付紅梅《土力學與地基基礎》PPT

1、土力學與地基基礎劉晶2014-2015學年第二學期自我介紹劉晶2000-2004 沈陽建筑大學 理學學士2004-2007 重慶大學 工學碩士，20082012 英國雷丁大學（UNIVERSITY OF READING）工學博士2012-2013 英國雷丁大學（UNIVERSITY OF READING）芬蘭阿爾托大學（AALTO UNIVERSITY） 聯合博士后英國皇家建筑設備工程師協會（CIBSE）會員三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室客座研究員（Visiting Fellow）中國綠色建筑與節(jié)能委員會青年委員會會員課程介紹1、內容 土力學部分：任務1-任務7 土力學的基本原理 地基基礎部

2、分：任務8-任務15 橋涵基礎的類型、設計和施工2、教學安排 1-18周，72學時， 理論實驗實訓3、考試 出勤20%、平時作業(yè)30%、考試50%任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識土的形成地殼表面完整堅硬的巖石經過風化、剝蝕等外力作用而瓦解的碎塊或礦物顆粒，在經過水流、風力、重力和冰川等作用的搬運，在適當的條件下，沉積成各種類型的土。土體是巖石風化的產物，是一種松散的顆粒堆積物。 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識土的形成 風化作用（1）物理風化

3、：量變；不改變土的礦物成分，產生顆粒較粗的土，顆粒間無黏結作用，為無黏性土；（2）化學風化：質變；土的礦物成分發(fā)生改變，長生顆粒較細的土，顆粒間有黏結作用，為黏性土；（3）生物風化：同時具有物理風化和化學風化的作用。 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識2. 土的組成土的物質成分包括有作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質以及氣體。因此，土是由顆粒（固相）、水（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒 指標：固體顆粒粒徑大??；各粒徑顆粒在土中所占的百分比；固體

4、顆粒的礦物成分；顆粒的形狀 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒（1）顆粒大小分析的相關概念 a）自然界中土粒粒徑：0.005mm200mm b）原因：土的礦物成分； 土所經歷的風化和搬運過程 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒（1）顆粒大小分析的相關概念 c）重要概念：i）粒度：顆粒粒徑的大??； 引起土的物理性質變化 ii）粒組：粒度相近的顆粒合為一組； 同粒組的土，物理性質相近 iii）顆粒級配：各粒組的質量占干土土樣總質量的百分比。 土中各粒組的相對含量 影響土（特別是無黏性

5、土）的工程性質（主因） 常用來作為土的分類和定名的標準 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒（1）顆粒大小分析的相關概念 土中顆粒大小分析方法：a）篩析法 b）密度計法 c）移液管法 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒（2）篩析法介紹 重點掌握操作步驟 分析篩與振篩機任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒（2）篩析法分析土粒大小舉例 風干土質量1000g 小于 小于0.1mm的土質量百分數1.8%2mm篩上土質量403g 小于2

6、mm的土質量百分數59.7%2mm篩下土質量597g 細篩分析時所取土樣質量100g編號孔徑mm累計留篩土質量g小于該孔徑的土質量g小于該孔徑的土質量百分數小于該孔徑的土占總質量百分數11010090090.090.02719580580.580.53528072072.072.04240359759.759.75128.371.771.742.860.560.739.339.323.570.2592.37.77.74.680.1973.03.01.8底盤總計3某土樣顆粒大小分析試驗的篩析結果紀錄任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒b.

7、顆粒級配曲線法i）橫坐標粒徑（用對數比例尺） 縱坐標小于某粒徑的土質量 百分比（普通比例尺）ii）曲線平緩土中各種粒徑的土粒 都有，顆粒不均勻，級配良好； 曲線陡峭土粒較均勻，級配不良 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-1 土的形成與組成 一、理論知識3. 土中的固體顆粒c. 級配指標i）不均勻系數： 當Cu=5且Cc=/13，則級配良好； 當Cu=0.673050松散稍松0.33=Dr0.259中密0.67Dr0.331029極松Dr0.22任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 粉土的物理狀態(tài)i）空隙比（反映密實度）：密實、中密合稍密 孔隙比e

8、密實度e0.75密實0.75=e0.9稍密任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 粉土的物理狀態(tài)i）含水率（反映濕度）：稍濕、濕和很濕 含水率w密實度w20%稍濕20%=w30%很濕任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 黏性土的物理狀態(tài)黏性土最重要的物理狀態(tài)特征是它的稠度。稠度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力。黏性土的隨著含水率的增大強度明顯降低。 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 黏性土的物理狀態(tài)（1）界限含水率a）按其含水率的不同，黏性土的狀態(tài)分

9、別為：固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)和流動狀態(tài)。b）黏性土由一種狀態(tài)轉入另一種狀態(tài)時的分界含水率稱為界限含水率。c）可塑狀態(tài)轉為流動狀態(tài)的界限含水率稱為液限，用wl表示d）由半固態(tài)轉為可塑狀態(tài)的界限含水率稱為塑限，用wp表示 縮限ws流動狀態(tài)可塑狀態(tài)半固態(tài)固態(tài)含水率w液限wl塑限wp任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 黏性土的物理狀態(tài)（2）液限與塑限的測定a）塑限：搓條法b）液限：平行錐式液限儀c）液、塑限：液、塑限聯合測定儀 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 黏性土的物理狀態(tài)（3）液性指數與塑性指數a）塑性指數

