土力學與基礎工程知識總結

1、昆明理工大學土力學與基礎工程學習報告 學生姓名 指導教師 秦昆珍學 院建筑工程學院專業(yè)名稱 工程力學班級 工力151 學號 2018年6月11日 工管、工力2015級土力學與基礎工程學習報告任務書一、 學習報告目的與任務通過學習報告總結土力學與基礎工程所學知識，作為教學計劃中考核的方式，是重要的教學環(huán)節(jié)，它為檢查學生學習掌握本課程專業(yè)知識起著重要作用；并為在今后的工程實踐中，正確使用規(guī)范、適應規(guī)范標準的發(fā)展，打下基礎。二、學習報告的基本要求1、學習報告的格式學習報告一律用A4紙打印，正文字體為宋體，小四號。2、學習報告內容（5500-8000字）（1）、土力學與基礎工程綜述；（土力學與基礎工程

2、的基本知識、基本理論和基本方法，相關現(xiàn)行規(guī)范的內容以及地基處理等內容）（2）、結合本專業(yè)課學習的體會、感興趣的題材，進行總結。3、完成時間 2018年6月11日土力學與基礎工程綜述0緒論土是巖石經(jīng)過物理、化學、生物等風化作用的產(chǎn)物，是礦物顆粒組成的集合體，多數(shù)情況下是由固體顆粒、水和空氣組成的三相體。土力學是運用力學知識和土工測試技術，研究土的物理、力學性質，以及土的變形及其強度變化規(guī)律的一門學科。“土”是一個廣義詞，它包括巖石、碎石、砂及細粒土。研究巖石力學特性的學科稱為巖石力學，土力學和巖石力學統(tǒng)稱為巖土力學。隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，又開辟了許多土力學的分支，如理論土力學、計算土力學、實

3、驗土力學、應用土力學、環(huán)境土力學、海洋土力學、凍土力學、黃土力學、土動力學等。1土的物理性質及工程分類土的生成與特性：地球表面的整體巖石在陽光、大氣、水和生物等因素影響下發(fā)生風化作用，使巖石崩解、破碎，經(jīng)流水、風、冰川等動力作用，形成形狀各異、大小不一的顆粒。這些顆粒受各種自然力作用，在各種不同的自然環(huán)境下堆積起來，就形成了土。因此，通常說土是巖石風化的產(chǎn)物。堆積下來的土，在很長的地質年代中發(fā)生復雜的物理化學變化，逐漸壓密、巖化，最終又會形成巖石，這就是沉積巖。這種長期的地質過程稱為沉積過程。因此，在自然界中，巖石不斷風化破碎形成土，而土又不斷壓密、巖化而變成巖石。這一循環(huán)過程永無休止地重復進

4、行。風化作用的類型:物理風化、化學風化、生物風化。土的生成類型：（）殘積土；（）搬運土：坡積土；風積土；沖積土；洪積土；湖泊沼澤沉積土；海相沉積土；冰積土；土具有三個重要特點：散體性；多相性；自然變異性。土的礦物成：（）原生礦物；（）次生礦物:高嶺石、伊利石和蒙脫。（）有機質土中的水：（）結合水（吸附水）；（）自由水：重力水、毛細水。土中氣體：土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。在粗粒的沉積物中常見到與大氣相連通的氣體，它對土的力學性質影響不大。在細粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，使土在外力作用下的彈性變形增加，透水性減小。對于淤泥和泥炭等有機質土，由于微生物（細菌）的分解作用，在

