土力學(xué)(全套課件)

土力學(xué)

Soilmechanics第一章緒論一、土力學(xué)的定義和研究對象土力學(xué)（Soilmechanics）是研究土的碎散特性及其受力后的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定和滲透等規(guī)律的一門學(xué)科。它以力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)的知識為基礎(chǔ)，研究與工程建筑有關(guān)的土的變形和強(qiáng)度特性，并據(jù)此計算土體的固結(jié)與穩(wěn)定，為各項專門工程服務(wù)。土是地殼巖石經(jīng)過長期地質(zhì)營力作用風(fēng)化后覆蓋在地表上的沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的碎散礦物顆粒集合體。土具有成層性。物質(zhì)組成、物理化學(xué)狀態(tài)基本一致，工程性質(zhì)大體相仿的同一層土稱為土層。由若干厚度不等、性質(zhì)各異、以一定上下層序組合在一起的土層集合體稱為土體。土的基本特性：松散性、孔隙性、多相性及自然變異性土力學(xué)研究對象：與工程建設(shè)有關(guān)的土上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者之間的關(guān)系地基（Ground）由于建筑物的修建，使一定范圍內(nèi)土層的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，這一范圍內(nèi)的地層稱為地基?；A(chǔ)（Foundation）指與地基接觸的建筑物下部結(jié)構(gòu)。一般建筑物由上部結(jié)構(gòu)（Superstructure）和基礎(chǔ)兩部分組成。作為建筑地基、建筑介質(zhì)或建筑材料的地殼表層土體是土力學(xué)的研究對象。土力學(xué)不僅研究土體當(dāng)前的性狀，也要分析其性質(zhì)的形成條件，并結(jié)合自然條件和建筑物修建后對土體的影響，分析并預(yù)測土體性質(zhì)的可能變化，提出有關(guān)的工程措施，以滿足各類工程建筑的要求。土力學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，它是進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計和計算的理論依據(jù)。蘇州名勝虎丘塔虎丘塔共七層，高47.5m，底層直徑13.7m。呈八角形，全為磚砌，在建筑藝術(shù)風(fēng)格上有獨特的創(chuàng)意，被國務(wù)院公布為全國重點文物保護(hù)單位。目前該塔傾斜嚴(yán)重塔頂偏離中心線2.31m。經(jīng)勘探發(fā)現(xiàn)，該塔位于傾斜基巖上，復(fù)蓋層一邊深3.8m，另一邊為5.8m。由于在一千余年前建造該塔時，沒有采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，直接將塔身置于地基上，造成了不均勻沉降，引起塔身傾斜，危及安全。比薩斜塔傾斜原因及治理措施比薩斜塔傾斜情況及原因基礎(chǔ)建立在一半是軟粘土一半是砂卵石的地基上。由于次固結(jié)作用產(chǎn)生傾斜。塔高56.7m。近一個世紀(jì)以來，塔已向南傾斜了大約30厘米，斜度達(dá)到8度，塔身超過垂直平面5.1米。1990年停止開放。按南側(cè)每年沉降1.4mm推算，2003或2004年斜塔可能倒塌。比薩斜塔傾斜原因及治理措施比薩斜塔治理措施及結(jié)果

在斜塔北側(cè)的塔基下碼放了數(shù)百噸重的鉛塊，并使用鋼絲繩從斜塔的腰部向北側(cè)拽住，還抽走了斜塔北側(cè)的許多淤泥，并在塔基地下打入10根50米長的鋼柱。歷時10年半的比薩斜塔拯救工作已全部結(jié)束。糾偏校斜43．8厘米，除自然因素外，可確保3個世紀(jì)內(nèi)不發(fā)生倒塌危險。加拿大特郎斯康谷倉地基破壞事故谷倉地基破壞情況：加拿大特郎斯康谷倉由65個圓柱形筒倉組成，高31m，底面長59.4m。其下為鋼筋混凝土片筏基礎(chǔ)，厚2m。谷倉自重20萬kN，當(dāng)裝谷27萬kN后，發(fā)現(xiàn)谷倉明顯失穩(wěn)，24小時內(nèi)西端下沉8.8m，東端上抬1.5m，整體傾斜26°53′。加拿大特郎斯康谷倉地基破壞事故谷倉地基破壞原因：事后進(jìn)行勘查分析，發(fā)現(xiàn)基底之下為厚十余米的淤泥質(zhì)軟粘土層。地基的極限承載力為251kPa，而谷倉的基底壓力已超過300kPa，從而造成地基的整體滑動破壞?；A(chǔ)底面以下一部分土體滑動，向側(cè)面擠出，使東端地面隆起。加拿大特郎斯康谷倉地基破壞事故谷倉地基治理措施：在地基中做了70多個支承于深16m基巖上的混凝土墩，使用了88個50kN的千斤頂和支承系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來然而谷倉位置比原來降低了4m。土和其它材料一樣，受力后將發(fā)生變形。如果這種變形超過了一定的限度，就會使建筑物損壞或不能正常使用，這類問題在土力學(xué)中叫做變形問題。如果土受力超過了它所能承受的能力，土便要被破壞，建筑物將隨之倒毀或不能使用。土體的破壞，在力學(xué)中亦稱為穩(wěn)定性喪失。研究土體是否會破壞這一類問題稱為穩(wěn)定問題，土的穩(wěn)定性取決于它的強(qiáng)度。二、土力學(xué)研究特點.內(nèi)容與方法土力學(xué)是研究與工程建筑有關(guān)的土的變形和強(qiáng)度特性，并據(jù)此計算土體的固結(jié)與穩(wěn)定，為各項專門工程服務(wù)。

研究特點:主要采用古典土力學(xué)理論.土力學(xué)的研究必須注意土的本質(zhì)特性。土力學(xué)的研究必須注意實踐性。土力學(xué)的研究必須注意工程實用性。土力學(xué)是一門偏于計算的學(xué)科。學(xué)習(xí)本課程的基本要求牢固掌握有效應(yīng)力原理的本質(zhì)及其在土力學(xué)中的應(yīng)用。重點掌握三大理論的實質(zhì)及其應(yīng)用。掌握土體變形與強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法及在工程實踐中的應(yīng)用。掌握土的動力特性的基本概念。三、土力學(xué)發(fā)展簡史與趨勢十八世紀(jì)中葉以前的很長一個時期，土力學(xué)停留在經(jīng)驗積累的感性認(rèn)識階段至本世紀(jì)二十年代，理論提高階段1925年美國的K.Terzaghi發(fā)表了第一部《土力學(xué)》專著，形成獨立學(xué)科的階段土力學(xué)的發(fā)展趨勢1．室內(nèi)和原位測試技術(shù)和儀器設(shè)備的研究。2．土的非線性問題本構(gòu)關(guān)系的研究。本構(gòu)關(guān)系指土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度和時間的關(guān)系，描述這類關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為數(shù)學(xué)模型或簡稱模型。3．計算技術(shù)的研究。非確定性計算方法在土力學(xué)中的應(yīng)用。4．模型試驗和現(xiàn)場觀測。5．加強(qiáng)土力學(xué)的基礎(chǔ)性研究，宏觀和微觀研究相結(jié)合。第二章土的三相組成土是由固體相、液體相、氣體相組成的三相體系。固體相指土中的礦物顆粒，簡稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。液體相由水溶液組成，可分為強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水等。氣體相由空氣和其它氣體構(gòu)成。第一節(jié)土的顆粒級配一、粒組的劃分土粒的大小通常以粒徑表示，以mm為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組就是一定的粒徑區(qū)段，以毫米表示。粒組的劃分的原則符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個粒組的成分與性質(zhì)無質(zhì)的變化，具相同或相似的成分與性質(zhì)；與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土?？刹捎貌煌倪m用方法進(jìn)行分析；粒組界限值力求服從簡單的數(shù)學(xué)規(guī)律。表1-1土的粒組劃分方案

粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mm）分析方法主要特征巨粒漂石（塊石）粒d>200直接測定透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無粘結(jié)，無毛細(xì)性。卵石（碎石）粒60<d≤200粗粒礫粒粗礫20<d≤60篩

