土力學與地基處理基礎知識

1、土力學土力學土 的 物 理 性 質 及 分 類地 基 沉 降土 的 抗 剪 強 度邊 坡 穩(wěn) 定土 力 學分類指標名稱符號量綱測定方法備注物理指標土體天然重度kN/m3環(huán)刀法顆粒比重Gs-比重瓶法含水率w%烘干法土力學土力學分類指標名稱符號量綱測定方法備注物理指標液限Wl%落錐法或碟式儀法適用于粘性土塑限Wp%搓條法適用于粘性土有效粒徑d10mm砂土用篩分法粘土用比重計法在顆分粒徑級配曲線上定出限定粒徑d60mm壓實性指標最優(yōu)含水率Wop%擊實試驗在擊實曲線上定出最大干密度 maxmaxkN/m3土力學土力學分類指標名稱符號量綱測定方法備注滲 透性指標滲透系數Kcm/s砂土可直接測定固結系數C

2、v, Chcm2/s固結試驗測定力學性指標變形指標壓縮系數am2/ kN單向壓縮試驗壓縮模量EskN/m2壓縮指數Cc-回彈指數Cs -彈性指數EdkN/m2單向壓縮試驗或三軸壓縮試驗切線模量Et變形模量Eo載荷試驗Chapter 1 Physical Characteristics & classification of Soil第一章第一章 土的物理性質及其分類土的物理性質及其分類第一章 土的物理性質及其分類 重點掌握：一.無粘性土和粘性土的工程性質及其分類方法。工程性質：無粘性土的密實度（e、Dr、N63.5）粘性土的稠度，塑限含水量wp和液限含水量wl，塑性指數Ip和液性指數IL 。二

3、、土的三相比例指標三個基本指標的定義（ ）；換算指標（ ）及其定義。三、了解地基土的工程分類方法1.無粘性土（粗顆粒土），按顆粒含量百分比。2.粉土：指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%、IP10的土。3.粘性土：IP10。粉質粘土1017。sG、Srnesatddsat、第一章 土的物理性質及其分類2四、 地下水1.達西定律(DarcyLaw)2. 動水力：流動的水對單位體積土的骨架作用力。3. 流砂：當動水力GD的數值等于或大于土的浮重度時,砂土隨水流動，稱為流砂。 稱為臨界水力梯度。tiAQktikAtvAQikvwDiGcrii 0Chapter 2 Stress an

4、d subsidence of the Ground第二章第二章 地基的應力和沉降地基的應力和沉降第二章 地基的應力和沉降地基的應力和沉降（地基的沉降計算）分層總和法規(guī)范方法地基固結沉降量地基附加應力計算地基變形參數的確定sEsE第二章 地基的應力和沉降2地基總沉降量由固結沉降、瞬時沉降和次固結沉降三部分組成： 固結沉降計算：掌握土層的變形參數：a、cc、ES 瞬時沉降（彈性變形）次固結沉降（蠕變變形）根據蠕變曲線的變化規(guī)律計算。 sdcssss第二章 地基的應力和沉降3重點掌握：一、地基附加應力計算1.基底附加應力的分布形式：假設為線性分布；2.基底附加應力計算：3.用角點法計算地基中任意點

5、的附加應力二、掌握土的壓縮性1. 壓縮試驗和壓縮性指標的關系：a、cC、ES=（1+e1）/a2. 分層總和計算法：計算中注意的問題：分層（0.4B）、附加應力的確定、計算深度；如果采用變形參數計算應注意e1為自重應力作用下，e2為自重應力和附加應力共同作用下；3. 規(guī)范法dpp00pcziiniiizniiniisiizniheeeheahEsS)1()1(11211111)(1110iiiinisisszzEpSS第二章 地基的應力和沉降4二、掌握應力歷史對地基沉降的影響前期固結壓力(pre-consolidated pressure)超固結 (overconsolidation) 的壓縮

6、曲線正常固結(normally consolidated soil)欠固結(underconsolidated)三.了解太沙基一維固結理論根據孔隙的變化等于水量的變化建立一維固結微分方程：固結度（U）：將某一時刻固結沉降量和最終固結沉降量之比稱為固結度 。ccrSSU Chapter3 Shear Strength of Earth & Bearing apacity of the Ground第三章第三章 土的抗剪強度與地基承載力土的抗剪強度與地基承載力第三章 土的抗剪強度與地基承載力土體的破壞往往是剪切破壞。一. 土的強度理論庫侖抗剪強度理論（Coulombs Equation for s

7、hear strength）：摩爾強度理論（Mohr-Coulombs theory）。土的極限平衡條件無粘性土（cohesionless soil）粘性土(clayey soil, cohesive soil)：)245(2)245()245(2)245(213231tgctgtgctg)245()245(213231tgtgctgtgff第三章 土的抗剪強度與地基承載力2二.抗剪強度指標的確定 直剪試驗（direct shear test）慢剪、固結快剪、快剪）。=100，200，300，400f 三軸壓縮試驗(triaxial compression test; 圍壓3、軸壓1=3+1）

