1、2第第1章章 绪绪 论论一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念二、本学科的发展概况二、本学科的发展概况三、本课程的特点和学习要求三、本课程的特点和学习要求9基础基础浅基础浅基础深基础深基础地基地基天然地基天然地基人工地基人工地基10 二、本学科发展概况二、本学科发展概况 作为作为工程技术工程技术，基础工程是一项古老的，基础工程是一项古老的工艺。如前所述，只要建造建筑物，注定离工艺。如前所述，只要建造建筑物，注定离不开地基和基础，因此，作为一项工程技术，不开地基和基础，因此，作为一项工程技术，基础工程的历史源远流长。但人们只能依赖基础工程的历史源远流长。但人们只能依赖于实践经验的不断积累和能工
2、巧匠的技艺更于实践经验的不断积累和能工巧匠的技艺更新来发展这项技术，囿于当时生产力发展水新来发展这项技术，囿于当时生产力发展水平，基础工程还未能提炼成为系统的科学理平，基础工程还未能提炼成为系统的科学理论。论。11 作为作为应用科学应用科学，基础工程，基础工程又是一门年轻的学科。又是一门年轻的学科。作为本学科理论基础的土力学的发展历作为本学科理论基础的土力学的发展历史可以划分为史可以划分为古典土力学古典土力学和和现代土力学现代土力学两个两个阶段。阶段。12土力学土力学古典土力学古典土力学现代土力学现代土力学一个原理一个原理两个理论两个理论一个模型一个模型三个理论三个理论四个分支四个分支(192
3、31960)(1963?)13 在土建、水利、桥隧、道路、在土建、水利、桥隧、道路、港口等有关工程中，以岩土体的港口等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研究对象的科技领利用、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，已发展融合成为一个自岩土问题的共同性，已发展融合成为一个自成体系的专业成体系的专业“岩土工程岩土工程”。它的研究。它的研究方法是由三种基本手段（方法是由三种基本手段（数学模拟数学模拟、物理模物理模拟拟和和原位观测原位观测）综合而成。）综合而成。所谓所谓岩土工程岩土工程，即为，即为土力学土力
4、学、工程地质工程地质学学、水文地质学水文地质学和和岩体力学岩体力学的结合。的结合。14三、本课程的特点和三、本课程的特点和 学习要求学习要求 1.1.特点特点：本课程涉及水文地质学、工程地：本课程涉及水文地质学、工程地质学、土力学等几个学科领域，内容广泛、质学、土力学等几个学科领域，内容广泛、综合性强。综合性强。2.2.学习要求学习要求：牢固掌握土力学中的基本概：牢固掌握土力学中的基本概念和基本原理，做到能够应用这些基本概念念和基本原理，做到能够应用这些基本概念和基本原理，结合有关建筑结构理论和施工和基本原理，结合有关建筑结构理论和施工知识，分析和解决地基基础问题。知识，分析和解决地基基础问题
5、。15童小东童小东南京东南大学土木工程学院南京东南大学土木工程学院P.C.P.C.：210096210096TelTel：025-3792461(O)025-3792461(O)，3791829(O)3791829(O)，025-3794969(H)025-3794969(H)E-mailE-mail：16第第2章章 土的物理性质及土的物理性质及 分类分类第第1节节 概述概述第第2节节 土的组成土的组成第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标第第4节节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征第第6节节 土的渗透性土的渗透性第第7节节 地基土（岩）的分类
6、地基土（岩）的分类17第第1节节 概述概述 土是岩石风化的产物。土是岩石风化的产物。风化作用风化作用物理作用：岩石产生物理作用：岩石产生量量的变化的变化化学作用化学作用生物作用生物作用岩石产生岩石产生质质的变化的变化18 土是三相体。土是三相体。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒）土土残积土残积土运积土运积土风成沉积土风成沉积土水成沉积土水成沉积土冰川沉积土冰川沉积土19 饱和土中的孔隙均被水所充填，饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。所以饱和土为二相体。20第第2节节 土的组成土的组成一、土的固相一、土的固相（一）土的颗粒级配（一）土的颗粒级配