分

法透水性大，壓縮性小，無粘性，有一定毛細(xì)性。細(xì)礫2<d≤20砂粒粗砂0.5<d≤2中砂0.25<d≤0.5細(xì)砂0.075<d≤0.25細(xì)粒粉粒0.005<d≤0.075靜水沉降原理透水性小，壓縮性中等，毛細(xì)上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。二、顆粒級配的測定土的顆粒級配是指土中各粒組的相對百分含量，通常用各粒組占土粒總質(zhì)量（干土質(zhì)量）的百分?jǐn)?shù)表示，也稱為土的粒度成分。粗粒土指以礫石和砂粒為主的土，又稱為無粘性土。細(xì)粒土指以粉粒、粘粒和膠粒為主的土，又稱為粘性土。篩分法（適用于礫石類和砂類土，d>0.075mm）靜水沉降分析法（適用于粉土和粘性土，d<0.075mm）（虹吸比重瓶法、移液管法、比重計法）Stokes公式式中：V—土粒的沉降速度，cm/s；

d—土粒直徑，mm；（等效直徑）

ρs—土粒密度，g/cm3；

ρw—水的比重，g/cm3

；

η—水的動力粘滯系數(shù)，10-6kPa?s；

g—重力加速度，cm/s2“等效直徑”是指土粒沉降速度與某一粒徑的球形顆粒的沉降速度相等，那么這球形顆粒的直徑即為該土粒的直徑。三、顆粒級配的表示方法表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百分含量)填在已制好的表格內(nèi)。表1-2顆粒分析成果表土樣編號粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.005128101520101721040251510351020152030顆粒級配累積曲線（圖解法）橫坐標(biāo)采用對數(shù)坐標(biāo)，表示土顆粒直徑，單位mm；縱坐標(biāo)為小于某粒徑土的累積含量，用百分比表示。土的粗細(xì)常用平均粒徑（mm）d50表示，d50指土中大于或小于此粒徑的土粒含量均占50。特征粒徑d10—有效粒徑（de）；d50—平均粒徑；d30

、d60—限制粒徑。顆粒級配累積曲線土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu<5的土視為級配不良的均粒土，而Cu>5的土稱為級配良好的非均粒土。土的曲率系數(shù)CcCc=1~3時，為級配連續(xù)；Cc<1或Cc>3時，級配不連續(xù)。四、土按顆粒級配的分類粗粒土：土中粒徑>0.075mm的質(zhì)量超過全部質(zhì)量的50%。細(xì)粒土：土中粒徑>0.075mm的質(zhì)量小于全部質(zhì)量的50%?！稁r土工程勘察規(guī)范》中的分類法：將粒徑>2mm的質(zhì)量超過50%的稱為碎石土；將粒徑＞2mm的質(zhì)量小于50％而大于0.075mm的質(zhì)量超過50%的稱為砂土；將大于0.075mm的質(zhì)量小于50%的定為粉土或粘性土。碎石土、砂土和粉土又稱為無粘性土。粘土礦物無定形氧化物膠體可溶鹽土的礦物成分原生礦物石英、長石、云母等次生礦物有機(jī)質(zhì)第二節(jié)土的礦物成分一、土中礦物類型及特性原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒有發(fā)生變化的礦物碎屑。原生礦物顆粒一般都較粗大，它們主要存在于卵、礫、砂、粉各粒組中。次生礦物是原生礦物在一定氣候條件下經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用，使其進(jìn)一步分解而形成一些顆粒更細(xì)小的新礦物。粘土礦物是主要的次生礦物，是組成粘粒的主要礦物成分。粘土礦物中分布較廣且對土性質(zhì)影響較大的是蒙脫石、高嶺石和伊利石(或水云母)三種。粘土礦物的類型高嶺石晶層之間連結(jié)牢固，水不能自由滲入，故其親水性差，可塑性低，脹縮性弱；蒙脫石則反之，晶胞之間連結(jié)微弱，活動自由，親水性強(qiáng)，脹縮性亦強(qiáng)；伊利石（水云母）的性質(zhì)介于二者之間。二、礦物成分與粒組之間的關(guān)系粒徑大于0.075mm的各粒組，均由原生礦物所構(gòu)成，其中漂石粒、卵石粒、礫粒，其粒徑往往大于礦物顆粒，多數(shù)是由母巖碎屑構(gòu)成，一般具有的多礦物結(jié)構(gòu)，砂粒與原生礦物顆粒大小近似，往往是由單礦物組成，以石英最為常見。粉粒組由原生礦物與次生礦物混合組成，其中以石英為主，其次為高嶺石及難溶鹽。粘粒組主要由不可溶性次生礦物與腐植質(zhì)組成，有時也含難溶鹽，其中粘土礦物是最常見的礦物。第三節(jié)土中的水一、土中水的類型與特性土中的水礦物成分水結(jié)合水重力水毛細(xì)水結(jié)晶水孔隙水自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水二、土粒與水的相互作用1、土粒的比表面積定義單位質(zhì)量或單位體積土顆粒所擁有的表面積稱為比表面積。即2、粘粒的帶電性質(zhì)土中的粘土顆粒在電場中向陽極泳動的現(xiàn)象稱為電泳。而土中的液體滲向陰極，稱為電滲。這兩種現(xiàn)象是同時發(fā)生的，稱為電動現(xiàn)象。粘粒表面產(chǎn)生電荷的原因：1、選擇性吸附；2、表面分子的離解；3、同晶替換3、粘粒雙電層顆粒表面的負(fù)電荷構(gòu)成電場的內(nèi)層（決定電位層）。水中被吸引在顆粒表面的陽離子和定向排列的水分子構(gòu)成電場的外層（反離子層）。合稱雙電層。受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒周圍，不傳遞靜水壓力不能任意流動的水，稱為結(jié)合水。從水分子的角度講，雙電層的外層就是結(jié)合水層。結(jié)合水弱結(jié)合水：是一種粘滯水膜，是粘性土在一定含水量范圍內(nèi)具可塑性的原因強(qiáng)結(jié)合水：性質(zhì)接近與固體，具蠕變性，略高于100℃可蒸發(fā)反離子層第四節(jié)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)是指組成土的土粒大小、形狀、表面特征，土粒間的連結(jié)關(guān)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。一、土粒間的連結(jié)關(guān)系1．接觸連結(jié)，是指顆粒之間的直接接觸，接觸點上的連結(jié)強(qiáng)度主要來源于外加壓力所帶來的有效接觸壓力。這種連結(jié)方式在砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存在。2．膠結(jié)連結(jié)，是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒膠結(jié)連結(jié)在一起。3．結(jié)合水連結(jié)，是指通過結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來的連結(jié)形式，又叫水膠連結(jié)，這種連結(jié)在一般粘性土中普遍存在。4．冰連結(jié)二、土的結(jié)構(gòu)類型（一）巨粒土與粗粒土的結(jié)構(gòu)類型粗粒土的結(jié)構(gòu)主要為單粒結(jié)構(gòu)。根據(jù)顆粒間的排列接觸關(guān)系可分為松散結(jié)構(gòu)和密實結(jié)構(gòu)。由于粗、細(xì)顆粒含量的不同，有粗石狀結(jié)構(gòu)和假斑狀結(jié)構(gòu)兩種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)。粗石狀結(jié)構(gòu)的土具有較高的強(qiáng)度，而其透水性則取決于粒間孔隙的充填程度及充填物的性質(zhì)。假斑狀結(jié)構(gòu)土的性質(zhì)主要取決于組成土的細(xì)粒物質(zhì)的特點。

（二）細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)類型細(xì)粒土顆粒細(xì)小，細(xì)粒土一般為團(tuán)聚結(jié)構(gòu)（海綿狀結(jié)構(gòu)或蜂窩狀結(jié)構(gòu)）。細(xì)粒土的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)按土粒均勻與否可分為均粒和非均粒兩種類型。均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)又分為蜂窩狀和絮狀結(jié)構(gòu)。非均粒團(tuán)聚結(jié)構(gòu)是由粉粒和砂粒之間充滿粘粒團(tuán)聚體所形成的結(jié)構(gòu)。三、粘性土的靈敏度和觸變性土的靈敏度：以同一種土的原狀土強(qiáng)度與經(jīng)過重塑（含水量不變、土的結(jié)構(gòu)徹底破壞）后的強(qiáng)度之比。土的觸變性：當(dāng)擾動停止后，飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時間而逐漸增大的性質(zhì)。實驗安排實驗A組B組地點

