土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課件

緒論巖石破碎礦物成分改變風(fēng)化（物理、化學(xué)）作用搬運(yùn)沉積巖石土1、什么是土？1.1土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念-----礦物或巖石碎屑構(gòu)成的松軟的集合體土力學(xué)的研究對(duì)象是土體2、什么是土力學(xué)？-----土力學(xué)是以傳統(tǒng)的工程力學(xué)和地質(zhì)學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)，研究土的基本物理性質(zhì)和土體在荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和滲透性的力學(xué)特性。還要通過專門的土工試驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件研究土的物理力學(xué)特性。3、地基、基礎(chǔ)的概念地基---承受建筑物全部荷載的那部分天然的或部分人工處理的土層。基礎(chǔ)---位于建筑物墻柱底梁以下，經(jīng)過擴(kuò)大尺寸的建筑物最下部的結(jié)構(gòu)。地基天然地基：沒有經(jīng)過人為處理人工地基：承載力低，高壓縮性地基，需要對(duì)其加固處理，如換土墊層法、排水固結(jié)法、化學(xué)加固法、加筋土技術(shù)?；A(chǔ)淺基礎(chǔ)

深基礎(chǔ)埋深---設(shè)計(jì)地面到基礎(chǔ)底面的垂直距離4、地基、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)須滿足的條件1）承載力條件：作用于地基上的荷載效應(yīng)不得超過地基容許承載力或地基承載力特征值2）變形條件：控制地基沉降使之不得超過地基變形容許值

3）穩(wěn)定性條件：擋土墻、邊坡、地基基礎(chǔ)保證具有足夠防止失穩(wěn)破壞的安全儲(chǔ)備5、本課程的重要性1）基礎(chǔ)工程造價(jià)高

2）施工周期長(zhǎng)

3）屬于隱蔽工程

4）基礎(chǔ)工程事故危害性大6、土木工程事故的類型與案例分析◆地基產(chǎn)生整體剪切破壞

◆地基發(fā)生不均勻沉降

◆地基土產(chǎn)生過量沉降

◆地基液化失效TransconaGrainElevator加拿大Transcona谷倉，建于1913年。高31m，寬23.47m。地基破壞后，西側(cè)下陷8.8m，東側(cè)抬高1.52m，傾斜27o。后在基礎(chǔ)之下做了七十多個(gè)支撐于下部基巖上的混凝土墩，使用了388個(gè)50T千斤頂糾正，但位置較原先下降4m。（1）地基產(chǎn)生整體剪切破壞

事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822Ｔ谷物時(shí)，1小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm24小時(shí)傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m

東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損處理：事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其位置比原來降低了４米。原因：地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算地基承載力應(yīng)用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力小于破壞時(shí)的基底壓力。谷倉地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。26

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失事后1913.10.181952.10.5

試驗(yàn)孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3試驗(yàn)孔失事原因及處理措施目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°1360：再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動(dòng)工（2）地基發(fā)生不均勻沉降◆意大利的比薩斜塔原因：持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，塔身較重，變形較大?！籼K州虎丘塔建于公元959～961年期間，7級(jí)8角形磚塔，塔底直徑13.66m，高47.5m。塔頂1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏離基礎(chǔ)軸線0.924m。虎丘塔美國(guó)，California,LaConchita，1995。

（3）地基液化失效特點(diǎn)：1.2本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求要求：1）涉及領(lǐng)域廣、內(nèi)容多、綜合性強(qiáng)2）實(shí)踐性強(qiáng)1）重視地質(zhì)學(xué)的基本知識(shí)3）要求理解有關(guān)公式的意義及應(yīng)用條件，不注重公式的推導(dǎo)。2）牢牢抓住土的變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性這一重要線索。并特別注意土的多樣性和易變性特點(diǎn)。必須掌握有關(guān)的土工試驗(yàn)技術(shù)及地基勘察知識(shí)。4）必須要理論聯(lián)系實(shí)際Charles-AugustedeCoulomb(1736~1806)

法國(guó)科學(xué)家1773年，Coulomb抗剪強(qiáng)度理論和土壓力理論1857年，英國(guó)的朗金提出擋土墻土壓力理論1.3本學(xué)科發(fā)展概況1885年，法國(guó)布辛奈斯克（Boussinesq）求得了在彈性半空間表面作用豎向集中力的應(yīng)力和變形的理論解答1922年，瑞典的費(fèi)蘭紐斯（Fellwnius）提出了土坡穩(wěn)定分析方法1900年，莫爾抗剪強(qiáng)度理論1920年，普朗特爾地基極限承載力理論1925年，《Erdbaumechanik》（土力學(xué)）出版，標(biāo)志著土力學(xué)這門學(xué)科的誕生。1929年，發(fā)表了《工程地質(zhì)學(xué)》KarlVonTerzaghi(1883~1963)

土力學(xué)之父1936年，在美國(guó)召開第一屆國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議1962年，我國(guó)召開第一屆全國(guó)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議我國(guó)頒布了較為系統(tǒng)的地基基礎(chǔ)方面的規(guī)范，指導(dǎo)了工程實(shí)踐設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)：理論發(fā)展，工藝先進(jìn)（補(bǔ)償式基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、樁箱基礎(chǔ)）平面設(shè)計(jì)：復(fù)雜異型平面地基處理技術(shù)：復(fù)合地基理論檢測(cè)技術(shù)：先進(jìn)合理第二章土的物理性質(zhì)及工程分類§2.1概述§2.2土的成因和組成§2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)§2.4無粘性土的密實(shí)度§2.5粘性土的物理特性§2.6土的滲透及滲流§2.7土的動(dòng)力特性§2.8地基土的工程分類主要內(nèi)容巖石破碎化學(xué)成分改變1、土的形成及定義2.1概述風(fēng)化（物理、化學(xué)）作用搬運(yùn)沉積巖石土由巖石在風(fēng)化作用下形成的大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體2、土的特點(diǎn)一、具有碎散性土固相液相氣相二、是一種三相體系三、具有自然變異性非連續(xù)介質(zhì)多項(xiàng)介質(zhì)2.2土的組成及其結(jié)構(gòu)與構(gòu)造2.2.1土的固相

1.土粒的礦物成分原生礦物由巖石經(jīng)過物理風(fēng)化形成，其礦物成分與母巖相同特征：礦物成分的性質(zhì)較穩(wěn)定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點(diǎn)例：石英、云母、長(zhǎng)石等土的固體顆粒構(gòu)成土的骨架，其大小、形狀、礦物成分以及組成情況對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯的影響。次生礦物特征：巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后所形成的新的礦物，其成分與母巖不相同

例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的親水性，遇水易膨脹的特點(diǎn)蒙脫石2.土粒粒組粒度：土粒的大小粒組：大小、性質(zhì)相近的土粒合并為一組界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）粘粒粉粒砂粒圓粒碎石塊石0.0050.075260200巨粒粗粒細(xì)粒3.土的顆粒級(jí)配定義：通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量（即各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)）來表示，稱為土的顆粒級(jí)配

表示方法表格法顆粒級(jí)配曲線法表格法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600顆粒粒徑級(jí)配曲線

縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對(duì)數(shù)坐標(biāo)）顆粒級(jí)配的描述

工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的不均勻程度d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級(jí)配不良的土；Cu＞10的土視為級(jí)配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級(jí)配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況對(duì)于礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu≥5和Cc=1～3時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫◆篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)試驗(yàn)方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計(jì)法:適用于d＜0.075mm篩分法（d>0.075mm的土）Stokes定律：球狀的細(xì)顆粒在水中的下沉速度與顆粒直徑的平方成正比。將一定質(zhì)量土浸入水中攪拌成懸液，攪拌停止后，土粒開始下沉，懸液的濃度隨之發(fā)生變化。利用特制的密度計(jì)，在不同時(shí)刻測(cè)懸液濃度的變化。即可換算出相應(yīng)的粒徑及小于該粒徑的土粒質(zhì)量，繪出級(jí)配曲線。比重計(jì)法移液管法◆沉降分析法水固態(tài)水液態(tài)水氣態(tài)水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細(xì)水2.2.2土中的水和氣

受電分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的土中水存在地下水位以下、土顆粒電分子引力以外的水地下水位以上的透水層中的自由水1、土中水的存在形態(tài)

105oO-2H+H+粘土顆粒水分子極性2、粘土顆粒與水的相互作用雙電層與擴(kuò)散層結(jié)合水概念強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水雙電層概念105oO-2H+H+水分子極性土中毛細(xì)現(xiàn)象

上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα3、毛細(xì)水毛細(xì)升高與孔徑成反比分析對(duì)象:

水柱粉土、粘土、砂土、礫石毛細(xì)水：是受到水與空氣交界面處表面張力作用、存在地下水位以上的透水層中的水毛細(xì)現(xiàn)象:

