东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第一章第一章主讲教师主讲教师 童小东童小东1本课程的教材本课程的教材高等学校推荐教材高等学校推荐教材地基及基础地基及基础（第三版）（第三版）华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学编，华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学编，中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，19982本课程的主要内容本课程的主要内容第第1章章 绪论；绪论；第第2章章 土的物理性质及分类；土的物理性质及分类；第第3章章 地基的应力和沉降；地基的应力和沉降；第第4章章 土的抗剪强度；土的抗剪强度；第第5章章 土压力、地基承载力和土坡稳定性；土压力、地基承载力和土坡稳定性；第第6章章 地基勘察；地基勘察；第第7章章 浅基础常规设计；浅基础常规设计；第第8章章 桩基础；桩基础；第第9章章 软弱土地基处理软弱土地基处理3第第1章章 绪绪 论论一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念二、本学科的发展概况二、本学科的发展概况三、本课程的特点和学习要求三、本课程的特点和学习要求4一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念 建建筑筑物物的的全全部部荷荷载载均均由由其其下下的的地地层层来来承承担担。受受建建筑筑物物影影响响的的那那一一部部分分地地层层称称为为地地基基；建建筑筑物物向向地地基基传传递递荷荷载载的的下下部部结结构构称为称为基础基础。建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基5基基 础础上部结构上部结构地地 基基建筑物三部分示意图建筑物三部分示意图6 建筑物的上部结构、基础和建筑物的上部结构、基础和地基三部分，功能不同，研究方地基三部分，功能不同，研究方法法各各异异，但但它它们们又又是是建建筑筑物物的的有有机机组组成成部部分分，缺缺一一不不可可、彼彼此此联联系系、相相互互制制约约。所所以以，科科学学的的、理理想想的的方方法法是是将将三三部部分分统统一一起起来来进进行行设计计算。设计计算。 依依目目前前的的理理论论水水平平，还还很很难难做做到到这这一一点点。尽尽管管如如此此，我我们们在在处处理理地地基基基基础础问问题题时时，头头脑脑里里一一定定要要有有地地基基-基基础础-上上部部结结构构相相互互作作用用的整体概念的整体概念，尽可能全面地加以考虑。，尽可能全面地加以考虑。7 建筑物的地基和基础是建筑物建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦出现问题，建筑的根本，它们一旦出现问题，建筑物物的的安安全全和和正正常常使使用用必必然然受受到到影影响响。建建筑筑物物的事故，绝大多数都与的事故，绝大多数都与地基地基和和基础基础有关。有关。 组组成成地地层层的的土土或或岩岩石石是是自自然然界界的的产产物物。建建筑筑物物建建造造在在地地层层上上面面，所所以以建建筑筑物物场场地地的的工工程程地地质质条条件件是是决决定定地地基基基基础础设设计计和和施施工工的的先决条件。先决条件。8 研究土体的应力、变形、强度、研究土体的应力、变形、强度、渗流及稳定性的一门力学分支学科渗流及稳定性的一门力学分支学科称为称为土力学土力学。 土力学是本课程的理论基础。土力学是本课程的理论基础。 土力学所要研究的两大基本问题是土体土力学所要研究的两大基本问题是土体的的变形变形和和强度强度。9 地基基础设计必须满足地基基础设计必须满足 的基本条件的基本条件 建建筑筑物物的的建建造造使使地地基基中中原原有有的的应应力力状状态态发生变化，所以地基基础的设计必须满足：发生变化，所以地基基础的设计必须满足： a.a.作作用用于于地地基基的的荷荷载载不不超超过过地地基基的的承承载载能力（能力（地基土的强度问题地基土的强度问题）；）； b.b.控控制制基基础础沉沉降降使使之之不不超超过过允允许许值值（地地基土的变形问题基土的变形问题）。）。10基础基础浅基础浅基础深基础深基础地基地基天然地基天然地基人工地基人工地基11 二、本学科发展概况二、本学科发展概况 作作为为工工程程技技术术，基基础础工工程程是是一一项项古古老老的的工工艺艺。如如前前所所述述，只只要要建建造造建建筑筑物物，注注定定离离不不开开地地基基和和基基础础，因因此此，作作为为一一项项工工程程技技术术，基基础础工工程程的的历历史史源源远远流流长长。但但人人们们只只能能依依赖赖于于实实践践经经验验的的不不断断积积累累和和能能工工巧巧匠匠的的技技艺艺更更新新来来发发展展这这项项技技术术，囿囿于于当当时时生生产产力力发发展展水水平平，基基础础工工程程还还未未能能提提炼炼成成为为系系统统的的科科学学理理论。论。12 作为作为应用科学应用科学，基础工程，基础工程又是一门年轻的学科。又是一门年轻的学科。 作作为为本本学学科科理理论论基基础础的的土土力力学学的的发发展展历历史史可可以以划划分分为为古古典典土土力力学学和和现现代代土土力力学学两两个个阶段。阶段。13土力学土力学古典土力学古典土力学现代土力学现代土力学一个原理一个原理两个理论两个理论一个模型一个模型三个理论三个理论四个分支四个分支(19231960)(1963 ? )14 在土建、水利、桥隧、道路、在土建、水利、桥隧、道路、港口等有关工程中，以岩土体的港口等有关工程中，以岩土体的利利用用、改改造造与与整整治治问问题题为为研研究究对对象象的的科科技技领领域域，因因其其区区别别于于结结构构工工程程的的特特殊殊性性和和各各专专业业岩岩土土问问题题的的共共同同性性，已已发发展展融融合合成成为为一一个个自自成成体体系系的的专专业业“岩岩土土工工程程”。它它的的研研究究方方法法是是由由三三种种基基本本手手段段（数数学学模模拟拟、物物理理模模拟拟和和原位观测原位观测）综合而成。）综合而成。 所所谓谓岩岩土土工工程程，即即为为土土力力学学、工工程程地地质质学学、水文地质学水文地质学和和岩体力学岩体力学的结合。的结合。15三、本课程的特点和三、本课程的特点和 学习要求学习要求 1.1.特特点点：本本课课程程涉涉及及水水文文地地质质学学、工工程程地地质质学学、土土力力学学等等几几个个学学科科领领域域，内内容容广广泛泛、综合性强。综合性强。 2.2.学学习习要要求求：牢牢固固掌掌握握土土力力学学中中的的基基本本概概念念和和基基本本原原理理，做做到到能能够够应应用用这这些些基基本本概概念念和和基基本本原原理理，结结合合有有关关建建筑筑结结构构理理论论和和施施工工知识，分析和解决地基基础问题。知识，分析和解决地基基础问题。16童小东童小东南京东南大学土木工程学院南京东南大学土木工程学院P.C.P.C.：210096210096TelTel：025-3792461(O)025-3792461(O)，3791829(O)3791829(O)， 025-3794969(H)025-3794969(H)E-mailE-mail：tongxiaodong263.nettongxiaodong263.net17东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第二章第二章主讲教师主讲教师 童小东童小东18第第2章章 土的物理性质及土的物理性质及 分类分类第第1节节 概述概述第第2节节 土的组成土的组成第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标第第4节节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征第第6节节 土的渗透性土的渗透性第第7节节 地基土（岩）的分类地基土（岩）的分类19第第1节节 概述概述 土是岩石风化的产物。土是岩石风化的产物。风风化化作作用用物理作用：岩石产生物理作用：岩石产生量量的变化的变化化学作用化学作用生物作用生物作用岩石产生岩石产生质质的变化的变化20 土是三相体。土是三相体。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒）土土残积土残积土运积土运积土风成沉积土风成沉积土水成沉积土水成沉积土冰川沉积土冰川沉积土21 饱和土中的孔隙均被水所充填，饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。所以饱和土为二相体。22第第2节节 土的组成土的组成一、土的固相一、土的固相（一）土的颗粒级配（一）土的颗粒级配 按按土土颗颗粒粒粒粒径径（d）大大小小将将土土颗颗粒粒分分组组，称称为为粒粒组组。划划分分粒粒组组的的分分界界尺尺寸寸称称为为界界限限粒径粒径。巨粒巨粒：60mm粗粒粗粒：0.07560mm细粒细粒：0.075mm土的粒组土的粒组23 土颗粒的大小及其组成情况，土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土颗粒各个粒组的相通常以土中土颗粒各个粒组的相对对含含量量（各各粒粒组组占占土土粒粒总总量量的的百百分分数数）来来表表示，称为示，称为土的颗粒级配土的颗粒级配。 土土的的颗颗粒粒级级配配可可由由土土的的颗颗粒粒大大小小分分析析试试验验（简称（简称颗分试验颗分试验）测定）测定。筛析法筛析法密度计法密度计法d0.075mm颗颗分分试试验验24 根据颗粒大小分析试验结果，根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制可以绘制颗粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线（横（横坐坐标标为为粒粒径径，用用对对数数坐坐标标表表示示；纵纵坐坐标标为为小小于某粒径的土重含量于某粒径的土重含量，用，用常数坐标常数坐标表示）。表示）。 颗颗粒粒级级配配曲曲线线的的坡坡度度可可以以大大致致反反映映土土的的均匀程度均匀程度。 曲曲线线陡陡，表表示示粒粒径径大大小小相相差差不不多多，土土颗颗粒粒比比较较均均匀匀；曲曲线线缓缓，表表示示粒粒径径大大小小相相差差悬悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。殊，土颗粒不均匀，级配良好。25 几个特殊粒径：几个特殊粒径：d10, , d30 , , d60 小于某粒径的土颗粒质量累积小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为百分数为10%时，相应的粒径称为时，相应的粒径称为有效粒径有效粒径d10。与之类似可以得到与之类似可以得到d30和和d60（限定粒径限定粒径）。）。 土颗粒的级配指标：土颗粒的级配指标： 不均匀系数不均匀系数Cu= d60/ d10 曲率系数曲率系数Cc=(d30)2/(d60 d10) 26 Cu反映大小不同粒组的分布情况。反映大小不同粒组的分布情况。 Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。越大，其级配良好。 Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。的整体形状。在一般情况下，在一般情况下，Cu10，级配良好级配良好27Cu5Cc=13级配良好级配良好砾砾类类土土或或砂砂类类土土 单独用单独用Cu来确定土的级配情况是来确定土的级配情况是不够的，需同时参考不够的，需同时参考Cc。28（二）土粒的矿物成分（二）土粒的矿物成分 矿物成分对土的性质有着重要矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。 原生矿物原生矿物：包括石英、长石和云母等。：包括石英、长石和云母等。为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为稳定。为稳定。 次生矿物次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。：为原生矿物化学风化的产物。土颗粒的矿物成分土颗粒的矿物成分原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物29 次生矿物主要是次生矿物主要是粘土矿物粘土矿物。 由由于于晶晶片片结结合合的的情情况况不不同同，便便形形成成了了具具有有不不同同性性质质的的各各种种粘粘土土矿矿物物，主主要要有有蒙蒙脱脱石石、伊里石和高岭石。伊里石和高岭石。硅氧四面体硅氧四面体硅氧晶片硅氧晶片铝氢氧八面体铝氢氧八面体铝氢氧晶片铝氢氧晶片的的基基本本单单元元粘粘土土矿矿物物结结构构30蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）伊里石：亲水性中等伊里石：亲水性中等高岭石：亲水性差高岭石：亲水性差31二、土的液相二、土的液相 土中水土中水结合水结合水自由水自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水重力水重力水毛细水毛细水 土的含水量试验所测定的为土中的土的含水量试验所测定的为土中的自由自由水水和和弱结合水弱结合水。32三、土的气相三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。由气体充填。 土土中中的的气气体体若若与与大大气气相相通通，则则对对土土的的力力学学性性质质影影响响不不大大;若若与与大大气气隔隔绝绝，使使土土的的压压缩性提高，透水性减小。缩性提高，透水性减小。33四、土的结构和构造四、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的土的结构是指由土粒单元的大大小小、形形状状、相相互互排排列列及及其其联联结结关关系系等等因因素素形成的综合特征。形成的综合特征。土土的的结结构构絮状结构絮状结构：d0.075mm分散结构分散结构：d0.005mm（粘粒在淡水中）粘粒在淡水中）紧密紧密疏松疏松34第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标 土的三相比例指标定量反映了土的三土的三相比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理相的组成情况，有助于理解土的基本物理性质。性质。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒） 土是三相体。土是三相体。35 为了对土的基本物理性质有所为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相的组成情况了解，需要对土的三相的组成情况进进行行定定量量研研究究。表表示示土土的的三三相相组组成成比比例例关关系系的的指指标标，称称为为土土的的三三相相比比例例指指标标，包包括括土土粒粒比比重重ds、含含水水量量w、密密度度、孔孔隙隙比比e、孔孔隙隙率率n和和饱和度饱和度Sr。 土土粒粒比比重重ds：土土粒粒质质量量与与同同体体积积的的44时时纯纯水水的的质质量量之之比比。在在数数值值上上等等于于土土粒粒密密度度，但但无无量量纲纲。在在试试验验室室用用“比比重重瓶瓶法法”测测定定，一般土粒比重的变化幅度不大。一般土粒比重的变化幅度不大。36 土的含水量土的含水量w：土中水的质量土中水的质量与土粒质量之比。在试验室一般用与土粒质量之比。在试验室一般用“烘烘干干法法”测测定定。一一般般来来说说，同同一一类类土土，当当含水量增大时，其强度就降低。含水量增大时，其强度就降低。土土的的密密度度干密度干密度饱和密度饱和密度有效密度有效密度干重度干重度饱和重度饱和重度有效重度有效重度 土土的的密密度度：土土单单位位体体积积的的质质量量。在在试试验室一般用验室一般用“环刀法环刀法”测定。测定。37 土的孔隙比土的孔隙比e：土中孔隙体积土中孔隙体积与土粒体积之比。可以用来评价与土粒体积之比。可以用来评价天然土层的密实程度。天然土层的密实程度。 土的孔隙率土的孔隙率n：土中孔隙体积与土体总体土中孔隙体积与土体总体积之比。积之比。 土的饱和度土的饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。与孔隙总体积之比。38第第4节节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 无无粘粘性性土土的的密密实实度度与与其其工工程程性性质质有有着着密密切切的的关关系系。呈呈密密实实状状态态时时，为为良良好好地地基基；呈疏松状态时，为不良地基。呈疏松状态时，为不良地基。 无无粘粘性性土土的的最最小小孔孔隙隙比比emin：处处于于最最紧紧密密状状态态的的孔孔隙隙比比。在在试试验验室室可可用用“振振击击法法”测定。测定。 无无粘粘性性土土的的最最大大孔孔隙隙比比emax：处处于于最最疏疏松松状状态态的的孔孔隙隙比比。在在试试验验室室可可用用“漏漏斗斗法法”或或“量筒法量筒法”测定。测定。 39无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度Dr： 无无粘粘性性土土的的最最大大孔孔隙隙比比与与天天然然孔孔隙隙比比之之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。Dr=(emax-e)/( emax - emin ) 相相对对密密实实度度的的值值介介于于01之之间间，值值越越大大，表示越密实。表示越密实。40第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征一、粘性土的界限含水量一、粘性土的界限含水量 同同一一种种粘粘性性土土随随着着含含水水量量的的不不同同，可可分分别别处处于于固固态态、半半固固态态、可可塑塑状状态态和和流流动动状状态态。粘粘性性土土由由一一种种状状态态转转到到另另一一种种状状态态的分界含水量，称为的分界含水量，称为界限含水量界限含水量。0固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态缩限缩限ws塑限塑限wp液限液限wlw41液液限限仪仪锥式液限仪锥式液限仪碟式液限仪碟式液限仪塑限塑限：搓条法：搓条法液限液限塑限塑限液限液限：液塑限液塑限联合测定仪联合测定仪横坐标：土样含水量横坐标：土样含水量纵坐标：圆锥入土深度纵坐标：圆锥入土深度42二、粘性土的塑性指数和液性指数二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数塑性指数Ip为液限和塑限的差为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 塑性指数在一定程度上综合反映了影响塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素粘性土特征的各种重要因素( (土的颗粒组成，土的颗粒组成，土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等等) )。 