土力学与地基基础-ppt课件.ppt

1、土力学与地基基础土力学与地基基础Soil Mechanics and Foundation Engineering主主编编：刘刘新安新安 吴吴建文建文天津科学技术出版社天津科学技术出版社 绪论绪论 项目一项目一 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 项目二项目二 土中应力土中应力 项目三项目三 土的压缩性与地基变形计算土的压缩性与地基变形计算 项目四项目四 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 项目五项目五 土压力与土坡稳定性土压力与土坡稳定性 项目六项目六 岩土工程勘察岩土工程勘察 项目七项目七 天然地基上浅基础设计天然地基上浅基础设计 项目八项目八 桩基础及其他深基础桩

2、基础及其他深基础 项目九项目九 基坑工程基坑工程 项目十项目十 地基处理地基处理 项目十一项目十一 特殊土地基及山区地基特殊土地基及山区地基 项项 目十二目十二 土工实验实训土工实验实训土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础一、土力学、地基及基础的概念一、土力学、地基及基础的概念二、地基与基础研究的内容二、地基与基础研究的内容三、地基与基础理论的发展三、地基与基础理论的发展四、地基与基础课程的特点和学习方法四、地基与基础课程的特点和学习方法土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础建筑物建筑物上部结构上部结构基础基础地基地基 建构筑物的全部荷载均

3、由其下的地层来承担。受建构筑物影响的那建构筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建构筑物影响的那一部分地层称为地基（指支承基础的土体或岩石）；一部分地层称为地基（指支承基础的土体或岩石）； 建构筑物中将结构所承受的各种荷载传递到地基上的结构组成部分建构筑物中将结构所承受的各种荷载传递到地基上的结构组成部分称为基础。称为基础。土力学与地基基础土力学与地基基础地基与基础是一门实用性很强的学科，其研究内容涉及土质学、土力学、结构设计、施工技术以及与工程建设相关的各种技术问题。土力学与地基基础土力学与地基基础为了保证建筑物的安全和正常使用，在地基基础设计中，须满足以下3个技术条件：土力学与地基基础土力

4、学与地基基础法国的库仑法国的库仑- -砂土抗剪强度理论与土压力理论砂土抗剪强度理论与土压力理论英国朗肯英国朗肯朗肯土压力理论朗肯土压力理论法国布新奈斯克（法国布新奈斯克（BoussinesqBoussinesq）弹性半空间解弹性半空间解美国太沙基美国太沙基土力学专著与有效应力原理土力学专著与有效应力原理 美国召开第一次国际土力学及基础工程会议美国召开第一次国际土力学及基础工程会议 17731773年年 18571857年年 18851885年年 19251925年年 1936年 我国土力学研究进入发展阶段我国土力学研究进入发展阶段 1949年土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力

5、学与地基基础 掌握土的物理性质与土的工程分类 了解土的三相组成 掌握土的物理性质指标及三相比例指标之间的换算关系 熟悉无钻性土、钻性土的物理状态指标 掌握相对密度、塑限、液限、塑性指数和液性 指数等基本概念 熟悉规范对地基土的工程分类方法 掌握砂土、钻性土的分类标准土力学与地基基础土力学与地基基础u土的成因土的成因土具有各种各样的成因，不同成因类型的土具有不同的分布规律和工程地质特征。下面简单介绍几种主要的成因类型。土力学与地基基础土力学与地基基础u土的组成土的组成在天然状态下，自然界中的土是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。固相：土的颗粒、粒间胶结物液相：土体孔隙中的水气相：孔隙中的空气土

6、力学与地基基础土力学与地基基础u土的三相图土的三相图土颗粒气 体smwmmaVwVsVvVVvmwm 水土力学与地基基础土力学与地基基础u土的组成土的组成土力学与地基基础土力学与地基基础u土的固相土的固相粒组划分粒组划分: 自然界中的土都是由大小不同的土颗粒组成的，土颗粒的大小与土的性质密切相关。如土颗粒由粗变细，则土的性质由无豁性变为豁性。粒径大小在一定范围内的土，其矿物成分及性质也比较相近。因此，可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，各个粒组的性质随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，根据土的工程分类标准( GB/T 50145-2007