10、描述黏性土可塑程度的指標。用含水率變化范圍來衡量。這個范圍（從液限到塑限）稱為塑性指數。塑性指數越大，土的可塑性越好。塑性指數是黏性土分類的重要標注之一。 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、理論知識1. 黏性土的物理狀態(tài)（3）液性指數與塑性指數b）液性指數土的天然含水率與塑限的差除以塑性指數稱為液性指數。液性指數是劃分黏性土軟硬程度的物理性質指標。液性指數越大，土質越軟。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-3 土的物理狀態(tài)指標 一、任務實施任務1:某砂土試樣，試驗測定土粒相對密度Gs=2.7，含水率w9.43%，天然密度p1.66gcm3。已知砂樣求此砂土的

11、相對密度Dr，并判斷砂土所處的密實狀態(tài)。解1: 砂土在天然狀態(tài)下的空隙比砂土最小空隙比砂土最大空隙比相對密實度經查表1-8可知：該砂土處于中密狀態(tài)任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的結構a）土的結構是指土粒（或團粒）的大小、形狀、互相排列及聯結的特征。b）土的特征是在成土過程中逐漸形成的。c）土的結構對土的工程性質有重要影響。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的結構入的結構按其顆粒的排列和聯結可分為三種類型。（1）單粒結構a）碎石土和砂土的結構特征。b）特點：土粒間沒有聯結存在，或連結非常微弱，可以忽略

12、不計。c）單粒結構的緊密程度取決于礦物成分、顆粒形狀、粒度成分和級配的均勻程度。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的結構入的結構按其顆粒的排列和聯結可分為三種類型。（2）蜂窩結構a）粉粒為主的土的結構特征。b）土粒的引力相對自重而言 已經足夠大。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的結構入的結構按其顆粒的排列和聯結可分為三種類型。（3）絮狀結構a）黏性土顆粒特有的結構。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的結構以密實的單粒結構土的工程性質最好，蜂窩狀其次，絮狀結

13、構最差。 強度低，壓縮性大，不可用作天然地基。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的構造a）指土體中各結構單元之間的關系；b）分類：層理構造；分散構造；結核狀構造；裂隙構造；c）層理構造：細粒土的一個重要特征； 分散結構：土層中土粒分布均勻，性質相近； 結核狀構造：細粒土中摻有粗顆?；蚋鞣N結核； 裂隙構造：因土體被各種成因形成的不連續(xù)的小裂隙切割而成的一種構造。裂隙將破壞土的整體性，增大透水性，對工程不利。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-4 土的結構與構造 一、理論知識1. 土的特性易壓縮、易被水滲透、顆粒間易發(fā)生相對剪切位移等特性。任務1

14、土的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 一、理論知識1. 巖石a）按其堅硬程度、軟化度和抗風化能力分類；b）當巖石中所含的特殊成分影響巖石的工程地質性質時，應定為特殊性巖石；c）巖石堅硬程度的定量劃分，采用巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）指標。巖石單軸飽和抗壓強度RcMpaRc6060=Rc3030=Rc1515=Rc5Rc=5堅硬程度極硬巖硬巖較軟巖軟巖極軟巖巖石的劃分任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 一、理論知識2. 碎石類土a）指粒徑大于2mm的、顆粒質量超過全部質量50%的非黏性土；b）根據碎石類土的粒徑大小和含量進行分類；c）先按表1-16的粒徑將顆粒分

15、組，然后再按表中排列次序由上自下核對，最先符合條件者，即為這種土的名稱。土的名稱顆粒形狀土的顆粒級配漂石土渾圓或圓棱狀為主 粒徑大于200mm的顆粒超過總質量的50%塊石土尖棱狀為主卵石土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于20mm的顆粒超過總質量的50%碎石土尖棱狀為主圓礫土渾圓或圓棱狀為主 粒徑大于2mm的顆粒超過總質量的50%角礫土尖棱狀為主碎石類土的劃分任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 一、理論知識3. 砂類土a）指干燥時呈松散狀態(tài)、粒徑大于2mm的、顆粒質量不超過全部質量50%、塑性指數Ip不大于3的土；b）根據砂類土的粒徑大小和含量進行分類；c）先按表1-17的粒徑將顆

16、粒分組，然后再按表中排列次序由上自下核對，最先符合條件者，即為這種土的名稱。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 一、理論知識4. 粉土a）塑性指數Ip10且粒徑大于0.075mm的顆粒質量不超過全部質量50%的土；b）性質介于砂土和黏性土之間。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 一、理論知識5. 黏性土a）按照土的塑性指數Ip進行劃分土的名稱塑性指數Ip粉質黏土10Ip17黏性土的劃分任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 一、理論知識6. 特殊土a）黃土；b）紅黏土；c）膨脹土；d）軟土；e）鹽漬土；f）凍土；g）填土。任務1 土