7、 按土颗粒粒径（按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组，）大小将土颗粒分组，称为称为粒组粒组。划分粒组的分界尺寸称为。划分粒组的分界尺寸称为界限界限粒径粒径。巨粒巨粒：60mm粗粒粗粒：0.07560mm细粒细粒：0.075mm土的粒组土的粒组21 土颗粒的大小及其组成情况，土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土颗粒各个粒组的相通常以土中土颗粒各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为示，称为土的颗粒级配土的颗粒级配。土的颗粒级配可由土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试土的颗粒大小分析试验验（简称（简称颗分试验颗分试验）测定）测定。筛析法筛析法密
8、度计法密度计法d0.075mm颗分试验颗分试验22 根据颗粒大小分析试验结果，根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制可以绘制颗粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线（横（横坐标为坐标为粒径粒径，用，用对数坐标对数坐标表示；纵坐标为表示；纵坐标为小小于某粒径的土重含量于某粒径的土重含量，用，用常数坐标常数坐标表示）。表示）。颗粒级配曲线的颗粒级配曲线的坡度坡度可以大致反映土的可以大致反映土的均匀程度均匀程度。曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。殊，土颗粒不均匀，级配良好。2
9、3 几个特殊粒径：几个特殊粒径：d10,d30 ,d60 小于某粒径的土颗粒质量累积小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为百分数为10%时，相应的粒径称为时，相应的粒径称为有效粒径有效粒径d10。与之类似可以得到。与之类似可以得到d30和和d60（限定粒径限定粒径）。）。土颗粒的级配指标：土颗粒的级配指标：不均匀系数不均匀系数Cu=d60/d10 曲率系数曲率系数Cc=(d30)2/(d60 d10)24 Cu反映大小不同粒组的分布情况。反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。越大，其级配良好。Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲
10、线描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。的整体形状。在一般情况下，在一般情况下，Cu10，级配良好，级配良好25Cu5Cc=13级配良好级配良好砾类土或砂类土砾类土或砂类土 单独用单独用Cu来确定土的级配情况是来确定土的级配情况是不够的，需同时参考不够的，需同时参考Cc。26（二）土粒的矿物成分（二）土粒的矿物成分 矿物成分对土的性质有着重要矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。原生矿物原生矿物：包括石英、长石和云母等。：包括石英、长石和云母等。为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为稳
11、定。为稳定。次生矿物次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。：为原生矿物化学风化的产物。土颗粒的矿物成分土颗粒的矿物成分原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物27 次生矿物主要是次生矿物主要是粘土矿物粘土矿物。由于晶片结合的情况不同，便形成了具由于晶片结合的情况不同，便形成了具有不同性质的各种粘土矿物，主要有蒙脱石、有不同性质的各种粘土矿物，主要有蒙脱石、伊里石和高岭石。伊里石和高岭石。硅氧四面体硅氧四面体硅氧晶片硅氧晶片铝氢氧八面体铝氢氧八面体铝氢氧晶片铝氢氧晶片的基本单元的基本单元粘土矿物结构粘土矿物结构28蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）伊里石：亲水性中
12、等伊里石：亲水性中等高岭石：亲水性差高岭石：亲水性差29二、土的液相二、土的液相 土中水土中水结合水结合水自由水自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水重力水重力水毛细水毛细水 土的含水量试验所测定的为土中的土的含水量试验所测定的为土中的自由自由水水和和弱结合水弱结合水。30三、土的气相三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。由气体充填。土中的气体若土中的气体若与大气相通与大气相通，则对土的力，则对土的力学性质影响不大学性质影响不大;若若与大气隔绝与大气隔绝，使土的压缩，使土的压缩性提高，透水性减小。性提高，透水性减小。31四、土的结构和构造四、土的结构和构
