1、一、緒論 1.1 土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念1. 土：土是連續(xù)、堅固的巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積而形成的散粒堆積物。2. 地基：地基是指支撐基礎(chǔ)的土體或巖體。（地基由地層構(gòu)成，但地層不一定是地基，地基是受土木工程影響的地層）3. 基礎(chǔ)：基礎(chǔ)是指墻、柱地面下的延伸擴大部分，其作用是將結(jié)構(gòu)承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分。（基礎(chǔ)可以分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)）4. 持力層：持力層是指埋置基礎(chǔ)，直接支撐基礎(chǔ)的土層。5. 下臥層：下臥層是指臥在持力層下方的土層。（軟弱下臥層的強度遠遠小于持力層的強度）。6. 基礎(chǔ)工程：地基與基礎(chǔ)是建筑物的根本，統(tǒng)稱為基礎(chǔ)工程。7. 土的工程性質(zhì)：土的散粒性、滲透性、壓

2、縮性、整體強度（連接強度）弱。8. 地基與基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足的條件：強度條件（按承載力極限狀態(tài)設(shè)計）：即結(jié)構(gòu)傳來的荷載不超過結(jié)構(gòu)的承載能力 ；變形條件：按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，即控制基礎(chǔ)沉降的范圍使之不超過地基變形的允許值 二、土的性質(zhì)及工程分類 2.1 概述土的三相組成：土體一般由固相（固體顆粒）、液相（土中水）、氣相（氣體）三部分組成，簡稱為三相體系。2.2 土的三相組成及土的結(jié)構(gòu)（一）土的固體顆粒物質(zhì)分為無機礦物顆粒和有機質(zhì)。礦物顆粒的成分有兩大類：（1）原生礦物：即巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。（2）次生礦物：系原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用后而形成的新的礦物（如粘土礦物）。

3、它們的顆粒細小，呈片狀，是粘性土固相的主要成分。次生礦物中粘性礦物對土的工程性質(zhì)影響最大 親水性。粘土礦物主要包括：高嶺石、蒙脫石、伊利石。蒙脫石,它的晶胞是由兩層硅氧晶片之間的夾一層鋁氫氧晶片所組成稱為2:1型結(jié)構(gòu)單位層或三層型晶胞。它的親水性特強工程性質(zhì)差。伊利石它的工程性質(zhì)介于蒙脫石與高嶺石之間。高嶺石，它是由一層硅氧晶片和一層鋁氫氧晶片組成的晶胞，屬于1:1型結(jié)構(gòu)單位層或者兩層。它的親水性、膨脹性和收縮性均小于伊利石，更小于蒙脫石，遇水穩(wěn)定，工程性質(zhì)好。土粒的大小稱為粒度。在工程性質(zhì)中，粒度不同、礦物成分不同，土的工程性質(zhì)也就不同。工程上常把大小、性質(zhì)相近的土粒合并為一組，稱為粒組。而

4、劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。土粒粒組先粗分為巨粒、粗粒和細粒三個統(tǒng)稱，再細分為六個粒組：漂石（塊石）、卵石（碎石）、礫粒、砂粒、粉粒和黏粒。 土中所含各粒組的相對含量，以土?？傊氐陌俜謹?shù)表示，稱為土的顆粒級配。土的級配曲線的縱坐標(biāo)表示小于某土粒的累計質(zhì)量百分比，橫坐標(biāo)則是用對數(shù)值表示土的粒徑。由曲線形態(tài)可評定土顆粒大小的均勻程度。若曲線平緩則粒徑大小相差懸殊，顆粒不均勻，級配良好；反之，則顆粒均勻，級配不良。 工程中常用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來反映土顆粒的不均勻程度。 小于某粒徑的土粒質(zhì)量總土質(zhì)量10%的粒徑，稱為有效粒徑； 小于某粒徑的土粒質(zhì)量總土質(zhì)量30%的粒徑，稱為中值粒徑； 小于某粒

5、徑的土顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的60%的粒徑，稱限定粒徑。工程上對土的級配是否良好可按如下規(guī)定判斷 對于級配連續(xù)的土: 5，級配良好；，級配不良。 對于級配不連續(xù)的土，級配曲線上呈臺階狀，采用單一指標(biāo)難以全面有效地判斷土的級配好壞，需同時滿足5和兩個條件時，才為級配良好，反之級配不良。確定土中各個粒組相對含量的方法稱為土的顆粒分析試驗 篩分法（對于粒徑大于0.075mm的粗粒土） 沉降分析法（對于粒徑小于0.075mm的細粒土）有密度計法和移液管法（二）土中水按存在形式分為液態(tài)水、固態(tài)水和氣態(tài)水。固態(tài)水又稱為內(nèi)部晶格水或內(nèi)部結(jié)合水，是指存在于土粒礦物晶體格架內(nèi)部或是參與礦物構(gòu)造的水；土中的液體水分為結(jié)

