土力学地基根底土力学地基根底 民航学院交通工程专业用绪论绪论 一、土力学与根底工程的义务一、土力学与根底工程的义务1 1土体在工程建立中的作用土体在工程建立中的作用 作为建筑物的地基，接受上部建筑物及其它荷载作为建筑物的地基，接受上部建筑物及其它荷载 作为建筑资料，修筑堤坝与路基作为建筑资料，修筑堤坝与路基2 2土力学与根底工程的义务土力学与根底工程的义务 土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研讨土的土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研讨土的强度和变形及其规律的一门科学。处理地基的变形与强强度和变形及其规律的一门科学。处理地基的变形与强度问题，为地基处置与根底设计提供实际根据与实验方度问题，为地基处置与根底设计提供实际根据与实验方法，保证各类建筑物平安、经济，运用正常，不发生地法，保证各类建筑物平安、经济，运用正常，不发生地基根底工程事故。基根底工程事故。绪论绪论二地基与根底的概念与要求二地基与根底的概念与要求1 1两个根本概念两个根本概念地基：接受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩地基：接受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩 基按设计施工分为天然地基和人工地基。基按设计施工分为天然地基和人工地基。根底：建筑物最底下的一部分，由砖、混凝土或钢筋混凝根底：建筑物最底下的一部分，由砖、混凝土或钢筋混凝 土等资料建成。土等资料建成。2 2地基与根底的根本要求地基与根底的根本要求地基的变形条件：建筑物的沉降量沉降差不均匀地基的变形条件：建筑物的沉降量沉降差不均匀 沉降不能过大，不能超越允许值。沉降不能过大，不能超越允许值。 地基的强度条件：地基不能发生滑动破坏地基的强度条件：地基不能发生滑动破坏绪论绪论三、三、三、三、课课程内容体系程内容体系程内容体系程内容体系1 1 1 1工程地工程地工程地工程地质质预备预备知知知知识识2 2 2 2土的物理力学性土的物理力学性土的物理力学性土的物理力学性质质及工程分及工程分及工程分及工程分类类3 3 3 3土的土的土的土的紧缩紧缩性与地基沉降性与地基沉降性与地基沉降性与地基沉降计计算算算算变变形形形形问题问题4 4 4 4土的抗剪土的抗剪土的抗剪土的抗剪强强度与地基承度与地基承度与地基承度与地基承载载力力力力强强度度度度问题问题5 5 5 5土土土土压压力与土坡力与土坡力与土坡力与土坡稳稳定性定性定性定性6 6 6 6建筑建筑建筑建筑场场地的工程地地的工程地地的工程地地的工程地质质勘探勘探勘探勘探7 7 7 7天然地基上浅根底天然地基上浅根底天然地基上浅根底天然地基上浅根底8 8 8 8桩桩根底及其它深根底根底及其它深根底根底及其它深根底根底及其它深根底简简介介介介绪论绪论 第二章：土的物理力学性质第二章：土的物理力学性质第二章：土的物理力学性质第二章：土的物理力学性质第三章：第三章：地基附加压力地基附加压力沉降计算沉降计算地基根底设计地基根底设计第四章：第四章：临塑、临界、极临塑、临界、极限荷栽限荷栽第五章：第五章：挡土墙、土挡土墙、土坡稳定坡稳定绪论绪论2 2 2 218181818世纪世纪世纪世纪-1925-1925-1925-1925年年年年 在此期间，诞生了库仑定律在此期间，诞生了库仑定律在此期间，诞生了库仑定律在此期间，诞生了库仑定律1773177317731773年，半无限空间年，半无限空间年，半无限空间年，半无限空间弹性体弹性体弹性体弹性体1885188518851885年，法国，布辛尼克斯，土坡稳定性年，法国，布辛尼克斯，土坡稳定性年，法国，布辛尼克斯，土坡稳定性年，法国，布辛尼克斯，土坡稳定性分析法分析法分析法分析法1885188518851885年，瑞典，费伦纽斯。年，瑞典，费伦纽斯。年，瑞典，费伦纽斯。年，瑞典，费伦纽斯。四、土力学开展简况四、土力学开展简况1 11818世纪以前世纪以前 土力学与地基根底在土力学与地基根底在1818世纪以前，处于阅历阶段世纪以前，处于阅历阶段; ; 即即: :地基根底设计主要依赖实际阅历。地基根底设计主要依赖实际阅历。3 319251925年年-至今至今 美国人太沙基发表第一部土力学专著，使土力学成为美国人太沙基发表第一部土力学专著，使土力学成为 一门独立的学科。一门独立的学科。第一章工程地质预备知识第一章工程地质预备知识1-1 1-1 工程地工程地工程地工程地质质研研研研讨讨的内容的内容的内容的内容 工程地工程地工程地工程地质质是地是地是地是地质质学的一个重要分之，它主学的一个重要分之，它主学的一个重要分之，它主学的一个重要分之，它主要研要研要研要研讨讨与工程建立相关的地与工程建立相关的地与工程建立相关的地与工程建立相关的地质问题质问题, ,包括包括包括包括矿矿物与岩物与岩物与岩物与岩石，第四石，第四石，第四石，第四纪纪堆堆堆堆积层积层，不良地，不良地，不良地，不良地质质条件等。条件等。条件等。条件等。