shù)二、成層土和填土表面有無限均布荷載的情況1.成層土Po=Koihi2.有無限均布荷載Po=K

25、o（ihi+q）三、靜止土壓力的計算步驟1.計算靜止土壓力系數(shù)Ko2.計算各土層界面上（包括地下水位線）的靜止土壓力強度Poi3.根據(jù)計算的Poi繪出土壓力強度分布曲線圖4.計算土壓力強度分布圖的面積即靜止土壓力的合力Eo5.計算土壓力分布圖的形心位置即靜止土壓力的合力作用點第三節(jié) 朗肯土壓力理論 基本假設(shè)條件：墻背垂直填土面水平墻背與填土之間光滑無摩擦一、主動土壓力1.基本計算公式 粘性土：pa= 無粘性土：Ka=主動土壓力系數(shù)Ka=2.主動土壓力強度的分布規(guī)律 主動土壓力沿深度呈直線分布。 對無粘性土，主動土壓力合力Ea為對粘性土，墻后受拉區(qū)高度：粘性土主動土壓力合力： Eo=3.滑動面：

26、墻后填土滑動面與水平面的夾角：三、被動土壓力1.基本計算公式 粘 性 土：Pp= 無粘性土: Pp= 被動土壓力系數(shù)Kp=2.被動土壓力強度的分布規(guī)律 被動土壓力沿深度呈直線分布 無粘性土被動土壓力合力Ep=2.被動土壓力強度的分布規(guī)律粘性土被動土壓力合力：Ep=合力作用點在梯形的形心位置。3.滑動面: 滑動破壞面與水平面的夾角為:五、 關(guān)于朗肯土壓力理論的適用條件的討論1.基本假設(shè)條件是：擋土墻墻背豎直,光滑，墻后填土面水平。2.朗肯理論的適用范圍與填土面的形狀、墻背的傾角和粗糙度等因素有關(guān)。第四節(jié) 庫侖土壓力理論一、基本理論1.假設(shè)墻后填土是均質(zhì)的無黏性土，c=0滑動面為兩個：墻背平面AB

27、以及通過墻腳的土體內(nèi)的平面AM滑動土楔ABM為剛體，不考慮其內(nèi)部應(yīng)力和變形滑動土體ABM處于極限平衡狀態(tài)。2.適用砂土或碎石填料墻背傾斜填土面傾斜墻背與填土間有摩擦二、庫侖主動土壓力重力G，由土楔體ABM引起；反力R，為破裂面AM上法向分力與摩擦力的合力，與AM面法線的夾角等于土的內(nèi)摩擦角；墻背反力E，其與墻背AB法線的夾角等于土與墻體材料之間的外摩擦角，該力與作用在墻背上的土壓力大小相等，方向相反。相關(guān)計算公式：三、 關(guān)于庫侖土壓力理論的適用條件的討論可用于包括朗肯條件在內(nèi)的各種傾斜墻背的陡墻（cr ）、填土形式不限、計算面為第二滑裂面，具體計算見相關(guān)文獻。數(shù)解法一般只用于無黏性土，黏性土的

28、數(shù)解法由于表達式過于復(fù)雜，目前很少應(yīng)用。圖解法則對于無黏性土或黏性土均可方便應(yīng)用。第八章 土坡穩(wěn)定性分析與計算第一節(jié) 概述1.土坡-是指具有傾斜坡面的土體.2.土坡類型按成因分類：天然土坡 人工土坡按形狀分類：簡單土坡-土坡的坡度不變，頂面和底面水平，并延伸至無窮遠，且土質(zhì)均勻，無地下水。復(fù)雜土坡-不符合上述條件的土坡即為復(fù)雜土坡。3.滑坡：邊坡喪失其原有穩(wěn)定性，一部分巖土體相對于另一部分巖土體發(fā)生滑動的現(xiàn)象4.影響土坡滑動的因素 影響土坡滑動的因素復(fù)雜多變，但其根本原因在于土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達到了抗剪強度（=f），使穩(wěn)定平衡遭到破壞。土坡作用力發(fā)生變化；土體抗剪強度降低；水壓力的作用；

