土力学与地基基础土力学与地基基础 （授课学时：（授课学时：66学时）学时）河北联合大学建筑工程学院河北联合大学建筑工程学院授授 课：徐建新课：徐建新 尤志国尤志国时时 间间: 2011年年10月月11日至日至12月月16日日授课时间安排授课时间安排 7 71616周，星期二：周，星期二：10:1510:1512:00 12:00 ，5A4035A403教室教室。7 71212周，星期三：周，星期三： 10:1510:1512:00 12:00 ，5A4015A401教室教室。7 71616周，星期四：周，星期四： 10:1510:1512:00 12:00 ，5A4035A403教室教室。7 71616周，星期五：周，星期五： 10:1510:1512:00 12:00 ，5A3045A304教室教室。本课程的参考教材本课程的参考教材( (资料）资料）1 1、土力学地基基础（第、土力学地基基础（第4 4版）版） 陈希哲陈希哲 主编主编 清华大学出版社，清华大学出版社，20032003年。年。2 2、地基及基础（第三版）、地基及基础（第三版） 华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学 编，中国建筑工业出版社，编，中国建筑工业出版社，19981998年。年。3 3、相关的设计规范（规程）、相关的设计规范（规程）（1 1）建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001GB 50068-2001（2 2）建筑工程抗震设防分类标准建筑工程抗震设防分类标准GB 50223-2008(GB 50223-2008(新）新） （3 3）岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范GB50021-2001GB50021-2001（4 4）建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009-2001GB 50009-2001（20062006年版）年版）（5 5）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB 50007-2002GB 50007-2002（6 6）建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范JGJ79-2002 J220-2002JGJ79-2002 J220-2002（7 7）建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范JGJ94-2008 (JGJ94-2008 (新）新） （8 8）高层建筑箱形与筏形基础技术规范高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6JGJ69999（9 9）建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB 50011-2010(GB 50011-2010(新）新） （1010）混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB 50010-2010 (GB 50010-2010 (新）新） 绪绪 论论一、土、一、土、 土力学、地基及基础的有关概念土力学、地基及基础的有关概念 1 1 土：土：是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积等物理、化学、是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积等物理、化学、生物作用，在地壳表面形成的各种散粒堆积物。生物作用，在地壳表面形成的各种散粒堆积物。2 2 土力学土力学: :研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。3 3 地基地基: :支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地层称为地基。层称为地基。4 4 基础基础: :建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础( (参看参看图图0-1)0-1)。0-1 0-1 地基、基础示意图地基、基础示意图4 4 地基基础设计的先决条件：地基基础设计的先决条件： 在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了解、研究地基土察，充分了解、研究地基土( (岩岩) )层的成因及构造、它层的成因及构造、它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在的物理力学性质、地下水情况以及是否存在( (或可能发或可能发生生) )影响场地稳定性的不良地质现象影响场地稳定性的不良地质现象( (如滑坡、岩溶、如滑坡、岩溶、地震等地震等) )，从而对场地件作出正确的评价。，从而对场地件作出正确的评价。 5 5 地基基础设计的两个基本条件：地基基础设计的两个基本条件：对于地基应满足：对于地基应满足： (1)(1)要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；(2)(2)控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值，保证建筑控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。(3)(3)满足地基的稳定满足地基的稳定。对于基础应满足：对于基础应满足：还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。6 6 基础结构的型式：基础结构的型式：7 7 地基类型：地基类型：按地质情况分：按地质情况分：土基、岩基土基、岩基。按施工情况分：按施工情况分：天然地基（浅基、深基）、人工地基。天然地基（浅基、深基）、人工地基。8 8 地基基础设计方案的选取原则地基基础设计方案的选取原则9 9 地基及基础的重要性地基及基础的重要性( (工程实例工程实例) ) 二、本课程的特点和学习要求二、本课程的特点和学习要求 1 1、课程的特点：、课程的特点： （1 1）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强；设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强； （2 2）课程理论性和实践性均较强。）课程理论性和实践性均较强。 2 2、学习要求：、学习要求： (1)(1)学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学基本原理；力学基本原理； (2)(2)学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法；学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法； (3)(3)熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法；工试验方法； （4 4）重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘）重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养。料能力的培养。三、本学科发展概况三、本学科发展概况 地基及基础既是一项地基及基础既是一项古老古老的工程技术，又是一门的工程技术，又是一门年青年青的应用科的应用科学。追本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，学。追本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺。我国西安半坡村新石器时代遗址就已创造了自己的地基基础工艺。我国西安半坡村新石器时代遗址和殷墟遗址的考古发掘，都发现有土台和石础。这就是古代和殷墟遗址的考古发掘，都发现有土台和石础。这就是古代“堂高堂高三尺、茅茨土阶三尺、茅茨土阶”( (语见语见韩非子韩非子) )建筑的地基基础型式。建筑的地基基础型式。 作为本学科理论基础的土力学的发端，始于十八世纪兴起了工作为本学科理论基础的土力学的发端，始于十八世纪兴起了工业革命的欧洲。那时，资本主义工业化的发展，工场手工业转变为业革命的欧洲。那时，资本主义工业化的发展，工场手工业转变为近代大工业，建筑的规模扩大了。为了满足向国内外扩张市场的需近代大工业，建筑的规模扩大了。为了满足向国内外扩张市场的需要，陆上交通进入了所谓要，陆上交通进入了所谓“铁路时代铁路时代”。因此，最初有关土力学的。因此，最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。个别理论多与解决铁路路基问题有关。 17731773年，法国的库伦根据试验创立了著名的砂土抗剪年，法国的库伦根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。九强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。九十余年后，十余年后， 18691869年英国的朗肯又从不同途径提出了挡年英国的朗肯又从不同途径提出了挡土墙土压力理论。这对后来土体强度理论的发展起了土墙土压力理论。这对后来土体强度理论的发展起了很大的作用。此外，很大的作用。此外， 18851885年法国布辛奈斯克求得了弹年法国布辛奈斯克求得了弹性半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解性半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。答。 19221922年瑞典费兰纽斯为解决铁路坍方问题作出了年瑞典费兰纽斯为解决铁路坍方问题作出了土坡稳定分析法。这些古典的理论和方法，直到今天，土坡稳定分析法。这些古典的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实用的价值。在长达一个多世纪的发仍不失其理论和实用的价值。在长达一个多世纪的发展过程中，许多研究者承继前人的研究，总结了实践展过程中，许多研究者承继前人的研究，总结了实践经验，为孕育本学科的雏形而作出贡献。经验，为孕育本学科的雏形而作出贡献。 19251925年，太沙基归纳发展了以往的成就，发表了年，太沙基归纳发展了以往的成就，发表了土力土力学学一书，接着，于一书，接着，于19291929年又与其他作者一起发表了年又与其他作者一起发表了工工程地质学程地质学这些比较系统完整的科学著作的出现，带动了这些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对本学科各个方面的探索。从此，土力学及地基各国学者对本学科各个方面的探索。从此，土力学及地基基础就作为独立的科学而取得不断的进展。时至今日，土基础就作为独立的科学而取得不断的进展。时至今日，土建，水利、桥梁、隧道、道路、港口、海洋等有关工程中，建，水利、桥梁、隧道、道路、港口、海洋等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研究对象的科技领域，以岩土体的利用、改造与整治问题为研究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各专业岩土问题的共同性，因其区别于结构工程的特殊性和各专业岩土问题的共同性，已融合为一个自成体系的新专业已融合为一个自成体系的新专业“岩土工程岩土工程”。 它的工作方法就是：调查勘察、试验测定、分析计算、它的工作方法就是：调查勘察、试验测定、分析计算、方案论证，监测控制、反演分析，修改定案；方案论证，监测控制、反演分析，修改定案； 它的研究方法是以三种相辅相成的基本手段，它的研究方法是以三种相辅相成的基本手段，即数学模拟即数学模拟( (建立岩土本构模型进行数值分析建立岩土本构模型进行数值分析) )、物理模拟物理模拟( (定性的模型试验，以离心机中的模定性的模型试验，以离心机中的模型进行定量测试和其它物理模拟试验型进行定量测试和其它物理模拟试验) )和原体和原体观测观测( (对工程实体或建筑物的性状进行短期或对工程实体或建筑物的性状进行短期或长期观测长期观测) )综合而成的。我国的地基及基础科综合而成的。我国的地基及基础科学技术，作为岩土工程的一个重要组成部分，学技术，作为岩土工程的一个重要组成部分，已经、也必将继续遵循现代岩土工程的工作方已经、也必将继续遵循现代岩土工程的工作方法和研究方法进行发展。法和研究方法进行发展。 第一章第一章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 1-1 1-1 概概 述述1 1土的定义：土的定义： 土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。物。2 2 土的三相组成：土的三相组成： 土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒( (固相固相) )、水水( (液相液相) )和气和气( (气相气相) )所组成的三相体系。所组成的三相体系。 1-2 1-2 土的生成与特性土的生成与特性一、地质作用的概念一、地质作用的概念1 1、地球的圈层构造：、地球的圈层构造： 外圈层：大气圈、水圈、生物圈；外圈层：大气圈、水圈、生物圈； 内圈层：地壳、地幔、地核。内圈层：地壳、地幔、地核。 构成天然地基的物质是地壳内的岩石和土。地壳的一厚度为构成天然地基的物质是地壳内的岩石和土。地壳的一厚度为303080km80km。2 2、地质作用：导致地壳成分变化和构造变化的作用。地质作用：导致地壳成分变化和构造变化的作用。 根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用。质作用。(1)(1)内力地质作用：由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产内力地质作用：由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动( (构造运动构造运动) )和变质作用。和变质作用。 1)1)岩浆作用：存在于地壳以下深处高温、高压的复杂硅酸盐熔岩浆作用：存在于地壳以下深处高温、高压的复杂硅酸盐熔融体融体( (岩浆岩浆) )，沿着地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表且冷凝，沿着地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表且冷凝后生成为岩浆岩的地质作用。后生成为岩浆岩的地质作用。 2)2)地壳运动：地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现地壳运动：地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现为地壳的上拱和下拗，形成大为地壳的上拱和下拗，形成大 型的构造隆起和拗陷：水平运型的构造隆起和拗陷：水平运动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱和断裂地壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地和断裂地壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地球表面的基本形态。球表面的基本形态。 3)3)变质作用：在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩变质作用：在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩( (原来生原来生成的各种岩石成的各种岩石) )在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生成分、结构、构造变化的地质作用。成分、结构、构造变化的地质作用。(2)(2)外力地质作用：外力地质作用： 由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。生物等的作用。1)1)风化作用：外力风化作用：外力( (包括大气、水、生物包括大气、水、生物) )对原岩发生机械破对原岩发生机械破碎和化学变化的作用。碎和化学变化的作用。2)2)沉积岩和土的生成：原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪沉积岩和土的生成：原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代里，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压来，在漫长的地质年代里，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下，使力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的也就是通常所说的“土土”。3 3）风化、剥蚀、搬运及沉积外力地质作用过程中的风化、）风化、剥蚀、搬运及沉积外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。风化作用为剥蚀作剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。风化作用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用提供了物用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用提供了物质的来源。剥蚀作用与沉积作质的来源。剥蚀作用与沉积作 用在一定时间和空间范围内，用在一定时间和空间范围内，以某一方面的作用为主导，以某一方面的作用为主导，例如例如: :河流上游地区以剥蚀为主，河流上游地区以剥蚀为主，下游地区以沉积为主，山地以剥蚀占优势，平原以沉积占优下游地区以沉积为主，山地以剥蚀占优势，平原以沉积占优势。势。4 4）风化作用的类型：）风化作用的类型： 风风化化作作用用根根据据其其性性质质和和影影响响因因素素的的不不同同分分为为物物理理风风化、化学风化和生物风化三种类型。化、化学风化和生物风化三种类型。 (I)(I)物理风化作用：物理风化作用：地表岩石由于温度变化和裂隙中地表岩石由于温度变化和裂隙中水的冻结以及盐类的结晶而逐渐破碎崩解，但其化学成水的冻结以及盐类的结晶而逐渐破碎崩解，但其化学成分尚未发生变化，这种过程称为物理风化作用。分尚未发生变化，这种过程称为物理风化作用。例如例如: :由于温度变化引起岩体膨胀所产生的压应力和收缩所产由于温度变化引起岩体膨胀所产生的压应力和收缩所产生的拉应力的频繁交替，遂使岩石表层产生裂缝而崩解。生的拉应力的频繁交替，遂使岩石表层产生裂缝而崩解。另一方面，岩石中的不同矿物各有其不同的膨胀系数，另一方面，岩石中的不同矿物各有其不同的膨胀系数，所以当温度反复变化时，岩石内部就会产生不均匀的胀所以当温度反复变化时，岩石内部就会产生不均匀的胀缩变形，导致裂缝的产生，久而久之，坚硬完整的岩石缩变形，导致裂缝的产生，久而久之，坚硬完整的岩石就逐渐崩解成碎块了。就逐渐崩解成碎块了。特点：只改变颗粒的大小与形状，特点：只改变颗粒的大小与形状，不改变原来的矿物成分。不改变原来的矿物成分。 (2)(2)化学风化作用：化学风化作用：地表岩石在水溶液、大气以及有机体的化学地表岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物化学作用下所引起的破坏过程称为化学风化作用。作用或生物化学作用下所引起的破坏过程称为化学风化作用。 它不仅破坏岩石的结构，而且使其化学成分改变，而形成新它不仅破坏岩石的结构，而且使其化学成分改变，而形成新的矿物的矿物( (次生矿物次生矿物) )。化学风化的主要方式有下列几种：氧化作用、。化学风化的主要方式有下列几种：氧化作用、水化作用、水解作用、溶解作用。水化作用、水解作用、溶解作用。特点：改变原来的矿物成分，形成新的矿物成分。特点：改变原来的矿物成分，形成新的矿物成分。 (3)(3)生物风化作用：生物风化作用：它是指在生物活动过程中对岩石产生的破坏它是指在生物活动过程中对岩石产生的破坏作用。作用。 这种作用可以引起岩石的机械破坏，如树根生长时施加于周这种作用可以引起岩石的机械破坏，如树根生长时施加于周围岩石的压力可达围岩石的压力可达101015kg/cm15kg/cm2 2，穴居地下的蚯蚓；鼠类等的活穴居地下的蚯蚓；鼠类等的活动，破坏性也很大。此外，在岩石表面的细菌、苔藓之类分泌出动，破坏性也很大。此外，在岩石表面的细菌、苔藓之类分泌出的有机酸溶液能分解岩石的成分，促使岩石破坏。的有机酸溶液能分解岩石的成分，促使岩石破坏。 上述三种风化作用，实际上不是孤立进行的。例如上述三种风化作用，实际上不是孤立进行的。例如: :物理风化使岩石逐渐破碎，增大了岩石的孔隙率和表面物理风化使岩石逐渐破碎，增大了岩石的孔隙率和表面积，为化学风化创造了有利的条件；反过来，化学风化积，为化学风化创造了有利的条件；反过来，化学风化则使所形成的碎屑发生质的变化，颗粒变得更小并使岩则使所形成的碎屑发生质的变化，颗粒变得更小并使岩石松软、体积膨胀，从而促进物理风化的进行。但在某石松软、体积膨胀，从而促进物理风化的进行。但在某一地区的特定自然地理坏境下，通常以一种风化作用占一地区的特定自然地理坏境下，通常以一种风化作用占主导地位。主导地位。 二、二、土的工程特征土的工程特征1 1、固体颗粒、水、气体三相集合体；、固体颗粒、水、气体三相集合体；2 2、透水性；、透水性；3 3、变形大（压缩性大）；、变形大（压缩性大）；4 4、固结性；、固结性；5 5、具有弹性变形和不可恢复的残余变形。、具有弹性变形和不可恢复的残余变形。 三、矿物与岩石的概念三、矿物与岩石的概念 岩石：一种或多种矿物的集合体。岩石：一种或多种矿物的集合体。 矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成份和形态定的物理性质、化学成份和形态 ( (一一) ) 造岩矿物造岩矿物 组成岩石的矿物称为造岩矿物。组成岩石的矿物称为造岩矿物。 矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。 区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比重等特征为依据。重等特征为依据。 （二）岩石（二）岩石 岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。 岩石的结构岩石的结构岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、及其彼此之间的组合方式。及其彼此之间的组合方式。 岩石的构造岩石的构造-岩石中矿物的排列方式及填充方式。岩石中矿物的排列方式及填充方式。 岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类，其岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类，其亚类划分列于表亚类划分列于表1-31-3、表、表1-41-4、表、表1-51-5。四、地质年代的概念四、地质年代的概念 地质年代：地质年代：地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物演化相对应的时代段落。演化相对应的时代段落。 相对地质年代：相对地质年代：根据古生物的演化和岩层形成的顺序，根据古生物的演化和岩层形成的顺序，所划分的地质年代。所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地质相对在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地质相对年代划分为五大代年代划分为五大代( (太古代、元古代、古生代、中生代和新太古代、元古代、古生代、中生代和新生代生代) )，每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在，每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地层（参见表每一个地质年代中，都划分有相应的地层（参见表1-61-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩风化产在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用物（碎屑物质），经各种外力地质作用( (剥蚀、搬运、沉积剥蚀、搬运、沉积) )形成尚未胶结硬化的沉积物形成尚未胶结硬化的沉积物( (层层) )，通称，通称“第四纪沉积物第四纪沉积物( (层层)”)”或或“土土”。五、第四纪沉积物五、第四纪沉积物( (层层) ) 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。 ( (一一) )残积物、坡积物和洪积物残积物、坡积物和洪积物 1 1、残积物、残积物残积物是残留在原地未被搬运的那残积物是残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另一部分则被风和降水所带走。另一部分则被风和降水所带走。 2 2、坡积物、坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。上而形成的沉积物。 3 3、洪积物、洪积物(Q”) (Q”) 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物倾斜平原而形成洪积物( (图图14)14)。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群 图图l5)l5)。如果逐渐扩大如果逐渐扩大以至连接起来，以至连接起来， 则形成洪积冲积平原的地貌单元。则形成洪积冲积平原的地貌单元。洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状镜体等产状( (图图16)16)。 ( (二二) )冲积物冲积物(Q) (Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。沉积物。 1 1、平原河谷冲积物、平原河谷冲积物平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元( (图图17)17)。 2 2、山区河谷冲积层、山区河谷冲积层在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地( (图图1-8)1-8)。 ( (三三) )其它沉积物其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物物、湖泊沉积物湖泊沉积物、冰川沉积物及风积物等，它们是分别冰川沉积物及风积物等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的。由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的。1-3 1-3 土的三相组成土的三相组成 一一 土的固体颗粒土的固体颗粒 土中的固体颗粒土中的固体颗粒( (简称土粒简称土粒) )的大小和形状、矿物成分的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。 ( (一一) ) 土的颗粒级配土的颗粒级配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。的。 土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。化到有粘性。 将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。 图图2-22-2提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限粒径粒径200200、2020、2 2、0.0750.075和和0.005mm0.005mm把土粒分为六大粒组：漂石把土粒分为六大粒组：漂石( (块石块石) )颗粒、卵石颗粒、卵石( (碎石碎石) )颗粒、圆砾颗粒、圆砾( (角砾角砾) )颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量( (各各粒组占土粒总量的百分数粒组占土粒总量的百分数) )来表示，称为土的颗粒级配。来表示，称为土的颗粒级配。 颗粒分析试验：筛分法；比重计法颗粒分析试验：筛分法；比重计法 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图110110所示的颗粒级所示的颗粒级配累积曲线配累积曲线 由曲线的坡度可判断土的均匀程度由曲线的坡度可判断土的均匀程度 有效粒径有效粒径: :小于某粒径的土粒质量累计百分数为小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%10%时，相应的粒时，相应的粒径径d d1010 。 限定粒径：当小于某粒径的土粒质量累计百分数为限定粒径：当小于某粒径的土粒质量累计百分数为6060时，该粒时，该粒径称为限定粒径径称为限定粒径d d6060 。利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标: :d d6060与与d d1010的比值称为的比值称为不均匀系数不均匀系数： 曲率系数用下式表示：曲率系数用下式表示： 不均匀系数不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分反映大小不同粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度曲率系数描写的是累积曲线较大的密实度曲率系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的的分布范围，反映曲线的整体形状。整体形状。工程上把工程上把C Cu u5 5的土看作是均粒土，属级配不良；的土看作是均粒土，属级配不良； C Cu u 1010的土，属级配良好。的土，属级配良好。 颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。( (二二) )土粒的矿物成分土粒的矿物成分 土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要分尤为重要 。 1 1、六大粒组的矿物成分、六大粒组的矿物成分漂漂石石、卵卵石石、圆圆砾砾等等粗粗大大土土粒粒都都是是岩岩石石的的碎碎屑屑，它它们们的的矿矿物物成成分分与与母母岩相同。岩相同。砂砂粒粒大大部部分分是是母母岩岩中中的的单单矿矿物物颗颗粒粒，如如石石英英、长长石石和和云云母母等等。其其中中石石英的抗化学风化能力强，在砂粒中尤为多见。英的抗化学风化能力强，在砂粒中尤为多见。 粉粉粒粒的的矿矿物物成成分分是是多多样样性性的的，主主要要是是石石英英和和 MgCOMgCO3 3、CaCOCaCO3 3。等等难难溶溶盐的颗粒。盐的颗粒。 粘粒粘粒的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐类（如碳酸钙等），它们都是次生矿物。类（如碳酸钙等），它们都是次生矿物。 粘土矿物主要有：蒙脱石、伊里石和高岭石三类。粘土矿物主要有：蒙脱石、伊里石和高岭石三类。特征：具有亲水性特征：具有亲水性。 蒙脱石（具有较大的吸水膨胀和脱水收缩的特性）。蒙脱石（具有较大的吸水膨胀和脱水收缩的特性）。 伊里石（亲水性不如蒙脱石伊里石（亲水性不如蒙脱石 ）。）。 高岭石（亲水性比伊里石还小）。高岭石（亲水性比伊里石还小）。2 2、粘土矿物的比表面、粘土矿物的比表面 由于粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的由于粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力就愈强。粘土矿与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力就愈强。粘土矿物表面积的相对大小可以用单位体积物表面积的相对大小可以用单位体积( (或质量或质量) )的颗粒总表面积的颗粒总表面积( (称为比表面称为比表面) )来表示。来表示。例例如如一一个个棱棱边边为为1cm1cm的的立立方方体体颗颗粒粒，其其体体积积为为1cm1cm3 3 ，总总表表面面积积只只有有6cm6cm2 2，比比表表面面为为 6cm6cm2 2/cm/cm3 3=6cm=6cm-1-1；若若将将1cm1cm立立方方体体颗颗粒粒分分割割为为棱棱边边0.01mm0.01mm的的许许多多立立方方体体颗颗粒粒，则则其其总总表表面面积积可可达达 6106104 4cmcm2 2, ,比比表表面面可可达达6X106X104 4 cmcm-1-1 。由由此此可可见见，由由于于土土粒粒大大小小不不同同而而造造成成比比表表面面数数值值上上的的巨巨大大变变化化，必必然然导导致致土土的的性性质质的的突突变变，所以，土粒大小对土的性质起着重要的作用。所以，土粒大小对土的性质起着重要的作用。二、土中的水和气二、土中的水和气(一一)土中水土中水在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。固态或气态。存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：1结合水结合水结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。这这种电分子吸引力高达几千到种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。表面牢固地粘结在一起。由于土粒由于土粒(矿物颗粒矿物颗粒)表面一般带有负电荷，围绕土粒形成表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子(如如Na、Ca”、A1”等等)一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分子一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列。它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列。双电子层双电子层(1)强结合水强结合水强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。特特征征：没没有有溶溶解解盐盐类类的的能能力力，不不能能传传递递静静水水压压力力，只只有有吸吸热热变变成成蒸蒸汽汽时时才才能能移移动动。这这种种水水极极其其牢牢固固地地结结合合在在土土粒粒表表面面上上，其其性性质质接接近近于于固固体体，密密度度约约为为1.22.4g/cm3，在在温温度度105以以上上时时才才能能蒸蒸发发。冰冰点点为为-78，具具有有极极大大的的粘粘滞滞度度、弹弹性性和和抗抗剪剪强强度度。如如果果将将干干燥燥的的土土移移在在天天然然湿湿度度的的空空气气中中，则则土土的的质质量量将将增增加加，直直到到土土中中吸吸着着的的强强结结合合水水达达到到最最大大吸吸着着度度为为止止。土土粒粒愈愈细细，土土的的比比表表面面愈愈大大，则则最最大大吸吸着着度度就就愈愈大大。砂砂土土的的最最大大吸吸着着度度约约占占土土粒粒质质量量的的1，而而粘粘土土则则可可达达17。粘粘土土中中只只含含有有强结合水时，呈固体状态，磨碎后则呈粉末状态。强结合水时，呈固体状态，磨碎后则呈粉末状态。(2)弱结合水弱结合水弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。特特征征：具具有有较较高高的的粘粘滞滞度度、弹弹性性和和抗抗剪剪强强度度。它它仍仍然然不不能能传传递递静静水水压压力力，但但水水膜膜较较厚厚的的弱弱结结合合水水能能向向邻邻近近的的较较薄薄的的水水膜膜缓缓慢慢转转移移，直直到到平平衡衡为为止止。当当土土中中含含有有较较多多的的弱弱结结合合水水时时，土土则则具具有有一一定定的的可可塑塑性性。砂砂土土比比表表面面较较小小，几几乎乎不不具具可可塑塑性性，而而粘粘性性土土的的比比表表面面较较大大，其其可可塑塑性性范范围围就就大大。弱弱结结合合水水离离土土粒粒表表面面愈愈远，其受到的电分子吸引力愈弱小，并逐渐过渡到自由水。远，其受到的电分子吸引力愈弱小，并逐渐过渡到自由水。 2自由水自由水自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普它的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为通水一样，能传递静水压力，冰点为0，有溶解能力。，有溶解能力。自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。(1)重力水重力水重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水它是在重力或重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。 重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有重要的影响。物时所应采取的排水、防水措施有重要的影响。(2)毛细水毛细水毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛细毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。毛细水按其与地下水面是水存在于地下水位以上的透水土层中。毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系与地下水无直接联系)和毛细上升水和毛细上升水(与与地下水相连地下水相连)两种。两种。当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧紧(图图114)，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。由于表面张力的作用，地下水沿不规则的毛细孔上升，形成毛细由于表面张力的作用，地下水沿不规则的毛细孔上升，形成毛细水上升带。毛细水主要存在与直径水上升带。毛细水主要存在与直径0.0020.5mm的孔隙中。砂土、的孔隙中。砂土、粉土及粉质粘土中毛细水含量较大。粉土及粉质粘土中毛细水含量较大。毛细水上升到地表会引起沼泽化、盐渍化，而且还会使地基土湿毛细水上升到地表会引起沼泽化、盐渍化，而且还会使地基土湿润，强度降低，变形增大。在寒冷地区还会加剧土的冻胀。润，强度降低，变形增大。在寒冷地区还会加剧土的冻胀。(二二)土中气土中气土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。分为：自由气体和封闭气泡分为：自由气体和封闭气泡。（对对于于淤淤泥泥和和泥泥炭炭等等有有机机质质土土，由由于于微微生生物物（嫌嫌气气细细菌菌）的的分分解解作作用用，在在土土中中蓄蓄积积了了某某种种可可燃燃气气体体（如如硫硫化化氢氢、甲甲烷烷等等），使使土土层层在在自自重重作作用用下下长长期期得得不不到到压密，而形成高压缩性土层。）压密，而形成高压缩性土层。）三三、土的结构和构造、土的结构和构造土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。