8、特點：在整個試驗過程中，可控制排水并量測孔隙水壓力的大小。不固結不排水試驗（UU）固結不排水試驗（CU）固結排水試驗（Cd） 無側限抗壓強度試驗（Unconfined compression test）3 =0，只能作一個極限應力圓，當 。2 0uufqc 第三章 土的抗剪強度與地基承載力3 十字板剪切試驗(vane shear test)n是一種原位試驗（in situ testing）。屬不排水剪切試驗，其結果與無側限抗壓強度試驗接近。第三章 土的抗剪強度與地基承載力5四.飽和粘性土(Saturated Soil)的抗剪強度UU試驗（軟粘土）CU試驗 正常固結：剪縮 超固結：剪脹產生負的孔

9、隙水壓力 通常有CD試驗，五.抗剪強度指標的選擇用 分析地基長期穩(wěn)定性或透水性，或透水性和排水性較好的地基； ：土的透水性差和排水條件不良的地基；)(21)(21 , 03131ufuC tgCtgCfcuufcuuCC,很接近，與CCdd,，CuuC,第三章 土的抗剪強度與地基承載力7七.地基承載力(Bearing Capacity of Ground)的確定地基承載力：地基承受荷載的能力（容許承載力，極限承載力）。確定方法：荷載試驗；理論計算。1.荷載試驗(Bearing Test ,Loading Plate Test)：地基從變形到失穩(wěn)的發(fā)展過程見圖。臨塑荷載（pcr）臨界荷載(p1/

10、3, p1/4)極限荷載(pu)。第三章 土的抗剪強度與地基承載力82.理論計算（土的強度理論）對條形基礎下土體內的應力進行分析，并根據土的極限平衡條件建立塑性區(qū)計算公式，從而得到臨塑荷載和臨界荷載。假設破裂面的不同形式，用極限平衡法、剛體平衡法進行靜力平衡分析，得到不同的地基承載力計算公式。 太沙基（Terzaghi）k3； Skempton 主要適用于飽和軟粘土、淺基礎和矩形基礎的情況k=1.11.5; Hansen J.B.主要適用于傾斜荷載作用 k2bNCNdNPCNdNPcdcdcr4141Chapter 4 Earth pressure & slope stability第四章第四

11、章 土壓力與土坡穩(wěn)定土壓力與土坡穩(wěn)定第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定（Earth pressure & slope stability）一、三種土壓力（靜止土壓力、主動土壓力、被動土壓力） 1. 靜止土壓力 粘性土：k0=0.50.7； 砂土：k0=0.340.45sin1 000kzK第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定22.朗肯（Rankine）土壓力理論（擋土墻向前位移：密砂=0.5%H；粘土：=12%H。）假設條件：表面水平的半無限土體，處于極限平衡狀態(tài)。適合條件：擋土墻的墻背垂直、光滑；擋土墻后填土面水平。zkaa第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定3主動土壓力 無粘性土： 粘性土： 被動土壓力： 無粘性土： 粘性

12、土： 3.庫侖（Coulomb）土壓力理論（擋土墻向前位移：密砂=5%H；粘土：=10%H）。考慮墻后滑動楔體達到極限平衡狀態(tài)時，用靜力平衡方程解出作用于強背上的土壓力。zkpp)245(2tgKppppkczk2zkaaaaakczk2)245(2tgKa第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定4以無粘性土條件進行推導。WHABCD1N2NRabcaP)(180aZKaHKZHWaPR庫侖土壓力計算圖18.5圖aaKHHE2222221)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定5二、常見情況下的土壓力1.填土表面作用有均布荷載（將均布荷載按豎向荷載計入自

13、重應力）；無粘性土：粘性土：2.墻后填土分層。注意各土層的土壓力系數不同；無粘性土：粘性土：3.粘性土應用土壓力公式：采用等值內摩擦角法（用等值抗剪強度代替粘性土的抗剪強度）qzkaaaaakcqzk2qhhkaa 2211aaakcqhhk 22211ctgtgctgtgctgtgddd1 第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定6三、擋土墻的驗算擋土墻在土壓力作用下產生變形：抗傾覆穩(wěn)定性驗算：抗滑移穩(wěn)定性驗算：地基承載力驗算：四、 土坡穩(wěn)定性分析n當土坡土質均勻，坡度不變，無地下水時，稱為簡單土坡。1.無粘性簡單土坡分析：只要坡面不發(fā)生滑動，土坡就可保持穩(wěn)定。3 . 1滑動力抗滑力Kff2 . 1 )(2

14、1maxminmax5 . 1傾覆力矩抗傾覆力矩tK2 . 11 . 1tgtgTtgNK滑動力抗滑力第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定7.粘性簡單土坡分析：考慮穩(wěn)定的坡角是粘性土的性質指標、c、與土坡高度H的函數，即： ，令N=c/(H)（穩(wěn)定數），查簡單土坡計算圖就可解決計算粘性土簡單土坡的兩類問題：已知粘性土坡的坡角和粘性土指標、C、，求最大允許土坡高度H。已知粘性土土坡高度H和粘性土指標、C、 ，求粘性土的穩(wěn)定坡角。. 圓弧法：土坡失穩(wěn)滑動面呈曲面，通常呈圓弧，即可采用圓弧法計算。Hcf,ABCDOiNiQij1210iT土坡穩(wěn)定分析圓弧法44. 5圖第四章 土壓力與土坡穩(wěn)定8當土坡沿弧AB滑動