液性指数液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑为粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。限的差值与塑性指数的比值。43 液性指数可以表示粘性土液性指数可以表示粘性土所处的软硬状态。液性指数的所处的软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软。值越大，表示土质越软。三、粘性土的灵敏度和触变性三、粘性土的灵敏度和触变性 土土的的灵灵敏敏度度：原原状状土土的的强强度度与与同同一一土土经经重重塑塑（含含水水量量不不变变，土土的的结结构构被被彻彻底底破破坏坏）后的强度之比。后的强度之比。 土土的的灵灵敏敏度度越越高高，其其结结构构性性越越强强，受受扰扰动动后后土土的的强强度度降降低低就就越越多多。施施工工中中要要尽尽量量减减少对土结构的扰动。少对土结构的扰动。44 土的触变性土的触变性：粘性土的结构：粘性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但遭到破坏，其强度就会降低，但随随着着时时间间发发展展土土体体的的强强度度会会逐逐渐渐恢恢复复，这这种种胶体化学性质称为土的触变性。胶体化学性质称为土的触变性。45第第6节节 土的渗透性土的渗透性 土的渗透性土的渗透性：水流通过土中孔隙难易：水流通过土中孔隙难易程度的土体性质。程度的土体性质。 达达西西定定律律：土土中中渗渗流流速速度度v与与水水力力梯梯度度i之之间间呈呈线线性性比比例例关关系系（比比例例常常数数k称称为为渗渗透系数）。公式表示为：透系数）。公式表示为： v=ki 在砂性土中水的流动满足达西定律。在砂性土中水的流动满足达西定律。46 在粘性土中只有当水头梯度在粘性土中只有当水头梯度超过起始梯度（临界梯度，梯度超过起始梯度（临界梯度，梯度阈值）才开始发生渗流。阈值）才开始发生渗流。47第第7节节 地基土（岩）地基土（岩） 的分类的分类一、岩石的工程分类一、岩石的工程分类（一）岩石按坚硬程度分类（一）岩石按坚硬程度分类1. .硬质岩石（硬质岩石（qu30MPa）2. .软质岩石（软质岩石（qu 30MPa）（二）岩石的风化程度二）岩石的风化程度1. .微风化微风化2. .中等风化中等风化3. .强风化强风化48 二、土的工程分类二、土的工程分类一般土一般土粗粒土粗粒土细粒土细粒土砾类土：砾类土：260mm砂类土：砂类土：0.0752mm粉土：粉土：0.075mm粘土：粘土：60mm特殊土：软土、黄土、膨胀土等特殊土：软土、黄土、膨胀土等工工程程用用土土49 土按有机质含量（土按有机质含量（Wu）的分类的分类 土土无机土：无机土： Wu 10%泥炭：泥炭： Wu 60%注：有机质含量注：有机质含量Wu按烧失量试验确定。按烧失量试验确定。【引自引自 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准岩土工程勘察岩土工程勘察规范规范（GB 50021-94）】50 软土：指在静水或非常缓慢软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。作用下形成的软弱土。物物理理力力学学特特性性软软土土的的天然孔隙比大天然孔隙比大： e1天然含水量高天然含水量高：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高51淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软软土土52三、细粒土按塑性图分类三、细粒土按塑性图分类 粗、细粒组的分界粒径：粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。 土土粗粒土：粗粒土：按颗粒大小及级配分类按颗粒大小及级配分类细粒土：细粒土：按塑性图分类按塑性图分类 土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑限却可能完全不同，土性也可能很不相同。限却可能完全不同，土性也可能很不相同。53细粒土的科学合理的分类，应综合细粒土的科学合理的分类，应综合考虑塑性指数和液限（或塑限）。考虑塑性指数和液限（或塑限）。0IpwlMLMHCHCL40 : Ip=0.63(wl-20) : Ip=10 : wl=40% 54 有机质土可在相应的土类有机质土可在相应的土类代号之后缀以代号代号之后缀以代号O，如，如CHO，MHO等。等。土的分类标准土的分类标准： 1.粗粒土粗粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量总质量的总质量的50%）；）； 2.细粒土细粒土（试样中细粒组质量（试样中细粒组质量总质量的总质量的50%）；）； 3.含粗粒的细粒土含粗粒的细粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量为总质量的为总质量的2550%）。）。55 关于几个问题的讨论关于几个问题的讨论1.1.“含水量含水量”的名称：的名称： 一个指标的名称应能准确地反映其所表一个指标的名称应能准确地反映其所表示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，“量量”应为一量词，是有量纲（或单位）应为一量词，是有量纲（或单位）的，如的，如“质量质量”（单位为（单位为g g或或kgkg）、）、“重量重量”（单位为（单位为N N或或kNkN）等。等。 而从而从“含水量含水量”的定义看，它是两个质的定义看，它是两个质量之比，是无量纲的。量之比，是无量纲的。56 所以从名称的科学化、规范所以从名称的科学化、规范化的角度，从不至于造成混淆、化的角度，从不至于造成混淆、便于理解的意义上，本人认为便于理解的意义上，本人认为“含水量含水量”的的名称需更改。名称需更改。 现现有有学学者者将将含含水水量量改改称称为为“含含水水率率”，从从无无量量纲纲上上与与定定义义是是符符合合了了，但但本本人人认认为为似似乎乎还还不不确确切切，因因为为“率率”一一般般反反映映某某相相关关部部分分占占整整体体的的比比例例（与与时时间间有有关关的的名名词词排排除除在在外外，如如速速率率），如如“升升学学率率”、“效效率率”、“孔孔隙隙率率”等等；而而“含含水水量量”的的定定义义却却是是整整体中部分与部分的比值，所以称体中部分与部分的比值，所以称“含水率含水率”57似也不妥，建议称为似也不妥，建议称为“含水比含水比”或或“水比水比”。“水比水比”似更好似更好一些，亦可与一些，亦可与“孔隙比孔隙比”相比照。相比照。2.2.“液性指数液性指数”的名称：的名称： “塑塑性性指指数数”为为两两个个含含水水量量（液液限限和和塑塑限限）之之差差，而而“液液性性指指数数”却却为为两两个个含含水水量量之之差差的的比比值值，完完全全不不同同的的概概念念名名称称却却都都用用“指指数数”的的称称谓谓，似似欠欠妥妥，不不便便于于理理解解。可可否否改改为为“相相对对可可塑塑度度”，与与“液液性性指指数数”的的定定义义相相符符，也也可可与与无无粘粘性性土土的的“相相对对密密实实度度”相比照。相比照。583.3.有机质含量与烧失量：有机质含量与烧失量： 现行的中华人民共和国现行的中华人民共和国国国家家标标准准岩岩土土工工程程勘勘察察规规范范（GB 50021-94）在在按按“有有机机质质含含量量”对对土土进进行行分分类类时时注注明明“有有机机质质含含量量Wu按按烧烧失失量量试试验验确确定定”。 中中国国国国家家标标准准汇汇编编（GB 7876-87）中中是是这这样样定定义义“烧烧失失量量”的的：烧烧失失量量不不包包括括吸吸湿湿水水，仅仅包包括括有有机机质质和和水水合合水水，石石灰灰性性土土壤中还包括二氧化碳。壤中还包括二氧化碳。 59 由烧失量的定义可知：有由烧失量的定义可知：有机质含量高，烧失量就高；烧机质含量高，烧失量就高；烧失量高，有机质含量却并不一定高。也就是失量高，有机质含量却并不一定高。也就是说，说，烧失量的高低并不一定能准确地反映土烧失量的高低并不一定能准确地反映土中的有机质含量水平中的有机质含量水平。因此，。因此，烧失量与有机烧失量与有机质含量是两个不能相等同的概念，二者之间质含量是两个不能相等同的概念，二者之间既有联系又存在着区别。既有联系又存在着区别。 而现行的规范却把两个不同的概念混同而现行的规范却把两个不同的概念混同了。了。60 由此可见，由此可见，以与有机质含量以与有机质含量不同概念的烧失量作为判定是否不同概念的烧失量作为判定是否为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。本人建议应当及时地修订现行规范中的有关本人建议应当及时地修订现行规范中的有关条款和内容，制定以真正的有机质含量作为条款和内容，制定以真正的有机质含量作为衡量指标的科学的判定标准。衡量指标的科学的判定标准。4.4.“孔隙率孔隙率”： 从实用价值上看，在土力学中，从实用价值上看，在土力学中，“孔隙孔隙率率”这个指标的实用意义不大，况且与这个指标的实用意义不大，况且与“孔孔隙比隙比”的关系过于简单，两者保留一个即可。的关系过于简单，两者保留一个即可。这不是原则问题。这不是原则问题。61第第2章章 内容勘误内容勘误1.p24：从上向下第从上向下第8行行“单位土体积单位土体积扣除同体积水的质量后扣除同体积水的质量后”2.p27：从从上上向向下下第第5行行“是是因因为为它它所所具具有有的单的单粘粘结构决定的结构决定的”3.p33：表表1-18从从上上向向下下第第3行行“粒粒径径大大于于20mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%”4.p35：表：表1-21第第1行行“粉质粘粉质粘上上”土粒土粒粒粒60mm土土62第第2章章 重点内容重点内容1.土的颗粒级配，级配指标土的颗粒级配，级配指标2.土中水的分类土中水的分类3.土的结构土的结构4.土的三相比例指标的定义土的三相比例指标的定义5.相对密实度相对密实度6.粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性7.土的工程分类原则土的工程分类原则8.软土的物理力学特性软土的物理力学特性63第第2章章 作业作业p39：1-2，1-4，1-6，1-764东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第三章第三章主讲教师主讲教师 童小东童小东65第第3章章 地基的应力和沉降地基的应力和沉降第第1节节 概述概述第第2节节 土中自重应力土中自重应力第第3节节 基底压力基底压力第第4节节 地基附加应力地基附加应力第第5节节 地基沉降的弹性力学公式地基沉降的弹性力学公式第第6节节 土的压缩性土的压缩性第第7节节 地基的最终沉降量地基的最终沉降量66第第8节节 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第第9节节 地基最终沉降计算问题综述地基最终沉降计算问题综述第第10节节 饱和土的有效应力和渗透固结饱和土的有效应力和渗透固结第第11节节 地基沉降发展三分量地基沉降发展三分量 67第第1节节 概述概述 自自重重应应力力：地地基基中中源源于于土土体体自自身身重重量量的应力。的应力。 基基底底压压力力：建建筑筑物物的的荷荷载载通通过过基基础础传传递递给给地地基基，在在基基础础底底面面与与地地基基之之间间产产生生的的接触应力。接触应力。 附附加加应应力力：建建筑筑物物的的荷荷载载在在土土体体中中产产生的在原有应力基础上的应力的增量。生的在原有应力基础上的应力的增量。68 附加应力造成了地基土的附加应力造成了地基土的变形变形（处于欠固结状态的土，（处于欠固结状态的土，自自重重应应力力也也是是变变形形产产生生的的因因素素之之一一） ，从从而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。 本章主要讨论地基中的本章主要讨论地基中的应力应力和和竖向位移竖向位移（沉降沉降）。）。 要保证建筑物的安全和正常使用必须控要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其制其沉降量沉降量和和不均匀沉降差值不均匀沉降差值（差异沉降量差异沉降量）不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之一。一。69 沉降量的大小主要取决于沉降量的大小主要取决于土体产生变形的原因土体产生变形的原因和和土体本土体本身的性状身的性状两个方面。两个方面。 土体产生变形的原因主要是土体中土体产生变形的原因主要是土体中应力应力状态的改变状态的改变（如地面荷载引起地基中应力场（如地面荷载引起地基中应力场的改变，在地基中产生附加应力）。的改变，在地基中产生附加应力）。 土体本身的性状主要指土体本身的性状主要指土的压缩性土的压缩性（或（或应力应力应变关系应变关系），是指土体在附加应力作），是指土体在附加应力作用下产生的效应。用下产生的效应。70 土体的应力土体的应力应变关系十分应变关系十分复杂，常呈复杂，常呈弹、粘、塑性弹、粘、塑性，并且，并且呈呈非线性、各向异性非线性、各向异性，还受，还受应力历史应力历史的影响。的影响。 地地基基土土中中附附加加应应力力的的正正确确计计算算和和地地基基土土体体性性状状的的正正确确描描述述是是提提高高沉沉降降计计算算精精度度的的两两个关键问题。个关键问题。 经经典典的的沉沉降降计计算算方方法法对对上上述述两两个个问问题题是是这这样样处处理理的的：在在荷荷载载作作用用下下地地基基中中附附加加应应力力场是根据场是根据半无限空间各向同性、均质、线弹半无限空间各向同性、均质、线弹71性性体体理理论论计计算算的的，土土体体压压缩缩性性是是根根据据一一维维压压缩缩试试验验测测定定的的，并并采采用用分分层层总总和和法法来来计计算算沉沉降降。显显然然，沉沉降降计计算算模模型型与与地地基基沉沉降降的的真真实实性状存在不少差距。性状存在不少差距。72第第2节节 土中自重应力土中自重应力 在在荷荷载载作作用用之之前前，地地基基中中存存在在初初始始应应力力场场。初初始始应应力力场场常常与与土土体体自自重重、地地基基土土地地质质历历史史以以及及地地下下水水位位有有关关。在在工工程程应应用用上上，计计算算初初始始应应力力场场时时常常假假设设天天然然地地基基为为水水平平、均均质质、各各向向同同性性的的半半无无限限空空间间，土土层层界界面面为为水水平平面面。于于是是在在任任意意竖竖直直面面和和水水平面上均平面上均无剪应力无剪应力存在。存在。73 地基中的初始应力，即地基地基中的初始应力，即地基中任一点的中任一点的自重应力自重应力，只需用，只需用竖竖向向应应力力和和水水平平向向应应力力表表示示。天天然然地地面面下下任任意深度意深度z处水平面上的竖向自重应力为处水平面上的竖向自重应力为 cz= z 竖直面上的水平向自重应力为竖直面上的水平向自重应力为 cx=K0 cz = K0 z K0 为静止侧压力系数。为静止侧压力系数。74 土中竖向和侧向的自重应力土中竖向和侧向的自重应力一般均指一般均指有效自重应力有效自重应力，计算，计算时时，对对地地下下水水位位以以下下土土层层必必须须以以有有效效重重度度 代代替替天天然然重重度度。为为简简便便起起见见，常常把把竖竖向向有有效效自自重重应应力力 cz简简称称为为自自重重应应力力，并并以以符符号号 c表表示。示。 成成层层地地基基中中第第n层层土土底底面面的的自自重重应应力力的的计算公式为计算公式为75第第3节节 基底压力基底压力 建筑物荷载通过基础传递建筑物荷载通过基础传递给给地地基基，在在基基础础底底面面与与地地基基之之间间必必然然产产生生接接触触应应力力。基基底底压压力力分分布布与与基基础础的的大大小小和和刚刚度度、作作用用于于基基础础上上荷荷载载的的大大小小和和分分布布、地地基基土土的的力力学学性性质质以以及及基基础础的的埋埋深深等等因因素素有关。有关。76 根据根据圣维南原理圣维南原理，基础下，基础下与其底面距离大于基底尺寸的与其底面距离大于基底尺寸的土中应力分布主要取决于荷载土中应力分布主要取决于荷载合力的大小合力的大小和和作用点位置作用点位置，基本上不受基底压力分布形式，基本上不受基底压力分布形式的影响。的影响。 因因此此，对对于于具具有有一一定定刚刚度度以以及及尺尺寸寸较较小小的的柱柱下下单单独独基基础础和和墙墙下下条条形形基基础础，其其基基底底压压力可近似按直线分布的图形计算。力可近似按直线分布的图形计算。77一、基底压力的简化计算一、基底压力的简化计算 1.中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力 2.偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力二、基底附加压力二、基底附加压力 建筑物建造之前，地基土中已存在自重建筑物建造之前，地基土中已存在自重应力。一般天然土层在自重作用下的变形早应力。一般天然土层在自重作用下的变形早已结束，因此只有已结束，因此只有基底附加压力基底附加压力才能引起地才能引起地基的基的附加应力附加应力和和变形变形。 基底附加压力为建筑物建造后的基底附加压力为建筑物建造后的基底压基底压力力与基底标高处原有的与基底标高处原有的自重应力自重应力之差。之差。78第第4节节 地基附加应力地基附加应力 地地基基附附加加应应力力是是指指建建筑筑物物荷荷重重在在土土体体中引起的附加于原有应力之上的应力。中引起的附加于原有应力之上的应力。其其计计算算方方法法一一般般假假定定地地基基土土是是半半无无限限空空间间内内的的各各向向同同性性、均均质质、线线弹弹性性变变形形体体，采采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。79一、竖向集中力下的地基附加应力一、竖向集中力下的地基附加应力 采用采用Boussinesq解答解答，竖向正，竖向正应力应力 z和竖向位移和竖向位移w最为常用。如果地基中最为常用。如果地基中某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，采用部荷载，采用Boussinesq解答。解答。二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力 1.均布的矩形荷载均布的矩形荷载 先以积分法求矩形荷载面角点下的地基先以积分法求矩形荷载面角点下的地基附加应力，然后运用附加应力，然后运用角点法角点法求得矩形荷载下求得矩形荷载下任意点的地基附加应力。任意点的地基附加应力。80 2.三角形分布的矩形荷载三角形分布的矩形荷载 以积分法求三角形分布的以积分法求三角形分布的矩形荷载面角点下的地基附加应力。矩形荷载面角点下的地基附加应力。 注意注意b是沿三角形分布荷载方向的边长。是沿三角形分布荷载方向的边长。 3.梯形分布的矩形荷载梯形分布的矩形荷载 已知均布和三角形分布的矩形荷载角点已知均布和三角形分布的矩形荷载角点下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加应力应力。