一般分为其联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、单粒结构、蜂窝结构和絮状结构蜂窝结构和絮状结构三种基本类型三种基本类型。1、单粒结构、单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。全部由砂粒及更粗土粒组成的土都具有单粒结构。因其颗全部由砂粒及更粗土粒组成的土都具有单粒结构。因其颗粒较大，土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒间几乎粒较大，土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒间几乎没有联结，至于未充满孔隙的水分只可能使其具有微弱的没有联结，至于未充满孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛细水联结。单粒结构分为毛细水联结。单粒结构分为疏松的、紧密的。疏松的、紧密的。呈呈紧密状紧密状单粒结构的土，由于其土粒排列紧密，在动、单粒结构的土，由于其土粒排列紧密，在动、静荷载作用下都不会产生较大的沉降，所以强度较大，压静荷载作用下都不会产生较大的沉降，所以强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基。缩性较小，是较为良好的天然地基。具有具有疏松疏松单粒结构的土，其骨架是不稳定的，当受到震单粒结构的土，其骨架是不稳定的，当受到震动及其他外力作用时，土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈动及其他外力作用时，土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈减少，引起土的很大变形，因此，这种土层如未经处理一减少，引起土的很大变形，因此，这种土层如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。般不宜作为建筑物的地基。土的单粒结构土的单粒结构土的蜂窝结构土的蜂窝结构土的絮状结构土的絮状结构土的构造土的构造：在同一土层中的物质成分和颗粒大小：在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征称。等都相近的各部分之间的相互关系的特征称。土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征是土的裂隙性。的构造的另一特征是土的裂隙性。14土的物理性质指标土的物理性质指标 上节介绍了土的组成，特别是土颗粒的粒组和矿上节介绍了土的组成，特别是土颗粒的粒组和矿物成分，是从本质方面了解土的性质的根据。但是物成分，是从本质方面了解土的性质的根据。但是为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相三相土粒土粒(固相固相)、土中水、土中水(液相液相)和土中气和土中气(气相气相)的组成情况进行数量上的研究。的组成情况进行数量上的研究。土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。饱和度。土的三相草图（见下图）。土的三相草图（见下图）。一、土的物理性质指标的定义一、土的物理性质指标的定义 土土粒粒比比重重在在数数值值上上就就等等于于土土粒粒密密度度，但但前前者者无无因因次次。土土粒粒比比重重决决定定于于土土的的矿矿物物成成分分，它它的的数数值值一一般般为为2.62.62.82.8；有有机机质质土土为为2.42.42.52.5；泥泥炭炭土土为为1.51.51.81.8。同同一一种种类类 的的 土土 ， 其其 比比 重重 变变 化化 幅幅 度度 很很 小小 。 土粒比重测定方法：土粒比重测定方法：比重瓶法测定。比重瓶法测定。1 1、土粒比重、土粒比重( (土粒相对密度土粒相对密度) )土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4 4时纯水的质量之比，称为土粒比时纯水的质量之比，称为土粒比重重( (无量纲无量纲) )，即：，即： 含水量含水量w w是标志土的湿度的一个重要物理指标。天是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。土的含水量测定方法：土的含水量测定方法：用用“烘干法烘干法”测定。测定。先称小先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内，维持块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内，维持100100105105烘至恒重，再称于土质量，湿、干土烘至恒重，再称于土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。 2 2、土的含水量、土的含水量 天然状态下土的密度变化范围较大。一般粘性天然状态下土的密度变化范围较大。一般粘性土土p=1.8p=1.82.0g2.0gcmcm3 3；砂土砂土=1.6=1.62.0g/cm2.0g/cm3 3；腐殖土腐殖土=1.5=1.51.7g/cm1.7g/cm3 3 。土的密度测定方法：土的密度测定方法：“环刀法环刀法”测定，用一个圆环刀（刀测定，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土洋压满环刀内，的土，边削边压，使保持天然状态的土洋压满环刀内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。密度。以上三个指标为土的最基本指标。以上三个指标为土的最基本指标。 3 3、天然密度：天然状态下，土单位体积的质量，单位为、天然密度：天然状态下，土单位体积的质量，单位为g/cmg/cm或或t/mt/m，即：即： 4 4、土的孔隙比、土的孔隙比 和孔隙率和孔隙率（1 1）土土的的孔孔隙隙比比：土土中中孔孔隙隙体体积积与与土土体体积积之之比比，孔孔隙隙比比用小数表示。即：用小数表示。即：天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般 0.61.01.0的土是疏松的高压的土是疏松的高压缩性土。缩性土。（2 2）土的孔隙率：土中孔隙所占体积与总体积之比，用）土的孔隙率：土中孔隙所占体积与总体积之比，用以百分数表示，即：以百分数表示，即：一般一般粘性土粘性土的孔隙率为的孔隙率为303060%60%，无粘性土无粘性土为为252545%45%。 5 5、土的饱和度、土的饱和度土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的饱和度，以百分率计，即：饱和度，以百分率计，即： 砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态，其划分标准见下表。种湿度状态，其划分标准见下表。 完全饱和时，土的饱和度等于完全饱和时，土的饱和度等于100100。6 6、土的干密度、土的干密度 土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，即：即： 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。控制填土工程的施工质量。7 7、土的饱和密度、土的饱和密度 土孔隙中充满水时，单位体积质量，即土孔隙中充满水时，单位体积质量，即 土的天然密度、干密度、饱和密度数值上的比较？土的天然密度、干密度、饱和密度数值上的比较？ 8 8、土的重度（四个）、土的重度（四个） 在在实实际际应应用用中中，经经常常采采用用土土的的容容重重，即即土土的的重重力力密密度度，其其数数值值上上等等于于相相应应土土密密度度与与重重力力加加速速度度的的乘乘积积，分为四个：分为四个：天然容重天然容重：干容重干容重dd：饱和容重饱和容重satsat：有效容重有效容重： satsat W W 式中式中:g:g为重力加速度，各指标的单位为重力加速度，各指标的单位kN/mkN/m3 3。注注（1 1）土土的的有有效效容容重重（浮浮重重度度）：在在地地下下水水位位以以下下，单位体积所受的重力再扣除浮力。单位体积所受的重力再扣除浮力。 （2 2）天天然然容容重重、饱饱和和容容重重satsat、有有效效容容重重用于计算土的自重应力。用于计算土的自重应力。 综上所述：土的物理性质指标：土的密度、土粒综上所述：土的物理性质指标：土的密度、土粒比重、土的含水量（比重、土的含水量（以上三个指标为土的最基本指标）以上三个指标为土的最基本指标）、土的孔隙比、土的孔隙率、土的饱和度、土的干密、土的孔隙比、土的孔隙率、土的饱和度、土的干密度、土的饱和密度，一共八个，其中前三个由试验测度、土的饱和密度，一共八个，其中前三个由试验测定，其余五个可以通过三相草图换算求得。定，其余五个可以通过三相草图换算求得。二、指标的换算二、指标的换算利用三相图进行各指标间关系的推导：利用三相图进行各指标间关系的推导：令令则则:推导举例：推导举例：15 15 无粘性土的密实度无粘性土的密实度无粘性土的密实度与其工程性质有着密切无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。处于中密、稍密直到松散状态。 以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相对密实度等有关密实度的指标。相对密实度等有关密实度的指标。 1 1、无粘性土的相对密实度为、无粘性土的相对密实度为: :根据根据 值可把砂土的密实度状态划分为下列三种：值可把砂土的密实度状态划分为下列三种： 密实的密实的 中密的中密的 松散的松散的2、以标准贯入试验锤击数、以标准贯入试验锤击数N评价砂土的密实度评价砂土的密实度标准贯入试验设备见教材第标准贯入试验设备见教材第255页。页。3、以野外鉴别的方法评价碎石的密实度、以野外鉴别的方法评价碎石的密实度 16 16 粘性土的物理特征粘性土的物理特征一一粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量 粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态半固态、可塑状态及流动状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，叫做界限含水量。叫做界限含水量。1、液限、塑限、缩限含水量液限、塑限、缩限含水量：A、液限液限:液态与塑态的分界含水量。液态与塑态的分界含水量。测定方法：锥式液限仪（图测定方法：锥式液限仪（图1-22所示）所示）B B、塑限：土由半固态转到可塑状态的界限塑限：土由半固态转到可塑状态的界限含水量。含水量。 测定方法：测定方法：“搓条法搓条法”测定。测定。缺点：主要是由于采用手工操作，受人为缺点：主要是由于采用手工操作，受人为因素的影响较大，因而成果不稳定。近年因素的影响较大，因而成果不稳定。近年来许多单位都在探索一些新方法，以便取来许多单位都在探索一些新方法，以便取代搓条法，如以代搓条法，如以“联合法联合法”测定液限和塑测定液限和塑限。限。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 1 1、塑性指数是指液限和塑限的差值、塑性指数是指液限和塑限的差值( (省去符号省去符号) )，即土，即土处在可塑状态的含水量变化范围。处在可塑状态的含水量变化范围。 塑性指数的大小与土中结合水的含量有关塑性指数的大小与土中结合水的含量有关2、液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。性指数之比。用液性指数可表示粘性土的软硬状态，见表用液性指数可表示粘性土的软硬状态，见表4-14塑性指数的影响因素塑性指数的影响因素影响因素：影响因素：与土的颗粒组成，土粒的矿物成分以及与土的颗粒组成，土粒的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等因素有关。土中水的离子成分和浓度等因素有关。（解释）（解释）从土的颗粒来说，土粒越细、且细颗粒从土的颗粒来说，土粒越细、且细颗粒（粘粒）的含量越高，则其比表面和可能的结合水（粘粒）的含量越高，则其比表面和可能的结合水含量愈高，因而塑性指数也随之增大；含量愈高，因而塑性指数也随之增大；从矿物成从矿物成 分来说，粘土矿物可能具有的结合水量大分来说，粘土矿物可能具有的结合水量大（其中尤以蒙脱石类为最大），因而塑性指数也大；（其中尤以蒙脱石类为最大），因而塑性指数也大；从土中水的离子成分和浓度来说，当水中高价阳离从土中水的离子成分和浓度来说，当水中高价阳离子的浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层的厚度子的浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层的厚度变薄，结合水含量相应减少，塑性指数也小；反之变薄，结合水含量相应减少，塑性指数也小；反之随着反离子层中的低价阳离子的增加，塑性指数变随着反离子层中的低价阳离子的增加，塑性指数变大。大。 3 3、粘性土软硬程度的划分、粘性土软硬程度的划分三、粘性土的灵敏度和触变性三、粘性土的灵敏度和触变性 天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当受到外来因素天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离子、水分子所组成的平衡体的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大土的结构性对强度的这种影系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。响，一般用灵敏度来衡量。 土的灵敏度：土的灵敏度：是以原状土的强度与同一土经重塑是以原状土的强度与同一土经重塑( (指在含水量不变条指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏件下使土的结构彻底破坏) )后的强度之比来表示的。后的强度之比来表示的。 土的触变性土的触变性：饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。 17 17 土的渗透性土的渗透性 土的渗透性是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，土的渗透性是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透水性。或称透水性。 地下水的补给与排泄条件，以及在土中的渗透速度地下水的补给与排泄条件，以及在土中的渗透速度与土的渗透性有关。在计算地基沉降的速率和地下水与土的渗透性有关。在计算地基沉降的速率和地下水涌水量时都需要土的渗透性指标。涌水量时都需要土的渗透性指标。 一、地下水的运动形式：一、地下水的运动形式：层流层流: :水流线相互平行的水流。水流线相互平行的水流。 地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗透时属层流运动。透时属层流运动。紊流：紊流：水流线互相交错的水流。水流线互相交错的水流。 地下水在岩石地下水在岩石的裂隙或空洞中流动时，速度较大，的裂隙或空洞中流动时，速度较大， 会有紊会有紊流发生。流发生。二、达西定律二、达西定律1 1、砂土、砂土达西定律达西定律 地下水在土中的渗透速度一般可按达西地下水在土中的渗透速度一般可按达西Darcy)Darcy)根据实验得根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下到的直线渗透定律计算，其公式如下( (图图125)125)： 2、粘性土的达西定律、粘性土的达西定律实验证明：在砂士中水的流动符合于达西定律（图实验证明：在砂士中水的流动符合于达西定律（图1-261-26中中a a线）；线）；而在粘性土中只有当水力梯度超过所谓起始梯度后才开始而在粘性土中只有当水力梯度超过所谓起始梯度后才开始发生渗流。如图发生渗流。如图1-261-26中中b b线所示，当水力梯度线所示，当水力梯度i i不大时，渗不大时，渗透速度透速度v v为零，只有当为零，只有当i ii i1 1（起始梯度）时，水才开始在起始梯度）时，水才开始在粘性土中渗透（粘性土中渗透（v v0 0）。）。在渗透速度在渗透速度v v与水力梯度与水力梯度i i的关系的关系曲线上有曲线上有1 1和和2 2二个特征点。点二个特征点。点1 1相应于起始梯度相应于起始梯度i i，在点在点1 1与点与点2 2之间渗透速度与水力梯度成曲线关系，达到点之间渗透速度与水力梯度成曲线关系，达到点2 2（相（相应梯度为应梯度为i i2 2）后转为直线后转为直线 （图中直线（图中直线2-32-3），它与横坐标相交于点），它与横坐标相交于点i i。为了简化计为了简化计算，如采用该直线在横坐标上的截距算，如采用该直线在横坐标上的截距i i作为计算起始梯作为计算起始梯度，则用于粘性土的达西定律见前述。度，则用于粘性土的达西定律见前述。 三、渗流力、流砂、管涌三、渗流力、流砂、管涌1、渗流力：地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，渗流力：地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，相应地，水对土骨架的反作用力，称为渗流力，以相应地，水对土骨架的反作用力，称为渗流力，以GD表示。它是一种体积力，所以单位为表示。它是一种体积力，所以单位为kNm3。（P34） 2 2、流砂：在地基土中产生自下而上的渗流力时，当动、流砂：在地基土中产生自下而上的渗流力时，当动水力等于或大于土的有效重度时土体被水冲起。水力等于或大于土的有效重度时土体被水冲起。 临界水头梯度临界水头梯度 I Icrcr= =r r, ,/r/rw w 当当i i小于小于i icrcr 时不发生流砂。时不发生流砂。防治流砂的主要措施：防治流砂的主要措施：（1 1）减少或消除基坑内外地下水的水头差；）减少或消除基坑内外地下水的水头差； 例如采取先在基坑范围外以井点降低地下水位后开挖，例如采取先在基坑范围外以井点降低地下水位后开挖，或在不排水基坑内以抓斗等工具进行水下挖土等施工方或在不排水基坑内以抓斗等工具进行水下挖土等施工方法；法； （2 2）增长渗流路径；）增长渗流路径； 例如沿坑壁打入深度超过坑底的板桩，其长度足以使受保例如沿坑壁打入深度超过坑底的板桩，其长度足以使受保护土体内的水力梯度小于临危梯度；护土体内的水力梯度小于临危梯度；（3 3）在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流）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（此法多用于闸坝下游处）。力（此法多用于闸坝下游处）。3、管涌、管涌水流将土体孔隙中细粒土带走，破坏土的结构这种作水流将土体孔隙中细粒土带走，破坏土的结构这种作用为管涌。用为管涌。管涌的结果，形成地下土洞，土洞由小扩大，导致地管涌的结果，形成地下土洞，土洞由小扩大，导致地面塌陷。面塌陷。 18 18 地基土地基土( (岩岩) )的分类的分类地基土地基土( (岩岩) )分类的任务是根据分类用途和分类的任务是根据分类用途和土土( (岩岩) )的各种性质的差异将其划分为一定的类别。的各种性质的差异将其划分为一定的类别。 土土( (岩岩) )的合理分类具有很大的实际意义，例如根的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可以大致判断土据分类名称可以大致判断土( (岩岩) )的工程特性、评价土的工程特性、评价土( (岩岩) )作为建筑材料的适宜性以及结合其他指标来确定作为建筑材料的适宜性以及结合其他指标来确定地基的承载力等。地基的承载力等。阅读阅读58-6558-65页内容。页内容。 根据（根据（GB50007-2002)GB50007-2002)地基土分为地基土分为: :岩石、碎石类土、岩石、碎石类土、砂类土、粉土、粘性土、人工填土。砂类土、粉土、粘性土、人工填土。 1 1、岩石、岩石 岩石（基岩）是指颗粒间牢固联结，岩石（基岩）是指颗粒间牢固联结， 是整体或具有节理、裂隙的岩体。是整体或具有节理、裂隙的岩体。分类：根据坚硬程度分类：根据坚硬程度 ； 根据风化程度的划分；根据风化程度的划分； 根据岩石完整程度划分。根据岩石完整程度划分。2 2、碎石类土碎石类土 碎碎石石类类土土是是粒粒径径大大于于2mm2mm的的颗颗粒粒含含量量超超过过全重全重5050的土。的土。碎石类土根据粒组含量及颗粒形状分为漂碎石类土根据粒组含量及颗粒形状分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾，其石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾，其分类标准分类标准 ，见表见表2-42-4。 3 3、砂类土砂类土 砂砂类类土土是是指指粒粒径径大大于于2mm2mm的的颗颗粒粒含含量量不不超超过过全全重重5050、粒粒径径大大于于0.075mm0.075mm的的颗颗粒粒超超过全重过全重5050的土。的土。砂类土按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、砂类土按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，其分类标准见表细砂和粉砂，其分类标准见表2-52-5。4 4、粉土粉土 粉粉土土是是指指粒粒径径大大于于0.075mm0.075mm的的颗颗粒粒含含量量不不超超过过全全重重5050、塑塑性性指指数数小小于于或或等等于于1010的土。的土。 5 5、粘性土粘性土 粘性土是指塑性指数大于粘性土是指塑性指数大于1010的土。的土。粘性土按塑性指数粘性土按塑性指数IpIp的指标值分为粘土和粉质粘的指标值分为粘土和粉质粘土。土。分类标准：分类标准： 塑性指数大于塑性指数大于1717时，为时，为粘土粘土；塑性指数小于等于塑性指数小于等于1717大于大于1010时，为时，为粉质粘土粉质粘土。6、人工填土人工填土人工填土是指由人类活动而堆填的土。人工填土是指由人类活动而堆填的土。分类分类: :素填土、压实填土、杂填土素填土、压实填土、杂填土 、冲填、冲填土等。土等。其他特殊土：淤泥和淤泥质土；其他特殊土：淤泥和淤泥质土； 红粘土和次生红粘土。红粘土和次生红粘土。 第二章第二章 地基的应力和变形地基的应力和变形研究地基的应力和变研究地基的应力和变形，必须从土的应力与形，必须从土的应力与应变的基本关系出发来应变的基本关系出发来研究。当应力很小时，研究。当应力很小时，土的应力应变关系曲土的应力应变关系曲线就不是一根直线线就不是一根直线( (图图21)21)，亦即土的变形具，亦即土的变形具有明显的非线性特征。有明显的非线性特征。21 21 概概 述述 土中应力土中应力1 1、土的自重应力：由土体本身自重引起的应力。、土的自重应力：由土体本身自重引起的应力。（常驻应力）（常驻应力）2 2、地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起、地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。的附加于原有应力之上的应力。3 3、基本假设：土体为连续均匀各向同性直线变、基本假设：土体为连续均匀各向同性直线变形体。形体。4 4、应力计算依据：以弹性理论为基础的应力分、应力计算依据：以弹性理论为基础的应力分析方法。析方法。22 22 土中自重应力土中自重应力 一、基本公式一、基本公式 在计算土中自重应力时，在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个假设天然地面是一个无限大的水平面。无限大的水平面。因而在任意竖直面和因而在任意竖直面和 水平面水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算单位面积的土柱体自重计算( (图图22)22)，即：，即： 地基中除有作用于水平面上的竖向自重应力地基中除有作用于水平面上的竖向自重应力外，在竖直面上还作用有水平向的侧向自重应力。外，在竖直面上还作用有水平向的侧向自重应力。由于沿任一水平面上均匀地无限分布，所以地基由于沿任一水平面上均匀地无限分布，所以地基土在自重作用下只能产生竖向变形，而不能有侧土在自重作用下只能产生竖向变形，而不能有侧向变形和剪切形。向变形和剪切形。 注意：注意：只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而且粒间应力又是影响土体强此挤紧，从而引起土体的变形，而且粒间应力又是影响土体强度的度的个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。 以后各章节中把常用的竖向有效自重应力以后各章节中把常用的竖向有效自重应力 ，简称，简称为自重应力，并改用符号为自重应力，并改用符号 表示表示 。 自重应力的分布自重应力的分布二、成层土自重应力的计算公式：二、成层土自重应力的计算公式：地下水位以下取浮重度地下水位以下取浮重度 自然界中的天然土层，一般形成至今已有很长的地质年自然界中的天然土层，一般形成至今已有很长的地质年代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期沉积或堆代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期沉积或堆积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。此外，地下水积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。此外，地下水位的升降会引起土中自重应力的变化位的升降会引起土中自重应力的变化( (图图24)24)。 例题例题27 27 某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于例图例图2121中。试计算地面中。试计算地面下深度为下深度为2.5m2.5m、5m5m和和9m9m处的自重应力，并绘出分布图。处的自重应力，并绘出分布图。 解解 本例天然地面下第一层粉土厚本例天然地面下第一层粉土厚6m6m，其中地下水位其中地下水位以上和以下的厚度分别为以上和以下的厚度分别为3.6 m3.6 m和和2.4m2.4m，第二层为粉质粘土第二层为粉质粘土层。依次计算层。依次计算2.5m2.5m、3.6m3.6m、5m5m、6m6m、9m9m各深度处的土中竖向各深度处的土中竖向自重应力，计算过程及自重应力分布图一并列于例图自重应力，计算过程及自重应力分布图一并列于例图2121中。中。2-32-3基底压力基底压力( (接触应力接触应力) ) 基底压力：基底压力：建筑物荷载通过基础传递给地基的压力。建筑物荷载通过基础传递给地基的压力。在基础底面与地基之间便产生了接触应力。它既是基在基础底面与地基之间便产生了接触应力。它既是基础作用于地基的基底压力，同时又是地基反用于基础础作用于地基的基底压力，同时又是地基反用于基础的基底反力。的基底反力。 基底压力分布影响因素：基底压力分布影响因素：与基础的大小和刚度、作用与基础的大小和刚度、作用于基础上荷载的大小和分布、地基土的力学性质以及于基础上荷载的大小和分布、地基土的力学性质以及基础的埋深等许多因素有关。基础的埋深等许多因素有关。 对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础和墙下条形基础等，其基底压力可近似地按直线分布和墙下条形基础等，其基底压力可近似地按直线分布的图形计算，即按下述材料力学公式进行简化计算。的图形计算，即按下述材料力学公式进行简化计算。 一、基底压力的简化计算一、基底压力的简化计算 ( (一一) )中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力 中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形心。中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形心。基底压力假定为均匀分布基底压力假定为均匀分布( (图图25)25)，此时基底平均压力设计，此时基底平均压力设计值按下式计算：值按下式计算：( (二二) )偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力 1 1、计算公式、计算公式： 对于单向偏心荷载下的矩形基础如图对于单向偏心荷载下的矩形基础如图2626所示。设计时，通常所示。设计时，通常基底长边方向取与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压力设基底长边方向取与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压力设计值与最小压力设计值按材料力学短柱偏心受压公式计算：计值与最小压力设计值按材料力学短柱偏心受压公式计算： =2 2、基底压力分布、基底压力分布 当当e eL L6 6时，基底压力分布图呈梯形图时，基底压力分布图呈梯形图2-62-6（a a）；）；当当e=Le=L6 6时，则呈三角形图时，则呈三角形图2-62-6（b b）；）；当当e eL L6 6时，按式（时，按式（2-72-7）计算结果，距偏心荷载较远的）计算结果，距偏心荷载较远的基底边缘反力为负值，即基底边缘反力为负值，即PminPmin0 0如图如图2-62-6（c c）中虚线中虚线所示。由于基底与地基之间不能承受拉力，此时基底所示。由于基底与地基之间不能承受拉力，此时基底与地基局部脱开，而使基底压力重新分布。因此，根据与地基局部脱开，而使基底压力重新分布。因此，根据偏心荷载应与基底反力相平衡的条件，荷载合力偏心荷载应与基底反力相平衡的条件，荷载合力F FG G应应通过三角形反力分布图的形心见图通过三角形反力分布图的形心见图2-62-6（C C）中实线所中实线所示分布图形，由此可得基底边缘的最大压力示分布图形，由此可得基底边缘的最大压力PmaxPmax为为： 3、矩形基础在双向偏心荷载作用下矩形基础在双向偏心荷载作用下 如果基底最小压力如果基底最小压力 ，则矩形基底边缘四个角，则矩形基底边缘四个角点处的压力点处的压力二、基底附加压力二、基底附加压力 建筑物建造前，土中早巳存在着自重应力。如果基础砌建筑物建造前，土中早巳存在着自重应力。如果基础砌置在天然地面上，那末全部基底压力就是新增加于地基表面置在天然地面上，那末全部基底压力就是新增加于地基表面的基底附加压力。一般天然土层在自重作用下的变形早巳结的基底附加压力。一般天然土层在自重作用下的变形早巳结束，因此只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。束，因此只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。 实际上，一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处，实际上，一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处，该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除。因此，由建筑物该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除。因此，由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的土中自重应力后，建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的土中自重应力后，才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力，基底平均附才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力，基底平均附加压力值按下式计算加压力值按下式计算( (图图28)28)： pp基底平均压力；基底平均压力； c c 土中自重应力，基底处土中自重应力，基底处c c = =0 0 d d； 0 0基基础础底底面面标标高高以以上上天天然然土土层层的的加加权权平平均均重重度度，0=0=（1 1h h1 12 2h h2 2）（h1h1h2h2），其中其中地下水位下的重度取有效重度地下水位下的重度取有效重度； dd基基础础埋埋深深，必必须须从从天天然然地地面面算算起起，对对于于新新填土场地填土场地 则应从老天然地面起算，则应从老天然地面起算， d=hd=h1 1h h2 2。有了基底附加压力，即可把它作为作用在弹性半空间表有了基底附加压力，即可把它作为作用在弹性半空间表面上的局部荷载，由此根据弹性力学求算地基中的附加应力。面上的局部荷载，由此根据弹性力学求算地基中的附加应力。2 24 4 地基附加应力地基附加应力 地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。其计算方法起的附加于原有应力之上的应力。其计算方法一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形半空间，的，即把地基看成是均质的线性变形半空间，这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。间的理论解答。 计算地基附加应力时，都把基底压力看成计算地基附加应力时，都把基底压力看成是柔性荷载，而不考虑基础刚度的影响。是柔性荷载，而不考虑基础刚度的影响。 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 （）布辛奈斯克解（）布辛奈斯克解 应力与位移应力与位移 在弹性半空间表面上作用一个竖向集中力时，半空间内任在弹性半空间表面上作用一个竖向集中力时，半空间内任意点处所引起的应力和位移的弹性力学解答是由法国意点处所引起的应力和位移的弹性力学解答是由法国J.J.布辛奈布辛奈斯克（斯克（BoussinesqBoussinesq，18851885）作出的。如图作出的。如图2-92-9所示，在半空间中所示，在半空间中任意点任意点M M（x x、y y、z z）处的六个应力分量和三个位移分量的解答处的六个应力分量和三个位移分量的解答如下：如下：以上六个应力分量和三个位移分量的公式中，以上六个应力分量和三个位移分量的公式中，竖向正应力竖向正应力和竖向位移最为常用和竖向位移最为常用，以后有关地基附加应力计算主要是针对，以后有关地基附加应力计算主要是针对z z而言的。而言的。 建筑物作用于地基上的荷载，总是分布在一定面积上的局建筑物作用于地基上的荷载，总是分布在一定面积上的局部荷载，因此理论上的集中力实际是没有的。但是，根据弹性部荷载，因此理论上的集中力实际是没有的。但是，根据弹性力学的叠加原理利用布辛奈斯克解答，可以通过积分或等代荷力学的叠加原理利用布辛奈斯克解答，可以通过积分或等代荷载法求得各种局部荷载下地基中的附加应力。载法求得各种局部荷载下地基中的附加应力。( (二二) )等代荷载法等代荷载法 如果地基中某点如果地基中某点M M与局部荷载的距离比荷载面尺寸大很多与局部荷载的距离比荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，然后直接应用式时，就可以用一个集中力代替局部荷载，然后直接应用式(2(212c)12c)计算该点的计算该点的 令令 则上式改写为则上式改写为: :K-K-集中力作用下得地基竖向附加应力系数集中力作用下得地基竖向附加应力系数, ,简称集中应力简称集中应力系数系数, ,按按r/zr/z值由表值由表3.23.2查用。查用。 若干个竖向集中力若干个竖向集中力 作用在地基表面上，按作用在地基表面上，按叠加原理则地面下深度处某点的附加应力应为各集中力单独作叠加原理则地面下深度处某点的附加应力应为各集中力单独作用时在点所引起的附加应力之和用时在点所引起的附加应力之和二、矩形面积受竖向均布荷载作用的应力二、矩形面积受竖向均布荷载作用的应力1 1、矩形均布荷载作用下角点下的应力、矩形均布荷载作用下角点下的应力 设设矩矩形形荷荷载载面面的的长长度度和和宽宽度度分分别别为为l l和和b b，作作用用于于地地基基上上的的竖竖向向均均布布荷荷载载（例例如如中中心心荷荷载载下下的的基基底底附附加加压压力力）为为p p。现现先先以以积积分分法法求求矩矩形形荷荷载载面面角角点点下下的的地地基基附附加加应应力力。以以矩矩形形荷荷载载面面角角点点为为坐坐标标原原点点o o（图图2-112-11），在在荷荷载载面面内内坐坐标标为为（x x，y y）处处取取一一做做微微面面积积dxdydxdy，并并将将其其上上的的分分布布荷荷载载以以集集中中力力PodxdyPodxdy来来代代替替，则则在在角角点点o o下下任任意意深深度度z z的的M M点点处处由由该该微微小小集集中中力力引引起起的的竖竖向向附附加加应应力力dxdx，按式（按式（2-12c2-12c）为：为：将它对整个矩形荷载面将它对整个矩形荷载面A A积分，即得均布矩形荷载角点下的竖向附积分，即得均布矩形荷载角点下的竖向附加应力表达式如下：加应力表达式如下： 为均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，为均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点应力系数，可按简称角点应力系数，可按m m及及n n值由表值由表3.33.3查得。查得。2 2 、矩形均布荷载作用下任意点下的应力、矩形均布荷载作用下任意点下的应力角点法角点法: : 通过任意点作平行于矩形荷载的各条直线，通过任意点作平行于矩形荷载的各条直线，构成不同尺寸的若干块矩形荷载构成不同尺寸的若干块矩形荷载, ,该点的位置必该点的位置必构成各矩形面积的构成各矩形面积的公共角点公共角点，计算公共角点在，计算公共角点在各矩形荷载作用下任意深度处的应力各矩形荷载作用下任意深度处的应力, ,然后叠加然后叠加起来起来。举例举例： 图图212212中列出计算点不位于矩形荷载面角点下的四种情况中列出计算点不位于矩形荷载面角点下的四种情况( (在图中在图中0 0点以下任意点以下任意 深度深度z z处处) )。计算时，通过。计算时，通过0 0点把荷载面分成若干个矩形面积，点把荷载面分成若干个矩形面积，这样这样,0,0点就必然是划分出的各个矩形的公共角点，然后再计算每个矩形点就必然是划分出的各个矩形的公共角点，然后再计算每个矩形角点下同一深度角点下同一深度z z处的附加应力，并求其处的附加应力，并求其代数和代数和。四种情况分别如下：。四种情况分别如下：(a)(a)：O O点在荷载面边缘点在荷载面边缘式中式中 ，分别表示相应于面积，分别表示相应于面积I I和和的角点应力系的角点应力系数。必须指出，查表数。必须指出，查表2-22-2时所取用边长时所取用边长 应为任一矩形荷载面的应为任一矩形荷载面的长度，而长度，而 为宽度，以下各种情况相同不再赘述。为宽度，以下各种情况相同不再赘述。(b)(b)：O O点在荷载面内点在荷载面内(c)：O O点在荷载面边缘外侧点在荷载面边缘外侧此时荷载面此时荷载面abcdabcd可看成是由可看成是由I(ofbgI(ofbg) )与与(ofahofah) )之差和之差和(oecgoecg) )与与(oedhoedh) )之差合成的，所以之差合成的，所以 (d)(d)：O O点在荷载面角点外侧点在荷载面角点外侧 把荷载面看成由把荷载面看成由I(ohceI(ohce) )、(ogafogaf) )两个面积中扣除两个面积中扣除(ohbfohbf) )和和(ogdeogde) )而成的，所以：而成的，所以： 例题例题2-3 2-3 以角点法计算例图以角点法计算例图2-32-3所示矩形基础甲的基底中心所示矩形基础甲的基底中心点垂线下不同深度处点垂线下不同深度处 的地基附加应力的分布，并考虑两相邻的地基附加应力的分布，并考虑两相邻基础乙的影响基础乙的影响( (两相邻柱距为两相邻柱距为6m6m，荷载同基础荷载同基础 甲甲) )。 