6、合水和自由水（有重力水和結(jié)合水兩類）。結(jié)合水是受電分子作用吸附于土粒表面成薄膜狀的水。它又可以細分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水（弱結(jié)合水的水膜厚度對工程性質(zhì)影響很大）。自由水是存在于土粒表面電場影響范圍以外的土中水。自由水按所受作用力的不同可以分為重力水和毛細水。重力水是存在于地下水位以下、土顆粒電分子引力范圍以外的水。毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力的作用、存在于地下水位以上的透水層中的自由水。若毛細水上升至地表，會引起土質(zhì)鹽漬化、沼澤化，而且會使地基潤濕，強度降低，變形增大。在寒冷地區(qū)還會促使土的凍脹，地下室會過分潮濕，故在工程中要注意防潮、防凍。（三）土中氣體存在于空隙中未被水占據(jù)的部分。封

7、閉氣體對土的工程性質(zhì)影響較大。土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒或集合體的大小和形狀、表面特征排、列形式以及它們之間的連接特征，而構(gòu)造是指土層的層理、裂隙和大空隙等宏觀特征，亦稱為宏觀結(jié)構(gòu)。土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對土的性質(zhì)影響很大，一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)及絮凝結(jié)構(gòu)三種基本類型。單粒結(jié)構(gòu)無粘性土特有的結(jié)構(gòu)，形成原因為顆粒大、靠自重、引力小，單粒結(jié)構(gòu)可以是疏松的，可以是緊密的。緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土是較為良好的天然地基。疏松單粒結(jié)構(gòu)的土如未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)粘性土特有的結(jié)構(gòu)，形成原因是顆粒小、靠聯(lián)合、引力大、有連結(jié)。類型有蜂窩結(jié)構(gòu)（粉粒0.0750.005）和絮凝結(jié)構(gòu)（粘粒0.075）。絮凝沉積形成

8、的土在結(jié)構(gòu)上是極不穩(wěn)定的，隨著溶液性質(zhì)的改變或震蕩后可重新分散。土的構(gòu)造最主要的特征就是層理性，即層理構(gòu)造。2.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的九個物理性質(zhì)指標(biāo)（其中有三個基本指標(biāo)）A、 三個基本指標(biāo)土的天然密度：土體單位體積的質(zhì)量。 土的含水量w：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比。 土粒相對密度：土的固體顆粒質(zhì)量與同體積4C時純水的質(zhì)量之比。 純水在的密度（單位體積的質(zhì)量），等于1 或1 。可在實驗室采用“比重瓶法”測定。B、反映土單位體積質(zhì)量（或重力）的指標(biāo)土的干密度：土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量，稱為土的干密度，并以表示， 土的飽和密度： 土孔隙中充滿水時單位體積質(zhì)量。一般在1.82.3范圍內(nèi)。 土的

9、有效密度（或浮密度）：地下水位以下，單位體積中土粒的質(zhì)量扣除同體積的水的質(zhì)量后，即單位土體積中土粒的有效質(zhì)量。 C、反映土孔隙特征、含水程度的指標(biāo)土的孔隙比e（用小數(shù)表示）：土中孔隙體積與土粒體積之比，稱為土的孔隙比e 。 土的孔隙率n：土中孔隙比于總體積的比值（用百分數(shù)表示）稱為土的孔隙率n 。 孔隙比和孔隙率都是反映土體密實程度的重要物理指標(biāo)。一般e0.6的土是密實的，土的壓縮性小;e1.0的土是疏松的壓縮性高。土的飽和度（反映土潮濕程度的物理性質(zhì)的指標(biāo)） 土中水的體積與空隙體積之比稱為土的飽和度，以百分率計。 2.4 無黏性土的密實度 判斷無黏性土的密實度最簡單的方法是用空隙比e表示，但