81 4.均布的圆形荷载均布的圆形荷载 可以积分法求得均布圆形可以积分法求得均布圆形荷载面中点下任意深度的地基附加应力。荷载面中点下任意深度的地基附加应力。三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力 属平面应力问题。属平面应力问题。四、非均质地基中的附加应力四、非均质地基中的附加应力 1.1.变形模量随深度增大的地基（变形模量随深度增大的地基（应力集中应力集中） 2.2.双层地基双层地基 a.a.上软下硬上软下硬（应力集中应力集中） b.b.上硬下软上硬下软（应力扩散应力扩散）82第第5节节 地基沉降的弹性地基沉降的弹性 力学公式力学公式 柔性荷载下的地基沉降（柔性荷载下的地基沉降（Boussinesq解答）解答）83第第6节节 土的压缩性土的压缩性 土土的的压压缩缩性性：土土在在压压力力作作用用下下体体积积缩缩小小的特性。的特性。 由于在一般的压力作用下，土粒（土由于在一般的压力作用下，土粒（土的固相）和水（土的液相）的压缩量与土的固相）和水（土的液相）的压缩量与土的总压缩量相比十分微小，故可近似认为的总压缩量相比十分微小，故可近似认为土粒和水是不可压缩的。土粒和水是不可压缩的。84 土的压缩源于土中孔隙体积土的压缩源于土中孔隙体积的减少（的减少（气体压缩气体压缩、气体排出气体排出、孔隙水的排出孔隙水的排出）。）。 饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。 在荷载作用下，饱和土体中产生在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔超静孔隙水压力隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中土体中有效应力有效应力逐步增大，直至超静孔隙水逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，这一过程称为压力完全消散，这一过程称为固结固结。85一、土的压缩曲线和压缩性指标一、土的压缩曲线和压缩性指标 1.土的土的压缩曲线是室内土的压缩曲线是室内土的压缩试验得出的成果，是土的压缩试验得出的成果，是土的孔隙比孔隙比与土所与土所受受压力压力的关系曲线。压缩曲线可按两种方式的关系曲线。压缩曲线可按两种方式绘制，一种为绘制，一种为ep曲线；一种为曲线；一种为elgp曲线。曲线。 2.土的压缩性指标土的压缩性指标 (1)土的压缩系数土的压缩系数a 由由ep曲线得到。曲线得到。 a.切线斜率切线斜率的的绝对值绝对值（理论上的，反映（理论上的，反映某压力下土的压缩性）。某压力下土的压缩性）。86 b.割线斜率割线斜率的的绝对值绝对值（实用上（实用上的，反映某一压力范围内土的压的，反映某一压力范围内土的压缩性）。为了便于应用，通常采用压力由缩性）。为了便于应用，通常采用压力由p1=100kPa增加到增加到p2=200kPa时所得到的压缩时所得到的压缩系数系数a1-2。 压缩系数越大，反映土的压缩性越高。压缩系数越大，反映土的压缩性越高。 (2)土的压缩指数土的压缩指数Cc 由由elgp曲线得到。曲线得到。 土的土的elgp曲线的后段接近直线，直线的曲线的后段接近直线，直线的斜率的斜率的绝对值绝对值。87 压缩指数越大，反映土的压缩指数越大，反映土的压缩性越高。压缩性越高。 3.压缩模量压缩模量Es 压缩模量压缩模量：土在：土在完全侧限条件完全侧限条件下的下的竖向竖向附加应力增量附加应力增量与相应的与相应的应变增量应变增量之比。之比。 Es越小，表示土的压缩性越高。越小，表示土的压缩性越高。88 4.回弹曲线和再压缩曲线回弹曲线和再压缩曲线 在室内压缩试验过程中，在室内压缩试验过程中，如加压到某一值如加压到某一值pi后，逐级进行卸压后，逐级进行卸压 ，则可，则可观察到土样的回弹。若测得其回弹稳定后的观察到土样的回弹。若测得其回弹稳定后的孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关系曲线，即系曲线，即回弹曲线回弹曲线。由于回弹曲线与原来。由于回弹曲线与原来的压缩曲线并不重合，说明土的压缩变形是的压缩曲线并不重合，说明土的压缩变形是由可以恢复的由可以恢复的弹性变形弹性变形和不可恢复的和不可恢复的塑性变塑性变形形两部分组成的，并以塑性变形为主。两部分组成的，并以塑性变形为主。89 如重新逐级加压，则可测得如重新逐级加压，则可测得土样在各级荷载下再压缩稳定后土样在各级荷载下再压缩稳定后的孔隙比，从而绘制的孔隙比，从而绘制再压缩曲线再压缩曲线。90东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第七讲第七讲主讲教师主讲教师 童小东童小东91二、土的变形模量二、土的变形模量 1.以载荷试验测定土的以载荷试验测定土的 变形模量变形模量E0 根据载荷试验的观测数据，绘制荷载与根据载荷试验的观测数据，绘制荷载与稳定沉降的关系曲线（稳定沉降的关系曲线（ps曲线）。曲线的曲线）。曲线的开始部分往往接近于直线，与直线段终点对开始部分往往接近于直线，与直线段终点对应的荷载称为地基的应的荷载称为地基的比例界限荷载比例界限荷载。92 一般的一般的地基承载力设计值地基承载力设计值取接近于或稍超过此比例界限取接近于或稍超过此比例界限值值，所所以以通通常常地地基基的的变变形形处处于于直直线线变变形形阶阶段段，因因而而可可以以利利用用弹弹性性力力学学公公式式来来反反求求地地基基土土的的变形模量。变形模量。 用载荷试验来测定土的变形模量，费时、用载荷试验来测定土的变形模量，费时、费力，且费用较高，对于深层土的试验结果费力，且费用较高，对于深层土的试验结果可靠性较差。现应着重发展现场快速测定变可靠性较差。现应着重发展现场快速测定变形模量的方法（旁压试验、触探试验等）。形模量的方法（旁压试验、触探试验等）。93 2.变形模量与压缩模量变形模量与压缩模量 土的土的变形模量变形模量E0是土体在是土体在无侧限条件下无侧限条件下的应力与相应的应变的比值。的应力与相应的应变的比值。 土土的的压压缩缩模模量量Es是是土土体体在在完完全全侧侧限限条条件件下下的有效应力与相应的应变的比值。的有效应力与相应的应变的比值。 由侧向不允许膨胀的条件，可以得到土由侧向不允许膨胀的条件，可以得到土的静止侧压力系数的静止侧压力系数K0与泊松比与泊松比 的关系的关系94 由由竖竖向向的的应应力力、应应变变关关系系以以及及压压缩缩模模量量的的定定义义可可得得到到土土的的变变形形模模量量与与压压缩缩模模量量换换算算的的理论关系公式理论关系公式95第第7节节 地基的最终沉降量地基的最终沉降量 在荷载作用下，地基土体发生变形，在荷载作用下，地基土体发生变形，地基产生沉降。地基沉降是随时间而发展地基产生沉降。地基沉降是随时间而发展的。主要介绍两种计算地基最终沉降量的的。主要介绍两种计算地基最终沉降量的方法：方法：传统的分层总和法传统的分层总和法和和规范推荐的分规范推荐的分层总和法层总和法。如果沉降计算的分层总和法所。如果沉降计算的分层总和法所采用的土的压缩性指标源自压缩仪的测定采用的土的压缩性指标源自压缩仪的测定成果，则可称为成果，则可称为单向压缩分层总和法单向压缩分层总和法。96一、传统的分层总和法一、传统的分层总和法 采用分层总和法计算地基的采用分层总和法计算地基的最终沉降量时，将压缩层范围内的土层分成最终沉降量时，将压缩层范围内的土层分成n个分个分层，应用弹性理论计算在荷载作用下层，应用弹性理论计算在荷载作用下各分层中的附加应力，采用单向压缩条件下各分层中的附加应力，采用单向压缩条件下的压缩性指标，分别计算各分层的压缩量，的压缩性指标，分别计算各分层的压缩量，然后求和得到总沉降。然后求和得到总沉降。 各分层压缩量的计算方法与薄压缩层地各分层压缩量的计算方法与薄压缩层地基的沉降计算方法相同。基的沉降计算方法相同。97单向分层总和法假设单向分层总和法假设： 1.基底附加压力为局部柔性荷载，基底附加压力为局部柔性荷载，对对非非均均质质地地基基，由由其其引引起起的的附附加加应应力力分分布布可可按均质地基计算；按均质地基计算； 2.只须计算竖向附加应力作用下的土层压只须计算竖向附加应力作用下的土层压缩变形导致的地基沉降，剪应力可忽略不计；缩变形导致的地基沉降，剪应力可忽略不计； 3.土层压缩时不发生侧向变形。土层压缩时不发生侧向变形。 由于以上假设，各分层的土就处于单向由于以上假设，各分层的土就处于单向压缩状态，应采用压缩状态，应采用侧限条件侧限条件下得到的压缩性下得到的压缩性指标来计算各分层的压缩量。指标来计算各分层的压缩量。98 地基土的压缩性随着深度的地基土的压缩性随着深度的增大而降低，局部荷载引起的附增大而降低，局部荷载引起的附加应力又随深度的增大而减少，所以超过一加应力又随深度的增大而减少，所以超过一定深度的土，其变形对沉降量的贡献小到可定深度的土，其变形对沉降量的贡献小到可忽略不计。沉降时应考虑其土体变形的深度忽略不计。沉降时应考虑其土体变形的深度范围内的土层称为范围内的土层称为地基压缩层地基压缩层，该深度称为，该深度称为地基沉降计算深度地基沉降计算深度（地基压缩层厚度地基压缩层厚度）。）。99 地基沉降计算深度的下限，地基沉降计算深度的下限，一般取在地基附加应力等于自一般取在地基附加应力等于自重应力的重应力的20%处，如在该深度以下有高压缩处，如在该深度以下有高压缩性土层，则计算深度下限取在一般取在地基性土层，则计算深度下限取在一般取在地基附加应力等于自重应力的附加应力等于自重应力的10%处。处。 这种确定沉降计算深度的传统方法称为这种确定沉降计算深度的传统方法称为应力比法应力比法。100 地基压缩层厚度范围内的地基压缩层厚度范围内的分层厚度一般取分层厚度一般取0.4b（b为基底为基底宽度）或宽度）或12m，不同土层之间的分界面和地不同土层之间的分界面和地下水面是当然的分层面。下水面是当然的分层面。 计算地基最终沉降量计算地基最终沉降量s的分层总和法的公的分层总和法的公式如下：式如下：101二、规范推荐的分层总和法二、规范推荐的分层总和法 与传统的分层总和法与传统的分层总和法相同相同之处之处：也采用单向压缩条件下的压缩性指标：也采用单向压缩条件下的压缩性指标; ; 与传统的分层总和法与传统的分层总和法不同之处不同之处： 1.采用平均附加应力系数；采用平均附加应力系数； 2.规定了地基沉降计算深度的标准，考虑规定了地基沉降计算深度的标准，考虑了基础大小这一因素，比应力比法更为合理；了基础大小这一因素，比应力比法更为合理； 3.提出了地基的沉降计算经验系数，使得提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算结果接近于实测值。计算结果接近于实测值。102 地基沉降计算深度就是第地基沉降计算深度就是第n分层层底深度分层层底深度zn，确定确定zn的规范的规范方法称为方法称为变形比法变形比法。 规范规定须将地基计算沉降量规范规定须将地基计算沉降量s乘以沉乘以沉降计算经验系数降计算经验系数 s加以修正，沉降计算经验加以修正，沉降计算经验系数根据地区沉降观测资料及经验确定。系数根据地区沉降观测资料及经验确定。103第第8节节 应力历史对应力历史对 地基沉降的影响地基沉降的影响一、沉积土层的应力历史一、沉积土层的应力历史 天然土层在历史上所经受过的包括自天然土层在历史上所经受过的包括自重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有效固结压力，称为效固结压力，称为先期（前期）固结压力先期（前期）固结压力，常用常用pc表示。表示。 通常将地基中土体的先期固结压力与通常将地基中土体的先期固结压力与现有上覆土层压力之比定义为现有上覆土层压力之比定义为超固结比超固结比OCR。104根根据据OCR的的大大小小，可可对对土土所所处处的的不不同同固固结结状状态进行划分。态进行划分。OCR1 超固结状态超固结状态=1 正常固结状态正常固结状态1 欠固结状态欠固结状态105 将室内压缩曲线修正后得到将室内压缩曲线修正后得到原始压缩曲线，并可确定土的压原始压缩曲线，并可确定土的压缩性指标。只要在地基沉降计算通常采用的缩性指标。只要在地基沉降计算通常采用的分层总和法中，将土的压缩性指标改从原始分层总和法中，将土的压缩性指标改从原始压缩曲线确定，就可考虑应力历史对地基沉压缩曲线确定，就可考虑应力历史对地基沉降的影响。降的影响。106 正常固结状态的土其原始的正常固结状态的土其原始的elgp曲线为一条直线（压缩指数曲线为一条直线（压缩指数为为Cc）；）； 超超固固结结状状态态的的土土其其原原始始的的elgp曲曲线线由由两两条条斜斜率率不不同同的的直直线线构构成成（压压缩缩指指数数分分别别为为Ce和和 Cc ）；）； 欠固结状态的土其原始的欠固结状态的土其原始的elgp曲线为一曲线为一条直线（压缩指数为条直线（压缩指数为Cc ）107第第9节节 地基最终沉降地基最终沉降 计算问题综述计算问题综述一、各种分层总和法的共同假设一、各种分层总和法的共同假设 共同假设共同假设：荷载作用下的非均质地基：荷载作用下的非均质地基中的附加应力分布，可以用均质弹性半空中的附加应力分布，可以用均质弹性半空间的理论解答来代替。间的理论解答来代替。 分层总和法以均质弹性半空间的应力分层总和法以均质弹性半空间的应力来计算非均质地基的变形，在理论上显然来计算非均质地基的变形，在理论上显然不协调。不协调。108 但是，实践表明，地基沉降但是，实践表明，地基沉降计算的准确与否，更直接地取决计算的准确与否，更直接地取决于方法本身能否反映地基的成层性和非均质于方法本身能否反映地基的成层性和非均质性、能否考虑到土的应力性、能否考虑到土的应力- -应变关系的非线应变关系的非线性，应力计算精确度的影响毕竟还居其次。性，应力计算精确度的影响毕竟还居其次。109第第10节节 饱和土的有效饱和土的有效 应力和渗透固结应力和渗透固结一、饱和土中的有效应力一、饱和土中的有效应力 有效应力原理：对于饱和土有效应力原理：对于饱和土二、太沙基一维固结理论二、太沙基一维固结理论 土的固结是土力学学科中最根本的课题土的固结是土力学学科中最根本的课题之一。之一。110 土的固结过程的两种特性土的固结过程的两种特性： 1.随着土中水的排出，土体随着土中水的排出，土体孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小；孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小； 2.随着超静孔隙水压力的消散，有效应随着超静孔隙水压力的消散，有效应力逐渐增大，土体的抗剪强度得到提高。力逐渐增大，土体的抗剪强度得到提高。 工程中常应用固结过程的这两种特性，工程中常应用固结过程的这两种特性，通过排水固结法对软粘土地基进行改良，达通过排水固结法对软粘土地基进行改良，达到减小工后沉降、提高地基承载力的目的到减小工后沉降、提高地基承载力的目的。111 固结模型：弹簧代表土颗粒固结模型：弹簧代表土颗粒骨架，水代表孔隙水，活塞骨架，水代表孔隙水，活塞上的小孔象征土的渗透性和排水条件（孔的上的小孔象征土的渗透性和排水条件（孔的大小代表渗透性的强弱）。大小代表渗透性的强弱）。112 一维固结理论研究土体在一维固结理论研究土体在荷载作用下土中水的流动和土荷载作用下土中水的流动和土体的变形仅发生在一个方向的土体固结问题。体的变形仅发生在一个方向的土体固结问题。 一维固结理论的基本假设：一维固结理论的基本假设： 1.土是均质、各向同性和完全饱和的；土是均质、各向同性和完全饱和的； 2.土粒和孔隙水都是不可压缩的；土粒和孔隙水都是不可压缩的； 3.土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；土层的压缩和土中水的渗流都是一维的； 4.土中水的渗流服从达西定律；土中水的渗流服从达西定律；113 5.在渗透固结中，土的渗透在渗透固结中，土的渗透系数系数k和压缩系数和压缩系数a都是不变都是不变的常数；的常数； 6.外荷载是一次瞬时施加的，且在固结过外荷载是一次瞬时施加的，且在固结过程中保持不变；程中保持不变； 7.土体的固结变形是微小变形。土体的固结变形是微小变形。114 根据根据达西定律达西定律、固结渗流固结渗流的连续条件的连续条件、应力应力- -应变关系应变关系的侧限条件的侧限条件和和有效应力原理有效应力原理，可推导出饱和，可推导出饱和土的一维固结微分方程土的一维固结微分方程 结合结合初始条件初始条件和和边界条件边界条件，可求得上述，可求得上述方程的解答。方程的解答。115 理论上可以根据孔隙水压力理论上可以根据孔隙水压力的解答，求得相应的有效应力的的解答，求得相应的有效应力的大小和分布，再算出任意时刻基础的沉降量。大小和分布，再算出任意时刻基础的沉降量。但是这样求解不甚方便。所以引入固结度的但是这样求解不甚方便。所以引入固结度的概念，使问题得到简化。概念，使问题得到简化。 所谓固结度，是指在某一固结应力作用所谓固结度，是指在某一固结应力作用下，经某一时间下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。应力消散的程度。116东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第九讲第九讲主讲教师主讲教师 童小东童小东117第第11节节 地基沉降发展地基沉降发展 三分量三分量一、三维应力状态下土的变形和地基沉降一、三维应力状态下土的变形和地基沉降的发展的发展 地表局部荷载作用下，地基土处于三地表局部荷载作用下，地基土处于三维应力状态，土中孔隙水的排出也是三维维应力状态，土中孔隙水的排出也是三维的。的。 饱和土单元体在受荷一瞬间，孔隙水饱和土单元体在受荷一瞬间，孔隙水来不及排出，故土的体积不会发生变化。来不及排出，故土的体积不会发生变化。118 但是剪应力增量却使单元但是剪应力增量却使单元体发生体发生剪切畸变剪切畸变。随着时间的。随着时间的消逝，土中孔隙水排出使土体产生消逝，土中孔隙水排出使土体产生固结变形固结变形。当孔隙水压力完全消散，固结过程完成之后，当孔隙水压力完全消散，固结过程完成之后，土体在不变的有效应力作用下，产生土体在不变的有效应力作用下，产生蠕变变蠕变变形形。 三维应力状态下，按变形机理，地基土三维应力状态下，按变形机理，地基土体的总沉降可以分成三部分：体的总沉降可以分成三部分：瞬时沉降瞬时沉降，固固结沉降结沉降，次固结沉降次固结沉降。119 目前关于目前关于瞬时沉降瞬时沉降、固结固结沉降沉降和和次固结沉降次固结沉降的计算结果，的计算结果，与实际情况尚存在较大差距。与实际情况尚存在较大差距。 从实用上看，可采用信息化施工，利用从实用上看，可采用信息化施工，利用沉降观测资料来推算后期沉降量（沉降观测资料来推算后期沉降量（双曲线法双曲线法、对数曲线法对数曲线法等）。等）。120第第3章章 内容勘误内容勘误1.p42：图图2-3中中第第2层层土土的的竖竖向向自自重重应应力力计计算公式算公式“ 1h1- 2h2”+2.p43：从上向下第从上向下第3行式（行式（2-4）应为应为1213.p51：从上向下第从上向下第1行行“为为P0”4.p58：倒数第倒数第1行式（行式（2-26）中）中“ z”p0 x5.p72：倒数第倒数第5行行“限条件下的竖向附加限条件下的竖向附加应力与相应的应变增量之比值。应力与相应的应变增量之比值。”