7、)规定，土的粒组应按下表划分。土力学与地基基础土力学与地基基础20020060602002002 260600.0750.0752 20.0050.0050.0750.0750.0050.005土力学与地基基础土力学与地基基础u土的级配土的级配 根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制颗粒级配曲线(粒径分布曲线)，判断土的级配状况。土的颗粒级配是指土中各个粒组占土粒总量的百分率，常用来表示土粒的大小及组成情况。颗粒级配曲线一般用横坐标表示粒径，纵坐标用来表示小于某粒径的土的质量分数(或累计百分含量)。如下图中曲线a平缓，则表示粒径大小相差较大，土粒不均匀，即为级配良好;反之，曲线较陡，则表示粒径的大

8、小相差不大，土粒较均匀，即为级配不良。土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础u土的级配土的级配 级配曲线的纵坐标表示小于某土粒的累计质量百分比, 横坐标则是用对数表示的土的粒径。 由曲线的坡度可判断土的均匀程度， 曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。 曲线陡 粒径大小相差不大，土粒均匀，级配不好 土力学与地基基础土力学与地基基础u土的级配土的级配不均匀系数不均匀系数： 曲率系数：曲率系数：有效粒径 小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时相应的粒径。限定粒径 小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时相应的粒径。中值粒径 小于某粒径的土粒质量累计百分数为3

9、0%时相应的粒径。C Cu u= = d d6060/ / d d1010C Cc c=(=(d d3030) )2 2/(/(d d6060 d d1010) ) 土力学与地基基础土力学与地基基础u土中水土中水结合水结合水自由水自由水土力学与地基基础土力学与地基基础u土的三相图土的三相图质量m体积V气水土粒msmwmVsVwVVaVv土力学与地基基础土力学与地基基础u土的三相图土的三相图 描述土的三相物质在体积和质量上的比例关系的有关指标，称为土的三相比例指标。三相比例指标反映着土的干和湿、松和密、软和硬等物理状态，是评价土的工程性质的最基本的物理指标，也是工程地质报告中不可缺少的基本内容。

10、三相比例指标可分为两种，一种是基本指标，另一种是换算指标。 如前所述，土由固体颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)组成。为了便于说明和计算，通常用土的三相组成图来表示它们之间的数量关系，如上图所示。三相图的右侧表示三相组成的体积关系，左侧表示三相组成的质量关系。土力学与地基基础土力学与地基基础u土的基本指标土的基本指标 1、土的含水量、土的含水量w 土中水的质量与土粒质量之比(用百分率表示)，称为土的含水量，亦称为土的含水率。即： %100sWmmw土力学与地基基础土力学与地基基础u土的基本指标土的基本指标2、土的土的密度、土的土的密度和重度和重度 单位体积内土的质量称为土的密度 ，单位体积

11、内土所受的重力(重量)称为土的重度 。 Vm/g土力学与地基基础土力学与地基基础u土的基本指标土的基本指标3、土的比重、土的比重Gs 土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，称为土粒比重(无量纲)，亦称为土粒相对密度。即： WsSVmGSWS土力学与地基基础土力学与地基基础u土的换算指标土的换算指标1、干密度和干重度、干密度和干重度 土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，称为土粒比重(无量纲)，亦称为土粒相对密度。即： svvve gVmddsd/土力学与地基基础土力学与地基基础u土的换算指标土的换算指标2、土的饱和密度、土的饱和密度 ，和饱和重度，和饱和重度 饱和密度是指土中孔隙完全充满水时，

12、单位体积土的质量;饱和重度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积内土所受的重力(重量)，即： svvve gVVmsatsatwVs/ )(satsatsat土力学与地基基础土力学与地基基础u土的换算指标土的换算指标3、土的有效密度、土的有效密度 和有效重度和有效重度 土的有效密度 是指在地下水位以下，单位土体积中土粒的质量扣除土体排开同体积水的质量;土的有效重度y ( kN/m3)是指在地下水位以下，单位土体积中土粒所受的重力扣除水的浮力，即： svvve gVVmwss/ )(土力学与地基基础土力学与地基基础u土的换算指标土的换算指标4、土的孔隙比、土的孔隙比e和土的孔隙率和土的孔隙率n 孔隙