土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)的空隙向上及向其他方向移動(dòng)的現(xiàn)象4、土的凍脹（1）凍脹現(xiàn)象：某些細(xì)粒土層隨著土中水的凍結(jié)，土體產(chǎn)生體積膨脹，這種現(xiàn)象稱為凍脹現(xiàn)象。土層發(fā)生凍脹的原因，不僅是由于水分凍結(jié)成水時(shí)其體積要增大9％的緣故，而主要是由于土層凍結(jié)時(shí)，周圍未凍結(jié)區(qū)中的水分會(huì)向表層凍結(jié)區(qū)遷移集聚，使凍結(jié)區(qū)土層中的水分增加，凍結(jié)的水分逐漸增多，土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起。（2）融陷現(xiàn)象：當(dāng)土層解凍時(shí)，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，這種現(xiàn)象稱為融陷現(xiàn)象。（1）凍脹現(xiàn)象：某些細(xì)粒土層隨著土中水的凍結(jié)，土體產(chǎn)生體積膨脹，這種現(xiàn)象稱為凍脹現(xiàn)象。土層發(fā)生凍脹的原因，不僅是由于水分凍結(jié)成水時(shí)其體積要增大9％的緣故，而主要是由于土層凍結(jié)時(shí)，周圍未凍結(jié)區(qū)中的水分會(huì)向表層凍結(jié)區(qū)遷移集聚，使凍結(jié)區(qū)土層中的水分增加，凍結(jié)的水分逐漸增多，土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起。（2）融陷現(xiàn)象：當(dāng)土層解凍時(shí)，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，這種現(xiàn)象稱為融陷現(xiàn)象。4、土的凍脹5、凍土現(xiàn)象對(duì)工程的危害（1）凍脹時(shí)，路基被隆起，柔性路面鼓包、開裂，剛性路面錯(cuò)縫或折斷；（2）發(fā)生融陷后，路基土在車輛反復(fù)碾壓下，輕者路面變得松軟，重者路面翻漿。（3）修建在凍土上的建筑物，凍脹引起建筑物的開裂、傾斜甚至輕型構(gòu)筑物倒塌；（4）季節(jié)性凍土地區(qū)，當(dāng)土層解凍融化后，土層軟化，強(qiáng)度大大降低，使得房屋、橋梁和涵管等發(fā)生過量沉降和不均勻沉降，引起建筑物的開裂破壞。因此，凍土現(xiàn)象必須引起注意，并采取必要的防治措施。6、土中氣體

土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時(shí)被擠出土體外，對(duì)土的性質(zhì)影響不大

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時(shí)能有所復(fù)原，對(duì)土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長(zhǎng)土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時(shí)

固相液相氣相小結(jié)結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水毛細(xì)水重力水礦物成分顆粒級(jí)配顆粒形狀自由氣體封閉氣體2.2.3土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯(lián)結(jié)形式，與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關(guān)

1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)

密實(shí)狀態(tài)疏松狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，壓縮性小土粒易移動(dòng)，變形大2.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)3.絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘粒互相接近，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)土的構(gòu)造土的構(gòu)造是指在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都造成了土的不均勻性1.層理構(gòu)造：土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征。常見的有水平層理構(gòu)造和交錯(cuò)層理構(gòu)造

2.裂隙構(gòu)造：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物，如黃土的柱狀裂隙。

土中裂隙的存在大大降低了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)工程不利。土中應(yīng)力計(jì)算的目的及方法

土中應(yīng)力增量將引起土的變形，從而使建筑物發(fā)生下沉、傾斜及水平位移等；

土中應(yīng)力過大時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致土的強(qiáng)度破壞，甚至使土體發(fā)生滑動(dòng)而失穩(wěn)。

因此，研究土體的變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定性等力學(xué)問題時(shí)，都必須掌握先掌握土中應(yīng)力狀態(tài)。所以計(jì)算土中應(yīng)力分布是土力學(xué)的重要內(nèi)容。

計(jì)算土中應(yīng)力分布可利用彈性力學(xué)理論，因?yàn)椋?/p>

☆土的分散性影響；

☆土的非均質(zhì)性和非理想彈性的影響；

☆地基土可視為半無限體。概述支承建筑物荷載的土層稱為地基。與建筑物基礎(chǔ)底面直接接觸的土層稱為持力層。將持力層下面的土層稱為下臥層。土體的應(yīng)力按引起的原因分為自重應(yīng)力和附加應(yīng)力；自重應(yīng)力——由土體自身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力。附加應(yīng)力——由外荷（靜的或動(dòng)的）引起的土中應(yīng)力。土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定材料力學(xué)+-+-土力學(xué)正應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正壓為負(fù)順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)壓為正拉為負(fù)逆時(shí)針為正順時(shí)針為負(fù)3.1土中自重應(yīng)力由于土本身的有效重力引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力。自重應(yīng)力一般是自土體形成之日起就產(chǎn)生于土中。

均質(zhì)土自重應(yīng)力計(jì)算；

成層土自重應(yīng)力計(jì)算；

有地下水土?xí)r自重應(yīng)力計(jì)算；

存在隔水層時(shí)水土自重應(yīng)力計(jì)算；

土中水平自重應(yīng)力。3.1.1均質(zhì)土自重應(yīng)力計(jì)算

在深度z處平面上，土體因自身重力產(chǎn)生的豎向應(yīng)力scz（稱豎向自重應(yīng)力）等于單位面積上土柱體的重力G，如上圖所示。在深度z處土的自重應(yīng)力為：

3.1.2水平向自重應(yīng)力天然地面z靜止側(cè)壓力系數(shù)3.1.3成層土的自重應(yīng)力計(jì)算說明：1.地下水位以上土層采用天然重度，地下水位以下土層采用浮重度2.非均質(zhì)土中自重應(yīng)力沿深度呈折線分布

天然地面h1h2h3

3

2

1

水位面

1h1

1h1+

2h2

1h1+

2h2+3h3

3.1.4有地下水時(shí)自重應(yīng)力計(jì)算

當(dāng)計(jì)算地下水位以下土的自重應(yīng)力時(shí)，應(yīng)根據(jù)土的性質(zhì)確定是否需要考慮水的浮力作用。1、砂性土是應(yīng)該考慮浮力作用的。2、粘性土則視其物理狀態(tài)而定若IL＞1，則土處于流動(dòng)狀態(tài)，可認(rèn)為土體受到水浮力作用；若IL≤0，則土處于固體狀態(tài)，認(rèn)為土體不受水的浮力作用；若0＜IL＜1，土處于塑性狀態(tài)，在工程實(shí)踐中一般均按土體受到水浮力作用來考慮。若地下水位以下的土受到水的浮力作用，則水下部分土的重度按有效重度g′計(jì)算。例題分析【例】一地基由多層土組成，地質(zhì)剖面如下圖所示，試計(jì)算并繪制自重應(yīng)力σcz沿深度的分布圖

土力學(xué)57.0kPa80.1kPa103.1kPa150.1kPa194.1kPa土力學(xué)3.2

基底壓力基本概念（1）基底接觸壓力的產(chǎn)生

建筑物荷重基礎(chǔ)地基在地基與基礎(chǔ)的接觸面上產(chǎn)生的壓力（地基作用于基礎(chǔ)底面的反力）（2）接觸壓力的大小影響因素

地基土和基礎(chǔ)的剛度 荷載 基礎(chǔ)埋深 地基土性質(zhì)

F基底壓力：建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載和基礎(chǔ)自重通過基礎(chǔ)傳遞給地基，作用于基礎(chǔ)底面?zhèn)髦恋鼗膯挝幻娣e壓力抗彎剛度EI=∞→M≠0；反證法:假設(shè)基底壓力與荷載分布相同，則地基變形與柔性基礎(chǔ)情況必然一致；分布:中間小,兩端無窮大。3.2.1基底壓力分布基礎(chǔ)抗彎剛度EI=0→M=0；基礎(chǔ)變形能完全適應(yīng)地基表面的變形;基礎(chǔ)上下壓力分布必須完全相同，若不同將會(huì)產(chǎn)生彎矩。1）條形基礎(chǔ)，豎直均布荷載2）彈性地基，完全柔性基礎(chǔ)3）彈性地基，絕對(duì)剛性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)基底壓力分布

剛性基礎(chǔ)基底壓力分布

3.2.1基底壓力分布根據(jù)圣維南原理，基底壓力的具體分布形式對(duì)地基應(yīng)力計(jì)算的影響僅局限于一定深度范圍；超出此范圍以后，地基中附加應(yīng)力的分布將與基底壓力的分布關(guān)系不大，而只取決于荷載的大小、方向和合力的位置。3.2.2基底壓力簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)化計(jì)算方法：假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法3.2.2.1中心荷載作用下的基底壓力若是條形基礎(chǔ)，F(xiàn),G取單位長(zhǎng)度基底面積計(jì)算G=