5、土中蓄積了某種可燃氣體（如硫化氫、甲烷等），使土層在自重作用下長期得不到壓密，形成高壓縮性土層。土的結構：（）單粒結構；（）蜂窩結構；（）絮狀結構；土的物理性指標：（）土的密度；（）土粒相對密度ds;（）土的含水量；按土的工程分類標準分類：）巨粒類土；）粗粒類土；）細粒類土2土的滲透性與滲流達西定律：年，法國學者達西（）根據(jù)砂土滲透試驗，發(fā)表了水在飽和砂土中的流動方程式， v=khL=ki式中斷面平均滲透速度，即單位時間內通過與滲流方向成直角的單位截面積的水量，為方便起見，以后稱之為滲透速度，m/s；滲流長度，即滲徑,；土的滲透系數(shù)，m/s或cm/s。流網(wǎng)：）流網(wǎng)特征：構成流網(wǎng)的兩簇曲線：一簇

6、為流線，在穩(wěn)定滲流場中，表示水質點的運動路線；另一簇為 等勢線，是穩(wěn)定滲流場中勢能或測管水頭的等值線，即在同一等勢線上不同點處的測管水頭 值都相等。對于各向同性的均質土，應滿足下列基本條件： 流線與等勢線相互正交；流線與等勢線構成的流網(wǎng)單元為正方形或曲邊正方形； 必須滿足流場的邊界條件，以保證解的唯一性。流網(wǎng)繪制：繪制流網(wǎng)時，不可能一次完成，需要多次試畫。繪制時應滿足基本條件并遵守基本規(guī)則， 同時還應注意邊界條件。滲透力：水在土體中流動時將會引起水頭的損失，而這種損失是由于水在土體孔隙中流動時，對 土顆粒有推動、摩擦和拖曳作用，它們綜合形成的作用于土骨架的力，稱為滲透力。單位體積土體上的滲透力

7、為：P1'-P2'土體體積=izywAzA=iyw 滲透穩(wěn)定性：土由于滲流作用而發(fā)生的破壞，稱為土的滲透破壞，其表現(xiàn)形式有流土和管涌兩種：）流土；）管涌3土中應力和地基沉降量計算土中應力：土在自身重力、建筑物及其他因素作用下，在土體產(chǎn)生的應力。計算土中應力的方法:彈性理論公式。即把土均勻的、連續(xù)的、各向同性的半無限空間線性彈性體。成層土中自重應力計算：當深度z由多層土組成時，個層土的厚度和自重分別為h1，h2，hn和1，2，n，則深度Z處的豎向自重應力為cz=1h1+2h2+nhn=i=1nihi式中cz天然地面下任意深度z處的豎向自重應力，KPan深度z范圍內的土層數(shù)hi第i

8、層土的厚度，mi第i層土的天然自重密度KN/m2土的水平自重應力：cx=cy=k0cz式中k0靜止側壓力系數(shù)，也稱靜止土圧系數(shù)。基底壓力的簡化計算：（1） 中華心荷載下的基底壓P=F+GA式中F作用在基礎上的豎向力，KNG基礎自重及其上回填土自重的總重，KNA基礎底面積，m2（2） 偏心荷載下的基底壓力PmaxPmin=F+Glb±MW式中M作用在基礎底處的力矩，KNmW基礎底面的抵抗矩基礎附加應力：p0=p-ch式中P基地平均壓力，KPach土中自重應力，KPa土層中附加應力的計算：z=3P2Z3R5=3P2R2cos3x=3P2x2zR5+1-23R2-RZ-Z2R3(R+Z)-

9、x2(2R+Z)R3(R+Z)2y=3P2x2zR5+1-23R2-RZ-Z2R3(R+Z)-x2(2R+Z)R3(R+Z)2xy=yx=-3P2xyzR5-1-23xy(2R+z)R3(R+Z)2yz=zy=3P2yz2R5=-3Py2R3cos2zx=xz=3P2xz2R5=-3Px2R3cos2u=P(1+)2ExzR2-(1-2)xR(R+z)v=P(1+)2EyzR2-(1-2)yR(R+z)=P(1+)2Ez2R2-(1-2)1R式中x，y，z平行于x,y,z軸的正應力；yx，xy, zx, xz，zx，xz剪應力；u,v,w沿x,y,z軸方向的位移；R集中力作用點與M點距離；R線