第一章第一章 工程地质预备知识工程地质预备知识1-2 1-2 矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物矿矿矿矿 物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学 成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物. .已发现矿已发现矿已发现矿已发现矿物物物物 3000 3000余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物3030多种。多种。多种。多种。原生矿物原生矿物原生矿物原生矿物: : 由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成. .如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等. .次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。第一章第一章 工程地质根底知识工程地质根底知识1-2 1-2 矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物矿矿矿矿 物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学物：岩石的根本组成部分，它是地壳中具有一定化学 成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物. .已发现矿已发现矿已发现矿已发现矿物物物物 3000 3000余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物3030多种。多种。多种。多种。原生矿物原生矿物原生矿物原生矿物: : 由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成. .如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等. .次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。第一章第一章 工程地质根底知识工程地质根底知识二.岩石的类型 1 按成因分类： 堆堆积岩：岩石岩：岩石经风化、剥化、剥蚀成碎屑，成碎屑，经流水、流水、风或冰川运至或冰川运至低洼低洼处堆堆积，再，再经压紧或化学作用硬或化学作用硬结成堆成堆积岩岩石的石的矿物成分堆物成分堆积岩分布很广，岩分布很广，约占地球外表占地球外表75%。白云石，石膏等。白云石，石膏等。蜕变岩：由于地壳运动和岩浆活动，在高温、高压和化学蜕变岩：由于地壳运动和岩浆活动，在高温、高压和化学 反响的作用下，原来岩石的构造、构造和成分发反响的作用下，原来岩石的构造、构造和成分发 生了变化，构成的新的岩石。岩石的矿物成分长生了变化，构成的新的岩石。岩石的矿物成分长 石、方解石等。石、方解石等。 岩浆岩：由地球内部的岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝而成。岩石的矿物成分石英，黑云母，橄榄石。第一章第一章 工程地质根底知识工程地质根底知识2 2按巩固性分按巩固性分按巩固性分按巩固性分类类硬硬硬硬 岩：岩：岩：岩：单轴单轴抗抗抗抗压强压强度大于度大于度大于度大于30MPa 30MPa 花花花花岗岗岩岩岩岩软软 岩：岩：岩：岩：单轴单轴抗抗抗抗压强压强度小于度小于度小于度小于30MPa 30MPa 页页岩岩岩岩3按风化程度分类微风化：对于硬岩，用镐不能挖，对软岩，用镐发掘困难中风化：对于硬岩，用镐发掘困难，对软岩，用镐发掘掘容易。强风化：已成松软土块第一章第一章 工程地质根底知识工程地质根底知识 1-3 1-3第四第四第四第四纪纪堆堆堆堆积层积层1.1.残残积层积层 ： 母岩母岩经风经风化化, ,剥剥蚀蚀, ,但未被搬运但未被搬运. .2.2.坡坡积层积层： 岩屑被岩屑被风风或水搬运至平或水搬运至平缓缓的山坡的山坡处处, ,逐逐渐渐构成构成 的堆的堆积层积层. . 3. 3.洪洪积层积层 ：由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆：由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆 积积而成的堆而成的堆积层积层. . 4. 4.冲冲积层积层 ：平原河谷冲：平原河谷冲积层积层；山区河谷冲；山区河谷冲积层积层；三角洲；三角洲 堆堆积层积层5.海相堆积层海相堆积层: 滨海滨海;大陆架大陆架;次深海次深海;深深海海第一章第一章 工程地质预备知识工程地质预备知识 1-4. 1-4.不良地不良地不良地不良地质质条件条件条件条件 1. 1.断断断断层层 2. 2.岩岩岩岩层节层节理理理理发发育育育育场场地地地地 3. 3.山坡滑山坡滑山坡滑山坡滑动动 4. 4.河床冲淤河床冲淤河床冲淤河床冲淤 5. 5.岸坡失岸坡失岸坡失岸坡失稳稳第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-12-1土的生成土的生成土的生成土的生成一一一一. .