土力學調研報告

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一、課題的來源及意義：

由于土具有壓縮性，有效應力的變化必然伴隨著土體的變形，導致基礎的沉降。建筑物基礎的沉降除了與建筑物在地基中所引起的附加應力有關以外，還與土的壓縮性、土的種類、各層土的厚度有關。

如果建筑物基礎的沉降量或不均勻沉降超出其容許值，建筑物可能出現(xiàn)傾斜、開裂等工程事故，影響正常使用。因此，進行建筑物地基基礎設計時，必須根據建筑物的情況和勘探實驗資料，計算基礎可能發(fā)生的沉降量和不均勻沉降，并設法將其控制在建筑物容許范圍之內。土的壓縮性研究和地基沉降計算由此進入人們的視野。

沉降計算及預測是地基處理的重要內容，公路或其他地基處理的每一個環(huán)節(jié)都與沉降計算及預測息息相關。在設計階段，變形的大致估算或預測是選擇和確定處理方法的依據;在施工階段，變形預測是采用超載等處理手段的決策基礎;在工后階段，沉降預測是評價軟基處理質量的主要指標及制訂維修養(yǎng)護計劃的重要參考。

二、國內外發(fā)展狀況：

現(xiàn)有的土木工程問題都可歸納為三大課題，即強度課題、變形課題和穩(wěn)定課題，房屋建筑的地基沉降計算便是變形課題。評價一個地基基礎設計或土工構筑物設計是否適用，常常需要估算建筑物下面的基土由于靜荷載作用所引起的豎向位移。任何建筑物只能允許有限的移動，工程實踐表明，大多數(shù)地基事故皆由地基變形過大而不均勻所造成，所以正確計算和控制基礎的差異沉降和總沉降使其不超過容許值是至關重要的。近年來，人們對土力學的諸多方面的研究都有突破，但對地基變形的研究卻少有進展。

從規(guī)范的修訂歷程來看，建筑物的地基變形允許值并無太多變化，但涉及到變形驗算的建筑物范圍加大了。重要的、有紀念性的大型房屋或構筑物和對地基有特殊要求的建筑物應進行變形驗算，一般房屋建筑，只在容許承載力滿足了設計要求，就意味著穩(wěn)定和變形也滿足了。因為規(guī)范定義的容許承載力系指在保證地基穩(wěn)定的條件下，房屋和構筑物的沉降量不超過容許值的地基的地基承載力。把強度、變形、穩(wěn)定混為一談是本規(guī)范的不足之處?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》（gbj7—2011）中規(guī)定，安全等級為一級的所有建筑及安全等級為二級的部分建筑應進行變形驗算，對于一部分中、小房屋，當采用地基承載力標準值設計基礎面積及埋深后，其變形亦同時可滿足要求時才不進行變形驗算，明確了按變形設

計的原則。

規(guī)范中把承載力標準值定義為系按標準方式試驗并經過統(tǒng)計處理的數(shù)值，把承載力標準值、地基沉降計算值及地基穩(wěn)定生評價區(qū)分開來作為硬性指標來評價某些建筑物的適用性，應該說比先前的規(guī)范進步了。新修訂的《建筑地基基礎設計規(guī)范》（gb5007—2011）中規(guī)定，地基基礎設計等級為甲、乙級的建筑物，均應按地基變形設計，部分丙級建筑物也應作變形驗算，充分體現(xiàn)了地基設計按變形設計的原則。規(guī)范中地基承載力特征值指由載荷試驗測定的地基土壓力—變形曲線線性變形段內規(guī)定的變形所對應的壓力值，其最大值為比例界限?？梢姷鼗休d力特征值只是在特定條件下保證地基不發(fā)生強度破壞的一個值，而地基變形則變成影響房屋建筑正常使用的一個關鍵指標。

