土力學(xué)與基礎(chǔ)

土力學(xué):利用力學(xué)的一般原理,研究土的物理，化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應(yīng)用科學(xué).地基:支承基礎(chǔ)的土體或巖體 土力學(xué)三大核心內(nèi)容:強(qiáng)度特性、變形特性、滲透特性. 基礎(chǔ):將結(jié)構(gòu)承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分，一般應(yīng)埋入地下一定的深度，進(jìn)入較好的地層.通常把埋置深度3-5m稱為淺基礎(chǔ). 三相體系:土體由固相、液相、和氣相三部分組成.2土的固體顆粒物質(zhì)分為無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì) 礦物顆粒的成分有：原生礦物、次生礦物.3顆粒級(jí)配:土中所含各粒組的相對(duì)含量，以土粒總重的百分?jǐn)?shù)表示. 顆粒級(jí)配用篩分法、沉降分析法測(cè)定.4不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc來反映土顆粒級(jí)配的不均勻程度.5工程上對(duì)土的級(jí)配是否良好可按如下規(guī)定判斷：①對(duì)于級(jí)配連續(xù)的土:Cu>5,級(jí)配良好;Cu<5,級(jí)配不良.②對(duì)于級(jí)配不連續(xù)的土，級(jí)配曲線上呈臺(tái)階狀，采用單一指標(biāo)Cu難以全面有效地判斷土級(jí)配好壞，需同時(shí)滿足Cu>5和Cc=1~3兩個(gè)條件時(shí),才為級(jí)配良好，反之則級(jí)配不良.6土的物理性質(zhì)指標(biāo):①土的天然密度:土單位體積的質(zhì)量稱為土的密度②土的含水量w:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比稱為土的含水量③土粒相對(duì)密度:土的固體顆粒質(zhì)量與同體積4°C時(shí)純水的質(zhì)量之比，稱為土粒相對(duì)密度④土的干密度:土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量⑤土的飽和密度:土空隙中充滿水時(shí)的單位體積質(zhì)量⑥土的有效密度：在地下水位以下，單位體積中土粒的質(zhì)量扣除同體積水的質(zhì)量后⑦土的孔隙比e:土中空隙體積與土粒體積之比e=Vv/Vs⑧土的孔隙率n:土中空隙體積與體積之比n=Vv/V*1QQ%⑨土的飽和度Sr:土中水的體積與空隙體積之比Sr=Vw/Vv*100%7判斷無(wú)黏性土密實(shí)度最簡(jiǎn)單的方法:使用孔隙比e來描述,e大，表示土中孔隙大,e小則土疏松.8標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn):在土層鉆孔中,利用重63.5kg的錘擊貫入器，根據(jù)每貫入30cm所需錘擊數(shù)來判斷土的性質(zhì),估算土層強(qiáng)度的一種動(dòng)力觸探試驗(yàn). 黏性土:指具有可塑狀態(tài)性質(zhì)的土，它們?cè)谕饬Φ淖饔孟?，可塑成任何形狀而不產(chǎn)生裂縫，當(dāng)外力去掉后，仍可保持原形狀不變. 液限:土由可塑狀態(tài)變化到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量. 塑限:土由半固態(tài)變化到可塑狀態(tài)的界限含水量. 塑性指數(shù):液限與塑限之差值.9液性指數(shù):表征土的天然含水量與分界含水量之間相對(duì)關(guān)系的指標(biāo).10孔隙水壓力:土體中某點(diǎn)孔隙水承受的壓力.土的應(yīng)力分類:自重應(yīng)力：由土體重力引起的應(yīng)力.附加應(yīng)力：由于外荷載的作用，在土中產(chǎn)生的應(yīng)力增量.基底壓力:在基礎(chǔ)底面與地基之間產(chǎn)生接觸壓力.地基附加應(yīng)力:由建筑物荷載引起的應(yīng)力增量.12基底壓力分為:柔性基礎(chǔ)基底壓力和剛性基礎(chǔ)基底壓力 有效應(yīng)力原理:用有效應(yīng)力闡明在力系作用下土體的各種力學(xué)效應(yīng)的原理. 基底附加應(yīng)力:是指由于修建建筑物而在地基表面處增加的應(yīng)力.土的壓縮性:土在壓力作用下體積縮小的的特性.壓縮試驗(yàn):研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法.