10、與Z坐標的夾角；R集中力作用點與M點的水平距離；E土的彈性模量；土的泊松比土的壓縮性：1) 壓縮系數(shù)2）壓縮指數(shù)3）壓縮模具4土的抗剪強度與淺基礎的地基承載力庫倫定律：式中土的抗剪強度，kPa；剪切面上的法向應力，kPa;土的內摩擦角，（°）；c土的黏聚力，kPa。；土的抗剪強度f用剪切面上的有效應力來表示：莫爾-庫侖強度理論: 土的抗剪強度試驗:土的剪切強度指標是通過土的抗剪強度試驗測定的，不同的抗剪強度指標可以用不同的抗剪強度試驗來獲得。土的抗剪強度試驗按照試驗進行場所，可分為室內試驗和現(xiàn)場試驗兩大類。室內試驗常用的有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側限抗壓強度試驗；現(xiàn)場試驗僅介紹

11、十字板剪切試驗?？紫秹毫Φ挠嬎阆禂?shù)：式中 A,B孔隙壓力系數(shù)?？紫秹毫ο禂?shù)B的在各向應力增量相等條件下的孔隙壓力系數(shù):式中 試樣在周圍壓力增量下產(chǎn)生的孔隙壓力增量，kPa；孔隙壓力系數(shù)A為偏應力增量作用下的孔隙壓力系數(shù)，計算公式為：式中 試樣在主應力差（）下即剪切是產(chǎn)生的孔隙壓力，kPa。飽和黏性土的抗剪強度：1）不固結不排水抗剪強度；2）固結不排水抗剪強度；3）固結排水抗剪強度；4）抗剪強度指標的選擇無黏性土的抗剪強度：由于無黏性土的透水性強，在通常的加荷速率下，土體中的孔隙壓力常等于零，因此其抗剪強度指標常用三軸固結排水剪切或慢剪試驗來測定。地基因豎向承載力不足引起的破壞有三種形式：1）整

12、體剪切破壞、2）局部剪切破壞；3）沖剪破壞。地基臨塑荷載和臨界荷載：淺基礎的地基極限承載力：（1）普朗德爾公式：普朗德爾極限承載力是一種按照極限平衡理論求解的承載力。（2）太沙基公式：太沙基承載力是按假定滑動畫面法求解的承載力。（3）漢森和魏錫克公式5土壓力與土坡穩(wěn)定性土壓力的類型：靜止土壓力；主動土壓力；被動土壓力郎肯土壓力理論：它是根據(jù)半無限土體在自重作用下的應力狀態(tài)和極限平衡條件建立的。郎肯理論分析擋土墻的土壓力時，假設：（1）墻后填土表面水平；（2）擋土墻背垂直；（3）擋墻背面光滑，即不考慮墻與土之間的摩擦力。庫倫土壓力理論：庫倫根據(jù)擋土墻后形成的滑動楔體極限平衡條件，并假定滑動面為一

13、平面，來求算出擋土墻上的土壓力，稱為著名的庫倫土壓力理論。它假設：1，墻后填土為均勻的無黏性土（c=0），填土表面可以是傾斜的；2，擋土墻是剛性的，墻背可以是傾斜的，傾角為a；3，墻面粗糙，墻面與土體之間存在摩擦力，摩擦角大于0。擋土墻的設計：擋土墻有重力式擋土墻、錨定式擋土墻、薄壁式擋土墻、加筋土擋土墻。對于重力式擋土墻的構造涉及了墻背傾斜形式的選用、擋土墻剖面的擬定、排水設施、沉降縫和伸縮縫。6巖土工程勘察巖土工程勘察等級：不同的建筑場地地質條件不同，存在的工程地質問題也各異，因此建筑物所采取的地基基礎設計方案也可能不同。巖土工程勘察的分級根據(jù)巖土工程的安全等級、場地的復雜程度和地基的復雜