從規(guī)范的修訂歷程，還可以看出用載荷板試驗確定承載力的微妙變化：tj7—74規(guī)范是以按土的物理力學指標查表確定為主，用載荷板試驗確定為輔；用載荷板試驗確定容許承載力時，對低壓縮性土取比例界限值為容許承載力，對中、高壓縮性土取沉降與壓板寬度之比為0.02時所對應的壓力為容許承載力；gbj7—89規(guī)范是以用載荷板試驗確定為主，以按土的物理力學指標查表確定為輔。gb5007—2011規(guī)范突出了強調了原位測試試驗，取消了按土的物理力學指標查表確定的方法，說明了規(guī)范朝著科學的方向邁出了一大步。由此可見，建筑物的沉降量計算的控制問題已越來越引起人們的重視。

隨著各國建設水平的不斷提高，人們逐漸認識到，地基沉降計算仍然有用假定一維壓縮、柔性基礎、采用附加應力計算的傳統(tǒng)“分層總和法”已經不能滿足工程建設的需要，因為現(xiàn)實的深基坑對回彈再壓縮變形、基礎剛度、超補償設計、地基基礎相互作用等問題必須予以考慮，所以考慮地基土單元體處于三向應力狀態(tài)的實際條件，并計入地基土分層、基礎形狀、基礎剛度等因素對沉降的影響的計算方法應是主流方向。歐洲規(guī)范（eurocode）即是在此基礎上按彈性理論求解獲得計算公式。上文提到的我國有三本規(guī)范使用修正的葉果洛夫方法也是按此方向做出的努力。另外，工程經驗體現(xiàn)了一個地區(qū)的建設特點，是理論分析不能解釋和取代的，注重積累并進行反演分析會不斷完善土力學理論。

三、本課題的研究目標和方法：

與金屬等其它連續(xù)介質材料不同，土受壓力作用后的壓縮并非瞬間完成，而是隨時間逐步發(fā)展并趨穩(wěn)定的。土體壓縮隨時間發(fā)展的這一現(xiàn)象或過程稱為固結。因此，土的壓縮和固結是密不可分的，壓縮是土固結行為的外在表現(xiàn)，而固結是土壓縮的內在本質。

關于現(xiàn)今的幾種研究計算方法，作簡單描述。

綜合國內外有關資料，天然地基淺基礎的沉降計算方法可分為如下幾種。

1.分層總和法

其含義是將地基分為若干個水平土層，各土層的厚度分別為h1，h2，h3，"，hn。s1，s2，s3"，sn。然后累計起來，即為地基總的沉降量s。

s=s1+s2+s3+"sn

分層總和法是工程中使用最多的沉降計算方法，其基本原理是先求出地基土的豎向應力，然后利用室內壓縮試驗測出的壓縮曲線、壓縮指標、壓縮系數(shù)或壓縮模量計算分層沉降量然后再對其求和。其中e-lgp曲線法能夠考慮地基土的應力歷史，分別計算正常固結土、超固結土和欠固結土情況下路基土的最終固結沉降量。

分層總和法計算的沉降值一般與實測值不大一致，主要原因是：

一、分層總和法計算所做的幾點假定與土體的實際情況不完全符合;

二、土的壓縮性指標、試樣的代表性、取原狀土的技術及試驗手段的精確度都存在一些問題。

三、軟土一般都具有明顯的流變特性，分層總和法沒有考慮到由于流變而引起的附加沉降量。這些計算方法所采用的計算參數(shù)都是在完全側限條件下測到的，沒有考慮土的側向變形的影響，故而計算結果會有一定的偏差。

2.三維沉降計算方法

地基土在荷載作用下實際上是處于三向應力狀態(tài)，其沉降除包括豎向壓縮變形外，側向變形引起的沉降也是不可忽視的，尤其在軟土地基中，高含水量和流變特性使側向變形引起的沉降在地基總沉降中占有相當大的比重。所以對于軟土地基一般情況下都是考慮三維條件下的沉降變形。