29、邊坡巖石的性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造；邊坡的坡形與坡度；地下水滲流引起的滲流力等。外界荷載作用或土坡環(huán)境變化導(dǎo)致土體內(nèi)部剪應(yīng)力加大；外界各種因素影響導(dǎo)致土體抗剪強度降低。第二節(jié) 無黏性土坡的穩(wěn)定性分析1.假設(shè)坡體及其地基為同一種土，并且完全干燥或完全浸水，即不存在滲流作用。由于無黏性土顆粒間無粘聚力存在，只有摩阻力，因此，只要坡面不滑動，土坡就能保持穩(wěn)定。2.相關(guān)公式：.當(dāng)=時，K=1，即抗滑力等于滑動力，土坡處于極限平衡狀態(tài)。因此土坡穩(wěn)定的極限坡角等于砂土的內(nèi)摩擦角，此坡角稱為自然休止角。.無粘性土坡的穩(wěn)定性與坡高無關(guān)，而僅與坡角有關(guān)，只要1），土坡就是穩(wěn)定的。為了保證土坡具有足夠的安全儲備，可取K1.

30、31.5。.當(dāng)max=，即土坡最不穩(wěn)定時，相應(yīng)的K為最小值Kmin；反之， Kmin相應(yīng)的面是最危險的滑動面。無論無黏性土坡還是黏性土坡，在進行穩(wěn)定性分析時，都應(yīng)該以最危險的滑動面來判斷。當(dāng)坡面有順坡滲流作用時，無黏性土坡的穩(wěn)定性系數(shù)約降低一半。第三節(jié) 黏性土坡的穩(wěn)定分析1.滑動面假定：圓弧面2. 黏性土坡常用的分析方法：整體圓弧滑動法條分法（瑞典條分法、畢肖普條分法、楊布條分法）不平衡推力傳遞系數(shù)法一、整體圓弧滑動法1.假定滑動面為一圓柱面，將滑動面以上土體視為剛體，并處于極限平衡狀態(tài)。2.土坡穩(wěn)定性系數(shù)：K= K=3.一般情況下，土的抗剪強度由粘聚力c和摩擦力tan兩部分組成，土體中的法向

31、應(yīng)力沿滑動面并非常數(shù)，因此土的抗剪強度亦隨滑動面的位置不同而變化。但對飽和黏土來說，在不排水的UU試驗條件下，u=0，故f=cu，運用上式很方便求出其穩(wěn)定系數(shù) K= 此法稱為u=0分析法。二、瑞典條分法1. 將滑動土條分成若干條塊，分析每一條塊上的作用力，然后利用每一條塊上的力和力矩的靜力平衡條件，求出穩(wěn)定性系數(shù)，此法統(tǒng)稱之為條分法，可用于圓弧或非圓弧滑動面。2.假定滑動面為圓柱面（斷面為一圓?。?，滑動土體為不變形的剛體，并忽略土條兩側(cè)面上的作用力即土條間的內(nèi)力（土條兩側(cè)的合力大小相等、方向相反、作用在一條直線上，其作用相互抵消）。2.基本步驟：按比例繪出土坡剖面圖。任選一點O為圓心，以O(shè)C為

32、半徑R作圓弧AC， AC即為滑動圓弧面。將滑動面以上土體分成寬度相等的若干土條并編號。計算土條自重Gi： Gi=忽略土條間內(nèi)力。計算作用在土條底面的法向力Ni 和切向力 Ti。若以i表示該土條底面中點的法線與豎直線的交角，則有：Ni= Ti=當(dāng)土坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，并假定各土條底部滑動面上的穩(wěn)定性系數(shù)均等于整個滑動面上的穩(wěn)定性系數(shù)時，其抗剪力為：Tfi=若將整個滑動土體內(nèi)各土條對圓心O取力矩平衡，則瑞典條分法要假定若干可能的滑動面進行試算分析，分別計算相應(yīng)的K值，其中Kmin所對應(yīng)的滑動面則為最危險滑動面， 而Kmin 即為土坡的穩(wěn)定性系數(shù)。最危險滑動面圓心的確定目前有費倫紐斯經(jīng)驗法、電算分析法、

33、簡化的圖表計算法等。當(dāng)Kmin1時，土坡是穩(wěn)定的，根據(jù)邊坡工程的安全等級，一般可取K=1.201.303.最危險滑動面圓心的確定費倫紐斯的經(jīng)驗方法：均質(zhì)黏性土坡當(dāng)土的內(nèi)摩擦角=0時，其最危險滑動面常通過坡腳。當(dāng)土的內(nèi)摩擦角0時，最危險滑動面的圓心位置可能在EO的延長線上。非均質(zhì)黏性土坡或坡面形狀及荷載情況比較復(fù)雜時，其最危險滑動面圓心位置，有時并不在EO延長線上，而可能在其左右附近，因此還需自O(shè)m作OE線的垂直線，并在垂線上再取若干點試算比較，找出最危險滑動面圓心和相應(yīng)最小穩(wěn)定性系數(shù)。第九章 地基承載力及其確定第一節(jié) 概 述1.地基承載力-是指地基土單位面積上承受 荷載的能力，單位KPa。2.