GAd取室內(nèi)外平均埋深計(jì)算3.2.2.2偏心荷載作用下的基底壓力F+G

eelbpmaxpmin作用于基礎(chǔ)底面形心上的力矩M=(F+G)?e

基礎(chǔ)底面的抵抗矩；矩形截面W=bl2/6

討論：當(dāng)e<l/6時(shí)，pmax，pmin>0，基底壓力呈梯形分布

當(dāng)e=l/6時(shí)，pmax>0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布

當(dāng)e>l/6時(shí)，pmax>0，pmin<0，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，基底壓力重分布

pmaxpmine<l/6pmaxpmin=0e=l/6e>l/6pmaxpmin<0pmaxpmin=0基底壓力重分布基底壓力重分布偏心荷載作用在基底壓力分布圖形的形心上

土力學(xué)基底附加壓力：作用于地基表面，由于建造建筑物而新增加的壓力稱為基底附加壓力，即導(dǎo)致地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力的那部分基底壓力3.2.3基底附加壓力FFd實(shí)際情況基底附加壓力在數(shù)值上等于基底壓力扣除基底標(biāo)高處原有土體的自重應(yīng)力dpp00g-=基底壓力呈梯形分布時(shí)，基底附加壓力基底附加壓力自重應(yīng)力教學(xué)目的與要求：

理解附加應(yīng)力的概念，掌握矩形基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)地基中的附加應(yīng)力計(jì)算（查表法）地基中的附加應(yīng)力是指受外荷載作用下附加產(chǎn)生的應(yīng)力增量。目前附加應(yīng)力的計(jì)算，通常是假定地基土體為均勻、連續(xù)、各向同性的半無限空間彈性體，按照彈性理論計(jì)算，其結(jié)果可滿足工程精度要求§3.3地基中的附加應(yīng)力附加應(yīng)力：新增外加荷載在地基土體中引起的應(yīng)力§3.3地基中的附加應(yīng)力計(jì)算基本假定：地基土是連續(xù)、均勻、各向同性的半無限完全彈性體不同地基中應(yīng)力分布各有其特點(diǎn)平面問題空間問題x,z的函數(shù)x,y,z的函數(shù)一、豎直集中力作用下的附加應(yīng)力計(jì)算－布辛內(nèi)斯克解（P；x,y,z；R,α,β)yzxoPMxyzrRβM’αa為集中力作用下的應(yīng)力分布系數(shù)附加應(yīng)力分布規(guī)律土力學(xué)附加應(yīng)力分布規(guī)律距離地面越深，附加應(yīng)力的分布范圍越廣在集中力作用線上的附加應(yīng)力最大，向兩側(cè)逐漸減小同一豎向線上的附加應(yīng)力隨深度而變化在集中力作用線上，當(dāng)z＝0時(shí)，σz→∞，隨著深度增加，σz逐漸減小豎向集中力作用引起的附加應(yīng)力向深部向四周無限傳播，在傳播過程中，應(yīng)力強(qiáng)度不斷降低（應(yīng)力擴(kuò)散）疊加原理

由幾個(gè)外力共同作用時(shí)所引起的某一參數(shù)（內(nèi)力、應(yīng)力或位移），等于每個(gè)外力單獨(dú)作用時(shí)所引起的該參數(shù)值的代數(shù)和PazPbab兩個(gè)集中力作用下σz的疊加3.3.1.2多個(gè)集中力不規(guī)則分布荷載作用3.3.2分布荷載下地基附加應(yīng)力計(jì)算——積分法1、均布的矩形荷載——均布矩形荷載角點(diǎn)下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，簡(jiǎn)稱角點(diǎn)應(yīng)力系數(shù)，可查表得到。對(duì)于均布矩形荷載附加應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)不位于角點(diǎn)下的情況：

(1)o點(diǎn)在荷載面邊緣(2)o點(diǎn)在荷載面內(nèi)(3)o點(diǎn)在荷載面邊緣外側(cè)(4)o點(diǎn)在荷載面角點(diǎn)外側(cè)zMoIVIIIIIIoIIIIIIIVp1）計(jì)算點(diǎn)在荷載面內(nèi)σz＝(αcⅠ＋αcⅡ＋αcⅢ＋αcⅣ)p0IIIooIIIIoIVoII2）計(jì)算點(diǎn)在基底邊緣3）計(jì)算點(diǎn)在基底邊緣外σz＝（αcⅠ＋αcⅡ）p0σz＝(αcⅠ－αcⅡ＋αcⅢ－αcⅣ)p04）計(jì)算點(diǎn)在荷載面角點(diǎn)外IooIIIIIIVσz＝(αcⅠ－αcⅡ－αcⅢ＋αcⅣ)p0某柱下方形基礎(chǔ)邊長(zhǎng)4m，基底壓力為300kPa，基礎(chǔ)埋深為1.5，地基土重度為18kN/m3，試求基底中心點(diǎn)下4m深處的豎向附加應(yīng)力。已知邊長(zhǎng)為2m的均布方形荷載角點(diǎn)和中心殿下4m深處的豎向附加應(yīng)力系數(shù)分別為0.084和0.108。解：

有相鄰兩荷載面積A和B，其尺寸，相應(yīng)位置及所受荷載如圖所示。若考慮相鄰荷載B的影響，試求A荷載中心點(diǎn)以下深度z=2m處的豎向附加應(yīng)力z。

解：A荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力：荷載可按均勻布計(jì)算，

2.三角形分布的矩形荷載3.均布的圓形荷載

圖中所示的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)底面尺寸為5m×2.5m，試根據(jù)圖中所給資料計(jì)算基底壓力，及基底中心點(diǎn)下2.7m深處的豎向附加應(yīng)力。3.3.4平面問題（線荷載和條形荷載）1、平面問題概念：2、均布線荷載作用下土中應(yīng)力計(jì)算3、均布條形荷載作用下土中應(yīng)力計(jì)算

均布條形荷載下地基中附加應(yīng)力的分布規(guī)律：(1)地基附加應(yīng)力的擴(kuò)散分布性；(2)在離基底不同深度處各個(gè)水平面上，以基底中心點(diǎn)下軸線處最大，隨著距離中軸線愈遠(yuǎn)愈??；(3)在荷載分布范圍內(nèi)之下沿垂線方向的任意點(diǎn)，隨深度愈向下附加應(yīng)力愈小。土中附加壓力3.3.3地基土的非均勻性對(duì)附加應(yīng)力的影響在柔性荷載作用下，將土體視為均質(zhì)各向同性彈性土體時(shí)土中附加應(yīng)力的計(jì)算與土的性質(zhì)無關(guān)。但是，地基土往往是由軟硬不一的多種土層所組成，其變形特性在豎直方向差異較大，應(yīng)屬于雙層地基的應(yīng)力分布問題。有兩種情況：一種是堅(jiān)硬土層上覆蓋著不厚的可壓縮土層即薄壓縮層情況；即E1＜E2時(shí)，則土中附加應(yīng)力分布將發(fā)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。另一種是軟弱土層上有一層壓縮性較低的土層即硬殼層情況，即E1＞E2，則土中附加應(yīng)力將發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。

(a)應(yīng)力集中

(b)應(yīng)力擴(kuò)散地基中附加應(yīng)力的討論（二）成層地基的影響(1)上層軟弱，下層堅(jiān)硬的成層地基非均勻性—成層地基中軸線附近σz比均質(zhì)時(shí)明顯增大的現(xiàn)象

—應(yīng)力集中；應(yīng)力集中程度與土層剛度和厚度有關(guān)；隨H/B增大，應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸減弱。(2)上層堅(jiān)硬，下層軟弱的成層地基中軸線附近σz比均質(zhì)時(shí)明顯減小的現(xiàn)象

—應(yīng)力擴(kuò)散；應(yīng)力擴(kuò)散程度，與土層剛度和厚度有關(guān)；隨H/B的增大，應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象逐漸減弱。H均勻成層E1E2>E1H均勻成層E1E2<E13.4有效應(yīng)力原理