除近代隨著計算機發(fā)展興起的有限單元法能夠全面的考慮地基土的三維受力狀態(tài)外，現(xiàn)有的三維沉降計算方法大致可分為三類：第一種是在計算沉降時假定地基土體為各向同性彈性體，從彈性理論的應力應變關系出發(fā)計算沉降變形量，如黃文熙三維壓縮法;第二種是利用室內試驗模擬出三維應力的影響，根據試驗所得參數(shù)計算沉降量，如lambe的應力路徑法，司開普頓一比倫的半經驗法;還有一種方法就是將一維沉降計算結果乘上一個經驗修正系數(shù)來反映側向變形對最終沉降量的影響，如我國《建筑地基基礎設計規(guī)范》推薦沉降計算方法，經驗系數(shù)是通過大量實測資料統(tǒng)計分析后得到的一個范圍值。

3.有限單元法

當由于荷載所引起的附加應力在整個土層內變化特別明顯，以致于壓縮模量不能假定為恒值時，采用線性彈性理論就不合適了，在這種情況下，可以利用數(shù)值方法如有限單元來來進行分析，這個方法能考慮模量隨深度以及橫向位置而變化，雖然這個方法已取得相當成功，但由于模型參數(shù)的確定和計算工作量較大，

并且這種方法目前所積累的技術儲備較少，因此還不適用于常規(guī)設計。其主要計算步驟是：

（1）把荷載或者位移增量應用于地基分析中，然后用室內試驗得到的初始模量進行一次線性有限元分析；

（2）根據步驟（1）所確定的應力狀態(tài)以及室內獲得的模量與應力水平的相關資料，再計算各個結點的模量；

（3）按照修正后的模量值，再重新計算應力狀態(tài)，然后重復步驟（2），并得到第二次修正了的應力狀態(tài)。重復進行上述計算過程，直到滿足收斂性要求。

4.反分析法計算沉降量

反分析法是根據工程現(xiàn)場實測的位移信息反演確定出各類未知參數(shù)，然后利用反演求出的參數(shù)再計算沉降量的方法。通過位移反分析方法進行地基沉降變形預測國內外已進行了廣泛的研究。在本構模型方面，反分析法已經由彈性模型發(fā)展到了彈塑性和粘彈塑性模型，彈塑性和粘彈塑性位移反分析方法的理論發(fā)展很快，但實寄應用上存在許多困難，主要是隱式非線性問題只能用直接法確定最優(yōu)參數(shù)值，效果不佳。進行反分析計算需要可靠和完整的觀測數(shù)據，反算某些參數(shù)時應對其他一些輔助參數(shù)要進行實測或者估計。進行反分析首先要對整個反分析數(shù)學模型做某種假定，這些假定的合理與否將直接影響反分析結果的準確性，在模型選擇、介質特性假定等方面，經驗的工程判斷將會起到重要作用。這樣以來就會在無形中給反分析法計算地基沉降量帶來一些人為因素引起的誤差。

如果說外荷載（附加應力）是引起地基變形的外因，那么土具有壓縮性就是地基變形的根本內因。因此，研究土的壓縮性是合理計算地基變形的前提，也是土力學中重要的研究課題之一。而研究地基的沉降和具體的沉降計算，可以把實驗室中土的壓縮性研究結論應用到實踐中去，強化并檢驗實驗室中的研究成果。同時，因為地基沉降計算在工程中的重要地位，探究并改善地基沉降計算方法也是土建共同的大課題，也可以幫助我們強化所學知識，實踐理論結合才是。

四、本文的探究方法

本文試著在實驗室對工程實地的軟粘土進行進行控制含水率為變量和控制干密度為變量的逐級加載的壓縮試驗，探究干密度、含水率對土體壓縮性質的影響，同時觀測記錄變形量并根據經驗公式計算相關的沉降指標，然后繪制對應的圖像，擬合公式并應用到工程實例中來初步計算沉降量。

五、試驗任務和進度安排

詳見任務書和進度表

參考文獻

[1]基礎工程手冊.錢鴻縉，葉書麟等譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983

[2]i.k.lee，w.white，o.g..ingles.巖土工程，俞調梅，葉書麟等譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986

[3]韓煊.葉果洛夫.沉降計算方法及其應用的中的幾個問題.工程勘察，2003（1）

[4]錢家歡，殷宗澤.土工原理與計算.北京：中國水利水電出版社，1996

[5]陳中頤，周景星，王洪瑾，土力學，清華大學出版社，2003

[6]徐永福，傅德明.非飽和土結構強度的研究[j].工程力學，1999，16（4）：73-77.