步驟:在壓縮儀中完成.試驗(yàn)時(shí)，先用金屬環(huán)刀取土，然后將土樣連同環(huán)刀一起放入壓縮儀,上下各蓋一塊透水石,以便土樣受壓后能夠自由排水，透水石上面再施加垂直荷載.壓縮性指標(biāo):①壓縮系數(shù)②壓縮指數(shù)③壓縮模量土的荷載試驗(yàn)終止加載的條件:①承載板周圍的土明顯側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋.②沉降s急劇增大,荷載-沉降曲線出現(xiàn)陡降段.③在某一荷載下,24小時(shí)內(nèi)沉降速度不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn).④沉降s大于等于0.06b15天然土層分為三種固結(jié)狀態(tài):①超固結(jié)狀態(tài):天然土層在地質(zhì)歷史上受到過的固結(jié)壓力Pc大于目前的上覆壓力P1，即OCR大于1.②正常固結(jié)狀態(tài):土層在歷史上最大固結(jié)壓力作用下壓縮穩(wěn)定,但沉積后土層厚度無(wú)大變化，以后也沒有受到過其他荷載的繼續(xù)作用?③欠固結(jié)狀態(tài)：土層逐漸沉積到現(xiàn)在地面，但沒達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài). 土的抗剪強(qiáng)度:土體抵抗剪切破壞的極限能力.16莫爾應(yīng)力圓與與土的抗剪切強(qiáng)度包線存在以下三種情況:①M(fèi)點(diǎn)莫爾應(yīng)力圓整體位于抗剪切強(qiáng)度包線的下方.莫爾應(yīng)力圓與抗剪切強(qiáng)度線相離，表明該點(diǎn)在任何平面上的剪切力小于土所能發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度，因而，該點(diǎn)未被剪破②M點(diǎn)莫爾應(yīng)力圓與抗剪切強(qiáng)度包線相切，說明在切點(diǎn)所代表的平面上，剪應(yīng)力恰好等于土的抗剪強(qiáng)度，該點(diǎn)就處于極限平衡狀態(tài)，莫爾應(yīng)力圓亦稱極限應(yīng)力圓③M點(diǎn)莫爾應(yīng)力圓與抗剪切強(qiáng)度包線相割，則M點(diǎn)早已破壞.實(shí)際上圓3所代表的應(yīng)力狀態(tài)是不可能存在的，因?yàn)镸點(diǎn)破壞后，應(yīng)力已超出彈性范圍.17簡(jiǎn)述直接剪切試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)之間的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍：直接剪切試驗(yàn):優(yōu)點(diǎn):直剪儀構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便,并符合某些特定條件.缺點(diǎn):①剪切過程中試樣內(nèi)的剪應(yīng)變和剪應(yīng)力分布不均勻②剪切面人為地限制在上、下盒的接觸面上，而該平面并非是試樣抗剪最弱的剪切面③剪切過程中試樣面積逐漸減小,且垂直荷載發(fā)生偏心，但計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)卻按受剪面積不變和剪應(yīng)力均勻分布計(jì)算④不能嚴(yán)格控制排水條件，因而不能量測(cè)試樣中的孔隙水壓力⑤根據(jù)試樣破壞時(shí)的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力，雖可算出大、小主應(yīng)數(shù)值，但中主應(yīng)力無(wú)法確定.三軸壓縮試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn):試樣制備和試驗(yàn)操作比較復(fù)雜，試樣中的應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)匀徊粔蚓鶆?