15、時可視為土體ABD繞圓心O轉動，取土坡1米長度進行分析?；瑒恿豈T，由滑動土體ABD的自重在滑動方向上的分力產生?？够豈R，由滑動面AB上的摩擦力和粘聚力產生。土坡穩(wěn)定安全系數 (臨時工程，重要工程）滑動圓心的確定。5 . 11 . 1TRMMK滑動力矩抗滑力矩第二部分第二部分(Part Two) 地基勘察淺基礎常規(guī)設計樁基礎深基礎基礎工程基礎工程基礎工程(Foundation Engineering)Chapoter 5 Subsoil Investigation第五章第五章 地基勘察地基勘察第五章 地基勘察n(subsoil investigation)了解、掌握工程勘察方法，尤其是

16、觸探(sounding)的方法靜力觸探(static sounding)：單橋探頭的比貫入阻力 ; 雙橋探頭的比貫入阻力 ; 動力觸探(dynamic sounding)：N63.5標準貫入試驗的錘擊數，N10輕便觸探試驗。APpssfsccFPfAQq Chapter 6 Shallow Foundation Routine Design第六章第六章 淺基礎常規(guī)設計淺基礎常規(guī)設計第六章 淺基礎常規(guī)設計(shallow foundation routine design)1.淺基礎（H5m，采用普通法施工。如一般的擴展基礎、雙柱聯(lián)合基礎）常規(guī)設計：淺基礎體型不大、結構簡單，在計算單個基礎時，一

17、般既不遵循上部結構與基礎的變形協(xié)調條件，也不考慮地基與基礎的相互作用，這種簡化法也經常用于許多連續(xù)基礎的初步設計，特稱為常規(guī)設計。2.淺基礎的基礎類型擴展基礎無筋擴展基礎（剛性基礎）鋼筋混凝土擴展基礎聯(lián)合基礎獨立基礎第六章第六章 淺基礎常規(guī)設計淺基礎常規(guī)設計23.建筑物的安全等級表7.25 建筑物安全等級 安全等級破壞后果建筑類型一級很嚴重重要的工業(yè)與民用建筑物；20層以上的高層建筑；體型復雜的，14層以上的高層建筑；對地基變形有特殊要求的建筑物；單樁承受的荷載在4000KN以上的建筑物二級嚴重一般的工業(yè)與民用建筑物三級不嚴重次要的建筑物第六章第六章 淺基礎常規(guī)設計淺基礎常規(guī)設計34.基礎埋置

18、深度的確定n考慮建筑上的要求；工程地質條件；水文地質條件；地基凍融條件；場地環(huán)境條件。5.地基承載力設計值的確定方法實測數理統(tǒng)計法。按建筑地基基礎設計規(guī)范，對一般工程采用此方法最簡便，應用最廣泛?，F場荷載試驗法。對于一級建筑物或地質條件復雜、土質很不均勻的情況，應采用現場荷載試驗法。理論公式計算法。一級建筑物進行原狀土的三軸壓縮試驗。當地經驗類比法。三級建筑物可根據鄰近建筑物的經驗確定地基承載力。 6. 規(guī)范法地基承載力的修正 5 . 030dbffdbk第六章第六章 淺基礎常規(guī)設計淺基礎常規(guī)設計47. 按地基承載力確定基礎底面尺寸 中心荷載下基礎底面尺寸的確定偏心荷載下基礎底面尺寸的確定中心

19、荷載基礎底面尺寸下增大（1.11.4）倍，再進行驗算或調整。軟弱下臥層的驗算8天然基礎上淺基礎設計內容與步驟初步設計基礎的結構型式、材料與平面布置；確定基礎的埋置深度d；計算地基基礎承載力標準值fk加深度修正f；fp dfFAG第六章第六章 淺基礎常規(guī)設計淺基礎常規(guī)設計5根據作用在基礎頂面荷載N和地基承載力f，計算基礎的底面積，并設計基礎的長度與寬度。若寬度b3m，則地基承載力還需進行寬度修正，利用修正后的值f，再次計算基礎的最終底面積；設計基礎高度與剖面形狀（若為剛性基礎，基礎高度由剛性角確定）； 若地基持力層下部存在軟弱土層時，則需驗算軟弱下臥層的承載力； 一級建筑物和部分二級建筑物應計算地基的變形；基礎細部結構和構造設計；繪制基礎施工圖。9. 防止不均勻沉降對建筑結構損害的措施建筑措施結構措施施工措施Chapter7 Pile-supported footing & deep foundation第七章第七章 樁基礎與深基礎樁基礎與深基礎第七章第七章 樁基礎與深基礎樁基礎與深基礎（pile-supported footing & deep foundation）1.樁基礎的類型和分類2.單樁軸向荷載的傳遞（P312）樁身軸力和截面位移zzppzdzNEAs01第七章第七章 樁基礎與深基礎樁基礎與深基礎