13、造 土的结构是指由土粒单元的土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。形成的综合特征。土的结构土的结构絮状结构絮状结构：d0.075mm分散结构分散结构：d0.005mm（粘粒在淡水中）（粘粒在淡水中）紧密紧密疏松疏松32第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标 土的三相比例指标定量反映了土的三土的三相比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理相的组成情况，有助于理解土的基本物理性质。性质。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒）土是三相体。土是三相体。33 为了对土
14、的基本物理性质有所为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相的组成情况了解，需要对土的三相的组成情况进行定量研究。表示土的三相组成比例关系进行定量研究。表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标，包括的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒土粒比重比重ds、含水量含水量w、密度密度、孔隙比孔隙比e、孔隙孔隙率率n和和饱和度饱和度Sr。土粒比重土粒比重ds：土粒质量与同体积的：土粒质量与同体积的44时时纯水的质量之比。在数值上等于土粒密度，纯水的质量之比。在数值上等于土粒密度，但无量纲。在试验室用但无量纲。在试验室用“比重瓶法比重瓶法”测定，测定，一般土粒比重的变化幅度不大。一般土粒
15、比重的变化幅度不大。34 土的含水量土的含水量w：土中水的质量：土中水的质量与土粒质量之比。在试验室一般用与土粒质量之比。在试验室一般用“烘干法烘干法”测定。一般来说，同一类土，当测定。一般来说，同一类土，当含水量增大时，其强度就降低。含水量增大时，其强度就降低。土的密度土的密度干密度干密度饱和密度饱和密度有效密度有效密度干重度干重度饱和重度饱和重度有效重度有效重度 土的密度土的密度：土单位体积的质量。在试：土单位体积的质量。在试验室一般用验室一般用“环刀法环刀法”测定。测定。35 土的孔隙比土的孔隙比e：土中孔隙体积：土中孔隙体积与土粒体积之比。可以用来评价与土粒体积之比。可以用来评价天然土
16、层的密实程度。天然土层的密实程度。土的孔隙率土的孔隙率n：土中孔隙体积与土体总体：土中孔隙体积与土体总体积之比。积之比。土的饱和度土的饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。积与孔隙总体积之比。36第第4节节 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，为良好地基；切的关系。呈密实状态时，为良好地基；呈疏松状态时，为不良地基。呈疏松状态时，为不良地基。无粘性土的最小孔隙比无粘性土的最小孔隙比emin：处于最紧：处于最紧密状态的孔隙比。在试验室可用密状态的孔隙比。在试验室可用“振击
17、法振击法”测定。测定。无粘性土的最大孔隙比无粘性土的最大孔隙比emax：处于最疏：处于最疏松状态的孔隙比。在试验室可用松状态的孔隙比。在试验室可用“漏斗法漏斗法”或或“量筒法量筒法”测定。测定。37无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度Dr：无粘性土的最大孔隙比与天然孔隙比之无粘性土的最大孔隙比与天然孔隙比之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。Dr=(emax-e)/(emax-emin)相对密实度的值介于相对密实度的值介于01之间，值越大，之间，值越大，表示越密实。表示越密实。38第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征一、粘性土的界限含水量一、
18、粘性土的界限含水量 同一种粘性土随着含水量的不同，可同一种粘性土随着含水量的不同，可分别处于分别处于固态固态、半固态半固态、可塑状态可塑状态和和流动流动状态状态。粘性土由一种状态转到另一种状态。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为的分界含水量，称为界限含水量界限含水量。0固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态缩限缩限ws塑限塑限wp液限液限wlw39液限仪液限仪锥式液限仪锥式液限仪碟式液限仪碟式液限仪塑限塑限：搓条法：搓条法液限液限塑限塑限液限液限：液塑限液塑限联合测定仪联合测定仪横坐标：土样含水量横坐标：土样含水量纵坐标：圆锥入土深度纵坐标：圆锥入土深度40二、粘性