土的生成土的生成土的生成土的生成 是由地球外壳岩石是由地球外壳岩石是由地球外壳岩石是由地球外壳岩石, ,经风化、剥蚀、搬运、经风化、剥蚀、搬运、经风化、剥蚀、搬运、经风化、剥蚀、搬运、堆积构成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风堆积构成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风堆积构成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风堆积构成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风化分为物理风化、化学风化及生物风化。化分为物理风化、化学风化及生物风化。化分为物理风化、化学风化及生物风化。化分为物理风化、化学风化及生物风化。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类二、土的构造和构造二、土的构造和构造二、土的构造和构造二、土的构造和构造1.1.1.1.土的构造土的构造土的构造土的构造定定定定义义：土：土：土：土颗颗粒之粒之粒之粒之间间的相互的相互的相互的相互陈陈列和列和列和列和结结合方式。构造分合方式。构造分合方式。构造分合方式。构造分为为： 单单粒构造；粒构造；粒构造；粒构造； 蜂蜂蜂蜂窝窝构造；构造；构造；构造； 絮状构造。絮状构造。絮状构造。絮状构造。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.2.2.2.土的构造土的构造土的构造土的构造定定定定义义: : : : 同一土同一土同一土同一土层层中的物中的物中的物中的物质质成分和成分和成分和成分和颗颗粒大小相近的各部分粒大小相近的各部分粒大小相近的各部分粒大小相近的各部分 之之之之间间相互关系的特征相互关系的特征相互关系的特征相互关系的特征, , , ,分分分分为为： 层层状构造：状构造：状构造：状构造： 分散构造：分散构造：分散构造：分散构造：结结核状构造；核状构造；核状构造；核状构造； 裂隙构造。裂隙构造。裂隙构造。裂隙构造。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-2 2-2 2-2 2-2 土的三相土的三相土的三相土的三相组组成成成成 一、土的固体一、土的固体颗粒粒1 1土粒的固体成分土粒的固体成分原生原生矿物：由岩石物：由岩石经物理物理风化而成，化而成，矿物成分与母物成分与母 岩一岩一样，如石英等。，如石英等。次生次生矿物：由化学物：由化学风化而成，改化而成，改动了原来的化学成了原来的化学成 分，如粘土分，如粘土 矿物。物。腐植腐植质： 第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2土粒的大小土粒的大小3)土的粒径土的粒径级配配粒径粒径级配：土中各粒配：土中各粒组的相的相对含量含量,用百分数表示用百分数表示.分析方法：分析方法：筛分法大于分法大于0.075mm，密度，密度计法小于法小于0.075mm第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 不平衡系数： ：式中： - - 纵坐标为60%所对应的粒径 - 纵坐标为10%所对应的粒径第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 二土中水 土中水：液态水，固态水，气态水。 液态水：结合水和自在水毛细水、自重水。 结合水: 水分子为极性分子，由带正电荷的氢原子和带负 电荷的氧原子组成，粘土外表带负电荷，在土粒 周围构成电场, 吸引水分子带正电荷的氢原子一 端，使其定向陈列，构成结合水膜。结合水有强 弱之分。 第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-3土的物理性土的物理性质目的目的一、土的三一、土的三项根本物理目的根本物理目的1土的密度：土的密度：单位体位体积土的土的质量量.第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2土的比重：土中固体土的比重：土中固体矿物的物的质量与同体量与同体积4C时的的纯水水质量的比量的比值。3土的含水量：土体中水的土的含水量：土体中水的质量与固体量与固体矿物物质量的比量的比值第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类二、土的松密程度目的二、土的松密程度目的1 1土的孔隙比：土中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。土的孔隙比：土中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。 计算公式：计算公式： 式中：式中： - - 孔隙体积孔隙体积. . - - 固体颗粒体积固体颗粒体积. .12.土的孔隙率：土中孔隙占总体积的百分比。计算公式：式中：-土体总体积。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类三、反映土中含水量的目的三、反映土中含水量的目的1含水量略含水量略2 土的饱和度：土的饱和度：四四. 特定条件下土的密度特定条件下土的密度1. 