17、的物理與工程性質的認知任務1-5 土的工程分類 二、任務實施任務：任取烘干后的5kg土樣篩析，其結果如下，確定土樣的名稱。篩孔直徑20.50.250.10.1(底盤)總計留在每層篩上土粒質量kg0.300.851.501.550.805.00留在篩上土粒重占全部土質量的百分數617303116100大于某粒徑土粒重占全部土質量的百分數6235384100/任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-6 土的現場鑒別 一、理論知識碎石類土的鑒別碎石類土應描述碎屑物的成分：a）當碎石類土有填充物時，描述填充物的成分，確定填充物的土類、估計其含量的百分比；b）沒有填充物，研究孔隙的大小，顆粒間的接觸是否

18、穩(wěn)定任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-6 土的現場鑒別 一、理論知識1. 砂類土的鑒別砂類土按其顆粒的粗細和干濕程度可分為：a）礫砂；b）粗礫；c）中砂；d）細砂；e）粉砂。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-6 土的現場鑒別 一、理論知識2. 砂類土的鑒別砂類土應描述其粒徑和含量的百分比；顆粒的主要礦物成分及有機質和包含物，當含大量有機質時，土呈黑色，含量不多時呈灰色；含多量氧化鐵時，土呈紅色，含少量時呈黃色或橙黃色。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-6 土的現場鑒別 一、理論知識2. 黏性土的鑒別黏性土可按其濕潤時狀態(tài)、人手捏的感覺、黏著程度和搓條的粗細，分為：a）黏土；b

19、）亞黏土；c）亞砂土。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識1. 研究土擊實性的意義a）未經壓實的填土，壓縮量大，強度低，抗水性能差；b）目的：為了改善填土的工程性質，提高土的強度、降低土的壓縮性和滲透性，必須按一定的標準，采用重錘夯實、機械碾壓或振動等方法將方法將土壓實到一定標準，以達到工程的質量標準。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識1. 研究土擊實性的意義土的擊實性用兩種方法確定：a）現場填筑試驗：查明填筑條件與填筑效果的關系；b）室內擊實試驗（目前研究填土擊實性的重要方法）：在一定條件下用錘擊法將土擊實，以研究土在不同擊實

20、功下的擊實性，為工程設計提供初步的擊實標準。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識2. 土工擊實試驗a）儀器：擊實儀；b）方法：測定土樣在一定擊實功的作用下達到最大密度時的含水率（最優(yōu)含水率）和此時的干密度（最大干密度）。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識2. 土工擊實試驗c）壓實度：工地壓實質量控制指標。K越接近100%，則壓實質量越高。對于受力主層或者重要工程，K要求大些；對于非受力主層或次要工程，K值可小些任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識3. 土工擊實試驗曲線a）在同一擊實功作用下，一定范

21、圍內增加含水率，土的干密度增大，但含水率增加到一定程度后，土的干密度就變小；b）一般情況下細粒土的試驗曲線呈拋物線型，曲線峰值點的干密度就是最大干密度pdmax，相應含水率為最優(yōu)含水率wo；c）曲線峰值為最大干密度與最佳含水率交叉點，準確的確定該點是擊實試驗的關鍵。 注：如曲線不能給出峰值，應進行補點試驗。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識3. 土工擊實試驗曲線任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、理論知識4. 最優(yōu)含水率估算a）可從土的液塑限值及篩分試驗中估算最佳含水率和最大干密度；b）一般無黏性土的最優(yōu)含水率小于黏性土，最大干密度大于

22、黏粒土；c）細粒土的最優(yōu)含水率一般在塑限附近，為液限的0.550.65倍。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-7 土的擊實性 一、實施任務4. 細粒土的室內擊實試驗5. 粗粒土的室內擊實試驗任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識1. 基本概念a）滲透：在水頭差作用下，水透過土體孔隙的現象。b）滲透性：土允許水透過的性能。c）滲透的影響：i）造成水量損失； ii）引起土體內部應力狀態(tài)的變化，改變水土建筑物或地基的穩(wěn)定條件。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識2. 達西定律（也稱為層流滲透定律）水的滲透速度與試樣兩斷面間的水頭差成正

23、比，而與相應的滲透路徑成反比。式中：v滲透速度，ms； h試樣兩端水頭差，m； L滲透路徑，m； i水力梯度，ihL; k滲透系數，ms （物理意義：當水力梯度i1時的滲透速度）； q滲流量，m3/s； A試樣截面積，m2任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識2. 達西定律（也稱為層流滲透定律）水的滲透速度與試樣兩斷面間的水頭差成正比，而與相應的滲透路徑成反比。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識2. 達西定律（也稱為層流滲透定律）a）滲透系數k的大小反映了土滲透性的強弱：k值越大，土的滲透性也越大。b）土的顆粒越粗，k值也越大。任

24、務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識3. 測定滲透系數的室內試驗（1）常水頭試驗a）定義：在試驗過程中水頭保持不變（h不變）b）適用對象：透水性較大的土（無黏性土）c）任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識3. 測定滲透系數的室內試驗（1）變水頭試驗a）定義：在試驗過程中水頭是變化的（h改變）b）適用對象：透水性較差的土c）設玻璃細管過水截面積為a，土樣截面積為A，長度為L，試驗開始后任一時刻土樣的水頭差為h，經dt時間，管內水位下落dh，則在dt時間內流經試樣的水量為：dQ=-adh任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲

25、透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（1）滲透力a）定義：滲透水流施于單位土體內土粒上的拖拽力稱為滲透力（j） rw水的重度；i水力梯度 任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形a）定義：土工建筑及地基由于滲透作用而出現的破壞稱為滲透變形或滲透破壞。b）基本形式：流土；管涌任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問

26、題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形a）流土i）定義：指在向上滲流作用下，局部土體表面隆起，或者顆粒群同時移動而流失的現象；ii）主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處；iii）常見形式：流砂現象（基坑或渠道開挖時）任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形a）流土iv）任何類型的土，只要臨界坡降達到一定程度，都會發(fā)生流土破壞；v）臨界水力坡降：當豎向滲透力等于土體的有效重量時，即rj，土體就處于流土的臨界狀態(tài)。若設這時的水力坡降為ict，則可求得：任務1 土的物理與工程性質的認

27、知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形a）流土vi）應用：通過比較臨界水力坡度和在滲流的溢出處的水力坡降來判別是否有流土的可能性當iict，土體處于流土狀態(tài)。任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形b）管涌i）定義：在滲流作用下，土體中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙道中發(fā)生移動并被帶走的現象；ii）形成因素：土本身的性質；iii）管用破壞是一個漸進性質的過程；iv）一般發(fā)生在無

28、粘性土中，粘性土中則不會；任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形b）管涌v）形成條件（兩個）幾何條件（必要條件）：土中粗顆粒所構成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑； 對于無黏性土是否發(fā)生管涌的幾何條件可用下列準則判別： cu10較不均勻的土可分為以下兩種情況： 情況一：級配不連續(xù)的土，細料含量大于35%非管涌土 細料含量小于25%管涌土 細料含量25%35%過渡型土任務1 土的物理與工程性質的認知任務1-8 土的滲透性 一、理論知識4. 滲透力和滲透變形滲流引起的變形可

29、歸結為兩類；土體的局部穩(wěn)定問題；整體穩(wěn)定問題。（2）滲透變形b）管涌v）形成條件（兩個） 情況二：級配連續(xù)的土：cud3管涌土 cud5-d3過渡型土水力條件：滲透力可用管涌的水力坡降來表示。任務2 土中的應力分布與計算任務2-1 與土中的應力有關的基礎知識 一、理論知識1. 研究土中應力的目的a）穩(wěn)定問題b）變形問題任務2 土中的應力分布與計算任務2-1 與土中的應力有關的基礎知識 一、理論知識2. 土中的應力狀態(tài) 三種情況。（1）三維應力狀態(tài)（空間應變問題）任務2 土中的應力分布與計算任務2-1 與土中的應力有關的基礎知識 一、理論知識2. 土中的應力狀態(tài) 三種情況。（2）二維應變狀態(tài)（平

30、面應變問題）任務2 土中的應力分布與計算任務2-1 與土中的應力有關的基礎知識 一、理論知識2. 土中的應力狀態(tài) 三種情況。（3）側向應力狀態(tài)（一維應變狀態(tài)）任務2 土中的應力分布與計算任務2-1 與土中的應力有關的基礎知識 一、理論知識3. 土中應力的種類 自重應力和附加應力a）地基中一點總應力為自重應力與附加應力之和；b）附加應力才是引起地基變形和失去穩(wěn)定性的原因；c）附加應力的大小除了取決于基底壓力的大小、分布狀況外，還與計算點的位置有關。任務2 土中的應力分布與計算任務2-2 土中的自重應力計算與分布 一、理論知識1. 均質土的自重應力等于單位面積上土柱的重力w。在深度z處土的自重應力

31、為：自重應力隨著深度z線性增加，乘三角形分布圖形。任務2 土中的應力分布與計算任務2-2 土中的自重應力計算與分布 一、理論知識2. 成層土的自重應力設各土層的厚度為hi，重度為ri，則在深度z處土的自重應力為：即由多層土組成的地基，自重應力由每層土的重度和厚度之積累加得到。任務2 土中的應力分布與計算任務2-2 土中的自重應力計算與分布 一、理論知識2. 成層土的自重應力任務2 土中的應力分布與計算任務2-2 土中的自重應力計算與分布 一、理論知識3. 土層中有地下水時的自重應力（難點）a）在地下水位以下，土體的重度采用土的浮重度r或飽和重度rsat計算；b）采用浮重度r計算的自重應力在地下

32、水位處發(fā)生轉折；c）采用飽和重度rsat計算的自重應力在不透水層頂面要加上靜水壓力。任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與計算 一、理論知識1. 基底壓力的分布a）基底壓力是指上部結構荷載和基礎自重通過基礎傳遞給地基、作用于基礎地面并傳至地基的單位面積壓力。又稱為接觸壓力或基底應力；b）基底反力是地基土層反向施加于基礎地面上的力；c）a）和b）是一對作用力與反作用力，大小相等，方向相反，且作用在同一直線上；d）基底壓力大小和分布的影響因素： i）基礎（大小、剛度）； ii）荷載（大小、分布）； iii）地基土性質； iv）基礎的埋深任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底