110月13號3-410月14號7-8水-111210月27號3-410月28號7-8水-111311月3號3-411月4號7-8水-111411月28號7-811月28號3-4水-102512月8號3-412月9號7-8水-102612月15號3-412月16號7-8水-213A組——51011班+51012班1-15號的同學(xué)B組——52015班+51012班15號以后的同學(xué)第三章土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)在一定程度上決定了它的力學(xué)性質(zhì)，其指標(biāo)在工程計算中常被直接應(yīng)用。對種類繁多、性質(zhì)各異的土，按一定的原則，進(jìn)行分門別類，給出合適的名稱，可以概略評價土的工程性質(zhì)。第一節(jié)土的基本物理性質(zhì)第二節(jié)粘性土的稠度與可塑性第三節(jié)土的透水性第四節(jié)土的工程分類第一節(jié)土的基本物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)是指三相的質(zhì)量與體積之間的相互比例關(guān)系及固、液二相相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)。前者稱為土的基本物理性質(zhì)，主要研究土的密實程度和干濕狀況；后者主要研究粘性土的可塑性、脹縮性及透水性等。一、土粒密度土粒密度是指固體顆粒的質(zhì)量與其體積之比，即單位體積土粒的質(zhì)量。土粒密度大小決定于土粒的礦物成分，與土的孔隙大小和含水多少無關(guān)，它的數(shù)值一般在2.60~2.80g/cm3之間（表3-1）。土粒比重Gs

土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在4°C時的質(zhì)量之比。無量綱。二、土的密度與重度土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單位是g/cm3。1、天然密度天然狀態(tài)下單位體積土的質(zhì)量，稱天然密度，即：天然密度常見值為1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一個實測指標(biāo)。2、干密度土的孔隙中完全沒有水時的密度，稱土的干密度，指單位體積干土的質(zhì)量，即干密度與土中含水多少無關(guān)，只取決于土的礦物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之間。3、飽和密度土的孔隙完全被水充滿時的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態(tài)水時的單位體積土的質(zhì)量，即工程上常用重度指標(biāo)，它指單位體積土的重量，kN/m3。天然重度γ、干重度γd及飽和重度γsat另外，處于地水位以下的有效重度常特稱為土的浮重度γ′，等于土的飽和重度減去水的重度（γw），即：對于同一種土來講，土的天然重度、干重度、飽和重度、浮重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：三、土的含水性1、含水量含水量指土中所含水分的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，又稱土的含水率。一般所說的含水量指的是天然含水量。土的孔隙中全被水充滿時的含水量，稱為飽和含水量wsat。飽和含水量既能反映土孔隙中全部充滿水時含水多少。又能反映土的孔隙率大小。2、飽和度土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分?jǐn)?shù)表示?；蛱烊缓颗c飽和含水量之比：飽和度可以說明土孔隙中充水的程度，其數(shù)值為0~100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為如下三種含水狀況：Sr<50%稍濕的50%≤Sr≤80%很濕的Sr>80%飽和的四、土的孔隙性土中孔隙大小、形狀、分布特征、連通情況與總體積等，稱為土的孔隙性。其主要取決于土的顆粒級配與土粒排列的疏密程度。1、孔隙度孔隙度又稱孔隙率，指土中孔隙總體積與土的總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。土的孔隙度取決于土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，砂類土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般為27~52%。新沉積的淤泥，孔隙度可達(dá)80%。

2、孔隙比孔隙比指土中孔隙體積與土中固體顆?？傮w積的比值，用小數(shù)表示，土的孔隙比說明土的密實程度，按其大小可對砂土或粉土進(jìn)行密實度分類。在《巖土工勘察規(guī)范》（GB50021-94）中，用天然孔隙比來確定粉土的密實度。e<0.75密實0.75≤e≤0.9中密e>0.9稍密孔隙度與孔隙比的關(guān)系為3、砂土的相對密度砂土的密實程度還可用相對密度（Dr）來表示。Dr=0時，土處于最疏松狀態(tài)；Dr=1時，土處于最密實狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N63.5密實度N63.5≤10松散10<N63.5≤15稍密15<N63.5≤30中密N63.5>30密實天然狀態(tài)砂土的密實度五、指標(biāo)之間的關(guān)系土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指標(biāo)、即通過試驗直接測定。由實測指標(biāo)換算求取六個導(dǎo)出指標(biāo)可直接用簡單的數(shù)學(xué)演算方法，如：土的三相指標(biāo)之間可以進(jìn)行換算，換算的一般方法是：根據(jù)上述關(guān)系及各指標(biāo)的定義可以進(jìn)行推導(dǎo)（3-16）-（3-21）各推導(dǎo)公式。推導(dǎo)公式：干密度的定義公式令Vs=1，則由孔隙比的定義可得由土粒比重的定義可得把（2）、（3）代入（1）得第二節(jié)粘性土的稠度與可塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現(xiàn)出來的物理性質(zhì)。一、粘性土的稠度狀態(tài)粘性土因含水多少而表現(xiàn)出的稀稠軟硬程度，稱為稠度。因含水多少而呈現(xiàn)出的不同的物理狀態(tài)稱為粘性土的稠度狀態(tài)。固態(tài)：含水量相對較少，粒間主要為強(qiáng)結(jié)合水連結(jié)，連結(jié)牢固，土質(zhì)堅硬，力學(xué)強(qiáng)度高，不能揉塑變形，形狀大小固定。塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，粒間主要為弱結(jié)合水連結(jié)，在外力作用下容易產(chǎn)生變形，可揉塑成任意形狀不破裂、無裂紋，去掉外力后不能恢復(fù)原狀。流態(tài)：含水量繼續(xù)增加、粒間主要為液態(tài)水占據(jù)，連結(jié)極微弱，幾乎喪失抵抗外力的能力，強(qiáng)度極低，不能維持一定的形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動。二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時的界限含水量稱為稠度界限，又稱為Atterberg界限縮限塑限液限0固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)

工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp液性界限，相當(dāng)于土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐盒誀顟B(tài)時的含水量，簡稱液限wL

粉土的液限在32~38%之間，粉質(zhì)粘土為38~46%，粘土為40~50%。塑性界限，相當(dāng)于土從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時的含水量，簡稱塑限wp

常見值為17~28%液性指數(shù)IL反映土的天然含水量與界限含水量之間的關(guān)系，工程上用來表示土的稠度狀態(tài)。ωpωωL0

ω-ωpωL-ωp三、粘性土的可塑性當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)時，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并在外力移去時能保持既得的形狀，土的這種性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限與塑限兩個稠度界限之間時，土處于可塑狀態(tài)，具有可塑性，這是粘性土的獨特性能。wL和wp的差值可以反映可塑性的大小，工程上定義為塑性指數(shù)IPIP=wL-wp1994年國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》按塑性指數(shù)IP將粘性土分為兩類，IP>17為粘土，17≥IP>10為粉質(zhì)粘土，IP≤10為粉土或砂類土。例題：從某地基取原狀土樣，測得土的液限wL=47%，塑限wp=18%，天然含水量w=40%，問地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？解：求塑性指數(shù)：求液性指數(shù)：Ip>17，該地基土為粘土；查表3-4，1.0>IL>0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。第四節(jié)土的工程分類一、工程分類的一般原則和類型基本原則：所劃分的土類能反映土性質(zhì)的變化規(guī)律。土的工程分類總起來可以歸納為三級分類土的第一級分類是成因類型分類如《巖土工程勘察規(guī)范》將土按堆積年代劃分為三類：1.老堆積土；2.一般堆積土；3.新近堆積土。土的第二級分類是土質(zhì)類型分類土的第三級分類是工程建筑類型分類二、土質(zhì)分類簡介在實際工程應(yīng)用中規(guī)定，土中粒徑d>0.075mm（有的規(guī)范用0.1mm）的土粒質(zhì)量大于全部土粒質(zhì)量的50%時稱為粗粒土，小于50%時稱為細(xì)粒土。粗粒土可以按粒徑級配進(jìn)一步細(xì)分。細(xì)粒土多用塑性指數(shù)Ip或液限wL加塑性指數(shù)Ip進(jìn)行細(xì)分。（一）水利部分類（僅介紹塑性圖的應(yīng)用）CH：高液限粘土CL：低液限粘土MH：高液限粉土ML：低液限粉土（二）建設(shè)部分類法土按粒度成分分類表土的名稱顆粒級配大類類粗粒土碎石土粒徑大于2mm的顆粒超過總質(zhì)量的50%砂類土粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量50%細(xì)粒土粉土粒徑小于0.005mm的顆粒超過總質(zhì)量10%粘性土粒徑小于0.005mm的顆粒質(zhì)量大于總質(zhì)量30%1、碎石類土