土的干密度土的干密度2. 土的饱和密度土的饱和密度3. 土的有效密度浮密度土的有效密度浮密度第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-4土的物理形状目的土的物理形状目的一、无粘性土的密一、无粘性土的密实度度1以孔隙比以孔隙比为规范范(地基根底地基根底设计规范表范表2-2)2以相对密度为规范计算公式：相对密度3以贯入度实验为规范63.5kg重锤,76cm,30cm.N10:松散,N=10-30:中密,N30:密实第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类二、粘性土的物理特征粘性土的水理性二、粘性土的物理特征粘性土的水理性 液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量 % % 。 塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量 % %。 缩态：粘性土半固态与固态之间的分节含水量缩态：粘性土半固态与固态之间的分节含水量 % %。固固态半固半固态塑塑态液液态0第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类塑性指数：粘性土液限与塑限的差值去掉百分数塑性指数：粘性土液限与塑限的差值去掉百分数液性指数：粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值液性指数：粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值 和液限与塑限差值之比。和液限与塑限差值之比。 物理意义：反映土的软硬程度。 物理意义：反映土吸附结合水的才干。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类25地基土的工程分地基土的工程分类一、岩石一、岩石 1 1定义：固体间结实结合，呈整体或具有节理、裂隙定义：固体间结实结合，呈整体或具有节理、裂隙 的岩体的岩体 称为岩石。称为岩石。 2 2分类：硬质岩石、软质岩石分类：硬质岩石、软质岩石. . 3 3工程特性：优良地基，强风化岩石除外。工程特性：优良地基，强风化岩石除外。 二、碎石土二、碎石土1定定义：土的粒径大于：土的粒径大于2mm的的颗粒含量超越全重的粒含量超越全重的50%的土的土2分分类：块石石漂漂石石、碎碎石石卵卵石石、角角砾圆砾3.工程特性：工程特性：优良地基。良地基。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类三、砂土三、砂土1 1定义：土的粒径大于定义：土的粒径大于2mm2mm的颗粒含量不超越全重的的颗粒含量不超越全重的 50% 50%的，且大于的，且大于 0.075mm 0.075mm的颗粒超越全重的的颗粒超越全重的 土称为砂土。土称为砂土。2 2分类：砾砂、粗砂、中砂、细砾和粉砂。分类：砾砂、粗砂、中砂、细砾和粉砂。3 3工程特性：砾砂、粗砂、中砂为优良地基，细砾和粉工程特性：砾砂、粗砂、中砂为优良地基，细砾和粉 砂，要详细情况详细分析。砂，要详细情况详细分析。四、粉土四、粉土1定定义：土的塑性指数小于：土的塑性指数小于10的土称的土称为粉土。粉土。2工程特性：密工程特性：密实粉土，粉土，优良地基。良地基。饱和粉土，不良地和粉土，不良地基。基。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类五、粘性土五、粘性土1 1定定 义：土的塑性指数大于：土的塑性指数大于10 10 的土称的土称为粘土。粘土。2 2工程特性：与含水量有关，密工程特性：与含水量有关，密实硬塑粘土硬塑粘土为优质粘土，粘土， 疏松流塑粘土疏松流塑粘土为不良地基。不良地基。六、人工填土六、人工填土1. 1. 定定义：由人：由人类活活动堆填的土。分堆填的土。分为素填土，素填土，杂填土和填土和 冲填土。冲填土。2.2.工程特性工程特性: : 较差差, ,需求需求处置置. .第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类土的成因土的成因土的成因土的成因本章小结：本章小结：土的构造、构造土的构造、构造土的构造、构造土的构造、构造土的物理性土的物理性土的物理性土的物理性质质土的物理形状土的物理形状土的物理形状土的物理形状第三章第三章 土的紧缩变形特性土的紧缩变形特性3-1土的土的紧缩性性变形概念形概念一、概念一、概念土在土在压力作用下体力作用下体积减小孔隙减小孔隙变小、小、颗粒粒紧缩、气体、气体紧缩、水、水紧缩的特性称的特性称为土的土的紧缩性。性。二、二、缘由由建筑物荷栽作用建筑物荷栽作用地下水位大幅下降地下水位大幅下降施工影响施工影响震震动影响，影响，产生震沉生震沉温度温度变化影响，如冬季冰化影响，如冬季冰冻，春季融化，春季融化浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉第三章第三章 土的紧缩变形特性土的紧缩变形特性 3 3饱和土的紧缩过程饱和土的紧缩过程 渗流固结过程，缓慢过程。渗流固结过程，缓慢过程。 