14、程度來劃分。不同等級的巖土工程勘察因其復雜和難易程度不同，對勘察測試工作、分析計算評價工作、施工監(jiān)測控制工作等級等的規(guī)模、工作量、工作深度與質量也相應有不同的要求。 勘察的內容：首先進行可行性研究勘察：收集分析所在地的工程地質資料；進行現(xiàn)場調查，了解場地的地層結構和其他基本情況：對工程地質條件復雜，工程資料不符合要求的，可根據(jù)具體情況，進行工程地質測繪及必要的勘察工作。 然后進行初步勘察，整理初勘應得的資料，完成所需的主要工作內容。如查明地質構造，對不良地質現(xiàn)象查明原因等一系列工作。另外對勘探線、點布置的要求要落實。 最后，進行詳細勘察。整理資料，完成所需的主要工作內容，如查明建筑范圍各巖石的

15、資料，對一級建筑物和部分二級建筑物提供地基變形計算參數(shù)，預測建筑物的變形，查明一些埋藏物等。巖土工程勘察的方法：1）工程地質測繪和調查2）勘察與取樣 勘察的方法包括掘探、鉆探、觸探和物探4大類。其中鉆探的方法根據(jù)鉆進方式不同分為回轉鉆進、沖擊鉆進、錘擊鉆進、振動鉆進、沖洗鉆進。 取樣是巖土工程勘察中經(jīng)常性的工作，是定量評價巖土工程條件和巖土工程問題必不可少的工作。取樣包括巖土樣和水樣，取樣工作貫穿于整個巖土工程勘察工作的始終，甚至工程運行和檢測階段都要進行巖試樣成水樣的采取。3）原位測試 原位測試指的是在土體的本來位置，對于處于天然狀態(tài)下的土體所進行工程性質的測試，它具有直接性、真實性和實用性

16、的特點，對于土體工程性質的判斷起著非常重要的作用。原位測試主要有載荷試驗、十字板剪切試驗、標準貫入試驗，靜力觸探試驗、圓錐動力觸探試驗等。巖土工程勘察報告：在巖土工程勘察過程中，通過收集、調查、勘察、室內試樣和原位測試，獲得了大量的原始資料，對這些資料還應該進行整理、檢查、分析、歸納和綜合，最后以勘察報告書及有關圖表形式，形成完整的巖土工程勘察報告。7淺基礎定義：在天然地基上埋置深度小于5米的一般基礎以及埋置深度大于5米，但小于基礎寬度的大尺寸基礎?；A的分類：（1）柱下條形基礎；（2）柱下交叉條形基礎；（3）筏形基礎；4）箱形基礎。按性能分類則：（1）剛性基礎通常是由磚、塊石、毛石、素混凝土

17、、三合土和灰土等材料建造的基礎，這些材料的抗壓強度高，而抗拉、抗剪強度較低。所以剛性基礎不能承受拉力。特點：抗壓性能好，抗拉、抗剪性能差，受荷后基礎不允許繞曲變形和開裂。設計時受臺階寬高比（剛性角）的限制。（2）柔性基礎用鋼筋來承受拉應力的混凝土基礎為柔性基礎。如果在混凝土基礎的底部配以鋼筋，利用鋼筋來承受拉應力，使基礎底部能夠承受拉力和較大的彎矩，這種基礎稱為柔性基礎。這時，基礎寬度的加大不受剛性角的限制。特點：抗彎、抗剪性能好，允許發(fā)生一定的繞曲變形，不受剛性角限制，宜寬基淺埋。基礎埋置深度的確定：（1）基礎埋置深度：基礎底面至設計地面（一般指室外地面）的距離。（2）基礎埋深選擇的意義：是