對(duì)于飽和土體，ua和Aa均為零，則

A=

sAs+uw(A

As)分析：As很小，第2項(xiàng)中As/A可略去不計(jì)；但第1項(xiàng)不能略去。為什么？深基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)區(qū)別：1、由深層較好的土來承受上部結(jié)構(gòu)的荷重以外，還有深基礎(chǔ)周壁的摩阻力共同承受上部荷重。深基礎(chǔ)承載力較高。2、需要用特殊方法進(jìn)行施工。3、造價(jià)較高。4、工期較長(zhǎng)。5、技術(shù)較復(fù)雜，需要專職技術(shù)人員負(fù)責(zé)施工及質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。第一節(jié)概述將荷載傳遞到下部好土層,承載力高軟土層承臺(tái)樁側(cè)阻端阻8.1概述4.1概述樁基礎(chǔ)的適用范圍根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，樁基需進(jìn)行如下計(jì)算和驗(yàn)算：1.所有樁基均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算.2.應(yīng)根據(jù)建筑樁基的設(shè)計(jì)等級(jí)及長(zhǎng)期荷載作用下樁基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響程度，按規(guī)定進(jìn)行變形計(jì)算.3.應(yīng)根據(jù)樁基所處的環(huán)境類別和相應(yīng)的裂縫控制等級(jí)，驗(yàn)算樁和承臺(tái)正截面的抗裂和裂縫寬度。樁基設(shè)計(jì)原則：大多數(shù)樁基的首要問題是在于控制沉降量。因此樁基設(shè)計(jì)應(yīng)按變形控制設(shè)計(jì)。8.1.2樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則第一節(jié)概述設(shè)計(jì)等級(jí)建筑物類型甲級(jí)重要的建筑30層以上或高度超過100m的高層建筑體型復(fù)雜，層數(shù)相差超過10層的高低層連體建筑物20層以上框筒結(jié)構(gòu)及其他對(duì)差異沉降有特殊要求的建筑物場(chǎng)地和地基條件復(fù)雜的一般建筑物及坡地、岸邊建筑對(duì)相鄰既有工程影響較大的建筑乙級(jí)除甲級(jí)，丙級(jí)以外的建筑丙級(jí)場(chǎng)地和地基條件簡(jiǎn)單，荷載分布均勻的七層及七層以下的建筑建筑樁基安全等級(jí)

4.1.2樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則樁基礎(chǔ)第一節(jié)概述8.1.3樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟與內(nèi)容1.選擇樁型、施工工藝、斷面、樁端持力層、承臺(tái)埋深。2.估算單樁承載力設(shè)計(jì)值。3.確定樁數(shù)和承臺(tái)底面尺寸。4.確定復(fù)合基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值。5.樁頂作用效應(yīng)驗(yàn)算，認(rèn)為柱底水平剪力作用于承臺(tái)頂面。6.樁基沉降計(jì)算。按長(zhǎng)期效應(yīng)組合柱底效應(yīng)進(jìn)行樁基沉降計(jì)算。7.樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。8.承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算。第一節(jié)概述返回根據(jù)樁基礎(chǔ)的承臺(tái)位置、使用功能、承載性狀、施工方法、樁身材料和設(shè)置效應(yīng)等可以將樁分為各種類型。一、按承臺(tái)位置分類8.2樁基礎(chǔ)的類型2.樁基的分類三、按樁的承載性狀分樁端承型樁：樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受的樁

摩擦型樁:樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)阻力承受的樁端承樁摩擦樁二、按使用功能分類豎向抗壓樁、豎向抗拔樁、水平受荷樁、復(fù)合受荷樁

（1）摩擦型樁摩擦樁端承摩擦樁（2）端承型樁端承樁摩擦端承樁(3)嵌巖樁四、按施工工藝分樁預(yù)制樁灌注樁鉆（沖）孔灌注樁挖孔灌注樁

沉管灌注樁

工程中應(yīng)用最廣泛的是鋼筋混凝土預(yù)制樁。樁徑選擇上比較靈活，樁長(zhǎng)不太受限。能防止頸縮與提高承載力，但造價(jià)較高。樁身質(zhì)量容易得到保證，施工設(shè)備簡(jiǎn)單；無擠土作用，場(chǎng)區(qū)內(nèi)各樁可同時(shí)施工。但施工中必須注意安全。五、按樁的施工方法分類：1、預(yù)制樁。a.沉樁方法：1）錘擊法（打入）；2）振動(dòng)法（砂土地基或鋼樁），但不適合一般粘土地基；3）靜力壓樁法（均質(zhì)軟土地基），適用于可塑、軟塑狀的粘性土地基，不適合砂土及其他較堅(jiān)硬的土層。

樁的預(yù)制

1)樁的制作加工場(chǎng)預(yù)制或在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制。

方法：間隔法和離心法;疊澆層數(shù)：

4層;下層構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)30

R28后方可澆筑上層混凝土。

2)樁的運(yùn)輸和堆放*強(qiáng)度要求：吊裝時(shí)-----達(dá)70

運(yùn)輸時(shí)-----達(dá)100

*合理的吊點(diǎn)位置

——起吊時(shí)構(gòu)件正，負(fù)彎矩基本相等（內(nèi)力最?。┑诙?jié)樁的類型沉樁方法

——有錘擊法、振動(dòng)法、靜力壓樁法

1）錘擊沉樁（1）樁錘

a落錘適用于——粘土或含砂石較多的地基土；

b蒸汽錘——單動(dòng)氣錘、雙動(dòng)氣錘適用于——打各種樁

第二節(jié)樁基礎(chǔ)的類型2.灌注樁灌注樁的施工

（1）沉管灌注樁（2）鉆孔灌注樁(3)挖孔樁五、按樁的設(shè)置效應(yīng)分類樁基的質(zhì)量檢測(cè)8.3單樁豎向極限承載力一、豎向荷載下單樁的工作性能1.樁的荷載傳遞1樁的荷載傳遞2.樁側(cè)摩阻力和樁端阻力樁側(cè)摩阻力和樁底阻力的發(fā)揮程度與樁土間的變形性態(tài)有關(guān)，并各自達(dá)到極限值時(shí)所需要的位移量是不相同的。3.單樁的破壞模式4.樁側(cè)負(fù)摩阻力√樁數(shù)很多的密集群樁打樁時(shí)，使樁周土中產(chǎn)生很大的超空隙水壓力，打樁停止后樁周土的再固結(jié)作用引起下沉。樁側(cè)負(fù)摩阻力示意圖（a）受負(fù)摩阻力樁；（b）樁身截面位移；（c）樁側(cè)摩阻力分布；（d）樁身軸力分布8.4單樁豎向承載力確定8.4.1根據(jù)樁身材料強(qiáng)度確定

對(duì)于鋼筋混凝土樁：R

——單樁豎向承載力特征值，KN；

——樁的穩(wěn)定系數(shù)，考慮土的側(cè)向作用，一般取=1.0；

fc——混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，KPa；

Ap——樁身的橫截面面積，m2；

fy′——縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；Ag------樁身內(nèi)全部縱向鋼筋的截面面積，mm2。8.4.2按單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)確定

測(cè)試方法（慢速維持荷載法）加載應(yīng)分級(jí)：

每級(jí)荷載約為預(yù)估的單樁承載力設(shè)計(jì)值的1/5-1/8。測(cè)讀沉降時(shí)間：

每級(jí)加荷后的第一小時(shí)內(nèi)，按2、5、15、30、45、60min測(cè)讀一次，以后每隔30min測(cè)讀一次，直至穩(wěn)定為止，再施加下一級(jí)荷載。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)：

對(duì)砂性土為30min內(nèi)不超過0.lmm，對(duì)粘性土為lh內(nèi)不超過0.lmm。2.終止加載的條件終止試驗(yàn)：

待某一級(jí)沉降穩(wěn)定后，施加下一級(jí)。循此加載觀測(cè)，直至樁達(dá)到破壞狀態(tài)。破壞狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)：所相應(yīng)施加的荷載即為破壞荷載（1）樁的沉降量突然增大，總沉降量大于40mm，且本級(jí)荷載下的沉降量為前一級(jí)荷載下沉降量的5倍以上。(2)本級(jí)荷載下樁的沉降量為前一級(jí)荷載下沉降量的2倍，且24h樁的沉降未趨穩(wěn)定。（3）已達(dá)到錨樁最大抗拔力或壓重平臺(tái)的最大質(zhì)量時(shí)。3.按試驗(yàn)結(jié)果確定單樁承載力8.4.3按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定

----樁側(cè)總極限摩阻力和樁端總極限阻力

按總應(yīng)力分析法取不排水強(qiáng)度cu估算Qu

8.4.4按靜力觸探法確定

觸探儀的探頭貫入土中時(shí)的貫入阻力與受壓?jiǎn)螛对谕林械墓ぷ鳡顩r有相類似，將探頭壓入土中測(cè)得探頭的貫入阻力，取得資料與試樁結(jié)果進(jìn)行比較，通過大量資料的積累和分析研究，建立經(jīng)驗(yàn)公式確定軸向受壓?jiǎn)螛度菰S承載力。測(cè)試時(shí)，可采用單橋或雙橋探頭?！稑痘?guī)》采用的，根據(jù)雙橋探頭資料確定沉入樁的單樁容許承載力公式:8.4.5按經(jīng)驗(yàn)公式法確定