4 4蠕变的影响蠕变的影响 蠕变：当荷载恒定时，变形随时间的增长而缓慢增大。蠕变：当荷载恒定时，变形随时间的增长而缓慢增大。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算二、土的应力与应变关系1土体中的应力1应力的概念略2应力的正负法向应力：拉应力为负，压应力为正。剪应力：以外法线与坐标轴方向一致的面为基准面，剪应力的方向与坐标方向相反为正，一样为负。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算4土中应力竖向自重应力：程度方向法向应力：2土的应力与应变关系及测定方法单轴紧缩实验；侧限紧缩实验；直剪实验；三轴紧缩实验。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3-2有效有效应力原理力原理一、土中的两种一、土中的两种实验二、有效二、有效应力原理力原理饱和土所接受的和土所接受的总应力力为有效有效应力与孔隙水力与孔隙水压力之和，其中力之和，其中有效有效应力引起土力引起土层紧缩，即：，即：式中： -总压力； -有效应力； - 孔隙水压力。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3-3侧限条件下土的限条件下土的紧缩性性一、一、侧限限紧缩实验固固结实验1实验仪器器主要主要实验仪器器为侧限限紧缩仪，如下，如下图。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2实验方法详见实验指点书，实验课讲授。3实验结果第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算二侧限紧缩性目的 土的紧缩系数 紧缩指数 侧限紧缩模量第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 侧限紧缩模量与紧缩系数的关系 三、土层侧限紧缩变形量 计算公式： 或 第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算一、荷载实验1实验安装与实验方法3-4土的紧缩性原位实验遇到以下情况需求进展原位测试11.地基土为粉土，细砂，取原状土很困难，2.国家一级工程、3.规模大或对沉降有严厉要求的工程第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2荷载实验结果3地基应力与变形关系第一阶段，直线，压密阶段第二阶段，部分剪裂阶段，部分发生剪裂，产生塑性变形。第三阶段，完全破坏阶段。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算4地基承载力确实定 地基承载力的根本值 方法一：当 曲线上有明确的比例极限时，取点对应 的荷载值 。 方法二：当极限荷载 能确定，且 时，取极限荷 载的一半。 地基承载力的规范值同一土层，取样点数不应小于3点，第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算5土的变形模量与紧缩模量的关系证明过程见教材71页。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3-5地基中的地基中的应力分布力分布一、土层自重应力二、根底底面的接触压力 1实测资料第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2，工程简化中心荷载 偏心荷载 第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算三、根底底面附加压力 1定义：由于建筑建筑物产生的荷载，在地基中添加 的压力。 2计算 根底位于地面上 根底位于地面下-根底底面的接触压力。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 四、地基中的附加应力 1. 地表受竖向集中力作用 普通规律实验 第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 地基中应力计算 半无限体中恣意 一点由集中力引起的 应力。式中： -应力集中 系数。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2矩形面积受竖向均布荷载作用 角点应力 式中：第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算恣意点应力应力计算恣意点应力应力计算-角点法角点法A.A.矩形受荷面积上，恣意点的附加应力矩形受荷面积上，恣意点的附加应力B. B. 矩形受荷面积内，恣意点的附加应力矩形受荷面积内，恣意点的附加应力 C. C. 矩形受荷面积外，恣意点的附加应力矩形受荷面积外，恣意点的附加应力 第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3矩形面积三角形分布的竖向荷载作用第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3-6 3-6 地基的最终沉降量地基的最终沉降量最终沉降量：地基土层在建筑物作用下，紧缩稳定后地最终沉降量：地基土层在建筑物作用下，紧缩稳定后地 基外表的沉降量。