碎石類土是粒徑大于2mm的顆粒含量超過50%的土土的名稱顆粒級配及形狀碎石土漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過總質(zhì)量的50%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒超過總質(zhì)量的50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒超過總質(zhì)量的50%角礫棱角形為主2、砂類土

砂類土是粒徑大于2mm的顆粒含量不超過50%，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過50%的土。土的名稱顆粒級配砂類土礫砂粒徑大于2mm的顆粒占總質(zhì)量的25~50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過總質(zhì)量50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過總質(zhì)量50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量50%3、粉土

粉土是粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過50%，塑性指數(shù)Ip小于或等于10的土。粉土砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒不超過總質(zhì)量10%粘質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒超過總質(zhì)量10%4、粘性土

粘性土是粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過50%，塑性指數(shù)Ip大于10的土。粘性土粉質(zhì)粘土粒徑小于0.005mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量18-30%粘土粒徑小于0.005mm的顆粒質(zhì)量大于總質(zhì)量30%粘性土粉質(zhì)粘土10<

Ip

17粘土Ip>175、軟土

軟土是指主要由細(xì)粒土組成、孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高（a1-2>0.5MPa-1）及強(qiáng)度低的土層。淤泥、淤泥質(zhì)土及有機(jī)質(zhì)土是最常見的軟土類型1、淤泥：

>Le>1.52、淤泥質(zhì)土：

>L1.0<e<1.5

淤泥與淤泥質(zhì)土合稱淤泥土3、有機(jī)質(zhì)土：5%

有機(jī)質(zhì)含量

10%

泥炭質(zhì)土：10%<有機(jī)質(zhì)含量

60%

泥炭：有機(jī)質(zhì)含量>60%

注：該分類方案按國標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）四、國標(biāo)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）規(guī)定的土的野外鑒別方法第五節(jié)土的壓實性土的壓實是指土體在壓實能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力，產(chǎn)生位移，使土中孔隙減小，密度增加。一、細(xì)粒土的壓實性最優(yōu)含水量：在擊實曲線中，峰值干密度對應(yīng)的含水量。最大干密度1.41.61.82.00481216202428含水量w（%）干密度ρd（g/cm3）飽和曲線圖1-28含水量——干密度曲線曲線表明，壓實功能愈大，得到的最優(yōu)含水量愈小，相應(yīng)的最大干密度愈高對于同一種土，最優(yōu)含水量和最大干密度隨壓實功能而變化含水量超過最優(yōu)含水量以后，壓實功能的影響隨含水量的增加而逐漸減小在材料力學(xué)中：RRABN1RARN1’B外力變形內(nèi)力（截面法）應(yīng)力第四章地基應(yīng)力計算第一節(jié)概述一、幾個基本概念1、線彈性體2、半無限空間3、應(yīng)力符號的規(guī)定4、側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)—側(cè)向應(yīng)變?yōu)榱愕囊环N應(yīng)力狀態(tài)。(+)(+)(+)(+)(+)(+)(-)(-)材料力學(xué)土力學(xué)二、地基中應(yīng)力的種類土體自重產(chǎn)生的自重應(yīng)力(self-weightstress)建筑物荷載引起的附加應(yīng)力(stressinaground)地震等引起的地震慣性力(seismicinertiaforce)滲流引起的滲透力(seepageforce)環(huán)境條件變化引起的重分布應(yīng)力(redistributionstress)土內(nèi)一點的應(yīng)力狀態(tài)是指土內(nèi)一點各個方向上應(yīng)力的大小。第二節(jié)土體的自重應(yīng)力一、均勻地基1、豎直向自重應(yīng)力(kN/m2)2、水平向自重應(yīng)力二、成層地基（以天然土層界面與地下水位為界）例題4-1按例圖所給的資料，計算并繪制地基中的自重應(yīng)力沿深度的分布曲線。 注意：地下水位下，上覆層與不透水層界面有突變。拓寬思考：若地下水位驟降，某粘土層來不及釋水，應(yīng)怎樣計算其自重應(yīng)力？第三節(jié)地基中的附加應(yīng)力一、豎向集中荷載作用下地基中的附加應(yīng)力附加應(yīng)力是由于修建建筑物以后在地基內(nèi)新增加的應(yīng)力。附加應(yīng)力是使地基發(fā)生變形，引起建筑物沉降的主要原因1.在集中荷載作用線上（r=0），······2.在r>0的豎直線上，······3.在同一水平面上（z=常數(shù)），······集中荷載在地基中引起的附加應(yīng)力是向下、向四周無限擴(kuò)散的——應(yīng)力泡如果有幾個集中荷載作用（應(yīng)力疊加原理）二、矩形面積上各種分布荷載作用下

的附加應(yīng)力（一）矩形面積垂直均布荷載1、角點下的應(yīng)力2、任意點的應(yīng)力利用角點下的應(yīng)力計算公式和應(yīng)力疊加原理，推求地基中任意點的附加應(yīng)力的方法稱為角點法（a）eabdcgfhM′ⅠⅡⅢⅣ圖3-17用角點法計算M′點以下的附加應(yīng)力（b）abdcgfhM′e例題4-2荷載分布情況如圖所示。求荷載面積上角點A、邊點E、中心點O以及荷載面積外F點和G點等各點下z=1m深度處的附加應(yīng)力。并利用計算結(jié)果說明附加應(yīng)力的擴(kuò)散規(guī)律（二）矩形面積豎直三角形荷載pt12（三）矩形面積水平均布荷載BLz三、條形面積上各種分布

荷載作用下的附加應(yīng)力（一）豎直均布線荷載（二）條形面積豎直均布荷載條形均布荷載作用下地基中附加應(yīng)力的極坐標(biāo)表達(dá)式（三）豎直三角形分布條形荷載自學(xué)：1.圓形荷載作用下地基中的附加應(yīng)力的計算2.梯形荷載作用下地基中附加應(yīng)力的計算四、影響土中應(yīng)力分布的因素（二）成層地基的影響曲線1：均質(zhì)地基中附加應(yīng)力分布圖；自學(xué)其他因素曲線2：上軟下硬地層中的分布圖；曲線3：下軟上硬地層中的分部圖。第四節(jié)基底壓力基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力稱為基底壓力。一、基底壓力的分布規(guī)律（一）基礎(chǔ)剛度的影響各種基礎(chǔ)按與土的相對抗彎剛度（EI）分為三種類型1、彈性地基上的完全柔性基礎(chǔ)（EI=0）