解解 (1) (1)计算基础甲的基底平均附加压力标准值如下：计算基础甲的基底平均附加压力标准值如下： 基础及其上回填土得总重基础及其上回填土得总重基底平均附加压力设计值基底平均附加压力设计值 基底处的土中自重压力标准值基底处的土中自重压力标准值 基底平均压力设计值基底平均压力设计值(2)(2)计算基础甲中心点计算基础甲中心点o o下由本基础荷载引起的下由本基础荷载引起的, ,基底中心点基底中心点o o可可看成是四个相等小矩形荷载看成是四个相等小矩形荷载（oabcoabc）的公共角的公共角点其长宽比点其长宽比l/bl/b2.5/2=1.252.5/2=1.25，取深度取深度z=0z=0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、10m10m各计算点，相应的各计算点，相应的z/b=0z/b=0、0.50.5、1 1、1.51.5、2 2、2.52.5、3 3、3.53.5、4 4、5,5,利用表利用表2 22 2即可查得地基附加应力系数即可查得地基附加应力系数Kc1Kc1。z z的计算列于例表的计算列于例表2 23 31 1根据计算资料绘出根据计算资料绘出z z分布图，见例分布图，见例图图2 23 33 3：矩形面积受三角形分布的竖向荷载作用矩形面积受三角形分布的竖向荷载作用 设竖向荷载沿矩形面积一边设竖向荷载沿矩形面积一边b b方向上呈三角形分布方向上呈三角形分布( (沿另一沿另一边的荷载分布不变边的荷载分布不变),),荷载的最大值为荷载的最大值为 取荷载零值边的角点取荷载零值边的角点1 1为座标原点为座标原点( (图图2-13)2-13)则可将荷载面内某点则可将荷载面内某点( )( )处所取微面积处所取微面积 上的分布荷载以集中力上的分布荷载以集中力 代替。角点代替。角点1 1下深度处的下深度处的M M点点由该集中力引起的附加应力由该集中力引起的附加应力 , ,按式按式(212c)(212c)为：为： 在整个矩形荷载面积进行积分后得角点在整个矩形荷载面积进行积分后得角点1 1下任意深度下任意深度z z处竖向附处竖向附加应力加应力 式中式中 同理，还可求得荷载最大值边的角点同理，还可求得荷载最大值边的角点2下任意深度下任意深度z处的竖向附处的竖向附加应力为加应力为：(223)和和均为均为和和的函数，可由表的函数，可由表23查用。查用。(三三)均布的圆形荷载均布的圆形荷载设圆形荷载面积的半径为，作用于地基表面上的竖向均布设圆形荷载面积的半径为，作用于地基表面上的竖向均布荷载为荷载为，如以圆形荷载面的中心点为座标原点，如以圆形荷载面的中心点为座标原点O(图图214)，并在荷载面积上取微面积，并在荷载面积上取微面积，以集中力代替微，以集中力代替微面积上的分布荷载，则可运用式面积上的分布荷载，则可运用式(212c)以积分法求得均布圆以积分法求得均布圆形荷载中点下任意深度形荷载中点下任意深度z处处M点的点的如下，如下，三、条形荷载下的地基附加应力三、条形荷载下的地基附加应力1、条形面积受竖向均布荷载的作用、条形面积受竖向均布荷载的作用设在地基表面上作用有无限长及条形荷载，且荷载沿宽度设在地基表面上作用有无限长及条形荷载，且荷载沿宽度可按任何形式分布，但沿长度方向则不变，此时地基中产生的可按任何形式分布，但沿长度方向则不变，此时地基中产生的应力状态属于平面问题。在工程建筑中，当然没有无应力状态属于平面问题。在工程建筑中，当然没有无限长的受荷面积，当荷载面积的长宽比限长的受荷面积，当荷载面积的长宽比l/b10时，计算的地基时，计算的地基附加应力值与按附加应力值与按时的解相比误差甚少。因此，对于条时的解相比误差甚少。因此，对于条形基础，如墙基、挡土墙基础、路基、坝基等，常可按平面问形基础，如墙基、挡土墙基础、路基、坝基等，常可按平面问题考虑。条形荷载下的地基附加应力为：题考虑。条形荷载下的地基附加应力为：以上式中以上式中 分别为均布条形荷载下相应的三个附分别为均布条形荷载下相应的三个附加应力系数，都是加应力系数，都是m=z/bm=z/b和和n=xn=xb b的函数，查表的函数，查表3.53.5。2、条形面积受竖向三角形分布荷载的作用、条形面积受竖向三角形分布荷载的作用 : :应力系数是应力系数是m=x/bm=x/b和和n=zn=zb b的函数，查表的函数，查表3.63.6。3 3、小结、小结: : 地基中附加应力计算，地基中附加应力计算，表表3.73.7（P99P99） 。四、地基中附加应力的分布规律四、地基中附加应力的分布规律 1、地基中附加应力不仅发生在荷载面积之下，而地基中附加应力不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积以外相当大的范围之下，且分布在荷载面积以外相当大的范围之下，（这（这就是所谓地基附加应力的扩散分布）；就是所谓地基附加应力的扩散分布）；2 2、在离基础底面（地基表面）不同深度、在离基础底面（地基表面）不同深度z z处各个处各个水平面上，以基底中心点下轴线处的应力为最大，水平面上，以基底中心点下轴线处的应力为最大，随着距离中轴线愈远愈小；随着距离中轴线愈远愈小；3 3、在荷载分布范围内任意点沿垂线的应力值，随、在荷载分布范围内任意点沿垂线的应力值，随深度愈向下愈小。深度愈向下愈小。 2 25 5 土的压缩性土的压缩性一、基本概念一、基本概念1、土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。、土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。2、变形的原因：、变形的原因：土中孔隙体积的减小。土中孔隙体积的减小。试验研究表明，在一般压力试验研究表明，在一般压力（100600kPa)作用下，土粒和作用下，土粒和水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因此可以忽略水的压缩与土的总压缩量之比是很微小的，因此可以忽略不计，所以把土的压缩为土中孔隙体积的减小。此时，土不计，所以把土的压缩为土中孔隙体积的减小。此时，土粒调整位置，重行排列，互相挤紧。饱和土压缩时，随着粒调整位置，重行排列，互相挤紧。饱和土压缩时，随着孔隙体积的减少土中孔隙水则被排出。孔隙体积的减少土中孔隙水则被排出。3、土的固结：土的压缩随时间而增长的过程。、土的固结：土的压缩随时间而增长的过程。在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，其压缩过程在短在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。相反时间内就可以结束。相反地，粘性土的透水性低，饱和粘地，粘性土的透水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。对于饱和粘性土，土的固结问题是十分要比砂土长得多。对于饱和粘性土，土的固结问题是十分重要的。重要的。 计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，在一般工计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，在一般工程中，常用土样程中，常用土样完全侧限条件完全侧限条件的室内压缩试验来测定土的压缩的室内压缩试验来测定土的压缩性指标性指标。二、压缩曲线和压缩性指标二、压缩曲线和压缩性指标（完全侧限条件）（完全侧限条件）(一一)、压缩试验和压缩曲线、压缩试验和压缩曲线为求土样压缩稳定后的孔隙比，利用为求土样压缩稳定后的孔隙比，利用受压前后土粒体积不受压前后土粒体积不变和土样横截面积不变的两个条件变和土样横截面积不变的两个条件，得出受压前后土粒体积，得出受压前后土粒体积(见图见图225)： 土样的初始高度土样的初始高度； 外压力外压力p p 作用下土样压缩至稳定的变形量；作用下土样压缩至稳定的变形量； 土样的初始孔隙比。土样的初始孔隙比。分别为土粒的相对密度、土样的初始分别为土粒的相对密度、土样的初始密度和初始含水量。密度和初始含水量。或或因此，只要测定土样在各级压力作用下的稳定压缩因此，只要测定土样在各级压力作用下的稳定压缩量后，就可按上式算出相应的孔隙比量后，就可按上式算出相应的孔隙比e，从而绘制土的压从而绘制土的压缩曲线。缩曲线。压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角普通直角座标座标绘制的曲线绘制的曲线图图2-6(a)在常规试验中，一般按在常规试验中，一般按25、50、100，200，400，800kPa六级加荷，另一种的横六级加荷，另一种的横座标则取的常用对数取值，即座标则取的常用对数取值，即采用半对数直角座标采用半对数直角座标纸绘纸绘制成曲线制成曲线图图2-26(6)，试验时以较小的压力开始，采取，试验时以较小的压力开始，采取小增量多级加荷，并加到较大的荷载小增量多级加荷，并加到较大的荷载(例如例如1000kPa)为为止。止。(二二)土的压缩系数和压缩指数土的压缩系数和压缩指数1、压缩系数、压缩系数压缩性不同的土，其压缩性不同的土，其曲线的形状是不一样的。曲线愈曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高，所以，曲线上任一点的切线斜率的压缩性愈高，所以，曲线上任一点的切线斜率a就表示了相就表示了相应于压力应于压力p作用下土的压缩性：作用下土的压缩性：土土的压缩性可用图中割线的压缩性可用图中割线的斜率表示设割线的斜率表示设割线与横座标的夹角为与横座标的夹角为，则，则，为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由增增加到加到时所得的压缩系数时所得的压缩系数来评定土的压缩性。来评定土的压缩性。土的压缩性的评定土的压缩性的评定 0.10.1MPaMPa-1-1时，属低压缩性土；时，属低压缩性土；0.1 0.1 0.50.5MPaMPa-1-1 时，属中压缩性土；时，属中压缩性土； 0.50.5MPaMPa-1-1时，属高压缩性土。时，属高压缩性土。 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)(GB50007-2002)第第4.2.54.2.5条。条。土的土的e-p e-p 曲线改绘成半对数压缩曲线曲线改绘成半对数压缩曲线e-logpe-logp曲线时，它的后段接近直曲线时，它的后段接近直线（图线（图2-282-28），其斜率），其斜率 为：为： 2、土的压缩指数、土的压缩指数 表达式：表达式：(三三)压缩模量压缩模量(侧限压缩模量侧限压缩模量)定义：土在定义：土在完全完全侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。值。根据根据曲线，可以求算压缩性指标压缩模量。土的压缩模量可根曲线，可以求算压缩性指标压缩模量。土的压缩模量可根据下式计算：据下式计算：亦称侧限压缩模量，以便与一般材料在无侧限条件下简单拉伸或亦称侧限压缩模量，以便与一般材料在无侧限条件下简单拉伸或压缩时的弹性模量相区别。压缩时的弹性模量相区别。(四四)土的回弹曲线和再压缩曲线土的回弹曲线和再压缩曲线三、土的变形模量三、土的变形模量定义：土在定义：土在无无侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量侧限条件下的竖向附加压应力与相应的应变增量之比值。之比值。可以通过载荷试验或旁压试验所测得的地基沉降可以通过载荷试验或旁压试验所测得的地基沉降(或土的或土的变形变形)与压力之间近似的比例关系，从而利用地基沉降的弹性与压力之间近似的比例关系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。力学公式来反算土的变形模量。(一一)以载荷试验测定土的变形模量以载荷试验测定土的变形模量地基土载荷试验是工程地质勘察工作中的一项地基土载荷试验是工程地质勘察工作中的一项原位测试原位测试。试验前先在现场试坑中竖立试验前先在现场试坑中竖立载荷架，使施加的荷载通过承压载荷架，使施加的荷载通过承压板板(或称压板或称压板)传到地层中去，以便测试岩、土的力学性质，传到地层中去，以便测试岩、土的力学性质，包括测定地基变形横量，地基承载力以及研究土的湿陷性质等。包括测定地基变形横量，地基承载力以及研究土的湿陷性质等。图图2-31所示两种千斤顶型式的载荷架，其构造一般由加荷所示两种千斤顶型式的载荷架，其构造一般由加荷稳压装置，反力装置及观测装置三部分组成。稳压装置，反力装置及观测装置三部分组成。1、加荷标准、加荷标准1 1）第第一一级级荷荷载载（包包括括设设备备重重）直直接接近近开开挖挖试试坑坑所所卸卸除除的的土重，与其相应的沉降量不计；土重，与其相应的沉降量不计；2 2）第第二二级级荷荷载载以以后后，每每级级荷荷载载增增量量；对对较较松松软软的的土土可可采采用用101025kPa25kPa，对较硬密的土则用对较硬密的土则用50kPa50kPa。3 3）加加荷荷等等级级不不应应少少于于8 8级级。最最大大加加载载量量不不应应少少于于荷荷载载设设计值的两倍。计值的两倍。2、载荷试验的观测标准、载荷试验的观测标准每级加载后，按间隔每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时读一次沉降，当连以后为每隔半小时读一次沉降，当连续两小时内，每小时的沉降量小于续两小时内，每小时的沉降量小于0.lmm时，时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载；则认为已趋稳定，可加下一级荷载； 3、终止加载标准、终止加载标准1）承承压压板板周周围围的的土土有有明明显显的的侧侧向向挤挤出出（砂砂土土）或发生裂纹（粘性土和粉土）；或发生裂纹（粘性土和粉土）；2）沉沉降降s急急骤骤增增大大，荷荷载载-沉沉降降（p-s）曲曲线线出出现现陡降段；陡降段；3）在在某某一一荷荷载载下下，24小小时时内内沉沉降降速速率率不不能能达达到到稳定标准；稳定标准；4）s/b0.06（b为承压板宽度或直径）。为承压板宽度或直径）。满足终止加载前三种情况之一时，其对应的前满足终止加载前三种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载一级荷载定为极限荷载。根据各级荷载及其相应的根据各级荷载及其相应的(相对相对)稳定沉降的观测数值，即稳定沉降的观测数值，即可采用适当的比例尺绘制荷载可采用适当的比例尺绘制荷载p与稳定沉降与稳定沉降s的关系曲线的关系曲线(曲线曲线)，必要时还可绘制各级荷载下的沉降与时间的关系曲线，必要时还可绘制各级荷载下的沉降与时间的关系曲线(曲线曲线)。图。图232为一些代表性土类的曲线。其中为一些代表性土类的曲线。其中曲线的曲线的开始部分往往接近于直线，与直线段终点开始部分往往接近于直线，与直线段终点1对应的荷载称为地对应的荷载称为地基的比例界限荷载，相当于地基的临塑荷载基的比例界限荷载，相当于地基的临塑荷载(详见第四章详见第四章)。一。一般地基承载力设计值取接近于或稍超过此比例界限值。所以通般地基承载力设计值取接近于或稍超过此比例界限值。所以通常将地基的变形按直线变形阶段，以弹性力学公式，即按式常将地基的变形按直线变形阶段，以弹性力学公式，即按式(252)来反求地基土的变形模量，其计算公式如下：来反求地基土的变形模量，其计算公式如下：(二二)变形模量与压缩模量的关系变形模量与压缩模量的关系如前所述，土的变形模量是土体在如前所述，土的变形模量是土体在无侧限无侧限条件下的应力与应条件下的应力与应变的比值；而土的压缩模量则是土体在变的比值；而土的压缩模量则是土体在完全侧限完全侧限条件下的应力条件下的应力与应变的比值。与应变的比值。与与两者在理论上是完全可以互换算的。两者在理论上是完全可以互换算的。从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一微单元体进行分从侧向不允许膨胀的压缩试验土样中取一微单元体进行分析，可得析，可得与与两者具有如下关系两者具有如下关系（P81）27地基的最终沉降量地基的最终沉降量 地基的最终沉降量地基的最终沉降量:地基变形稳定后的沉降量。地基变形稳定后的沉降量。计算的两个方法：计算的两个方法：分层总和法、规范方法分层总和法、规范方法一、按分层总和法计算一、按分层总和法计算分层总和法，即在地基沉降计算深度范围内划分分层总和法，即在地基沉降计算深度范围内划分为若干分层，计算各分层的压缩量，然后求其总和。为若干分层，计算各分层的压缩量，然后求其总和。计算时应先按基础荷载、基础形状和尺寸，以及土的计算时应先按基础荷载、基础形状和尺寸，以及土的有关指标求得土中应力的分布有关指标求得土中应力的分布(包括基底附加压力，地包括基底附加压力，地基中的自重应力和附加应力基中的自重应力和附加应力)。分层总和法的假定：分层总和法的假定：地基土压缩时不允许侧向变地基土压缩时不允许侧向变形形(膨胀膨胀)，即采用侧限条件下的压缩性指标。为了弥，即采用侧限条件下的压缩性指标。为了弥补这样得到的沉降量偏小的缺陷，取基底中心点下的补这样得到的沉降量偏小的缺陷，取基底中心点下的附加应力进行计算。附加应力进行计算。1、薄压缩土层的沉降计算、薄压缩土层的沉降计算当基础底面以下可压缩土层较薄当基础底面以下可压缩土层较薄且其下为不可压缩的岩层时，一般且其下为不可压缩的岩层时，一般当可压缩土层厚度当可压缩土层厚度H小于基底宽度小于基底宽度b的的12时时(图图234)，由于基底，由于基底摩阻力和岩层层面摩阻力对可压缩摩阻力和岩层层面摩阻力对可压缩土层的限制土层的限制作用，土层压缩时只出现很少的侧向变形，因而认为它与压缩作用，土层压缩时只出现很少的侧向变形，因而认为它与压缩仪中土样的受力和变形条件很相近，地基的最终沉降量仪中土样的受力和变形条件很相近，地基的最终沉降量S(m)就就可直接利用式可直接利用式(260b),以以S代替其中的代替其中的，以，以H代替代替,即得：即得：式中式中H薄可压缩土层的厚度，薄可压缩土层的厚度，m，根据薄土层顶面处和底面处自重应力根据薄土层顶面处和底面处自重应力(即初始压力即初始压力）的平均值从土的压缩曲线上查得的相应的）的平均值从土的压缩曲线上查得的相应的孔隙比；孔隙比；根据薄土层的顶面处和底面处自重应力根据薄土层的顶面处和底面处自重应力平均值与平均值与附加应力平均值附加应力平均值(即压力增量即压力增量，此处近似等于基底平均，此处近似等于基底平均附加压力附加压力)之和之和(即总压应力即总压应力)，从土的压缩曲，从土的压缩曲线上得到的相应的孔隙比。线上得到的相应的孔隙比。实际上，大多数地基的可压缩土层较厚而且是成层的。实际上，大多数地基的可压缩土层较厚而且是成层的。下面讨论较厚且成层可压缩土层的沉降计算。下面讨论较厚且成层可压缩土层的沉降计算。2、较厚且成层可压缩土层的沉降计算方法与步骤、较厚且成层可压缩土层的沉降计算方法与步骤（1）按比例尺绘制地基土层剖面图和基础剖面图（见例）按比例尺绘制地基土层剖面图和基础剖面图（见例图图2-6-1）；）；（2）地基土的分层。分层厚度一般取）地基土的分层。分层厚度一般取0.4b或或12m,此外此外,成层土的界面和地下水面是当然的分层面；成层土的界面和地下水面是当然的分层面；（3）地基竖向自重应力的计算。分别计算基底处、土层）地基竖向自重应力的计算。分别计算基底处、土层层面处及地下水位面处的自重应力，并画在基础中心线的层面处及地下水位面处的自重应力，并画在基础中心线的左侧；左侧；（4）计算基础底面中心点下各分层界面处的附加应力）计算基础底面中心点下各分层界面处的附加应力，并画在基础中心线的右侧；并画在基础中心线的右侧；（5）计算地基各分层自重应力平均值（）计算地基各分层自重应力平均值（）和）和自重应力平均值与附加应力平均值之和（自重应力平均值与附加应力平均值之和（）；）；（6）由土的压缩曲线分别依由土的压缩曲线分别依；（7）确定地基沉降计算深度（地基压缩层深度）。所谓）确定地基沉降计算深度（地基压缩层深度）。所谓地基地基沉降计算深度是指自基础底面向下需要计算压缩变形所到达沉降计算深度是指自基础底面向下需要计算压缩变形所到达的深度，亦称地基压缩层深度。的深度，亦称地基压缩层深度。该深度以下土层的压缩变形该深度以下土层的压缩变形值小到可以忽略不计。地基沉降计算深度的下限，一般取地值小到可以忽略不计。地基沉降计算深度的下限，一般取地基附加应力等于自重应力的基附加应力等于自重应力的20%处，即处，即处，在该处，在该深度以下如有高压缩性土，则应继续向下计算至深度以下如有高压缩性土，则应继续向下计算至处：计算精度均为处：计算精度均为5kPa(图图235)。（8）计算地基各分层的沉降量：）计算地基各分层的沉降量：（9）计算地基最终沉降量：）计算地基最终沉降量：二、按规范方法计算二、按规范方法计算建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范所推荐的地基最终沉降量计算所推荐的地基最终沉降量计算方法是另一种形式的分层总和法。它也采用侧限条件的压方法是另一种形式的分层总和法。它也采用侧限条件的压缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算，还规定了地缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算，还规定了地基沉降计算深度的标准以及提出了地基的沉降计算经验系基沉降计算深度的标准以及提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算成果接近于实测值。数，使得计算成果接近于实测值。1、基基底至地基任意深度底至地基任意深度z范围内的压缩量范围内的压缩量从基底至地基任意深度从基底至地基任意深度z范围内的压缩量为范围内的压缩量为:(图图2-36)式中式中为土的侧限压缩应变为土的侧限压缩应变; A:z深度范围内的附加应力图面积，深度范围内的附加应力图面积，为了便于计算，可以引入一个系数为了便于计算，可以引入一个系数 ，并令并令 ，则式则式2-73a2-73a改写为：改写为： 其中其中 上式表明上式表明 是是z z深度范围内附加应力系数深度范围内附加应力系数K K的平均值，所以的平均值，所以 称称 为平均附加应力系数。为平均附加应力系数。 几几何何意意义义：以以z z为为高高 为为底底的的矩矩形形面面积积，是是z z深深度度内内附附加加应力分布曲线所包围的面积的等代面积。应力分布曲线所包围的面积的等代面积。 2 2、成层地基中第、成层地基中第i i分层的压缩量分层的压缩量s s，时时 地基中第地基中第i i分层的压缩量分层的压缩量式中：式中： 和和 为为Z Zi i和和Z Zi i-1-1；深度范围内的平均附深度范围内的平均附加应力系数和附加应力图面积（图中面积加应力系数和附加应力图面积（图中面积12341234和和12561256）；）；AAi i=A=Ai i-A-Ai-1i-1；则表示第则表示第i i分层范围内的附加应力图面积分层范围内的附加应力图面积（图中面积（图中面积56345634）。）。3、规范推荐的地基最终沉降量的计算公式如下规范推荐的地基最终沉降量的计算公式如下：式中式中S按分层总和法计算的地基沉降量：按分层总和法计算的地基沉降量：沉降汁算经验系数，根据地区沉降观测资料及经沉降汁算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用表验确定，也可采用表311的数值，表中的数值，表中为深度为深度范围内土的压缩模量当量值范围内土的压缩模量当量值：其余参其余参量意义同前。量意义同前。 p0对应于荷载标准值时的基础底面附加压力对应于荷载标准值时的基础底面附加压力; Esi基础底面下第基础底面下第i层土的压缩模量。按实际应力范围层土的压缩模量。按实际应力范围取值；取值；zi、zi-1基础底面至第基础底面至第i层土、第层土、第i-1层土底面的距离；层土底面的距离； 基基础础底底基基面面至至第第i层层土土、第第i-1层层和和第第n层层土土底底面面范范围围内内的的平平均均附附加加应应力力系系数数，可可按按表表3-12、表表3-13查用。查用。表表3-12和表和表3-13分别为均布的矩形荷载角点下分别为均布的矩形荷载角点下(b为为荷载面宽度荷载面宽度)和三角形分布的矩形荷载角点下和三角形分布的矩形荷载角点下(b为三角形为三角形分布方向荷载面的边长分布方向荷载面的边长)的地基平均竖向附加应力系数，的地基平均竖向附加应力系数，借助于该两表可以运用角点法计算基底附加压力为均布、借助于该两表可以运用角点法计算基底附加压力为均布、三角形分布或梯形分布时地基中任意三角形分布或梯形分布时地基中任意点的平均竖向附加点的平均竖向附加应力系数值应力系数值。4、地基沉降计算深度地基沉降计算深度规范规定：由深度处向上取按表规范规定：由深度处向上取按表3-14规定的计算厚度（见规定的计算厚度（见图图2-37）所得的计算沉降量应满足）所得的计算沉降量应满足按上式所确定的沉降计算深度下若有软弱土层时，尚应向按上式所确定的沉降计算深度下若有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中厚的计算沉降量满足上式为下继续计算，直至软弱土层中厚的计算沉降量满足上式为止。止。当无相邻荷戴影响，基础宽度在当无相邻荷戴影响，基础宽度在130m范围内时，基础范围内时，基础中点的地基沉降计算深度规范规定，也可按下列简化公式中点的地基沉降计算深度规范规定，也可按下列简化公式计算：计算：28 28 地基变形与时间的关系地基变形与时间的关系一、饱和土的有效应力原理一、饱和土的有效应力原理前述在研究土中自重应力分布时前述在研究土中自重应力分布时(见节见节22)，都只考虑都只考虑土中某单位面积上的平均应力。实际上，如图土中某单位面积上的平均应力。实际上，如图248(a)所示，所示，土中任意截面土中任意截面(a-a截面截面)上都包括有土粒和粒间孔隙的面积上都包括有土粒和粒间孔隙的面积在内，在内，只有通过土粒接触点传递的粒间应力只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而粒间应力又是影响土体强此挤紧，从而引起土体的变形，而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。同时，度的一个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。同时，通过土中孔隙传递的压应力，称为孔隙压力，孔隙压力包括通过土中孔隙传递的压应力，称为孔隙压力，孔隙压力包括孔隙中的水压应力和气压应力。孔隙中的水压应力和气压应力。产生于土中孔隙水传递的压产生于土中孔隙水传递的压应力，称为孔隙水压力应力，称为孔隙水压力。饱和土中的孔隙水压力有静止孔隙。饱和土中的孔隙水压力有静止孔隙水压力和超静孔隙水压力之分。水压力和超静孔隙水压力之分。为了研究有效应力，取饱和土单元体中任一水平断面，但为了研究有效应力，取饱和土单元体中任一水平断面，但并不切断任何一个固体粒，而只是通过土粒之间的那些接触面，并不切断任何一个固体粒，而只是通过土粒之间的那些接触面，如图如图248(b)所示。图中横截面面积为，应力等于该单元体以所示。图中横截面面积为，应力等于该单元体以上土、水自重或外荷，此应力则称为总应力上土、水自重或外荷，此应力则称为总应力。在。在b-b截面上，截面上，作用在孔隙面积上的作用在孔隙面积上的(超静超静)孔隙水压力孔隙水压力u(注意超静孔隙水压力注意超静孔隙水压力不包括静止孔隙水压力，而超静孔隙水压力又往往简称孔隙水不包括静止孔隙水压力，而超静孔隙水压力又往往简称孔隙水压力压力)，而各力的竖向分量之和称为有效应力，而各力的竖向分量之和称为有效应力，具有关系式：具有关系式：因此得出结论：饱和土中任意点的总应力因此得出结论：饱和土中任意点的总应力，总是等于有总是等于有效应力效应力与与(超静超静)孔隙水压力孔隙水压力u之和；或土中任意点的有效应之和；或土中任意点的有效应力力，总是等于总应力总是等于总应力，减去减去(超静超静)孔隙水压力孔隙水压力u。二、饱和土的渗透固结二、饱和土的渗透固结一般认为当土中孔隙体积的一般认为当土中孔隙体积的80以上为水充满时，土中虽有以上为水充满时，土中虽有少量气体存在，但大都是封闭气体，就可视为饱和土。少量气体存在，但大都是封闭气体，就可视为饱和土。如前所述，饱和土在压力作用下，孔隙中的一些自由水将随如前所述，饱和土在压力作用下，孔隙中的一些自由水将随时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为时间而逐渐被排出，同时孔隙体积也随着缩小，这个过程称为饱和土的渗透固结或主固结。饱和土的渗透固结或主固结。饱和土的渗透固结，可借助弹簧活塞模型来说明。如图饱和土的渗透固结，可借助弹簧活塞模型来说明。如图249所示，所示，设想以弹簧来模拟土骨架，设想以弹簧来模拟土骨架，圆筒内的水就相当于土孔隙中圆筒内的水就相当于土孔隙中的水，则此模型可以用来说明的水，则此模型可以用来说明饱和土在渗透固结中，土骨架饱和土在渗透固结中，土骨架和孔隙水对压力的分担作用，和孔隙水对压力的分担作用，即施加在饱和土上的外压力开即施加在饱和土上的外压力开始时全部由土中水承担，随着始时全部由土中水承担，随着土孔隙中土孔隙中一些自由水的挤出，外压力逐渐转嫁给土骨架，直到全部由土一些自由水的挤出，外压力逐渐转嫁给土骨架，直到全部由土骨架承担为止。当在加压的那一瞬间骨架承担为止。当在加压的那一瞬间,由于由于所以，所以，而当固结变形完全稳定时，则，而当固结变形完全稳定时，则，u0。因此；只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗因此；只要土中孔隙水压力还存在，就意味着土的渗透固结变形尚未完成。换句话说，透固结变形尚未完成。换句话说，饱和土的固结就是孔隙水压饱和土的固结就是孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。力的消散和有效应力相应增长的过程。三、太沙基一维固结理论三、太沙基一维固结理论为求饱和土层在渗透固结过程中任意时间的变形，通常采用为求饱和土层在渗透固结过程中任意时间的变形，通常采用太沙基太沙基(K.Terzaghi，1925)提出的一维固结理论进行计算。其提出的一维固结理论进行计算。其适用条件为荷载面积远大于压缩土层的厚度，地基中孔隙水主适用条件为荷载面积远大于压缩土层的厚度，地基中孔隙水主要沿竖向渗流。对于堤坝及其地基，孔隙水主要沿二个方向渗要沿竖向渗流。对于堤坝及其地基，孔隙水主要沿二个方向渗流，属于二维固结问题，对于高层房屋地基，则应考虑三维固流，属于二维固结问题，对于高层房屋地基，则应考虑三维固结问题。结问题。如图如图250(a)所示的是一维固结的情况之一，其中厚度为所示的是一维固结的情况之一，其中厚度为H的饱和粘性土层的顶面是透水的、而其底面则不透水。假使该的饱和粘性土层的顶面是透水的、而其底面则不透水。假使该土层在自重作用下的固结已经完成，只是由于透水面上一次施土层在自重作用下的固结已经完成，只是由于透水面上一次施加的连续均布荷载才引起土层的固结。加的连续均布荷载才引起土层的固结。（）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土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；压缩和土中水的渗流都是一维的；4土中水的渗流服从于达西定律；土中水的渗流服从于达西定律；5，在渗透固结中，土的渗透系数和压缩系数都是不变的常，在渗透固结中，土的渗透系数和压缩系数都是不变的常数；数；6外荷是一次骤然施加的外荷是一次骤然施加的（二）一维固结微分方程及解答（二）一维固结微分方程及解答在饱和土层顶面下在饱和土层顶面下z深度处的一个微单元体深度处的一个微单元体图图250(b)。根根据据固结渗流的连续条件，该微单元体在某时间的水量变化应等固结渗流的连续条件，该微单元体在某时间的水量变化应等于同一时间该微单元体中孔隙体积的变化率于同一时间该微单元体中孔隙体积的变化率，可得，可得上式即饱和土的一维固结微分方程，其中上式即饱和土的一维固结微分方程，其中称为土的称为土的竖向固结系数。竖向固结系数。如图如图250(a)所示的初始条件所示的初始条件(开始固结时的附加应力分布情开始固结时的附加应力分布情况况)和边界条件和边界条件(可压缩可压缩土层顶底面的排水条件土层顶底面的排水条件)如下：如下：当当t0和和时时和和z0时时u0和和zH时时和和时时u0根据以上的初始条件和边界条件，采用分离变量法可求得式根据以上的初始条件和边界条件，采用分离变量法可求得式(2-104)的特解如下：的特解如下：竖向固结时间因数，竖向固结时间因数，其中，其中为竖向固结为竖向固结系数，系数，t为时间（年），为时间（年），H为压缩土层最远的排水距离，当土层为压缩土层最远的排水距离，当土层为单面为单面(上面或下面上面或下面)排水时，排水时，H取土层厚度，双面排水时，水取土层厚度，双面排水时，水由土层中心分别向上下两方向排出，此时由土层中心分别向上下两方向排出，此时H应取土层厚度之半。应取土层厚度之半。(三）固结度计算三）固结度计算有了孔隙水压力有了孔隙水压力u随时间随时间t和深度和深度z变化的函数解，即可求得变化的函数解，即可求得地基在任一时间的固结沉降。此时，通常需要用到地基的固结地基在任一时间的固结沉降。此时，通常需要用到地基的固结度度(或固结百分数或固结百分数)U这个指标，其定义如下这个指标，其定义如下或或对于竖向排水情况，由于固结沉降与有效应力成正比，所对于竖向排水情况，由于固结沉降与有效应力成正比，所以某一时刻有效应力图面积以某一时刻有效应力图面积和最终有效应力图面积之比值和最终有效应力图面积之比值见见图图250(a)，称为竖向排水的平均固结度称为竖向排水的平均固结度，其可推导为，其可推导为上上式式中中括括号号内内的的级级数数收收敛敛很很快快，当当U30时时可可近近似似地地取取其其中中第一项如下：第一项如下：(四四)、地基单面排水且上下面附加应力不等的情况、地基单面排水且上下面附加应力不等的情况为了便于实际应用，可以按公式绘制出如图为了便于实际应用，可以按公式绘制出如图3-53所示的所示的关系曲线关系曲线(10条条)。根据排水面附加应力与不排水面附。根据排水面附加应力与不排水面附加应力的比值查曲线。对于双面排水情况，都可利用图加应力的比值查曲线。对于双面排水情况，都可利用图3-53中中的曲线的曲线(应力比值应力比值=1)进行计算，此时，进行计算，此时，H取压缩土层厚度之半。取压缩土层厚度之半。(五）、地基沉降与时间关系计算五）、地基沉降与时间关系计算P124第三章第三章 土的抗剪强度土的抗剪强度 31概概 述述 土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。重要力学性质之一。工程中的地基承载力，挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与工程中的地基承载力，挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。土的抗剪强度直接相关。建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这具有抵抗这种剪应力的能力，并随剪应力的增加而增大，当这种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限种剪阻力达到某一极限值时，土就要发生剪切破坏，这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。32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1776年年CA库伦库伦(Coulomb)根据砂土的试验，将土的根据砂土的试验，将土的抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即抗剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即粘性土粘性土无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比，其本质是无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以及由于颗粒之间的滑动摩擦以及”凹凸面间的镶嵌作用所产生的凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决定于颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的摩阻力，其大小决定于颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级配等因素。大小以及颗粒级配等因素。由两部分组成：由两部分组成：砂土砂土粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部分是粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部分是摩擦力，另一部分摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由于粘性土颗粒之间的胶结作用和是土粒之间的粘结力，它是由于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。静电引力效应等因素引起的。土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条土的抗剪强度不仅与土的性质有关，还与试验时的排水条件、件、剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中剪切速率、应力状态和应力历史等许多因素有关，其中最重要的是试验时的排水条件，根据最重要的是试验时的排水条件，根据K太沙基太沙基(Terzaghi)的的有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土的骨架承担，因此，有效应力概念，土体内的剪应力仅能由土的骨架承担，因此，土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库土的抗剪强度应表示为剪切破坏面上法向有效应力的函数，库伦公式为伦公式为二、莫尔二、莫尔库伦强度理论库伦强度理论1910年莫尔年莫尔(Mohr)提出材料的破坏是剪切破坏，当任一提出材料的破坏是剪切破坏，当任一平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出在破坏面上的剪应力出在破坏面上的剪应力f，是该面上法向应力的函数，即是该面上法向应力的函数，即土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，如图土的莫尔包线通常可以近似地用直线代替，如图32虚线虚线所示，该直线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦公式表示所示，该直线方程就是库伦公式表示的方程。由库伦公式表示莫尔包线的强度理论称为莫尔莫尔包线的强度理论称为莫尔库伦强度理论。库伦强度理论。当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强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，该点即处于极限平衡状态，根据莫尔度时，就发生剪切破坏，该点即处于极限平衡状态，根据莫尔库伦理论，可得到土体中库伦理论，可得到土体中点的剪切破坏条件，即土的极限点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件平衡条件1、土中某点的应力状态、土中某点的应力状态下面仅研究平面问题，在土体中取一单元微体下面仅研究平面问题，在土体中取一单元微体图图33(a)，取微棱柱体取微棱柱体abc为隔离体为隔离体图图33(b)，将各力分别在将各力分别在水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：水平和垂直方向投影，根据静力平衡条件可得：联立求解以上方程得联立求解以上方程得mn平面上的应力为：平面上的应力为：由材料力学可知，以上由材料力学可知，以上与与之间的关系之间的关系也可以用莫尔应力圆表示也可以用莫尔应力圆表示图图33(c)，这样，莫尔圆就可以这样，莫尔圆就可以表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的座标就表表示土体中一点的应力状态，莫尔圆圆周上各点的座标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。