13、比为土中孔隙体积与土的固体颗粒体积之比，用小数表示。 孔隙率为土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分率表示。即： svvve sVVVe/%100)/(sVVVn土力学与地基基础土力学与地基基础u土的换算指标土的换算指标5、土的饱和度、土的饱和度s 土中孔隙水体积与孔隙体积之比，称为土的饱和度，以百分率表示。即: svvve %100)/(VwrVVS土力学与地基基础土力学与地基基础u1、砂土的密实度、砂土的密实度1.砂土的密实度砂土的密实度 确定砂土密实度的方法有多种，工程中以孔隙比e、相对密实度 、标准贯入试验锤击数N为标准来划分砂土的密实度。 以孔隙比e为标准。 用孔隙比。来判断砂土的密实

14、度是最简便的方法。孔隙比越小，表示土越密实;孔隙比越大，土越疏松。svvve minmaxmaxreeeeDrD土力学与地基基础土力学与地基基础svvve 以孔隙比以孔隙比e为标准为标准 用孔隙比e来判断砂土的密实度是最简便的方法。孔隙比越小，表示土越密实;孔隙比越大，土越疏松。砂土的密实度砂土的密实度以相对密实度以相对密实度D为标准为标准 相对密实度可按下式计算:以标准贯入试验以标准贯入试验锤击数锤击数N为标准为标准 砂土根据标准贯入试验锤击数N可分为松散、稍密、中密和密实四种密实度。土力学与地基基础土力学与地基基础u 二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标1.粘性土的界限含水率粘

15、性土的界限含水率 界限含水量：粘性土由一种状态转到另一种状态时的分 界含水量 液限wL：流动状态与可塑状态间的分界含水量称液限 塑限wp：可塑状态与半固体状态间分界含水量称塑限 缩限ws： 半固体状态与固体状态间的分界含水量称缩限svvve 土力学与地基基础土力学与地基基础u 二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标svvve 稠度状态稠度状态固态或半固态塑态 流态 强结合水弱结合水自由水w含水量含水量稠度界限稠度界限塑限塑限p强结合水膜最大强结合水膜最大液限液限l出现自由水出现自由水土力学与地基基础土力学与地基基础svvve pLpwwI土力学与地基基础土力学与地基基础svvve 不

16、 状态状态 液性指数液性指数IL00IL0.250.25IL0.750.751.0pLpLwwwwI土力学与地基基础土力学与地基基础u a、岩石的分类、岩石的分类svvve 1.建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB5000720011) 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土和人工填土六大类a.岩石的分类岩石的分类 颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类坚硬程度类坚硬程度类别别坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩饱和单轴抗压强度frk(Mpa)frk60

17、30frk6015frk305frk15frk5土力学与地基基础土力学与地基基础svvve 土的名称漂石块石卵石碎石圆砾角砾颗粒形状圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主颗粒级配粒径大于200mm的颗粒含量超过全重50粒径大于20mm的颗粒含量超过全重50粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定土力学与地基基础土力学与地基基础svvve 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土土的名称砾砂粗砂中砂细砂粉砂颗粒级配粒径大于2mm的颗粒含量占全重25

18、50注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50土力学与地基基础土力学与地基基础svvve 粉土是指粒径大于0. 075mm的颗粒含量不超过全重的50 %，且塑性指数小于或等于10的土，其性质介于豁性土与砂土之间。 名称 粒组含量砂质粉土粒径小干0. 005 mm的颗粒含量小干等干个重10%粘质粉土粒径小干0. 005 mm的颗粒含量招讨个重10%土力学与地基基础土力学与地基基础svvve 粘性土粘性土是指塑性指数 大于1

19、0的土。根据塑性指数可将粘性土分为粘土和粉质粘土。 人工填土人工填土是指由于人类活动而形成的堆积物，其物质成分较杂乱，均匀性较差。人工填土根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。土力学与地基基础土力学与地基基础 掌握自重应力、基底压力和附加应力的分布规律及计算方法 能熟练运用角点法计算矩形及条形基础下地基中的附加应力土力学与地基基础土力学与地基基础u 自重应力自重应力自重应力自重应力： 土层自重应力是指由土体重力引起的应力。自重应力一般 是从土 体形成就在土中产生，它与是否修建建筑物无关。 土体在自重作用下，在漫长的地质历史时期，已经压缩稳定，因此，土的自重应力不再引起土的变