34、地基基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足的條件： 建筑物基礎(chǔ)的沉降或沉降差必須在該建筑物所允許的范圍之內(nèi)（變形的要求）； 地基土不會發(fā)生剪切破壞而失去穩(wěn)定（強度穩(wěn)定性的要求）。一、 地基的破壞模式：1.整體剪切破壞（淺埋基礎(chǔ)下的密砂、硬粘土）2.局部剪切破壞（中等密實的砂土）3.刺入剪切破壞也稱沖剪破壞（松砂及軟土）整體剪切破壞的特征：滑動面與地面貫通，地基土沿滑動面向兩側(cè)擠出；基礎(chǔ)下沉，基礎(chǔ)兩側(cè)地面顯著隆起PS曲線的開始段接近直線；荷載增加至接近極限荷載時，沉降量急劇增加，有明顯的破壞點。局部剪切破壞的特征：滑動面只在地基中局部區(qū)域出現(xiàn)，不與地面貫通；基礎(chǔ)下沉，基礎(chǔ)兩側(cè)地面稍有隆起；PS曲線的開始段為直線PS曲

35、線有不太明顯的轉(zhuǎn)折點，轉(zhuǎn)折點之后，隨荷載增加，沉降也增加。刺入剪切破壞（或稱沖剪破壞）的特征：地基中無明顯的連續(xù)滑動面基礎(chǔ)周圍土體發(fā)生豎向剪切破壞，基礎(chǔ)刺入土中；基礎(chǔ)下沉，基礎(chǔ)兩側(cè)地面無隆起現(xiàn)象；PS為曲線關(guān)系沒有明顯的轉(zhuǎn)折點。地基的破壞過程：1）壓密階段（PS曲線的直線變形階段，土體處于彈性平衡狀態(tài)。）2）剪切階段（基底邊緣的局部塑性變形階段，土中某些點的= f）3）破壞階段（基礎(chǔ)周圍土體被大量擠出隆起，基底下土急速下沉并伴有很大水平位移。）二、確定地基容許承載力的方法1.地基容許承載力在建筑物荷載作用下，保證地基不發(fā)生整體失穩(wěn)，不產(chǎn)生建筑物不容許的沉降量時的最大基底應(yīng)力。2. 確定方法：

36、現(xiàn)場載荷試驗（P-S曲線） 理論公式計算（臨塑荷載、塑性荷載、極限荷載等的計算） 規(guī)范法第二節(jié) 臨塑荷載和塑性荷載1.基本概念：臨塑荷載地基剛開始產(chǎn)生塑性變形時的基底壓力。Zmax=0塑性荷載（臨界荷載）地基中塑性變形區(qū)發(fā)展到一定深度時的基底應(yīng)力。Zmax0一、地基塑性區(qū)邊界方程1.設(shè)在地表作用條形均布荷載p，地基中任一點M的最大最小主應(yīng)力為：2.考慮土體重力的影響并假定土的自重應(yīng)力在各向相等（K0=1.0 ），地基中任一點M的最大最小主應(yīng)力為：3.考慮基礎(chǔ)埋深d，由土自重作用在M點產(chǎn)生的主應(yīng)力為（d+z）4.當(dāng)M點處于極限平衡狀態(tài)時，1、 3滿足極限平衡條件式，代入后整理可得塑性區(qū)的邊界方程

37、：二、塑性區(qū)發(fā)展的最大深度Zmax計算地基中塑性區(qū)開展的最大深度Zmax值時，對求導(dǎo)數(shù)，并令此導(dǎo)數(shù)等于零，即三、 臨塑荷載Pcr令zmax=0 , 得臨塑荷載Pcr=四、塑性荷載（ 臨界荷載）若地基中允許塑性區(qū)開展深度 Zmax=b4（b為基礎(chǔ)寬度），代入上式即得相應(yīng)的塑性荷載P1/4=Nq Nr Nc-地基承載力系數(shù)，查表9-1以臨塑、臨界荷載確定地基容許承載力工程實踐表明，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，地基中塑性區(qū)有所發(fā)展，只要塑性區(qū)范圍不超出某一限度，就不致影響建筑物的安全和正常使用，因此以Pcr作為地基土的承載力偏于保守。塑性荷載（臨界荷載）P1/4可作為地基容許承載力使用，由于限制了塑性