示该点在相应平面上的正应力和剪应力。2、土的极限平衡条件、土的极限平衡条件土的极限平衡状态土的极限平衡状态当土体中某点的剪力：当土体中某点的剪力：f土体处于弹性平衡状态土体处于弹性平衡状态;f土体处于极限平衡状态土体处于极限平衡状态;f土体发生剪切破坏。土体发生剪切破坏。土的极限平衡条件土的极限平衡条件:土体处于极限平衡状态时，土体处于极限平衡状态时，之间的数学关系。之间的数学关系。为了建立土的极限平衡条件，可将抗剪强度包线与莫尔应力为了建立土的极限平衡条件，可将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张座标图上圆画在同一张座标图上(图图34)。它们之间的关系有以下三。它们之间的关系有以下三种情况：种情况：(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(圆圆1)，说明，说明该点在任何平面上的剪应力都小于土该点在任何平面上的剪应力都小于土所能发挥的抗剪强度所能发挥的抗剪强度()，因此不会发生剪切破坏，因此不会发生剪切破坏,(2)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(圆圆)，说明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪，说明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度强度()，实际上这种情况是不可能存在的；，实际上这种情况是不可能存在的；(3)莫尔莫尔圆与抗剪强度包线相切圆与抗剪强度包线相切(圆圆)，切点为，切点为A，说明在说明在A点所代表的点所代表的平面上，剪应力正好等于抗剪强度平面上，剪应力正好等于抗剪强度()，该点就处于，该点就处于极限平衡状态。圆极限平衡状态。圆称为极限应力圆。根据极限应力圆与抗剪称为极限应力圆。根据极限应力圆与抗剪强度包线之间的几何关系，可建立以下极限平衡条件。强度包线之间的几何关系，可建立以下极限平衡条件。设在土体中取一单元微体，如图设在土体中取一单元微体，如图35(a)所示，所示，mn为破裂面，为破裂面，它与大主应力的作用面成它与大主应力的作用面成角。该点处于极限平衡状态时角。该点处于极限平衡状态时的莫尔圆如图的莫尔圆如图35(b)所示。将抗剪强度线延长与所示。将抗剪强度线延长与轴相轴相交交于于R点，由三角形点，由三角形ARD可知：可知：土体的强度理论土体的强度理论1、土的强度破坏是由于土中某点剪切面上的剪应力达到、土的强度破坏是由于土中某点剪切面上的剪应力达到了土的抗剪强度造成的；了土的抗剪强度造成的；2、剪裂面发生在与大主应力作用面成、剪裂面发生在与大主应力作用面成的斜面上；的斜面上；3、达到极限平衡状态时，应力圆与抗剪强度线相切，且、达到极限平衡状态时，应力圆与抗剪强度线相切，且满足：满足：粘性土粘性土或或,无粘性土无粘性土，且一组极限应力圆的包线就是土的抗剪强度线。且一组极限应力圆的包线就是土的抗剪强度线。3 33 3抗剪强度的测定方法抗剪强度的测定方法 抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切试验，三轴压缩试验和无侧限抗压试验，在现场原位测试的切试验，三轴压缩试验和无侧限抗压试验，在现场原位测试的有十字板剪切试验，大型直接剪切试验等。本节着重介绍几种有十字板剪切试验，大型直接剪切试验等。本节着重介绍几种常用的试验方法。常用的试验方法。一、直接剪切试验一、直接剪切试验直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，试验时，由杠直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力，然然后等速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平后等速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与上接触面上产生剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环的变形值计算盒接触的量力环的变形值计算确定。在剪切过程中，随着上下确定。在剪切过程中，随着上下盒相对剪切变形的发展，土样中的抗剪强度逐渐发挥出来，直盒相对剪切变形的发展，土样中的抗剪强度逐渐发挥出来，直到剪应力等于土的抗剪强度时，土样剪切破坏，所以土样的抗到剪应力等于土的抗剪强度时，土样剪切破坏，所以土样的抗剪强度可用剪切破坏时的剪应力来量度。剪强度可用剪切破坏时的剪应力来量度。对同一种土至少取对同一种土至少取4个试样，分别在不同垂直压力下剪切个试样，分别在不同垂直压力下剪切破坏，一般可取垂直压力为破坏，一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa，将试将试验结果绘制成如图验结果绘制成如图37(b)所示的抗剪强度所示的抗剪强度和垂直压力和垂直压力之之间关系，试验结果表明，对于粘性土间关系，试验结果表明，对于粘性土基本上成直线关系，该基本上成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角直线与横轴的夹角为内摩擦角，在纵轴上的截距为粘聚力，在纵轴上的截距为粘聚力c，直线方程可用库伦公式直线方程可用库伦公式(32)表示，对于无粘性土，表示，对于无粘性土，之间关系则是通过原点的一条直线，可用式之间关系则是通过原点的一条直线，可用式(3-1)表示。表示。为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直接剪切试验分为快剪、固结快剪和慢直接剪切试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种方法。剪三种方法。快剪试验是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力快剪试验是在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏使试样剪切破坏;固结快剪是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，固结快剪是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏;慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。二、三轴压缩试验二、三轴压缩试验三轴压缩试验是测定土抗剪强度的三轴压缩试验是测定土抗剪强度的种较为完善的方法。种较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成，如图隙水压力量测系统等组成，如图3-8所示所示常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各向受到周围压力在各向受到周围压力，并使液压在整个试验过程中保持不，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力图图39(a)。然后再通过传力杆对试然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样，件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏图图39(b)。设剪切破坏时由传力杆加在试件设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为上的竖向压应力为，则，则试件上的大主应力为试件上的大主应力为，而小主应力为，而小主应力为，以以()为直径可画出一个极限应力圆，如图为直径可画出一个极限应力圆，如图39(c)中中的圆的圆I，用同一种土样的若干个试件用同一种土样的若干个试件(三个以上三个以上)按以上所述方按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力，可分别得，可分别得出剪切破坏时的大主应力出剪切破坏时的大主应力，将这些结果绘成一组极限应，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图力圆，如图39(c)中的圆中的圆I、和和。由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔库伦理论，作一库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线即为土的抗剪强度包线(图图39c)，通常可近似取为一条直线，该直线与横座标的夹角即土的内通常可近似取为一条直线，该直线与横座标的夹角即土的内摩擦角摩擦角，直线与纵座标的截距即为土的粘聚力，直线与纵座标的截距即为土的粘聚力c如要量测试验过程中的孔隙水压力，可以打开孔隙水压力如要量测试验过程中的孔隙水压力，可以打开孔隙水压力阀，在试件上施加压力以后，由于土中孔隙水压力增加迫使零阀，在试件上施加压力以后，由于土中孔隙水压力增加迫使零位指示器的水银面下降，为量测孔隙水压力，可用调压筒调整位指示器的水银面下降，为量测孔隙水压力，可用调压筒调整零位指示器的水银面始终保持原来的位置，这样，孔隙水压力零位指示器的水银面始终保持原来的位置，这样，孔隙水压力表中的读数就是孔隙水压力值。如要量测试验过程中的排水量，表中的读数就是孔隙水压力值。如要量测试验过程中的排水量，可打开排水阀门，让试件中的水排入量水管中，根据置水管中可打开排水阀门，让试件中的水排入量水管中，根据置水管中水位的变化可算出在试验过程中试样的排水量。水位的变化可算出在试验过程中试样的排水量。对应于直接剪切试验的快剪，固结快剪和慢剪试验，三轴对应于直接剪切试验的快剪，固结快剪和慢剪试验，三轴压缩试验按剪切前的压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件固结程度和剪切时的排水条件，分为以下，分为以下三种试验方法：三种试验方法：(1)不固结不排水试验不固结不排水试验试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中部不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。个过程中部不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。(2)固结不排水试验固结不排水试验试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，待试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。水的条件下剪切破坏。(3)固结排水试验固结排水试验试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。力至试件剪切破坏。三、无侧限抗压强度试验三、无侧限抗压强度试验根据试验结果，只能作一个极限根据试验结果，只能作一个极限应力圆应力圆()，因此对于一般粘性土就难以作出破坏包线。而对于，因此对于一般粘性土就难以作出破坏包线。而对于饱和粘饱和粘性土性土，根据在三轴不固结不排水试验的结果，其破坏包线近于，根据在三轴不固结不排水试验的结果，其破坏包线近于一条水平线一条水平线(见节见节35)即即这样，如仅为了测定饱和粘性这样，如仅为了测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就可以利用构造比较简单的无侧限压力土的不排水抗剪强度，就可以利用构造比较简单的无侧限压力仪代替三轴仪。此时，取仪代替三轴仪。此时，取，则由无侧限抗压强度试验，则由无侧限抗压强度试验所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包线，由图所得的极限应力圆的水平切线就是破坏包线，由图310(b)得得四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，但由于试样室内的抗剪强度测试要求取得原状土样，但由于试样在采取、运送、保存和制备等方不可避免地受到扰动，含在采取、运送、保存和制备等方不可避免地受到扰动，含水量也很难保持，特别是对于高灵敏度的软粘土，室内试水量也很难保持，特别是对于高灵敏度的软粘土，室内试验结果的精度就受到影响。因此，发展就地测定土的性质验结果的精度就受到影响。因此，发展就地测定土的性质的仪器具有重要意义。它不需取原状土样，试验时的排水的仪器具有重要意义。它不需取原状土样，试验时的排水条件，受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很难条件，受力状态与土所处的天然状态比较接近，对于很难取样的土取样的土(例如软粘土例如软粘土)也可以进行测试。也可以进行测试。在抗剪强度的原位测试方法中。目前国内广泛应用的在抗剪强度的原位测试方法中。目前国内广泛应用的是十字板剪切试验。是十字板剪切试验。设剪切破坏时所施加的扭矩为设剪切破坏时所施加的扭矩为M，则它应该与剪切破则它应该与剪切破坏圆柱面坏圆柱面(包括侧面和上下面包括侧面和上下面)上土的抗剪强度所产生的抵上土的抗剪强度所产生的抵抗力矩相等，即：抗力矩相等，即：实用上为了简化计算，实用上为了简化计算， 目前在常规的十字板试验中仍目前在常规的十字板试验中仍假设假设 ，将这一假设代入式，将这一假设代入式(315)(315)中，得中，得(315)由于十字板在现场测定的土的抗剪强度，属于不排水剪切由于十字板在现场测定的土的抗剪强度，属于不排水剪切的试验条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验结果接近，的试验条件，因此其结果应与无侧限抗压强度试验结果接近，即即34抗剪强度的影响因素抗剪强度的影响因素一、抗剪强度的来源一、抗剪强度的来源1.无粘性土无粘性土（1）内摩擦力）内摩擦力（2）咬合力）咬合力2.粘性土粘性土（1）内摩擦力）内摩擦力（2）粘聚力。）粘聚力。二、影响抗剪强度的因素二、影响抗剪强度的因素1.物理化学性质的影响物理化学性质的影响（1）土粒的矿物成分；）土粒的矿物成分；（2）土的颗粒形状与级配；）土的颗粒形状与级配；（3）土的原始密度；）土的原始密度；（4）土的含水量；）土的含水量；（5）土的结构。）土的结构。2.孔隙水压力的影响孔隙水压力的影响三、抗剪强度指标的选择三、抗剪强度指标的选择抗剪强度指标它不仅随剪切条件不同而异，而且还受许多抗剪强度指标它不仅随剪切条件不同而异，而且还受许多因素因素(例如：土的各向异性、应力历史、蠕变等例如：土的各向异性、应力历史、蠕变等)的影响。此外，的影响。此外，对于同一种土，强度指标与试验方法以及试验条件都有关。对于同一种土，强度指标与试验方法以及试验条件都有关。若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不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，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪试验的结良时，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪试验的结果；果；如果地基荷载增长速率较慢，地基土的透水性不太小（如如果地基荷载增长速率较慢，地基土的透水性不太小（如低塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土层中夹砂层），低塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土层中夹砂层），则可以采用固结排水或慢剪试验；则可以采用固结排水或慢剪试验；如果介于以上两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪如果介于以上两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪试验结果。试验结果。35地基的临塑荷载和塑性荷载地基的临塑荷载和塑性荷载一、地基破坏型式一、地基破坏型式整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种。整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏三种。1、整体剪切破坏的特征、整体剪切破坏的特征当当基基础础荷荷载载较较小小时时，基基底底压压力力p与与沉沉降降s基基本本上上成成直直线线关关系系，当当荷荷载载增增加加到到某某一一数数值值时时，在在基基础础边边缘缘处处的的土土开开始始发发生生剪剪切切破破坏坏，随随着着荷荷载载的的增增加加，破破坏坏区区（或或称称塑塑性性变变形形区区）逐逐渐渐扩扩大大,如如果果基基础础上上的的荷荷载载继继续续增增加加，剪剪切切破破坏坏区区不不断断扩扩大大，最最终终在在地地基基中中形形成成一一连连续续的的滑滑动动面面，基基础础急急剧剧下下沉沉或或向向一一侧侧倾倾倒倒，同同时时基基础础四四周周的的地地面面隆隆起起，地地基基发发生生整整体体剪剪切切破坏图破坏图4-27（a）2、局部剪切破坏的特征、局部剪切破坏的特征是介于整体剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏型式，是介于整体剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏型式，剪切破坏也从基础边缘开始，但滑动面不发展到地面，剪切破坏也从基础边缘开始，但滑动面不发展到地面，而是限制在地基内部某一区域，基础四周地面也有隆起而是限制在地基内部某一区域，基础四周地面也有隆起现象，但不会有明显的倾斜和倒塌图现象，但不会有明显的倾斜和倒塌图4-27（b）。）。3、冲剪破坏的特征冲剪破坏的特征是由于基础下较弱土的压缩变形使基础连续下沉，如是由于基础下较弱土的压缩变形使基础连续下沉，如荷载继续增加到某一数值时，基础可能向下荷载继续增加到某一数值时，基础可能向下“切入切入”土土中一样，基础侧面附近的土体因垂直剪切而破坏图中一样，基础侧面附近的土体因垂直剪切而破坏图4-27（c），），冲剪破坏时，地基中没有出现明显的连续滑冲剪破坏时，地基中没有出现明显的连续滑动面，基础四周的地面不隆起，基础没有很大的倾斜。动面，基础四周的地面不隆起，基础没有很大的倾斜。一般地说，对于密实砂土和坚硬粘土将出现整体剪切破一般地说，对于密实砂土和坚硬粘土将出现整体剪切破坏，坏，而对于压缩性比较大的松砂和软粘土，将可能出现局部而对于压缩性比较大的松砂和软粘土，将可能出现局部剪切或冲剪破坏。剪切或冲剪破坏。此外，破坏型式还与基础理深、加荷速率等因素有关，此外，破坏型式还与基础理深、加荷速率等因素有关，3、基于整体剪切破坏地基破坏的三个阶段、基于整体剪切破坏地基破坏的三个阶段（1）、直线变形阶段：）、直线变形阶段：PS曲线的曲线的oa段，地基中任意段，地基中任意点的剪应力小于土的抗剪强度，土的变形主要由于土中点的剪应力小于土的抗剪强度，土的变形主要由于土中孔隙体积减小引起孔隙体积减小引起,PS曲线的曲线的oa段段为直线段为直线段；（2）、塑性变形阶段：）、塑性变形阶段：PS曲线的曲线的ab段，地基在局段，地基在局部范围内发生剪切破坏（塑性区），由于基础边缘处的部范围内发生剪切破坏（塑性区），由于基础边缘处的剪应力最大，塑性区从基础边缘开始，随着荷载的增加剪应力最大，塑性区从基础边缘开始，随着荷载的增加塑性区向纵深发展，土的变形主要由塑性区向纵深发展，土的变形主要由于土中孔隙体积的减小和土粒剪切移动同时引起，土粒于土中孔隙体积的减小和土粒剪切移动同时引起，土粒兼有竖向和侧向变形，随着时间的增长不宜稳定；兼有竖向和侧向变形，随着时间的增长不宜稳定；（3）、完全剪切破坏阶段：）、完全剪切破坏阶段：PS曲线的曲线的bc段，由于随段，由于随着荷载的持续，塑性区不断向纵深发展，最后发展到连着荷载的持续，塑性区不断向纵深发展，最后发展到连成一片，地基形成一个连续的滑动面，只要荷载稍增加，成一片，地基形成一个连续的滑动面，只要荷载稍增加，基础急剧下沉，同时，在基础周围的地面有隆起现象。基础急剧下沉，同时，在基础周围的地面有隆起现象。4、地基的临界荷载、地基的临界荷载（1）临塑荷载）临塑荷载Pcr：是指在外荷载作用下，地基刚开始是指在外荷载作用下，地基刚开始产生塑性变形时，基础底面单位面积上所承受的荷载。产生塑性变形时，基础底面单位面积上所承受的荷载。PS曲线曲线a点对应的荷载。点对应的荷载。（2）极限荷载）极限荷载Pu：地基承受基础荷载的极限压力。地基承受基础荷载的极限压力。PS曲线曲线b点对应的荷载。点对应的荷载。二、浅基础的地基临塑荷载二、浅基础的地基临塑荷载 1、塑性区的边界方程、塑性区的边界方程设在地表作用一均布的条形荷载设在地表作用一均布的条形荷载p0，如图如图4-29（a）所示，它在地表下任一点所示，它在地表下任一点M处产生的大、处产生的大、小主应力可按下式计算小主应力可按下式计算 实际上一般基础都具有一定埋置深度实际上一般基础都具有一定埋置深度d d，如图如图4-294-29（b b）所示，此时地基中任意一点的应力所示，此时地基中任意一点的应力除了由基底附加压力（除了由基底附加压力（p-p-d d）产生以外，还产生以外，还有土自重应力（有土自重应力（d dz z）。）。由于由于M M点上的自点上的自重应力在各向是不等的，因此严格讲，以上两重应力在各向是不等的，因此严格讲，以上两项在项在M M点产生的应力在数值上不能叠加。但在点产生的应力在数值上不能叠加。但在推导临塑荷载公式中，认为土处于极限平衡状推导临塑荷载公式中，认为土处于极限平衡状态与固体处于塑性状态一样，即态与固体处于塑性状态一样，即假设各向的土假设各向的土自重应力相等自重应力相等。因此，地基中任意一点的。因此，地基中任意一点的1 1和和3 3可写成如下形式：可写成如下形式： 上式为塑性区的边界方程。它表示塑性区边界上任意一上式为塑性区的边界方程。它表示塑性区边界上任意一点的点的z与与之间的关系。如果之间的关系。如果基础的埋置深度基础的埋置深度d、荷载荷载p0以及土的以及土的、c、已知，则根据上式可绘出塑性区的已知，则根据上式可绘出塑性区的边界线，如图边界线，如图4-30所示。所示。2 2、塑性区的最大深度、塑性区的最大深度z zmaxmax 可由可由 dz/ddz/d=0=0的条件求得，即的条件求得，即 3、地基临塑荷载、地基临塑荷载当当荷荷载载增增大大时时，塑塑性性区区就就发发展展，该该区区的的最最大大深深度度也也随随而而增增大大；若若 ，表表示示中中刚刚要要出出现现但但尚尚未未出出现现塑塑性性区区，相相应应的的荷荷载载即即为为临临塑塑荷荷载载P Pcrcr 。因因此此，在在式式（4-384-38）中中令令 ，得临塑荷载的表达式如下：得临塑荷载的表达式如下：或或 PcrPcr= =N Nd dd+NcCd+NcC即使地基发生局部剪切破坏，地基中的塑性区有所即使地基发生局部剪切破坏，地基中的塑性区有所 4 4、浅基础的地基塑性荷载、浅基础的地基塑性荷载 塑性区的最大深度塑性区的最大深度 可以控制在基础宽度的可以控制在基础宽度的1/41/4( (中心荷载基础）或中心荷载基础）或1/3(1/3(偏心荷载基础）相应偏心荷载基础）相应 的荷载用的荷载用P1/4 或或P1/3 表示。因此，在塑性区开展的最大表示。因此，在塑性区开展的最大深度中深度中 得：得：发展，只要塑性区的范围不超出某一限度，就不致影发展，只要塑性区的范围不超出某一限度，就不致影响建筑物的安全和使用，因此，如果响建筑物的安全和使用，因此，如果 用作为浅基用作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的。础的地基承载力无疑是偏于保守的。48浅基础的地基极限承载力浅基础的地基极限承载力一、普朗德尔极限承载力理论一、普朗德尔极限承载力理论1920年普朗德尔年普朗德尔(Prandtl)根据塑性理论，研究了根据塑性理论，研究了刚性冲模压入无质量的半无限刚塑性介质时，导出了刚性冲模压入无质量的半无限刚塑性介质时，导出了介质达到破坏时的滑动面形状和极限压应力公式，介质达到破坏时的滑动面形状和极限压应力公式，并并应用到地基极限承载力中应用到地基极限承载力中。根据土体极限平衡理论，对于一无限长的、底面光根据土体极限平衡理论，对于一无限长的、底面光滑的条形荷载板置于无质量的土的表面上，当荷载板滑的条形荷载板置于无质量的土的表面上，当荷载板下的土体处于塑性平衡状态时，塑流边界为如图下的土体处于塑性平衡状态时，塑流边界为如图431所示。所示。 dcbcd塑性区共分五个区，即一个塑性区共分五个区，即一个区，两个区，两个区和两个区和两个区。区。区由于基底是光滑的因此在区由于基底是光滑的因此在区的大主应力区的大主应力1是是垂直向的，破裂面与水平面成垂直向的，破裂面与水平面成45/2角，称为角，称为主动主动朗肯区；朗肯区； 区：大主应力区：大主应力1 1是水平向的，其破裂面与水平面成是水平向的，其破裂面与水平面成4545/2/2角，称为角，称为被动朗肯区被动朗肯区； 区中的滑动线，一组是对数螺线区中的滑动线，一组是对数螺线bcbc、 bcbc ，另一组则另一组则是以是以a a和和a a为起点的辐射状直线为起点的辐射状直线a ac c、 a ab b和和acac、 abab ，对数螺线的方程可表示为：对数螺线的方程可表示为： 式中式中 r r是从起点是从起点o o到任意点到任意点m m的距离（图的距离（图4-324-32）；）；r r0 0是沿任是沿任一所选择的轴线一所选择的轴线onon的距离；的距离；是是onon与与omom之间的夹角，任一之间的夹角，任一点点m m的半径与该点的法线成的半径与该点的法线成角。角。 对于以上所述情况，普朗德尔得出极限承载力的理论解对于以上所述情况，普朗德尔得出极限承载力的理论解为为其中其中如果考虑到基础有埋置深度如果考虑到基础有埋置深度d(图图433)，将基底水平面，将基底水平面以上的土重用均布超载以上的土重用均布超载代替。代替。其中其中(4-44)二、太沙基承载力理论二、太沙基承载力理论( (一）、条型基础（整体剪切破坏）一）、条型基础（整体剪切破坏） 因为基底实际上往往是粗糙的，太沙基假设基底与土之因为基底实际上往往是粗糙的，太沙基假设基底与土之间的摩擦力阻止了在基底处剪切位移的发生，因此直接在间的摩擦力阻止了在基底处剪切位移的发生，因此直接在基底以下的土不发生破坏而处于弹性平衡状态，破坏时，基底以下的土不发生破坏而处于弹性平衡状态，破坏时，它象一它象一“弹性核弹性核”随着基础一起向下移动，如图随着基础一起向下移动，如图4-4-3434（a a）所示的所示的区。区。 如果考虑到土是有质量的（如果考虑到土是有质量的（00），），而而 c c0 0，00，以及基础荷载是作用在地表（以及基础荷载是作用在地表（d=0d=0），），则破坏时理则破坏时理论上的塑流边界为如图论上的塑流边界为如图4-344-34（a a）所示的所示的abcdabcd和和a abcbcd d。其中其中区的滑动面一组是由对数螺线形成的曲面，另一组区的滑动面一组是由对数螺线形成的曲面，另一组则是辐射向的曲面；则是辐射向的曲面；区是被动朗肯区，滑动面是平面，区是被动朗肯区，滑动面是平面，它与水平面的夹角为（它与水平面的夹角为（45-/245-/2）。）。为了便于推导公式，将曲面为了便于推导公式，将曲面abab和和a ab b用平面代替，并用平面代替，并与与水水平平面面成成角角；如如图图4-344-34（b b）所所示示。一一般般4545/2/2。极极限限承承载载力力可可以以根根据据弹弹性性土土楔楔aaaab b的的静静力力平平衡衡条条件件确确定定。破破坏坏时时，作作用用于于abab和和a ab b面面上上的的力力是是被被动动土土压压力力，如如果果忽忽略略土土楔楔aabaab的的自自重重，则则由由作作用用于于土土楔楔上上的的各各力在垂直方向的静力平衡条件得：力在垂直方向的静力平衡条件得：(4-49)上列各式中上列各式中Ep是被动土压力，是被动土压力，角是未知的，需要用试算法角是未知的，需要用试算法确定，用不同的确定，用不同的角进行试算，直到得出最小的角进行试算，直到得出最小的Nr值，值，Nr是是考虑土质量影响的又一无量纲的承载力因数。考虑土质量影响的又一无量纲的承载力因数。对于所有一般的情况，太沙基认为浅基础的地基极限承对于所有一般的情况，太沙基认为浅基础的地基极限承载力可近似地假设为分别由以下三种情况计算结果的总和：载力可近似地假设为分别由以下三种情况计算结果的总和：(1)、土是无质量的，有粘聚力和内摩擦角，没有超载；、土是无质量的，有粘聚力和内摩擦角，没有超载；(2)、土是没有质量的，无粘聚力有内摩擦角，有超载；、土是没有质量的，无粘聚力有内摩擦角，有超载；(3)、土是有质量的，没有粘聚力，但有内摩擦角，没有超、土是有质量的，没有粘聚力，但有内摩擦角，没有超载。因此，极限承载力可近似由式载。因此，极限承载力可近似由式(4-44)和式和式(4-49)叠加得：叠加得：(4-50)式中：式中： c c地基土的粘聚力，地基土的粘聚力，KPaKPa；地基土的重度，地基土的重度，kNkNm m3 3； qq基底水平面以上基础两侧的超载基底水平面以上基础两侧的超载，q=dq=d，KpaKpa； b b、dd基底的宽度和埋置深度，基底的宽度和埋置深度，m m； NcNc、NqNq、N N无量纲的承载力因数，仅与土的内无量纲的承载力因数，仅与土的内 摩擦摩擦角角有关。有关。( (二二) )、对于局部剪切破坏的情况（软粘土和松砂）、对于局部剪切破坏的情况（软粘土和松砂） 太太沙沙基基根根据据应应力力应应变变关关系系的的资资料料建建议议用用经经验验的的方方法法，调整抗剪强度指标调整抗剪强度指标c c和和，即用即用 对于边长为对于边长为b b的正方形基础：的正方形基础： 以上两式适用于发生整体剪切破坏的坚硬粘土和密实砂的以上两式适用于发生整体剪切破坏的坚硬粘土和密实砂的情况。情况。三、影响极限荷载的因素三、影响极限荷载的因素1 1、地基的破坏形式；、地基的破坏形式； 通常地基发生整体滑动破坏时，极限荷载大，发生冲通常地基发生整体滑动破坏时，极限荷载大，发生冲剪破坏时，极限荷载小。剪破坏时，极限荷载小。2 2、地基土的指标；、地基土的指标；与极限荷载有关的主要是土的强度指标与极限荷载有关的主要是土的强度指标 。土的土的 越大，则极限荷载相应也越大。越大，则极限荷载相应也越大。3 3、基础底面尺寸；、基础底面尺寸；4 4、荷载作用方向；、荷载作用方向；5 5、荷载作用时间。、荷载作用时间。第四章第四章土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定41概概述述1、挡土墙防止土体坍塌的构筑物。其种类有：支撑建筑、挡土墙防止土体坍塌的构筑物。其种类有：支撑建筑物周围填土的挡土墙，地下室侧墙，桥台以及贮藏粒状材料物周围填土的挡土墙，地下室侧墙，桥台以及贮藏粒状材料的挡墙等的挡墙等(图图4-1)。2、土压力挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产、土压力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。土压力随挡土墙可能位移的方向分为主动土生的侧向压力。土压力随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力，被动土压力和静止土压力。压力，被动土压力和静止土压力。3土坡天然土坡和人工土坡。由于某些外界不利因素，土土坡天然土坡和人工土坡。由于某些外界不利因素，土坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性，土坡的坍塌常造成坡可能发生局部土体滑动而失去稳定性，土坡的坍塌常造成严重的工程事故，并危及人身安全，因此，应验算边坡的稳严重的工程事故，并危及人身安全，因此，应验算边坡的稳定性及采取适当的工程措施。定性及采取适当的工程措施。4-2挡土墙上的土压力挡土墙上的土压力挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类，填土方向、墙后填土的种类，填土面的形式，墙的截面刚度和地面的形式，墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：一、主动土压力一、主动土压力当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用表示，如表示，如图图4-2(a)所示。所示。产生主动土压力的条件：产生主动土压力的条件：位移方向：墙体向前位移；位移方向：墙体向前位移；位移量：密砂时，位移量：密砂时，；密实粘性土时，密实粘性土时，。二、被动土压力二、被动土压力当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用被动土压力，用Ep表示，表示，如图如图4-2(b)所示，桥台受到桥上荷载推向土体时，土对桥所示，桥台受到桥上荷载推向土体时，土对桥台产台产生的侧压力属被动土压力。生的侧压力属被动土压力。产生主动土压力的条件：产生主动土压力的条件：位移方向：墙体向后位移；位移方向：墙体向后位移；位移量：密砂时，位移量：密砂时，；密实粘性土时，密实粘性土时，。三、静止土压力三、静止土压力当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力，用墙的压力称为静止土压力，用Eo表示：如图表示：如图4-2(c)所示，所示，地下室外墙可视为受静止土压力的作用。地下室外墙可视为受静止土压力的作用。土压力的计算理论主要有古典的朗肯土压力的计算理论主要有古典的朗肯(Rankine，1857)理论和库伦理论和库伦(COUlomb,1776)理论。实验研究表明：在相同条理论。实验研究表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即动土压力，亦即而且产生被动土压力所需的位移量大超过产生主动土压而且产生被动土压力所需的位移量大超过产生主动土压力所需的位移量力所需的位移量(图图43)。四、影响土压力的因素四、影响土压力的因素1、挡土墙的位移、挡土墙的位移（影响土压力大小的最主要因素）；（影响土压力大小的最主要因素）；2、挡土墙形状；、挡土墙形状；3、填土的性质。、填土的性质。五、静止土压力的计算五、静止土压力的计算静止土压力可按以下所述方法计算，在填土表面下任意深度静止土压力可按以下所述方法计算，在填土表面下任意深度z处取处取一微小单元体一微小单元体(图图44)，其上作用着竖向的土自重应力，其上作用着竖向的土自重应力，则该处，则该处的静止土压力强度可按下式计算：的静止土压力强度可按下式计算：43朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计算方法。条件而得出的土压力计算方法。土体处于弹性平衡状态土体处于弹性平衡状态图图4-5(a)表示一表面为水平面的半空间，即土体向下和沿水表示一表面为水平面的半空间，即土体向下和沿水平方向都伸展至无穷，在距地表平方向都伸展至无穷，在距地表z处取一单位微体处取一单位微体M，当整个土当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态。设土的重度体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态。设土的重度为为r，显然显然M单元水平截面上的法向应力等于该处土的自重应力，单元水平截面上的法向应力等于该处土的自重应力，即即而竖直截面上的法向应力为：而竖直截面上的法向应力为：由于土体内每一竖直面都是对称面，因此竖直截面和水平截面上的由于土体内每一竖直面都是对称面，因此竖直截面和水平截面上的剪应力都等于零，因而相应截面上的法向应力剪应力都等于零，因而相应截面上的法向应力和和都是主应力，此都是主应力，此时的应力状态用莫尔圆表示为如图时的应力状态用莫尔圆表示为如图4-5(a)所示的圆所示的圆I，由于该点处于弹性由于该点处于弹性平衡状态，故莫尔圆没有和抗剪强度包线相切平衡状态，故莫尔圆没有和抗剪强度包线相切。土体处于塑性平衡状态土体处于塑性平衡状态设想由于某种原因将使整个土体在水平方向均匀地伸展或设想由于某种原因将使整个土体在水平方向均匀地伸展或压缩，使土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状态。压缩，使土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状态。主动朗肯状态主动朗肯状态如果土体在水平方向伸展，则如果土体在水平方向伸展，则M单元在水平截面上的法向单元在水平截面上的法向应力应力不变而竖直截面上的法向应力不变而竖直截面上的法向应力却逐渐减少，直至满却逐渐减少，直至满足极限平衡条件为止足极限平衡条件为止(称为主动朗肯状称为主动朗肯状态态)，此时，此时达最低限达最低限值值，因此，因此，是小主应力，而是小主应力，而是大主应力，并且莫尔是大主应力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切，如图圆与抗剪强度包线相切，如图4-5(b)圆圆所示。若土体继续伸所示。若土体继续伸展，则只能造成塑性流动，而不致改变其应力状态。展，则只能造成塑性流动，而不致改变其应力状态。被动朗肯状态被动朗肯状态如果土体在水平方向压缩，那末如果土体在水平方向压缩，那末不断增加而不断增加而却仍保却仍保持不变，直到满足极限平衡条件持不变，直到满足极限平衡条件(称为被动朗肯状态称为被动朗肯状态)时时达达最大限值最大限值，这时，这时是大主应力而是大主应力而是小主应力，莫尔是小主应力，莫尔圆为图圆为图45(b)中的圆中的圆。剪切破坏面的夹角剪切破坏面的夹角由于土体处于主动朗肯状态时大主应力所作用的面是水平由于土体处于主动朗肯状态时大主应力所作用的面是水平面，故剪切破坏面与竖直面的夹角为面，故剪切破坏面与竖直面的夹角为，当土体处于被，当土体处于被动朗肯状态时，大主应力的作用面是动朗肯状态时，大主应力的作用面是竖直面，故剪切破坏面竖直面，故剪切破坏面与水平面的夹角为与水平面的夹角为图图45(d)，因此，整个土体因此，整个土体由由互相平行的两簇剪切面组成。互相平行的两簇剪切面组成。朗肯设想朗肯设想朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算中，他设想用墙朗肯将上述原理应用于挡土墙土压力计算中，他设想用墙背直立的挡土墙代替半空间背直立的挡土墙代替半空间左边的土左边的土(图图46)，如果墙背与，如果墙背与土的接触面上满足剪应力为零的边界应力条件以及产生土的接触面上满足剪应力为零的边界应力条件以及产生主动主动或被动朗肯状态的边界变形条件，则墙后土体的应力状态不变或被动朗肯状态的边界变形条件，则墙后土体的应力状态不变由此可以推导出主动和被动土压力计算公式。由此可以推导出主动和被动土压力计算公式。适用条件：适用条件：墙背垂直、光滑墙背垂直、光滑和填土面水平。和填土面水平。一、主动土压力一、主动土压力由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力和小主应力之间应满足以下关系式：大主应力和小主应力之间应满足以下关系式：粘性土：粘性土：或或无粘性土：无粘性土：或或对于如图对于如图46所示的挡土墙，所示的挡土墙，设墙背光滑设墙背光滑(为了满足剪应为了满足剪应力为零的边界应力条件力为零的边界应力条件)、直立，填土面水平。、直立，填土面水平。当挡土墙偏离当挡土墙偏离土体时，由于墙后土体中离地表为任意深度处的土体时，由于墙后土体中离地表为任意深度处的竖向应力竖向应力不变，亦即大主应力不变，而水平应力不变，亦即大主应力不变，而水平应力却逐渐减少直至产生主动朗肯状态，却逐渐减少直至产生主动朗肯状态，此时此时是小主应力是小主应力，也就是主动土压力分布强度，由极限平衡条件式，也就是主动土压力分布强度，由极限平衡条件式(39)和和(311)得：得：无粘性土：无粘性土：或或粘性土：粘性土：或或 填土的内摩擦角，度；填土的内摩擦角，度； z z所计算的点离填土面的深度，所计算的点离填土面的深度，m m。 1、无粘性土的主动土压力、无粘性土的主动土压力由式由式(4-4)可知：无粘性土的主动土压力强度与可知：无粘性土的主动土压力强度与z成正比，成正比，沿墙高的压力分布为三角形，如图沿墙高的压力分布为三角形，如图4-6(b)所示，如取单位墙长所示，如取单位墙长计算，则主动土压力为：计算，则主动土压力为：或或 通过三角形的形心，即作用在离墙底通过三角形的形心，即作用在离墙底H3处。