[7]林鵬，許鎮(zhèn)鴻，徐鵬，等.軟土壓縮過程中固結系數(shù)的研究[j].巖土力學，2003，24（1）：2－3.

[8]龔曉南.高等土力學[m].杭州：浙江大學出版社，1996.

[9]溫介邦.考慮應力歷史影響的成層地基一維固結理論研究[d].杭州：浙江大學，2007.

[10]林鵬，許鎮(zhèn)鴻，徐鵬，等.軟土壓縮過程中固結系數(shù)的研究[j].巖土力學，2003，24（1）：2－3.

[11]土工試驗方法標準（gb/t50123-1999）[s].北京：中國計劃出版社，1999.

[12]土工試驗規(guī)程（sl237-1999）[s].北京：中國水利水電出版社，1999.

[13]公路土工試驗規(guī)程（jtj051-93）[s].北京：人民交通出版社，1993.

[14]陳希哲.土力學地基基礎（第4版）[m].北京：清華大學出版社，2004.

[15]基礎工程手冊.錢鴻縉，葉書麟等譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.

[16]blight，eractionsbetweentheatmosphereandtheearth.

géotechnique，47（4）：715–767.1997.

[17]bowles，j.e.foundationanalysisanddesign.5thed.，international

edition.mcgraw-hillcompanies.1997.

第二篇：土力學總結一、名詞解釋

1.最優(yōu)含水率。在擊數(shù)一定時，當含水率較低時，擊實后的干密度隨著含水率的增加而增大；而當含水率達到某一值時，干密度達到最大值，此時含水率繼續(xù)增加反而招致干密度的減小。干密度的這一最大值稱為最大干密度，與它對應的含水率稱為最優(yōu)含水率。

2.靜止側壓力系數(shù)。土體在無側向變形條件下，側向有效應力與豎向有效應力之比值。

3.抗剪強度。土體抵抗剪切變形的最大能力或土體頻臨剪切破壞時所能承受的最大剪應力稱為土的抗剪強度。

4.主動土壓力。當擋土墻離開填土移動，墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力。

5.允許承載力：地基頻臨破壞時所能的基底壓力稱為地基的極限承載力，將土中的剪切破壞區(qū)限制在某一區(qū)域范圍內，視地基土能承受多大的基底壓力，此壓力即為允許承載力。容許承載力等于極限承載力除以安全系數(shù)。管涌：管涌是滲透變形的一種形式.指在滲流作用下土體中的細土粒在粗土顆粒形成的空隙中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象.被動土壓力：當擋土墻向沿著填土方向轉動或移動時，隨著位移的增加墻后受到擠壓而引起土壓力增加，當墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時增加到最大值，作用在墻上的土壓力稱為被動土壓力。土：是各類巖石經長期地質營力作用風化后的產物，是由各種巖石碎塊和礦物顆粒組成的松散集合體。

粒組。將工程性質相似，顆粒大小相近的土粒歸并成組，按其粒徑大小分成若干組別，稱為粒組。

土的結構。指組成土的土粒大小、形狀、表面特征，土粒間的連結關系和土粒的排列情況，其中包括顆?；蚣象w間的距離、孔隙大小及其分布特點。

塑性指數(shù)。粘性土中含水量在液限與塑限兩個稠度界限之間時，具有可塑性，且可塑性的強弱可由這兩個稠度界限的差值大小來反映，這差值就稱為塑性指數(shù)ip。即

滲透系數(shù)：反映土的透水性能的比例系數(shù)，是水力梯度為1時的滲透速度，其量綱與滲透速度相同。其物理含義是單位面積單位水力梯度單位時間內透過的水量。角點法：利用角點下的應力計算公式和應力疊加原理推求地基中任意點的附加應力的方法稱為角點法。