8.4.8單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值

《地基規(guī)范》單樁豎向承載力特征值確定（1）單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過試驗(yàn)確定（2）地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的建筑物，可通過靜力觸探及吧標(biāo)貫試驗(yàn)確定（3）初步設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值可按下式：（4）嵌巖灌注樁樁端以下3倍樁徑范圍內(nèi)應(yīng)無軟弱夾層，斷裂破碎帶和洞穴分布，無巖體臨空面單樁承載力特征值:2002地基基礎(chǔ)規(guī)范的提法

單樁承載力設(shè)計(jì)值：94－94規(guī)范的提法

單樁承載力設(shè)計(jì)值：＝單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值/抗力分項(xiàng)系數(shù)（一般1.65左右)

單樁承載力特征值:=靜載試驗(yàn)確定的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值/2

采用2002規(guī)范時(shí)，設(shè)計(jì)值就取特征值，荷載組合為荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合

采用94－94規(guī)范時(shí)，設(shè)計(jì)值就是上面那個(gè)式子，荷載組合為荷載效應(yīng)的基本組合8.5單樁水平極限承載力8.5.2單樁水平靜載試驗(yàn)樁的水平靜載試驗(yàn)是確定樁的橫向承載力的較可靠的方法，也是常用的研究分析試驗(yàn)方法。試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行，所確定的單樁水平承載力和地基土的水平抗力系數(shù)最符合實(shí)際情況。如果預(yù)先已在樁身埋有量測(cè)元件，則可測(cè)定出樁身應(yīng)力變化，并由此求得樁身彎矩分布。二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算

除應(yīng)進(jìn)行水平承載力驗(yàn)算，還應(yīng)滿足樁身受彎承載力和受剪承載力的驗(yàn)算。因此，需要對(duì)水平受荷樁進(jìn)行內(nèi)力及變形的計(jì)算。彈性樁的分析計(jì)算方法主要有地基反力系數(shù)法、彈性理論法和有限元法等．只介紹國(guó)內(nèi)目前常用的地基反力系數(shù)法。地基反力系數(shù)法是應(yīng)用文克爾地基模型.

(2)試驗(yàn)方法

單向多循環(huán)加卸載法：

這種方法可模擬基礎(chǔ)承受反復(fù)水平荷載(風(fēng)載、地震荷載、制力和波浪沖擊力等循環(huán)性荷載）。a．試驗(yàn)方法

試驗(yàn)加載分級(jí)，一般取預(yù)估橫向極限荷載的1/10一1/15作為每級(jí)荷載的加載增量。恨據(jù)樁徑大小并適當(dāng)考慮土層軟硬，對(duì)于直徑300一1000mm的樁，每級(jí)荷載增量可取2.5一20kN。每級(jí)荷載施加后，恒載4min測(cè)讀橫向位移，然后卸載至零，停2min測(cè)讀殘余橫向位移，至此完成一個(gè)加卸載循環(huán)，循環(huán)5次后，開始加下一級(jí)荷載。（3）終止加載的條件當(dāng)樁身折斷或水平位移超過30一40mm(軟土取40mm)時(shí)，終止試驗(yàn)。（4）水平承載力的確定

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可繪制荷載－時(shí)間—位移(H0-t0-x0)曲線(如圖所示)，據(jù)此可綜合確定單樁水平臨界荷載Hcr與極限荷載Hu。水平臨界荷載Hcr系指樁身受拉區(qū)混凝土開裂退出工作前的荷載，會(huì)使樁的水平位移增大。相應(yīng)地可取(H0-T0-U0)曲線出現(xiàn)突變點(diǎn)的前一級(jí)荷載為水平臨界荷載(如圖)，或取(H0-x0/H0)曲線第一直線段終點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的荷載為水平臨界荷載。水平極限荷載Hu可取(H0-T0-x0)曲線明顯陡降的前一級(jí)荷載作為極限荷載，或在(H0-x0/H0)曲線的第二直線段終點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的荷載作為極限荷載。8.5.3水平受荷樁的內(nèi)力及位移分析方法：用梁的彎曲理論求解樁的水平抗力---地基水平抗力系數(shù)1、常數(shù)法：假設(shè)地基水平抗力系數(shù)沿深度均勻分布，n=0

2、“k”法：

3、“m”法：

4、“c”法：１、端承型群樁基礎(chǔ)端承型群樁基礎(chǔ)中各單樁的工作性狀接近于單樁8.6群樁基礎(chǔ)計(jì)算8.6.1群樁的工作特點(diǎn)端承型群樁基礎(chǔ)的承載力等于各單樁的承載力之和。２、摩擦型群樁基礎(chǔ)（1）樁數(shù)少，樁中心距較大時(shí)：（2）樁數(shù)較多，樁中心距較小時(shí)：群樁基礎(chǔ)的承載力等于各單樁的承載力之和。群樁基礎(chǔ)的承載力小于各單樁的承載力之和。但沉降量大于單樁的沉降量。8.6.2承臺(tái)下土對(duì)荷載的分擔(dān)作用復(fù)合樁基：由樁和承臺(tái)底地基土共同承擔(dān)荷載復(fù)合基樁：復(fù)合樁基中基樁的承載力含有承臺(tái)底的土阻力剛性承臺(tái)底面土反力呈馬鞍形分布。以群樁外圍包絡(luò)線為界，將臺(tái)底面積分為內(nèi)外兩區(qū)，則內(nèi)區(qū)反力比外區(qū)小而且比較均勻，樁距增大時(shí)內(nèi)外反力差明顯降低。臺(tái)底分擔(dān)的荷載總值增加時(shí)，反力的塑性重分布不顯著，而保持反力圖式基本不變。利用臺(tái)底反力分布的上述特征，可以通過加大外區(qū)與內(nèi)區(qū)的面積比來提高承臺(tái)分擔(dān)荷載的份額。8.6.3復(fù)合基樁豎向承載力特征值對(duì)于端承型樁基、樁數(shù)少于4根的摩擦型樁基以及由于地層土性、使用條件等因素不宜考慮承臺(tái)效應(yīng)時(shí)，基樁豎向承載力特征值取單樁豎向承載力特征值，即

考慮承臺(tái)下土的分擔(dān)作用時(shí)：當(dāng)承臺(tái)底面以下存在可液化土、濕陷性黃土、高靈敏度軟土、欠固結(jié)土、新填土，或可能出現(xiàn)震陷、降水、沉樁過程產(chǎn)生高孔隙水壓和土體隆起時(shí)，承臺(tái)與其下的地基土可能脫開，因此不考慮承臺(tái)效應(yīng)，8.6.4樁頂作用效應(yīng)簡(jiǎn)化計(jì)算8.6.4.1基樁樁頂效應(yīng)計(jì)算1、軸心豎向力作用下2、偏心豎向力作用下三、樁基的受力驗(yàn)算在初步確定樁數(shù)和布樁之后，應(yīng)驗(yàn)算群樁中各樁所受到荷載是否超過基樁承載力特征值。樁頂荷載計(jì)算時(shí)假設(shè)承臺(tái)為絕對(duì)剛性，樁身壓縮變形在線彈性范圍內(nèi)，因此，可按材料力學(xué)方法計(jì)算。1.中心荷載下設(shè)計(jì)要求：

2．偏心荷載下各樁受力

設(shè)計(jì)要求8.6.6樁基軟弱下臥層承載力驗(yàn)算當(dāng)樁端持力層厚度有限，且樁端平面以下軟弱土層承載力與樁端持力層承載力相差過大，如果樁長(zhǎng)較小，樁距較小，樁基類似實(shí)體墩基礎(chǔ)，可能引起樁端持力層發(fā)生沖切破壞。應(yīng)驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力，要求樁端平面下沖剪錐體底面應(yīng)力設(shè)計(jì)值不超過下臥層的承載力特征值。

對(duì)于樁距sa≤6d且樁長(zhǎng)l<15m的群樁基礎(chǔ)，持力層下存在承載力低于樁端持力層1/3

軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)按下式驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力：≤faz

8.7樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)1.收集設(shè)計(jì)資料8.7.2選擇樁材、樁型及其幾何尺寸

樁材：預(yù)制樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；灌注樁不應(yīng)低于C20；水下灌注樁不應(yīng)低于C25；預(yù)應(yīng)力樁不低于C40。樁型、尺寸：

應(yīng)從建筑物實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合施工條件及工地地質(zhì)情況進(jìn)行綜合考慮8.7.3確定樁的根數(shù)及其布置