2、彈性地基上的絕對剛性基礎(chǔ)（EI=∞）

3、彈塑性地基上的有限剛度基礎(chǔ)（二）荷載和土性的影響荷載增大

二、基底壓力計算（一）中心荷載作用（二）偏心荷載作用1、矩形基礎(chǔ)（1）雙向偏心荷載（2）單向偏心荷載①e＜B/6，pmin＞0，p為梯形分布②e＝B/6，pmin=0，p為三角形分布③e＞B/6，pmin＜0，應(yīng)根據(jù)力的平衡原理確定下值2、條形基礎(chǔ)（長度上取一延米計算）思考：在傾斜荷載作用下，基底壓力的分布形式是怎樣的？三、基底附加壓力由于建筑物荷重使基底增加的壓力稱為基底附加壓力基底壓力基底附加壓力地基中各點附加壓力上部荷載F基礎(chǔ)自重G第五節(jié)有效應(yīng)力原理粒間應(yīng)力（interparticlestress）由骨架顆粒間接觸點傳遞的應(yīng)力。有效應(yīng)力（effectivestress）指這種對土體的變形和強(qiáng)度變化有效的粒間應(yīng)力?？紫端畨毫Γ╬orewaterpressure）由孔隙水傳遞的應(yīng)力，它不能直接引起土體的變形和強(qiáng)度變化，又稱為中性壓力。它不隨時間而變化。超靜孔隙水壓力（excessporewaterpressure）由外荷引起的超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力。它在固結(jié)過程中不斷變化，固結(jié)終了時應(yīng)等于零。一、飽和土的有效應(yīng)力原理表達(dá)式建立a-a面的豎向力平衡方程Terzaghi有效應(yīng)力原理要點1、飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩部分，兩者之間的關(guān)系總滿足：2、土的壓縮變形和強(qiáng)度變化都只取決于有效應(yīng)力的變化。二、有效應(yīng)力原理的完整表達(dá)式對于非飽和土，Bishop（1960）等提出了修正的有效應(yīng)力原理完整表達(dá)式對于飽和土：對于干土：三、自重應(yīng)力作用下的兩種應(yīng)力自學(xué)：考慮毛細(xì)作用時的兩種應(yīng)力的計算朝上穩(wěn)定滲流四、滲流作用下的兩種應(yīng)力地下水位下降，會在土層中產(chǎn)生朝下的滲流，從而使有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致土層發(fā)生壓密變形，稱為滲流壓密。這是引起地面沉降的又一個原因。實質(zhì)上滲透力就是作用于土骨架上的有效應(yīng)力。朝下穩(wěn)定滲流習(xí)題4-14在9m厚的粘土層中開挖，下面為砂層。砂層頂面具有7.5m高的水頭（承壓水）。問：①開挖深度為6m時，基坑中水深h至少多大才能防止發(fā)生流土現(xiàn)象？②若基坑中無水，開挖深度不超過多少米才能防止發(fā)生流土？五、附加應(yīng)力作用下兩種應(yīng)力1、側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)飽和土滲透固結(jié)模型滲流固結(jié)過程小結(jié)整個滲流固結(jié)過程中，Δu和Δσ′都隨時間t而不斷變化，是時間的函數(shù)。滲流固結(jié)過程的物理實質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。側(cè)限條件t=0時，超靜水壓力Δu在數(shù)值上等于總應(yīng)力增量Δσ。在固結(jié)過程中Δu隨時間而不斷消散，至固結(jié)終了時，Δu=0。側(cè)限條件下，當(dāng)t=0時：孔壓系數(shù)B：表示單位周圍壓力增量所引起的孔壓增量。1)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)——孔壓系數(shù)B對于飽和土，Cf=Cw<<Cs，∴B=1.0；對于干土，Cf=Ca>>Cs，∴B=0；對于部分飽和土B=0~1之間。所以B值可用作反映土體飽和程度的指標(biāo)。定義軸向壓力與周圍壓力之差為偏差應(yīng)力2)偏差應(yīng)力狀態(tài)——孔壓系數(shù)A對于飽和土，B=1，ΔuA=A（Δσ1-Δσ3）即得飽和土的孔壓系數(shù)A考慮土的剪脹性，A.W.Skempton引入經(jīng)驗系數(shù)A代替1/3A值可用作反映土體剪切過程中的脹縮性質(zhì)。對于一般三維應(yīng)力狀態(tài)由此可得，土體在軸對稱三維應(yīng)力增量作用下所引起的孔隙水壓力增量為：例：有一圓柱體非飽和試樣，在不排水條件下：

（1）先施加周圍壓力

3=100kPa，測得孔壓系數(shù)B=0.7，試求土樣內(nèi)的u1和3'。

（2）在上述土樣上再施加

3=50kPa，1=150kPa，測得孔壓系數(shù)A=0.5，試求土樣的1、

3、u、1'、3'。第六節(jié)應(yīng)力路徑土在其形成的地質(zhì)年代中所經(jīng)受的應(yīng)力變化情況稱為應(yīng)力歷史。在應(yīng)力變化的過程中達(dá)到的最大剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度的比值稱為剪應(yīng)力水平。土內(nèi)一點的應(yīng)力變化過程可用摩爾應(yīng)力圓上剪應(yīng)力最大點在應(yīng)力坐標(biāo)系中的移動軌跡來表示。這個應(yīng)力點的移動軌跡稱為應(yīng)力路徑。應(yīng)力路徑的表示：在p-q坐標(biāo)系中橫坐標(biāo)p表示應(yīng)力圓的圓心，縱坐標(biāo)q表示應(yīng)力圓的半徑。表示總應(yīng)力變化的軌跡稱為總應(yīng)力路徑。

表示有效應(yīng)力變化的軌跡稱為有效應(yīng)力路徑。幾種典型的加載應(yīng)力路徑第四章復(fù)習(xí)要點自重應(yīng)力的計算（天然土層情況，考慮地下水驟降，毛細(xì)飽和帶情況，穩(wěn)定滲流情況）土體中附加應(yīng)力計算（角點法）基底壓力、基底附加壓力的含義及計算方法飽和土的有效應(yīng)力原理表達(dá)式Terzaghi有效應(yīng)力原理要點有效應(yīng)力原理的完整表達(dá)式附加應(yīng)力作用下孔隙水壓力、總應(yīng)力、有效應(yīng)力的求解應(yīng)力路徑的概念第五章地基變形計算一般地基的壓縮變形，主要由建筑物荷重產(chǎn)生的附加應(yīng)力而引起。地基變形計算的目的，在于確定建筑物可能出現(xiàn)的最大沉降量和沉降差，為建筑物設(shè)計或地基處理提供依據(jù)。在工程計算中，首先關(guān)心的問題是建筑物的最終沉降量（或地基最終沉降量），所謂地基最終沉降量是指在外荷作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時基礎(chǔ)底面的沉降量，常簡稱地基變形量（或沉降量）。在地基變形計算中，還需要知道地基沉降與時間的關(guān)系，計算不同時間的沉降量。飽水粘性土的變形速率主要取決于孔隙水的排出速度。地基產(chǎn)生變形是因為土體具有可壓縮的性能。第一節(jié)概述第二節(jié)土的壓縮性一、土壓縮變形的本質(zhì)土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性土體的壓縮變形實際上是孔隙壓縮、孔隙比變小所造成的。在土的壓縮過程中，假定土顆粒是不可壓縮的，水是不可壓縮的，只有孔隙可以壓縮。對飽和土而言，土的壓縮主要是由孔隙中的水被擠出所致，壓縮過程同排水過程一致?？紫端懦?，土的壓縮隨時間而增長的過程，稱為土的固結(jié)。二、土的壓縮試驗與壓縮定律側(cè)限壓縮試驗（一）壓縮試驗壓縮曲線是室內(nèi)壓縮實驗的成果，它是土的孔隙比e與所受壓力P的關(guān)系曲線。壓縮性曲線的形狀與土樣的成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及受力歷史等有關(guān)。壓縮性不同的土，其e-p曲線的形狀不同。曲線愈陡，說明壓力增加時孔隙比減小得多，土易變形，壓縮性愈高。壓縮定律：在壓力范圍不大時，孔隙比的減小值與壓力的增加值成正比。（二）壓縮定律壓縮系數(shù)是表征土壓縮性大小的主要指標(biāo)1.壓縮系數(shù)mv與a的單位相同，a表示單位壓應(yīng)力變化引起的孔隙比變化，mv表示單位壓應(yīng)力變化引起的單位體積變化。2.壓縮指數(shù)粘性土的Cc值一般在0.1—1.0之間（一）壓縮模量（側(cè)限壓縮模量）壓縮模量指土在側(cè)限壓縮條件下豎向附加壓應(yīng)力與應(yīng)變增量之比，單位為MPa。三、壓縮模量與變形模量（二）變形模量變形模量指土在無側(cè)限條件下附加壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)變之比。

載荷試驗

載荷試驗觀測標(biāo)準(zhǔn)：每級加載后，按間隔10、10、10、15、15、30分鐘讀數(shù)，當(dāng)連續(xù)2個小時內(nèi)，每1個小時的沉降量小于0.1mm時，可加下一級荷載；當(dāng)出現(xiàn)承壓板周圍土有明顯的側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋時、當(dāng)沉降s急劇增大時、當(dāng)某一級

荷載24小時不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，

即可終止加載；

（此前一級荷載為極限荷載）s/b0.06可終止加載。壓縮模量指土在側(cè)限壓縮條件下豎向附加壓應(yīng)力與應(yīng)變增量之比。

變形模量指土在無側(cè)限條件下附加壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)變之比。

表5-1K0、的參考值變形模量與壓縮模量的關(guān)系四、天然土層的固結(jié)狀態(tài)固結(jié)是指土體在建筑物荷重或自重壓力及其它應(yīng)力作用下，其變形隨時間發(fā)展至完全穩(wěn)定的全過程。因此固結(jié)是時間的函數(shù)。前期固結(jié)壓力(σp′)是指土層在地質(zhì)歷史上曾經(jīng)受過的最大有效固結(jié)壓力。根據(jù)前期固結(jié)壓力劃分三類沉積土層超固結(jié)比（overconsolidationratio)OCR=1正常固結(jié)土OCR>1超固結(jié)土OCR<1欠固結(jié)土（1）從e-logp曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點作水平線A1和A2；（2）作