19、土的塑性指数和液性指数二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数塑性指数Ip为液限和塑限的差为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。塑性指数在一定程度上综合反映了影响塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素粘性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土的颗粒组成，土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等等)。液性指数液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑为粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。限的差值与塑性指数的比值。41 液性指数可以表示粘性土液性指数可以表示粘性土所处的软硬状态
20、。液性指数的所处的软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软。值越大，表示土质越软。三、粘性土的灵敏度和触变性三、粘性土的灵敏度和触变性 土的灵敏度土的灵敏度：原状土的强度与同一土经：原状土的强度与同一土经重塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）重塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）后的强度之比。后的强度之比。土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减少对土结构的扰动。少对土结构的扰动。42 土的触变性土的触变性：粘性土的结构：粘性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但遭到破坏，其强度就会降低，但随
21、着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种胶体化学性质称为土的触变性。胶体化学性质称为土的触变性。43第第6节节 土的渗透性土的渗透性 土的渗透性土的渗透性：水流通过土中孔隙难易：水流通过土中孔隙难易程度的土体性质。程度的土体性质。达西定律达西定律：土中渗流速度：土中渗流速度v与水力梯度与水力梯度i之间呈线性比例关系（比例常数之间呈线性比例关系（比例常数k称为渗称为渗透系数）。公式表示为：透系数）。公式表示为：v=ki 在砂性土中水的流动满足达西定律。在砂性土中水的流动满足达西定律。44 在粘性土中只有当水头梯度在粘性土中只有当水头梯度超过起始梯度（临界梯度，梯
22、度超过起始梯度（临界梯度，梯度阈值）才开始发生渗流。阈值）才开始发生渗流。45第第7节节 地基土（岩）地基土（岩）的分类的分类一、岩石的工程分类一、岩石的工程分类（一）岩石按坚硬程度分类（一）岩石按坚硬程度分类1.硬质岩石（硬质岩石（qu30MPa）2.软质岩石（软质岩石（qu 30MPa）（二）岩石的风化程度（二）岩石的风化程度1.微风化微风化2.中等风化中等风化3.强风化强风化46 二、土的工程分类二、土的工程分类一般土一般土粗粒土粗粒土细粒土细粒土砾类土：砾类土：260mm砂类土：砂类土：0.0752mm粉土：粉土：0.075mm粘土：粘土：60mm特殊土：软土、黄土、膨胀土等特殊土：软
23、土、黄土、膨胀土等工程用土工程用土47 土按有机质含量（土按有机质含量（Wu）的分类）的分类 土土无机土：无机土：Wu 10%泥炭：泥炭：Wu 60%注：有机质含量注：有机质含量Wu按烧失量试验确定。按烧失量试验确定。【引自引自 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准岩土工程勘察岩土工程勘察规范规范（GB 50021-94）】48 软土：指在静水或非常缓慢软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。作用下形成的软弱土。物理力学特性物理力学特性软土的软土的天然孔隙比大天然孔隙比大：e1天然含水量高天然含水量高：wwl压缩系数高压缩系数
24、高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高49淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软土软土50三、细粒土按塑性图分类三、细粒土按塑性图分类 粗、细粒组的分界粒径：粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。土土粗粒土：粗粒土：按颗粒大小及级配分类按颗粒大小及级配分类细粒土：细粒土：按塑性图分类按塑性图分类 土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑限却可能完全不同，土性也可能很不相同。限却