中心受壓偏心受壓F——樁基受到的豎向荷載設(shè)計(jì)值，kN；

G——承臺(tái)及其上的土受到的重力，kN；

R——單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值，kN；

μ——增大系數(shù)，一般取1.1～1.2。8.7.3.1確定樁數(shù)8.7.3.2樁的間距樁距就是指樁的中心距，一般取3～4倍樁徑，間距太大會(huì)增加承臺(tái)的體積，太小則使樁基在施工過程造成困難，應(yīng)符合規(guī)范要求。8.7.3.3樁的布置樁位的布置應(yīng)盡可能使上部荷載的中心與樁群的橫截面重心重合。樁在平面內(nèi)可布置成方形（或矩形）、網(wǎng)格或三角形網(wǎng)格的形式；條形基礎(chǔ)下的樁，可采用單排或雙排布置，見圖：8.7.4.樁身截面強(qiáng)度計(jì)算8.7.4樁身截面強(qiáng)度計(jì)算8.7.5承臺(tái)設(shè)計(jì)承臺(tái)的作用是將各樁聯(lián)成一個(gè)整體，把上部結(jié)構(gòu)傳下來的荷載轉(zhuǎn)換、調(diào)整、分配于各樁。樁基承臺(tái)可分為：柱下獨(dú)立承臺(tái)、柱下或墻下條形承臺(tái)（梁式承臺(tái)），以及筏板承臺(tái)和箱形承臺(tái)等。承臺(tái)厚度應(yīng)滿足抗沖切、抗剪切承載力驗(yàn)算要求，承臺(tái)鋼筋的設(shè)置應(yīng)滿足抗彎承載力驗(yàn)算要求。承臺(tái)設(shè)計(jì)包括選擇承臺(tái)的材料及其強(qiáng)度等級(jí)、幾何形狀及其尺寸、進(jìn)行承臺(tái)結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算，并使其構(gòu)造滿足一定的要求。8.7.5.1承臺(tái)的構(gòu)造要求形狀：矩型、三角形、多邊形、圓形最小寬度

50cm最小厚度

30cm樁外緣距離承臺(tái)邊

15cm

邊樁中心距離承臺(tái)邊

1.0D樁嵌入承臺(tái)：大樁

10cm，

普通樁

5cm，鋼筋伸入承臺(tái)

30d混凝土標(biāo)號(hào)

C15cm，保護(hù)層

7cm

1.0d

15cm8.7.5.2承臺(tái)的計(jì)算樁承臺(tái)的內(nèi)力按簡(jiǎn)化計(jì)算方法確定，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行局部承壓、受沖切、受剪及受彎的強(qiáng)度計(jì)算。

8.7.5.2承臺(tái)的內(nèi)力計(jì)算1、受彎計(jì)算四樁承臺(tái)破壞模式

柱下多樁矩形承臺(tái)在配筋不足情況下產(chǎn)生彎曲破壞，呈梁式破壞。撓曲裂縫平行于柱邊兩個(gè)方向交替出現(xiàn)。（１）柱下多樁矩形承臺(tái)柱下多樁矩形承臺(tái)彎矩的計(jì)算截面應(yīng)取在柱邊和承臺(tái)高度變化處，按下式計(jì)算：

承臺(tái)受彎計(jì)算是將承臺(tái)作為在樁反力作用下的受彎構(gòu)件進(jìn)行的（２）柱下三樁三角形承臺(tái)等邊三角形承臺(tái)破壞模式２、受沖切計(jì)算承臺(tái)的有效高度不夠時(shí)，將產(chǎn)生沖切破壞。一種是柱對(duì)承臺(tái)的沖切；一種是角樁對(duì)承臺(tái)的沖切?？箾_切驗(yàn)算1)柱對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算：沖切破壞錐體采用自柱(墻)邊和承臺(tái)變階處至相應(yīng)樁頂邊緣連線所構(gòu)成的截錐體，且錐體斜面與承臺(tái)底面夾角≥45°，對(duì)于柱下矩形獨(dú)立承臺(tái)受沖切承載力可按下式計(jì)算：Fl≤2[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]βhpfth0

Fl=F-∑Ni第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟柱下獨(dú)立樁基柱對(duì)承臺(tái)的沖切計(jì)算2.角樁的沖切驗(yàn)算對(duì)于矩形承臺(tái)角樁的沖切驗(yàn)算，驗(yàn)算公式如下:第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟角樁的沖切計(jì)算三樁三角形承臺(tái)(圖4-30)可按下列公式驗(yàn)算底部角樁:頂部角樁:第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟斜截面抗剪驗(yàn)算：抗剪承載力的驗(yàn)算截面為通過柱邊(墻邊)和樁邊連線形成的斜截面，驗(yàn)算公式為:當(dāng)柱邊(墻邊)外有多排樁形成多個(gè)剪切斜截面時(shí)，對(duì)每一個(gè)斜截面都應(yīng)進(jìn)行受剪承載力計(jì)算。第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟承臺(tái)斜截面受剪計(jì)算4受彎計(jì)算：（1）樁矩形承臺(tái)多樁矩形承臺(tái)的計(jì)算截面取在樁邊和承臺(tái)高度變化處，垂直于y軸和垂直于x軸方向計(jì)算截面（圖4-32）的彎矩設(shè)計(jì)值分別為:第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟矩形承臺(tái)彎距計(jì)算（2）三角形承臺(tái)等邊三角形承臺(tái)其彎矩設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算:等腰三角形承臺(tái)其彎矩設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算:第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟第七節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟三樁承臺(tái)彎矩計(jì)算

土的破壞主要是由于剪切引起的，剪切破壞是土體破壞的重要特點(diǎn)工程實(shí)踐中與土的抗剪強(qiáng)度有關(guān)的工程主要有以下3類（1）土質(zhì)土壩的穩(wěn)定（2）土壓力（3）地基的承載力問題§5.1土的抗剪強(qiáng)度概述土的抗剪強(qiáng)度：土體抵抗剪切破壞的極限能力

5.1.1庫侖定律1773年，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)

f=

tan

砂土后來，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)

f=c+

tan

粘土c

庫侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)

c:土的粘聚力

:土的內(nèi)摩擦角

f

f二、土體抗剪強(qiáng)度影響因素摩擦力的兩個(gè)來源

1.滑動(dòng)摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦2.咬合摩擦：土粒間互相嵌入所產(chǎn)生的咬合力粘聚力：由土粒之間的膠結(jié)作用和電分子引力等因素形成抗剪強(qiáng)度影響因素摩擦力：剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒級(jí)配、土粒形狀以及表面粗糙程度粘聚力：土中礦物成分、粘粒含量、含水量以及土的結(jié)構(gòu)表達(dá)方法土的抗剪強(qiáng)度總應(yīng)力法：總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力法：有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)

莫爾包線表示材料在不同應(yīng)力作用下達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)面上法向應(yīng)力

與剪應(yīng)力

f的關(guān)系。莫爾包線

f=c+tan5.1.2莫爾-庫倫強(qiáng)度理論5.1.2莫爾—庫侖強(qiáng)度理論（1）在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，可以用線性函數(shù)近似

f

=c+

tg

（2）某土單元的任一個(gè)平面上=f，該單元就達(dá)到了極限平衡應(yīng)力狀態(tài)土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)土體內(nèi)一點(diǎn)處不同方位的截面上應(yīng)力的集合（剪應(yīng)力

和法向應(yīng)力

）

3

3

1

1

3

1

dldlcos

dlsin

楔體靜力平衡

3

1

dldlcos

dlsin

斜面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓方程

O

1

31/2(1+3)

2A(,)圓心坐標(biāo)[1/2(

1+

3)，0]應(yīng)力圓半徑r＝1/2(

1－

3

)土中某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述

土的極限平衡條件應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：

強(qiáng)度線應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：極限應(yīng)力圓τ<τf

彈性平衡狀態(tài)

τ=τf

極限平衡狀態(tài)

τ>τf

破壞狀態(tài)

莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則莫爾應(yīng)力圓與庫侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為土的破壞準(zhǔn)則(目前判別土體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則)

強(qiáng)度線

莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則

3

1c

f2

fA

cctg1/2(1+3)無粘性土：c=0土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為

f

f2

f

3

1c

A

cctg1/2(1+3)說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成

/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制

max五、例題分析【例】地基中某一單元土體上的大主應(yīng)力為430kPa，小主應(yīng)力為200kPa。通過試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=15kPa，

=20o。試問①該單元土體處于何種狀態(tài)？②單元土體最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在哪個(gè)面上，是否會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生剪破？【解答】已知

1=430kPa，

3=200kPa，c=15kPa，

=20o

1.計(jì)算法計(jì)算結(jié)果表明：

1f大于該單元土體實(shí)際大主應(yīng)力

1，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

計(jì)算結(jié)果表明：

3f小于該單元土體實(shí)際小主應(yīng)力

3，實(shí)際應(yīng)力圓半徑小于極限應(yīng)力圓半徑

，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

在剪切面上

庫侖定律

由于τ<τf

，所以，該單元土體處于彈性平衡狀態(tài)