1A2的平分線A3，與e-logp曲線中直線段的延長線相交B點；（3）B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力σp′

。五、前期固結(jié)壓力的確定

卡薩格蘭德方法

六、由原始壓縮曲線求土的壓縮性指標(biāo)原始壓縮曲線是指室內(nèi)壓縮試驗e—logp曲線鏡修正后得出的符合現(xiàn)場原始土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線。正常固結(jié)土（1）先作b點（2）再作c點（3）然后作bc直線

（原始壓縮曲線）（1）先作b1點（2）過b1點作一直線（3）再作c點（4）然后作bc直線(原始壓縮曲線）2.超固結(jié)土第三節(jié)地基沉降量計算地基變形在其表面形成的垂直變形量稱為建筑物的沉降量。在外荷載作用下地基土層被壓縮達(dá)到穩(wěn)定時基礎(chǔ)底面的沉降量稱為地基最終沉降量。地基各部分垂直變形量的差值稱為沉降差。一、單向分層總和法計算地基最終沉降量

（一）基本原理計算建筑物基礎(chǔ)中心下的地基變形量，假設(shè)這時土層只在垂直方向發(fā)生壓縮變形，而不發(fā)生側(cè)向變形，屬于一維壓縮問題。因而在求得地基中的垂直應(yīng)力后，可利用室內(nèi)壓縮試驗曲線成果，計算地基變形量。分層總和法就是采用土層一維壓縮變形量的基本計算公式，利用室內(nèi)壓縮曲線成果，分別計算基礎(chǔ)中心點下地基中各分土層的壓縮變形量，最后將各分土層的壓縮變形量總和起來。計算公式（二）、計算步驟劃分土層各天然土層界面和地下水位必須作為分層界面；各分層厚度必須滿足Hi≤0.4B計算基底附加壓力

p0=p-γD計算各分層界面的σsz和σz；繪制應(yīng)力分布曲線確定壓縮層厚度滿足σz=0.2σsz的深度點可作為壓縮層的下限對于軟土則應(yīng)滿足σz=0.1σsz對一般建筑物可按下式計算zn=B(2.5-0.4lnB)計算各分層加載前后的平均垂直應(yīng)力p1=σsz；

p2=σsz+σz按各分層的p1和p2在e-p曲線上查取相應(yīng)的孔隙比或確定a、Es

等其它壓縮性指標(biāo)根據(jù)不同的壓縮性指標(biāo)，選用公式(5-15)、(5-16)計算各分層的沉降量按公式(5-17)計算總沉降量3、計算各分層界面的σs和σz；繪制應(yīng)力分布曲線2、計算基底附加壓力4、確定壓縮層厚度例題5-1擬在如圖所示地基上修建柱下獨立方形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面尺寸為2.5m×2.5m，埋深2m，已知基礎(chǔ)底壓力p為156kPa，基礎(chǔ)和填土的混合容重γ0=20kN/m3。試用分層總和法計算基礎(chǔ)中點最終沉降量。解：1、劃分土層每分層厚度zn≤1.0m基底z=0層號zσSσZ均σS均σZ均σe1e2Es△SS單位mkPakPakPakPakPakPacmcm基底0①0.8②1.6③2.5④3.5⑤4.5⑥5.5層號zσSσZ均σS均σZ均σe1e2Es△SS單位mkPakPakPakPakPakPacmcm基底032.25120①0.840.64104.9②1.649.468.55③2.558.4940.33④3.567.6924.8⑤4.576.8915.66⑥5.586.910.89層號zσSσZ均σS均σZ均σe1e2Es△SS單位mkPakPakPakPakPakPacmcm基底032.25120①0.840.64104.936.44112.46148.910.650.6037112.42②1.649.468.5545.0266.74131.760.620.5728102.474.89③2.558.4940.3353.9454.44108.39④3.567.6924.863.0932.5795.66⑤4.576.8915.6672.2920.2392.52⑥5.586.910.8981.9013.2795.175、計算各分層加載前后的平均垂直應(yīng)力6、按各分層的p1和p2在e-p曲線上查取相應(yīng)的孔隙比或確定a、Es

等其它壓縮性指標(biāo)7、根據(jù)不同的壓縮性指標(biāo)，選用公式(5-15)、(5-16)計算各分層的沉降量8、按公式(5-17)計算總沉降量建筑沉降觀測與計算結(jié)果對比：堅硬地基，分層總和法計算的沉降量比實測值顯著偏大軟弱地基，計算值比實測值顯著偏小原因：分層總和法的假定條件與實際不符取土樣與實驗環(huán)節(jié)上的影響沒考慮地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用-經(jīng)統(tǒng)計引入沉降計算經(jīng)驗系數(shù)

s-<規(guī)范》推薦法二、GBJ7—89規(guī)范推薦法地基總沉降量為表中fk為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值幾點說明:自學(xué)內(nèi)容：三、考慮應(yīng)力歷史的地基沉降量計算

四、用變形模量計算地基沉降

五、按粘性土的沉降機(jī)理計算沉降

根據(jù)變形機(jī)理可將地基沉降量分為三個部分：1、瞬時沉降（distortionsettlement）2、固結(jié)沉降（consolidationsettlement）3、次固結(jié)沉降（secondaryconsolidationsettlement）S=Sd+Sc+Ss

（一）瞬時沉降計算Skempton（1955）彈性理論公式注：平均值指柔性基礎(chǔ)面積范圍內(nèi)各點的平均值表4-10沉降系數(shù)ω值

受荷面形狀

L/B中

點

矩形角點，圓形周邊

平均值

剛性基礎(chǔ)

圓

形

——

1.000.640.850.79正

方

形

1.001.120.560.950.88矩

形

1.53.06.010.030.0100.01.361.782.232.533.234.000.680.891.121.271.622.001.151.521.962.252.883.701.081.44—2.12——

（二）固結(jié)沉降計算固結(jié)沉降是粘性土地基沉降的最主要的組成部分。固結(jié)沉降可以用上述分層總和法計算。但分層總和法中采用的是一維課題的假設(shè)，與一般基礎(chǔ)荷載作用下的地基實際性狀不盡相符。Skempton和Birrum建議根據(jù)有側(cè)向變形條件下產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力計算固結(jié)沉降Sc。對于軸對稱課題，有：αu為Sc與分層總和法計算的S之間的比例系數(shù)。比例系數(shù)αu：孔隙水壓力系數(shù)A與土的性質(zhì)有關(guān)，則αu也與土的性質(zhì)密切相關(guān)。另外，αu還與基礎(chǔ)形狀及土層厚度H與基礎(chǔ)寬度B之比有關(guān)。αu值可根據(jù)上式計算求得，也可以自圖5-17查取。由A值算出的αu值一般為0.2—1.2，這與《規(guī)范》推薦法的沉降修正系數(shù)ψs值（=0.2—1.4）接近。則此可見，αu與ψs有必然的聯(lián)系，它們的物理意義是一致的。（三）次固結(jié)沉降計算次固結(jié)段（基本上是一條直線）的斜率反映土的次固結(jié)變形速率，一般用Cs表示，稱為土的次固結(jié)指數(shù)。次固結(jié)沉降量為第四節(jié)飽和土體滲透固結(jié)理論一、Terzaghi一維滲透固結(jié)理論（一）基本假設(shè)①壓縮土層為均質(zhì)、各向同性的飽和土體②土粒和孔隙水是不可壓縮的③水的滲流和土層壓縮只能沿垂直方向發(fā)生④土中水的滲流符合Darcy定律⑤固結(jié)過程中滲透系數(shù)k和壓縮系數(shù)a均為常數(shù)⑥外荷載是一次瞬時施加于土體的（二）一維固結(jié)微分方程在時間dt內(nèi)微分單元體的孔隙水量變化為：在時間dt內(nèi)微分單元體的孔隙體積變化率為：飽和土體一維滲流固結(jié)連續(xù)條件方程：（dt內(nèi)微分單元體的孔隙體積變化等于從微分單元體中排出的水量）Cv稱為豎向固結(jié)系數(shù)，單位為m2/y或cm2/y。式（2）稱為一維固結(jié)微分方程。其物理意義為：飽和土體內(nèi)任意一點的孔隙水壓力u隨時間t的變化率與孔隙水壓力隨深度z的梯度的變化率成正比。固結(jié)微分方程初始和邊界條件為：（三）一維固結(jié)微分方程的解析解應(yīng)用富里葉級數(shù)，可求的滿足上述邊界條件的特解如下：（四）