基外表的沉降量。目目 的：预先知道最终沉降量，判别地基变形值是的：预先知道最终沉降量，判别地基变形值是 否超越允许的范围。否超越允许的范围。计计 算算 方法：分层总和法；方法：分层总和法； 推推 荐法荐法第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算一、分层总和法一、分层总和法1 1计算原理计算原理 将土层分成假设干程度层将土层分成假设干程度层 计算每层土的紧缩量计算每层土的紧缩量 ，然后叠加得总，然后叠加得总 沉降。沉降。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2 2计算方法与步算方法与步骤 按比例按比例绘制剖面制剖面图; ; 计算土的自重算土的自重应力力 计算根底底部接触算根底底部接触应力力第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算中心荷中心荷载: : 偏心荷载偏心荷载: : 计算根底底面附加算根底底面附加应力力 计算根底底部接触算根底底部接触应力力 第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算计算地基中的附加算地基中的附加应力分布，按比例将附加力分布，按比例将附加应力力绘于中于中 心心线右右侧确定地基受确定地基受压深度：当附加深度：当附加应力力为自重自重应力力 的的20%20%时， 对应的深度的深度为受受压深度深度沉降沉降计算算A.A.不同的土层应为分层面不同的土层应为分层面B.B.地下水位应为分层面地下水位应为分层面第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 计算各分层的紧缩量 (9)计算地基最终沉降量第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3-7地基沉降与地基沉降与时间的关系的关系一、地基沉降与一、地基沉降与时间关系关系计算目的算目的当建筑物当建筑物发生生倾斜斜时，需求了解当，需求了解当时和今后沉降的和今后沉降的发展，即与展，即与时间的关系，以此作的关系，以此作为事故事故处置的根据。置的根据。二、二、饱和土的渗流固和土的渗流固结过程程1. 1. 饱和土的渗流固和土的渗流固结过程程 土体孔隙中自在水逐土体孔隙中自在水逐渐排出排出 土体孔隙体土体孔隙体积逐逐渐减小减小 孔隙水孔隙水压力逐力逐渐转移到土骨架来接受，成移到土骨架来接受，成为有效有效应力。力。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2渗流固结力学模型1活塞骤然加力的一 瞬间，,2经过时间 后，3经过很长时间，第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算3两种应力在深度上随时间的分布 当t=0时, A=0 当 时, 当 时，第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算三、单向固结实际几点假设竖向排水，竖向紧缩; 土体均匀，完全饱和 附加应力，一次骤加1单向固结微分方程及求解1单向固结微分方程 A式第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2微分方程求解第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算2固结度1定义：地基在荷载的作用下，阅历时间t的沉降量与最终沉降量之比值，称为固结度，表示时间完成的固结程度。即：2计算公式A地基中附加应力上下均布地基中某一点的固结度：第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 地基平均固结度: 平均孔隙水压力： 积分上式，代入 并化简得地基平均固结度：第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算B地基中上下面附加应力不等运用以下图确定固节度与时间因子的关系第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算B地基地基单面排水且上下面附加面排水且上下面附加应力不等力不等四、地基沉降与时间关系计算计算地基最终沉降量计算附加应力比例假定一系列地基平均固结度计算时间因子计算时间计算时间t的沉降量绘制 与 的曲线，其中 为纵坐标， 为横坐标。即可求 得沉降量与时间的关系。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算6-9建筑物沉降建筑物沉降观测与地基允与地基允许变形形值一、地基一、地基变形特征形特征1沉降量沉降量mm：特指根底中心的沉降量：特指根底中心的沉降量2沉降差沉降差mm：相：相邻两个根底沉降量的差两个根底沉降量的差值3倾斜斜%：独立根底：独立根底倾斜方向两端点的沉降量差与其斜方向两端点的沉降量差与其间隔的比隔的比值44部分部分倾斜斜%：砖石砌体承重构造沿石砌体承重构造沿纵向向68米内基米内基础两点的沉降差与其两点的沉降差与其间隔之比隔之比值。