增量增量1226.p76：倒数第倒数第4行行“土的测压力土的测压力.”侧侧7.p82：从上向下第从上向下第4行行“可以引入一个系数可以引入一个系数a，.”，式（式（2-73b）也做相应改正。也做相应改正。 8.p93：从上向下第从上向下第9行式（行式（2-88）中的）中的“pei”应为应为“pci”9.p97：从上向下从上向下第第14行行“上作用着法向上作用着法向力力p（图图2-48），），”P12310.p102：倒数第倒数第6行式（行式（2-107） “ ”应为应为 “ ”124第第3章章 重点内容重点内容1.土中自重应力的计算土中自重应力的计算2.地基附加应力的计算方法地基附加应力的计算方法3.土的压缩性指标土的压缩性指标4.计计算算地地基基最最终终沉沉降降的的传传统统的的分分层层总总和和法法和规范推荐的分层总和法和规范推荐的分层总和法125第第3章章 作业作业p111：2-1，2-5，2-6，2-8126东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第四章第四章主讲教师主讲教师 童小东童小东127第第4章章 土的抗剪强度土的抗剪强度第第1节节 概述概述第第2节节 库伦公式和莫尔库伦公式和莫尔-库伦强度理论库伦强度理论第第3节节 抗剪强度的测定方法抗剪强度的测定方法第第4节节 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度第第5节节 无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度128第第1节节 概述概述 土的抗剪强度土的抗剪强度是土体抵抗是土体抵抗剪切剪切破坏的破坏的极限能力极限能力。 土的抗剪强度对地基承载力、挡土墙土的抗剪强度对地基承载力、挡土墙土压力和土坡稳定等问题产生直接影响。土压力和土坡稳定等问题产生直接影响。129 土的抗剪强度一般可分为土的抗剪强度一般可分为两部分：一部分与颗粒间的法两部分：一部分与颗粒间的法向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是摩擦力摩擦力；另一部分是与法向应力无关的土粒；另一部分是与法向应力无关的土粒之间的粘结力，通常称为之间的粘结力，通常称为粘聚力粘聚力。130第第2节节 库伦公式和莫尔库伦公式和莫尔- 库伦强度理论库伦强度理论一、库伦公式一、库伦公式131c和和 称为称为抗剪强度指标抗剪强度指标。影影响响因因素素土土的的抗抗剪剪强强度度的的内在因素内在因素外在因素：外在因素：试验时的排水条件等因素试验时的排水条件等因素颗粒间的有效法向应力颗粒间的有效法向应力土的孔隙比土的孔隙比132表表达达方方法法土土的的抗抗剪剪强强度度的的总应力法：总应力法：总应力强度指标总应力强度指标有效应力法：有效应力法：有效应力强度指标有效应力强度指标133二、莫尔二、莫尔-库伦强度理论库伦强度理论 莫尔提出：材料的破坏为莫尔提出：材料的破坏为剪切破坏剪切破坏，当任一平面上的，当任一平面上的剪应力剪应力等于材料等于材料的的抗剪强度抗剪强度时该点就发生破坏，破坏面上的时该点就发生破坏，破坏面上的剪应力剪应力 f是该面上法向应力是该面上法向应力 的函数的函数 此函数在此函数在 f- 坐标中是一条曲线，称为坐标中是一条曲线，称为莫尔包线（抗剪强度包线）莫尔包线（抗剪强度包线）,如下图实线所如下图实线所示。示。134 莫尔包线表示材料在不同应力作用下达莫尔包线表示材料在不同应力作用下达到到极限状态极限状态时，滑动面上法向应力时，滑动面上法向应力 与剪应与剪应力力 f 的关系。的关系。莫尔包线莫尔包线135 理论分析和实践都证明，理论分析和实践都证明，莫尔理论对土比较合适，土莫尔理论对土比较合适，土的莫尔包线通常可以近似地用的莫尔包线通常可以近似地用直线直线代替（如代替（如上图的虚线所示），该直线的方程就是上图的虚线所示），该直线的方程就是库伦库伦公式公式表示的方程。表示的方程。 用库伦公式表示莫尔包线的强度理论称用库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为为莫尔莫尔-库伦强度理论库伦强度理论。 当土体中任意一点在某一平面上的剪应当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏。力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏。1360A 莫尔圆可以表示土体中一点的应力状莫尔圆可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的在相应平面上的正应力正应力和和剪应力剪应力。137 如果给定了土的抗剪强度如果给定了土的抗剪强度指标指标c和和 以及土中某点的应力以及土中某点的应力状态，则可将状态，则可将抗剪强度包线抗剪强度包线与与莫尔应力圆莫尔应力圆画画在同一张坐标图上，抗剪强度包线与莫尔应在同一张坐标图上，抗剪强度包线与莫尔应力圆的关系可能有：力圆的关系可能有： 1.整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方。整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方。说明该点在任何平面上的剪应力都小于土的说明该点在任何平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，所以不会发生剪切破坏；抗剪强度，所以不会发生剪切破坏；138 2.莫尔圆与抗剪强度包线莫尔圆与抗剪强度包线相切，切点为相切，切点为A。说明在说明在A点点所代表的平面上，剪应力正好达到抗剪强度，所代表的平面上，剪应力正好达到抗剪强度，该点就处于该点就处于极限平衡状态极限平衡状态。这时的莫尔圆称。这时的莫尔圆称为为极限应力圆极限应力圆。 3.抗剪强度包线是莫尔圆的一条抗剪强度包线是莫尔圆的一条割线割线，实际上这种情况是不可能出现的，因为该点实际上这种情况是不可能出现的，因为该点任何方向上的剪应力都不可能超过土的抗剪任何方向上的剪应力都不可能超过土的抗剪强度。因为强度。因为土的抗剪强度是土体抵抗剪切破土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的坏的极限能力极限能力。1390Ac莫尔圆与抗剪强度之间的关系莫尔圆与抗剪强度之间的关系140 由极限应力圆当中的几何由极限应力圆当中的几何关系，可以推导得出：关系，可以推导得出： 1.粘性土的极限平衡条件为粘性土的极限平衡条件为141 2.无粘性土的极限平衡条件为无粘性土的极限平衡条件为142 3.破坏面与大主应力面的夹角为破坏面与大主应力面的夹角为 。143第第3节节 抗剪强度的抗剪强度的 测定方法测定方法 测定土的抗剪强度的方法有多种。测定土的抗剪强度的方法有多种。的的室室内内方方法法测测定定土土抗抗剪剪强强度度直接剪切试验直接剪切试验三轴压缩试验三轴压缩试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验144一、直接剪切试验一、直接剪切试验 应变控制式直剪仪的试验原理：应变控制式直剪仪的试验原理：对同一种土至少取对同一种土至少取4个平行试样，分别在不个平行试样，分别在不同垂直压力同垂直压力 下剪切破坏，将试验结果绘制下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度抗剪强度 f与相应垂直压力与相应垂直压力 的关系图。试验的关系图。试验结果表明，对于粘性土结果表明，对于粘性土 f 基本上呈直线关基本上呈直线关系，直线方程可用库伦公式表示；对于无粘系，直线方程可用库伦公式表示；对于无粘性土，性土， f 则是通过原点的直线。则是通过原点的直线。145直接剪切仪的直接剪切仪的优点优点构造简单构造简单操作方便操作方便限定剪切面不一定是最薄弱面限定剪切面不一定是最薄弱面剪切面上剪应力分布不均匀剪切面上剪应力分布不均匀的的缺缺点点直直接接剪剪切切仪仪剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力146二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验 三轴压缩仪的试验原理：三轴压缩仪的试验原理：对同一种土至少取对同一种土至少取3个平行试样，分别在不个平行试样，分别在不同周围压力同周围压力 3下剪切破坏，将试验结果绘制下剪切破坏，将试验结果绘制为若干个为若干个极限应力圆极限应力圆。根据莫尔。根据莫尔-库伦理论，库伦理论，这一组极限应力圆的公共切线即为土的这一组极限应力圆的公共切线即为土的抗剪抗剪强度包线强度包线，可近似取为一条直线，直线的方，可近似取为一条直线，直线的方程即为程即为库伦公式库伦公式所表示的方程。所表示的方程。1470c三轴压缩试验原理三轴压缩试验原理148的的优优点点三三轴轴压压缩缩仪仪能较严格地控制排水条件能较严格地控制排水条件能量测试样中孔隙水压力的变化能量测试样中孔隙水压力的变化剪切破坏面为最薄弱面剪切破坏面为最薄弱面的的缺缺点点三三轴轴压压缩缩仪仪试验设备、试验过程相对复杂试验设备、试验过程相对复杂试样的受力状态为轴对称情况，试样的受力状态为轴对称情况，与实际土体的受力状态未必相符与实际土体的受力状态未必相符149 直接剪切试验和三轴压缩直接剪切试验和三轴压缩试验按试验按剪切前剪切前的的固结程度固结程度和和剪剪切时切时的的排水条件排水条件，可以分为三种试验方法：，可以分为三种试验方法： 1.不固结不排水试验；不固结不排水试验； 2.固结不排水试验；固结不排水试验； 3.固结排水试验；固结排水试验；150三、无侧限抗压强度试验三、无侧限抗压强度试验 无侧限抗压强度试验可以无侧限抗压强度试验可以看作围压看作围压 3=0的三轴不排水剪切试验，试件的三轴不排水剪切试验，试件剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力qu称为称为无侧限抗压强度无侧限抗压强度。根据试验结果，只能。根据试验结果，只能作一个极限应力圆（作一个极限应力圆（ 1= qu 、 3=0），），对于对于一般粘性土就无法作出破坏包线。一般粘性土就无法作出破坏包线。151 而对于饱和粘性土，根据而对于饱和粘性土，根据三轴不固结不排水试验的结果，三轴不固结不排水试验的结果，其破坏包线接近于一条其破坏包线接近于一条水平线水平线，即，即 u=0。如如仅需测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就仅需测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就可以利用比较简单的无侧限抗压强度试验代可以利用比较简单的无侧限抗压强度试验代替三轴试验。替三轴试验。1520cu无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验qu153 无侧限抗压强度试验所得的无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的极限应力圆的水平切线水平切线就是破坏包线。就是破坏包线。154第第4节节 饱和粘性土的饱和粘性土的 抗剪强度抗剪强度一、不固结不排水抗剪强度一、不固结不排水抗剪强度 不固结不排水试验（不固结不排水试验（UU试验试验）是在）是在施施加周围压力时加周围压力时不排水不排水（不固结），且在（不固结），且在施施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中中也也不允许排水不允许排水（不排水）。（不排水）。155 如果有一组饱和粘性土试件，如果有一组饱和粘性土试件，都先在某一周围压力下固结至稳都先在某一周围压力下固结至稳定，试件中的初始孔隙水压力为零，然后分定，试件中的初始孔隙水压力为零，然后分别在不排水条件下施加周围压力和轴向压力别在不排水条件下施加周围压力和轴向压力直至剪切破坏。试验结果见下图。直至剪切破坏。试验结果见下图。1560cu饱和粘性土的不固结不排水试验饱和粘性土的不固结不排水试验157 图中三个实线圆分别表示图中三个实线圆分别表示三个试件在不同的围压作用下三个试件在不同的围压作用下破坏时的总应力圆，虚线表示有效应力圆。破坏时的总应力圆，虚线表示有效应力圆。试验结果表明，虽然三个试件的围压不同，试验结果表明，虽然三个试件的围压不同，但破坏时的但破坏时的主应力差相等主应力差相等，所以三个总应力，所以三个总应力圆的直径相同，所以破坏包线是一条圆的直径相同，所以破坏包线是一条水平线水平线，可得可得158 由于在不排水条件下，试样由于在不排水条件下，试样在试验过程中在试验过程中含水量含水量不变不变，体积体积不变不变，改变周围压力增量只能引起，改变周围压力增量只能引起孔隙水压孔隙水压力力的变化，并不会改变试样中的的变化，并不会改变试样中的有效应力有效应力，各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪强度不变。强度不变。 如果在较高的剪前固结压力下进行不固如果在较高的剪前固结压力下进行不固结不排水试验，就会得到较大的不排水抗剪结不排水试验，就会得到较大的不排水抗剪强度。强度。159 由于只能得到一个有效应力由于只能得到一个有效应力圆，所以不能得到有效应力破坏圆，所以不能得到有效应力破坏包线，不固结不排水试验只用于测定饱和土包线，不固结不排水试验只用于测定饱和土的不排水强度，所以可以用无侧限抗压强度的不排水强度，所以可以用无侧限抗压强度试验代替三轴压缩试验来测定饱和土的不排试验代替三轴压缩试验来测定饱和土的不排水抗剪强度。水抗剪强度。 160 不固结不排水试验的不固结不排水试验的“不固不固结结”是在保持试样原来有效应是在保持试样原来有效应力不变的情况下，在三轴压力室的周围压力力不变的情况下，在三轴压力室的周围压力下不再排水固结。如果饱和粘性土从未固结下不再排水固结。如果饱和粘性土从未固结过，则其中的有效应力为零（先期固结压力过，则其中的有效应力为零（先期固结压力也为零），表现为一种泥浆状土，其抗剪强也为零），表现为一种泥浆状土，其抗剪强度必然也等于零。度必然也等于零。161二、固结不排水抗剪强度二、固结不排水抗剪强度 固结不排水试验（固结不排水试验（CU试验试验）是在是在施加周围压力时施加周围压力时充分排水充分排水（固结），而（固结），而在在施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中程中不允许排水不允许排水（不排水）。（不排水）。 饱和粘性土的固结不排水抗剪强度受饱和粘性土的固结不排水抗剪强度受应应力历史力历史的影响，所以首先要区分试样是处于的影响，所以首先要区分试样是处于什么样的什么样的固结状态固结状态。162 如果试样所受到的周围固结如果试样所受到的周围固结压力压力 3大于它所曾受到的最大固大于它所曾受到的最大固结压力结压力pc（先期固结压力先期固结压力），则称试样处于），则称试样处于正常固结状态正常固结状态；而如果；而如果 3 pc ，则称试样处则称试样处于于超固结状态超固结状态。 不同固结状态的试样，其抗剪强度性状不同固结状态的试样，其抗剪强度性状是不同的。是不同的。163 正常固结状态的试样在正常固结状态的试样在剪切过程中体积有减小的趋剪切过程中体积有减小的趋势（势（剪缩剪缩），但由于不允许排水，故产生），但由于不允许排水，故产生正正的孔隙水压力的孔隙水压力；而强超固结状态的试样在剪；而强超固结状态的试样在剪切过程中，先表现为剪缩（产生正的孔隙水切过程中，先表现为剪缩（产生正的孔隙水压力），然后转为压力），然后转为剪胀剪胀（产生负的孔隙水压（产生负的孔隙水压力）。力）。164东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第十二讲第十二讲主讲教师主讲教师 童小东童小东165 1.正常固结状态的土样正常固结状态的土样 下图表示正常固结状态的下图表示正常固结状态的饱和粘性土的固结不排水试验结果，图中用饱和粘性土的固结不排水试验结果，图中用实线实线表示的为表示的为总应力圆和总应力破坏包线总应力圆和总应力破坏包线，用用虚线虚线表示的为表示的为有效应力圆和有效应力破坏有效应力圆和有效应力破坏包线包线，uf为剪切破坏时的孔隙水压力。因为为剪切破坏时的孔隙水压力。因为剪切过程中不排水，根据有效应力原理可知，剪切过程中不排水，根据有效应力原理可知，有效应力圆与总应力圆有效应力圆与总应力圆直径相等直径相等，位置不同位置不同。1660正常固结状态饱和粘性土正常固结状态饱和粘性土固结不排水试验结果固结不排水试验结果167 因为正常固结状态的试样在因为正常固结状态的试样在剪切破坏时产生剪切破坏时产生正的孔隙水压力正的孔隙水压力，故有效应力圆在总应力圆的故有效应力圆在总应力圆的左边左边。 总应力破坏包线和有效应力破坏包线都总应力破坏包线和有效应力破坏包线都通过原点通过原点，说明固结压力为零的土不会具有说明固结压力为零的土不会具有抗剪强度抗剪强度。168 2.超固结状态的土样超固结状态的土样 超固结状态的饱和粘性土超固结状态的饱和粘性土的固结不排水剪切试验得到的总应力破坏包的固结不排水剪切试验得到的总应力破坏包线如下图所示，是一条略平缓的曲线，可近线如下图所示，是一条略平缓的曲线，可近似以直线似以直线ab代替，与正常固结状态土的固结代替，与正常固结状态土的固结不排水破坏包线不排水破坏包线bc相交，相交，bc的延长线通过原的延长线通过原点。实用上将点。实用上将abc折线取为一条直线。折线取为一条直线。1690ccu超固结状态土的固结不排水试验超固结状态土的固结不排水试验abc超固结状态超固结状态正常固结状态正常固结状态170 有效应力圆和有效应力破坏有效应力圆和有效应力破坏包线如下图中虚线所示。由于包线如下图中虚线所示。由于超超固结状态固结状态的土样在剪切破坏时，产生的土样在剪切破坏时，产生负的孔负的孔隙水压力隙水压力，有效应力圆在总应力圆的，有效应力圆在总应力圆的右边右边；正常固结状态正常固结状态的土样在剪切破坏时，产生的土样在剪切破坏时，产生正正的孔隙水压力的孔隙水压力，故有效应力圆在总应力圆的，故有效应力圆在总应力圆的左边左边。1710超固结状态土的固结不排水试验超固结状态土的固结不排水试验超固结状态超固结状态正常固结状态正常固结状态172三、固结排水抗剪强度三、固结排水抗剪强度 固结排水试验（固结排水试验（CD试验试验）是在是在施加周围压力时施加周围压力时充分排水充分排水（固结），而（固结），而在在施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中程中允许排水允许排水（排水）。（排水）。 所以在整个试验过程中，土样中的孔隙所以在整个试验过程中，土样中的孔隙水压力始终为零，总应力最后完全转化为有水压力始终为零，总应力最后完全转化为有效应力，效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线应力破坏包线就是有效应力破坏包线。1730正常固结状态土的固结排水试验正常固结状态土的固结排水试验其其破破坏坏包包线线通通过过原原点点。正正常常固固结结状状态态的的土土，1740超固结状态土的固结排水试验超固结状态土的固结排水试验超固结状态超固结状态正常固结状态正常固结状态取取为为一一条条直直线线。