優(yōu)點(diǎn):①試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣的排水條件，準(zhǔn)備測(cè)定試樣在剪切過程中孔隙水壓力變化，從而可定量獲得土中有效應(yīng)力的變化情況②與直剪試驗(yàn)對(duì)比起來，試樣中的應(yīng)力狀態(tài)相對(duì)地較為明確和均勻，不硬性指定破裂面位置③除抗剪強(qiáng)度指標(biāo)外，還可測(cè)定如土的靈敏度、側(cè)壓力系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)等力學(xué)指標(biāo).18三種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法分別介紹及適用范圍：①固結(jié)不排水剪②不固結(jié)不排水剪③固結(jié)排水剪1擋土墻的土壓力:擋土墻后填土因自重或外荷載作用對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力.2土壓力:①主動(dòng)土壓力:當(dāng)擋土墻向離開土體方向偏移至墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力.用Ea表示②被動(dòng)土壓力:當(dāng)擋土墻在外力作用下，向土體方向偏移至墻體后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力.用Ep表示③靜止土壓力：當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng),墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力.用E。表示3郎金應(yīng)用條件:擋土墻墻背面豎直光滑、填土面水平.4庫(kù)倫土壓力理論基本假設(shè)條件及適用條件：基本假設(shè)：①墻后填土是理想的散粒體②滑動(dòng)破裂面為通過墻踵的平面③墻背與滑裂面間的滑動(dòng)土梁為一剛性體，本身無(wú)變形.適用條件：適用于砂土和碎土填料的檔土計(jì)算，可考慮墻背傾斜、填土面傾斜以及墻背與填土間的摩擦等多種因素影響.5擋土墻類型選擇:重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、錨定板及錨、桿式擋土墻6建筑基地在荷載作用下的破壞形式:①整體剪切破壞②局部剪切破壞③沖剪破壞7淺基礎(chǔ)的類型:擴(kuò)展基礎(chǔ)，聯(lián)合基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)、柱下十字交叉基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、殼體基礎(chǔ)8基礎(chǔ)埋置深度:室外設(shè)計(jì)地面到基礎(chǔ)底面的垂直距離.基礎(chǔ)宜埋置在地表以下，其最小深為0.5m，且基礎(chǔ)頂面宜低于室外設(shè)計(jì)地面0.1m. 選擇基礎(chǔ)埋深時(shí)應(yīng)考慮的的幾個(gè)主要因素：①建筑結(jié)構(gòu)條件與場(chǎng)地環(huán)境條件②工程地質(zhì)條件③水文地質(zhì)條件④地基凍融條件 地基承載力:地基承擔(dān)荷載的能力.9地基承載力特征值:正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)的地基承載力.10地基承載力特征值的確定:①按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定②按地基荷載試驗(yàn)確定③按地基規(guī)范承載力表確定11軟弱下臥層:在持力層下，成層土地基受力范圍內(nèi)，承載力顯著低于持力層的高壓縮性土層.12地基變形特征一般分為：①沉降量:指基礎(chǔ)基點(diǎn)的沉降值②沉降差:一般指相鄰柱基中點(diǎn)的沉降量之差③傾斜:指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差的比值④局部?jī)A斜:指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6-10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值 相對(duì)剛度：“上部結(jié)構(gòu)+基礎(chǔ)”與地基之間的剛度比13結(jié)構(gòu)絕對(duì)柔性:當(dāng)結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度為零. 倒梁法:認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)是剛性的,各柱之間沒有沉降差異，因而可把柱腳視為條形基礎(chǔ)的鉸支座，支座間不存在相對(duì)的豎向位移。14倒梁法出現(xiàn)誤差時(shí)的調(diào)整方法：實(shí)踐中有采用“基底反力局部調(diào)整法”，即：可將支座處的不平衡力均勻分布在本支座兩側(cè)各1/3跨度范圍內(nèi)，從而將地基反力調(diào)整為臺(tái)階狀，再按倒梁計(jì)算出內(nèi)力后疊加。