25、可能完全不同，土性也可能很不相同。51细粒土的科学合理的分类，应综合细粒土的科学合理的分类，应综合考虑塑性指数和液限（或塑限）。考虑塑性指数和液限（或塑限）。0IpwlMLMHCHCL40:Ip=0.63(wl-20):Ip=10:wl=40%52 有机质土可在相应的土类有机质土可在相应的土类代号之后缀以代号代号之后缀以代号O，如，如CHO，MHO等。等。土的分类标准土的分类标准：1.粗粒土粗粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量总质量的总质量的50%）；）；2.细粒土细粒土（试样中细粒组质量（试样中细粒组质量总质量的总质量的50%）；）；3.含粗粒的细粒土含粗粒的细粒土（试样中粗粒组质量（
26、试样中粗粒组质量为总质量的为总质量的2550%）。）。53 关于几个问题的讨论关于几个问题的讨论1.“1.“含水量含水量”的名称：的名称：一个指标的名称应能准确地反映其所表一个指标的名称应能准确地反映其所表示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，“量量”应为一量词，是有量纲（或单位）应为一量词，是有量纲（或单位）的，如的，如“质量质量”（单位为（单位为g g或或kgkg）、）、“重量重量”（单位为（单位为N N或或kNkN）等。）等。而从而从“含水量含水量”的定义看，它是两个质的定义看，它是两个质量之比，是无量纲的。量之比，是无量纲的。54 所以从名称的科学
27、化、规范所以从名称的科学化、规范化的角度，从不至于造成混淆、化的角度，从不至于造成混淆、便于理解的意义上，本人认为便于理解的意义上，本人认为“含水量含水量”的的名称需更改。名称需更改。现有学者将含水量改称为现有学者将含水量改称为“含水率含水率”，从无量纲上与定义是符合了，但本人认为似从无量纲上与定义是符合了，但本人认为似乎还不确切，因为乎还不确切，因为“率率”一般反映某相关部一般反映某相关部分占整体的比例（与时间有关的名词排除在分占整体的比例（与时间有关的名词排除在外，如速率），如外，如速率），如“升学率升学率”、“效率效率”、“孔隙率孔隙率”等；而等；而“含水量含水量”的定义却是整的定义却是
28、整体中部分与部分的比值，所以称体中部分与部分的比值，所以称“含水率含水率”55似也不妥，建议称为似也不妥，建议称为“含水比含水比”或或“水比水比”。“水比水比”似更好似更好一些，亦可与一些，亦可与“孔隙比孔隙比”相比照。相比照。2.“2.“液性指数液性指数”的名称：的名称：“塑性指数塑性指数”为两个含水量（液限和塑为两个含水量（液限和塑限）之差，而限）之差，而“液性指数液性指数”却为两个含水量却为两个含水量之差的比值，完全不同的概念名称却都用之差的比值，完全不同的概念名称却都用“指数指数”的称谓，似欠妥，不便于理解。可的称谓，似欠妥，不便于理解。可否改为否改为“相对可塑度相对可塑度”，与，与“
29、液性指数液性指数”的的定义相符，也可与无粘性土的定义相符，也可与无粘性土的“相对密实度相对密实度”相比照。相比照。563.3.有机质含量与烧失量：有机质含量与烧失量：现行的中华人民共和国现行的中华人民共和国国家标准国家标准岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（GB 50021-94）在按）在按“有机质含量有机质含量”对土进行分对土进行分类时注明类时注明“有机质含量有机质含量Wu按烧失量试验确按烧失量试验确定定”。中国国家标准汇编中国国家标准汇编（GB 7876-87）中是这样定义中是这样定义“烧失量烧失量”的：的：烧失量不包括烧失量不包括吸湿水，仅包括有机质和水合水，石灰性土吸湿水，仅包括有机质和
30、水合水，石灰性土壤中还包括二氧化碳。壤中还包括二氧化碳。57 由烧失量的定义可知：有由烧失量的定义可知：有机质含量高，烧失量就高；烧机质含量高，烧失量就高；烧失量高，有机质含量却并不一定高。也就是失量高，有机质含量却并不一定高。也就是说，说，烧失量的高低并不一定能准确地反映土烧失量的高低并不一定能准确地反映土中的有机质含量水平中的有机质含量水平。因此，。因此，烧失量与有机烧失量与有机质含量是两个不能相等同的概念，二者之间质含量是两个不能相等同的概念，二者之间既有联系又存在着区别。既有联系又存在着区别。而现行的规范却把两个不同的概念混同而现行的规范却把两个不同的概念混同了。了。58 由此可见，由
31、此可见，以与有机质含量以与有机质含量不同概念的烧失量作为判定是否不同概念的烧失量作为判定是否为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。本人建议应当及时地修订现行规范中的有关本人建议应当及时地修订现行规范中的有关条款和内容，制定以真正的有机质含量作为条款和内容，制定以真正的有机质含量作为衡量指标的科学的判定标准。衡量指标的科学的判定标准。4.“4.“孔隙率孔隙率”：从实用价值上看，在土力学中，从实用价值上看，在土力学中，“孔隙孔隙率率”这个指标的实用意义不大，况且与这个指标的实用意义不大，况且与“孔孔隙比隙比”的关系过于简单，两者保留一个即可。的关系过于简单