38、區(qū)開展深度，使用該值是有一定的安全儲備的。即 fa=P1/4例題9-1第三節(jié) 地基的極限承載力地基的極限承載力pu-是地基承受基礎(chǔ)荷載的極限壓應(yīng)力。求解方法：根據(jù)土的極限平衡理論和已知邊界條件，計算出土中各點達極限平衡時的應(yīng)力及滑動方向，求得基底極限承載力；通過基礎(chǔ)模型試驗，研究地基的滑動面形狀并進行簡化，根據(jù)滑動土體的靜力平衡條件求得極限承載力。二、 普朗特爾極限承載力公式假定：1.條形荷載2.基底光滑3.不計基底以下地基土的重度（=0）4.不考慮基礎(chǔ)埋深如果考慮到基礎(chǔ)有一定的埋置深度d，將基底以上土重用均布超載q=d代替，則雷斯諾導(dǎo)得了計入基礎(chǔ)埋深后的極限承載力為：三、 太沙基極限承載力公

39、式假定：基底粗糙，基底土與基底連在一起處于彈性平衡狀態(tài)。根據(jù)基底土的靜力平衡條件可導(dǎo)得條形荷載下的整體剪切破壞極限荷載計算公式： Pu=局部剪切破壞方形基礎(chǔ)（寬度為b）圓形基礎(chǔ)（半徑為d）太沙基認為從實用考慮，當(dāng)基礎(chǔ)長寬比L/B5及基礎(chǔ)的埋置深度dB時，就可視為條形淺基礎(chǔ)。矩形基礎(chǔ)可按L/B值在條形基礎(chǔ)與方形基礎(chǔ)之間以內(nèi)插法求得。用太沙基極限荷載公式計算地基承載力時，其安全系數(shù)應(yīng)取為23，即fa=Pu/23第四節(jié) 按規(guī)范確定地基容許承載力地基容許承載力-是指在保證地基不發(fā)生剪切破壞且基礎(chǔ)沉降量不超過允許值時，地基土單位面積上所能承受荷載的能力，單位KPa，用fa表示。影響因素：土的性質(zhì)、基礎(chǔ)寬

40、度、基礎(chǔ)埋深規(guī)范：公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范確定地基容許承載力的步驟：1.確定土的分類名稱2.確定土的狀態(tài)3.確定地基土的基本容許承載力fa0：當(dāng)基礎(chǔ)最小邊寬度b2m，埋置深度h 3m時，各類地基土的基本容許承載力fa0，首先考慮由載荷試驗或其他原位試驗取得，對中小橋、涵洞地基，也可以直接自規(guī)范查取。4.地基容許承載力fa的確定 ： 當(dāng)基礎(chǔ)寬度b超過2m，基礎(chǔ)埋置深度h超過3m，且h/b4，地基的容許承載力按下式計算：相關(guān)條件限制：第十章 天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計第一節(jié) 概述一、地基與基礎(chǔ)的定義基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物中直接與地層接觸的最下部份。地基受結(jié)構(gòu)物影響的那一部份地層。地基與基礎(chǔ)必須具有：足夠的強度和

41、穩(wěn)定性，且變形也必須在允許范圍內(nèi) 二、地基的分類1.按地質(zhì)情況分類：巖基：巖石 土基：土體2.按設(shè)計施工情況分類：天然地基不需要經(jīng)過人工加固處理，可以在上面直接修筑基礎(chǔ)的地基。人工地基需要經(jīng)過人工加固處理后，才能在上面修筑基礎(chǔ)的地基。三、基礎(chǔ)的分類1.根據(jù)埋置深度分類淺基礎(chǔ)埋深較淺（5m或者埋深小于基礎(chǔ)的寬度）且施工條件和工藝都比較簡單的基礎(chǔ)。在設(shè)計計算時可以忽略基礎(chǔ)側(cè)面土體對基礎(chǔ)的影響，如不計基礎(chǔ)側(cè)邊與土間的摩阻力深基礎(chǔ)基礎(chǔ)置于較深（5m）的良好土層，且施工條件和工藝都較復(fù)雜。設(shè)計計算時需考慮基礎(chǔ)側(cè)邊與土間的摩阻力。深水基礎(chǔ)在土中埋深較淺，但在水下較深的基礎(chǔ)，如深水中橋墩基礎(chǔ)，設(shè)計和施工中有