20、形。但对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的变形。确定土体初始应力状态土力学与地基基础土力学与地基基础u b、水平向自重应力水平向自重应力czcycxK0天然地面zcz cx cy zcz静止侧压力系数土力学与地基基础土力学与地基基础u c、地下水对自重应力的影响地下水对自重应力的影响水位未降前水位未降前 因因 czcz后后 czcz前前 土中有效应力增加土中有效应力增加 地面沉降地面沉降 水位下降后水位下降后 czcz前前 = = z z czcz后后 = = z z czcz后后 czcz前前 土力学与地基基础土力学与地基基础u 基地压力的简化计算基地压力的简化计算 A AG

21、GF Fp p 对于荷载沿长度方向均布的对于荷载沿长度方向均布的条形基础条形基础，应视为平面问，应视为平面问题，沿长度方向截取一单位长度，计算平均基底压力。题，沿长度方向截取一单位长度，计算平均基底压力。) )2 20 0k kN N/ /m m( (A Ad dG G3 3G GG G 土力学与地基基础土力学与地基基础u 偏心受压基础的基底压力偏心受压基础的基底压力 F+G eelbpmaxpminWMAGFppminmax作用于基础底面形心上的力矩M=(F+G)e 基础底面的抵抗矩 ； 矩 形 截 面W=bl2/6 leblGFpp61minmax土力学与地基基础土力学与地基基础leblG

22、Fpp61minmax讨论：讨论：当e0，基底压力呈梯形分布 当e=l/6时，pmax0，pmin=0，基底压力呈三角形分布 当el/6时，pmax0，pmin0，基底出现拉应力，基底压力重分布 pmaxpminel/6pmaxpmin0pmaxpmin=0基底压力重分布基底压力重分布土力学与地基基础土力学与地基基础u 基地压力重分布基地压力重分布belpGF2321max偏心荷载作用在基底压力分布图形的形心上 belGFp232max土力学与地基基础土力学与地基基础u 基地附加应力基地附加应力一般天然土层在自重应力作用下有变形早已稳定。基坑开挖后的基底压力应扣除原先存在土的自重应力，才是基底

23、新增加的压力，即基底附加压力，用p p0 0表示: p p0 0 = = p-p- m md=0d=0土力学与地基基础土力学与地基基础u 竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力yzxox y xy yz zx z PMxyzrRM土力学与地基基础土力学与地基基础u 竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力22zrR竖向集中力作用下的竖向集中力作用下的z=f ( P，位置，位置 )/(zP(r/z)1123)z(rz23P225/225/2223zzP 土力学与地基基础土力学与地基基础u 竖向集中力作用时的地基附加应力竖向集中力作用时的地基附加应力2/5

24、2)/(1 123zr 特点：特点：1.P作用线上，作用线上，r=0 ;（z=0, z ）; z z; z，z=02.在某一水平面上在某一水平面上z=const，r=0, z最大，最大，r，z减小减小3.在某一圆柱面上在某一圆柱面上r=const，z=0, z=0; z，z 先先后后2zPz 4.当当r/z=2.0时时,很小很小,该边界上的该边界上的z为同深度最大为同深度最大z的的1.8%,故可忽略不计故可忽略不计.土力学与地基基础土力学与地基基础u附加应力扩散示意图附加应力扩散示意图土力学与地基基础土力学与地基基础u 竖向矩形均布荷载作用下土中附加应力的计算竖向矩形均布荷载作用下土中附加应力

25、的计算pKczdp布辛涅斯克解积分矩形基础角点下的竖向附加应力系数土力学与地基基础土力学与地基基础u角点法计算地基附加应力角点法计算地基附加应力1pKKKKcccczzMoIVIIIIIIoIIIIIIIVp土力学与地基基础土力学与地基基础pKKcczIIIooIIIoIVopKKKKcccczII计算点在基底边缘外计算点在基底边缘u角点法计算地基附加应力角点法计算地基附加应力2土力学与地基基础土力学与地基基础u 角点法计算地基附加应力角点法计算地基附加应力3计算点在基底角点外IooIIIIIIVpKKKKccccz土力学与地基基础土力学与地基基础u 条形均布荷载下任意处的附加应力条形均布荷载