处。2、粘性土的主动土压力、粘性土的主动土压力由式由式(4-6)可知，粘性土的主动土压力强度包括两部分：可知，粘性土的主动土压力强度包括两部分：一部分是由土自重引起的土压力一部分是由土自重引起的土压力，另一部分是由粘聚力，另一部分是由粘聚力c，引起的负侧压力引起的负侧压力，这两部分土压力叠加的结果如图，这两部分土压力叠加的结果如图4-6(c)所示，其中所示，其中ade部分是负侧压力，对墙背是拉力，但实部分是负侧压力，对墙背是拉力，但实际上墙与土在很小的拉力作用下就会际上墙与土在很小的拉力作用下就会分离，故在计算土压力时，这部分应略去不计，因此粘性土的分离，故在计算土压力时，这部分应略去不计，因此粘性土的土压力分布仅是土压力分布仅是abc部分。部分。a点离填土面的深度点离填土面的深度常称为临界常称为临界深度，在填土面无荷载的条件下，可令式深度，在填土面无荷载的条件下，可令式(4-6)为零求得为零求得值，值，即：即：得得如取单位墙长计算，则主动土压力为如取单位墙长计算，则主动土压力为：将式（将式（49）代入上式后得）代入上式后得粘性土的主动土压力粘性土的主动土压力通过在三角形压力分布图通过在三角形压力分布图abc的的形心，即作用在离墙底形心，即作用在离墙底处。处。二、被动土压力二、被动土压力当墙受到外力作用而推向土体时当墙受到外力作用而推向土体时图图4-7(a)，填土中任意填土中任意一点的竖向应力一点的竖向应力仍不变，而水平向应力仍不变，而水平向应力却逐渐增却逐渐增大，直至出现被动朗肯状态，此时大，直至出现被动朗肯状态，此时达最大限值达最大限值，因，因此此是大主应力，也就是被动土压力强度，而是大主应力，也就是被动土压力强度，而则是则是小主应力。于是由式小主应力。于是由式(3-8)和和(3-10)可得可得:无粘性土：无粘性土：粘性土：粘性土：由式由式(411)和式和式(412)可知，无粘性土的被动土压力强可知，无粘性土的被动土压力强度呈三角形分布度呈三角形分布图图4-7(b)，粘性土的被动土压力强度则呈梯粘性土的被动土压力强度则呈梯形分布形分布图图4-7(c)。如取单位墙长计算，则被动土压力可由下如取单位墙长计算，则被动土压力可由下式计算：式计算：无粘性土无粘性土:粘性土：粘性土：被动土压力被动土压力，通过三角形或梯形压力分布图的形心。，通过三角形或梯形压力分布图的形心。4-5几种常见情况的土压力计算几种常见情况的土压力计算(一一)填土面有均布荷载填土面有均布荷载当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，通常土压力的当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用时，通常土压力的计算方法是将均布荷载换算成当量的土重，即用假想的土重代计算方法是将均布荷载换算成当量的土重，即用假想的土重代替均布荷载。当填土面水平时替均布荷载。当填土面水平时图图48(a)，当量的土层厚度为当量的土层厚度为然后，以为墙背，按填土面无荷载的情况计算土压力。以无粘然后，以为墙背，按填土面无荷载的情况计算土压力。以无粘性土为例，则填土面性土为例，则填土面A点的主动土压力强度点的主动土压力强度墙底墙底B点的土压力强度点的土压力强度压力分布如图压力分布如图48(a)所示，实际的所示，实际的压力分布图为梯形压力分布图为梯形ABCD部分，土压力的作用点在梯形的重心。部分，土压力的作用点在梯形的重心。当填土面和墙背面倾斜时当填土面和墙背面倾斜时图图48(b)，当量土层的厚度仍为当量土层的厚度仍为，假想的填土面与墙背的延长线交于，假想的填土面与墙背的延长线交于A点，故以为假点，故以为假想墙背计算主动土压力，但由于填土面和墙背倾斜，假想的墙想墙背计算主动土压力，但由于填土面和墙背倾斜，假想的墙高应为高应为，根据，根据的几何关系可得：的几何关系可得：然后，同样以为假想的墙背按地面无荷载的情况计算土压力。然后，同样以为假想的墙背按地面无荷载的情况计算土压力。(二二)成层填土成层填土如图如图410所示的挡土墙，墙后有几层不同种类的水平土所示的挡土墙，墙后有几层不同种类的水平土层，在计算土压力时，第一层的土压力按均质土计算，土压力层，在计算土压力时，第一层的土压力按均质土计算，土压力的分布为图的分布为图410中的中的abc部分，计算第二层土压力时，部分，计算第二层土压力时，将第将第一层土按重度换算成与第二层土相同的当量土层，即其当量土一层土按重度换算成与第二层土相同的当量土层，即其当量土层厚度为层厚度为，然后，然后以以为墙高，按均质土计算土压力，但只在第二层土层为墙高，按均质土计算土压力，但只在第二层土层厚度范围内有效，如图厚度范围内有效，如图4-10中的中的bdfe部分。必须注意，由于各部分。必须注意，由于各土层的性质不同，主动土压力系数也不同。图中所示的土压力土层的性质不同，主动土压力系数也不同。图中所示的土压力强度计算是以无粘性填土强度计算是以无粘性填土为例。为例。(三三)墙后填土有地下水墙后填土有地下水挡土墙后的回填土常会部分成全部处于地下水位挡土墙后的回填土常会部分成全部处于地下水位以下，由于地下水的存在将使土的含水量增加，抗剪以下，由于地下水的存在将使土的含水量增加，抗剪强度降低，而使土压力增大，因此，挡土墙应该有良强度降低，而使土压力增大，因此，挡土墙应该有良好的排水措施。当墙后填土有地下水时，作用在墙背好的排水措施。当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力和水压力两部分，计算土压力时上的侧压力有土压力和水压力两部分，计算土压力时假设地下水位上、下土的内摩擦角假设地下水位上、下土的内摩擦角和墙与土之间的和墙与土之间的摩擦角摩擦角相同。在地下水以下部分用相同。在地下水以下部分用有效重度，有效重度，在图在图411中，中，abdec部分为土压力分布图，部分为土压力分布图，cef部分为水部分为水压力分布图，总侧压力为土压力和水压力之和。图中压力分布图，总侧压力为土压力和水压力之和。图中所示的土压力计算也是以无粘性填土为例。所示的土压力计算也是以无粘性填土为例。水压力为：水压力为：44库伦土压力理论库伦土压力理论库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。得出的土压力计算理论。基本假设：基本假设：(1)墙后的填土是理想的散粒体墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力粘聚力)；(2)滑动破坏面为通过墙底一平面。滑动破坏面为通过墙底一平面。确定土压力的方法：确定土压力的方法：根据形成的滑动土楔体的根据形成的滑动土楔体的静力平衡条件求得。静力平衡条件求得。一、主动土压力一、主动土压力一般挡土墙的计算均属于平面问题，故在下述讨论中均一般挡土墙的计算均属于平面问题，故在下述讨论中均沿墙的长度方向取沿墙的长度方向取1m进行分析，如图进行分析，如图4-12(a)所示。当墙向所示。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面前移动或转动而使墙后土体沿某一破坏面BC破坏时，土楔破坏时，土楔ABC向下滑动而处于主动极限平衡状态。此时，作用于土楔向下滑动而处于主动极限平衡状态。此时，作用于土楔ABC上的力有：上的力有：（1）土土楔楔体体的的自自重重W=ABC，为为填填土土的的重重度度，只只要要破破坏坏面面BC的的位位置置确确定定，W的的大大小小就就是是已已知知值值，其其方向向下；方向向下；（2）破破坏坏面面BC上上的的反反力力R，其其大大小小是是未未知知的的，但但其其方方向向则则是是已已知知的的。反反力力R与与破破坏坏面面的的法法线线N1之之间间的的夹角等于土的内摩擦角夹角等于土的内摩擦角，并位于并位于N1的下侧；的下侧；（3）墙墙背背对对土土楔楔体体的的反反力力E，与与它它大大小小相相等等、方方向向相相反反的的作作用用力力就就是是墙墙背背上上的的土土压压力力。反反力力E的的方方向向必必与与墙墙背背的的法法线线N2成成角角，角角为为墙墙背背与与填填土土之之间间的的摩摩擦擦角角，称称为为外外摩摩擦擦角角。当当土土楔楔下下滑滑时时，墙墙对对土土楔楔的的阻阻力力是是向向上的，故反力上的，故反力E必在必在N2的下侧。的下侧。土楔体在以上三力作用下处于静力平衡状态，因此必构土楔体在以上三力作用下处于静力平衡状态，因此必构成一闭合的力矢三角形成一闭合的力矢三角形图图4-12(b)，按正弦定律可得按正弦定律可得在式（在式（4-234-23）中，）中，、H H、和和 、都是已知的，而滑都是已知的，而滑动面动面BCBC与水平面的倾角与水平面的倾角则是任意假定的，因此，假定不同的则是任意假定的，因此，假定不同的滑动面可以得出一系列相应的土压力滑动面可以得出一系列相应的土压力E E值，也就是说，值，也就是说，E E是是的的函数。函数。E E的最大值比的最大值比E Emaxmax即为墙背的主动土压力。其所对应的滑即为墙背的主动土压力。其所对应的滑动面即是土楔最危险的滑动面。为求主动土压力，可用微分学动面即是土楔最危险的滑动面。为求主动土压力，可用微分学中求极值的方法求中求极值的方法求E E的极大值，为此可令：的极大值，为此可令： 从而解得使从而解得使E为极大值时填土的破坏角为极大值时填土的破坏角，整理后可得库伦，整理后可得库伦主动土压力大小的一般表达式主动土压力大小的一般表达式式中：式中：库伦主动土压力系数，按公式或查表库伦主动土压力系数，按公式或查表5.1、5.2确定。确定。墙背的倾斜角，度，俯斜时取正号，仰斜为负号；墙背的倾斜角，度，俯斜时取正号，仰斜为负号；墙后填土面的倾角，度；墙后填土面的倾角，度； 土对挡土墙背的摩擦角，查表土对挡土墙背的摩擦角，查表5-3确定。确定。主动土压力分布：主动土压力分布：沿墙高呈三角形。作用在离墙底沿墙高呈三角形。作用在离墙底H/3处。处。主主动动土土压压力力E Ea a与与墙墙高高的的平平方方成成正正比比，为为求求得得离离墙墙顶顶为为任任意意深深度度z z处的主动土压力强度处的主动土压力强度a a，可将可将E E对对z z取导数而得，即：取导数而得，即： 作用方向作用方向:方向与墙背法线的夹角为方向与墙背法线的夹角为,在法线下侧。在法线下侧。二、被动土压力二、被动土压力当墙受外力作用推向填土，直至土体沿某一破裂面当墙受外力作用推向填土，直至土体沿某一破裂面BC破破坏时，土楔坏时，土楔ABC向上滑动，并处于被动极限平衡状态向上滑动，并处于被动极限平衡状态图图413(a)。此时土楔此时土楔ABC在其自重在其自重W和反力和反力R和和E的作用下平衡，的作用下平衡，R和和E的方向都分别在的方向都分别在BC和和AB面法线的上方。按上述求主动土面法线的上方。按上述求主动土压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为：压力同样的原理可求得被动土压力的库伦公式为：式中式中一被动土压力系数，是式一被动土压力系数，是式(427)的后面部分，的后面部分，其余符号同前。其余符号同前。被动土压力分布：被动土压力分布：沿墙高呈三角形。沿墙高呈三角形。作用在作用在离离墙底墙底H/3处。处。作用方向作用方向:方向与墙背法线的夹角为方向与墙背法线的夹角为,在法线上在法线上侧。侧。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GBGB 50007 5000720022002） 第第6.6.36.6.3条条 边坡支挡结构土压力计算应符合下列规定：边坡支挡结构土压力计算应符合下列规定：1.1.计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算；计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算；2.2.边坡工主动边坡工主动土压力应按下式进行计算；土压力应按下式进行计算；式中式中E Ea a主动土压力；主动土压力；c c主动土压力增大系数，土坡高度小于主动土压力增大系数，土坡高度小于5m5m时宜取时宜取1.01.0；高度为；高度为5-8m5-8m时宜取时宜取1.11.1；高度大于；高度大于8m8m时宜取时宜取1.21.2；-填土的重度；填土的重度；h h挡土结构的高度；挡土结构的高度； k ka a主动土压力系数，按本规范附录主动土压力系数，按本规范附录L L确定。确定。当填土为无粘性土时，主动土压力系数可按库伦土压力理论确定当填土为无粘性土时，主动土压力系数可按库伦土压力理论确定. .。当支挡结构满足朗肯条件时，主动土压力系数可按朗肯土压力理论确当支挡结构满足朗肯条件时，主动土压力系数可按朗肯土压力理论确定。粘性土或粉土的主动土压力也可采用楔体试算法图解求得。定。粘性土或粉土的主动土压力也可采用楔体试算法图解求得。45挡土墙设计挡土墙设计一、挡土墙的类型一、挡土墙的类型挡土墙就其结构型式可分为以下三种主要类型。挡土墙就其结构型式可分为以下三种主要类型。(一一)重力式挡土墙重力式挡土墙这种型式的挡土墙如图这种型式的挡土墙如图420(a)所示，墙面暴露于所示，墙面暴露于外，外，墙背可以做成倾斜和垂直的。墙背可以做成倾斜和垂直的。墙基的前缘称为墙趾，而后缘叫做墙踵。墙基的前缘称为墙趾，而后缘叫做墙踵。(二二)悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝上建造，它由三个悬臂板悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝上建造，它由三个悬臂板组成，即立臂，墙趾悬臂和墙踵悬臂，如图组成，即立臂，墙趾悬臂和墙踵悬臂，如图420(b)所示。所示。墙的稳定主要靠墙踵底板上的土重，而墙体内的拉应力则墙的稳定主要靠墙踵底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋承担。由钢筋承担。(三三)扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙中立臂当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙中立臂的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁图图420(c)，故称为扶壁式挡土墙。故称为扶壁式挡土墙。(四四)锚定板挡土墙结构锚定板挡土墙结构图图421为锚定板挡土墙结构的简图，一般由预制的钢为锚定板挡土墙结构的简图，一般由预制的钢筋混凝土墙面、钢拉杆和埋在填土中的锚定板组成。筋混凝土墙面、钢拉杆和埋在填土中的锚定板组成。二、挡土墙的计算二、挡土墙的计算挡土墙的计算通常包括下列内容：挡土墙的计算通常包括下列内容：1、稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算，、稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算，2、地基的承载力验算；、地基的承载力验算；3、墙身强度验算：应根据墙身材料分别按砌体结构、墙身强度验算：应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。4、位于土坡处时，进行整体稳定验算。、位于土坡处时，进行整体稳定验算。挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式：挡土墙的稳定性破坏通常有两种形式：一种是在主动土压力作用下外倾，对此应进行倾覆稳一种是在主动土压力作用下外倾，对此应进行倾覆稳定性验算；定性验算；另一种是在土压力作用下沿基底外移，需进行滑动稳另一种是在土压力作用下沿基底外移，需进行滑动稳定性验算。定性验算。(一一)倾覆稳定性验算倾覆稳定性验算图图4-22(a)表示一具有倾斜基底的挡土墙，设在挡土墙表示一具有倾斜基底的挡土墙，设在挡土墙自重自重G和主动土压力旦作用下，可能绕墙趾和主动土压力旦作用下，可能绕墙趾O点倾覆，抗倾点倾覆，抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数应符合下式要求：应符合下式要求：1.6 其中其中 土对挡土壤墒背的摩擦角，度；土对挡土壤墒背的摩擦角，度； zz土压力作用点离墙踵的高度，土压力作用点离墙踵的高度，m m； bb基底的水平投影宽度，基底的水平投影宽度，m m； Z Zf f土压力作用点离土压力作用点离O O点的高度，点的高度，m m。 (二二)滑动稳定性验算滑动稳定性验算在滑动稳定性验算中，将在滑动稳定性验算中，将G和和都分解为垂直和平行都分解为垂直和平行于基底的分力，抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数于基底的分力，抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数应符合下式要求：应符合下式要求：三、排水措施三、排水措施 为使墙后积水易排出，通常在墙身布置适当数量的泄水孔，为使墙后积水易排出，通常在墙身布置适当数量的泄水孔，孔眼尺寸一般为孔眼尺寸一般为50mm50mm100mm100mm、100mm100mm100mm100mm、150mm150mm200mm200mm或或5050100mm100mm的圆孔，孔眼间距为的圆孔，孔眼间距为2 23m3m。对对于于12m12m以上的高档土墙，应在不同高度加设泄水孔。以上的高档土墙，应在不同高度加设泄水孔。 图图4-264-26为挡土墙的两种排水方案。为挡土墙的两种排水方案。 四、填土质量要求四、填土质量要求 挡土墙的回填土料应尽量选择透水性较大的土，例如砂土、挡土墙的回填土料应尽量选择透水性较大的土，例如砂土、砾石、碎石等，因为这类土的抗剪强度较稳定，易于排水。砾石、碎石等，因为这类土的抗剪强度较稳定，易于排水。 不应采用淤泥、耕植土、膨胀性粘土等作为填料，填土料不应采用淤泥、耕植土、膨胀性粘土等作为填料，填土料中还不应杂有大的冻结土块、木块或其它杂物。中还不应杂有大的冻结土块、木块或其它杂物。 实例1：毛石砌挡土墙工程 （适用于墙高：27m）目的：1、了解挡土墙的构造要求。 2、了解挡土墙施工图的内容。例2：扶壁式实挡土墙工程实例 （适用于墙高：10m）46土坡稳定分析土坡稳定分析一、土坡稳定分析一、土坡稳定分析土坡的滑动土坡的滑动:般系指土坡在一定范围内整体地沿某一般系指土坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。土坡的失稳常滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。土坡的失稳常常是在外界的不利因素影响下触发和加剧的。常是在外界的不利因素影响下触发和加剧的。土坡的滑动原因：土坡的滑动原因：(1)土坡作用力发生变化：例如由于在坡顶堆放材料土坡作用力发生变化：例如由于在坡顶堆放材料或建造建筑物使坡顶受荷。或由于打桩、车辆行驶、爆或建造建筑物使坡顶受荷。或由于打桩、车辆行驶、爆破、地震等引起的振动改变了原来的平衡状态；破、地震等引起的振动改变了原来的平衡状态；(2)土抗剪强度的降低：例如土体中含水量或孔隙水土抗剪强度的降低：例如土体中含水量或孔隙水压力的增加；压力的增加；(3)静水力的作用：例如雨水或地面水流入静水力的作用：例如雨水或地面水流入土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，土坡中的竖向裂缝，对土坡产生侧向压力，从而促进土坡的滑动。从而促进土坡的滑动。影响土坡稳定的因素影响土坡稳定的因素（1）土坡坡度；）土坡坡度；（2）土坡高度；）土坡高度；（3）土的性质；）土的性质；（4）气象条件；）气象条件；（5）地下水的渗流；）地下水的渗流；（6）地震。）地震。20082008年年1111月月2323日日广西凤山山体崩塌事故广西凤山山体崩塌事故事故事故（造成（造成5 5死亡、死亡、6 6受伤、受伤、1 1人失踪）人失踪） 凤山县地处桂西大石山区，加上喀斯特地貌，凤山县地处桂西大石山区，加上喀斯特地貌，是地质灾害多发区。造成这次突发性山体崩塌地是地质灾害多发区。造成这次突发性山体崩塌地质灾害有三个原因：质灾害有三个原因：1 1、是崩塌区域为岩溶峰丛洼地地貌，崩塌地点地、是崩塌区域为岩溶峰丛洼地地貌，崩塌地点地形陡崖；形陡崖；2 2、崩塌岩体上部裂缝为泥质充填，岩体完整性差；、崩塌岩体上部裂缝为泥质充填，岩体完整性差；3 3、岩体风化作用强烈，岩体卸荷使裂隙扩张，在、岩体风化作用强烈，岩体卸荷使裂隙扩张，在近期持续强降雨作用下，岩体失稳脱离母体形成近期持续强降雨作用下，岩体失稳脱离母体形成崩塌。崩塌。土坡稳定分析是属于土力学中的稳定问题，主要介绍土坡稳定分析是属于土力学中的稳定问题，主要介绍简单土坡的稳定分析方法。简单土坡系指土坡的顶面和底简单土坡的稳定分析方法。简单土坡系指土坡的顶面和底面都是水平的，并伸至无穷远，土坡由均质土所组成。图面都是水平的，并伸至无穷远，土坡由均质土所组成。图4-36表示简单土坡各部位名称。表示简单土坡各部位名称。(一一)无粘性土坡稳定分析无粘性土坡稳定分析图图4-37表示一坡角为表示一坡角为的无粘性土坡。假设土坡及其的无粘性土坡。假设土坡及其地基都是同一种土，又是均质的，且不考虑渗流的影地基都是同一种土，又是均质的，且不考虑渗流的影响。响。图图4-37无粘性土坡稳定分析无粘性土坡稳定分析由于无粘性土颗粒之间没有粘聚力，只有摩擦力，只要由于无粘性土颗粒之间没有粘聚力，只有摩擦力，只要坡面不滑动，土坡就能保持稳定。对于这类土构成的土坡面不滑动，土坡就能保持稳定。对于这类土构成的土坡，其稳定性的平衡条件可由图坡，其稳定性的平衡条件可由图437所示的力系来说明。所示的力系来说明。土颗粒的自重土颗粒的自重W在垂直和平行于坡面方向的分力分别为在垂直和平行于坡面方向的分力分别为分力分力T将使土颗粒将使土颗粒M向下滑动，是滑动力向下滑动，是滑动力,而阻止土颗粒下滑而阻止土颗粒下滑的抗滑力则是由垂直于坡面上的分力的抗滑力则是由垂直于坡面上的分力N引起的摩擦力引起的摩擦力。抗滑力和滑动力的比值称为稳定安全系数，用抗滑力和滑动力的比值称为稳定安全系数，用K表示，亦即表示，亦即由上式可见，当坡角与土的内摩擦角相等由上式可见，当坡角与土的内摩擦角相等()时，稳定安时，稳定安全系数全系数,此时抗滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状此时抗滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状态。由此可知，土坡稳定的极限坡角等于砂土的内摩擦角态。由此可知，土坡稳定的极限坡角等于砂土的内摩擦角，特称之为，特称之为自然休止角自然休止角。从式。从式(470)还可看出，无粘性土坡还可看出，无粘性土坡的稳定性与坡高无关，的稳定性与坡高无关，仅仅取决于坡角取决于坡角只要只要，土坡就是稳定的。为了保证土坡有足够的安全储备，可取土坡就是稳定的。为了保证土坡有足够的安全储备，可取K=1.11.2。(二二)、粘性土坡稳定分析、粘性土坡稳定分析粘性土坡由于剪切而破坏的滑动面大多数为一曲面一般在破粘性土坡由于剪切而破坏的滑动面大多数为一曲面一般在破坏前坡顶先有张力裂缝发生，继而沿某一曲面产生整体滑动，图坏前坡顶先有张力裂缝发生，继而沿某一曲面产生整体滑动，图438中的实曲线表示一粘性土坡滑动面的曲面，但在理沦分析时中的实曲线表示一粘性土坡滑动面的曲面，但在理沦分析时可以近似地假设为圆弧，如图中虚线所示。滑动体在纵向也有一定可以近似地假设为圆弧，如图中虚线所示。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动面为圆筒范围，并且也是曲面，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。面，并按平面问题进行分析。粘性土坡稳定分析方法有瑞典条分法粘性土坡稳定分析方法有瑞典条分法(圆弧法）和稳定数圆弧法）和稳定数法等。法等。1、圆弧法的原理、圆弧法的原理圆弧法是一种试算法，先将土坡剖面按比例画出，圆弧法是一种试算法，先将土坡剖面按比例画出，如图如图439(a)所示。然后任选所示。然后任选圆心圆心0，以，以R为半径作圆为半径作圆弧，此圆弧弧，此圆弧AB为假定的滑动面，取土坡长度为假定的滑动面，取土坡长度1m分析，分析，将滑动面以上土体分成任意将滑动面以上土体分成任意n个宽度相等的土条，取第个宽度相等的土条，取第i条作为隔离体，条作为隔离体，（1 1）滑动力矩）滑动力矩M MT T，由滑动土体由滑动土体ABDABD的自重在滑动方向上的自重在滑动方向上的分力产生。的分力产生。（2 2）抗滑力矩）抗滑力矩M MR R ，由滑动面由滑动面ABAB上的摩擦力和粘聚力产上的摩擦力和粘聚力产生。生。（3 3）土坡稳定安全系数）土坡稳定安全系数 图图439(a)土坡稳定分析圆弧法土坡稳定分析圆弧法（4 4）试算法确定）试算法确定KminKmin，找安全系数最小值找安全系数最小值KminKmin的的滑动面。滑动面。取一系列圆心取一系列圆心O O1 1，O O2 2 ，O O3 3 ，和相应的半径和相应的半径R R1 1，R R2 2 ，R R3 3 ，可，可计算处各自的安全系数计算处各自的安全系数K K1 1，K K2 2 ，K K3 3 ，取其中最小值取其中最小值KminKmin对应的圆弧来进行设计对应的圆弧来进行设计。2 2、计算步骤、计算步骤 共共9 9个步骤个步骤P227P227228228。3 3、确定最危险滑动面的简化方法确定最危险滑动面的简化方法 见图见图5.44 5.44 图图5.44 5.44 最危险滑动圆弧圆心的确定最危险滑动圆弧圆心的确定(三三)、粘性土坡稳定分析的稳定数法、粘性土坡稳定分析的稳定数法土坡的坡角土坡的坡角为横轴，以稳定数为横轴，以稳定数为纵坐标，以为纵坐标，以值系列曲线，组合成粘性土土坡计算图。见图值系列曲线，组合成粘性土土坡计算图。见图5.48。解决两类问题：解决两类问题：1、已知粘性土的坡角、已知粘性土的坡角和和，求土坡的最大允许高，求土坡的最大允许高度度H。2、已知粘性土土坡高度已知粘性土土坡高度H和和，求土坡的稳定坡角，求土坡的稳定坡角。图图5.48 5.48 粘性土简单土坡计算图表粘性土简单土坡计算图表第五章第五章岩土工程勘察报告的阅读岩土工程勘察报告的阅读一一、勘察报告书的编制、勘察报告书的编制地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验的记录察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验的记录和数据以及搜集到的各种直接和间接资料分析控理、和数据以及搜集到的各种直接和间接资料分析控理、检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。这些内容最后以简要明确的文字和图表编成报告书。这些内容最后以简要明确的文字和图表编成报告书。 勘察报告书的编制必须配合相应的勘察阶段，针对勘察报告书的编制必须配合相应的勘察阶段，针对场地的地质条件和建筑物的性质、规模以及设计和施场地的地质条件和建筑物的性质、规模以及设计和施工的要求，提出选择地基基础方案的依据和设计计算工的要求，提出选择地基基础方案的依据和设计计算数据，指出存在的问题以及解决问题的途径和办法。数据，指出存在的问题以及解决问题的途径和办法。二、单项工程的勘察报告书包括的内容：二、单项工程的勘察报告书包括的内容： （1 1）任务要求及勘察工作概况；）任务要求及勘察工作概况； （2 2）场场地地位位置置、地地形形地地貌貌、地地质质构构造造、不不良良地地质现象及地震设计烈度；质现象及地震设计烈度； （3 3）场场地地的的地地层层分分布布、岩岩石石和和土土的的均均匀匀性性、物物理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标；理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标； （4 4）地地下下水水的的埋埋藏藏条条件件和和腐腐蚀蚀性性以以及及土土层层的的冻冻结深度；结深度； （5 5）对对建建筑筑场场地地及及地地基基进进行行综综合合的的工工程程地地质质评评价价，对对场场地地的的稳稳定定性性和和适适宜宜性性作作出出结结论论，指指出出存存在的问题和提出有关地基基础方案的建议。在的问题和提出有关地基基础方案的建议。三、所附的图表的内容：三、所附的图表的内容：1、勘探点平面布置图；、勘探点平面布置图；2、工程地质剖面图；、工程地质剖面图；3、地质柱状图或综合地质柱状图；、地质柱状图或综合地质柱状图；4、土工试验成果表，其它测试成果图表、土工试验成果表，其它测试成果图表(如现如现场载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、场载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验等旁压试验等)。掌握浅基础的若干类型；掌握基础埋置深度的选择考虑的掌握浅基础的若干类型；掌握基础埋置深度的选择考虑的因素。因素。会确定地基承载力的设计值；掌握按地基承载力确定基础会确定地基承载力的设计值；掌握按地基承载力确定基础的底面积尺寸；会进行地基特征变形值验算。的底面积尺寸；会进行地基特征变形值验算。第六章第六章天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计教学大纲：教学大纲：第六章第六章天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计61概概述述地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑布置和上部结构类型，充分考建筑布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。建筑物的安全和正常使用。一、地基、基础的设计和计算应该满足下列三项基本一、地基、基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：原则：1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度；具有足够的安全度；2应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地基变形允许值，以免引起基础不利截面和基变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观；能和外观；3基础的型式、构造和尺寸，除应能适应基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载上部结构、符合使用需要，满足地基承载力力(稳定性稳定性)和变形要求外，还应满足和变形要求外，还应满足对基对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。础结构的强度，刚度和耐久性的要求。二、设计浅基础一般要妥善处理下列几方面二、设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：问题：1充分掌握拟建场地的工程地质条件和地充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料；基勘察资料；2了解当地的建筑经验，施工条件和就了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能性，并结合实际考虑采用先进地取材的可能性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法；的施工技术和经济、可行的地基处理方法；3选择基础类型和平面布置方案，并确选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度；定地基持力层和基础埋置深度；4按地基承载力确定基础底面尺寸，进按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算；行必要的地基稳定性和变形验算；5以简化的、或考虑相互作用的计算方以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设汁。法进行基础结构的内力分析和截面设汁。三、天然地基上浅基础的设计内容与步骤三、天然地基上浅基础的设计内容与步骤1、初步确定基础的结构形式、材料与平面布置；、初步确定基础的结构形式、材料与平面布置；2、确定基础的埋置深度；、确定基础的埋置深度；3、计算地基承载力特征值，并确定修正后的地基承载力、计算地基承载力特征值，并确定修正后的地基承载力特征值；特征值；4、计算基础的底面积；、计算基础的底面积；5、验算软弱下卧层的承载力；、验算软弱下卧层的承载力；6、进行必要的地基变形验算；、进行必要的地基变形验算；7、验算建筑物或构筑物的稳定性；、验算建筑物或构筑物的稳定性；8、计算基础高度并确定剖面形状；、计算基础高度并确定剖面形状；9、基础结构和构造设计；、基础结构和构造设计；10、绘制基础施工图。、绘制基础施工图。27项是对地基的设计，其余各项是对基础的设计。项是对地基的设计，其余各项是对基础的设计。四、浅基础的设计所需资料四、浅基础的设计所需资料1 1、建筑场地的地形图；、建筑场地的地形图；2 2、岩土工程勘察成果报告；、岩土工程勘察成果报告；3 3、建筑平面图、立面图、荷载、特殊结构物布置与标高；、建筑平面图、立面图、荷载、特殊结构物布置与标高；4 4、建筑场地环境，邻近建筑物基础类型与埋深，地下管、建筑场地环境，邻近建筑物基础类型与埋深，地下管线分布等。线分布等。五、地基基础方案的类型五、地基基础方案的类型1、天然地基上的浅基础；天然地基上的浅基础；2 2、人工地基上的浅基础；、人工地基上的浅基础；3 3、天然地基上的深基础；、天然地基上的深基础；62浅基础的类型浅基础的类型一、扩展基础一、扩展基础(一一)无筋扩展基础无筋扩展基础(刚性基础刚性基础)无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、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。土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗不配筋基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基内的拉应力和剪剪强度却不高。设计时必须保证发生在基内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。这种保证通常是通过应力不超过相应的材料强度设计值。这种保证通常是通过对基础构造（图对基础构造（图612）的限制来实现的，即）的限制来实现的，即基础每个台基础每个台阶的宽度与高度之比都不得超过台阶高宽比的允许值阶的宽度与高度之比都不得超过台阶高宽比的允许值，在，在这样的限制下，基础的现对高度都比较大几乎不发生挠曲这样的限制下，基础的现对高度都比较大几乎不发生挠曲变形，所以无筋扩展基础习惯上称为刚性基础。变形，所以无筋扩展基础习惯上称为刚性基础。二、钢筋混凝土扩展基础二、钢筋混凝土扩展基础扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混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础。凝土条形基础。钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖钢筋混凝土扩展基础的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矩荷向荷载较大、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。由于这类基础的高度不受台阶宽高比载等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限止故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。的限止故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。当基础埋深和底面尺确定之后，即可计算基础内力，当基础埋深和底面尺确定之后，即可计算基础内力，以便设计基础截面。此时如按直以便设计基础截面。此时如按直线分布假设以公式线分布假设以公式27计计算基底反力则应不计基础和其上土的重量算基底反力则应不计基础和其上土的重量(G)所引起的反所引起的反力这样得到的是用于计算内力的基底净反力力这样得到的是用于计算内力的基底净反力钢筋混凝土扩展基础高度和变阶处的高度应按现行钢筋混凝土扩展基础高度和变阶处的高度应按现行混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范进行受冲切和受剪承载力计算。进行受冲切和受剪承载力计算。二、联合基础二、联合基础联合基础主要指间列相邻二柱公共的钢筋混联合基础主要指间列相邻二柱公共的钢筋混凝土基础，凝土基础，即双柱联合基础即双柱联合基础(图图616)，但其设，但其设计原则，可供其它形式的联合基础参考。计原则，可供其它形式的联合基础参考。为使联合基础的基底压力分布较为均匀，除为使联合基础的基底压力分布较为均匀，除应使基础底面形心尽可能接近柱主要荷载合力作应使基础底面形心尽可能接近柱主要荷载合力作用点外，基础还宜具有较大的抗弯刚度，因而通用点外，基础还宜具有较大的抗弯刚度，因而通常采用常采用“刚性设计刚性设计”原则，即假设原则，即假设基底压力按基底压力按线性规律分布，且不考虑基础与上部结构的相互线性规律分布，且不考虑基础与上部结构的相互作用。作用。三、柱下条形基础三、柱下条形基础四、柱下十字交叉基础四、柱下十字交叉基础五、筏板基础五、筏板基础分为：平板式筏板基础；分为：平板式筏板基础；肋梁式筏板基础。肋梁式筏板基础。六、箱形基础六、箱形基础箱形基础适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀箱形基础适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。它是一种由钢筋混凝土的底沉降有严格要求的建筑物。它是一种由钢筋混凝土的底板、顶板、侧墙、内隔墙组成的有一定高度的整体性结板、顶板、侧墙、内隔墙组成的有一定高度的整体性结构（图构（图7-347-34）。）。64基础埋置深度的选择第基础埋置深度的选择第5.1.1条条基础埋置深度：一般从室外地面标高算起至基础底面的基础埋置深度：一般从室外地面标高算起至基础底面的深度。深度。在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。 基础的埋置深度，应按下列条件确定：基础的埋置深度，应按下列条件确定： 一、建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地一、建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地 下设施，基础的形式和构造下设施，基础的形式和构造某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某种某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某种基础型式，这些要求常成为其基础埋深选择的先决条基础型式，这些要求常成为其基础埋深选择的先决条件，例如必须设置地下室或设备层的建件，例如必须设置地下室或设备层的建 筑物、筑物、 半埋式结构物、须建造带封闭侧墙的筏板基础或半埋式结构物、须建造带封闭侧墙的筏板基础或箱形基础的高层或重型建筑、带有地下设施的建筑物、具箱形基础的高层或重型建筑、带有地下设施的建筑物、具有地下部分的设备基础等等。有地下部分的设备基础等等。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； 位于土质地基上的高层建筑，由于竖向荷载大，又要位于土质地基上的高层建筑，由于竖向荷载大，又要承受风力和地震力等水平荷载，其基础埋深应随建筑高度承受风力和地震力等水平荷载，其基础埋深应随建筑高度适当增大，才能满足稳定性要求。位于岩石地基上的高层适当增大，才能满足稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，常须依靠基础侧面土体承担水平荷载，其基础埋深建筑，常须依靠基础侧面土体承担水平荷载，其基础埋深应满足抗滑要求。