42、些問題需要作為深基礎(chǔ)考慮。2.按材料分類： 石砌基礎(chǔ)混凝土基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)木結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼筋混凝土基礎(chǔ)3.按受力情況分類： 剛性基礎(chǔ) 柔性基礎(chǔ)四、基礎(chǔ)工程1.使用上：基礎(chǔ)工程是隱蔽工程，如有缺陷，較難發(fā)現(xiàn)，也較難彌補和修復(fù)，而這些缺陷往往直接影響整個結(jié)構(gòu)物的使用甚至安全。2.技術(shù)上：基礎(chǔ)工程的施工和技術(shù)常?？刂普麄€結(jié)構(gòu)物的施工進度和技術(shù)構(gòu)造。3.經(jīng)濟上：下部工程造價可高達總造價的25%以上，尤其在復(fù)雜地質(zhì)條件下或深水中修筑造價比例更大。因此，對基礎(chǔ)工程必須做到精心設(shè)計、精心施工。由于地基基礎(chǔ)方面的費用較大，對設(shè)計方案的安全性、可行性和經(jīng)濟性要全面考慮。五作用與作用效應(yīng)組合在我國現(xiàn)行的公路橋梁設(shè)計規(guī)范

43、中，作用分為永久作用、可變作用和偶然作用。1.永久作用（恒載）：是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用。包括結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、土的重力、土側(cè)壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力及基礎(chǔ)變位作用等。2.可變作用（可變荷載）：是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)其值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。包括汽車荷載、汽車沖擊力、汽車離心力、汽車引起的土側(cè)壓力、人群荷載、汽車制動力、風(fēng)荷載、流水壓力、冰壓力、溫度作用和支座摩阻力等。3.偶然作用（偶然荷載）：是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大，且持續(xù)時間很短的作用。包括地震作用、船舶或漂浮物的撞擊作

44、用、汽車撞擊作用。六、基礎(chǔ)工程設(shè)計計算步驟與原則地基、基礎(chǔ)墩臺和上部結(jié)構(gòu)型式共同工作且相互影響，所以應(yīng)該把整個結(jié)構(gòu)物作為一個整體，考慮其整體作用和各個組成部分的共同作用。1.基礎(chǔ)工程設(shè)計計算的目的： 設(shè)計一個安全、經(jīng)濟和可行的地基基礎(chǔ)，以保證結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。2.基礎(chǔ)工程設(shè)計計算的基本原則：基礎(chǔ)底面的應(yīng)力小于地基的容許承載力；地基基礎(chǔ)的變形值小于結(jié)構(gòu)物要求的沉降值；地基基礎(chǔ)整體穩(wěn)定有足夠保證；基礎(chǔ)本身的強度滿足要求。3.方案選擇 地基與基礎(chǔ)方案的確定主要取決于地基土層的工程性質(zhì)與水文地質(zhì)條件、作用特性、上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及使用要求，以及材料的供應(yīng)和施工技術(shù)等因素。方案選擇的原則是：力求使

45、用上安全可靠、施工技術(shù)上簡便可行和經(jīng)濟上合理。4.天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計步驟閱讀和分析建筑物場地的地質(zhì)勘察資料和建筑物設(shè)計資料，開展相應(yīng)的現(xiàn)場勘察和調(diào)查。選擇基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)類型和建筑材料；選擇持力層，確定合適的基礎(chǔ)埋置深度；初步擬定基礎(chǔ)的尺寸，確定地基的承載力和作用在基礎(chǔ)上的作用效應(yīng)組合；進行地基與基礎(chǔ)的計算，包括地基強度驗算、地基變形和穩(wěn)定性以及基礎(chǔ)的合力偏心距、基礎(chǔ)的穩(wěn)定性驗算等。第二節(jié) 淺基礎(chǔ)的類型與構(gòu)造一、淺基礎(chǔ)的類型和適用條件根據(jù)受力條件及構(gòu)造可分為：1.剛性基礎(chǔ) 圬工材料有足夠的截面和強度抵抗地基反力產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，不需配置受力鋼筋的基礎(chǔ)。 適用：橋梁、涵洞、房屋、擋墻等。材料：混凝土粗石料或片石 磚優(yōu)點：穩(wěn)定性好、施工簡便、能承受較大的豎向荷載。缺點：自重大，并且當(dāng)持力層為軟弱土?xí)r，由于擴大基礎(chǔ)面積有一定限制，需要對地基進行處理或加固后才能采用。2.柔性