包包线线略略弯弯曲曲，实实用用上上近近似似超超固固结结状状态态的的土土，其其破破坏坏175 试验结果表明，对于同一试验结果表明，对于同一种土，固结排水试验得到的种土，固结排水试验得到的cd、 d与固结不排水试验得到的与固结不排水试验得到的c、 很接近，很接近，由于固结排水试验所需的时间太长，故实用由于固结排水试验所需的时间太长，故实用上用上用c、 代替代替cd、 d 。176 对同一种饱和粘性土，对同一种饱和粘性土，分别在三种不同的排水条件分别在三种不同的排水条件下进行剪切试验。如果用总应力表示，将得下进行剪切试验。如果用总应力表示，将得到完全不同的试验结果，而以有效应力表示，到完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用哪种试验方法，都得到近乎同一则不论采用哪种试验方法，都得到近乎同一条有效应力破坏包线。条有效应力破坏包线。 所以说，所以说，抗剪强度与总应力没有唯一的抗剪强度与总应力没有唯一的对应关系，而与有效应力有唯一的对应关系对应关系，而与有效应力有唯一的对应关系。1770正常固结状态饱和粘性土在三种正常固结状态饱和粘性土在三种不同不排水条件下的剪切试验结果不同不排水条件下的剪切试验结果178四、抗剪强度指标的选择四、抗剪强度指标的选择 饱和粘性土的抗剪强度饱和粘性土的抗剪强度性状是很复杂的，它不仅与性状是很复杂的，它不仅与剪切条件剪切条件有关，有关，还与还与土的应力历史土的应力历史等因素有关。由于实际工等因素有关。由于实际工程条件的复杂性，用实验室的试验条件去完程条件的复杂性，用实验室的试验条件去完全模拟现场条件是不可能的。所以针对具体全模拟现场条件是不可能的。所以针对具体的工程问题，确定土的抗剪强度指标的方法的工程问题，确定土的抗剪强度指标的方法只能是尽可能地模拟实际工况来进行试验。只能是尽可能地模拟实际工况来进行试验。179 一般认为：由三轴固结一般认为：由三轴固结不排水试验确定的有效应力不排水试验确定的有效应力强度指标强度指标c、 宜用于分析地基的长期稳定宜用于分析地基的长期稳定性；而对于饱和软粘土地基的短期稳定问题，性；而对于饱和软粘土地基的短期稳定问题，则宜采用不固结不排水试验的强度指标，以则宜采用不固结不排水试验的强度指标，以总应力法进行分析。总应力法进行分析。180 对于一般的工程问题多对于一般的工程问题多采用总应力分析法，其指标采用总应力分析法，其指标和测试方法的选择原则如下：和测试方法的选择原则如下： 1.若建筑物施工速度较快，而地基土的若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用透水性和排水条件不良时，可采用三轴不固三轴不固结不排水试验结不排水试验或或直剪的快剪试验直剪的快剪试验结果；结果； 2.若地基上荷载的增加速率较慢，而地若地基上荷载的增加速率较慢，而地基土的透水性较高且排水条件较佳时，则可基土的透水性较高且排水条件较佳时，则可以采用以采用固结排水固结排水或或慢剪试验慢剪试验的结果；的结果；181 3.若实际工况介于上两种若实际工况介于上两种情况之间，可用情况之间，可用固结不排水固结不排水或或固结快剪固结快剪的试验结果；的试验结果； 4.由于实际加荷条件和土性的复杂性，由于实际加荷条件和土性的复杂性，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，因此，不同的固结状态，因此，确定强度指标还应确定强度指标还应结合工程经验结合工程经验。182东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第十三讲第十三讲主讲教师主讲教师 童小东童小东183第第5节节 无粘性土的无粘性土的 抗剪强度抗剪强度 不同初始孔隙比不同初始孔隙比e0的同一种砂土在相的同一种砂土在相同的周围压力同的周围压力 3下下受剪，其应力受剪，其应力应变关系应变关系表明：表明： 1.密实的紧砂，其初始孔隙比较小，密实的紧砂，其初始孔隙比较小，应力应力应变关系具有明显的峰值，超过峰值应变关系具有明显的峰值，超过峰值后，随应变的增加，应力逐步降低，呈后，随应变的增加，应力逐步降低，呈应应变软化型变软化型，体积变化主要表现为，体积变化主要表现为剪胀剪胀。184 2.松砂的应力松砂的应力应变关系呈应变关系呈应变硬化型应变硬化型，对同一种土，紧，对同一种土，紧砂和松砂的强度最终趋向同一值。松砂受剪砂和松砂的强度最终趋向同一值。松砂受剪其体积减小（其体积减小（剪缩剪缩）。）。 3.在在高周围压力高周围压力下，不论砂土的松紧如下，不论砂土的松紧如何，受剪时都将何，受剪时都将剪缩剪缩。1850 1- 3砂土受剪时的应力砂土受剪时的应力应变关系应变关系紧砂紧砂松砂松砂186 由不同初始孔隙比由不同初始孔隙比e0的试样的试样在在同一压力同一压力 3下进行剪切试验，下进行剪切试验，可以得出初始孔隙比可以得出初始孔隙比e0与体积变化与体积变化 之间之间的关系，相应于的关系，相应于体积变化为零体积变化为零的的初始孔隙比初始孔隙比称为称为临界孔隙比临界孔隙比ecv。 临界孔隙比是与临界孔隙比是与侧压力侧压力（围压围压） 3有关有关的的 ，不同的不同的 3可以得出不同的可以得出不同的ecv 。1870e02-2ecv砂土的临界孔隙比砂土的临界孔隙比188 若饱和砂土的初始孔隙比若饱和砂土的初始孔隙比e0大于临界孔隙比大于临界孔隙比ecv，在剪应在剪应力作用下由于剪缩必然使孔隙水压力增高，力作用下由于剪缩必然使孔隙水压力增高，有效应力相应降低，导致砂土的抗剪强度有效应力相应降低，导致砂土的抗剪强度降低。降低。189 当饱和松砂受到动荷载当饱和松砂受到动荷载作用，由于孔隙水来不及排作用，由于孔隙水来不及排出，孔隙水压力不断增加，就有可能造成出，孔隙水压力不断增加，就有可能造成土体结构的破坏，有效应力降低为零，使土体结构的破坏，有效应力降低为零，使得砂土象流体那样完全失去抗剪强度，这得砂土象流体那样完全失去抗剪强度，这种现象称为砂土的种现象称为砂土的液化液化。 临界孔隙比临界孔隙比ecv对研究砂土液化具有重对研究砂土液化具有重要意义。要意义。1901.p124：倒数第倒数第9行行“常固常固结不排水强度结不排水强度.”2.p125：第第11行行 “有效应力破坏包线都有效应力破坏包线都通原点通原点”状态土的状态土的过过3.p130：第第11行行“不同的不同的 3可以得出不同可以得出不同的的eev值。值。”文中其余文中其余地方作相应替换。地方作相应替换。ecv第第4章章 内容勘误内容勘误1914.p127：例题例题3-1。由例题的。由例题的已知条件知只对已知条件知只对一个一个饱和粘饱和粘性土试样进行了固结不排水试验，所以只能性土试样进行了固结不排水试验，所以只能得到一个总应力表示的极限应力圆和一个有得到一个总应力表示的极限应力圆和一个有效应力表示的极限应力圆。例题中说效应力表示的极限应力圆。例题中说“整理整理试验结果得到试验结果得到”，由于试样土处于超固结，由于试样土处于超固结状态（由状态（由 知），所以仅由一个有效应知），所以仅由一个有效应力表示的极限应力圆是无法得到有效应力破力表示的极限应力圆是无法得到有效应力破坏包线的。坏包线的。192 因此有效应力强度参数因此有效应力强度参数 、 根本无法从一个试样的试验根本无法从一个试样的试验结果的整理得到。（本人认为：结果的整理得到。（本人认为：例题的出题例题的出题内容的内容的描述描述有问题有问题）193 解题的过程存在解题的过程存在概念概念问题。问题。我们在前面已经了解到，同样我们在前面已经了解到，同样一个固结不排水的试验结果，分别用总应力一个固结不排水的试验结果，分别用总应力和有效应力来表述，得到的强度指标是不同和有效应力来表述，得到的强度指标是不同的。的。 而例题的解答过程中，应力采用总应力，而例题的解答过程中，应力采用总应力，却使用有效应力的强度指标来计算，是一种却使用有效应力的强度指标来计算，是一种概念的混淆概念的混淆。由于本题已知的条件仅为有效。由于本题已知的条件仅为有效应力强度指标，所以本题的解答，应力只能应力强度指标，所以本题的解答，应力只能采用有效应力，然后应用采用有效应力，然后应用有效应力原理有效应力原理得到得到总应力的解答。所以本例题的完整过程如下：总应力的解答。所以本例题的完整过程如下：194【例题例题3-1】一组一组饱和粘性土饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不试样在三轴仪中进行固结不排水试验，整理试验结果得有效内摩擦角排水试验，整理试验结果得有效内摩擦角 =24，c=80kPa。其中对一个试样施加的周其中对一个试样施加的周围压力围压力 3 =200kPa，试样破坏时的主应力差试样破坏时的主应力差 1 - 3 =280kPa，测得的孔隙水压力测得的孔隙水压力uf=180kPa。试求破坏面上的法向应力和剪试求破坏面上的法向应力和剪应力以及试样中的最大剪应力。应力以及试样中的最大剪应力。195【解解】 有效的主应力分别为有效的主应力分别为196剪切破坏面与大主应力作用面剪切破坏面与大主应力作用面的夹角为的夹角为由式（由式（3-5）计算破坏面上的法向有效应力）计算破坏面上的法向有效应力 和剪应力和剪应力 ：197破坏面上的法向应力破坏面上的法向应力 为为198 最大剪应力发生在最大剪应力发生在 =45的的平面上，所以平面上，所以199第第4章章 重点内容重点内容1.抗剪强度的含义抗剪强度的含义2.莫尔莫尔-库伦强度理论库伦强度理论3.测定抗剪强度的直接剪切试验测定抗剪强度的直接剪切试验4.饱饱和和粘粘性性土土在在不不同同排排水水条条件件下下描描述述抗抗剪剪强度的总应力法和有效应力法强度的总应力法和有效应力法5.临界孔隙比临界孔隙比200第第4章章 作业作业p130：3-1，3-2，3-5，3-8201东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第五章第五章主讲教师主讲教师 童小东童小东202第第5章章 土压力、地基承载土压力、地基承载 力和土坡稳定性力和土坡稳定性第第1节节 概述概述第第2节节 挡土墙上的土压力挡土墙上的土压力第第3节节 朗肯土压力理论朗肯土压力理论第第4节节 库伦土压力理论库伦土压力理论第第5节节 挡土墙设计挡土墙设计第第6节节 地基破坏型式和地基承载力地基破坏型式和地基承载力第第7节节 土坡的稳定性分析土坡的稳定性分析203第第1节节 概概 述述 挡土墙挡土墙是防止土体坍塌的是防止土体坍塌的构筑物，在工程建设领域得到广泛应用。构筑物，在工程建设领域得到广泛应用。 挡土墙的结构型式可以分为挡土墙的结构型式可以分为重力式重力式、悬臂式悬臂式和和扶壁式扶壁式。 土压力土压力是指挡土墙后的填土因自重或是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。外荷载作用对墙背产生的侧向压力。204 土压力是挡土墙的主要外土压力是挡土墙的主要外荷载，所以设计挡土墙时首先荷载，所以设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。土土压压力力主动土压力主动土压力静止土压力静止土压力被动土压力被动土压力205 地基承载力地基承载力是指地基承受是指地基承受建筑物荷载的能力。地基在建建筑物荷载的能力。地基在建筑物荷载作用下，如果发生剪切破坏，就会筑物荷载作用下，如果发生剪切破坏，就会对建筑物的稳定性产生不利的影响。因此，对建筑物的稳定性产生不利的影响。因此，在地基计算中，应验算地基的承载力。在地基计算中，应验算地基的承载力。土土坡坡天然土坡天然土坡人工土坡人工土坡206 由于内在或外在因素的影响，由于内在或外在因素的影响，土坡可能发生局部土体的滑动失土坡可能发生局部土体的滑动失稳，造成事故并危及人身安全。因此，应验稳，造成事故并危及人身安全。因此，应验算边坡的稳定性，必要时应采取适当的工程算边坡的稳定性，必要时应采取适当的工程措施来保证边坡的稳定性。措施来保证边坡的稳定性。207第第2节节 挡土墙上的挡土墙上的 土压力土压力 挡土墙上的土压力的大小和分布受到挡土墙上的土压力的大小和分布受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、填土面的形式等因素的影响。填土面的形式等因素的影响。 根据墙的根据墙的位移情况位移情况和墙后土体所处的和墙后土体所处的应力状态应力状态，土压力可分为以下三种：，土压力可分为以下三种：208 1.主动土压力主动土压力：当挡土墙：当挡土墙向向离开土体方向离开土体方向偏移至土体达到偏移至土体达到极极限平衡状态时限平衡状态时，作用在墙上的土压力，一般，作用在墙上的土压力，一般用用Ea表示。表示。 2.被动土压力被动土压力：当挡土墙：当挡土墙向土体方向向土体方向偏偏移至土体达到移至土体达到极限平衡状态时极限平衡状态时，作用在挡土，作用在挡土墙上的土压力，用墙上的土压力，用Ep表示。表示。 3.静止土压力静止土压力：当挡土墙静止不动，土：当挡土墙静止不动，土体处于体处于弹性平衡状态时弹性平衡状态时，土对墙的压力，用，土对墙的压力，用E0表示。表示。209滑滑 动动 面面Ea主动土压力主动土压力210滑滑 动动 面面Ep被动土压力被动土压力211E0静止土压力静止土压力212 试验研究表明：在相同条件试验研究表明：在相同条件下，静止土压力大于主动土压力下，静止土压力大于主动土压力而小于被动土压力，即有而小于被动土压力，即有EaE01.251.30。306 2.粘性土的土坡稳定分析粘性土的土坡稳定分析 粘性土坡由于剪切破坏而产粘性土坡由于剪切破坏而产生的滑动面多数为曲面，一般在破坏前，坡生的滑动面多数为曲面，一般在破坏前，坡顶先产生张力裂缝，继而沿某一曲面产生整顶先产生张力裂缝，继而沿某一曲面产生整体滑动。滑动体在纵向也有一定范围，并且体滑动。滑动体在纵向也有一定范围，并且也是曲面。为了简化，稳定分析中常假设滑也是曲面。为了简化，稳定分析中常假设滑动面为圆筒面，并按平面问题进行分析。粘动面为圆筒面，并按平面问题进行分析。粘性土坡的稳定性分析常采用性土坡的稳定性分析常采用条分法条分法来进行分来进行分析。析。307 大量计算结果表明，最危险大量计算结果表明，最危险滑弧两端距坡肩和坡脚各为滑弧两端距坡肩和坡脚各为0.1nH处，且最危险滑弧中心在处，且最危险滑弧中心在ab线的垂直平分线线的垂直平分线上。上。1n0.1nH0.1nHabH3081.p135：第第10行行“，则墙后，则墙后土体的应力状态不变。土体的应力状态不变。由此可以推导出主由此可以推导出主动和被动土压力计算公式。动和被动土压力计算公式。”而如果挡土墙静止不动，而如果挡土墙静止不动，第第5章章 内容勘误内容勘误3092.p137：公式（公式（4-13）和（）和（4-14）中的中的K应为应为H。3.p146：公式（公式（4-30） +3104.p150：第：第1行行“的一种形式的一种形式”。型型311第第5章章 重点内容重点内容1.朗朗肯肯土土压压力力理理论论与与库库伦伦土土压压力力理理论论的的比较比较2.重力式挡土墙的体型选择原则重力式挡土墙的体型选择原则312第第5章章 作业作业p170：4-2，4-3313东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第六章第六章主讲教师主讲教师 童小东童小东314第第6章章 地基勘察地基勘察第第1节节 概述概述第第2节节 水文地质条件水文地质条件第第3节节 土中渗流的影响土中渗流的影响第第4节节 地基勘察方法地基勘察方法315第第1节节 概述概述 地基勘察的地基勘察的目的目的在于以各种勘察手段在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，地基的工程地质条件，为设计和施工提供为设计和施工提供所需的工程地质资料所需的工程地质资料。316 地基勘察工作应该做在设计地基勘察工作应该做在设计和施工前面，采取必要的勘察手和施工前面，采取必要的勘察手段和方法，提供准确无误的地基勘察报告。段和方法，提供准确无误的地基勘察报告。 地基勘察的地基勘察的任务任务：认识场地的地质条件，认识场地的地质条件，分析场地条件与建筑物之间的相互影响分析场地条件与建筑物之间的相互影响。317第第2节节 水文地质条件水文地质条件 存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水叫做或溶洞中的水叫做地下水地下水。 建筑场地的建筑场地的水文地质条件水文地质条件主要包括主要包括地地下水的埋藏条件下水的埋藏条件，地下水化学成分及其对地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀混凝土的腐蚀等。等。318一、地下水的埋藏条件一、地下水的埋藏条件 地下水按其埋藏条件可分为：地下水按其埋藏条件可分为：上层滞水上层滞水、潜水潜水和和承压水承压水三种类型。三种类型。 1.上层滞水上层滞水：指埋藏在地表浅处，局部：指埋藏在地表浅处，局部隔水透镜体的上部，且具有自由水面的地下隔水透镜体的上部，且具有自由水面的地下水。上层滞水地带只有在融雪或大量降水后水。上层滞水地带只有在融雪或大量降水后才能聚集较多的水，因而只能作为季节性的才能聚集较多的水，因而只能作为季节性的或临时性的水源。或临时性的水源。319 2. 潜水潜水：指埋藏在地表以下：指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自第一个稳定隔水层以上的具有自由水面的地下水。潜水直接受雨水渗透或河由水面的地下水。潜水直接受雨水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄。因此，潜水位的变化发或流入河流而排泄。因此，潜水位的变化直接受气候条件变化的影响。直接受气候条件变化的影响。320 3.承压水承压水：指充满于两个：指充满于两个连续的稳定隔水层之间的含水连续的稳定隔水层之间的含水层中的地下水。它承受一定的静水压力。由层中的地下水。它承受一定的静水压力。由于承压水的上面存在隔水顶板，它的埋藏区于承压水的上面存在隔水顶板，它的埋藏区与地表补给区不一致。因此，承压水的动态与地表补给区不一致。因此，承压水的动态变化，受局部气候因素影响不明显。变化，受局部气候因素影响不明显。321二、地下水的腐蚀性二、地下水的腐蚀性 地下水中含有多种化学成地下水中含有多种化学成分，当某些成分含量过多时，会对混凝土等分，当某些成分含量过多时，会对混凝土等材料产生危害。材料产生危害。 1.地下水中的地下水中的 含量过多时，将与含量过多时，将与水泥水化生成的水泥水化生成的 发生作用，生成发生作用，生成生石膏生石膏 。生石膏再与水泥的。生石膏再与水泥的水化产物水化铝酸钙发生反应，生成硫铝酸水化产物水化铝酸钙发生反应，生成硫铝酸钙（水泥杆菌）。钙（水泥杆菌）。322 硫铝酸钙的体积比化合前硫铝酸钙的体积比化合前膨胀了许多，可以使混凝土产膨胀了许多，可以使混凝土产生膨胀破坏。生膨胀破坏。 2.pH7的酸性地下水对混凝土中的的酸性地下水对混凝土中的 和和 可以起到溶解破坏作用。可以起到溶解破坏作用。 3.地下水中的游离的地下水中的游离的CO2可与混凝土中可与混凝土中的的Ca(OH)2化合生成化合生成CaCO3硬壳，对混凝土硬壳，对混凝土可起到保护作用。可起到保护作用。