应满足抗滑要求。 输电塔等受有上拔力的基础，应有较大的埋深以提供输电塔等受有上拔力的基础，应有较大的埋深以提供所需的抗拔力。烟囱、水塔和筒体结构的基础埋深也应满所需的抗拔力。烟囱、水塔和筒体结构的基础埋深也应满足抗倾覆稳定性的要求。足抗倾覆稳定性的要求。 三、工程地质和水文地质条件三、工程地质和水文地质条件 直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性卧层。为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。上层土的承载力大于下层土质给基础选择可靠的持力层。上层土的承载力大于下层土时，如有可能，宜取上层土作为持力层，以减少基础的埋时，如有可能，宜取上层土作为持力层，以减少基础的埋深。深。 当上层土的承载力低于下层土时，如果取下层土为持力当上层土的承载力低于下层土时，如果取下层土为持力层，所需的基础底面积较小，但埋深较大；若取上层土为层，所需的基础底面积较小，但埋深较大；若取上层土为持力层，则情况适相反。哪一种方案较好，有时要从施工持力层，则情况适相反。哪一种方案较好，有时要从施工难易、材料用量等方面作方案比较后才能肯定。当基础存难易、材料用量等方面作方案比较后才能肯定。当基础存在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，以便加大基底至软弱在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，以便加大基底至软弱层的距离。层的距离。 当地基为粘土，下层卵石中含有承压水时，在基槽开挖当地基为粘土，下层卵石中含有承压水时，在基槽开挖中应保留粘土槽底安全厚度中应保留粘土槽底安全厚度 应满足：应满足： 时，基槽底部不发生流土破坏。（时，基槽底部不发生流土破坏。（P287P287）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，新建建筑物的基础埋深不宜大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基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础间于原有建筑基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小，基础应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小，基础形式和土质情况确定，且不宜小于该相邻基础底面高差的形式和土质情况确定，且不宜小于该相邻基础底面高差的1 12 2倍，当上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时倍，当上述要求不能满足时，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，或加固原有加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。建筑物地基。五、地基土冻胀和融陷的影响五、地基土冻胀和融陷的影响1 1、地基土冻胀的危害、地基土冻胀的危害2 2、地基、地基土的冻胀性分类土的冻胀性分类 不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀五类。不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀五类。3 3、季节性冻土地基的设计深度、季节性冻土地基的设计深度 z zd d=z=z0 0.zszs.zwzw.zeze式中式中ZdZd设计冻深。若当地有多年实测资料时，也可设计冻深。若当地有多年实测资料时，也可: :ZdZd=h-z,h=h-z,h和和z z分别为实测冻土层厚度和地表冻分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量；胀量；Z Z0 0标准冻深。系采用在地表平坦、裸露、城市之外标准冻深。系采用在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于的空旷场地中不少于1010年实测最大冻深的平均值。当年实测最大冻深的平均值。当无实测资料时，按本规范附录无实测资料时，按本规范附录F F采用；采用； zszs土土的类别对冻深的影响系数，按表的类别对冻深的影响系数，按表7.4a7.4a； zwzw 土土的冻胀性对冻深的影响系数，按表的冻胀性对冻深的影响系数，按表7.4b7.4b；zeze 环境对冻深的影响系数，按表环境对冻深的影响系数，按表7.57.5。4 4、基础最小埋深、基础最小埋深 当建筑基础底面之下允许有一定厚度的冻土层，可用当建筑基础底面之下允许有一定厚度的冻土层，可用下式计算基础的最小埋深：下式计算基础的最小埋深： dmindmin= =Z Zd d-h-hmaxmax式中：式中： hmaxhmax基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，按表按表7.67.6查取。查取。 当有充分依据时，基底下允许残留冻土层厚度也可根当有充分依据时，基底下允许残留冻土层厚度也可根据当地经验确定。据当地经验确定。5 5、防止冻害的措施、防止冻害的措施在冻胀、强冻胀、特强冻胀地基上，应采用防冻害措施。在冻胀、强冻胀、特强冻胀地基上，应采用防冻害措施。 65地基计算地基计算一、基本规定一、基本规定第第3.0.13.0.1条条 1 1、地基基础设计等级（三个设计等级）地基基础设计等级（三个设计等级） 甲级甲级: : （1 1）重要的工业与民用建筑物；）重要的工业与民用建筑物；（2 2） 3030层以上的高层建筑；层以上的高层建筑；（3 3）体型复杂，层数相差超过）体型复杂，层数相差超过1010层的高低层连成一体层的高低层连成一体建筑物；建筑物；（4 4）大面积的多层地下建筑物）大面积的多层地下建筑物( (如地下车库，商场如地下车库，商场. .运运动场等动场等) )；（5 5）对地基变形有特殊要求的建筑物；）对地基变形有特殊要求的建筑物；（6 6）复杂地质条件下的坡上建筑物）复杂地质条件下的坡上建筑物( (包括高边坡包括高边坡) )；（7 7）对原有工程影响较大的新建建筑物；）对原有工程影响较大的新建建筑物； （8 8）场地和地基条件复杂的一般建筑物；）场地和地基条件复杂的一般建筑物；（9 9）位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上）位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程。地下室的基坑工程。 乙级乙级: :除甲级，丙级以外的工业与民用建筑物。除甲级，丙级以外的工业与民用建筑物。 丙级：丙级： （1 1）场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七）场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物层以下民用建筑及一般工业建筑物; ; （2 2）次要的轻型）次要的轻型建筑物。建筑物。 二、地基计算的规定第二、地基计算的规定第3.0.23.0.2条条 根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：下列规定： 1 1、所有建筑物的地基计算均应满足、所有建筑物的地基计算均应满足承载力承载力计算的有关计算的有关规定；规定； 2 2、设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按、设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形地基变形规定规定 3 3、表、表7.87.8所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形变形验验算：算： （1 1）地基承载力特征值小于）地基承载力特征值小于130kpa130kpa，且体型复杂的建且体型复杂的建筑；筑； （2 2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； （3)3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；（4)4)相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；（5)5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。自重固结未完成时。 4 4、对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸、对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性稳定性；5 5、基坑工程应进行、基坑工程应进行稳定稳定验算；验算；6 6、当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构、当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮抗浮验算。验算。 三、荷载效应最不利组合与相应的抗力限值三、荷载效应最不利组合与相应的抗力限值 地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：相应的抗力限值应按下列规定： 1 1、按地基承载力确定基础底面积及埋深时，传至基础、按地基承载力确定基础底面积及埋深时，传至基础或承台底面上的荷载应应按正常使用极限状态下荷载或承台底面上的荷载应应按正常使用极限状态下荷载效应的效应的标准组合。标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征相应的抗力应采用地基承载力特征值。值。 2 2、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许相应的限值应为地基变形允许值。值。 3 3、计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及稳定及滑、计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的应的基本组合，基本组合，但其分项系数均为但其分项系数均为1.01.0。 4 4、在确定基础高度、配筋和验算材料强度时，上部结、在确定基础高度、配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的能力极限状态下荷载效应的基本组合，基本组合，采用相应的分采用相应的分项系数。项系数。 四四承载力计算承载力计算 1 1、基础底面的压力，应符合下式要求：、基础底面的压力，应符合下式要求： 当轴心荷载作用时：当轴心荷载作用时：P Pk kffa a （7.5)7.5) 式中式中 P Pk k相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；压力值；f fa a修正后的地基承载力特征值。修正后的地基承载力特征值。 当偏心荷载作用时，除符合式当偏心荷载作用时，除符合式(7.5)(7.5)要求外，尚应符合要求外，尚应符合下式要求：下式要求：P Pkmaxkmax1.2f1.2fa a式中式中PkmaxPkmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值。的最大压力值。2 2、基础底面的压力的计算、基础底面的压力的计算（1 1）当轴心荷载作用时）当轴心荷载作用时 式中式中 F Fk k相应于荷载效应标准组合时，上部结构传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力值；至基础顶面的竖向力值；G Gk k基础自重和基础上的土重；基础自重和基础上的土重；AA基础底面面积。基础底面面积。(2)(2)当偏心荷载作用时当偏心荷载作用时 式中式中M Mk k相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值；力矩值；WW基础底面的抵抗矩；基础底面的抵抗矩；P Pkminkmin相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值。最小压力值。当偏心距当偏心距eb/6eb/6时时( (图图7.27)7.27)，p pkmaxkmax应按下式计算：应按下式计算：式中式中ll垂直于力矩作用方向的基础底面边长；垂直于力矩作用方向的基础底面边长；aa合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。图图7.27 7.27 偏心荷载偏心荷载(eb/6)(eb/6)下下基底压力计算示意图基底压力计算示意图 五、地基承载力特征值五、地基承载力特征值 地基承载力特征值地基承载力特征值fakfak是由荷载试验直接测定或由是由荷载试验直接测定或由其与原位试验相关关系间接确定和由此而累积的经验其与原位试验相关关系间接确定和由此而累积的经验值。它相于载荷试验时地基土压力变形曲线上线性值。它相于载荷试验时地基土压力变形曲线上线性变形段内某一规定变形所对应的压力值，其最大值不变形段内某一规定变形所对应的压力值，其最大值不应超过该压力变形曲线上的比例界限值。应超过该压力变形曲线上的比例界限值。1 1、地基承载力特征值的确定、地基承载力特征值的确定 （1 1）、由载荷试验）、由载荷试验P PS S曲线确定：曲线确定：承载力特征值的确定应符合下列规定：承载力特征值的确定应符合下列规定：（a a）当）当P PS S曲线上有比例界限时，取该比例界限所对曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；应的荷载值； （b b）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2 2倍时，倍时，取极限荷载值的一半；取极限荷载值的一半；（c c）当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为0.250.250.50m0.50m2 2，可取可取s/b=0.01s/b=0.010.0150.015所对应的荷载，所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。但其值不应大于最大加载量的一半。 地基承载力特征值的确定：地基承载力特征值的确定：同一土层参加统计的同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的平均值的30%30%时，取此平均值作为该土层的地基承载时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值力特征值f fakak。 2 2、根据土的抗剪强度指标计算根据土的抗剪强度指标计算 当偏心距当偏心距e e小于或等于小于或等于0.0330.033倍基础底面宽度时，倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求式计算，并应满足变形要求： f fa a= =M Mb bb+Mb+Md dm md+Md+Mc cc ck kfafa由由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；Mb,Md,McMb,Md,Mc承载力系数，按表承载力系数，按表7.97.9确定；确定；bb基础底面宽度，大于基础底面宽度，大于6m6m时按时按6m6m取值，对于砂土小于取值，对于砂土小于3m3m时按时按3m3m取值；取值；C Ck k基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。3 3、当地经验法、当地经验法4 4、修正后的地基承载力特征值、修正后的地基承载力特征值f fa a 当基础当基础宽度大于宽度大于3m3m或埋置深度大于或埋置深度大于0.5m0.5m时，时，从载荷试从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：特征值，尚应按下式修正：式中式中f fa a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，按规范第地基承载力特征值，按规范第5.2.3条的原则确定；条的原则确定；b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表按基底下土的类别查表7.10取值；取值；基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b基础底面宽度基础底面宽度(m)，当基宽小于当基宽小于3m按按3m取值，取值，大于大于6m按按6m取值；取值；m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；下取浮重度；d基础埋置深度基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。一般自室外地面标高算起。 在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。应从室内地面标高算起。六、软弱下卧层承载力验算六、软弱下卧层承载力验算 当地基受力层范围内有软弱卧层时，应按下式验算：当地基受力层范围内有软弱卧层时，应按下式验算：Pz+Pczfaz式中式中Pz相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值；的附加压力值；Pcz软卧下卧层顶面处土的自重压力值；软卧下卧层顶面处土的自重压力值；faz软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。征值。 对条形基础和矩形基础对条形基础和矩形基础,式中的式中的Pz值可按下列公式值可按下列公式简化计算：简化计算：图图7.29附加压力简化计算图附加压力简化计算图条形基础条形基础根据扩散前后各面积上的总压力相等的条件。根据扩散前后各面积上的总压力相等的条件。对条形基础，仅考虑宽度方向的扩散，并沿基础纵对条形基础，仅考虑宽度方向的扩散，并沿基础纵向取单位长度为计算单元，于是可得向取单位长度为计算单元，于是可得 矩形基础矩形基础 b矩形基础或条形基础底边的宽度；矩形基础或条形基础底边的宽度；l矩形基础底边的长度；矩形基础底边的长度；Pc基础底面处土的自重压力值；基础底面处土的自重压力值；Z基础底面至软弱下卧层顶面的距离。基础底面至软弱下卧层顶面的距离。地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按表地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按表7.11采用。采用。七、地基变形验算七、地基变形验算1、地基变形验算满足的条件：、地基变形验算满足的条件：建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。值。计算地基变形的某一特征值计算地基变形的某一特征值，验证其是否不超，验证其是否不超过相应的允许值过相应的允许值，即要求满足下列条件，即要求满足下列条件2 2、地基变形特征值、地基变形特征值（1）沉降量）沉降量基础某点的沉降值。基础某点的沉降值。（2）沉降差）沉降差基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差，基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差，（3）倾斜）倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。比值。（4）局部倾斜）局部倾斜砌体承重结构沿砌体承重结构沿610m内基础两点的内基础两点的沉降差与其距离的比值。沉降差与其距离的比值。具体建筑物所需验算的地基变形特征取决于建筑具体建筑物所需验算的地基变形特征取决于建筑物的结构类型、整体刚度和使用要求。物的结构类型、整体刚度和使用要求。3、地基变形允许值、地基变形允许值地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。应能力和使用上的要求确定。建筑物的地基变形允许值，见建筑物的地基变形允许值，见P132，表表3.17取值。取值。66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一、确定基础底面尺寸的原则一、确定基础底面尺寸的原则1、中心受压基础：、中心受压基础：满足满足P Pk kfa。2、偏心受压基础：偏心受压基础：满足满足Pkfa且且 P Pkmaxkmax1.2f1.2fa a。二、中心荷载下的基础尺寸二、中心荷载下的基础尺寸1、独立基础独立基础基础底面积基础底面积；正方形基础；正方形基础。2、条形基础、条形基础对条形基础，对条形基础，为基础每米长度上的外荷载为基础每米长度上的外荷载(kNm)，此时，沿基础长度方向取单位长此时，沿基础长度方向取单位长度度(1m)计算，计算，（7-16）三、偏心荷载下的基础尺寸三、偏心荷载下的基础尺寸1、先按中心荷载作用下，初算基础底面积、先按中心荷载作用下，初算基础底面积A1；2、偏心荷载下的基础面积偏心荷载下的基础面积A（1.11.4)A1；3、验算：验算：Pkfa且且Pkmax1.2fa。“偏心荷载基础的地基承载力可以提高偏心荷载基础的地基承载力可以提高20”错误。错误。解释：将式解释：将式改写成改写成式中折减系数式中折减系数=1.2/(/(16eb) )。当。当e=b/ /30时，时， 此时此时 ，表示可不考虑荷载偏心使地基承载力降，表示可不考虑荷载偏心使地基承载力降低的影响；低的影响； 偏心距偏心距e e取一般许可的最大值取一般许可的最大值b b6 6，则则 0.60.6，表表示由于荷载偏心较大，应该限制基底平均压力示由于荷载偏心较大，应该限制基底平均压力P P使之使之不超过未考虑偏心影响的地基承载力设计值的不超过未考虑偏心影响的地基承载力设计值的6060。因此，不要只看式因此，不要只看式 的形式，而得出：的形式，而得出：“偏心荷载基础的地基承载力可偏心荷载基础的地基承载力可以提高以提高2020”的的不恰当不恰当的概念。的概念。 67无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计 1 1 1 1、材料：毛石、砼、毛石砼等、材料：毛石、砼、毛石砼等、材料：毛石、砼、毛石砼等、材料：毛石、砼、毛石砼等 2 2 2 2、特点：抗拉、抗剪强度低，抗压性能相对高。、特点：抗拉、抗剪强度低，抗压性能相对高。、特点：抗拉、抗剪强度低，抗压性能相对高。、特点：抗拉、抗剪强度低，抗压性能相对高。 3 3 3 3、受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏。、受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏。、受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏。、受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏。 4 4 4 4、强度保证：限制基础台阶宽高比，、强度保证：限制基础台阶宽高比，、强度保证：限制基础台阶宽高比，、强度保证：限制基础台阶宽高比， 增大刚度。增大刚度。增大刚度。增大刚度。 5 5 5 5、设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。、设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。、设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。、设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。 允许宽高比：允许宽高比：允许宽高比：允许宽高比： b b2 2 / / HH0 0=tan=tan 其值与基底压力、其值与基底压力、其值与基底压力、其值与基底压力、 材料质量有关材料质量有关材料质量有关材料质量有关 见（见（见（见（P283P283页表页表页表页表7.17.17.17.1）。）。）。）。 基础设计高度：基础设计高度：基础设计高度：基础设计高度：图图图图7.35 7.35 7.35 7.35 无筋扩展基础构造图无筋扩展基础构造图无筋扩展基础构造图无筋扩展基础构造图 柱中纵向钢筋直径柱中纵向钢筋直径柱中纵向钢筋直径柱中纵向钢筋直径无筋扩展基础设计方法与步骤无筋扩展基础设计方法与步骤1 1、选择持力层、确定埋深；、选择持力层、确定埋深； 2 2、确定基底尺寸；、确定基底尺寸； 3 3、选择材料类型；、选择材料类型； 4 4、首先按允许宽高比要求确定基础理论要求的最小总高、首先按允许宽高比要求确定基础理论要求的最小总高度；度； 5 5、按构造要求由基底向上逐级缩小尺寸，确定每一级台、按构造要求由基底向上逐级缩小尺寸，确定每一级台阶的宽度与高度。阶的宽度与高度。 （一般基础顶面应低于室外地面（一般基础顶面应低于室外地面0.1m0.1m，否则应修改尺否则应修改尺寸或埋深，寸或埋深，允许情况下也可将基础上部做墙体处理允许情况下也可将基础上部做墙体处理。）。）实例：二层砖混农村住宅砖条形基础实例：二层砖混农村住宅砖条形基础 68扩展基础设计扩展基础设计特点：抗弯和抗剪性能好特点：抗弯和抗剪性能好。一、扩展基础的构造要求：一、扩展基础的构造要求：（一）现浇柱基础（一）现浇柱基础（一）现浇柱基础（一）现浇柱基础砼强度等级砼强度等级砼强度等级砼强度等级 C20 C20 ，受力钢筋直径：受力钢筋直径：受力钢筋直径：受力钢筋直径： 1010，间距：间距：间距：间距：100200100200。锥形基础构造尺寸如图示：锥形基础构造尺寸如图示：锥形基础构造尺寸如图示：锥形基础构造尺寸如图示：基础垫层：厚度基础垫层：厚度70； 砼强度等级砼强度等级C10钢筋保护层厚度：钢筋保护层厚度： 有垫层：有垫层：40 无垫层：无垫层：70阶梯形基础构造尺寸：阶梯形基础构造尺寸： 每阶高度：每阶高度：300500； 500h900，宜两阶；宜两阶； h900，宜三阶；宜三阶； 尺寸变化宜尺寸变化宜50倍数。倍数。二、墙下钢筋砼条形基础二、墙下钢筋砼条形基础 1 1 1 1、构造要求、构造要求、构造要求、构造要求构造尺寸与形式构造尺寸与形式构造尺寸与形式构造尺寸与形式 基础高度基础高度基础高度基础高度250250250250时时时时 采用锥形；采用锥形；采用锥形；采用锥形； 基础基础基础基础高度高度高度高度250250250250时时时时 采用平板式。采用平板式。采用平板式。采用平板式。横向受力钢筋：横向受力钢筋：横向受力钢筋：横向受力钢筋： 直径：直径：直径：直径：816 816 间距：间距：间距：间距：100300100300纵向分布钢筋：纵向分布钢筋：纵向分布钢筋：纵向分布钢筋： 68 68 ， 100300 100300 保护层保护层保护层保护层: : : : 有垫层时，有垫层时，有垫层时，有垫层时，4040 无垫层时，无垫层时，无垫层时，无垫层时，70707070钢筋混凝土条形基础底板在钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4处处(图图8.2.2b)。在拐角在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置(图图8.2.2c)。 2、墙下钢筋砼条形基础的底板厚度和配筋计算、墙下钢筋砼条形基础的底板厚度和配筋计算（一）中心受压基础（一）中心受压基础受力分析：倒置悬臂梁；受力分析：倒置悬臂梁；受地基净反力作用；受地基净反力作用；危险截面：墙根部危险截面：墙根部-面弯矩与剪力最大。面弯矩与剪力最大。地基净反力地基净反力pj：上部结构荷载上部结构荷载设计值设计值F 在基底产生的反力。在基底产生的反力。1 1、当墙体材料为混凝土时，取、当墙体材料为混凝土时，取a a1 1=b=b1 1；2 2、如为砖墙且放脚不大于如为砖墙且放脚不大于1/41/4砖长时，取砖长时，取a a1 1 = b = b1 1 +1/4 +1/4砖长。砖长。3 3、当扩展基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级、当扩展基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下扩展基础顶面的局部受压承载力。时，尚应验算柱下扩展基础顶面的局部受压承载力。实例实例： 滦县光明南园住宅小区滦县光明南园住宅小区101楼楼 主体为主体为6层砖混，钢筋混凝土条形基础层砖混，钢筋混凝土条形基础采用天然地基采用天然地基,持力层为第持力层为第2层粉土，层粉土，承载力特征值承载力特征值170KPa。基础垫层为基础垫层为C10,基础为基础为C30；69柱下条形基础柱下条形基础一、柱下条形基础一、柱下条形基础柱下十字交叉基础柱下十字交叉基础柱下条形基础：指布置成单向或双向的钢筋混凝土条柱下条形基础：指布置成单向或双向的钢筋混凝土条状基础，也称基础梁；状基础，也称基础梁； 组成；肋梁、翼板，相当于倒置梁板柱结构；组成；肋梁、翼板，相当于倒置梁板柱结构； 断面断面形式：倒形式：倒T T形；形； 特点：抗弯抗剪能力大；特点：抗弯抗剪能力大； 目前常用的计算方法有：静定分析法、倒梁法、地基目前常用的计算方法有：静定分析法、倒梁法、地基系数法、链杆法、有限系数法、链杆法、有限元元法等。法等。 (一一)柱下条形基础的构造柱下条形基础的构造 ( (1)1)、柱下条形基础梁的高度宜为柱距的、柱下条形基础梁的高度宜为柱距的1/41/41/81/8。翼。翼板厚度不应小于板厚度不应小于200mm200mm。当翼板厚度大于当翼板厚度大于250mm250mm时，宜时，宜采用变厚度翼板，其坡度宜小于或等于采用变厚度翼板，其坡度宜小于或等于1:31:3；(2)(2)、条形基础的端、条形基础的端 部宜向外伸出，其部宜向外伸出，其 长度宜为第一跨距长度宜为第一跨距 的的0.250.25倍；倍；(3)(3)、现浇柱与条形、现浇柱与条形 基础梁的交接处，基础梁的交接处， 其平面尺寸不应其平面尺寸不应 小于图小于图8.3.18.3.1的规定；的规定；(4)(4)、条形基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋除满足计算、条形基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋除满足计算要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋要求外，顶部钢筋按计算配筋全部贯通，底部通长钢筋不应少于底部受力钢筋截面总面积的不应少于底部受力钢筋截面总面积的1/31/3；(5)(5)、柱下条形基础的混凝土强度等级，不应低于、柱下条形基础的混凝土强度等级，不应低于C20C20。(6)(6)、还应满足还应满足混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB 50010-GB 50010-20022002）的构造要求。的构造要求。( (二二) )确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸 将柱下条形基础视为一狭长的矩形基础，长边由将柱下条形基础视为一狭长的矩形基础，长边由构造确定（只决定伸出边柱的长度），然后根据地基构造确定（只决定伸出边柱的长度），然后根据地基承载力计算基础底面的宽度。承载力计算基础底面的宽度。( (三三) )地基反力的计算地基反力的计算 假定：地基反力为直线分布。假定：地基反力为直线分布。式中式中 各竖向荷载（包括基础自重及覆土重）的总和各竖向荷载（包括基础自重及覆土重）的总和（kN）；）； 各外荷载对基底形心的偏心力矩的总和（各外荷载对基底形心的偏心力矩的总和（kNm）；）； B、L分别为基础底面的宽度和长度（分别为基础底面的宽度和长度（m）。）。(四四)内力分析内力分析（1）静定分析法）静定分析法 此法为近似简化方法，仍假定地基反力呈线性分布，用此法为近似简化方法，仍假定地基反力呈线性分布，用偏心受压公式便可确定地基反力值，见偏心受压公式便可确定地基反力值，见式式69。（69）计算基础梁内力时，因为基础（包括覆土）的自重不计算基础梁内力时，因为基础（包括覆土）的自重不引起内力，所以式（引起内力，所以式（69）中）中各竖向荷载的总和各竖向荷载的总和 中中不包括不包括基础自重及覆土重，基础自重及覆土重，所得结果即为基底净反所得结果即为基底净反力。求出净反力分力。求出净反力分布后，基础上所有的作用力都已确布后，基础上所有的作用力都已确定，可按静力平衡条件计算出任一截面定，可按静力平衡条件计算出任一截面i上的弯矩和剪上的弯矩和剪力，见图力，见图14-30，选取若干截面进行计算，选取若干截面进行计算，然后绘制然后绘制弯矩图、剪力图。弯矩图、剪力图。（2）倒梁法）倒梁法1、适用条件：在比较均匀的地基上，上部结构刚度较、适用条件：在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以弯矩值宜乘以1.2的系数。的系数。当不满足本条的要求时，宜当不满足本条的要求时，宜按弹性地基梁计算。按弹性地基梁计算。2、肋梁内力分析：以柱子作为条形基础的支座，地基、肋梁内力分析：以柱子作为条形基础的支座，地基净反力及柱位处集中压力以外的各种作用力为荷载净反力及柱位处集中压力以外的各种作用力为荷载（图（图1431），将基础梁视作倒置的多跨连续梁来计），将基础梁视作倒置的多跨连续梁来计算各控制截面的内力算各控制截面的内力(弯矩分配法弯矩分配法)。用倒梁法计算所得的支座反力与上部柱传来的竖向用倒梁法计算所得的支座反力与上部柱传来的竖向荷载之间有较大的不平衡力，这个不平衡力主要是由荷载之间有较大的不平衡力，这个不平衡力主要是由于未考虑到基础梁挠度与地基变形协调条件而造成的于未考虑到基础梁挠度与地基变形协调条件而造成的。为了解决这个矛盾，采用反力的局部调整法，为了解决这个矛盾，采用反力的局部调整法，即将支座反力与柱轴力间的差值（正或负的）即将支座反力与柱轴力间的差值（正或负的）均匀分布在相应支座两侧各均匀分布在相应支座两侧各13跨度范围内，跨度范围内，作为地基反力的调整值，然后再进行一次连续作为地基反力的调整值，然后再进行一次连续梁分析。如果调整一次后的结果仍不满意，还梁分析。如果调整一次后的结果仍不满意，还可再次调整，使支座反力和柱轴力基本吻合。可再次调整，使支座反力和柱轴力基本吻合。采用静定分析法与倒梁法分别计算，其结果往采用静定分析法与倒梁法分别计算，其结果往往会有较大差别，往会有较大差别，只有当倒梁法计算出的支座只有当倒梁法计算出的支座反力未经调整即恰好等于柱轴力时，两者的计反力未经调整即恰好等于柱轴力时，两者的计算结果才会一致。在工程设计中，必要时可参算结果才会一致。在工程设计中，必要时可参考上述两种简化计算结果图考上述两种简化计算结果图1431倒梁法计算倒梁法计算简图的内力包络图来进行截面设计简图的内力包络图来进行截面设计。(3)配筋计算配筋计算翼板部分配筋计算翼板部分配筋计算几何尺寸：基础宽度几何尺寸：基础宽度b，主肋宽度主肋宽度b1，翼板从主肋外边翼板从主肋外边缘处外挑长度缘处外挑长度翼板最不利截面内力计算翼板最不利截面内力计算翼板最不利截面位置在主肋外边缘处，此处的内力：翼板最不利截面位置在主肋外边缘处，此处的内力：沿翼板纵向取沿翼板纵向取1m配筋。按配筋。按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB50010-2002)进行正截面和斜截面计算。进行正截面和斜截面计算。(参考墙参考墙下钢筋砼条形基础的底板厚度和配筋的计算）下钢筋砼条形基础的底板厚度和配筋的计算）(2)主肋部分配筋计算主肋部分配筋计算由静定分析法、倒梁法求得的内力由静定分析法、倒梁法求得的内力及及，按，按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB50010-2002)进行正截面进行正截面和斜截面计算，并符合连续梁的构造要求。和斜截面计算，并符合连续梁的构造要求。二、十字交叉基础二、十字交叉基础作用在十字交叉基础的上部结构荷载，通常是由柱网作用在十字交叉基础的上部结构荷载，通常是由柱网传来的集中力，而且作用在十字交叉基础的节点处，传来的集中力，而且作用在十字交叉基础的节点处，因此，此类基础的计算主要是解决节点处竖向荷载在因此，此类基础的计算主要是解决节点处竖向荷载在纵、横两个方向的分配，分配于纵、横两个方向条形纵、横两个方向的分配，分配于纵、横两个方向条形基础上的荷载已知时，分别按单向条形基础设计，见基础上的荷载已知时，分别按单向条形基础设计，见图。图。(一一)竖向荷载在节点处的分配原则：竖向荷载在节点处的分配原则：(1)静力平衡条件，分配在纵、横向梁上的两个力之静力平衡条件，分配在纵、横向梁上的两个力之和等于作用在节点处的竖向荷载；和等于作用在节点处的竖向荷载；(2)变形协调条件，纵、横向梁在交叉节点处竖向变形变形协调条件，纵、横向梁在交叉节点处竖向变形与该处地基变形相等。与该处地基变形相等。(二二)节点荷载的分配节点荷载的分配1、中柱节点中柱节点纵横向基础断面相等时纵横向基础断面相等时，2、边柱节点边柱节点纵横向基础断面相等时，纵横向基础断面相等时，3、角柱节点角柱节点纵横向基础断面相等时纵横向基础断面相等时，以上式中以上式中方向梁的底面宽度；方向梁的底面宽度；方向梁的底面宽度；方向梁的底面宽度； 方向梁的刚度特征值；方向梁的刚度特征值；方向梁的刚度特征值；方向梁的刚度特征值；方向梁的抗弯刚度；方向梁的抗弯刚度；方向梁的抗弯刚度；方向梁的抗弯刚度；地基系数。地基系数。(产生单位沉降所需的反力产生单位沉降所需的反力)610筏板基础的计算筏板基础的计算 筏板基础内力计算，按不同的地基反力分布的假定，筏板基础内力计算，按不同的地基反力分布的假定，目前常用的有倒楼盖法、地基系数法、链杆法、有限目前常用的有倒楼盖法、地基系数法、链杆法、有限元法等，这里仅介绍倒楼盖法。元法等，这里仅介绍倒楼盖法。 一、地基反力计算一、地基反力计算 假定：地基反力在两个方向上都为直线分布。假定：地基反力在两个方向上都为直线分布。 式中式中 上部结构传来的所有各竖向荷载的总和上部结构传来的所有各竖向荷载的总和( (kNkN) )； 上部结构传来的荷载对基底形心在上部结构传来的荷载对基底形心在X X方向上的偏方向上的偏心力矩的总和（心力矩的总和（kNmkNm）；）； 上部结构传来的荷载对基底形心在上部结构传来的荷载对基底形心在Y方向上方向上的偏心力矩的总和（的偏心力矩的总和（kNm）；）； 注意：注意：地基承载力验算时包括基础自重及覆土重；内地基承载力验算时包括基础自重及覆土重；内力计算时力计算时不不包括基础自重及覆土重包括基础自重及覆土重； B、L分别为筏基底面的宽度和长度（分别为筏基底面的宽度和长度（m）。）。包括基包括基础底外挑的长度。（目的：为避免建筑物发生较大的础底外挑的长度。（目的：为避免建筑物发生较大的倾斜，并改善基础的受力状态，必要时可调整各边的倾斜，并改善基础的受力状态，必要时可调整各边的外挑长度，使基础接近中心受压状态。）外挑长度，使基础接近中心受压状态。） 二、梁板的内力计算二、梁板的内力计算 基础反力确定后，将筏基视为倒楼盖，以柱为支座，基础反力确定后，将筏基视为倒楼盖，以柱为支座，地基的地基的净净反力为荷载，可按普通平面楼盖计算其内力。反力为荷载，可按普通平面楼盖计算其内力。(1)平板式筏板基础平板式筏板基础:按倒无梁楼盖计算基础板内力。按倒无梁楼盖计算基础板内力。即将板在纵横两向分别划分柱上板带和柱间板带，分即将板在纵横两向分别划分柱上板带和柱间板带，分别求其内力。别求其内力。(2)梁板式筏板基础梁板式筏板基础:当柱网尺寸接近方形，且柱网单当柱网尺寸接近方形，且柱网单元内不布置次肋时，按井式楼盖计算，底板按多跨连元内不布置次肋时，按井式楼盖计算，底板按多跨连续双向板计算，纵、横向肋按多跨连续梁计算。续双向板计算，纵、横向肋按多跨连续梁计算。(3)梁板式筏板基础梁板式筏板基础:当柱网尺寸呈矩形，且柱网单元当柱网尺寸呈矩形，且柱网单元内布置了次肋且次肋间距较小时，按平面肋形楼盖计内布置了次肋且次肋间距较小时，按平面肋形楼盖计算。