10、是由于顆粒的形狀和級配對土的孔隙比有著很大的影響，所以，工程中常用相對密實度表示。 根據(jù)（ 一般以百分數(shù)表示）的值可以把砂土的密實狀態(tài)分為三種： 密實 中密 松散 還可以通過采用標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗的錘擊數(shù)來評價砂類土的密實度，根據(jù)N可將砂土分為松散、稍密、中密與密實四種密實度。如果是碎石可以根據(jù)野外鑒別方法劃分為密實、中密、稍密、松散四種密實度狀態(tài)。2.5 黏性土的物理特性黏性土的概念 黏性土就是具有可塑狀態(tài)性質(zhì)的土，它們在外力的作用下，可塑成任何形狀而不長生裂縫，當(dāng)外力去掉后，仍可以保持原形態(tài)不變。 黏性土的界限含水量：黏性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的分界含水量稱為界限含水量。液限(）：土由可塑

11、狀態(tài)變化到流動狀態(tài)的界限含水量；土處于可塑狀態(tài)的最大含水量，稍大即流態(tài)；土的界限含水量；塑限()：土由半固態(tài)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水量；土處于可塑狀態(tài)的最小含水量，稍小即半固態(tài)；縮限()：土由固態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)的界限含水量；土處于半固態(tài)的最小含水量，稍小即為固態(tài)。 縮限 塑限 液限 含水量 固態(tài) 半固態(tài) 可塑狀態(tài) 流動狀態(tài) 我國目前采用錐式液限儀來測定黏性土的液限，塑限多用“搓條法”測定。 黏性土的塑性指數(shù)和液性指標(biāo)數(shù)塑性指數(shù)：液限與塑限之差值。習(xí)慣上用不帶%的百分數(shù)表示。取小數(shù)點后一位，第二位四舍五入。塑性指數(shù)常作為工程上對黏性土進行分類的依據(jù)。 液限指數(shù)：表征土的天然含水量與分界含水量之間的相對

12、關(guān)系的指標(biāo)。表示黏性土的軟硬程度，一般用小數(shù)表示。黏性土根據(jù)液性指數(shù)可劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑及流塑五種軟硬狀態(tài)。 黏性土的靈敏度和觸變性靈敏度即土的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)土體受到外力擾動作用，其結(jié)構(gòu)遭受破壞時，土的強度降低，壓縮性增高，工程上常用靈敏度來衡量黏性土結(jié)構(gòu)性對強度的影響。根據(jù)靈敏度可將飽和黏性土分為低靈敏度、中等靈敏度和高靈敏度三類。土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強，受擾動后土的強度降低就愈明顯。因此，在基礎(chǔ)工程設(shè)施中必須注意保護基槽，盡量減少對土結(jié)構(gòu)的擾動。觸變性：指黏性土擾動后的抗剪強度隨時間自行恢復(fù)的能力（屬于膠體化學(xué)性質(zhì)），這種性質(zhì)主要表現(xiàn)在某些軟粘土擾動后，結(jié)構(gòu)雖然破壞，強度降低，

13、但土的強度隨時間又會逐漸增長，這是因為土體中土顆粒，離子和水分子體系隨時間而逐漸趨于新的平衡狀態(tài)的緣故。2.6 土的滲透及滲流滲流的概念：土孔隙中的自由水在重力作用下，只要有水頭差，就會發(fā)生動。水透過土孔隙流動的現(xiàn)象，稱為滲流或滲透，而土被水流透過的性質(zhì)，稱為土的滲流。層流滲透定律：一般土的空隙較小，水在土體流動過程中流速十分緩慢，因此，多數(shù)情況下其流動狀態(tài)屬于層流，即相鄰兩個水分子的運動的軌跡相互平衡而不是混流。達西定律： 其中：單位滲水量i水力梯度或水力坡度，V滲透速度k土的滲透系數(shù)，是反映土的透水性大小的系數(shù)，物理意義為：單位水力梯度i=1時的滲透速度少數(shù)黏土服從修正的達西定律：；碎土等

14、服從哲才定律。滲透系數(shù)常用的水的滲透系數(shù)的測定方法，室內(nèi)有常水頭法和變水頭法，室內(nèi)測定的滲透系數(shù)用表示： 現(xiàn)場抽水試驗中測定的滲透系數(shù)： 動力水及滲流破壞 動水力：水流作用在單位體積中土顆粒上的力。也叫滲流力 動水力的公式： 臨界水頭梯度： 幾種形式的滲透破壞： 流砂：地下水自下向上滲透時,滲透產(chǎn)生的動水壓力大于土體的有效重力,土顆粒之間的有效應(yīng)力等于零,土顆粒懸浮在水中,隨水一起流動的現(xiàn)象。管涌 ：當(dāng)?shù)叵铝鲃拥乃ζ露群艽髸r，水流由層流變?yōu)槲闪鳎藭r滲透力將土體粗?？紫吨谐涮畹募毩Ｍ翈ё撸罱K導(dǎo)致土體內(nèi)部形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象就叫做管涌。潛蝕 在自然條件下發(fā)生的滲透破壞，