323 但但CO2含量过多时，又会含量过多时，又会与与CaCO3化合，生成可溶于水化合，生成可溶于水的的Ca(HCO3 )2。这种过多的、能与这种过多的、能与CaCO3起作用的那一部分游离起作用的那一部分游离CO2称为腐蚀性称为腐蚀性CO2 。324第第3节节 土中渗流的影响土中渗流的影响 地下水在渗流过程中受到土骨架的阻地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，作为反作用力，水对土骨架的作用力力，作为反作用力，水对土骨架的作用力称为称为渗流力渗流力。 竖向渗流的作用可使土的竖向渗流的作用可使土的有效重度有效重度发发生变化。生变化。325 向下渗流使有效应力增加，向下渗流使有效应力增加，增大土的抗剪强度；向上渗流增大土的抗剪强度；向上渗流则使有效应力减少，降低土的抗剪强度则使有效应力减少，降低土的抗剪强度 。向上渗流的水力梯度增加到使有效应力减向上渗流的水力梯度增加到使有效应力减少为零的某一数值少为零的某一数值icr，此时，土中的有效此时，土中的有效应力降低为零，砂土因抗剪强度丧失而应力降低为零，砂土因抗剪强度丧失而“液化液化”。这种渗透液化现象称为。这种渗透液化现象称为流砂流砂。326 流砂出现时的水力梯度流砂出现时的水力梯度icr称为称为临界水力梯度临界水力梯度。 流砂是一种不良的工程地质现象，所流砂是一种不良的工程地质现象，所以在地基勘察中应对可能出现的流砂现象以在地基勘察中应对可能出现的流砂现象的条件及其危害性作出评估。的条件及其危害性作出评估。327 基坑工程防治流砂的原则基坑工程防治流砂的原则主要是：主要是： 1.减小基坑内外地下水的水头差；减小基坑内外地下水的水头差； 2.增大渗流路径；增大渗流路径； 3.在向上渗流出口处地表用透水材料在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力。覆盖压重以平衡渗流力。328 当土中渗流的水力梯度当土中渗流的水力梯度小于临界水力梯度时，虽不小于临界水力梯度时，虽不致诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可致诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而去，能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而去，如果这种现象发生的时间比较长，在土层如果这种现象发生的时间比较长，在土层中将形成管状空洞，使土体强度降低，压中将形成管状空洞，使土体强度降低，压缩性增大，这种现象称为缩性增大，这种现象称为“管涌管涌”。329 渗流对土坡和挡土墙都会渗流对土坡和挡土墙都会产生不利于其稳定性的影响。产生不利于其稳定性的影响。 1.渗流对土坡稳定性的不利影响主要渗流对土坡稳定性的不利影响主要是渗流力的是渗流力的促滑作用促滑作用，其次是静水浮托力，其次是静水浮托力的的减重作用减重作用。 2.渗流对挡土墙稳定性的不利影响表渗流对挡土墙稳定性的不利影响表现在渗流会使处于主动、静止或被动三者现在渗流会使处于主动、静止或被动三者中任何状态的中任何状态的土压力明显增大土压力明显增大。330第第4节节 地基勘察方法地基勘察方法 工业与民用建筑工程的设计分为工业与民用建筑工程的设计分为可行可行性研究性研究、初步设计初步设计和和施工图施工图三个阶段。三个阶段。 为了提供各设计阶段所需的工程地质为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为资料，勘察工作也相应分为可行性研究勘可行性研究勘察察、初步勘察初步勘察和和详细勘察详细勘察三个阶段。三个阶段。331一、勘探工作一、勘探工作 勘探是地基勘察过程中勘探是地基勘察过程中查明地质情况的一种必要手段，它是在地查明地质情况的一种必要手段，它是在地面的工程地质测绘和调查所取得的各项定面的工程地质测绘和调查所取得的各项定性资料的基础上，进一步对场地的工程地性资料的基础上，进一步对场地的工程地质条件进行定量的评价。质条件进行定量的评价。 勘探工作包括勘探工作包括坑探坑探、钻探钻探、触探触探和和地地球物理勘探球物理勘探等。等。332 下面对触探和地球物理下面对触探和地球物理勘探进行简要介绍。勘探进行简要介绍。 1.触探触探 触探是通过探杆用静力或动力将金属触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土层，并测得能表征土对触探头探头贯入土层，并测得能表征土对触探头贯入的阻抗能力的指标，从而贯入的阻抗能力的指标，从而间接间接地判断地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。技术。333 作为勘探手段，触探可用作为勘探手段，触探可用于划分土层；作为测试技术，于划分土层；作为测试技术，则可估计地基承载力和土的变形指标等。则可估计地基承载力和土的变形指标等。 a.静力触探静力触探 静力触探试验凭借静压力将触探头压静力触探试验凭借静压力将触探头压入土层，利用电测技术测得入土层，利用电测技术测得贯入阻力贯入阻力来判来判定土的力学性质。与常规的勘探手段比较，定土的力学性质。与常规的勘探手段比较，静力触探有其独特的优越性。它能快速、静力触探有其独特的优越性。它能快速、连续地探测土层及其性质的变化。连续地探测土层及其性质的变化。334 单桥探头可以测得包括单桥探头可以测得包括锥尖阻力和侧壁摩阻力在内锥尖阻力和侧壁摩阻力在内的总贯入阻力的总贯入阻力P（kN），），通常用通常用比贯入阻比贯入阻力力ps（kPa）表示。表示。 双桥探头可以分别测得锥尖总阻力双桥探头可以分别测得锥尖总阻力Qc（kN）和侧壁总摩阻力和侧壁总摩阻力Pt（kN），），通常以通常以锥尖阻力锥尖阻力qc（kPa）和和侧壁摩阻力侧壁摩阻力fs（kPa）表示。根据锥尖阻力表示。根据锥尖阻力qc （kPa）和和侧壁摩阻力侧壁摩阻力fs （kPa），），可以计算同一深度可以计算同一深度处的处的摩阻比摩阻比Rs。335 地基的承载力取决于地地基的承载力取决于地基土本身的力学性质，而静基土本身的力学性质，而静力触探所测得的比贯入阻力等指标在一定力触探所测得的比贯入阻力等指标在一定程度上也反映了土的某些力学性质。根据程度上也反映了土的某些力学性质。根据静力触探资料可间接地按地区性的经验关静力触探资料可间接地按地区性的经验关系估算系估算地基的承载力地基的承载力、土的压缩性指标土的压缩性指标和和单桩承载力单桩承载力等。等。336 b.动力触探动力触探 动力触探一般是将一定动力触探一般是将一定质量的穿心锤，以一定的落距自由下落，质量的穿心锤，以一定的落距自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度所需的锤击次数，并以此判断土的性质。所需的锤击次数，并以此判断土的性质。 动力触探包括动力触探包括标准贯入试验标准贯入试验和和轻便触轻便触探探两种方法。两种方法。337 由标准贯入试验测得的由标准贯入试验测得的锤击数锤击数N，可用于确定地基可用于确定地基的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密实度以及估计地震时砂土液化的可能性。实度以及估计地震时砂土液化的可能性。 应用轻便触探试验测得的锤击数应用轻便触探试验测得的锤击数N10，可确定粘性土地基和素填土地基的承载力，可确定粘性土地基和素填土地基的承载力，并可按不同位置的值的变化情况判定地基并可按不同位置的值的变化情况判定地基土层的均匀程度。土层的均匀程度。338 2.地球物理勘探地球物理勘探 地球物理勘探（物探）地球物理勘探（物探）是一种兼有是一种兼有勘探勘探和和测试测试双重功能的技术。双重功能的技术。物探之所以能够被用来研究和解决各种地物探之所以能够被用来研究和解决各种地质问题，主要是因为不同的岩石、土层和质问题，主要是因为不同的岩石、土层和地质构造往往具有不同的物理性质，通过地质构造往往具有不同的物理性质，通过专门的物探仪器的量测，就可区别和推断专门的物探仪器的量测，就可区别和推断有关地质问题。有关地质问题。339 对地基勘探的下列方面对地基勘探的下列方面宜应用物探：宜应用物探： a.作为钻探的先行手段，了解隐蔽的作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界限、界面或异常地带，为经济合理地质界限、界面或异常地带，为经济合理确定钻探方案提供依据；确定钻探方案提供依据； b.作为钻探的辅助手段，在钻孔之间作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据；外推提供依据；340 c.测定岩土体某些特性测定岩土体某些特性参数，如波速、动弹性模量等。参数，如波速、动弹性模量等。 常用的物探方法主要有电阻率法、声常用的物探方法主要有电阻率法、声波法等。波法等。341 二、土性指标的统计整理二、土性指标的统计整理 测试测试是地基勘察工作的重是地基勘察工作的重要内容。通过在土工实验室或现场原位进要内容。通过在土工实验室或现场原位进行的测试工作，可以取得土和岩石的物理行的测试工作，可以取得土和岩石的物理力学性质和地下水的水质等定量指标，以力学性质和地下水的水质等定量指标，以供设计计算时使用。供设计计算时使用。342 由于岩石和土自身的不由于岩石和土自身的不均匀性，取样和运输过程的均匀性，取样和运输过程的扰动，实验仪器及操作方法差异等原因，扰动，实验仪器及操作方法差异等原因，同类土层测得的土性指标值是同类土层测得的土性指标值是离散的离散的。 在勘察中，若取得足够多的数据，可在勘察中，若取得足够多的数据，可按工程地质单元及层次分别进行统计整理，按工程地质单元及层次分别进行统计整理，以便求得以便求得具有代表性的指标具有代表性的指标。343 统计整理时，应在合理统计整理时，应在合理分层的基础上，对每层土的分层的基础上，对每层土的有关测试项目，根据指标测试次数、地层有关测试项目，根据指标测试次数、地层均匀性和建筑物等级等因素选择合理的数均匀性和建筑物等级等因素选择合理的数理统计方法。理统计方法。 地基勘察中所测得的指标，是直接用地基勘察中所测得的指标，是直接用来计算土体强度和变形的，如抗剪强度指来计算土体强度和变形的，如抗剪强度指标标c、 值等值等。344 当须提供室内试验的当须提供室内试验的抗剪强度指标时，对于甲抗剪强度指标时，对于甲级建筑物，应在基础底面以下一倍基坑宽级建筑物，应在基础底面以下一倍基坑宽深度的土层内，对同一类土至少取深度的土层内，对同一类土至少取6组原状组原状试样进行室内剪切试验。室内剪切试验取试样进行室内剪切试验。室内剪切试验取消了直接剪切试验，而应选择三轴不固结消了直接剪切试验，而应选择三轴不固结不排水试验或固结不排水试验。不排水试验或固结不排水试验。3451.p176：第第7行行“，将与水泥，将与水泥硬硬化后生成化后生成的的Ca(OH)2起作用，起作用，”水水第第6章章 内容勘误内容勘误2.p187：倒数倒数第第15行行“地基土地基土的承载力取的承载力取决于土本身的力学性质，决于土本身的力学性质，”地基地基3463.p187：倒数倒数第第13行行“按地区性的经验关按地区性的经验关系估算系估算土土的承载力、的承载力、.”地基地基347第第6章章 重点内容重点内容1.流砂的产生及防治原则流砂的产生及防治原则2.不同地基勘察方法的工作原理不同地基勘察方法的工作原理348第第6章章 作业作业p203：5-1，5-3349东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第七章第七章主讲教师主讲教师 童小东童小东350第第7章章 浅基础常规设计浅基础常规设计第第1节节 概述概述第第2节节 浅基础的类型浅基础的类型第第3节节 基础埋置深度基础埋置深度第第4节节 地基承载力地基承载力第第5节节 按地基承载力确定基础底面尺寸按地基承载力确定基础底面尺寸第第6节节 防止不均匀沉降损害的措施防止不均匀沉降损害的措施351第第1节节 概概 述述 建筑物地基可分为建筑物地基可分为天然地基天然地基和和人工地人工地基基，基础可分为，基础可分为浅基础浅基础和和深基础深基础。 深基础埋深较大，其主要作用是把所深基础埋深较大，其主要作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基深部；承受的荷载相对集中地传递到地基深部；而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散分布于浅部地层。分布于浅部地层。352 浅基础不同于深基础主要浅基础不同于深基础主要表现在表现在 ： 1.从施工角度看，开挖基坑过程中降从施工角度看，开挖基坑过程中降低地下水位（当地下水位较高时）和保证低地下水位（当地下水位较高时）和保证坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决； 2.从设计角度来看，浅基础的埋置深从设计角度来看，浅基础的埋置深度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的竖向承载力。竖向承载力。353 浅基础的设计，不能离开浅基础的设计，不能离开地基条件孤立地进行，故常称地基条件孤立地进行，故常称为为地基基础设计地基基础设计。 地基基础设计是建筑物结构设计的重地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理要组成部分。基础的型式和布置，要合理地配合上部结构的设计，满足建筑物整体地配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。的要求，同时要做到便于施工、降低造价。354 天然地基上结构较简单的天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满足浅基础，最为经济，如能满足要求，宜优先选用。天然地基、人工地基要求，宜优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同，只上浅基础设计的原则和方法基本相同，只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的对选择的地基处理方法地基处理方法进行设计，并处理进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。好人工地基与浅基础的相互影响。 355 天然地基上浅基础的设计，天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：包括下述各项内容： 1.选择基础的材料、类型和平面布置；选择基础的材料、类型和平面布置； 2.选择基础的埋置深度；选择基础的埋置深度； 3.确定地基承载力；确定地基承载力； 4.确定基础尺寸；确定基础尺寸； 5.进行地基变形与稳定性验算；进行地基变形与稳定性验算； 6.进行基础结构设计；进行基础结构设计； 7.绘制基础施工图，提出施工说明。绘制基础施工图，提出施工说明。 356 上述浅基础设计的各项上述浅基础设计的各项内容是相互关联的，设计时内容是相互关联的，设计时可按上述顺序，首先选择基础材料、类型可按上述顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选择不妥，则需修改设计，直至各项面的选择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要求，各数据前后一致为止。计算均符合要求，各数据前后一致为止。 357 必须强调的是：地基基础必须强调的是：地基基础问题的解决，不宜单纯着眼于问题的解决，不宜单纯着眼于地基基础本身，按常规设计时，更应把地基基础本身，按常规设计时，更应把地地基、基础与上部结构基、基础与上部结构视为一个视为一个统一的整体统一的整体，从三者相互作用的概念出发考虑地基基础从三者相互作用的概念出发考虑地基基础方案。方案。 358第第2节节 浅基础的类型浅基础的类型一、扩展基础一、扩展基础 上部结构通过墙、柱等承重构件传递上部结构通过墙、柱等承重构件传递的荷载，在其底部横截面上造成的压强通的荷载，在其底部横截面上造成的压强通常远远大于地基的承载能力。这就要求在常远远大于地基的承载能力。这就要求在墙、柱之下设置水平截面向下扩大的基础墙、柱之下设置水平截面向下扩大的基础- -359扩展基础扩展基础，以使从墙或柱传递，以使从墙或柱传递下来的荷载扩散分布于扩大后下来的荷载扩散分布于扩大后的基础底面，使之满足地基承载力和变形的基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。的要求。 1.无筋扩展基础无筋扩展基础 无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。基础或柱下独立基础。360无筋扩展基础无筋扩展基础 361 无筋扩展基础的特点是：无筋扩展基础的特点是：材料具有较好的抗压性能，材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求，适用于所以只需地基承载力能满足要求，适用于多层民用建筑和轻型厂房。多层民用建筑和轻型厂房。 当基础较厚时，可在纵横两个剖面上当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。料。 362 无筋扩展基础的主要无筋扩展基础的主要缺点是自重大，并且当持缺点是自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基承载力而影响结构物的正常使用。基承载力而影响结构物的正常使用。 所以对于荷载大或上部结构对差异沉所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适宜的。宜的。363 无筋扩展基础的材料虽具无筋扩展基础的材料虽具有较好的抗压性能，但其抗拉、有较好的抗压性能，但其抗拉、抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（度与其高度之比（宽高比宽高比）都不得超过规）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。范规定的台阶宽高比的允许值。364 基础在基底反力作用下，基础在基底反力作用下，在在a-a断面产生的弯曲断面产生的弯曲拉应力拉应力和和剪应力剪应力若超过了基础建材的强度值，为若超过了基础建材的强度值，为防止基础在防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，必须在断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋基础中配置足够数量的钢筋。365扩展基础扩展基础 366 2.扩展基础扩展基础 扩展基础系指柱下钢筋扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。础。 扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，故适宜于需要受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽宽基浅埋基浅埋”的场合下采用。