底板按多跨连续单向板计算；次肋作为次梁，按算。底板按多跨连续单向板计算；次肋作为次梁，按多跨连续梁计算；纵、横向肋也按多跨连续梁计算。多跨连续梁计算；纵、横向肋也按多跨连续梁计算。注意：按连续梁计算肋梁时，出现计算出的支座反力注意：按连续梁计算肋梁时，出现计算出的支座反力与柱轴力不相等的情况，可根据实际情况作些必要的与柱轴力不相等的情况，可根据实际情况作些必要的调整，也可用前述静定分析方法计算肋梁的内力，在调整，也可用前述静定分析方法计算肋梁的内力，在参考两种计算结果进行配筋。参考两种计算结果进行配筋。第八章第八章桩桩基基础础81概述概述如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑和变形的要求、而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案了。深基础以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案了。深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型一、桩基础的适用性一、桩基础的适用性对下列情况可考虑选用桩基础方案：对下列情况可考虑选用桩基础方案：1、不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其、不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物；它重要的建筑物；2、重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等；、重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等；3、对烟囱、输电塔等高耸结构物，采用桩基以承受较大、对烟囱、输电塔等高耸结构物，采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时；的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时；4、对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱、对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时；率时；5、软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或、软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。以桩基作为地震区结构抗震措施时。 当地基上部软弱而在桩端可达的深度处理藏有坚当地基上部软弱而在桩端可达的深度处理藏有坚实地层时，最宜采用桩基。如果软弱土层很厚，桩端实地层时，最宜采用桩基。如果软弱土层很厚，桩端达不到良好地层，则应考虑桩基的沉降等问题。如以达不到良好地层，则应考虑桩基的沉降等问题。如以桩通过较好土层而将荷载传到下卧软弱层，则将使桩桩通过较好土层而将荷载传到下卧软弱层，则将使桩基沉降增加。总之，桩基设计也应注意满足基沉降增加。总之，桩基设计也应注意满足地基承载地基承载力力和和变形变形这两项基本要求。这两项基本要求。二、桩基设计内容二、桩基设计内容 桩基设计的基本内容包括下列各项：桩基设计的基本内容包括下列各项： （l l）选择桩的类型和几何尺寸；选择桩的类型和几何尺寸； （2 2）确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值；）确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值； （3 3）确定桩的数量、间距和布置方式；）确定桩的数量、间距和布置方式； （4 4）验算桩基的承载力和沉降；）验算桩基的承载力和沉降； （5 5）桩身结构设计；）桩身结构设计； （6 6）承台设计；）承台设计； （7 7）绘制桩基施工图。）绘制桩基施工图。 设设计计桩桩基基应应先先根根据据建建筑筑物物的的特特点点和和有有关关要要求求，进进行行岩岩土土工工程程勘勘察察和和场场地地施施工工条条件件等等资资料料的的搜搜集集工工作作；设设计计时时应应考虑桩的设置方法及其影响。考虑桩的设置方法及其影响。三、桩基础的几个概念三、桩基础的几个概念1、桩基、桩基:由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础。组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。桩基础。2、复合桩基、复合桩基:由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础。基础。3、复合基桩：单桩及其对应面积的承台下地基土组成的、复合基桩：单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。复合承载基桩。4、减沉复合疏桩基础减沉复合疏桩基础：软土地基天然地基承载力基本：软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下，为减小沉降采用疏布摩擦型桩的满足要求的情况下，为减小沉降采用疏布摩擦型桩的复合桩基。复合桩基。82桩及桩基础分类桩及桩基础分类一、按承载性状分类一、按承载性状分类（1）摩擦型桩：）摩擦型桩：摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计承受，桩端阻力小到可忽略不计；端承摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由端承摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受。桩侧阻力承受。（2）端承型桩：）端承型桩：端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计；承受，桩侧阻力小到可忽略不计；摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受。桩端阻力承受。按桩的使用功能分类按桩的使用功能分类（1 1）竖向抗压桩（抗压桩）；）竖向抗压桩（抗压桩）；（2 2）竖向抗拔桩（抗拔桩）；）竖向抗拔桩（抗拔桩）；（3 3）水平受荷桩（主要承受水平荷载）；）水平受荷桩（主要承受水平荷载）；（4 4）复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）。）复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）。按桩身材料分类按桩身材料分类（1 1）混凝土桩；灌注桩、预制桩；）混凝土桩；灌注桩、预制桩；（2 2）钢桩；）钢桩；（3 3）组合材料桩。）组合材料桩。按成桩方法分类按成桩方法分类（1 1）非挤土桩：干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻）非挤土桩：干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩；（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩；（2 2）部分挤土桩：长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌）部分挤土桩：长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H H 型钢桩；型钢桩；（3 3）挤土桩：沉管灌注桩、沉管夯（挤）扩灌注桩、打入（静压）挤土桩：沉管灌注桩、沉管夯（挤）扩灌注桩、打入（静压）预制桩、闭口预应力混凝土空心桩和闭口钢管桩。预制桩、闭口预应力混凝土空心桩和闭口钢管桩。 按桩径大小分类按桩径大小分类（1）小桩）小桩d250mm；（2）中等直径桩中等直径桩250mmd800mm；（3）大直径桩大直径桩d800mm；d桩身设计直径。桩身设计直径。桩型与工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩型与工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。条件等，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。选择时可参考选择时可参考建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范附录附录A。布桩布桩83设计原则设计原则94桩基规范：建筑桩基采用以概率理论为基础的极限状态设桩基规范：建筑桩基采用以概率理论为基础的极限状态设计法计法,以可靠指标度量桩基的可靠度以可靠指标度量桩基的可靠度,采用以分项系数表达的极采用以分项系数表达的极限状态设计表达式进行计算。限状态设计表达式进行计算。07桩基规范：以综合安全系数桩基规范：以综合安全系数K用代替荷载分项系数和抗力用代替荷载分项系数和抗力分项系数。分项系数。3.1.1桩基础应按下列两类极限状态设计：桩基础应按下列两类极限状态设计：1、承载能力极限状态、承载能力极限状态:对应于桩基达到最大承载能力、整体失对应于桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形；稳或发生不适于继续承载的变形；2、正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变、正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。形限值或达到耐久性要求的某项限值。二、桩基设计等级二、桩基设计等级3.1.2 3.1.2 根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度，应将桩基设计分为三个设计等级。用的程度，应将桩基设计分为三个设计等级。 甲级甲级 ：（1 1）重要的建筑；）重要的建筑；（2 2）30 30 层以上或高度超过层以上或高度超过100m 100m 的高层建筑；的高层建筑；（3 3）体型复杂体型复杂且层数相差超过且层数相差超过10 10 层的高低层层的高低层( (含纯地下室含纯地下室) )连体建筑；连体建筑；（4 4）20 20 层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑；层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑；（5 5）场地和地基条件复杂的）场地和地基条件复杂的7 7 层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑；层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑；（6 6）对相邻既有工程）对相邻既有工程影响较大影响较大的建筑；的建筑； 乙级乙级 ：除甲级、丙级以外的建筑。：除甲级、丙级以外的建筑。丙级丙级 ：场地和地基条件简单、荷载分布均匀的场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7 7 层及层及7 7 层以下的一般层以下的一般建筑建筑 。3.1.3 桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和稳定性验算：稳定性验算：1、应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载、应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算；力计算和水平承载力计算； 2、应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗、应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于剪强度小于10kPa、且长径比大于且长径比大于50 的桩应进行桩身压屈验算；的桩应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力对于混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩应进行局部压屈验算；验算；对于钢管桩应进行局部压屈验算； 3 、当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承、当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算；载力验算； 4、 对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算；对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算； 5 、对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算；、对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算； 6、 对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。3.1.4 下列建筑桩基应进行沉降计算：下列建筑桩基应进行沉降计算：1 设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基；建筑桩基； 2 设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基； 3 软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。3.1.6应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂和裂缝宽度。验算桩和承台正截面的抗裂和裂缝宽度。3.1.7桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合下列规定：应符合下列规定：1、确定、确定桩数和布桩桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。特征值。2、计算、计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用时，应采用荷载效应准永久组合；计算荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。应标准组合。3 3、验算坡地、岸边建筑桩基的整体、验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性稳定性时，应采用荷载效应时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。准组合。 4 4、在、在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应时，应分别分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。 5 5、桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数数r r0 0 应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数重要性系数r r0 0不应小于不应小于1.01.0。 6 6、当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数、当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数r rRERE 应按现应按现行国家标准行国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范(GB 50011)(GB 50011)的规定采用。的规定采用。3.1.10 3.1.10 对于本规范第对于本规范第3.1.4 3.1.4 条规定应进行沉降计算的建筑桩基，条规定应进行沉降计算的建筑桩基，在其施工过程及建成后使用期间，应进行系统的沉降观测直至在其施工过程及建成后使用期间，应进行系统的沉降观测直至沉降稳定。沉降稳定。3.5 3.5 耐久性规定耐久性规定3.5.1 3.5.1 桩基结构的耐久性应根据设计使用年限、现行国家标准桩基结构的耐久性应根据设计使用年限、现行国家标准混混凝土结构设计规范凝土结构设计规范（GB50010GB50010）的环境类别规定以及水、土对钢、的环境类别规定以及水、土对钢、混凝土腐蚀性的评价进行设计。混凝土腐蚀性的评价进行设计。3.5.2 3.5.2 二类和三类环境中，设计使用年限为二类和三类环境中，设计使用年限为50 50 年的桩基结构混凝年的桩基结构混凝土应符合表土应符合表3.5.2 3.5.2 的规定。的规定。 3.5.3 3.5.3 桩身裂缝控制等级及最大裂缝宽度应根据环境类别和水、桩身裂缝控制等级及最大裂缝宽度应根据环境类别和水、土介质腐蚀性等级按表土介质腐蚀性等级按表3.5.3 3.5.3 规定选用。规定选用。3.5.4 3.5.4 四类、五类环境桩基结构耐久性设计可按国家现行标准四类、五类环境桩基结构耐久性设计可按国家现行标准港口工程混凝土结构设计规范港口工程混凝土结构设计规范JTJ 267 JTJ 267 和和工业建筑防腐蚀工业建筑防腐蚀设计规范设计规范GB 50046 GB 50046 等执行。等执行。3.5.5 3.5.5 对对 三、四、五类环境桩基结构，受力钢筋宜采用环氧树三、四、五类环境桩基结构，受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋。脂涂层带肋钢筋。 84桩的承载力桩的承载力一、单桩竖向极限承载力标准值一、单桩竖向极限承载力标准值 2.1.6 2.1.6 单桩竖向极限承载力标准值：单桩在竖向荷载作用下到单桩竖向极限承载力标准值：单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载，它取决于土对桩的支承阻力和桩身承载力。载，它取决于土对桩的支承阻力和桩身承载力。 5.3.1 5.3.1 设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：1 1 设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；2 2 设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；3 3 设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。5.3.2 5.3.2 单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻力标准值和极限端单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值应按下列规定确阻力标准值应按下列规定确定：定：1 1 单桩竖向静载试验应按现行行业标准单桩竖向静载试验应按现行行业标准建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范JGJ 106 JGJ 106 执行；执行；2 2 对于大直径端承型桩，也可通过深层平板（平板直径应与孔径对于大直径端承型桩，也可通过深层平板（平板直径应与孔径一致）载荷试验确定极限端阻力；一致）载荷试验确定极限端阻力；3 3 对于嵌岩桩，可通过直径为对于嵌岩桩，可通过直径为0.3m 0.3m 岩基平板载荷试验确定极限端岩基平板载荷试验确定极限端阻力标准值，也可通过直径为阻力标准值，也可通过直径为0.3m 0.3m 嵌岩短墩载荷试验确定极限侧嵌岩短墩载荷试验确定极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值；阻力标准值和极限端阻力标准值；4 4 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值宜通过埋设桩身轴桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值宜通过埋设桩身轴力测试元件由静载试验确定。并通过测试结果建立极限侧阻力标力测试元件由静载试验确定。并通过测试结果建立极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度以及与静力触探等土的原位测试指标间的经验关系，以经验参度以及与静力触探等土的原位测试指标间的经验关系，以经验参数法确定单桩竖向极限承载力。数法确定单桩竖向极限承载力。二、按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值二、按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值 采用现场静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准采用现场静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的值时，在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1 1，且不应小于且不应小于3 3根，工程总桩数在根，工程总桩数在5050根以内时不应小于根以内时不应小于2 2根，根，试验及单桩竖向极限承载力取值按试验及单桩竖向极限承载力取值按建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范附录附录C C方法进行。方法进行。1 1、试验目的：采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件、试验目的：采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向（抗压）极限承载力，作为的试验方法，确定单桩竖向（抗压）极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，尚可当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，尚可直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端阻力。除对直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端阻力。除对于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验加载至承于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验加载至承载力设计值的载力设计值的1.51.52 2倍外，其余试桩均应加载至破坏。倍外，其余试桩均应加载至破坏。2 2、试验加荷装置、试验加荷装置 试验装置主要包括加荷稳压部分、提供反力部分试验装置主要包括加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测部分。静荷载一般由安装在桩顶的油压千和沉降观测部分。静荷载一般由安装在桩顶的油压千斤顶提供。千斤顶的反力可通过锚桩承担（图斤顶提供。千斤顶的反力可通过锚桩承担（图8-8-12a12a），），或借压重平台上的重物来平衡（图或借压重平台上的重物来平衡（图8-12b8-12b）。）。量测桩顶沉降的仪表主要有百分表或电子位移计等。量测桩顶沉降的仪表主要有百分表或电子位移计等。根据试验记录，可绘制各种试验曲线，如：荷载桩根据试验记录，可绘制各种试验曲线，如：荷载桩顶沉降（顶沉降（Q QS S）曲线。曲线。 (1)锚桩横梁反力装置锚桩横梁反力装置：锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的大试验荷载的1.21.5倍。倍。采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不得少于采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不得少于4根，并根，并应对试验过程锚桩上拔量进行监测。应对试验过程锚桩上拔量进行监测。(2)压重平台反力装置：压重量不得少于预估试桩破压重平台反力装置：压重量不得少于预估试桩破坏荷载的坏荷载的1.2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固放置于平台上；匀稳固放置于平台上；(3)锚桩压重联合反力装置：当试桩最大加载量超过锚桩压重联合反力装置：当试桩最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可在横梁上放置或悬挂一定重物，锚桩的抗拔能力时，可在横梁上放置或悬挂一定重物，由锚桩和重物共同承受千斤顶加载反力。由锚桩和重物共同承受千斤顶加载反力。千斤顶平放于试桩中心，当采用千斤顶平放于试桩中心，当采用2个以上千斤顶加个以上千斤顶加载时，应将千斤顶并联同步工作，并使千斤顶的合力载时，应将千斤顶并联同步工作，并使千斤顶的合力通过试桩中心。通过试桩中心。(4)荷载与沉降的量测仪表：荷载与沉降的量测仪表：桩顶荷载的量测：可用放置于千斤顶上的应力环、桩顶荷载的量测：可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，或采用联于千斤顶的压应变式压力传感器直接测定，或采用联于千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。试桩沉降的量测：一般采用百分表或电子位移计试桩沉降的量测：一般采用百分表或电子位移计测量。对于大直径桩应在其测量。对于大直径桩应在其2个正交直径方向对称安置个正交直径方向对称安置4个位移测试仪表，中等和小直径桩径可安置个位移测试仪表，中等和小直径桩径可安置2个或个或3个位移测试仪表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于个位移测试仪表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于0.5倍桩径，固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造倍桩径，固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其他外界因素影响而发生上应确保不受气温、振动及其他外界因素影响而发生竖向变位。竖向变位。 3 3、试桩制作要求、试桩制作要求 (1)(1)试桩顶部一般应予加强，可在桩顶配置加密钢筋网试桩顶部一般应予加强，可在桩顶配置加密钢筋网2 23 3层，或以薄钢板圆筒作成加劲箍与桩顶混凝土浇成层，或以薄钢板圆筒作成加劲箍与桩顶混凝土浇成一体，用高标号砂浆将桩顶抹平。对于预制桩，若桩顶一体，用高标号砂浆将桩顶抹平。对于预制桩，若桩顶未破损可不另作处理。未破损可不另作处理。 (2)(2)为安置沉降测点和仪表，试桩顶部露出试坑地面的为安置沉降测点和仪表，试桩顶部露出试坑地面的高度不宜小于高度不宜小于600mm600mm，试坑地面宜与桩承台底设计标高试坑地面宜与桩承台底设计标高一致。一致。 (3)(3)试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。为缩短试桩养护时间，混凝土强度等级可适当提高，或为缩短试桩养护时间，混凝土强度等级可适当提高，或掺入早强剂。掺入早强剂。 (4)(4)从成桩到开始试验的间歇时间：在桩身强度达到设从成桩到开始试验的间歇时间：在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应少于计要求的前提下，对于砂类土，不应少于10d10d；对于粉对于粉土和粘性土，不应少于土和粘性土，不应少于15d15d；对于淤泥或淤泥质土，不对于淤泥或淤泥质土，不应少于应少于25d25d。4、静载荷试验要点、静载荷试验要点(1)试验加载方式：采用慢速维持荷载法，即逐级加试验加载方式：采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征可采用多循环加、卸载法（每级荷载达到的荷载特征可采用多循环加、卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）。当考虑缩短试验时间，对于相对稳定后卸载到零）。当考虑缩短试验时间，对于工程桩的检验性试验，可采用工程桩的检验性试验，可采用快速维持荷载法快速维持荷载法，即一，即一般每隔一小时加一级荷载。般每隔一小时加一级荷载。(2)加载分级：每级加载为预估极限荷载的加载分级：每级加载为预估极限荷载的1/101/15，第一级可按，第一级可按2倍分级荷载加荷；倍分级荷载加荷；(3)沉降观测：每级加载后间隔沉降观测：每级加载后间隔5、10、15min各测读各测读一次一次,以后每隔以后每隔15min测读一次测读一次,累计累计1h后每隔后每隔30min测读一次。每次测读值记入试验记录表；测读一次。每次测读值记入试验记录表；(4)沉降相对稳定标准：每一小时的沉降不超过沉降相对稳定标准：每一小时的沉降不超过0.1mm,并连续出现两次（由并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。(5)终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：止加载：1）某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用）某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的下沉降量的5倍；倍；2）某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作）某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的用下沉降量的2倍，且经倍，且经24h尚未达到相对稳定；尚未达到相对稳定；3）已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。）已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。 (6)(6)卸载与卸载沉降观测：每级卸载值为每级加卸载与卸载沉降观测：每级卸载值为每级加载值的载值的2 2倍。每级卸载后隔倍。每级卸载后隔15min15min测读一次残余测读一次残余沉降，读两次后，隔沉降，读两次后，隔30min30min再读一次再读一次, ,即可卸下即可卸下一级荷载，全部卸载后隔一级荷载，全部卸载后隔3-4h3-4h再读一次。再读一次。 (7)(7)确定单桩竖向极限承载力确定单桩竖向极限承载力: :一般应绘一般应绘Q QS, S S, S lgtlgt曲线，以及其他辅助分析所需曲线：曲线，以及其他辅助分析所需曲线： (8)(8)单桩竖向极限承载力可按下列方法综合分析单桩竖向极限承载力可按下列方法综合分析确定：确定： 1)1)根据沉降随荷载的变化特征确定极限承载力：根据沉降随荷载的变化特征确定极限承载力：对于陡降型对于陡降型Q QS S曲线取曲线取Q QS S曲线发生明显陡降曲线发生明显陡降的起始点；的起始点； 2)2)根据沉降量确定极限承载力：对于缓变型根据沉降量确定极限承载力：对于缓变型Q QS S曲线曲线一般可取一般可取s=40s=4060mm60mm对应的荷载对应的荷载, ,对于大直径桩可取对于大直径桩可取s=0.03s=0.030.06D(D0.06D(D为桩端直径为桩端直径, ,大桩径取低值大桩径取低值, ,小桩径小桩径取高值取高值) )所对应的荷载值；对于细长桩（所对应的荷载值；对于细长桩（l/dl/d8080）可可取取s=60s=6080mm80mm对应的荷载；对应的荷载；3)3)根据沉降随时间的变化特征确定极限承载力，取根据沉降随时间的变化特征确定极限承载力，取s slgtlgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。 (9)(9)单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值 见教材见教材P359P359360360。5、当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确、当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值定单桩竖向极限承载力标准值 (1)当桩径当桩径d0.8m时：时：单桩竖向极限承载力标准值；单桩竖向极限承载力标准值；单桩总极限侧阻力标准值，单桩总极限侧阻力标准值，KN；单桩总极限端阻力标准值，单桩总极限端阻力标准值，KN；桩身的周边长度，桩身的周边长度，m；桩桩穿越第穿越第i层土的厚度，层土的厚度，m；桩侧第桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，层土的极限侧阻力标准值，Kpa。当。当无无当地经验值时，可按表当地经验值时，可按表5.3.5-1取值；取值；极限端阻力标准值，极限端阻力标准值，KPa当无当地经验值时，可当无当地经验值时，可按表按表5.3.5-2取值。取值。（2 2）当桩径）当桩径d d0.8m0.8m时（大直径桩）时（大直径桩）：单桩竖向极限承载力标准值，单桩竖向极限承载力标准值，KN；单桩总极限侧阻力标准值，单桩总极限侧阻力标准值，KN；单桩总极限端阻力标准值，单桩总极限端阻力标准值，KN；桩身周长，当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的桩身周长，当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的混凝土时，桩身周长可按护壁外直径计算。混凝土时，桩身周长可按护壁外直径计算。桩侧第桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，当无当地经层土的极限侧阻力标准值，当无当地经验值时，可按本规范表验值时，可按本规范表5.3.5-1取值，对于扩底桩变截取值，对于扩底桩变截面以上面以上2d长度范围不计侧阻力；长度范围不计侧阻力；桩径为桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔（清底干净）可采用深层载荷板试验确定；当不挖孔（清底干净）可采用深层载荷板试验确定；当不能进行深层载荷板试验时，可按表能进行深层载荷板试验时，可按表5.3.6-1取值；取值；大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表按表5.3.6-2取值。取值。对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算单桩对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。 大直径桩的桩底持力层一般都呈渐进破坏，大直径桩的桩底持力层一般都呈渐进破坏，使其具有缓变型的使其具有缓变型的QS曲线，因此其极限端阻曲线，因此其极限端阻随桩径的增大而减少，且以持力层为无粘性土随桩径的增大而减少，且以持力层为无粘性土时为甚；至于其极限侧阻本来与桩径无关，但时为甚；至于其极限侧阻本来与桩径无关，但因大直径桩一般为钻、冲、挖孔灌注桩，在无因大直径桩一般为钻、冲、挖孔灌注桩，在无粘性土中成孔时，孔壁因应力解除而松弛，致粘性土中成孔时，孔壁因应力解除而松弛，致使侧阻的降幅随孔径的增大而增大。大直径桩使侧阻的降幅随孔径的增大而增大。大直径桩的极限承载力标准值应考虑尺寸效应。的极限承载力标准值应考虑尺寸效应。其他类型单桩竖向极限承载力标准值其他类型单桩竖向极限承载力标准值1 1、钢管桩、钢管桩( (第第5.3.75.3.7 条）；条）；2 2、混凝土空心桩、混凝土空心桩( (第第5.3.85.3.8 条）；条）；3 3、嵌岩桩、嵌岩桩( (第第5.3.95.3.9 条）；条）；4 4、后注浆灌注桩、后注浆灌注桩( (第第5.3.105.3.10 条）；条）；5.2.2单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定应按下式确定：式中式中Quk单桩竖向极限承载力标准值；单桩竖向极限承载力标准值；K安全系数，取安全系数，取K2。5.2.3对于端承型桩基、桩数少于对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。5.2.4对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值：其复合基桩的竖向承载力特征值：1上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物；上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物；2对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；3按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区；按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区；4软土地基的减沉复合疏桩基础。软土地基的减沉复合疏桩基础。5.2.5考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定：列公式确定：不考虑地震作用时：不考虑地震作用时：（5.2.5-1）考虑地震作用时考虑地震作用时：式中：式中： 承台效应系数，可按表承台效应系数，可按表5.2.5 5.2.5 取值；取值；f f akak承台下承台下1/2 1/2 承台宽度且不超过承台宽度且不超过5m 5m 深度范围内各层土的深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值；地基承载力特征值按厚度加权的平均值；A c A c 计算基桩所对应的承台底净面积；计算基桩所对应的承台底净面积；A A psps为桩身截面面积；为桩身截面面积；A A 为承台计算域面积。对于柱下独立桩基，为承台计算域面积。对于柱下独立桩基，A A 为承台总面为承台总面积；对于桩筏基础，积；对于桩筏基础，A A 为柱、墙筏板的为柱、墙筏板的1/2 1/2 跨距和悬臂边跨距和悬臂边2.5 2.5 倍筏板厚度所围成的面积；桩集中布置于单片墙下的桩筏基础，倍筏板厚度所围成的面积；桩集中布置于单片墙下的桩筏基础，取墙两边各取墙两边各1/2 1/2 跨距围成的面积，按条基计算跨距围成的面积，按条基计算 ； 地基抗震承载力调整系数，应按现行国家标准地基抗震承载力调整系数，应按现行国家标准建筑抗建筑抗震设计规范震设计规范GB50011 GB50011 采用。采用。当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取效应，取 = 0 = 0 。 