32、，两者保留一个即可。这不是原则问题。这不是原则问题。59第第2章章 内容勘误内容勘误1.p24：从上向下第：从上向下第8行行“单位土体积单位土体积扣除同体积水的质量后扣除同体积水的质量后”2.p27：从上向下第：从上向下第5行行“是因为它所具有是因为它所具有的单的单粘粘结构决定的结构决定的”3.p33：表：表1-18从上向下第从上向下第3行行“粒径大于粒径大于20mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%”4.p35：表：表1-21第第1行行“粉质粘粉质粘上上”土粒土粒粒粒60mm土土60第第2章章 重点内容重点内容1.土的颗粒级配，级配指标土的颗粒级配，级配指标2.土中水的分类土中水的分类3.土
33、的结构土的结构4.土的三相比例指标的定义土的三相比例指标的定义5.相对密实度相对密实度6.粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性7.土的工程分类原则土的工程分类原则8.软土的物理力学特性软土的物理力学特性61第第2章章 作业作业p39：1-2，1-4，1-6，1-762第第3章章 地基的应力和沉降地基的应力和沉降第第1节节 概述概述第第2节节 土中自重应力土中自重应力第第3节节 基底压力基底压力第第4节节 地基附加应力地基附加应力第第5节节 地基沉降的弹性力学公式地基沉降的弹性力学公式第第6节节 土的压缩性土的压缩性第第7节节 地基的最终沉降量地基的最终沉降量63第第8节节 应力历史对地
34、基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第第9节节 地基最终沉降计算问题综述地基最终沉降计算问题综述第第10节节 饱和土的有效应力和渗透固结饱和土的有效应力和渗透固结第第11节节 地基沉降发展三分量地基沉降发展三分量 64第第1节节 概述概述 自重应力：自重应力：地基中源于土体自身重量地基中源于土体自身重量的应力。的应力。基底压力：基底压力：建筑物的荷载通过基础传建筑物的荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间产生的递给地基，在基础底面与地基之间产生的接触应力。接触应力。附加应力：附加应力：建筑物的荷载在土体中产建筑物的荷载在土体中产生的在原有应力基础上的应力的增量。生的在原有应力基础上的应力
35、的增量。65 附加应力造成了地基土的附加应力造成了地基土的变形变形（处于欠固结状态的土，（处于欠固结状态的土，自重应力也是变形产生的因素之一）自重应力也是变形产生的因素之一），从，从而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。本章主要讨论地基中的本章主要讨论地基中的应力应力和和竖向位移竖向位移（沉降沉降）。）。要保证建筑物的安全和正常使用必须控要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其制其沉降量沉降量和和不均匀沉降差值不均匀沉降差值（差异沉降量差异沉降量）不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之尤
36、为重要。沉降分析是土力学的基本课题之一。一。66 沉降量的大小主要取决于沉降量的大小主要取决于土体产生变形的原因土体产生变形的原因和和土体本土体本身的性状身的性状两个方面。两个方面。土体产生变形的原因主要是土体中土体产生变形的原因主要是土体中应力应力状态的改变状态的改变（如地面荷载引起地基中应力场（如地面荷载引起地基中应力场的改变，在地基中产生附加应力）。的改变，在地基中产生附加应力）。土体本身的性状主要指土体本身的性状主要指土的压缩性土的压缩性（或（或应力应力应变关系应变关系），是指土体在附加应力作），是指土体在附加应力作用下产生的效应。用下产生的效应。67 土体的应力土体的应力应变关系十分
37、应变关系十分复杂，常呈复杂，常呈弹、粘、塑性弹、粘、塑性，并且，并且呈呈非线性、各向异性非线性、各向异性，还受，还受应力历史应力历史的影响。的影响。地基土中附加应力的正确计算地基土中附加应力的正确计算和和地基土地基土体性状的正确描述体性状的正确描述是提高沉降计算精度的两是提高沉降计算精度的两个关键问题。个关键问题。经典的沉降计算方法对上述两个问题是经典的沉降计算方法对上述两个问题是这样处理的：在荷载作用下地基中附加应力这样处理的：在荷载作用下地基中附加应力场是根据场是根据半无限空间各向同性、均质、线弹半无限空间各向同性、均质、线弹68性体性体理论计算的，土体压缩性是根据理论计算的，土体压缩性是