33、壓力的分布與計算 一、理論知識1. 基底壓力的分布d）基底壓力大小和分布的影響因素： i）剛性很小的基礎和柔性基礎：與作用在基礎上的荷載大小和分布情況相同。在垂直荷載作用下，隨地基一起變形。任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與計算 一、理論知識1. 基底壓力的分布d）基底壓力大小和分布的影響因素： ii）剛性基礎：隨上部荷載的大小，基礎的埋置深度和土的性質而變化。任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與計算 一、理論知識2. 中心荷載下的基底應力a）簡化計算：P-基底豎向荷載，KN；G-基礎自重及上回填土總重，G=rgAdrg-平均重度，取20kN/m3；d

34、-基礎埋深，m；A-基底面積，m2.條件：基礎寬度不太大，荷載較小任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與計算 一、理論知識3. 偏心荷載下的基底應力單向偏心荷載荷載下的矩形基礎 ，設計時通常取基底長邊方向與偏心方向一致，此時兩短邊邊緣最大壓應力與最小壓應力計算公式為M-豎向荷載對形心主軸偏心距e引起的力矩，kNm；W-基礎地面的抵抗矩，W=ab2/6,m3；e=偏心距，eM/(P+G)任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與計算 一、理論知識3. 偏心荷載下的基底應力單向偏心荷載荷載下基底應力的分布情況：任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與

35、計算 一、理論知識3. 偏心荷載下的基底應力單向偏心荷載荷載下基底應力的分布情況：a）eb6，如果計算的基底壓力小于零，表明基底出現拉應力，此時，基底與地基間局部脫落，而使基底壓力重新分布，有任務2 土中的應力分布與計算任務2-3 基底壓力的分布與計算 一、理論知識4. 基底附加應力只有超出基底處原有自重應力的那部分應力才使地基產生附加變形，使地基產生附加變形的基底應力成為基底附加應力。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識1. 集中力作用下土中應力計算在均勻的、各向同性的半無限彈性體表面作用一豎向集中力P時，半無限體內任意點M的應力可由布西奈斯克解計算

36、。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識1. 集中力作用下土中應力計算在均勻的、各向同性的半無限彈性體表面作用一豎向集中力P時，半無限體內任意點M的應力可由布西奈斯克解計算。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識1. 集中力作用下土中應力計算若干個豎向集中力時，分別求出各集中力對該點所引起的附加應力，然后進行疊加，即 分別表示集中力P1, P2, Pn作用下的土中集中應力系數。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識1. 集中力作用下土中應力計算集中荷載作用下，土中附加應力的分

37、布規(guī)律：a）在集中應力作用線上，附加應力隨著深度z的增加而遞減；b）離集中力作用線某一距離r時，在地表處的附加應力隨著深度z的增加逐漸遞增，但是到一定深度后，附加應力又隨著深度z的增加而減??；c）當z一定時，附加應力隨著r的增大而減小。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識1. 集中力作用下土中應力計算工程實際中，分布荷載作用時的土中應力計算方法：a）荷載分布不規(guī)則時，把分布荷載分割為許多集中力，然后用布西奈斯克公式和疊加原理計算；b）基礎底面形狀和分布荷載有規(guī)則時，即面積分布荷載作用時的土中應力則可以通過積分求解得到。任務2 土中的應力分布與計算任務2

38、-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識2. 矩形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力（1）中心點下的附加應力在矩形地面上作用著均布荷載P 時，承載面積中心點下深z處M點上的豎向附加應力為a0應力系數，根據比值a/b, z/b查表得到。a和b分別為矩形面積的長邊和短邊，z為荷載作用面到計算點的距離。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識2. 矩形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力（2）角點下的附加應力在矩形地面上作用著均布荷載P 時，承載面積角點下深z處M點上的豎向附加應力為ad應力系數，根據比值a/b, z/b查表得到。任務2 土中的應力分布

39、與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識2. 矩形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力（3）任意點下的附加應力角點法在矩形地面上作用著均布荷載P 時，承載面積任意點N下深z處M點上的豎向附加應力，依N點的不同相對位置，可分為四種情況。a）N點位于矩形承載面積的邊界上附加應力為兩個矩形面積abeN, ecdN角點下附加應力之和，即任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識2. 矩形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力（3）任意點下的附加應力角點法b）N點位于矩形承載面積內附加應力為四個矩形面積角點下附加應力之和，即任務2 土中的應力分布與計

40、算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識2. 矩形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力（3）任意點下的附加應力角點法c）N點位于矩形承載面積之外，但在一組對邊延長線范圍內附加應力為面積gbeN, echN角點下應力之和，再減去面積gafN, fdhN角點下的應力任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識2. 矩形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力（3）任意點下的附加應力角點法d）N點位于矩形承載面積之外，也不在一組對邊延長線范圍內附加應力為面積echN, fagN角點下應力之和，再減去面積ebgN, fdhN角點下的應力任務2 土中的應力分