5 51 1 桩顶作用效应计算桩顶作用效应计算 5.1.1 5.1.1 对于一般建筑物和受水平力（包括力矩与水平剪力）对于一般建筑物和受水平力（包括力矩与水平剪力）较小的高层建筑群桩基础，应按下列公式计算柱、墙、核较小的高层建筑群桩基础，应按下列公式计算柱、墙、核心筒群桩中基桩或复合基桩的桩顶作用效应：心筒群桩中基桩或复合基桩的桩顶作用效应： 式中式中: : FkFk 荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力；荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力；Gk Gk 桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；位以下部分应扣除水的浮力；NkNk 荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力；基桩的平均竖向力；NikNik 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，第荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，第i i 基桩或基桩或复合基桩的竖向力；复合基桩的竖向力；MxkMxk 、MykMyk 荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的通过桩群形心的x x 、y y 主轴的力矩；主轴的力矩；x xi i、x xj j 、y yi i 、y yj j第第i i、j j 基桩或复合基桩至基桩或复合基桩至y y、x x 轴的轴的距离；距离；n n 桩基中的桩数。桩基中的桩数。5.1.2 5.1.2 对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，在同时满足下列条件时，桩顶作用效应计算可不考虑地震在同时满足下列条件时，桩顶作用效应计算可不考虑地震作用：作用：1 1 按现行国家标准按现行国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（GB 50011GB 50011）规规定可不进行桩基抗震承载力验算的建筑物；定可不进行桩基抗震承载力验算的建筑物；2 2 建筑场地位于建筑抗震的有利地段。建筑场地位于建筑抗震的有利地段。5.1.3 5.1.3 属于下列情况之一的桩基，计算各基桩的作用效应、属于下列情况之一的桩基，计算各基桩的作用效应、桩身内力和位移时，宜考虑承台（包括地下墙体）与基桩桩身内力和位移时，宜考虑承台（包括地下墙体）与基桩协同工作和土的弹性抗力作用，其计算方法可按本规范附协同工作和土的弹性抗力作用，其计算方法可按本规范附录录C C 进行：进行：1 1 位于位于8 8 度和度和8 8 度以上抗震设防区和其他受较大水平力的度以上抗震设防区和其他受较大水平力的高层建筑，当其桩基承台刚度较大或由于上部结构与承台高层建筑，当其桩基承台刚度较大或由于上部结构与承台协同作用能增强承台的刚度时；协同作用能增强承台的刚度时；2 2 受较大水平力及受较大水平力及8 8 度和度和8 8度以上地震作用的高承台桩基。度以上地震作用的高承台桩基。 5.2 5.2 桩基竖向承载力计算桩基竖向承载力计算5.2.1 5.2.1 桩基竖向承载力计算应符合下列要求：桩基竖向承载力计算应符合下列要求：1 1 荷载效应标准组合：荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下：轴心竖向力作用下：偏心荷载作用下，偏心荷载作用下，2 2 地震作用效应和荷载效应标准组合：地震作用效应和荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下2 2 地震作用效应和荷载效应标准组合：地震作用效应和荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式的要求：的要求： 式中式中 Nk 荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力；合基桩的平均竖向力；N k max 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶最大竖向力；最大竖向力；N Ek地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的平均竖向力；合基桩的平均竖向力；N Ek max 地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力；或复合基桩的最大竖向力；R 基桩或复合基桩竖向承载力特征值。基桩或复合基桩竖向承载力特征值。 5.4 5.4 特殊条件下桩基竖向承载力验算特殊条件下桩基竖向承载力验算 软弱下卧层验算软弱下卧层验算5.4.1 5.4.1 对于桩距不超过对于桩距不超过6d 6d 的群桩基础，桩端持力层下存在承载力的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力低于桩端持力层承载力1/3 1/3 的软弱下卧层时，可按下列公式验算的软弱下卧层时，可按下列公式验算软弱下卧层的承载力（图软弱下卧层的承载力（图5.4.15.4.1）: :式中式中 z z 作用于软弱下卧层顶面的附加应力；作用于软弱下卧层顶面的附加应力；m m 软弱层顶面以上各土层重度软弱层顶面以上各土层重度( (地下水位以下取浮重地下水位以下取浮重度度) )的厚度加权平均值；的厚度加权平均值；t t 硬持力层厚度；硬持力层厚度；f f azaz软弱下卧层经深度软弱下卧层经深度z z 修正的地基承载力特征值；修正的地基承载力特征值；A A0 0 、 B B0 0桩群外缘矩形底面的长、短边边长；桩群外缘矩形底面的长、短边边长；q q siksik桩周第桩周第i i 层土的极限侧阻力标准值，无当地经验层土的极限侧阻力标准值，无当地经验时，可根据成桩工艺按本规范表时，可根据成桩工艺按本规范表5.3.5-15.3.5-1取值；取值； 桩端硬持力层压力扩散角，按表桩端硬持力层压力扩散角，按表5.4.1 5.4.1 取值。取值。 抗拔桩基承载力验算抗拔桩基承载力验算5.4.5 5.4.5 承受拔力的桩基，应按下列公式同时验算群桩基础呈整体破坏承受拔力的桩基，应按下列公式同时验算群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力：和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力：式中式中N Nk k按荷载效应标准组合计算的基桩拔力；按荷载效应标准组合计算的基桩拔力；T Tgkgk群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，可按本规范第群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，可按本规范第 5.4.6 5.4.6 条确定；条确定；T Tukuk群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，可按本规范第群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值，可按本规范第5.4.6 5.4.6 条确定；条确定；G Ggpgp群桩基础所包围体积的桩土总自重除以总桩数，地下水位以下取浮群桩基础所包围体积的桩土总自重除以总桩数，地下水位以下取浮重度；重度；G GP P基桩自重，地下水位以下取浮重度，对于扩底桩应按本规范表基桩自重，地下水位以下取浮重度，对于扩底桩应按本规范表5.4.6-5.4.6-1 1 确定桩、土柱体周长，计算桩、土自重确定桩、土柱体周长，计算桩、土自重。 5.4.6 5.4.6 群桩基础及其基桩的抗拔极限承载力的确定应符群桩基础及其基桩的抗拔极限承载力的确定应符合下列规定：合下列规定：1 1 对于设计等级为甲级和乙级建筑桩基，基桩的抗拔极对于设计等级为甲级和乙级建筑桩基，基桩的抗拔极限承载力应通过现场单桩上拔静载荷限承载力应通过现场单桩上拔静载荷试验确定。单桩上拔静载荷试验及抗拔极限承载力标准试验确定。单桩上拔静载荷试验及抗拔极限承载力标准值取值可按现行行业标准值取值可按现行行业标准建筑基建筑基桩检测技术规范桩检测技术规范（JGJ 106JGJ 106）进行。进行。2 2 如无当地经验时，群桩基础及设计等级为丙级建筑桩如无当地经验时，群桩基础及设计等级为丙级建筑桩基，基桩的抗拔极限载力取值可按下基，基桩的抗拔极限载力取值可按下列规定计算：列规定计算：1) 1) 群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：值可按下式计算： 式中式中 T Tukuk 基桩抗拔极限承载力标准值；基桩抗拔极限承载力标准值；u ui i 桩身周长，对于等直径桩取桩身周长，对于等直径桩取u u =d d ；对于扩底桩对于扩底桩按表按表5.4.6-1 5.4.6-1 取值；取值；q qsiksik桩侧表面第桩侧表面第i i 层土的抗压极限侧阻力标准值，可层土的抗压极限侧阻力标准值，可按本规范表按本规范表5.3.5-1 5.3.5-1 取值；取值；i i 抗拔系数，可按表抗拔系数，可按表5.4.6-2 5.4.6-2 取值。取值。2) 2) 群桩呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值群桩呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：可按下式计算： 式中式中 u ui i桩群外围周长。桩群外围周长。 5.4.7 5.4.7 季节性冻土上轻型建筑的短桩基础，应按下列公季节性冻土上轻型建筑的短桩基础，应按下列公式验算其抗冻拔稳定性；式验算其抗冻拔稳定性；5.4.8 5.4.8 膨胀土上轻型建筑的短桩基础，应按下列公式验膨胀土上轻型建筑的短桩基础，应按下列公式验算群桩基础呈整体破坏和非整体破坏的抗拔稳定性。算群桩基础呈整体破坏和非整体破坏的抗拔稳定性。5.5 5.5 桩基沉降计算桩基沉降计算5.5.1 5.5.1 建筑桩基沉降变形计算值不应大于桩基沉降变形允许值。建筑桩基沉降变形计算值不应大于桩基沉降变形允许值。5.5.2 5.5.2 桩基沉降变形可用下列指标表示：桩基沉降变形可用下列指标表示：1 1 沉降量；沉降量；2 2 沉降差；沉降差；3 3 整体倾斜：建筑物桩基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比整体倾斜：建筑物桩基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比值值；4 4 局部倾斜：墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差局部倾斜：墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差与其距离之比值。与其距离之比值。5.5.3 5.5.3 计算桩基沉降变形时，桩基变形指标应按下列规定选用：计算桩基沉降变形时，桩基变形指标应按下列规定选用：1 1 由于土层厚度与性质不均匀、荷载差异、体型复杂、相互影响等因素由于土层厚度与性质不均匀、荷载差异、体型复杂、相互影响等因素引起的地基沉降变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；引起的地基沉降变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；2 2 对于多层或高层建筑和高耸结构应由整体倾斜值控制对于多层或高层建筑和高耸结构应由整体倾斜值控制；3 3 当其结构为框架、框架剪力墙、框架核心筒结构时，尚应控制柱当其结构为框架、框架剪力墙、框架核心筒结构时，尚应控制柱（墙）之间的差异沉降。（墙）之间的差异沉降。5.5.4 5.5.4 建筑桩基沉降变形允许值，应按表建筑桩基沉降变形允许值，应按表5.5.4 5.5.4 规定采用规定采用。续表续表5.5.45.5.45.5.5 5.5.5 对于本规范表对于本规范表5.5.4 5.5.4 中未包括的建筑桩基沉降沉降变形允中未包括的建筑桩基沉降沉降变形允许值，应根据上部结构对桩基沉降变形的适应能力和使用要求确许值，应根据上部结构对桩基沉降变形的适应能力和使用要求确定。定。 桩中心距不大于桩中心距不大于6 6 倍桩径的桩基倍桩径的桩基5.5.6 5.5.6 对于桩中心距不大于对于桩中心距不大于6 6 倍桩径的桩基倍桩径的桩基, ,其最终沉降量计算可其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加压力近似取承台底平均附加压积为桩承台投影面积，等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。计算模式如图计算模式如图5.5.6 5.5.6 所示，桩基任一点最终沉降量可用角点法按下所示，桩基任一点最终沉降量可用角点法按下式计算：式计算：式中式中 s s 桩基最终沉降量桩基最终沉降量(mm)(mm)；s s采用布辛奈斯克解，按实体深基础分层总和法计算出的桩基沉降量采用布辛奈斯克解，按实体深基础分层总和法计算出的桩基沉降量(mm)(mm)； 桩基沉降计算经验系数，当无当地可靠经验时可按本规范第桩基沉降计算经验系数，当无当地可靠经验时可按本规范第5.5.11 5.5.11 条确定；条确定；e e 桩基等效沉降系数，可按本规范第桩基等效沉降系数，可按本规范第5.5.9 5.5.9 条确定；条确定；m m 角点法计算点对应的矩形荷载分块数；角点法计算点对应的矩形荷载分块数；p p0 0j j 第第j j 块矩形底面在荷载效应准永久组合下的附加压力块矩形底面在荷载效应准永久组合下的附加压力( (kPakPa) )；n n 桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数；桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数；EsiEsi 等效作用面以下第等效作用面以下第i i 层土的压缩模量层土的压缩模量( (MPaMPa) )，采用地基土在自重压采用地基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量；力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量；z zijij 、z z(i(i1)j1)j 桩端平面第桩端平面第j j 块荷载作用面至第块荷载作用面至第i i 层土、第层土、第i-1 i-1 层土底面层土底面的距离的距离(m)(m)；ijij 、(i(i1)j1)j 桩端平面第桩端平面第j j 块荷载计算点至第块荷载计算点至第i i 层土、第层土、第i -1 i -1 层土层土底面深度范围内平均附加应力系数，可按本规范附录底面深度范围内平均附加应力系数，可按本规范附录D D 选用。选用。5.5.8 5.5.8 桩基沉降计算深度桩基沉降计算深度znzn 应按应力比法确定，即计算深度处应按应力比法确定，即计算深度处的附加应力的附加应力z z 与土的自重应力与土的自重应力c c 应符合下列公式要求：应符合下列公式要求：式中式中 ajaj 附加应力系数，可根据角点法划分的矩形长宽比及附加应力系数，可根据角点法划分的矩形长宽比及深宽比按本规范附录深宽比按本规范附录D D 选用。选用。 5.5.9 5.5.9 桩基等效沉降系数桩基等效沉降系数e e 可按下列公式简化计算：可按下列公式简化计算： 式中式中 nbnb 矩形布桩时的短边布桩数，当布桩不规则时可按式矩形布桩时的短边布桩数，当布桩不规则时可按式（5.5.9-25.5.9-2）近似计算，）近似计算，nbnb 11；nbnb =1=1时，可按本规范式时，可按本规范式（5.5.145.5.14）计算；）计算；C C0 0 、C C1 1 、C C2 2 根据群桩距径比根据群桩距径比sasa / /d d 、长径比长径比l l/ /d d 及基础长宽比及基础长宽比LcLc/ /BcBc ，按本规范附录按本规范附录E E确定；确定；LcLc 、BcBc 、n n 分别为矩形承台的长、宽及总桩数。分别为矩形承台的长、宽及总桩数。5.5.10 5.5.10 当布桩不规则时，等效距径比可按下列公式近似计算当布桩不规则时，等效距径比可按下列公式近似计算：式中式中 A A 桩基承台总面积；桩基承台总面积； b b 方形桩截面边长。方形桩截面边长。 5.5.11 5.5.11 当无当地可靠经验时，桩基沉降计算经验系数当无当地可靠经验时，桩基沉降计算经验系数 可按可按表表5.5.11 5.5.11 选用。对于采用后注浆施工工艺的灌注桩，桩基沉降选用。对于采用后注浆施工工艺的灌注桩，桩基沉降计算经验系数应根据桩端持力土层类别，乘以计算经验系数应根据桩端持力土层类别，乘以0.70.7（砂、砾、卵（砂、砾、卵石）石）0.80.8（黏性土、粉土）折减系数；饱和土中采用预制桩（黏性土、粉土）折减系数；饱和土中采用预制桩（不含复打、复压、引孔沉桩）时，应根据桩距、土质、沉桩（不含复打、复压、引孔沉桩）时，应根据桩距、土质、沉桩速率和顺序等因素，乘以速率和顺序等因素，乘以1.31.31.8 1.8 挤土效应系数，土的渗透性挤土效应系数，土的渗透性低，桩距小，桩数多，沉降速率快时取大值。低，桩距小，桩数多，沉降速率快时取大值。 5.5.12 5.5.12 计算桩基沉降时，应考虑相邻基础的影响，采用叠加原理计算桩基沉降时，应考虑相邻基础的影响，采用叠加原理计算；桩基等效沉降系数可按独立基础计算。计算；桩基等效沉降系数可按独立基础计算。5.5.13 5.5.13 当桩基形状不规则时，可采用等代矩形面积计算桩基等效当桩基形状不规则时，可采用等代矩形面积计算桩基等效沉降系数，等效矩形的长宽比可根据承台实际尺寸和形状确定。沉降系数，等效矩形的长宽比可根据承台实际尺寸和形状确定。 单桩、单排桩、疏桩基础单桩、单排桩、疏桩基础 5.5.14 5.5.14 对于单桩、单排桩、桩中心距大于对于单桩、单排桩、桩中心距大于6 6 倍桩径的疏桩基础的沉倍桩径的疏桩基础的沉降计算应符合下列规定：降计算应符合下列规定： 1 1 承台底地基土不分担荷载的桩基。桩端平面以下地基中由基桩引承台底地基土不分担荷载的桩基。桩端平面以下地基中由基桩引起的附加应力，按考虑桩径影响的明德林解附录起的附加应力，按考虑桩径影响的明德林解附录F F 计算确定。将沉计算确定。将沉降计算点水平面影响范围内各基桩对应力计算点产生的附加应力叠降计算点水平面影响范围内各基桩对应力计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算土层的沉降，并计入桩身压缩加，采用单向压缩分层总和法计算土层的沉降，并计入桩身压缩e s e s 。桩基的最终沉降量可按下列公式计算：桩基的最终沉降量可按下列公式计算： 2 2 承台底地基土分担荷载的复合桩基。将承台底土压力对地基中某点承台底地基土分担荷载的复合桩基。将承台底土压力对地基中某点产生的附加应力按布辛奈斯克解（附录产生的附加应力按布辛奈斯克解（附录D D）计算，与基桩产生的附加计算，与基桩产生的附加应力叠加，采用与本条第应力叠加，采用与本条第1 1 款相同方法计算沉降。其最终沉降量可按款相同方法计算沉降。其最终沉降量可按下列公式计算：下列公式计算：式中式中 m m 以沉降计算点为圆心，以沉降计算点为圆心，0.6 0.6 倍桩长为半径的水平面影响范倍桩长为半径的水平面影响范围内的基桩数；围内的基桩数；n n 沉降计算深度范围内土层的计算分层数；分层数应结合土层性质，沉降计算深度范围内土层的计算分层数；分层数应结合土层性质，分层厚度不应超过计算深度的分层厚度不应超过计算深度的0.3 0.3 倍；倍；zizi 水平面影响范围内各基桩对应力计算点桩端平面以下第水平面影响范围内各基桩对应力计算点桩端平面以下第i i 层层土土1/2 1/2 厚度处产生的附加竖向应力之和；应力计算点应取与沉降计算厚度处产生的附加竖向应力之和；应力计算点应取与沉降计算点最近的桩中心点。点最近的桩中心点。zcizci承台压力对应力计算点桩端平面以下第承台压力对应力计算点桩端平面以下第i i 计算土层计算土层1/2 1/2 厚厚度处产生的应力；可将承台板划分为度处产生的应力；可将承台板划分为u u个矩形块，可按本规范附录个矩形块，可按本规范附录D D 采用角点法计算；采用角点法计算；z z 第第i i 计算土层厚度（计算土层厚度（m m）；）；E E sisi 第第i i 计算土层的压缩模量（计算土层的压缩模量（MPaMPa），），采用土的自重压力至采用土的自重压力至土的自重压力加附加压力作用时的压缩模量；土的自重压力加附加压力作用时的压缩模量；Q jQ j第第j j 桩在荷载效应准永久组合作用下桩在荷载效应准永久组合作用下, ,桩顶的附加荷载桩顶的附加荷载( (kNkN) )；当地下室埋深超过当地下室埋深超过5m5m时，取荷载效应准永久组合作用下的总荷时，取荷载效应准永久组合作用下的总荷载为考虑回弹再压缩的等代附加荷载；载为考虑回弹再压缩的等代附加荷载；l j l j 第第j j 桩桩长（桩桩长（m m）；）；A A psps桩身截面面积；桩身截面面积；j j第第j j 桩总桩端阻力与桩顶荷载之比，近似取极限总端阻力与桩总桩端阻力与桩顶荷载之比，近似取极限总端阻力与单桩极限承载力之比；单桩极限承载力之比；I I p,ijp,ij , , I Is,ijs,ij分别为第分别为第j j 桩的桩端阻力和桩侧阻力对计算轴线第桩的桩端阻力和桩侧阻力对计算轴线第i i计算土层计算土层1/ 2 1/ 2 厚度处的应力影响系数，可按本规范附录厚度处的应力影响系数，可按本规范附录F F 确定确定; ;E c E c 桩身混凝土的弹性模量；桩身混凝土的弹性模量；其余符号详见规范其余符号详见规范 5.5.15 5.5.15 对于单桩、单排桩、疏桩复合桩基础的最终沉降计算深度对于单桩、单排桩、疏桩复合桩基础的最终沉降计算深度ZnZn，可按应力比法确定，即可按应力比法确定，即ZnZn处由桩引起的附加应力处由桩引起的附加应力z z 、由承台土由承台土压力引起的附加应力压力引起的附加应力zczc与与土的自重应力土的自重应力c c应符合下式要求：应符合下式要求：5.6 5.6 软土地基减沉复合疏桩基础的计算软土地基减沉复合疏桩基础的计算 见第见第5.6.15.6.1条条; ;第第5.6.25.6.2条条 5.8 5.8 桩身承载力与裂缝控制计算桩身承载力与裂缝控制计算 5.8.1 5.8.1 桩身应进行承载力和裂缝控制计算。计算时应考虑桩身材料桩身应进行承载力和裂缝控制计算。计算时应考虑桩身材料强度、成桩工艺、吊运与沉桩、约束条件、环境类别诸因素，除按强度、成桩工艺、吊运与沉桩、约束条件、环境类别诸因素，除按本节有关规定执行外，尚应符合现行国家标准本节有关规定执行外，尚应符合现行国家标准混凝土结构设计规混凝土结构设计规范范GB 50010GB 50010、钢结构设计规范钢结构设计规范GB 50017 GB 50017 和和建筑抗震设计规建筑抗震设计规范范GB 50011 GB 50011 的有关规定。的有关规定。 5.8 5.8 桩身承载力与裂缝控制计算桩身承载力与裂缝控制计算 5.8.1 5.8.1 桩身应进行承载力和裂缝控制计算。计算时应考虑桩身材料桩身应进行承载力和裂缝控制计算。计算时应考虑桩身材料强度、成桩工艺、吊运与沉桩、约束条件、环境类别诸因素，除按强度、成桩工艺、吊运与沉桩、约束条件、环境类别诸因素，除按本节有关规定执行外，尚应符合现行国家标准本节有关规定执行外，尚应符合现行国家标准混凝土结构设计规混凝土结构设计规范范GB 50010GB 50010、钢结构设计规范钢结构设计规范GB 50017 GB 50017 和和建筑抗震设计规建筑抗震设计规范范GB 50011 GB 50011 的有关规定。的有关规定。 受压桩受压桩5.8.2 5.8.2 钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合下列规定：钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合下列规定：1 1 当桩顶以下当桩顶以下5d 5d 范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm100mm，且符合且符合本规范第本规范第4.1.1 4.1.1 条规定时条规定时（第第4.1.14.1.1条灌注桩配筋构造条灌注桩配筋构造） 2 2 当桩身配筋不符合上述当桩身配筋不符合上述1 1 款规定时：款规定时： 式中式中 N N 荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值；荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值；c c 基桩成桩工艺系数，按第基桩成桩工艺系数，按第5.8.3 5.8.3 条规定取值；条规定取值；fcfc 混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；f f y y纵向主筋抗压强度设计值；纵向主筋抗压强度设计值；A A s s纵向主筋截面面积。纵向主筋截面面积。5.8.3 5.8.3 基桩成桩工艺系数基桩成桩工艺系数c c 应按下列规定取值：应按下列规定取值：1 1 混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩：混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩： c=0.85c=0.85；2 2 干作业非挤土灌注桩：干作业非挤土灌注桩：c=0.90c=0.90；3 3 泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩：桩： c= 0.7c= 0.70.8 0.8 ；4 4 软土地区挤土灌注桩：软土地区挤土灌注桩： c= 0.6 c= 0.6 。5.8.4 5.8.4 计算轴心受压混凝土桩正截面受压承载力时，一般取稳定系数计算轴心受压混凝土桩正截面受压承载力时，一般取稳定系数 =1.0=1.0。对于高承台基桩、桩身穿越可液化土或不排水抗剪强度小对于高承台基桩、桩身穿越可液化土或不排水抗剪强度小于于10kPa 10kPa 的软弱土层的基桩，应考虑压屈影响，可按本规范式的软弱土层的基桩，应考虑压屈影响，可按本规范式（5.8.2-15.8.2-1）、（）、（5.8.2-25.8.2-2）计算所得桩身正截面受压承载力乘以）计算所得桩身正截面受压承载力乘以 折折减。其稳定系数减。其稳定系数 可根据桩身压屈计算长度可根据桩身压屈计算长度lclc 和桩的设计直径和桩的设计直径d(d(或或矩形桩短边尺寸矩形桩短边尺寸b)b)确定。桩身压屈计算长度可根据桩顶的约束情况、确定。桩身压屈计算长度可根据桩顶的约束情况、桩身露出地面的自由长度桩身露出地面的自由长度lo lo 、桩的入土长度桩的入土长度h h 、桩侧和桩底的土质桩侧和桩底的土质条件应按表条件应按表5.8.4-15.8.4-1确定。桩的稳定系数可按表确定。桩的稳定系数可按表5.8.4-2 5.8.4-2 确定。确定。5.8.5 5.8.5 计算偏心受压混凝土桩正截面受压承载力时，可不考虑偏心距计算偏心受压混凝土桩正截面受压承载力时，可不考虑偏心距的增大影响，但对于高承台基桩、桩身穿越可液化土或不排水抗剪强的增大影响，但对于高承台基桩、桩身穿越可液化土或不排水抗剪强度小于度小于10kPa 10kPa 的软弱土层的基桩，应考虑桩身在弯矩作用平面内的挠的软弱土层的基桩，应考虑桩身在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响，应将轴向力对截面重心的初始偏心矩曲对轴向力偏心距的影响，应将轴向力对截面重心的初始偏心矩e ei i 乘以偏心矩增大系数乘以偏心矩增大系数，偏心距增大系数偏心距增大系数的具体计算方法可按现行的具体计算方法可按现行国家标准国家标准混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB 50010GB 50010执行。执行。 预制桩吊运和锤击验算预制桩吊运和锤击验算 5.8.11 5.8.11 预制桩吊运时单吊点和双吊点的设置，应按吊点（或支点）预制桩吊运时单吊点和双吊点的设置，应按吊点（或支点）跨间正弯矩与吊点处的负弯矩相等的原则进行布置。考虑预制桩吊跨间正弯矩与吊点处的负弯矩相等的原则进行布置。考虑预制桩吊运时可能受到冲击和振动的影响，计算吊运弯矩和吊运拉力时，可运时可能受到冲击和振动的影响，计算吊运弯矩和吊运拉力时，可将桩身重力乘以将桩身重力乘以1.5 1.5 的动力系数。的动力系数。 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 1 1、负摩阻力、负摩阻力桩身周围土由于自重固结、自重湿陷、地面桩身周围土由于自重固结、自重湿陷、地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所产生的向下摩阻力。在桩身某一深度处的桩土位移量相等，产生的向下摩阻力。在桩身某一深度处的桩土位移量相等，该处称为中性点。中性点是正、负摩阻力的分界点。该处称为中性点。中性点是正、负摩阻力的分界点。2 2、产生负摩阻力的条件、产生负摩阻力的条件(1) (1) 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时；对较硬土层时；(2)(2)桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；或地面大面积堆载（包括填土）时；(3)(3)由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。缩沉降时。 桩基础设计桩基础设计32基本资料基本资料3.2.1桩基设计应具备以下资料：桩基设计应具备以下资料：1岩土工程勘察文件岩土工程勘察文件:1）桩基按两类极限状态进行设计所需用岩土物理力学参数及原位）桩基按两类极限状态进行设计所需用岩土物理力学参数及原位测试参数；测试参数；2）对建筑场地的不良地质作用，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、）对建筑场地的不良地质作用，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、土洞等，有明确判断、结论和防治方案；土洞等，有明确判断、结论和防治方案；3）地下水位埋藏情况、类型和水位变化幅度及抗浮设计水位，土、）地下水位埋藏情况、类型和水位变化幅度及抗浮设计水位，土、水的腐蚀性评价，地下水浮力计算的设计水位；水的腐蚀性评价，地下水浮力计算的设计水位；4）抗震设防区按设防烈度提供的液化土层资料；）抗震设防区按设防烈度提供的液化土层资料；5）有关地基土冻胀性、湿陷性、膨胀性评价。）有关地基土冻胀性、湿陷性、膨胀性评价。2建筑场地与环境条件的有关资料建筑场地与环境条件的有关资料:1）建筑场地现状，包括交通设施、高压架空线、地下管线和地下）建筑场地现状，包括交通设施、高压架空线、地下管线和地下构筑物的分布；构筑物的分布；2）相邻建筑物安全等级、基础形式及埋置深度；）相邻建筑物安全等级、基础形式及埋置深度；3 3）附近类似工程地质条件场地的桩基工程试桩资料和单桩承载力设）附近类似工程地质条件场地的桩基工程试桩资料和单桩承载力设计参数；计参数；4 4）周围建筑物的防振、防噪声的要求；）周围建筑物的防振、防噪声的要求；5 5）泥浆排放、弃土条件；）泥浆排放、弃土条件；6 6）建筑物所在地区的抗震设防烈度和建筑场地类别。）建筑物所在地区的抗震设防烈度和建筑场地类别。3 3 建筑物的有关资料：建筑物的有关资料：1) 1) 建筑物的总平面布置图；建筑物的总平面布置图；2) 2) 建筑物的结构类型、荷载，建筑物的使用条件和设备对基础竖向建筑物的结构类型、荷载，建筑物的使用条件和设备对基础竖向及水平位移的要求；及水平位移的要求；3) 3) 建筑结构的安全等级。建筑结构的安全等级。4 4 施工条件的有关资料：施工条件的有关资料：1 1） 施工机械设备条件，制桩条件，动力条件，施工工艺对地质条件施工机械设备条件，制桩条件，动力条件，施工工艺对地质条件的适应性；的适应性；2 2）水、电及有关建筑材料的供应条件；）水、电及有关建筑材料的供应条件；3 3）施工机械的进出场及现场运行条件。）施工机械的进出场及现场运行条件。5 5 供设计比较用的有关桩型及实施的可行性的资料。供设计比较用的有关桩型及实施的可行性的资料。3.2.2 3.2.2 桩基的详细勘察除应满足现行国家标准桩基的详细勘察除应满足现行国家标准岩土工程勘察岩土工程勘察规范规范GB 50021 GB 50021 有关要求外，有关要求外，尚应满足下列要求：尚应满足下列要求：1 1 勘探点间距：勘探点间距：1 1）对于端承型桩（含嵌岩桩）：主要根据桩端持力层顶面坡度）对于端承型桩（含嵌岩桩）：主要根据桩端持力层顶面坡度决定，宜为决定，宜为121224m24m。当相邻两个勘察点揭露出的桩端持力层层面坡度大于当相邻两个勘察点揭露出的桩端持力层层面坡度大于10%10%或持力或持力层起伏较大、地层分布复杂时，应根据具体工程条件适当加密层起伏较大、地层分布复杂时，应根据具体工程条件适当加密勘探点。勘探点。2 2） 对于摩擦型桩：宜按对于摩擦型桩：宜按2035m 2035m 布置勘探孔，但遇到土层的性布置勘探孔，但遇到土层的性质或状态在水平方向分布变化较大，或存在可能影响成桩的土质或状态在水平方向分布变化较大，或存在可能影响成桩的土层时，应适当加密勘探点。层时，应适当加密勘探点。3 3） 复杂地质条件下的柱下单桩基础应按柱列线布置勘探点，复杂地质条件下的柱下单桩基础应按柱列线布置勘探点，并宜每桩设一勘探点。并宜每桩设一勘探点。 2 2 勘探深度：勘探深度：1 1） 宜布置宜布置1/31/2 1/31/2 的勘探孔为控制性孔。对于设计等级为甲级的建的勘探孔为控制性孔。对于设计等级为甲级的建筑桩基，至少应布置筑桩基，至少应布置3 3 个控制性孔，设计等级为乙级的建筑桩基至少个控制性孔，设计等级为乙级的建筑桩基至少应布置应布置2 2 个控制性孔。控制性孔应穿透桩端平面以下压缩层厚度；一个控制性孔。控制性孔应穿透桩端平面以下压缩层厚度；一般性勘探孔应深入预计桩端平面以下般性勘探孔应深入预计桩端平面以下35 35 倍桩身设计直径，且不得小倍桩身设计直径，且不得小于于3m3m；对于大直径桩，不得小于对于大直径桩，不得小于5m5m。2) 2) 嵌岩桩的控制性钻孔应深入预计桩端平面以下不小于嵌岩桩的控制性钻孔应深入预计桩端平面以下不小于35 35 倍桩身设倍桩身设计直径，一般性钻孔应深入预计桩端平面以下不小于计直径，一般性钻孔应深入预计桩端平面以下不小于13 13 倍桩身设计倍桩身设计直径。当持力层较薄时，应有部分钻孔钻穿持力岩层。在岩溶、断层直径。当持力层较薄时，应有部分钻孔钻穿持力岩层。在岩溶、断层破碎带地区，应查明溶洞、溶沟、溶槽、石笋等的分布情况，钻孔应破碎带地区，应查明溶洞、溶沟、溶槽、石笋等的分布情况，钻孔应钻穿溶洞或断层破碎带进入稳定土层，进入深度应满足上述控制性钻钻穿溶洞或断层破碎带进入稳定土层，进入深度应满足上述控制性钻孔和一般性钻孔的要求。孔和一般性钻孔的要求。3 3 在勘探深度范围内的每一地层，均应采取不扰动试样进行室内试验在勘探深度范围内的每一地层，均应采取不扰动试样进行室内试验或根据土质情况选用有效的原位测试方法进行原位测试，提供设计所或根据土质情况选用有效的原位测试方法进行原位测试，提供设计所需参数。需参数。二、桩的类型、截面和桩长的选择二、桩的类型、截面和桩长的选择1、确定桩的规格、确定桩的规格(1)、桩的长度、桩的长度应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，砂土不砂土不宜小于宜小于1.5d，碎石类土，不宜小于碎石类土，不宜小于1d。当存在软弱下当存在软弱下卧层时，卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。(2)、桩的横截面面积桩的横截面面积2、确定单桩的竖向承载力：按前所述。、确定单桩的竖向承载力：按前所述。三、计算桩的数量进行平面布置三、计算桩的数量进行平面布置1、桩的数量估算、桩的数量估算轴心竖向作用时轴心竖向作用时偏心竖向作用时偏心竖向作用时式中式中桩的数量；桩的数量；F作用在承台顶面的轴向压力设计值；作用在承台顶面的轴向压力设计值；G承台及其上方填土的重力。承台及其上方填土的重力。桩基桩基偏心系数，偏心系数，。2、桩的平面布置、桩的平面布置基桩的最小中心距应符合表基桩的最小中心距应符合表3.3.3-1的规定；当施工中的规定；当施工中采取减小挤土效应的可靠措施时，可根据当地经验适当采取减小挤土效应的可靠措施时，可根据当地经验适当减小。减小。(2) (2) 桩的平面布置桩的平面布置原则：排列基桩时，宜使桩群承载力合力点与竖原则：排列基桩时，宜使桩群承载力合力点与竖 向永久荷载合力作用点重合，并使基桩受水平向永久荷载合力作用点重合，并使基桩受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量。力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量。图图4.2.3柱下独立基础承台配筋柱下独立基础承台配筋四、桩基础验算四、桩基础验算按前所述进行承载力和沉降验算。按前所述进行承载力和沉降验算。五、桩承台设计五、桩承台设计4.2.1桩基承台的构造，应满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和桩基承台的构造，应满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构要求，尚应符合下列要求：上部结构要求，尚应符合下列要求：1独立柱下桩基承台的最小宽度不应小于独立柱下桩基承台的最小宽度不应小于500mm，边桩中心至承边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于边缘的距离不应小于150mm。对于墙下条形承台梁，桩的外边对于墙下条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不应小于缘至承台梁边缘的距离不应小于75mm。承台的最小厚度不应承台的最小厚度不应小于小于300mm。2高层建筑平板式和梁板式筏形承台的最小厚度不应小于高层建筑平板式和梁板式筏形承台的最小厚度不应小于400mm，墙下布桩的剪力墙结构筏形承台的最小厚度不应小于墙下布桩的剪力墙结构筏形承台的最小厚度不应小于200mm。3高层建筑箱形承台的构造应符合高层建筑箱形承台的构造应符合高层建筑筏形与箱形基础技高层建筑筏形与箱形基础技术规范术规范JGJ6的规定。的规定。4.2.2承台混凝土材料及其强度等级应符合结构混凝土耐久性的要承台混凝土材料及其强度等级应符合结构混凝土耐久性的要求和抗渗要求。求和抗渗要求。承台的钢筋配置应符合：承台的钢筋配置应符合：第第4.2.3条的规定。条的规定。(二）承台结构承载力计算二）承台结构承载力计算 1、受弯计算、受弯计算2、受冲切计算、受冲切计算3、受剪切计算、受剪切计算4、局部受压计算、局部受压计算见见规范）第规范）第5.9.15.9.16条。条。软弱土地基处理简介软弱土地基处理简介 一、地基处理的目：一、地基处理的目： 改改善善地地基基土土的的工工程程性性质质，达达到到满满足足建建筑筑物物对对地地基基稳稳定定和和变变形形的的要要求求，包包括括改改善善地地基基土土的的变变形形特特性性和和渗渗透透性性，提提高高其其抗抗剪剪强强度和抗液化能力，消除其它不利的影响。度和抗液化能力，消除其它不利的影响。 二、软弱土二、软弱土 是是指指淤淤泥泥、淤淤泥泥质质土土和和部部分分冲冲填填土土、杂杂填填土土及及其其他他高高压压缩缩性性土。土。 由软弱土组成的地基称为软弱土地基。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。 含含有有机机质质，天天然然含含水水量量大大于于液液限限，孔孔隙隙比比大大于于1 1。当当天天然然孔孔隙隙比比大大于于1.51.5时时，称称为为淤淤泥泥；天天然然孔孔隙隙比比大大于于1 1而而小小于于1.51.5时时，则则称为淤泥质土。称为淤泥质土。 软土包括淤泥和淤泥质土。软土包括淤泥和淤泥质土。 三、软土的工程特性三、软土的工程特性1 1、含水量较高，孔隙比较大。、含水量较高，孔隙比较大。 2 2、抗剪强度很低。、抗剪强度很低。 3 3、压缩性较高、压缩性较高 4 4、渗透性很小。、渗透性很小。 5 5、具有明显的结构性。、具有明显的结构性。 6 6、具有明显的流变性。在荷载的作用下，软土承受剪应、具有明显的流变性。在荷载的作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减。的衰减。四、建筑地基处理方法四、建筑地基处理方法 见见建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)