38、根据一维压一维压缩试验缩试验测定的，并采用测定的，并采用分层总和法分层总和法来计算沉来计算沉降。显然，沉降计算模型与地基沉降的真实降。显然，沉降计算模型与地基沉降的真实性状存在不少差距。性状存在不少差距。69第第2节节 土中自重应力土中自重应力 在荷载作用之前，地基中存在在荷载作用之前，地基中存在初始应初始应力场力场。初始应力场常与。初始应力场常与土体自重土体自重、地基土地基土地质历史地质历史以及以及地下水位地下水位有关。在工程应用有关。在工程应用上，计算初始应力场时常假设天然地基为上，计算初始应力场时常假设天然地基为水平水平、均质均质、各向同性各向同性的的半无限空间半无限空间，土，土层界面为
39、层界面为水平面水平面。于是在任意竖直面和水。于是在任意竖直面和水平面上均平面上均无剪应力无剪应力存在。存在。70 地基中的初始应力，即地基地基中的初始应力，即地基中任一点的中任一点的自重应力自重应力，只需用，只需用竖向应力和水平向应力表示。天然地面下任竖向应力和水平向应力表示。天然地面下任意深度意深度z处水平面上的竖向自重应力为处水平面上的竖向自重应力为 cz=z 竖直面上的水平向自重应力为竖直面上的水平向自重应力为 cx=K0 cz=K0 z K0 为静止侧压力系数。为静止侧压力系数。71 土中竖向和侧向的自重应力土中竖向和侧向的自重应力一般均指一般均指有效自重应力有效自重应力，计算，计算时
40、，对地下水位以下土层必须以时，对地下水位以下土层必须以有效重度有效重度 代替代替天然重度天然重度。为简便起见，常把竖向有效。为简便起见，常把竖向有效自重应力自重应力 cz简称为自重应力，并以符号简称为自重应力，并以符号 c表表示。示。成层地基中第成层地基中第n层土底面的自重应力的层土底面的自重应力的计算公式为计算公式为 niiich1 72第第3节节 基底压力基底压力 建筑物荷载通过基础传递建筑物荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间必然产生给地基，在基础底面与地基之间必然产生接触应力接触应力。基底压力分布与。基底压力分布与基础的大小基础的大小和和刚度刚度、作用于基础上、作用于基础上荷载
41、的大小荷载的大小和和分布分布、地基土的力学性质地基土的力学性质以及以及基础的埋深基础的埋深等因素等因素有关。有关。73 根据根据圣维南原理圣维南原理，基础下，基础下与其底面距离大于基底尺寸的与其底面距离大于基底尺寸的土中应力分布主要取决于荷载土中应力分布主要取决于荷载合力的大小合力的大小和和作用点位置作用点位置，基本上不受基底压力分布形式，基本上不受基底压力分布形式的影响。的影响。因此，对于具有一定刚度以及尺寸较小因此，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，其基底压的柱下单独基础和墙下条形基础，其基底压力可近似按直线分布的图形计算。力可近似按直线分布的图形计算。74一、基底
42、压力的简化计算一、基底压力的简化计算 1.中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力 2.偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力二、基底附加压力二、基底附加压力 建筑物建造之前，地基土中已存在自重建筑物建造之前，地基土中已存在自重应力。一般天然土层在自重作用下的变形早应力。一般天然土层在自重作用下的变形早已结束，因此只有已结束，因此只有基底附加压力基底附加压力才能引起地才能引起地基的基的附加应力附加应力和和变形变形。基底附加压力为建筑物建造后的基底附加压力为建筑物建造后的基底压基底压力力与基底标高处原有的与基底标高处原有的自重应力自重应力之差。之差。75第第4节节 地基附加应力地基附加应力 地
43、基附加应力是指建筑物荷重在土体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。中引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其计算方法一般假定地基土是半无限空间半无限空间内的各向同性、均质、线弹性内的各向同性、均质、线弹性变形体，采变形体，采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。76一、竖向集中力下的地基附加应力一、竖向集中力下的地基附加应力 采用采用Boussinesq解答解答，竖向正，竖向正应力应力 z和竖向位移和竖向位移w最为常用。如果地基中最为常用。如果地基中某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面某点与局部荷载的距离