41、布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識3. 條形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力在地面上，一均布荷載作用在寬度為b，長度為無限長的條形面積上時，土中任意點M的豎向附加應力為a2附加應力系數。根據x/b, z/b查表得到。注意：查表時，應注意將坐標原點O設在荷載寬度的中點處，即從O點向兩邊的x值，均取正值。任務2 土中的應力分布與計算任務2-4 土中的附加應力分布與計算 一、理論知識3. 條形面積受均勻荷載作用下的土中豎向附加應力條形均布荷載下地基中的應力分布規(guī)律任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識地基土壓縮的原因a）外因：i）建筑物荷載作用（外因

42、主要因素）；ii）地下水位大幅下降；iii）施工影響；iv）震動影響；v）溫度變化影響；vi）浸水下沉。b）內因：i）土中孔隙的壓縮（發(fā)生實際效果）任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的過程；土的固結是土在壓力作用下其壓縮量隨時間的增長而增長的過程；土體的壓縮指標：a）壓縮系數a；b）壓縮指數Cc；c）壓縮模量Es；d）變形模量Eo壓縮指標測定方法：室內試驗、原位測試 p53任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（1）測限壓縮試驗（固結試驗）測限：限制土樣側向變形目的：測定試樣在測限與軸向排水

43、條件下的變形和壓力，或孔隙比和壓力的關系，變形和時間的關系，計算土的各項壓縮指標。儀器：壓縮儀任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（1）測限壓縮試驗（固結試驗）試驗方法：逐級壓縮固結，測定各級壓力Pi下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e。步驟：一般按P=50kPa，100kPa，200kPa，300kPa，400kPa五級加荷，測定各級壓力下的穩(wěn)定變形量hi，然后計算響應的孔隙比eiGs, wo, po, ho分別為土粒比重、土樣的初始含水率、初始密度和土樣原始高度。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（1）

44、測限壓縮試驗（固結試驗）壓縮曲線：a）越陡壓縮性越高；b）越緩壓縮性越低。根據eP曲線可確定土的壓縮系數a、壓縮模量Es。根據elgP曲線可確定土的壓縮指數Cc。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（2）土的壓縮系數a、壓縮指數Cc和壓縮模量Esa）壓縮系數：土體在測限條件下，孔隙比減小量與豎向有效壓應力增量的比值。當壓力變化范圍不大，土的壓縮曲線可近似用圖中的M1M2割線代替。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（2）土的壓縮系數a、壓縮指數Cc和壓縮模量Esa）壓縮系數：為了方便應用和比較，各種

45、規(guī)范中提出P10.1MPa, P20.2MPa時用相對應的壓縮系數a0.1-0.2來評價土的壓縮性。 a）a0.1-0.2=0.5MPa-1，為高壓縮性土。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（2）土的壓縮系數a、壓縮指數Cc和壓縮模量Esb）壓縮指數：土體在測限條件下孔隙比減小量與豎向有效壓應力常用對數值增量的比值。 Cc值越大，土的壓縮性越高 a）Cc0.2，為低壓縮性土； b）0.2=Cc0.4，為高壓縮性土。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（2）土的壓縮系數a、壓縮指數Cc和壓縮模量Es

46、c）壓縮模量Es（測限壓縮模量）：土體在完全測限條件下的豎向應力增量與相應的應變增量的比值。 Es與a成反比，a越大，Es 越小，土的壓縮性越高；壓縮模量Es不是常數。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（2）土的壓縮系數a、壓縮指數Cc和壓縮模量Esc）壓縮模量Es（測限壓縮模量）：在工程上，常采用Es(0.1-0.2)作為判別土壓縮性高低的標準。 當， 15MPa時，屬低壓縮性土。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識1. 固結試驗及壓縮性指標（3）土的回彈曲線和再壓縮曲線c）壓縮模量Es（測限壓縮模量）：土的壓縮變形是由

47、彈性變形和殘余變形兩部分組成的。任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識2. 現場載荷試驗及變形模量（1）現場載荷實驗任務3 地基變形的計算任務3-1 土的壓縮性 一、理論知識3. 土的應力歷史概念：指土層在地質歷史發(fā)展過程中所形成的先期應力狀態(tài)以及這個狀態(tài)對土層強度與變形的影響。（1）先期固結壓力概念：土層在歷史上曾經承受過的最大固結壓力，用Pc表示。方法：elgP曲線來確定或經驗做圖法。（2）土的固結狀態(tài)i）Po=Pc，正常固結；ii）PoPc，欠固結土。任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降量計算 一、理論知識1. 與沉降有關的基本知識（1）地基沉降的基本概念概念：

48、地基沉降量是指地基土壓縮變形達固結穩(wěn)定的最大沉降量，或是指地基土在外荷載作用下，變形完全穩(wěn)定時基底處的最大豎向位移。形成原因：a）附加應力引起；b）欠固結土的自重應力；c）地下水下降；d）水的滲流研究目的：確定建筑物最大沉降量、沉降差、傾斜以及局部傾斜，判斷是否超過允許值，以便為建筑物設計時采取相應的措施提供依據，保證建筑物的安全。任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降量計算 一、理論知識1. 與沉降有關的基本知識（2）地基沉降的組成總沉降可以分為初始沉降Sd、固結沉降Sc和次固結沉降Ss。S=Sd+Sc+Ss任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降量計算 一、理論知識1. 與沉降有關的