15、分為機械和化學(xué)潛蝕，機械潛蝕指滲流的機械力將細粒土沖走而形成洞穴：化學(xué)潛蝕是指水流溶解了土中的易溶鹽和膠結(jié)物使土變得松散，細粒土被沖走而形成洞穴。后果：形成土洞，不斷擴大，導(dǎo)致地表塌陷，使建筑物破壞。2.7 土體液化是指飽和狀態(tài)砂土或粉土在一定強度的動荷載作用下表現(xiàn)出類似液體性質(zhì)而完全喪失承載力的現(xiàn)象。2.8 地基土的分類A、巖石（顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有解理裂隙的巖體）B、碎石土（指粒徑大于2mm的顆粒含量超過50%的土，根據(jù)粒組含量及顆粒形狀可分為漂石、塊石、卵石、圓礫和角礫，碎石土的密實度可按錘擊數(shù)分為松散、稍密、中密、密實）C、砂土（指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50%而粒

16、徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%的土?？煞譃榈[砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂）D、粉土（指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%，且塑性指數(shù)小于或等于10的土，其性質(zhì)介于黏性土和砂土之間）分為砂質(zhì)粉（粒徑小于0.005mm的顆粒含量不超過全重的10%）和粘質(zhì)粉土（粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過全重的10%）粉土的密實度與天然那孔隙比有關(guān)。 ， E 、黏性土（指塑性指數(shù)大于10的土）其分類，按黏性土的狀態(tài)可以分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑；按沉積年代可以分為：老黏土、一般黏土、新近沉積黏土。 F、人工填土（是指由于人類活動而堆填形成的各類土） 可以分為素填土、雜填土、充填

17、土。 G、特殊土 特殊類土有軟土、紅黏土、膨脹土、黃土、多年凍土和鹽漬土，他們的工程性質(zhì)特殊，所以在工程建筑中要特別的注意。三、土中應(yīng)力計算3.1 土的自重應(yīng)力 概念：由土自重引起的應(yīng)力即為土體的自重應(yīng)力。 計算公式：均質(zhì)土的自重應(yīng)力 成層土的自重應(yīng)力 注意：第i層土的天然重度，若土在地下水位線以下則應(yīng)用有效重度來表示。繪制土的自重應(yīng)力曲線的步驟：建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系；確定特征點的編號地面、土層界面、地下水位面、不透水層面;計算各點的豎向自重應(yīng)力，應(yīng)用公式進行計算;按比例繪出各點自重應(yīng)力的位置；用直線連接各點；校核：注意地下水位處，不透水層處。3.2 基底壓力 概念：建筑物荷載通過基礎(chǔ)傳給地基，在基

18、礎(chǔ)底面與地基之間產(chǎn)生接觸壓力，稱為基底壓力。基底壓力即接觸應(yīng)力（作用在地基上的是基底壓力，作用在基礎(chǔ)上的是基底反力）。柔性基礎(chǔ)在垂直荷載作用下基礎(chǔ)本身無抵抗彎曲變形的能力，柔性基礎(chǔ)接觸壓力分布與其上部荷載分布情況相同；剛性基礎(chǔ)特點：基礎(chǔ)本身無變形（無撓曲）基底壓力分布圖形為非均勻。基底壓力計算公式： 中心荷載作用下 偏心荷載作用下 上式中：G基礎(chǔ)自重及回填土自重之和， 其中為基礎(chǔ)及回填土之平均重度，取20 ，地下水以下部分應(yīng)扣除10的浮力;W基礎(chǔ)底面的抵抗矩，對于矩形基礎(chǔ) M作用在基底形心上的力矩值 ， 基底附加壓力計算公式: 3.3 地基附加應(yīng)力（由建筑物荷載引起的應(yīng)力增量相對于自重應(yīng)力而言