3

1c

f2

fA

cctg1/2(1+3)2.圖解法

c

1

1f

3f實(shí)際應(yīng)力圓極限應(yīng)力圓最大剪應(yīng)力與主應(yīng)力作用面成45o最大剪應(yīng)力面上的法向應(yīng)力庫侖定律

最大剪應(yīng)力面上τ<τf

，所以，不會(huì)沿剪應(yīng)力最大的面發(fā)生破壞

τmax測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)稱為剪切試驗(yàn)按照常用的試驗(yàn)儀器將剪切試驗(yàn)分為直接剪切試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)無側(cè)向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)近似模擬§5.2土的剪切試驗(yàn)方法

5.2.1直接剪切試驗(yàn)（Directsheartest）試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)在直剪試驗(yàn)過程中，不能量測(cè)孔隙水應(yīng)力，也不能控制排水，所以只能以總應(yīng)力法來表示土的抗剪強(qiáng)度。但是為了考慮固結(jié)程度和排水條件對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，根據(jù)加荷速率的快慢可將之間試驗(yàn)劃分為快剪固結(jié)快剪慢剪剪切試驗(yàn)剪前施加在試樣頂面上的豎向壓力為剪破面上的法向應(yīng)力，剪應(yīng)力由剪切力除以試樣面積在法向應(yīng)力

作用下，剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到該

作用下，土的抗剪強(qiáng)度4mm

a

b

剪切位移△l(0.01mm)

剪應(yīng)力

（kPa)

1

2

在不同的垂直壓力

下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度τf，繪制τf-

曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度包線直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，試樣的制備和安裝方便，易于操作缺點(diǎn)：②剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。④試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對(duì)透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。③上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，垂直荷載發(fā)生偏心，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻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。⑤中主應(yīng)力無法確定二、三軸剪切試驗(yàn)應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，加壓系統(tǒng)，量測(cè)系統(tǒng)組成應(yīng)力控制式三軸儀試驗(yàn)步驟:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周圍壓力3.施加豎向壓力1.裝樣應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)抗剪強(qiáng)度包線分別在不同的周圍壓力

3作用下進(jìn)行剪切，得到3～4個(gè)不同的破壞應(yīng)力圓，繪出各應(yīng)力圓的公切線即為土的抗剪強(qiáng)度包線

抗剪強(qiáng)度包線

c

三軸試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，量測(cè)孔隙水壓力，了解土中有效應(yīng)力變化情況②試樣中的應(yīng)力分布比較均勻③還可測(cè)定土的靈敏度、側(cè)壓力系數(shù)、孔隙水壓力系數(shù)缺點(diǎn)：①試驗(yàn)儀器復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，試樣制備較復(fù)雜②試驗(yàn)在

2=

3的軸對(duì)稱條件下進(jìn)行，與土體實(shí)際受力情況可能不符

5.2.3無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)ququ加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無側(cè)限壓縮儀無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸剪切試驗(yàn)的特例，對(duì)試樣不施加周圍壓力，即

3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時(shí)試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

試樣無側(cè)限壓縮儀根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果只能作出一個(gè)極限應(yīng)力圓（

3=0，

1=qu）。因此對(duì)一般粘性土，無法作出強(qiáng)度包線

說明：對(duì)于飽和軟粘土，根據(jù)三軸不排水剪試驗(yàn)成果，其強(qiáng)度包線近似于一水平線，即

u=0，因此無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度qucu

u=0無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，可代替三軸試驗(yàn)測(cè)定飽和軟粘土的不排水強(qiáng)度

靈敏度粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值反映土的結(jié)構(gòu)受撓動(dòng)對(duì)強(qiáng)度的影響程度

根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：低靈敏度土1<St≤2中靈敏度土2<St≤4高靈敏度土St>4適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定飽和粘性土的不排水強(qiáng)度，尤其適用于均勻的飽和軟粘土四、十字板剪切試驗(yàn)柱體上下平面的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗扭力矩柱體側(cè)面剪應(yīng)力產(chǎn)生的抗扭力矩5.3孔隙水壓力參數(shù)英A.W.Skempton提出：土中孔隙水壓力不僅由法向應(yīng)力產(chǎn)生，而且由剪力產(chǎn)生。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出：其中A、B稱為孔隙水壓力系數(shù)。上式可以寫成增量形式：第五章土的抗剪強(qiáng)度三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù)在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)中，試樣先承受周圍壓力σc固結(jié)穩(wěn)定，以模擬試樣的原位應(yīng)力狀態(tài)。這時(shí)，超孔隙水應(yīng)力uo為零。在試驗(yàn)中分兩個(gè)階段來加荷，先使試樣承受周圍壓力增量Δσ3，然后在周圍壓力不變的條件下施加大、小主應(yīng)力之差（Δσ1－Δσ3)(即附加軸向壓力q）。若試驗(yàn)是在不排水條件下進(jìn)行，則Δσ3和（Δσ1－Δσ3)的施加必將分別引起超孔隙水應(yīng)力增量Δu1和Δu2。超孔隙水應(yīng)力的總增量為Δu=Δu1+Δu2，總的超孔隙水應(yīng)力為u=u0+Δu＝Δu1.由引起的孔隙體積變化之間的關(guān)系2.由有效應(yīng)力增量引起的土粒壓縮：土骨架的體積壓縮系數(shù)孔隙體積壓縮系數(shù)孔隙應(yīng)力系數(shù)BB=1

飽和土的不固結(jié)不排水試驗(yàn)試驗(yàn)中，試樣在周圍壓力增量下將不發(fā)生豎向和側(cè)向變形，這時(shí)的周圍壓力增量完全由孔隙水承擔(dān)，土骨架不受外力作用B=0

土完全干燥，周圍壓力增量完全由土骨架承擔(dān)0<B<1

非飽和土，孔隙中流體的壓縮性與土骨架的壓縮性為一個(gè)量級(jí)，飽和度越大，B越接近于1由引起的孔隙體積變化之間的關(guān)系土受到的有效平均正應(yīng)力增量2.偏應(yīng)力作用下的孔隙壓力§5.4土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)一、總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)庫侖定律說明：施加于試樣上的垂直法向應(yīng)力

為總應(yīng)力，c、

為總應(yīng)力意義上的土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，稱之為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)有效應(yīng)力原理：土的抗剪強(qiáng)度并不是由剪切面上的法向總應(yīng)力決定，而是取決于剪切面上的法向有效應(yīng)力

c

、

為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角，即土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)確切地表達(dá)出了土的抗剪強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)，是比較合理的表達(dá)方法

固結(jié)不排水剪（CU）

ConsolidatedUndrainedTriaxialtest抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：ccu

cu三軸試驗(yàn)：施加周圍壓力

3時(shí)打開排水閥門，試樣完全排水固結(jié)，孔隙水壓力完全消散。然后關(guān)閉排水閥門，再施加軸向壓力增量△

，使試樣在不排水條件下剪切破壞

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗(yàn)：剪切前試樣在垂直荷載下充分固結(jié)，剪切時(shí)速率較快，使土樣在剪切過程中不排水，這種剪切方法為稱固結(jié)快剪打開排水閥關(guān)閉排水閥5.4.1粘性土在不同固結(jié)和排水條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)變控制式三軸儀：壓力室，量測(cè)系統(tǒng)

3

3

3

3

3

3△△將總應(yīng)力圓在水平軸上左移uf得到相應(yīng)的有效應(yīng)力圓，按有效應(yīng)力圓強(qiáng)度包線可確定c

、

ccuc

cu

飽和粘性土在三組

3下進(jìn)行固結(jié)不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同

3作用下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓，由總應(yīng)力圓強(qiáng)度包線確定固結(jié)不排水剪總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)ccu、

cuABC2.不固結(jié)不排水剪（UU）UnconsolidatedUndrainedTriaxialtest

cu

u

三軸試驗(yàn)：施加周圍壓力

3、軸向壓力△

直至剪破的整個(gè)過程都關(guān)閉排水閥門，不允許試樣排水固結(jié)

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗(yàn)：通過試驗(yàn)加荷的快慢來實(shí)現(xiàn)是否排水。使試樣在3～5min之內(nèi)剪破，稱之為快剪關(guān)閉排水閥

3

3

3

3

3

3△△有效應(yīng)力圓總應(yīng)力圓

u=0BCcu

A

3A

1A飽和粘性土在三組

3下的不排水剪試驗(yàn)得到A、B、C三個(gè)不同

3作用下破壞時(shí)的總應(yīng)力圓試驗(yàn)表明：雖然三個(gè)試樣的周圍壓力

3不同，但破壞時(shí)的主應(yīng)力差相等，三個(gè)極限應(yīng)力圓的直徑相等，因而強(qiáng)度包線是一條水平線三個(gè)試樣只能得到一個(gè)有效應(yīng)力圓