第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 二、建筑物的沉降观测 1目的 验证工程设计与沉降计算的正确性 判别建筑物施工质量 发惹事故后，作为分析事故缘由和加固处置的根据 2水准点的设置3观测点的设置4仪器与精度5观测次数和时间第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算四、防止地基有害变形的措施四、防止地基有害变形的措施1.1.减少沉降量的措施减少沉降量的措施2,2,减少沉降差的措施减少沉降差的措施 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 4-1第一节概述一、地基强度的意义1当P较小时，压密阶段2当P继续增大，出现塑性变形3滑动破坏 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 二、土的强度运用范围抗剪强度二、土的强度运用范围抗剪强度1地基稳定性地基稳定性2土坡稳定性天然土坡，人工土坡土坡稳定性天然土坡，人工土坡3挡土墙及地下构造土的压力挡土墙及地下构造土的压力 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 4-2土的极限平衡条件土的极限平衡条件一、土体中恣意点的一、土体中恣意点的应力形状力形状1最大主最大主应力与最小主力与最小主应力力2恣意斜面上的恣意斜面上的应力力 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 3用摩尔圆表示斜面上的应力 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 二、摩尔二、摩尔-库仑破坏实际库仑破坏实际1 1摩尔强度实际：摩尔强度实际：资料受剪切破坏，在破坏面资料受剪切破坏，在破坏面上的剪应力是法向应力的函上的剪应力是法向应力的函数。数。 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 2库仑强强度度实际砂土：砂土：粘性土：粘性土：+ 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 三、土的极限平衡条件三、土的极限平衡条件1 1无粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 3粘性土的极限平衡条件粘性土的极限平衡条件+- 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 4-3抗剪抗剪强强度目的确度目的确实定定一、直接剪真一、直接剪真实验实验原理原理二、三二、三轴实验实验原理原理三、无三、无侧限抗限抗压强强度度实验实验原理原理 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 4-5 4-5 地基的临塑荷栽和临界荷栽地基的临塑荷栽和临界荷栽 一、地基的临塑荷栽一、地基的临塑荷栽 1. 1.定义：在外荷的作用下，地基中刚开场产生塑性变形定义：在外荷的作用下，地基中刚开场产生塑性变形 时，根底底面单位面积上所承载的荷载。时，根底底面单位面积上所承载的荷载。 2. 2.计算公式计算公式 式中：式中： - -承载力系数承载力系数 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 公式推导： 在条形根底的作用下，地 基中恣意点M 的应力来源于以 下几个方面： 根底底面附加应力 在 处，土的自重应力 由根底埋深 构成的旁载 为简化起见，将土的侧压系数定为1。 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 二、地基的临界荷载 1定义：当地基中的塑性变形区最大深度为 中心荷载根底 偏心荷载根底 与此相对应的根底底面压力称为临界荷载，以 和 表示。 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 2计算公式 中心荷载 令 由4-1式可得临界荷载： 同 理可得偏心荷载公式第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 46 46 地基的极限荷地基的极限荷载 一、地基的极限荷一、地基的极限荷载概念概念 1 1定定义：指地基在外荷作用下：指地基在外荷作用下产生的生的应力到达极限平力到达极限平 衡衡时的荷的荷载。 2 2计算公式普通公式算公式普通公式 第四章第四章第四章第四章 土的抗煎强度与地基承载力土的抗煎强度与地基承载力土的抗煎强度与地基承载力土的抗煎强度与地基承载力 二、太沙基公式实际假设： 条形根底，均布荷载作用滑动面的外形为：两端为直线，中间为曲线，左右对称滑动区土体分为三区 区，楔形弹性区压密区，滑动面为曲面，呈对数螺旋线区；滑动面呈等腰三角形第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 1条形根底密实地基 式中： 承载力系数，是 的函数，利用 图 求得 2条形根底松散地基地基 3地基承载力第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 三、斯凯普顿公式 1适用条件 饱和土地基， =0， 浅根底，埋深d0.5b， 矩形根底 2极限荷载公式半阅历公式 3地基承载力 第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 5 -1 概述 一、挡土墙的用途与类型 1挡土墙的类型 重力式 砖石、素混凝土，体积大，靠自重。 