側限壓縮模量。土在完全側限條件下，豎向附加應力σz與相應豎向應變εz之比值，即es=σz/εz。

附加應力。在外荷作用下，土體中各點產生的應力增量。

基底壓力?；A底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，由于基底壓力作用于基礎與地基的接觸面上，故也稱基底接觸壓力。

平均固結度。土層發(fā)生滲流固結，在某一時刻t，土層骨架已經承擔起來的有效應力對全部附加壓應力的比值，稱為土層的平均固結度。

極限承載力：地基從局部剪損破壞階段進入整體破壞階段，即將喪失穩(wěn)定性時的基底壓力。臨界荷載：塑性區(qū)最大深度限制在基礎寬度的四分之一（或三分之一）時相應的基底壓力。容許承載力：地基穩(wěn)定有足夠的安全度，并且變形控制在建筑物的容許范圍內時，單位面積所能承受的最大荷載

應力。

庫侖定律：當土所受法向應力不很大時，土的抗剪強度與法向應力可近似用線性關系表示，這一表征土體抗剪強度與法向應力的公式即為庫侖定律表達式

式中：c-內聚力，υ-內摩擦角，σ-法向應力，τf-抗剪強度。固結不排水試驗：施加周圍壓力，打開排水閥門，允許排水固結，固結完成后關閉排水閥門，再施加豎向壓力，使試樣在排水的條件下剪切破壞的三軸壓縮試驗

二、是非題（每題1分）1.附加應力大小只與計算點深度有關，而與基礎尺寸無關。（×）2.完全飽和土體，含水量w=100％

（×）

3.固結度是一個反映土體固結特性的指標，決定于土的性質和土層幾何尺寸，不隨時間變化。（×）4.飽和土的固結主要是由于孔隙水的滲透排出，因此當固結完成時，孔隙水應力全部消散為零，孔隙中的水也全部排干了。（×）5.土的固結系數(shù)越大，則壓縮量亦越大。（×）6.擊實功能（擊數(shù)）愈大，土的最優(yōu)含水率愈大。（×）

7.當?shù)叵滤挥傻孛嬉韵履骋簧疃壬仙降孛鏁r地基承載力降低了。（√）

8.根據達西定律，滲透系數(shù)愈高的土，需要愈大的水頭梯度才能獲得相同的滲流速度。（×）9.三軸剪切的cu試驗中，飽和的正常固結土將產生正的孔隙水應力，而飽和的強超固結土則可能產生負的孔隙水應力。

（√）10.不固結不排水剪試驗得出的值為零（飽和粘土）。

（√）

三、填空題（每題3分）1.土的結構一般有（單粒結構）（蜂窩狀結構）和（絮狀結構）等三種，其中（絮狀結構）是以面～邊接觸為主的。

2.常水頭滲透試驗適用于（透水性強的無粘性土），變水頭試驗適用于（透水性差的粘性土）。

3.在計算矩形基底受豎直三角形分布荷載作用時，角點下的豎向附加應力時，應作用兩點，一是計算點落在（角點）的一點垂線上，二是b始終指（寬度）方向基底的長度。

4.分析土坡穩(wěn)定的瑞典條分法與畢肖甫法其共同點是（假設滑動面是圓弧面）、（假定滑動體為剛體），不同點是（條分法不考慮條間力）。

5.地基的破壞一般有（整體剪切破壞）、（局部剪切破壞）和（沖剪破壞）等三種型式，而其中（整體剪切）破壞過程將出現(xiàn)三個變形階段

。

1、無粘性土的性質主要取決于顆粒的粒徑和級配。

2、用三軸試驗測定土的抗剪強度指標，在其它條件都相同的情況下，測的抗剪強度指標值最大的是固結排水剪切試驗，最小的是不固結不排水剪切試驗。

3、評價粗顆粒土粒徑級配的指標有不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)。

4、τf表示土體抵抗剪切破壞的極限能力，當土體中某點的剪應力τ=τf時，土體處于極限平衡狀態(tài)；τ>τf時，土體處于破壞狀態(tài)；τ0，需判定下層土是否出現(xiàn)拉應力區(qū)