49、基本知識（3）土的性質對沉降的影響a）砂土地基：初始沉降是最主要的；b）飽和軟粘土地基：固結沉降是最主要的；c）計算方法：初始沉降彈性力學； 固結沉降分層總和法； 次固結沉降分層總和法。任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降量計算 一、理論知識2. 分層總和法分別計算基礎中心店下地基各分層土的壓縮變形量Si，基礎的總沉降量S等于Si的總和。任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降量計算 一、理論知識2. 分層總和法分層總和法計算過程：（1）將土分層分層原則：ad（2）計算自重應力arh（3）計算附加應力詳見任務2-4（4）壓縮（受壓）層下限的確定任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降

50、量計算 一、理論知識2. 分層總和法分層總和法計算過程：（4）壓縮（受壓）層下限的確定在實際工程計算中，采用基底以下某一深度作為基礎沉降計算的下限深度。以下式作為確定條件：dzn深度zn處的附加應力；dczn深度zn處的自重應力當zn深度以下存在較軟的高壓縮土層時，實際計算深度還應加大，對軟黏土應該加深至任務3 地基變形的計算任務3-2 地基沉降量計算 一、理論知識2. 分層總和法分層總和法計算過程：（5）計算各分層的自重應力，附加應力平均值將薄層底面與頂面的計算值相加處以2即可。（6）確定各分層壓縮前后的孔隙比由各分層平均自重應力、平均自重應力與平均附加應力之和，在相應的壓縮曲線上，可查得初

51、始孔隙比e1i、壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e2i。（7）計算地基最終變形量任務3 地基變形的計算任務3-3 地基沉降隨時間變化的計算 一、理論知識1. 飽和土的滲透固結理論（1）滲透固結概念：指飽和土隨著土中孔隙消散而逐漸壓縮的過程。工程上都哦那個滲透固結理論來研究飽和土的壓縮變形。（2）兩種壓力a）有效壓力：由骨架承受的壓力，使土骨架的形狀和體積發(fā)生變形，使土體具有一定的抗剪強度；b）孔隙水壓力：由孔隙水承受的壓力，不改變土體形狀，也不能產生抗剪強度。任務3 地基變形的計算任務3-3 地基沉降隨時間變化的計算 一、理論知識2. 太沙基單向滲透固結理論（1）基本假設a） f）p65（2）固結微分方程的

52、建立飽和土體單向滲透固結微分方程固結微分方程的解任務3 地基變形的計算任務3-3 地基沉降隨時間變化的計算 一、理論知識3. 固結度及其應用（1）固結度Ut指地基在承受荷載后的任一時刻t的沉降量 St與最終沉降量S的比值Ut=St/S則某一時刻的豎向平均固結度為采用第一項為解任務3 地基變形的計算任務3-3 地基沉降隨時間變化的計算 一、理論知識3. 固結度及其應用（2）各種不同承載情況下固結度的計算飽和粘性土層實際附加應力的分布情況可歸納成四種類型：a）情況A。附加應力圖形為矩形，根據Tv值查表3-4得到固結度Ua；b）情況B。應力圖形為三角形，通過三角形的頂點排水，相當于大面積新沉積土層在

53、自重作用下產生固結的情況，根據Tv值由表3-4查得固結度UB;c）情況C。應力圖形為三角形，通過三角形的底面排水，土層底面附加應力已接近于零，根據Tv值由表3-4查得固結度UB；d）情況D。應力圖形為梯形，向上面排水，當應力圖形為上大下小時，與情況A相似，但底面的附加應力遠大于零；當應力圖形上小下大時，相當于在自重應力作用下，尚未固結，就在上面建造建筑物。任務3 地基變形的計算任務3-3 地基沉降隨時間變化的計算 一、理論知識4. 沉降與時間關系曲線的修正假設：施工期間荷載隨時間增加是線性的，完工后，荷載不在增加，成為常數；修正原則：漸增荷載由零增加到P1，經過時間t1所產生的沉降量，等于突加

54、荷載P1經過t1/2時間所產生的沉降量。任務4 土的抗剪強度任務4-1 土的抗剪強度 一、理論知識a）土體的破壞通常都是剪切破壞；b）土的抗剪強度是土體抵抗剪切破壞的極限能力，用tf表示； ttfc）土的強度破壞實際上是指剪切破壞，土的強度就是指土的抗剪強度；d）土的抗剪強度的數值等于土體產生剪切破壞時滑動面上的剪應力；e）土體破壞準則摩爾庫倫破壞準則；f）抗剪強度主要由粘聚力c和內摩擦角來表示（抗剪強度指標）任務4 土的抗剪強度任務4-1 土的抗剪強度 一、理論知識1. 土的抗剪強度規(guī)律庫侖定律（1）庫倫公式（總應力法）無粘性土抗剪強度表達式：tfdtana粘性土抗剪強度表達式：tfdtan