固結(jié)度對某一深度z處，有效應(yīng)力σzt′對總應(yīng)力p的比值，也即超靜水壓力的消散部分u0-uzt對初始孔隙水壓力u0的比值，稱為該點的固結(jié)度。土層的平均固結(jié)度指在時刻t，土層骨架已經(jīng)承擔(dān)起來的有效應(yīng)力與全部附加應(yīng)力的比值。跟應(yīng)力圖的關(guān)系上式化簡得：式中的Ut和Tv的關(guān)系可用下圖中的曲線①表示。實際工程中可能遇到的初始超靜水壓力的分布可分為五種情況情況1：基礎(chǔ)底面積很大而壓縮層很薄情況2：大面積新填土，由于自重應(yīng)力而產(chǎn)生的固結(jié)情況3：基礎(chǔ)底面積較小，土層很厚情況4：自重應(yīng)力下尚未完成固結(jié)就在上面修建建筑物情況5：基礎(chǔ)底面積較小，土層不厚固結(jié)度方程的通式按固結(jié)度的定義，可以計算地基沉降與時間的關(guān)系（五）地基沉降與時間關(guān)系計算（1）已知地基的最終沉降量，求某一時刻的固結(jié)沉降量①根據(jù)已知土層的k、a、e、H和給定的時間t，計算Cv和Tv②根據(jù)α值和Tv值，查圖表求Ut③根據(jù)已知的S∞和Ut值，計算St（2）已知地基的最終沉降量，求土層達(dá)到一定沉降量所需要的時間①根據(jù)已知的S∞和給定的St，計算Ut②根據(jù)α值和Ut值，查圖表求Tv③根據(jù)已知的Cv、H和Tv，計算t例：某飽和粘土層厚10m，在大面積荷載P0=120kPa作用下，已知e=1，a=0.3MPa-1，k=1.8cm/year，雙面排水條件下求（1）加荷一年時的沉降量；（2）沉降量達(dá)140mm所需的時間。例：某飽和粘土層厚10m，在大面積荷載P0=120kPa作用下，已知e=1，a=0.3MPa-1，k=1.8cm/year，雙面排水條件下求（1）加荷一年時的沉降量；（2）沉降量達(dá)140mm所需的時間。（六）固結(jié)系數(shù)的確定方法固結(jié)壓縮實驗定義公式時間平方根法時間對數(shù)法二、二維、三維滲透固結(jié)課題（自學(xué)）Biot固結(jié)理論第五節(jié)沉降差與傾斜基礎(chǔ)的傾斜指基礎(chǔ)兩端點的沉降差與基礎(chǔ)寬度之比。下列情況應(yīng)計算沉降差與傾斜1、對框架及排架等結(jié)構(gòu)應(yīng)計算兩相鄰柱基的沉降差。2、對承受較大偏心荷載的獨立基礎(chǔ)、底面積較大的箱形基礎(chǔ)和高聳建筑物（如水塔、煙囪等）應(yīng)計算基礎(chǔ)的整體傾斜。3、對磚石砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)計算局部傾斜。壓縮定律；壓縮系數(shù)、壓縮模量、體積壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、再壓縮指數(shù)等的概念；先期固結(jié)壓力的概念及確定方法；一維壓縮基本課題；分層總和法和規(guī)范法計算地基沉降量；沉降按機(jī)理分類以及各類沉降的含義；一維滲流固結(jié)課題的基本假設(shè)、微分方程；固結(jié)度、平均固結(jié)度的概念沉降與時間關(guān)系的計算第五章復(fù)習(xí)要點第六章土的抗剪強(qiáng)度第一節(jié)概述一、概念土的抗剪強(qiáng)度指土體抵抗剪切破壞的極限能力，其數(shù)值等于剪切破壞時滑動面上的剪應(yīng)力。土體破壞時的應(yīng)力組合關(guān)系稱為破壞準(zhǔn)則。二、土的抗剪強(qiáng)度機(jī)理1、摩擦強(qiáng)度（摩擦力）包括滑動摩擦和咬合摩擦滑動摩擦由顆粒間接觸面粗糙不平所引起。咬合摩擦是指相鄰顆粒對于相對移動的約束作用。摩擦強(qiáng)度的影響因素有：顆粒形狀、礦物成分、

粒徑級配、密度等。2、粘聚強(qiáng)度（粘聚力）取決于土粒間的各種膠結(jié)作用和靜電引力。第二節(jié)土的抗剪強(qiáng)度理論一、屈服與破壞產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為屈服。開始引起屈服的應(yīng)力狀態(tài)稱為

屈服條件。屈服點對應(yīng)的應(yīng)力為屈服應(yīng)力。與理想塑性材料不同，土的塑性應(yīng)變增加了土對繼續(xù)變形的阻力，屈服點位置隨應(yīng)力增加而提高。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化（加工硬化）。到達(dá)峰值點后，隨應(yīng)變繼續(xù)增大應(yīng)力反而下降，強(qiáng)度隨應(yīng)變增加而降低，稱為應(yīng)變軟化（加工軟化。）相當(dāng)于峰值點的強(qiáng)度稱為峰值強(qiáng)度。相當(dāng)于應(yīng)變很大、應(yīng)力衰減至恒定值時的強(qiáng)度稱為殘余強(qiáng)度。不論是峰值強(qiáng)度還是殘余強(qiáng)度，都不是一個固定不變的數(shù)值，而是與土的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。這是土區(qū)別于其它材料的重要特點之一。二、庫倫（Coulomb）公式（1773）砂土:τf=σtg

粘性土:τf=c+σtg

式中：c和φ為抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(抗剪強(qiáng)度參數(shù))c-土的粘聚力

-土的內(nèi)摩擦角用有效應(yīng)力表達(dá)

τf=c′+σ′tgφ′=c′+（σ-u）tgφ′三、莫爾-庫倫強(qiáng)度理論（1910）莫爾認(rèn)為材料的破壞是剪切破壞，當(dāng)任一平面上的剪應(yīng)力等于材料的抗剪強(qiáng)度時該點破壞，并提出破壞面上的剪應(yīng)力是該面上法向應(yīng)力

的函數(shù)，即這個函數(shù)在

f—坐標(biāo)中是一條曲線，稱為莫爾包線（或稱為抗剪強(qiáng)度包線）極限平衡狀態(tài)：土單元體中某一個面上的τ=τf的臨界狀態(tài)。極限平衡條件：土體中某點處于極限平衡狀態(tài)時的應(yīng)力條件。（τ=τf，土的剪切破壞條件）

=fM（一）土中一點的應(yīng)力狀態(tài)抗剪強(qiáng)度包線與莫爾應(yīng)力圓之間的關(guān)系有三種：（1）整個莫爾圓位于抗剪強(qiáng)度包線的下方（2）莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線相切（切點為A）（3）莫爾圓與抗剪強(qiáng)度包線相割

A

c莫爾圓與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系（二）莫爾—庫倫破壞準(zhǔn)則根據(jù)Mohr-Coulomb破壞理論，破壞時的Mohr應(yīng)力圓必定與破壞包線相切。切點所代表的平面滿足τ=τf的條件，該點處于極限平衡狀態(tài)。（三）Mohr-Coulomb破壞理論的要點①剪切破裂面上，土體的抗剪強(qiáng)度是法向應(yīng)力的函數(shù)

τf=f（σ）②當(dāng)法向應(yīng)力不大時，該函數(shù)可以簡化為線性函數(shù)關(guān)系，用Coulomb公式來表示

τf=c+σtgφ③土單元體的任何一個面上τ=τf時，就會發(fā)生剪切破壞。此時土單元體的應(yīng)力狀態(tài)滿足極限平衡條件。四極限平衡條件的應(yīng)用已知土內(nèi)一點M的主應(yīng)力σ1m和σ3m,以及土的內(nèi)摩擦角C、φ，可以判斷該點土體是否破壞。

3

1

m

1m

3m

3

1

1m

3m

3

1

1m

3mc0第三節(jié)土的抗剪強(qiáng)度試驗方法一、直剪試驗應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式

峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度直剪試驗根據(jù)排水條件可分為：快剪、固結(jié)快剪和慢剪．優(yōu)點：直接剪切儀構(gòu)造簡單，操作方便等缺點：①限定的剪切面；②剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻；③在計算抗剪強(qiáng)度時按土樣的原截面積計算的；④試驗時不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。二、三軸試驗