26、下任意处的附加应力 当矩形基础底面的长宽比很大，如l/b10时，称为条形基础。砌体结构房屋的墙基与挡土墙等都属于条形基础。 z asp as为条形竖直均布荷载作用下的竖向附加应力分布系数，由书中表26查取土力学与地基基础土力学与地基基础 掌握土中应力计算与地基变形的基本知识 掌握土中自重应力、基底压力和土中附加应力的基本概念、分布规律 及计算方法 熟悉土的有关压缩性指标的概念 掌握地基最终沉降量的计算方法 能够熟练使用规范法计算地基的最终沉降量 了解固结原理及固结随时间变化的关系土力学与地基基础土力学与地基基础 掌握土中应力计算与地基变形的基本知识 掌握土中自重应力、基底压力和土中附加应力的基

27、本概念、分布规律 及计算方法 熟悉土的有关压缩性指标的概念 掌握地基最终沉降量的计算方法 能够熟练使用规范法计算地基的最终沉降量 了解固结原理及固结随时间变化的关系土力学与地基基础土力学与地基基础 a、土的压缩试验u 土的压缩性指标土的压缩性指标 侧限压缩试验亦称固结试验。所谓侧限，就是使土样在竖向作用下只能发生竖向变形，而无侧向变形。 室内压缩试验采用的试验装置为压缩仪(下图)。土力学与地基基础土力学与地基基础 压缩仪示意图压缩仪示意图u 土的压缩性指标土的压缩性指标刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载土力学与地基基础土力学与地基基础 b、

28、土的压缩曲线u 土的压缩性指标土的压缩性指标 由于逐级施加荷载，在不同压力p作用下可得到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横坐标表示压力，以纵坐标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线。利用受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变的两个条件，得出：iiiiesHeHeH+=+=+1-11000土样压缩稳定后孔隙比ei )1(-000eHseeii+=土力学与地基基础土力学与地基基础 b、土的压缩曲线u 土的压缩性指标土的压缩性指标 曲线愈陡，说明随曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。土的压缩性愈高。土力学与地基基础

29、土力学与地基基础 c、压缩系数u 土的压缩性指标土的压缩性指标 由上图所示的压缩曲线，当两点间压力变化范围不大时，曲线可近似作为直线。将孔隙比之差e1e2与相应的压力p2p1的比值称为压缩系数a(MPa1)，也称压缩曲线的斜率：1221eeeappp 土力学与地基基础土力学与地基基础 c、压缩系数u 土的压缩性指标土的压缩性指标 从曲线得知：a不是一个常数，与p1、p2 的取值有关，规范用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性土的类别土的类别a1-2 (MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中压缩性土中压缩性土0.10.5低压缩性土低压缩性土0.1p1p2e1e

30、2M1M2e0epe- -p曲线曲线pe土力学与地基基础土力学与地基基础 d、压缩模量u 土的压缩性指标土的压缩性指标压缩模量压缩模量 即：土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。aeEs11PESpea1211eee土的类别土的类别 ES (MPa-1)低压缩性土低压缩性土15中压缩性土中压缩性土415高压缩性土高压缩性土4土力学与地基基础土力学与地基基础 e、回弹曲线和再压缩曲线u 土的压缩性指标土的压缩性指标回弹曲线和再压缩曲线回弹曲线和再压缩曲线 压缩曲线特征：卸荷时，试样bc回弹，可见土体的变形是由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形两部份组成。回弹曲线和再压线曲线构成一迴

31、滞环，土体不是完全弹性体；回弹和再压缩曲线比压缩曲线平缓得多。土力学与地基基础土力学与地基基础u 载荷试验确定土的变形模量载荷试验确定土的变形模量 土的压缩性指标除室内试验测量定外，也可以通过现场原位测试确定，由变形模量表示。通常现场试验表明，地基变形处于近似的直线阶段，因而变形模量可用弹性力学公式反求地基土的变形模量E0表示：2101(1)pbEs202(1)1ssEEE土力学与地基基础土力学与地基基础 a、分层总和法的基本假定u 分层总和法分层总和法 (1)地基每一分层均质，且应力沿厚度均匀分布。 (2)在建筑物荷载作用下，地基土层只产生竖向压缩变形，不 发生侧向膨胀变形。因此，在计算地基