3.固結(jié)排水剪（CD）ConsolidatedDrainedTriaxialtest

三軸試驗(yàn)：試樣在周圍壓力

3作用下排水固結(jié)，再緩慢施加軸向壓力增量△

，直至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過程中打開排水閥門，始終保持試樣的孔隙水壓力為零

3

3

3

3

3

3△△直剪試驗(yàn)：試樣在垂直壓力下固結(jié)穩(wěn)定，再以緩慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整個(gè)試驗(yàn)過程中盡量使土樣排水，試驗(yàn)方法稱為慢剪打開排水閥在整個(gè)排水剪試驗(yàn)過程中，uf

＝0，總應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，所以總應(yīng)力圓即是有效應(yīng)力圓，總應(yīng)力強(qiáng)度線即是有效應(yīng)力強(qiáng)度線。強(qiáng)度指標(biāo)為cd、

d

cd

d總結(jié):

3

3

3

3

3＋△

3＋△對(duì)于同一種土，在不同的排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)完全不同有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)不隨試驗(yàn)方法的改變而不同，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比較

正常固結(jié)土，

d

cu

u，而

u=0；cd

ccu

cu

較小時(shí)，強(qiáng)度包線平緩，處于超固結(jié)狀態(tài)

[例5-2]

飽和無粘性土試樣進(jìn)行三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)，測(cè)得總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為cd=0，

d=31

。如果對(duì)同一種試樣進(jìn)行三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，施加周圍壓力

3=200kPa，試樣破壞時(shí)的軸向偏應(yīng)力為(

1

3)f=180kPa。計(jì)算：（1）固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

cu

（2）破壞時(shí)的孔隙水壓力uf以及孔隙水壓力系數(shù)Af。

[解]

1f=200+180=380kPa，

3f=200kPa，ccu=0由極限平衡條件：得

cu=18

此外，

＝

d=28.5

由有效應(yīng)力表示的極限平衡條件：聯(lián)立上述兩個(gè)式子可得：

1f=264.8kPa，

3f=84.8kPa。破壞時(shí)的孔隙水壓力

uf＝

1f

1f=360-247.6=115.2kPa破壞時(shí)的孔隙壓力系數(shù)為：第五章土的抗剪強(qiáng)度5.4.2粘性土的殘余強(qiáng)度指標(biāo)硬粘土在剪切試驗(yàn)中出現(xiàn)峰值的特征，當(dāng)強(qiáng)度隨著剪位移達(dá)到峰值后，如果剪切繼續(xù)進(jìn)行，隨著剪位移繼續(xù)增大，強(qiáng)度顯著降低，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值不變，該不變的值即稱為粘土的殘余強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度包線：1、殘余強(qiáng)度線為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，即2、一、無粘性土的剪切性狀1.無粘性土的應(yīng)力－應(yīng)變特性剪縮性、剪脹性無粘性土的密實(shí)度不同，在受剪過程中將顯示出不同的性狀。緊砂受剪時(shí)，顆粒必須升高以離開它們?cè)瓉淼奈恢枚舜瞬拍芟嗷セ^，從而導(dǎo)致體積膨脹，把這種現(xiàn)象稱為剪脹性.松砂受剪時(shí)，顆粒滾落到平衡位置，排列得更緊密些，所以它的體積縮小，把這種因剪切而體積縮小的現(xiàn)象稱為剪縮性。然而，緊砂的這種剪脹趨勢(shì)隨圍壓的增大、土粒的破碎而逐漸消失。在高周圍壓力下，不論砂土的松緊如何,受剪都將剪縮。5.4.3無粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)2.應(yīng)變硬化型、應(yīng)變軟化型松砂的強(qiáng)度逐漸增大，應(yīng)力～軸向應(yīng)變關(guān)系呈應(yīng)變硬化型，它的體積則逐漸減小。緊砂的強(qiáng)度達(dá)一定值后，隨著軸向應(yīng)變的繼續(xù)增加強(qiáng)度反而減小，應(yīng)力～軸向應(yīng)變關(guān)系最后呈隨應(yīng)變軟化型，它的體積膨脹。3.砂土的

振動(dòng)液化液化被定義為任何物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的行為或過程。對(duì)于飽和疏松的粉細(xì)砂，當(dāng)受到突發(fā)的動(dòng)力荷載時(shí)，例如地震荷載，一方面由于動(dòng)剪應(yīng)力的作用有使體積縮小的趨勢(shì)，另一方面由于時(shí)間短來不及向外排水，因此就產(chǎn)生了很大的孔隙水應(yīng)力。按有效應(yīng)力原理，無粘性土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)表達(dá)為當(dāng)動(dòng)荷載引起的超孔隙水壓力u達(dá)到σ時(shí)，則有效應(yīng)力為零，抗剪強(qiáng)度為零，此時(shí)無粘性土地基喪失承載力。此外，振動(dòng)液化也可能發(fā)生在低塑性粘性土、粉土之中。5.4.4抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用

土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨試驗(yàn)方法、排水條件的不同而異，對(duì)于具體工程問題，應(yīng)該盡可能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決定采用實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)方法，以獲得合適的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

試驗(yàn)方法適用條件CU地基土的透水性和排水條件不良，建筑物施工速度較快CD地基土的透水性好，排水條件較佳，建筑物加荷速率較慢UU建筑物竣工以后較久，荷載又突然增大，或地基條件等介于上述兩種情況之間有效應(yīng)力指標(biāo)與總應(yīng)力指標(biāo)凡是可以確定（測(cè)量、計(jì)算）孔隙水壓力u的情況，都應(yīng)當(dāng)使用有效應(yīng)力指標(biāo)c，采用總應(yīng)力指標(biāo)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土體可能的固結(jié)排水情況，選用不同的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)

三軸試驗(yàn)指標(biāo)與直剪試驗(yàn)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先采用三軸試驗(yàn)指標(biāo)應(yīng)按照不同土類和不同的固結(jié)排水條件，合理選用直剪試驗(yàn)指標(biāo)砂土：c,三軸CD試驗(yàn)與直剪試驗(yàn)（直剪偏大）粘土：有效應(yīng)力指標(biāo)：三軸CD或CU試驗(yàn)總應(yīng)力指標(biāo)：三軸CU、UU試驗(yàn)

抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力指標(biāo)c

，

c+tg=-u

符合土的破壞的機(jī)理，

但有時(shí)孔隙水壓力u

無法確定抗剪強(qiáng)度的總應(yīng)力指標(biāo)c，

c+tg是一種“全額生產(chǎn)率”的概念，因u不能產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度，不符合強(qiáng)度機(jī)理。在無法確定u時(shí)便于應(yīng)用，但要符合工程條件土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用

y

yz

xy

zx

x

z

1

2

3應(yīng)力狀態(tài)：土體中一點(diǎn)（微小單元）上作用的應(yīng)力的大小與方向應(yīng)力路徑：土體中一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)連續(xù)變化，在應(yīng)力空間（平面）中的軌跡5.5土的應(yīng)力路徑O

1

3

Rr應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾圓表示圓心坐標(biāo)：

R=(

)

半徑：r=(

)

頂點(diǎn)坐標(biāo)：(p,q)

其中，p=(

)q=(

)應(yīng)力狀態(tài)也可用莫爾圓上的點(diǎn)，如（p,q）來表示(p,q)

O強(qiáng)度包線O應(yīng)力路徑及破壞主應(yīng)力線方法一：用一系列的莫爾圓表示破壞時(shí)的莫爾圓與強(qiáng)度包線相切不直觀，易混亂

3

1

pqO

3O方法二：用p-q圖上莫爾圓的頂點(diǎn)坐標(biāo)的變化線表示破壞點(diǎn)位于破壞主應(yīng)力線上方法直觀，使用方便破壞主應(yīng)力線pOqKf線三軸試驗(yàn)的總應(yīng)力路徑

固結(jié)過程：

p

0p0=

3

剪切過程：

3=010AB剪切p0=3固結(jié)11ppOqq飽和土固結(jié)不排水試驗(yàn)uuf三軸試驗(yàn)的有效應(yīng)力路徑固結(jié)過程：

p

0p0=

3剪切過程：

3=010u0總應(yīng)力K

f線當(dāng)A是常數(shù)時(shí)，有效應(yīng)力路徑為直線，一般情況下A不為常數(shù)，有效應(yīng)力路徑為曲線有效應(yīng)力Kf線p0=3四、例題分析【例】對(duì)某種飽和粘性土做固結(jié)不排水試驗(yàn)，三個(gè)試樣破壞時(shí)的大、小主應(yīng)力和孔隙水壓力列于表中，試用作圖法確定土的強(qiáng)度指標(biāo)ccu、

cu和c

、

周圍壓