18、確定對建筑物的安全和正常使用以及對施工工期、造價影響較大。（3）確定淺基礎埋深的原則：凡能淺埋的盡量淺埋。但考慮到基礎的穩(wěn)定性、動植物的影響等因素，除巖石地基外，基礎最小埋深不宜小于0.5m，并要滿足地基穩(wěn)定和變形條件。（4）相鄰建筑物的基礎埋深一般新建筑物基礎埋深不宜大于相鄰原基礎的基礎。當必須深于原基礎時，兩基礎之間應保持一定凈距，數(shù)值根據(jù)原有建筑荷載大小和土質情況確定。一般取兩相鄰地面高差的12倍。當墻下條形基礎有不同埋深時，應沿基礎縱向做成臺階形，并由深到淺過渡。8樁基礎及其他深基礎樁基礎及其組成：（1）樁基礎：它由設置于土中的樁體體和樁頂聯(lián)結的承臺共同組成，或由柱與樁直接聯(lián)結而成。（

19、2）作用：將荷載通過樁傳給埋藏較深的堅硬土層，或通過樁身周圍的摩擦力傳給地基，以滿足承載力、穩(wěn)定性和變形的要求。（3）樁：樁在平面排列上可成為一排或幾排樁身可全部或部分埋入地基土中，當樁身外露在地面上較高時，在樁之間應加設橫系梁，以加強各樁的橫向連系。（4）承臺：承臺將所有樁的頂部由聯(lián)成一整體并傳遞荷載。在承臺上再修筑橋墩橋臺及上部結構。樁基礎適用范圍：（1）建筑場地淺層地基土比較軟弱，不能滿足地基承載力和變形要求時，又不宜采用地基處理措施時可考慮選擇樁基礎，利用深層堅實的巖土層作持力層； （2）樁基可承受大而復雜的荷載，適宜各種地質條件； （3）減少沉降與不均勻沉降，適于沉降要求嚴格的高層建

20、筑、重型工業(yè)廠房、高聳構筑物等； （4）抗震性好，平面布置靈活，對結構體系適應性強； （5）造價高，施工復雜，有噪音、衛(wèi)生等環(huán)境。 樁的分類：（1）按施工方法:預制樁和灌注樁；（2）按樁的設置效應:大量擠土樁、小量擠土樁和不擠土樁；（3）按樁的受力性能：端承樁與摩擦樁。群樁效應：（1）群樁：由若干根單樁組成，上部用承臺連成整體。（2）群樁效應: 群樁基礎受豎向荷載后，由于承臺、樁、土的相互作用使其樁側阻力、樁端阻力、沉降等性狀發(fā)生變化而與單樁明顯不同，承載力往往不等于各單樁承載力之和，稱其為群樁效應。（3）群樁效應系數(shù)：用以度量構成群樁承載力的各個分量因群樁效應而降低或提高的幅度指標，如側阻、

21、端阻、承臺底土阻力的群樁效應系數(shù)。（4）影響群樁效應的因素：承臺剛度；基土性質；基樁間距。負摩阻力：樁身周圍土由于自重固結、自重濕陷、地面附加荷載等原因而產(chǎn)生大于樁身的沉降時，土對樁側表面所產(chǎn)生的向下摩阻力。在樁身某一深度處的樁土位移量相等，該處稱為中性點。中性點是正、負摩阻力的分界點。深基礎：一般指基礎埋深大于基礎寬度且深度超過5m的基礎。（1）沉井基礎特點：這種基礎現(xiàn)采用較少。由于它整體性好、剛度大、傳力可靠，在大跨度和深水地區(qū)修建橋梁仍被采用。（2）地下連續(xù)墻定義：在地面上采用一種挖槽機械，沿著深開挖工程的周邊軸線，在泥漿護壁條件下，開挖一條狹長的深槽，清槽后在槽內吊放鋼筋籠，然后用導管