32、的沉降量时，可采 用室内侧限条件下测定的压缩性指标。 (3)采用基底中心点下的附加应力计算地基变形量，且地基任 意深度的附加应力等于基底中心点下该深度的附加应力值 (4)地基变形发生在有限深度范围内。 (5)地基最终沉降量等于各分层沉降量之和。土力学与地基基础土力学与地基基础 b、分层总和法计算步骤u 分层总和法分层总和法(1)将土分层。 将基础下的土层分成若干薄层。分层的原则如下。 不同土层的分界面。 地下水位处。 因附加应力z沿深度变化是非线性的，为了避免产生较大的误差，保证每薄层内附加应力分布近似于直线，以便较准确地求出各层内附加应力平均值，一般可采用上薄下厚的方法分层，且每层土的厚度应

33、不大于基础宽度的0.4倍，即hi0.4b(b为基础的宽度)。土力学与地基基础土力学与地基基础 b、分层总和法计算步骤u 分层总和法分层总和法 (2)计算自重应力cz。 按计算公式czihi计算自重应力在基础中点沿深度z的分 布，并按一定比例将其绘制在中心z深度线的左侧。(3)计算附加应力z。 计算附加应力在基底中心点处沿深度z的分布，按一定的比例绘制于中心点z深度线的右侧。注意，附加应力应从基础底面算起。土力学与地基基础土力学与地基基础 b、分层总和法计算步骤u 分层总和法分层总和法 (4)计算深度的确定zn。根据z0.2cz(对高压缩性土z0.1cz)来确定。土力学与地基基础土力学与地基基础

34、 b、分层总和法计算步骤u 分层总和法分层总和法(5)计算各分层的自重应力、附加应力平均值。 基于土层是均质、连续、各向同性的弹性半空间无限体假 定及将土层划分为薄层，在计算各分层自重应力平均值与 附加应力平均值时，可直接取薄层底面与顶面的计算值的 算术平均值(即底面与顶面计算值相加除以2)。(6)确定各分层压缩前后的孔隙比。 根据计算出的平均自重应力、平均自重应力与平均附加应 力之和，在相应的压缩曲线上查得初始孔隙比e1i、压缩稳 定后的孔隙比e2i。土力学与地基基础土力学与地基基础 b、分层总和法计算步骤u 分层总和法分层总和法 (7)计算地基最终沉降量。 分别计算各层的沉降量， 累加即得

35、地基的最终沉降量。1niiss1i2iii1ieeSh1e 土力学与地基基础土力学与地基基础u 规范推荐法规范推荐法 建筑地基基础设计规范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数，使得计算成果接近于实测值。 )(1110iiiinisisszzEpss式中：s-沉降计算经验系数，应根据同类地区已有房屋和构筑物实测最终沉降量与计算沉降量对比确定土力学与地基基础土力学与地基基础u 规范推荐法规范推荐法计算深度的确定：计算深度的确定：1）规范规定应满足下式要求：n

36、iinss1025.0式中：Sn-在深度zn处，向上取计算厚度为z的计算变形值；z查表；Si-在深度zn范围内，第i层土的计算变形量。如确定的沉降计算深度下部仍有较软弱土层时,应继续往下计算,同样也应满足上式。土力学与地基基础土力学与地基基础u 分层总和法与分层总和法与规范规范推荐法的比较推荐法的比较计算量及计算量及计算精度计算精度沉降计算沉降计算深度确定深度确定经验修正经验修正分层总和法分层总和法附加应力按线性计算，误差大，计算量大比较自重应力与附加应力的大小确定计算深度无应力面积法应力面积法考虑了附加应力非线性分布，引入平均附加应力系数，计算量小比较第n层沉降与总沉降大小确定，更为合理提出

37、了沉降计算经验系数，综合考虑了多种因素影响，使结果更接近实际土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系 地基的变形不是瞬时完成的，地基在建筑物荷载作用下要经过相当长的时间才能达到最终沉降量。 在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还需要知道沉降随时间的变化过程即沉降与时间的关系。土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系1、饱和士的有效应力原理 由于饱和土体是由固体土颗粒和孔隙水组成的两相体，故作用于饱和土体内某截面上总的正应力由两部分组成：一部分为孔隙水压力u；另一部分为有效应力，作用于土的骨架上，其中由土粒自重引起