55、ac以上兩式為抗剪強度定律，即庫侖定律?？倯Ψㄅc有效應力法的優(yōu)缺點a）優(yōu)點：操作簡單、運用方便；b）缺點：不能反映地基土在實際固結情況下的抗剪強度任務4 土的抗剪強度任務4-1 土的抗剪強度 一、理論知識1. 土的抗剪強度規(guī)律庫侖定律（2）修正的庫倫公式（有效應力法）無粘性土抗剪強度表達式：tfdtana粘性土抗剪強度表達式：tfdtanac有效應力法的優(yōu)缺點a）優(yōu)點：能較好反映抗剪強度的實質，能檢驗土體處于 不同不同固結情況下的穩(wěn)定性；b）缺點：較難測定孔隙水壓力任務4 土的抗剪強度任務4-1 土的抗剪強度 一、理論知識1. 土的抗剪強度影響因素任務4 土的抗剪強度任務4-2 土的強度理論

56、 一、理論知識1. 土的一點地應力狀態(tài)任取某一單元土體，其面積為dxdz，在單元體上任取某一截面mn，則得公式兩式取平方和，得 任務4 土的抗剪強度任務4-2 土的強度理論 一、理論知識1. 土的一點地應力狀態(tài)可用應力圓（摩爾圓）表示。橫坐標分別為t及d，圓心為（d1+d2）2，0，圓半徑為（d1-d2）2 任務4 土的抗剪強度任務4-2 土的強度理論 一、理論知識2. 土的狀態(tài)當摩爾應力圓與庫倫強度線a）不相交。通過該點的任意平面上的剪應力都小于土的抗剪強度，不會發(fā)生剪切破壞；b）相割。土體已被破壞（實際中不存在該曲線）；c）相切。土體瀕臨剪切破壞的極限應力狀態(tài)（極限平衡狀態(tài)）切點A的坐標任

57、務4 土的抗剪強度任務4-2 土的強度理論 一、理論知識2. 土的極限平衡條件a）學會判斷土體中一點是否處于平衡狀態(tài)；b）土體剪切破壞時的破裂面發(fā)生在與大主應力的作用面成（45+a2）的平面上；c）同一土體在不同大、小主應力組合下受剪破壞，所形成的應力圓的公切線就是其強度包線。任務5 天然地基容許承載力任務5-1 地基的破壞形態(tài) 一、理論知識a）地基在建筑物荷載作用下內部應力發(fā)生變化體現在兩個方面： i）地基土在建筑物荷載作用下產生壓縮變形； ii）超載荷載作用下使地基產生滑動破壞。b）地基承載力是地基單位面積上成熟荷載的能力。分兩種： i）極限承載力：地基即將喪失穩(wěn)定性時的承載力； ii）容

58、許承載力：地基穩(wěn)定有足夠的安全度并且變形在建筑物容許范圍內時的承載力。容許承載力是一個變量。由查表得到。任務5 天然地基容許承載力任務5-1 地基的破壞形態(tài) 一、理論知識1. 土的破壞形態(tài)（1）整體剪切破壞一般發(fā)生在密實砂土、基礎埋深很淺或飽和黏土、荷載急速增加的情況下，極易造成整體剪切破壞。（2）局部剪切破壞一般發(fā)生在黏性土或中密砂土，基礎埋深較淺；或基礎埋深較大時，無論是砂類土或黏性的地基中，最常見的破壞形態(tài)是局部剪切破壞。（3）沖切破壞一般發(fā)生在松砂或其他松散結構的地基土中。任務5 天然地基容許承載力任務5-1 地基的破壞形態(tài) 一、理論知識1. 土的破壞形態(tài)發(fā)生整體剪切破壞的地基，過程可

59、以分為三個階段：（1）直線變形階段（oa段）壓密階段此階段地基中各點的剪應力小于地基土的抗剪強度，地基處于穩(wěn)定狀態(tài)。（2）局部塑性變形階段（ab段）穩(wěn)定狀態(tài)向不穩(wěn)定狀態(tài)的過渡性階段此階段在地基的局部區(qū)域內，發(fā)生了剪切破壞，該區(qū)域稱塑性變形區(qū)。（3）破壞階段此階段地基中的塑性變形區(qū)，已經發(fā)展到形成與地面貫通的連續(xù)滑動面。地基土向基礎的一側或兩側擠出，地面隆起，地基整體失穩(wěn)，基礎也隨之突然下陷。任務5 天然地基容許承載力任務5-1 地基的破壞形態(tài) 一、理論知識1. 土的破壞形態(tài)地基破壞過程中作用在它上面的荷載有兩個特征值：i）地基中開始出現塑性變形區(qū)的荷載，臨塑荷載Pcr；ii）使地基剪切破壞，失

60、去整體穩(wěn)定的荷載，極限荷載Pu。地基的容許承載力，應該小于極限荷載，而稍大于臨塑荷載。任務5 天然地基容許承載力任務5-1 地基的破壞形態(tài) 一、理論知識2. 確定地基承載力應考慮的因素a）影響因素眾多，根據構筑物的重要性和結構特點具體分析各個影響因素。b）確定地基承載力的方法： i）臨界荷載和極限荷載確定； ii）按規(guī)范確定地基容許承載力； iii）觸探法確定地基容許承載力； iv）根據荷載試驗的ps曲線確定。任務5 天然地基容許承載力任務5-2 地基的臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載簡介 一、理論知識求容許承載力的途徑：a）工程經驗表明：地基中的塑性變形區(qū)的深度達1/41/3的基礎寬度時，地基仍