15減輕不均勻沉降損害的措施：建筑措施:①建筑物體型力求簡(jiǎn)單②控制建筑物長(zhǎng)高比及合理布置縱橫墻③設(shè)置沉降縫④控制相鄰建筑物基礎(chǔ)的間距⑤調(diào)整建筑物的局部標(biāo)高 結(jié)構(gòu)措施:①減輕建筑物自重②設(shè)置圈梁③減小或調(diào)整基底附加壓力④增加上部結(jié)構(gòu)剛度或采用非敏感性結(jié)構(gòu) 施工措施16樁基由基樁和承臺(tái)構(gòu)成. 深基礎(chǔ)主要有樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、墩基礎(chǔ)、和地下連續(xù)墻等幾種類型.17樁的分類:①按承載性狀分類：摩擦型樁和端沉型樁？②按施工方法分類：預(yù)制樁、灌注樁③按樁的設(shè)置效應(yīng)分類：非擠土樁、部分?jǐn)D土樁、擠土樁 摩擦樁:樁頂極限荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承擔(dān)，樁端阻力可忽略不計(jì). 單樁的破壞模式:屈曲破壞、整體剪切破壞、刺入破壞18負(fù)摩阻力：樁土之間相對(duì)位移的方向決定了樁側(cè)摩阻力的方向，當(dāng)樁周土層相對(duì)于樁側(cè)向下位移時(shí),樁側(cè)摩阻力方向向下 在下列情況下考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力:①在軟土地區(qū)，大范圍地下水位下降，使樁周土中有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致樁側(cè)土層沉降②樁側(cè)地面承受局部較大的長(zhǎng)期荷載，或地面大面積堆載時(shí)③樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土層、液化土層進(jìn)入相對(duì)較硬土層時(shí)④凍土地區(qū)，由于溫度升高而引起樁側(cè)土的缺陷 單樁豎向承載力的確定：①按材料強(qiáng)度確定②按單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)確定③按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定④按經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定⑤按靜力觸探法確定19群樁效應(yīng):密集的樁所造成的對(duì)水動(dòng)力性能的影響或樁土體系間的相互影響.20樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟:①進(jìn)行調(diào)查研究，場(chǎng)地勘測(cè)、收集有關(guān)資料②綜合勘察報(bào)告、荷載情況、使用要求、上部結(jié)構(gòu)條件等確定樁基持力層③選擇樁材,確定樁的類型、外形尺寸和構(gòu)造④確定單樁承載力特征值⑤根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載情況，初步擬定樁的數(shù)量和平面布置⑥根據(jù)樁的平面布置，初步擬定承臺(tái)的輪廓尺寸及承臺(tái)底標(biāo)高⑦驗(yàn)算作用于單樁上的豎向和橫向荷載⑧驗(yàn)算承臺(tái)尺寸及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度⑨必要時(shí)驗(yàn)算樁基的整體承載力和沉降量，當(dāng)樁端下有軟弱下臥層時(shí)，驗(yàn)算軟弱下臥層的地基承載力21沉井基礎(chǔ):一種利用人工或機(jī)械方法清除井內(nèi)土石,并借助自重或添加壓重等措施克服井壁摩阻力逐節(jié)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再澆筑混凝土封底并填塞井孔,成為建筑物基礎(chǔ)的井筒狀構(gòu)筑物.22地下工程:包括隧洞、地下空間等建筑物的工程23基坑工程:是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的巖土工程，既涉及土力學(xué)中典型的強(qiáng)度、穩(wěn)定、與變形的問題，又涉及土與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用以及場(chǎng)地的工程、水文地質(