下層土無拉應力區(qū)

b點交界面上：pa1=r1h1ka1=16×3×tg230=16kpa（2分）b點交界面下：pa2=r1h1ka2－2c2=16×3×tg228-2×8×tg28=5.1kpa（2分）c點：pa3=（r1h1＋r2h2）ka2－2c2（2分）=（16×3＋20×7）×tg228-2×8×tg28=44.6kpapa=0.5×3×16＋0.5×7×（5.1+44.6）=197.95kn/m（2分）

1、某土樣重180g，飽和度sr=90%，相對密度為2.7，烘干后重135g。若將該土樣壓密，使其干密度達到1.5g/cm3。試求此時土樣的天然重度、含水量、孔隙比和飽和度。（10分）解：由已知條件可得原土樣的三相數(shù)值為：m=180gms=135gmw=180－135=45gvs=135/2.7=50cm3vw=45cm3vv=45/0.9=50cm3v=50＋50=100cm3土樣壓密后的三相數(shù)值為：v=135/1.5=90cm3vv=90－50=40cm3vw=40cm3mw=40gm=135＋40=175gγ=175/90×10=19.4kn/m3w=40/135×40%=30%e=40/50=0.8sr=40/40×100%=100%

4、已知某樁基礎，樁的截面尺寸為300㎜×300㎜，樁長8.5m，根據靜載荷試驗的s－logt曲線確定極限荷載為600kn，其它條件如圖所示，試驗算單樁承載力是否滿足要求。（14分）解：（1）確定單樁承載力rk按靜載荷試驗：rk=600/2=300kn按經驗公式：rk=qpap＋up∑qsilsi

=1800×0.32＋4×0.3×（1×12＋4.9×10＋1.6×25＋1×35）=325.2kn所以取小值，rk=300kn（2）單樁平均軸向力驗算：

每樁受力：q=（n＋g）/n=（2130＋2.3×2.6×1.5×20）/8=2309.4/8=288.68kn塊狀（b）塊狀>板狀>柱狀（c）塊狀>柱狀>板狀（d）板狀>塊狀>柱狀

9、不同形式的結構體對巖體穩(wěn)定性的影響程度由大到小的排列次序為（a）聚合型結構體>方形結構體>菱形結構體>錐形結構體（b）錐形結構體>菱形結構體>方形結構體>聚合型結構體（c）聚合型結構體>菱形結構體>文形結構體>錐形結構體（d）聚合型結構體>方形結構體>錐形結構體>菱形結構體

10、巖體結構體是指由不同產狀的結構面組合圍限起來，將巖體分割成相對的完整堅硬的單無塊體，其結構類型的劃分取決于（a）結構面的性質（b）結構體型式（c）巖石建造的組合（d）三者都應考慮

1、a

2、c

3、c

4、a

5、d

6、a

7、c

8、b

9、a

10、d選擇題

1、在我國工程巖體分級標準中，軟巖表示巖石的飽和單軸抗壓強度為。（a）15~30mpa（b）10，反映土的什么性質。土力學中的土中水包括哪幾種。結合水有何特性。固態(tài)水對工程有何影響。土的物理性質指標有哪些。其中哪幾個可以直接測定。常用測定方法是什么。無粘性土最主要的物理狀態(tài)指標是什么。用孔隙比e、相對密度d，和標準貫入試驗錘擊數(shù)n來劃分密實度各有何優(yōu)缺點。７.８.粘性土最主要的物理特征是什么。何謂液限。如何測定。何謂塑限。如何測定。已知甲土的含水量w1大于乙土的含水量w2，試問甲土的飽和度sr1是否大于乙土的飽和度Ｓr2。９.下列土的物理指標中，哪幾項對粘性土有意義，哪幾項對無粘性土有意義。①粒徑級配；②