38、的即为土的自重应力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系： u 称为饱和土的有效应力公式。土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系2、饱和土的单向固结理论 单向固结理论基本假设如下：(1)土是均质的、各向同性和完全饱和的。(2)土粒和孔隙水都是不可压缩的，土的压缩速率取决于孔隙 中水的排出速率。(3)土层的压缩和土中水的渗流只沿竖向发生，是单向的。(4)土中水的渗流服从达西定律，且土的渗透系数k和压缩系 数a在渗流过程中保持不变。(5)外荷载是一次瞬时施加的。土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基沉降与时间

39、的关系地基沉降与时间的关系2、饱和土的单向固结理论 固结度固结度 定义：ssUt011uuuussUt面积）总应力（起始孔压图形孔隙压力图形面积面积）总应力（起始孔压图形有效应力图形面积1Uz土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系假定地基变形与有效应力成正比，得：dzudzdzudzdzdzdzssUzzzztt1VVTTee4942229181上式中括号内的级数收敛的很快，当Ut30%时可近似地取其中第一项:VTteU42281土力学与地基基础土力学与地基基础u 建筑物沉降观测建筑物沉降观测 规范规定，以下建筑物应在施工期间及使用期间进行沉降观测(1)

40、地基基础设计等级为甲级的建筑物。(2) 复合地基或软弱地基上的设计等级为乙级的建筑物。(3) 加层、扩建建筑物。(4) 受邻近深基坑开挖施工影响或受场地地下水等环境因素变化影响的 建筑物。(5) 需要积累建筑经验或进行设计反分析的工程。土力学与地基基础土力学与地基基础 建筑物沉降观测建筑物沉降观测土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基变形特征地基变形特征土力学与地基基础土力学与地基基础 掌握抗剪强度的库仑定律、土的极限平衡条件、测定土的抗剪强度的方法 了解各种地基的破坏形式 掌握地基临塑荷载、临界荷载以及地基承载力的确定和修正方法土力学与地基基础土力学与地基基础u 土的抗剪强度土的抗剪强度土

41、的抗剪强度土的抗剪强度：是指土体对于外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性的分析、边坡稳定性分析、档土墙及地下结构物上的土压力计算等 。 变形破坏 沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值地基破坏 强度破坏 地基整体或局部滑移、隆起， 土工构筑物失稳、 滑坡土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础u 土的抗剪强度土的抗剪强度 土的抗剪强度是指土体对外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。土体发生剪切破坏时，将沿着其内部某一曲线面(滑动面)产生相对滑动，而该滑动面上的剪应力就等于土的抗剪强度。土力学与地基基础土力学与地

42、基基础 f = tan 砂土 f =c+ tan 粘土ctanfcftanc:土的粘聚力:土的内摩擦角fftg:为土的内摩擦力土力学与地基基础土力学与地基基础u 土的极限平衡条件土的极限平衡条件 当土中任意点在某一方向的平面上所受的剪应力达到土体的抗剪强度时，就称该点处于极限平衡状态，即：反映土体中某点处于极限平衡状态时的应力条件，称为极限平衡条件，也称为土体的剪切破坏条件。1土力学与地基基础土力学与地基基础2sin212cos212131313131,与以上可用莫尔圆表示，如下图土力学与地基基础土力学与地基基础1)应力圆与强度包线相离(圆I)，f，说明库仑直线上方的一段弧所代表的各截面的剪应

43、力均大于抗剪强度，即该点已有破坏面产生，实际上圆所代表的应力状态是不可能存在的，因为该点破坏后，应力已超出弹性范围；(3)应力圆与强度包线在A点相切(圆)，说明单元体上A点对应的截面剪应力刚好等于抗剪强度，即f，因此，该点处于极限平衡状态，其余所有截面都有cqq，不同试验方法的抗剪强度指标土力学与地基基础土力学与地基基础u 三轴压缩试验三轴压缩试验 固结排水试验（CD试验） 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散； 2 打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压固结不排水试验（CU试验）1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2