zhì)等問題，同時(shí)還與計(jì)算技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、施工技術(shù)等密切相關(guān).24地基處理:對(duì)建筑物和設(shè)備的基礎(chǔ)下的受力層進(jìn)行提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性的強(qiáng)化處理.25地基處理的目的:采取切實(shí)有效的處理方法，改善地基土的工程性質(zhì)，使其滿足工程建設(shè)的要求26地基處理的方法:①碾壓及夯實(shí):重錘夯實(shí)，機(jī)械碾壓，動(dòng)壓實(shí)，強(qiáng)夯發(fā)②換填墊層:砂石墊層，素土墊層，灰土墊層，礦渣墊層③排水固結(jié):天然地基預(yù)壓，砂井預(yù)壓，塑料排水帶預(yù)壓，真空預(yù)壓，降水預(yù)壓④振密擠密:振沖擠密，灰土擠密樁，砂石樁，石灰樁,爆破擠密⑤置換及拌入：振沖置換，深層攪拌，高壓噴射注樁，石灰樁等⑥加筋:土工合成材料加筋，錨固，樹根樁,加筋土⑦其他:灌漿，凍結(jié)，托換技術(shù)，糾偏1說明土的天然重度…大小:天然重度、飽和重度、浮重度和干重度分別表示單位體積的土分別在天然、飽和、濕潤(rùn)、干燥狀態(tài)下的重量，它們反映了土在不同狀態(tài)下質(zhì)量的差異.飽和重度〉天然重度〉干重度〉浮重度2反映無(wú)黏性土密 何應(yīng)用得并不廣泛？指標(biāo):孔隙比、最大孔隙比、最小孔隙比優(yōu)點(diǎn):判斷密實(shí)度最簡(jiǎn)便的方法是用孔隙比e來描述，但e未能考慮級(jí)配的因素，故引入密實(shí)度.應(yīng)用不廣泛的原因:天然狀態(tài)砂土的孔隙比e值難測(cè)定,此外按規(guī)程方法室內(nèi)測(cè)定孔隙比最大值和3土的自重應(yīng)力......有何影響，如何計(jì)算？均質(zhì)土的自重應(yīng)力沿水平面均勻分布，且于深度Z成正比，即隨深度呈線性增加.地下水位升高則土的自重應(yīng)力減小，反之則增加.計(jì)算即減去水的自重應(yīng)力.4剛性基礎(chǔ).....基底壓力？剛性基礎(chǔ):剛度較大，基底壓力分布隨上部荷載的大小、基礎(chǔ)的埋深及土的性質(zhì)而異.5如何計(jì)算基底附加壓力....去基底自重應(yīng)力？土的自重應(yīng)力一般不引起地基變形，只有新增的建筑物荷載，即作用于地基表面的附加壓力，才是使地基壓縮變形的主要原因.6什么是土的抗剪....為什么？定義:是指土體抵抗剪切破壞的極限能力.土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo):土的黏聚力和土的內(nèi)摩擦角.抗剪強(qiáng)度的來源:①無(wú)粘性土:來源于土粒間的摩擦力.②粘性土:除內(nèi)摩擦力外，還有內(nèi)聚力.對(duì)一定的土類，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也并非常數(shù)值，均因試驗(yàn)方法和土樣的試驗(yàn)條件等的不同而異，同時(shí)，許多土類的抗剪強(qiáng)度線并非都呈直線狀，隨著應(yīng)力水平有所變化.7何謂土的極限平衡狀態(tài)......表達(dá)式.當(dāng)土體中某點(diǎn)任一平面上的剪應(yīng)力等于抗剪強(qiáng)度時(shí)，將該點(diǎn)即瀕于破壞的臨界狀態(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”8土壓力有哪幾種...?.最主要的因素是什么？土壓力類型:主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、靜止土壓力.最主要因素:①擋土墻的位移方向和位移量②土的類型特定不同③墻體的形態(tài)不同④墻后土體的排水狀態(tài)9試闡述主動(dòng)土壓力.......并比較三者數(shù)值大小?①主動(dòng)土壓力:擋土結(jié)構(gòu)物向離開土體的方向移動(dòng)，致使側(cè)壓力逐漸減小至極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力②被動(dòng)土壓力:擋土結(jié)構(gòu)物向土體推移，致使側(cè)壓力逐漸增大至被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力③靜止土壓力:土體在天然狀態(tài)時(shí)或擋土結(jié)構(gòu)物不產(chǎn)生任何移