22、法澆筑混凝土，筑成一個單元槽段，如此逐段進行，在地下筑成一道連續(xù)的墻壁。 分類：按成墻方式：樁排式、壁板式、樁壁組合式；按用途：臨時擋土墻、防滲墻、用作主體結構兼作臨時擋土墻的地下連續(xù)墻；按填筑的材料：土質墻、混凝土墻、鋼筋混凝土墻和組合墻功能：防水、防滲、承重、擋土、基礎、地下結構的邊墻適用范圍：壩體防滲、水庫地下截流、擋土墻、房屋的深層地下室、礦井地下停車場、地下工程等。樁基礎設計：（1）設計要求：當建筑場地淺層地基土比較軟弱，不能滿足地基承載力和變形要求時，又不宜采用地基處理措施時可考慮選擇樁基礎，利用深層堅實的巖土層作持力層；樁基可承受大而復雜的荷載，適宜各種地質條件；減少沉降與不均勻

23、沉降，適于沉降要求嚴格的高層建筑、重型工業(yè)廠房、高聳構筑物等； 抗震性好，平面布置靈活，對結構體系適應性強； 造價高，施工復雜，有噪音、衛(wèi)生等環(huán)境。（2）設計步驟調研、搜集設計資料； 確定樁基持力層； 選定樁材、樁型、尺寸、確定基本構造； .計算并確定單樁垂直承載力； .初擬樁的平面布置和數(shù)量； 擬定承臺尺寸和底面高程； 驗算，結構設計； 繪結構施工圖。9地基處理概述：（1）對象：一般是軟弱土地基和特殊土地基（2）目的：改善剪切特性，提高地基承載力； 改善地基土的壓縮特性，增加其密實度；改善其透水性，固結地基；改善動力特性；改善土的不良特性。（3）特點：強度低、壓縮性高、透水性小，通常無法滿足

24、建筑物對地基強度和變形條件的要求，因此工程中常需對此類地基進行加固處理。 （4）分類：地基處理的分類方法多種多樣，按時間可分為臨時處理和永久處理；按處理深度分為淺層處理和深層處理；按處理土性對象分為砂性土處理和粘性土處理，飽和土處理和非飽和土處理；也可按地基處理的加固機理進行分類。因為現(xiàn)有的地基處理方法很多，新的地基處理方法還在不斷發(fā)展，要對各種地基處理方法進行精確分類是困難的。預壓法：（1）定義： 預壓法又稱排水固結法，指直接在天然地基或在設置有袋狀砂井、塑料排水帶等豎向排水體的地基上，利用建筑物本身重量分級逐漸加載或在建筑物建造前在場地先行加載預壓，使土體中孔隙水排出，提前完成土體固結沉降

25、，逐步增加地基強度的一種軟土地基加固方法。（2）組成：加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分組成。加壓系統(tǒng)通過預先對地基施加荷載，使地基中的孔隙水產(chǎn)生壓力差，從飽和地基中自然排出，進而使土體固結；排水系統(tǒng)則通過改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離，使地基在預壓期間盡快地完成設計要求的沉降量，并及時提高地基土強度。 （3）適用范圍：預壓法適用于處理各類淤泥質土、淤泥及沖填土等飽和粘性土地基。強夯法和強夯置換法：（1）原理：是反復將夯錘（質量一般為100400kN）提到一定高度使其自由落下（落距一般為1040m），給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基的承載力，降低土的壓縮性、改善砂土的

26、抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可提高土層的均勻強度，減小將來可能出現(xiàn)差異沉降。（2）適用范圍：處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。（3）加固機理：采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實，從而提高地基土強度。10特殊土地基特殊土：（1）定義：由于不同的地理環(huán)境，氣候條件，地質成因，歷史過程，物質成分和次生變化等原因，具有與一般土明顯不同的特殊性質。這些土的分布一般具有特定的范圍和區(qū)域性，存在一定的規(guī)律，一般稱為區(qū)域性特殊土。 （2）常見的特殊土：常見的特殊土地基種類濕陷性黃土、軟土、膨脹土、紅粘土等構成的地基、凍土地基、山區(qū)地基等。濕陷性黃土地基（1）特征：干旱條件下形成的黃色粉質土，顆粒組成以粉粒為主，同時含有砂粒