悬臂式 钢筋混凝土，体积小，强度高 扶壁式 钢筋混凝土，工程量小 锚杆式 钢筋混凝土，钢材 加筋土挡土墙第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 5 -1 概述 一、挡土墙的用途与类型 2.挡土墙的用途 第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 二、土压力的种类 1实验第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 2土压力种类 静止土压力 当挡土墙静止时，土体作用在墙反面的压力。 自动土压力 当挡土墙向前挪动时，土体产生滑裂面时 ，土体作用在挡土墙的压力称为主土压力 被动土压力 当挡土墙向后挪动时，土体产生滑裂面时， 土体作用在挡土墙的压力称为自动压力第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 52 静止土压力计算 一 、产生条件 挡土墙静止不动，位移为零，转角为零。 二、计算公式第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 5-3 朗肯土压力实际 运用条件：墙背竖直、光滑，填土外表程度。 一、无粘性土的土压力 1自动土压力 计算公式 由极限平衡条件 自动土压力分布 总土压力第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 2被动土压力 计算公式 由极限平衡条件 被动土压力分布 总土压力第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 二、粘性土的压力 1自动土压力 计算公式 由极限平衡条件 自动土压力分布 总土压力第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 2被动土压力 计算公式 由极限平衡条件 被动土压力分布 总土压力第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 54 库仑土压力实际 1 计算公式 1由正弦定理 2 3土压力系数第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 2主分布 三角分布 二、无粘性土被动土压力第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 5-5 土坡稳定性分析 一、土坡的稳定作用运用领域 1 机坑开挖 2 天然土坡 3 堤坝路基4 单、双壁路堑第五章第五章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定 二、影响土坡稳定性的要素 1 土坡坡度 2 土坡高度 3 土的性质 4 气候条件 5 地下水的浸透 6 地震第三章第三章 土的紧缩性与地基沉降计算土的紧缩性与地基沉降计算 三、土坡稳定性分析圆弧法 1 ，根本方法：极限平衡法 2视土体 绕圆心 转动，取土坡单位长度平面问题进展分析 计算滑动力矩 ，由滑动土体 的自重在滑动方向上的分力产生 计算抗滑力矩，由滑动面上的摩檫力和粘结力产生。 计算土坡平安系数 试算法确定最小平安系数，确定最危险滑弧。 3最危险滑面确实定第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类三、土的工程特性三、土的工程特性三、土的工程特性三、土的工程特性1.1.紧缩性高紧缩性高紧缩性高紧缩性高 2. 2.强度低强度低强度低强度低 3. 3.透水性高透水性高透水性高透水性高四、土的生成与工程特性之间的关系四、土的生成与工程特性之间的关系四、土的生成与工程特性之间的关系四、土的生成与工程特性之间的关系1.1.搬运、堆积条件搬运、堆积条件搬运、堆积条件搬运、堆积条件 水力搬运堆积土优于风力搬运堆积土水力搬运堆积土优于风力搬运堆积土水力搬运堆积土优于风力搬运堆积土水力搬运堆积土优于风力搬运堆积土2.2.堆积年代堆积年代堆积年代堆积年代 堆积年代越长堆积年代越长堆积年代越长堆积年代越长, ,土的工程特性越好土的工程特性越好土的工程特性越好土的工程特性越好. .3.3.堆积的自然地理环境堆积的自然地理环境堆积的自然地理环境堆积的自然地理环境 地理环境不同地理环境不同地理环境不同地理环境不同, ,堆积土的工程特性不同堆积土的工程特性不同堆积土的工程特性不同堆积土的工程特性不同, ,如东部沿海地如东部沿海地如东部沿海地如东部沿海地域为淤泥质域为淤泥质域为淤泥质域为淤泥质 脆弱土脆弱土脆弱土脆弱土, ,西北地域多为湿陷性黄土西北地域多为湿陷性黄土西北地域多为湿陷性黄土西北地域多为湿陷性黄土. .