3

3

3

3

3

1=3+1

1=3+1三軸試驗原理按剪切前的固結(jié)程度和剪切過程中的排水條件三軸試驗可分為三種類型：1、不固結(jié)不排水試驗（UU）2、固結(jié)不排水試驗（CU）3、固結(jié)排水試驗（CD）三軸試驗類型三軸壓縮實驗優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）可嚴(yán)格控制排水條件（2）可量測孔隙水壓力（3）破裂面在最軟弱處缺點：（1）

2=3，軸對稱（2）實驗比較復(fù)雜三、真三軸試驗四、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗試驗時圍壓σ3=0（無側(cè)限），試樣在軸向壓力下產(chǎn)生剪切破壞。破壞時的軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以qu

表示。五、十字板剪切試驗第四節(jié)飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度一、不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度二、固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度

0點說明未受任何固結(jié)壓力的土，它不具有抗剪強(qiáng)度。有效應(yīng)力圓直徑與總應(yīng)力圓直徑相等。三、固結(jié)排水抗剪強(qiáng)度在整個試驗過程中，孔隙水壓力始終為0，總應(yīng)力等于有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓就是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力破壞包線就是有效應(yīng)力破壞包線。四、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇粘性土的抗剪強(qiáng)度與剪切條件、試驗條件、試驗方法等有關(guān)，總應(yīng)力分析法用總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度；有效應(yīng)力分析法用有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度。例6-2

一飽和粘性土試樣在三軸儀中進(jìn)行固結(jié)不排水實驗，施加周圍壓力

3

=200kPa，試件破壞時主應(yīng)力差1-3=280kPa，測得孔隙水壓力uf=180kPa，整理實驗得c’=80kPa,’=24°，試求破壞面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力以及試件中的最大剪應(yīng)力。解：破壞面與大主應(yīng)力作用面之間的夾角為：破壞面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力為：最大剪應(yīng)力發(fā)生在

=45°的平面上，為：第六章復(fù)習(xí)要點抗剪強(qiáng)度、極限平衡條件的概念；庫倫定律（庫倫公式及其描述）；莫爾包線；抗剪強(qiáng)度理論的要點；抗剪強(qiáng)度理論的應(yīng)用；直剪、三軸實驗的分類；區(qū)分飽和土的三種不同抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。第七章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上的土壓力第一節(jié)概述第二節(jié)靜止土壓力計算第三節(jié)朗肯土壓力理論第四節(jié)庫倫土壓力理論第五節(jié)若干問題的討論按常用的結(jié)構(gòu)形式分：

重力式、懸壁式、扶臂式、錨式擋土墻按剛度及位移方式分：

剛性擋土墻、柔性擋土墻、臨時支撐二、墻體位移與土壓力類型

墻體位移的方向和位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力性質(zhì)和土壓力大小。太沙基的模型試驗結(jié)果三種土壓力的關(guān)系：

靜止土壓力對應(yīng)于圖中A點

墻位移為0，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)主動土壓力對應(yīng)于圖中B點

墻向離開填土的方向位移，墻后土體處于主動極限平衡狀態(tài)被動土壓力對應(yīng)于圖中C點

墻向填土的方向位移，墻后土體處于被動極限平衡狀態(tài)Pa<P0<Pp表6-1產(chǎn)生主動和被動土壓力所需墻的位移量土類應(yīng)力狀態(tài)墻運動形式可能需要的位移量砂土主動平移0.0001H繞墻趾轉(zhuǎn)動0.001H繞墻頂轉(zhuǎn)動0.02H被動平移0.05H繞墻趾轉(zhuǎn)動>0.1H繞墻頂轉(zhuǎn)動0.05H粘土主動平移0.004H繞墻趾轉(zhuǎn)動0.004H擋土墻在土壓力作用下，不向任何方向發(fā)生位移和轉(zhuǎn)動時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。當(dāng)擋土墻沿墻趾向離開填土方向轉(zhuǎn)動或平行移動，且位移達(dá)到一定量時，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)，填土中開始出現(xiàn)滑動面，這時在擋土墻上的土壓力稱為主動土壓力。當(dāng)擋土墻在外力作用下向墻背填土方向轉(zhuǎn)動或平行移動時，土壓力逐漸增大，當(dāng)位移達(dá)到一定量時，潛在滑動面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)，填土內(nèi)開始出現(xiàn)滑動面，這時作用在擋土墻上的土壓力增加至最大，稱為被動土壓力。

第二節(jié)靜止土壓力計算

h

v

h

v

h=p0zzzH(a)(b)

靜止土壓力強(qiáng)度（p0）可按半空間直線變形體在土的自重作用下無側(cè)向變形時的水平側(cè)向應(yīng)力

h來計算。下圖表示半無限土體中深度為z處土單元的應(yīng)力狀態(tài)：

設(shè)想用一擋土墻代替單元體左側(cè)的土體，擋土墻墻背光滑，則墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)并沒有變化，仍處于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)。豎向應(yīng)力為自重應(yīng)力：

z=z

水平向應(yīng)力為原來土體內(nèi)部應(yīng)力變成土對墻的應(yīng)力，即為靜止土壓力強(qiáng)度p0：

p0=

h=K0zK0HH3P0(c)zp

f=c+tg(d)

h=p0zzH(b)

靜止土壓力沿墻高呈三角形分布，作用于墻背面單位長度上的總靜止土壓力（P0）：

P0的作用點位于墻底面往上1/3H處，單位[kN/m]。（d）圖是處在靜止土壓力狀態(tài)下的土單元的應(yīng)力摩爾圓，可以看出，這種應(yīng)力狀態(tài)離破壞包線很遠(yuǎn)，屬于彈性平衡應(yīng)力狀態(tài)。

第三節(jié)朗肯土壓力理論一、基本原理朗肯理論的基本假設(shè)：

1.墻本身是剛性的，不考慮墻身的變形；

2.墻后填土延伸到無限遠(yuǎn)處，填土表面水平（

=0）；

3.墻背垂直光滑（墻與垂向夾角

=0，墻與土的摩擦角

=0）。1857年英國學(xué)者朗肯（Rankine）從研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極限平衡理論，得出計算土壓力的方法，又稱極限應(yīng)力法。表面水平的均質(zhì)彈性半空間體的極限平衡狀態(tài)圖

土體內(nèi)每一豎直面都是對稱面，地面下深度z處的M點在自重作用下，垂直截面和水平截面上的剪應(yīng)力均為零，該點處于彈性平衡狀態(tài)（靜止土壓力狀態(tài)），其大小為：

用

1、、3作摩爾應(yīng)力圓，如左圖所示。其中3

（h）既為靜止土壓力強(qiáng)度。

h

v

h

vz(a)zp

f=c+tg(d)

三、被動土壓力的計算同計算主動土壓力一樣用

1、3作摩爾應(yīng)力圓，如下圖。使擋土墻向右方移動，則右半部分土體有壓縮的趨勢，墻面的法向應(yīng)力h增大

。h、

v為大小主應(yīng)力。當(dāng)擋土墻的位移使得h增大到使土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，則h達(dá)到最高限值pp

，即為所求的朗肯被動土壓力強(qiáng)度。對于粘性土：例題有一高7m的墻背直立光滑、填土表面水平的擋土墻。填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為：c=12kPa，

=15°，

=18kN/m3。試求主動土壓力及作用點位置，并繪制出主動土壓力分布圖。H=7mZ0=1.74mPa=146.8kN/m1.75m55.8kPaoτσ+β-βBACFB′LL′DEpa

φ90°-β四、實際工程中朗肯理論的應(yīng)用ββPa（一）無限斜坡面的土壓力計算（二）坦墻土壓力計算當(dāng)墻背傾角α>45°-/2時，滑動土楔不再沿墻背滑動，墻后土體中出現(xiàn)兩個滑動面的擋土墻稱為坦墻。αcr=45°-/2（四）填土成層和有地下水時的土壓力計算地下水水位以下用浮容重和水下的值(a)(b)(c)（三）填土表面有均布荷載作用時pazqHqKaγHKaσz第四節(jié)庫倫土壓力理論庫倫土壓力理論是從楔體的靜力平衡條件得出的?；炯僭O(shè)：

a.滑動破裂面為通過墻踵的平面（平面滑裂面）。

b.擋土墻是剛性的（剛體滑動）。

c.滑動楔體處于極限平衡狀態(tài)（極限平衡）。（一）無粘性土主動土壓力一、數(shù)解法HACRB