的场合下采用。367二、独立基础二、独立基础 独立基础是配置于整个结独立基础是配置于整个结构物之下的无筋或配筋的单个基础。构物之下的无筋或配筋的单个基础。 独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑为为台阶式台阶式，但柱下独立基础用石或砖砌筑但柱下独立基础用石或砖砌筑时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。368 独立基础独立基础369三、联合基础三、联合基础 当为了满足地基土的强度当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结果与相邻的单个基础在平面上相接甚至重果与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。370 联合基础联合基础371第第3节节 基础埋置深度基础埋置深度 确定基础的确定基础的埋置深度埋置深度是地基基础设计是地基基础设计中的重要内容，它涉及到结构物建成后的中的重要内容，它涉及到结构物建成后的牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的较小，而强度又比较大的持力层持力层上，以保上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。的沉降或沉降差。372 此外，还要使基础有足够此外，还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基础埋置深定性，确保基础的安全。确定基础埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形、度时，必须综合考虑地基的地质、地形、水文条件，当地的冻结深度、上部结构形水文条件，当地的冻结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。和施工技术条件、造价等因素。373 对于某一个具体工程来对于某一个具体工程来说，往往是其中一、两种因说，往往是其中一、两种因素起决定性作用，所以在设计时，必须从素起决定性作用，所以在设计时，必须从实际出发，抓住主要因素进行分析研究，实际出发，抓住主要因素进行分析研究，确定合理的埋置深度。确定合理的埋置深度。374一、与建筑物有关的条件一、与建筑物有关的条件 包括建筑物的用途，有包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。型式和构造等。二、作用在地基上的荷载大小和性质二、作用在地基上的荷载大小和性质三、工程地质条件和水文地质条件三、工程地质条件和水文地质条件 合理合理选择地基持力层。另外，选择基选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。（渗流力、浮托力）（渗流力、浮托力）375四、相邻建筑物的基础埋深四、相邻建筑物的基础埋深 当存在相邻建筑物时，当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。物的基础埋深。 当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。情况而定。376 如上述要求不能满足时，如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。或加固原有建筑物的地基。五、地基土冻胀和融陷的影响五、地基土冻胀和融陷的影响377第第4节节 地基承载力地基承载力 地基承载力是指地基土单位面积上承地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力，以受荷载的能力，以kNm2或或kPa计。在建计。在建筑工程中，必须使建筑物基础底面压力不筑工程中，必须使建筑物基础底面压力不超过规定的地基承载力，以保证地基土不超过规定的地基承载力，以保证地基土不致破坏，即丧失稳定性。同时也要使建筑致破坏，即丧失稳定性。同时也要使建筑物不会产生建筑物不容许的沉降和沉降差，物不会产生建筑物不容许的沉降和沉降差，以满足建筑物的使用要求。以满足建筑物的使用要求。378 地基承载力和边坡稳定地基承载力和边坡稳定性问题在本质上是一致的。性问题在本质上是一致的。它们都是考虑土中的剪应力与土的抗剪强它们都是考虑土中的剪应力与土的抗剪强度之间的关系。度之间的关系。 地基基础设计首先必须保证在荷载作地基基础设计首先必须保证在荷载作用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方面，应具有足够的安全度。为此，建筑物面，应具有足够的安全度。为此，建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要浅基础的地基承载力验算均应满足下列要求：求：379式中式中 pk相应于荷载效应标准组合时，相应于荷载效应标准组合时， 基础底面处的基础底面处的平均压力值平均压力值； fa修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值。 1.当轴心荷载作用时当轴心荷载作用时380式中式中 pkmax相应于荷载效应标准组合时，相应于荷载效应标准组合时， 基础底面边缘处的最大压力值；基础底面边缘处的最大压力值； fa修正后的地基承载力特征值。修正后的地基承载力特征值。 2.当偏心荷载作用时当偏心荷载作用时 除了应满足上式外，还应满足除了应满足上式外，还应满足381 地基承载力特征值可由地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、载荷试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。确定。 当基础宽度大于当基础宽度大于3m或埋置深度大于或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或原位测试、经验值时，从载荷试验或原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：下式修正：382式中式中 fa修正后的地基承载力特征值；修正后的地基承载力特征值； fak地基承载力特征值；地基承载力特征值； b、 d基础宽度和埋深的地基承载力修基础宽度和埋深的地基承载力修 正系数；正系数； b基础底面宽度（基础底面宽度（m），），当基宽小当基宽小 于于3m按按3m考虑，大于考虑，大于6m按按6m考考 虑；虑；383 m基础底面以上土的加基础底面以上土的加 权平均重度，地下水权平均重度，地下水 位以下取浮重度；位以下取浮重度； d基础埋置深度（基础埋置深度（m），），一般自室外一般自室外地面标高算起。地面标高算起。 384 当地基受力层范围内有软当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：弱下卧层时，应按下式验算：式中式中 pz相应于荷载效应标准组合时，软相应于荷载效应标准组合时，软 弱下卧层顶面处的附加应力值；弱下卧层顶面处的附加应力值； pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力软弱下卧层顶面处土的自重应力 值；值； faz软弱下卧层顶面处经深度修正后软弱下卧层顶面处经深度修正后 的地基承载力特征值。的地基承载力特征值。385 按地基载荷试验确定地基按地基载荷试验确定地基 的承载力特征值：的承载力特征值： 在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的成果一般能反映相当于成果一般能反映相当于12倍载荷板宽度的倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。深度以内土体的平均性质。386按载荷试验成果确定按载荷试验成果确定地基承载力特征值地基承载力特征值ps0387 承载力特征值的确定：承载力特征值的确定： 1.当当ps曲线上有曲线上有比例界限比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；时，取该比例界限所对应的荷载值； 2.当极限荷载小于对应比例界限的荷当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的载值的2倍时，取倍时，取极限荷载值的一半极限荷载值的一半； 3.当不能按上述二点确定时，如压板当不能按上述二点确定时，如压板面积为面积为0.250.50m2，可取可取s/b=0.010.015所所对应的荷载，但其值不应大于对应的荷载，但其值不应大于最大加载量最大加载量的一半的一半。388 同一土层参加统计的试验点同一土层参加统计的试验点不应少于不应少于3点点，各试验实测值的，各试验实测值的极差不得超过其平均值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值值作为该土层的地基承载力特征值fak。389第第5节节 按地基承载力按地基承载力 确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸 设计浅基础时，一般先确定埋深设计浅基础时，一般先确定埋深d并初并初步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的修正后的承载力特征值，再按下列条件验修正后的承载力特征值，再按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求为止。算并调整尺寸直至满足设计要求为止。390式中式中 pk相应于荷载效应标准组合时，相应于荷载效应标准组合时， 基础底面处的基础底面处的平均压力值平均压力值； fa修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值。 1.当轴心荷载作用时当轴心荷载作用时391式中式中 Fk相应于荷载效应标准组合时，相应于荷载效应标准组合时， 上部结构传至基础顶面的竖向上部结构传至基础顶面的竖向 力值；力值； Gk基础自重和基础上的土重；基础自重和基础上的土重； A基础底面面积。基础底面面积。 基础底面的压力，可按下列基础底面的压力，可按下列公式确定：公式确定：392式中式中 pkmax相应于荷载效应标准组合相应于荷载效应标准组合 时，基础底面边缘处的最大时，基础底面边缘处的最大 压力值；压力值； fa修正后的地基承载力特征值。修正后的地基承载力特征值。 2.当偏心荷载作用时当偏心荷载作用时 除了应满足上式外，还应满足除了应满足上式外，还应满足393式中式中 Mk相应于荷载效应标准组合相应于荷载效应标准组合 时，作用于基础底面的力矩时，作用于基础底面的力矩 值；值； W 基础底面的抵抗力矩；基础底面的抵抗力矩； 基础底面的压力，可按下列基础底面的压力，可按下列公式确定：公式确定：394 由于以上公式中的由于以上公式中的pk、pkmax和和fa都与基底尺寸有关，都与基底尺寸有关，所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸才能取得满意的结果。才能取得满意的结果。二、软弱下卧层的验算二、软弱下卧层的验算 当地基受力层范围内有当地基受力层范围内有软弱下卧层软弱下卧层（承（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）载力显著低于持力层的高压缩性土层）395时，按持力层土的承载力计算时，按持力层土的承载力计算得出基础底面所需的尺寸后，得出基础底面所需的尺寸后，还必须对软弱下卧层按下式进行验算还必须对软弱下卧层按下式进行验算396第第6节节 防止不均匀沉降防止不均匀沉降 损害的措施损害的措施 地基的过量变形将使建筑物损坏或影地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。考虑的问题。397一、建筑措施一、建筑措施 1.建筑物的体型力求简单建筑物的体型力求简单 2.在应力突变处，宜设置沉降缝在应力突变处，宜设置沉降缝 3.相邻建筑物基础间的净距相邻建筑物基础间的净距 地基中附加应力的向外扩散，使得相地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。开裂或互倾。398 为了避免相邻影响的损害，为了避免相邻影响的损害，软弱地基上的建筑物基础之间软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距。要有一定的净距。 4.调整建筑物某些组成部分的标高调整建筑物某些组成部分的标高 a.室内地坪和地下设施的标高，应根室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分据预估沉降量予以提高。建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高。者标高提高。399 b.建筑物与设备之间，应建筑物与设备之间，应留有足够的净空。当建筑物有留有足够的净空。当建筑物有管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头等。采用柔性的管道接头等。二、结构措施二、结构措施 1.减轻建筑物的自重（减小基底压力）减轻建筑物的自重（减小基底压力） 2.设置圈梁（增加建筑物的整体性）设置圈梁（增加建筑物的整体性） 3.减小或调整基底附加压力减小或调整基底附加压力400第第7章章 内容勘误内容勘误 本章有数处将本章有数处将“地基承载力地基承载力”称为称为“地基强度地基强度”，希更正。再次强调：强度是，希更正。再次强调：强度是用来描述用来描述土体土体抵抗破坏（抵抗破坏（剪切破坏剪切破坏）的能）的能力；而承载力是用来描述力；而承载力是用来描述地基地基对荷载的承对荷载的承受能力。受能力。401第第7章章 重点内容重点内容1.浅基础的概念、类型浅基础的概念、类型2.防防止止不不均均匀匀沉沉降降损损害害的的措措施施（建建筑筑措措施、结构措施）施、结构措施）402第第7章章 作业作业p246：6-1403东南大学远程教育东南大学远程教育基基 础础 工工 程程第八章第八章主讲教师主讲教师 童小东童小东404第第8章章 桩基础桩基础第第1节节 概述概述第第2节节 桩的分类桩的分类第第3节节 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递第第4节节 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第第5节节 桩基础设计桩基础设计405第第1节节 概概 述述 如果建筑场地浅层的土质不能满足建如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对筑物对地基承载力地基承载力和和变形变形的要求、而又不的要求、而又不宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的部坚实土层或岩层作为持力层的深基础深基础方方案。案。桩基础桩基础是应用最为广泛的一类深基础。是应用最为广泛的一类深基础。406 桩基础：是由基桩和连接于桩基础：是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩顶的承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后通过桩传递到地基中去。通过桩传递到地基中去。 桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是将上部结构的荷载传递给土层或岩层。将上部结构的荷载传递给土层或岩层。407 桩基础设计也应注意满足桩基础设计也应注意满足地基承载力地基承载力和和变形变形这两项基本这两项基本要求。要求。 按行业标准按行业标准建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（JGJ9494），），建筑桩基设计与建筑结建筑桩基设计与建筑结构设计一样，应采用以概率理论为基础的构设计一样，应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算。桩基的极限状态分为下列两类：式计算。桩基的极限状态分为下列两类：408 1.承载能力极限状态承载能力极限状态 对应于桩基受荷达到最大对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；承载的变形； 2.正常使用极限状态正常使用极限状态 对应于桩基变形达到为保证建筑物正对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。求的某项限值。409第第2节节 桩的分类桩的分类一、按桩的使用功能分类一、按桩的使用功能分类 1.竖向抗压桩竖向抗压桩 主要承受竖向下压荷载（简称主要承受竖向下压荷载（简称竖向荷竖向荷载载）的桩，应进行竖向承载力计算，必要）的桩，应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。410 2.竖向抗拔桩竖向抗拔桩 主要承受竖向上拔荷载的主要承受竖向上拔荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。承载力验算。 3.水平受荷桩水平受荷桩 主要承受水平荷载的桩，应进行桩身主要承受水平荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。算。 411 4.复合受荷桩复合受荷桩 承受竖向、水平荷载均较承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。平受荷桩的要求进行验算。412二、按桩承载性能分类二、按桩承载性能分类 1.摩擦桩摩擦桩 当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。处土层反力很小，可忽略不计。413 2.端承桩端承桩 桩穿过软弱土层，桩端支承桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。 3.摩擦端承桩摩擦端承桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。力共同承担，但主要由桩端阻力承受。 414 4.端承摩擦桩端承摩擦桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。承受。三、按桩身材料分类三、按桩身材料分类 可分为可分为木桩木桩，混凝土桩混凝土桩，钢桩钢桩，组合组合桩桩等。等。415四、按设置效应分类四、按设置效应分类 1.非挤土桩非挤土桩 包括包括干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩，套管护壁灌注桩等。孔桩，套管护壁灌注桩等。 