44、比局部荷载的荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，采用部荷载，采用Boussinesq解答。解答。二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力 1.均布的矩形荷载均布的矩形荷载 先以积分法求矩形荷载面角点下的地基先以积分法求矩形荷载面角点下的地基附加应力，然后运用附加应力，然后运用角点法角点法求得矩形荷载下求得矩形荷载下任意点的地基附加应力。任意点的地基附加应力。77 2.三角形分布的矩形荷载三角形分布的矩形荷载 以积分法求三角形分布的以积分法求三角形分布的矩形荷载面角点下的地基附加应力。矩形荷载面角点下的地基
45、附加应力。注意注意b是沿三角形分布荷载方向的边长。是沿三角形分布荷载方向的边长。3.梯形分布的矩形荷载梯形分布的矩形荷载 已知均布和三角形分布的矩形荷载角点已知均布和三角形分布的矩形荷载角点下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加应力应力。78 4.均布的圆形荷载均布的圆形荷载 可以积分法求得均布圆形可以积分法求得均布圆形荷载面中点下任意深度的地基附加应力。荷载面中点下任意深度的地基附加应力。三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力 属平面应力问题。属
46、平面应力问题。四、非均质地基中的附加应力四、非均质地基中的附加应力 1.1.变形模量随深度增大的地基（变形模量随深度增大的地基（应力集中应力集中）2.2.双层地基双层地基 a.a.上软下硬上软下硬（应力集中应力集中）b.b.上硬下软上硬下软（应力扩散应力扩散）79第第5节节 地基沉降的弹性地基沉降的弹性 力学公式力学公式 柔性荷载下的地基沉降（柔性荷载下的地基沉降（Boussinesq解答）解答）80第第6节节 土的压缩性土的压缩性 土的土的压缩性压缩性：土在压力作用下体积缩小：土在压力作用下体积缩小的特性。的特性。由于在一般的压力作用下，土粒（土由于在一般的压力作用下，土粒（土的固相）和水（
47、土的液相）的压缩量与土的固相）和水（土的液相）的压缩量与土的总压缩量相比十分微小，故可近似认为的总压缩量相比十分微小，故可近似认为土粒和水是不可压缩的。土粒和水是不可压缩的。81 土的压缩源于土中孔隙体积土的压缩源于土中孔隙体积的减少（的减少（气体压缩气体压缩、气体排出气体排出、孔隙水的排出孔隙水的排出）。）。饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。在荷载作用下，饱和土体中产生在荷载作用下，饱和土体中产生超静孔超静孔隙水压力隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，在排水条件下，随着时间发展
48、，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，土体中土体中有效应力有效应力逐步增大，直至超静孔隙水逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，这一过程称为压力完全消散，这一过程称为固结固结。82一、土的压缩曲线和压缩性指标一、土的压缩曲线和压缩性指标 1.土的土的压缩曲线是室内土的压缩曲线是室内土的压缩试验得出的成果，是土的压缩试验得出的成果，是土的孔隙比孔隙比与土所与土所受受压力压力的关系曲线。压缩曲线可按两种方式的关系曲线。压缩曲线可按两种方式绘制，一种为绘制，一种为ep曲线；一种为曲线；一种为elgp曲线。曲线。2.土的压缩性指标土的压缩性指标 (1)土的压
49、缩系数土的压缩系数a 由由ep曲线得到。曲线得到。a.切线斜率切线斜率的的绝对值绝对值（理论上的，反映（理论上的，反映某压力下土的压缩性）。某压力下土的压缩性）。83 b.割线斜率割线斜率的的绝对值绝对值（实用上（实用上的，反映某一压力范围内土的压的，反映某一压力范围内土的压缩性）。为了便于应用，通常采用压力由缩性）。为了便于应用，通常采用压力由p1=100kPa增加到增加到p2=200kPa时所得到的压缩时所得到的压缩系数系数a1-2。压缩系数越大，反映土的压缩性越高。压缩系数越大，反映土的压缩性越高。(2)土的压缩指数土的压缩指数Cc 由由elgp曲线得到。曲线得到。土的土的elgp曲线的
50、后段接近直线，直线的曲线的后段接近直线，直线的斜率的斜率的绝对值绝对值。84 压缩指数越大，反映土的压缩指数越大，反映土的压缩性越高。压缩性越高。3.压缩模量压缩模量Es 压缩模量压缩模量：土在：土在完全侧限条件完全侧限条件下的下的竖向竖向附加应力增量附加应力增量与相应的与相应的应变增量应变增量之比。之比。aeEs11 Es越小，表示土的压缩性越高。越小，表示土的压缩性越高。85 4.回弹曲线和再压缩曲线回弹曲线和再压缩曲线 在室内压缩试验过程中，在室内压缩试验过程中，如加压到某一值如加压到某一值pi后，逐级进行卸压后，逐级进行卸压，则可，则可观察到土样的回弹。若测得其回弹稳定后的观察到土样的