44、关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水不固结不排水试验（UU试验）1 关闭排水阀门，围压下不固结；2 关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水cd 、 d ccu 、 cu cu 、 u 试验类型试验类型土力学与地基基础土力学与地基基础u 三轴压缩试验三轴压缩试验结果结果抗剪强度包线 c v分别在不同的周围压力3作用下进行剪切，得到34 个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线 土力学与地基基础土力学与地基基础u 三轴压缩试验三轴压缩试验结果结果有效应力圆总应力圆u=0B C cu uAA 3A 1A（1）不固结不排水剪（UU）饱和粘性土在

45、三组3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆 试验表明：三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线 土力学与地基基础土力学与地基基础u 三轴压缩试验三轴压缩试验结果结果虚线应力圆：将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c 、 ccuc cu 实线应力圆：饱和粘性土在三组3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、 cuABC（2）固结不排水剪（CU） 土力学与地基基础土力学与地基基础u 三轴压

46、缩试验三轴压缩试验结果结果（3）固结排水剪（CD） cdd 在整个排水剪试验过程中， uf 0，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、d总结：总结：对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同 有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系。土力学与地基基础土力学与地基基础u 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 三轴压缩试验中当周围压力s3=0时即为无侧限试验条件，这时只有q=s1。所以，也可称为单轴压缩试验。由于试样的侧向压力为零，在侧向受压时，其侧向变形不受限制，故又称为无侧

47、限压缩试验。把这种情况下所能承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度以qu表示。试验时仍用圆柱状试样，可在专门的无侧限仪上进行，也可在三轴仪上进行。 1.适用土质饱和粘性土2.试验原理相当三轴压缩试验中，s3=0时的不排水剪。3.试验装置ququ3=0加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪试样土力学与地基基础土力学与地基基础u 无侧限无侧限压缩仪压缩仪土力学与地基基础土力学与地基基础u 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 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 0cu0 u 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验qu2uufqc 土力学与地基基础土力学与地基基础u 十字板剪切试验

48、十字板剪切试验十字板剪切仪的构造如图:土力学与地基基础土力学与地基基础u 十字板剪切试验十字板剪切试验 试验时，先把套管打到要求测试的深度以上75 cm，并将套管内的土清除，然后通过套管将安装在钻杆下的十字板压入土中至测试的深度。由地面上的扭力装置对钻杆施加扭矩，使埋在土中的十字板扭转，直至土体剪切破坏，破坏面为十字板旋转所形成的圆柱面。记录土体剪切破坏时所施加的扭矩为M。土体破坏面为圆柱面(包括侧面和上下面)，作用在破坏土体圆柱面上的剪应力所产生的抵抗矩应该等于所施加的扭矩M，即： M=1/2D2Hv1/6D3H土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基的破坏形式地基的破坏形式1、整体剪切破坏

49、 破坏时形成了延续至地面的连续滑动面，破坏曲线三阶段明显，如曲线（a）。2、局部剪切破坏 形成局部滑动面，压力与沉降关系一开始就呈显非线性关系，如曲线（b）。3、冲剪破坏基础近乎竖直刺如土中，如曲线（c）。土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基的破坏形式地基的破坏形式土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基的临塑荷载与临界荷载地基的临塑荷载与临界荷载1临塑荷载地基的临塑荷载是指地基中将要出现但尚未出现塑性变形区时的基底附加压力。其计算公式可根据土中应力计算的弹性理论和土体极限平衡条件导出。2临界荷载临界荷载是指地基中已经出现塑性变形区，但尚未达到极限破坏时的基底附加压力。地基塑性区发展的容许

50、深度与建筑物类型、荷载性质以及土的特征等因素有关。一般认为，在中心垂直荷载下，塑性区的最大发展深度zmax可控制在基础宽度的，相应的临界荷载用 表示。41p土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基的极限荷载地基的极限荷载地基剪切破坏发展到即将失稳时所能承受的荷载，称为地基的极限荷载地基的极限荷载。1太沙基(K.Terzaghi)公式2斯凯普顿(Skempton)公式3汉森(HansenJ.B.)公式cqmfucNdNbNp21dbdlbcpmu2 . 012 . 015ccccccqqqqqqubgidScNbgidSdNbgidSbNp021土力学与地基基础土力学与地基基础u 地基承载力特征