这类在成桩过程中基本对桩相邻土不这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应的桩，称为产生挤土效应的桩，称为非挤土桩非挤土桩。其设。其设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。等可能会对周围环境造成影响。416 2.部分挤土桩部分挤土桩 当挤土桩无法施工时，可当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩的施工方法的施工方法，也可打入敞口桩。也可打入敞口桩。 3.挤土桩挤土桩 挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法得当时，其单方混凝土材料所提供的承载得当时，其单方混凝土材料所提供的承载力较非挤土桩及部分挤土桩高。力较非挤土桩及部分挤土桩高。 417五、按桩径大小分类五、按桩径大小分类 1.小桩小桩 桩径桩径d250mm。由于桩径小，施工机由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。桩）及复合桩基础。 2.中等直径桩中等直径桩 250mmd800mm。这类桩长期以来这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和工艺繁多。法和工艺繁多。418 3.大直径桩大直径桩 桩径桩径d800mm。近年来的近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也决定了大桩的结构型式。正因为如此，也决定了大直径桩施工质量的重要性。直径桩施工质量的重要性。419第第3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 的传递的传递 孤立的一根桩称为孤立的一根桩称为单桩单桩，群桩中性能，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。 单桩工作性能的研究是单桩承载力分单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指导意义。导意义。420一一 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递 1桩身轴力和截面位移桩身轴力和截面位移 在轴向荷载作用下，桩身将发生在轴向荷载作用下，桩身将发生压缩压缩变形变形；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生桩底，致使桩底土层发生压缩变形压缩变形，这两，这两部分压缩变形之和构成部分压缩变形之和构成桩顶轴向位移桩顶轴向位移。 由于由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向上的上的摩阻力摩阻力。421 在桩顶荷载沿桩身向下传在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承反力（即反力（即桩端阻力桩端阻力）大小相等、方向相反。）大小相等、方向相反。 桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体，即土对桩的支承力由递给土体，即土对桩的支承力由桩侧阻力桩侧阻力和和桩端阻力桩端阻力两部分组成。两部分组成。422 由桩底土层的压缩变形导由桩底土层的压缩变形导致的桩端位移加大了由于桩身致的桩端位移加大了由于桩身的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来。来。 单桩在轴向荷载作用下，桩身的单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面截面位移位移、桩侧的摩阻力桩侧的摩阻力分布以及分布以及轴力轴力分布见分布见下图。下图。423424二、桩侧摩阻力和桩端阻力二、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是桩截面对桩桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数周土的相对位移的函数 qs= f(s)，可用下可用下图中的曲线图中的曲线OCD表示，且常简化为折线表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。变。425桩截面位移桩截面位移桩侧摩阻力桩侧摩阻力OCDAB426 极限摩阻力可用类似于土极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表达式：的抗剪强度的库伦表达式： 式中式中ca和和 a为桩侧表面与土之间的为桩侧表面与土之间的附附着力着力和和摩擦角摩擦角， x为深度为深度z处作用于桩侧处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力应力 成正比例，即：成正比例，即：427 式中式中Ks为桩侧土的侧压力为桩侧土的侧压力系数，对系数，对挤土桩挤土桩，K0KsKp；对对非挤土桩非挤土桩，因桩孔中土被清除，而使，因桩孔中土被清除，而使KaKs1天然含水量高天然含水量高：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高具有明显的流变性具有明显的流变性463淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软软土土工工程程特特性性软软土土地地基基的的地基承载力低地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长建筑物沉降历时长 流变：在应力不变的情况下，流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。而增长的现象。464 由于软土地基的上述工程由于软土地基的上述工程特性，所以在软土地基上修建特性，所以在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的建筑物，必须重视地基的变形变形和和稳定稳定问题。问题。由于软土地基的承载力较低，如果不做任由于软土地基的承载力较低，如果不做任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。因此在软土地基上建造建筑物，要求对软因此在软土地基上建造建筑物，要求对软土地基进行处理。土地基进行处理。465 地基处理的目的地基处理的目的主要是改主要是改善地基的工程性质，包括改善善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度等。强度等。466 地基处理的原则地基处理的原则：地基处：地基处理有许多方法，各种方法都有理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种案的比较，选择一种技术可靠技术可靠、经济合理经济合理、施工可行施工可行的方案，既可以是单一的地基处的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。合。467第第2节节 夯实法及碾压法夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其疏松土层，使其孔隙体积减少孔隙体积减少、密实程度密实程度提高提高，这种作用称为，这种作用称为压实压实。压实能降低土。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。较大荷载的地基持力层。468一、土的压实原理一、土的压实原理 大量工程实践和试验研究大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量土的含水量，压实机械压实机械及其及其压实功能压实功能等。等。土的压实效果常用土的压实效果常用干密度干密度 d（单位土体积单位土体积内土粒的质量）来衡量。内土粒的质量）来衡量。469 1.最优含水量最优含水量 对粘性土，当压实功能和对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 在一定压实机械的功能条件下在一定压实机械的功能条件下，土最，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为量，称为最优含水量最优含水量wop，相应的干密度则相应的干密度则称为称为最大干密度最大干密度 dmax。470w d0 dmaxwop471 试验统计表明：最优含水量试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限与土的塑限wp有关，大致为有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。优含水量大。 2.压实功能压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。干密度较大，对应的最优含水量则较小。472第第3节节 换土垫层法换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用用换土垫层法换土垫层法来处理软弱土地基，即将基来处理软弱土地基，即将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。实。473 实践证明：换土垫层可以实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。 砂垫层的主要作用：砂垫层的主要作用： 1.提高浅基础下地基的承载力；提高浅基础下地基的承载力； 2.减少沉降量；减少沉降量； 3.加速基底下软弱土层的排水固结；加速基底下软弱土层的排水固结； 4.防止冻胀；防止冻胀； 5.消除膨胀土的胀缩作用。消除膨胀土的胀缩作用。474第第4节节 排水固结预压法排水固结预压法 排水固结预压法排水固结预压法是利用地基土排水固是利用地基土排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。基处理方法。475 ceabce0 e b a e476 土层的排水固结效果和它土层的排水固结效果和它的排水边界条件的排水边界条件有关。当土层有关。当土层厚厚度度相相对对于于荷荷载载宽宽度度比比较较小小时时，土土层层中中孔孔隙隙水水向向上上下下面面透透水水层层排排出出而而使使土土层层发发生生固固结结，称称为为竖竖向向排排水水固固结结。根根据据固固结结理理论论，粘粘性性土土固固结结所所需需时时间间与与排排水水距距离离的的平平方方成成正正比比。因因此此，为为了了加加速速土土层层的的固固结结，最最有有效效的的方方法法是是增增加加土土层层的的排排水水途途径径，缩缩短短排排水距离。水距离。477竖向排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况砂井地基排水情况478 排水固结预压法主要适用排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无需用此法处理。水性良好，无需用此法处理。一、堆载预压法一、堆载预压法二、砂井堆载预压法二、砂井堆载预压法三、真空预压法三、真空预压法479第第5节节 挤密法和振冲法挤密法和振冲法 在砂土中，通过机械振动挤压或加水在砂土中，通过机械振动挤压或加水振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是利用这个原理发展起来的两种地基加固方利用这个原理发展起来的两种地基加固方法。法。480一、挤密法一、挤密法 挤密法的加固机理主要靠挤密法的加固机理主要靠桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改善土的强度和变形特性。善土的强度和变形特性。 481二、振冲法二、振冲法 振冲法是利用一个振冲器，振冲法是利用一个振冲器，在在高高压压水水流流的的作作用用下下边边振振边边冲冲，使使松松砂砂地地基基变变密密；或或在在粘粘性性土土地地基基中中成成孔孔，在在孔孔中中填填入入碎碎石石制制成成一一根根根根的的桩桩体体，这这样样的的桩桩体体和原来的土构成复合地基。和原来的土构成复合地基。 在砂土中和粘性土中振冲法的加固机在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是理是不同的。在砂土中主要是振动挤密振动挤密和和振动液化作用振动液化作用；在粘性土中主要是；在粘性土中主要是振冲置振冲置换作用换作用，置换的桩体与土组成复合地基。，置换的桩体与土组成复合地基。482第第6节节 强夯法强夯法 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。深处产生不同程度的加固作用。483第第7节节 深层搅拌法深层搅拌法 深层搅拌法（深层搅拌法（Deep Mixing MethodDMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械制机械各种深层搅拌机，沿深度将固化各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一固化剂自身及其与地基土之间所产生的一484系列物理、化学反应，使地基系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳土硬结成为具有整体性、水稳定定性性、较较低低渗渗透透性性和和一一定定强强度度的的复复合合土土桩桩（体体），或或与与地地基基土土构构成成复复合合地地基基，从从而而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。提高软土地基的承载力、减小地基的变形。485(a)定位定位 (b)喷浆喷浆(粉粉)搅拌下沉搅拌下沉 (c)搅拌上升搅拌上升(d)重复喷浆重复喷浆(粉粉)搅拌下沉搅拌下沉 (e)重复搅拌上升重复搅拌上升(完毕完毕)(a)(b)(c)(d)(e)486 深层搅拌法按固化主剂的深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法。拌法。 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有：度的主要因素有： 1.水泥掺入比水泥掺入比487 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当比的增大而增大。当aw5%时，时，由于水泥由于水泥与土的固化反应过弱，与土的固化反应过弱，对于提高地基土的对于提高地基土的强度效果不明显。工程上常用的强度效果不明显。工程上常用的aw约为约为725%。488 水泥土的强度增长率在不水泥土的强度增长率在不同的掺入量区域、不同的龄期同的掺入量区域、不同的龄期时段内是不相同的，而且原状土不同，水时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。泥土的强度增长率也不同。 489490 2.龄期龄期 水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在土，一般在T28d后强度仍有较大增长。后强度仍有较大增长。直到直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期以龄期90天作为标准强度。天作为标准强度。491492 3.地基土的含水量地基土的含水量 当水泥掺入比相同时，水当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。得到增强，从而提高了强度。 4.水泥标号水泥标号 水泥土的强度随水泥标号的提高而增水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标号每提高号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度号，水泥土的无侧限抗压强度约增大约增大2030。493 5.添加剂添加剂 不同的添加剂对水泥土强度不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响，选用合适的添加剂可以有着不同的影响，选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定。土强度的影响程度可通过试验来确定。494 6土中的有机质含量土中的有机质含量 由于有机质使土壤具有较大由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固化，从而降低水泥土的强度。因此，有机化，从而降低水泥土的强度。因此，有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度。度。495496第第8节节 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压喷射注浆法高压喷射注浆法（High Pressure Jet Grouting）是利用高压射流技术，喷射化是利用高压射流技术，喷射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学浆液混合，形成具有一定强度的加固体，浆液混合，形成具有一定强度的加固体，来处理软弱地基的一种方法。来处理软弱地基的一种方法。497 按注浆喷射形式的不同，按注浆喷射形式的不同，加固体的形状不同。喷射形加固体的形状不同。喷射形式主要有：式主要有： 1.旋转喷射注浆旋转喷射注浆； 2.定向喷射注浆定向喷射注浆； 3.摇摆喷射注浆摇摆喷射注浆。 498 高压喷射注浆法在工程上高压喷射注浆法在工程上的应用主要有两方面：的应用主要有两方面： 1.加固地基，提高建筑物地基的承载加固地基，提高建筑物地基的承载力，改善地基的变形性质，既可应用于拟力，改善地基的变形性质，既可应用于拟建建筑物的地基处理，又可应用于已建建建建筑物的地基处理，又可应用于已建建筑物的事故处理。筑物的事故处理。 2.地基或土体的防渗处理，形成防渗地基或土体的防渗处理，形成防渗帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。499第第9章章 内容勘误内容勘误1.p359：倒数第倒数第13行行“砂垫层底面的附加砂垫层底面的附加应力由式应力由式（9-3a）得得”（6-25）2.p360：9-4节下第节下第4行行“固结预压法的基固结预压法的基本原理可用图本原理可用图9-6来说明来说明”9-55003.p373：倒数第倒数第4行行“土粒便向低土粒便向低垫垫能位置能位置转移，转移，.”势势4.p386：倒数第倒数第11行行“（1）按）按土土泥土配方泥土配方的原理，的原理，.”水水501第第9章章 重点内容重点内容1.软土的物理力学性质及其工程特性软土的物理力学性质及其工程特性2.各种地基处理方法的基本原理各种地基处理方法的基本原理502