19、的）單個豎向集中力下的地基附加應(yīng)力： 其中稱為集中力作用下的地基豎向應(yīng)力系數(shù) 多個集中力及不規(guī)則分布荷載作用產(chǎn)生的附加應(yīng)力： 分布荷載作用下地基的附加應(yīng)力： 空間問題的附加應(yīng)力計算：常見的空間問題有均布矩形荷載、三角形分布的矩形荷載及圓形荷載。矩形面積上豎向均布荷載作用 角點下的附加應(yīng)力：對上式積分可簡寫成： 稱為均布矩形角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)簡稱角點應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)用時可以按和查表得到。任意點下的附加應(yīng)力：用角點法可以求得。 當(dāng)M在荷載面內(nèi)部時：當(dāng)M在荷載面邊緣時：當(dāng)M在荷載面邊緣外側(cè)時：當(dāng)M在荷載面角點外側(cè)時： 矩形面積上作用三角形分布荷載時： 荷載為零角點下的豎向附加應(yīng)力： 荷載最大邊角點

20、下的豎向附加應(yīng)力： 其中應(yīng)力系數(shù)、為，的函數(shù)。3.4 有效應(yīng)力原理土顆粒間的接觸應(yīng)力在截面積上的平均應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。 有效應(yīng)力原理： 四、土的變形和地基沉降量4.1 土的壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。地基土壓縮的原因：固體顆粒被壓縮，土中水及封閉氣體被壓縮、水和氣體從孔隙中被擠出。 土的固結(jié)：土體在外力作用下，壓縮隨時間增長的過程，稱為土的固結(jié)。壓縮性指標(biāo)：壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量、變形模量壓縮系數(shù)a（是反映壓縮程度高低的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，是孔隙比對壓力的變化率） （負號是因為孔隙比變化方向與壓力方向相反，變化率越大，土的壓縮性愈高，地基愈軟弱，承載力愈低，反之亦然）

21、壓縮系數(shù)是評價地基土壓縮性高低的重要指標(biāo)之一。 壓縮性指標(biāo)a不是一個常量他的取值與起始壓力和壓力變化范圍（在不大的情況下，用直線的斜率代替變化率）有關(guān)，工程上一般用來評定土的壓縮性高低。 0.1時,為低壓縮性土； 0.10.5時,為中壓縮性土； 0.5是,為高壓縮性土。壓縮指數(shù)（可以用來確定土的壓縮性大?。?計算公式： 越大土的壓縮性越大0.2時為低壓縮性土；0.20.4時為中壓縮性土；0.4為高壓縮性土。壓縮模量(土體在完全側(cè)限條件下，豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比) 計算公式： （為原始孔隙比） 壓縮模量是土的壓縮性指標(biāo)的又一個表達方式，壓縮模量與壓縮系數(shù)a 成反比，愈大，a 就愈小，土

22、的壓縮性愈低。一般認為，4時為高壓縮性土；15時為低壓縮性土；=415為中壓縮性土。變形模量（指土體在無側(cè)限條件下單軸受壓時的應(yīng)力與應(yīng)變之比，一般情況下壓縮模量比變形模量大）計算公式：4.2 地基最終沉降量計算地基最終沉降量是指地基土在建筑荷載作用下，不斷產(chǎn)生壓縮，直至壓縮穩(wěn)定時地基表面的沉降量。分層總和法分層總和法假定地基土為直線變形體，在外荷載作用下的變形只發(fā)生在有限厚度的范圍內(nèi)（即壓縮層），將壓縮層厚度內(nèi)的地基土分層，分別求出各分層的應(yīng)力，然后用土的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系式求出各分層的變形量，再總和起來作為地基的最終沉降量。 分層總和法假設(shè)：地基土是均質(zhì)、各向同性的半無限體；地基土在外荷載作用下

23、，只產(chǎn)生豎向變形，側(cè)向不發(fā)生膨脹變形，故同一土層的壓縮性指標(biāo)可取，a；采用基底中心點下的附加應(yīng)力計算地基變形量。 基本原理：胡克定律，疊加原理。 薄壓縮層地基沉降計算公式 計算步驟：根據(jù)條件按比例繪制p-e圖；分層，分層原則 厚度0.4b，天然土層分界處，地下水位處；計算各分層界面的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力并繪制應(yīng)力分布圖；確定地基沉降深度，對于一般土取若遇到軟土則?。挥嬎忝繉油恋钠骄灾貞?yīng)力和平均附加應(yīng)力；計算每層土的變形量，根據(jù)計算公式 ；計算最終沉降量，將沉降深度范圍內(nèi)的各層土的沉降量相加。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范方法計算假定條件：a 地基土為均質(zhì)：b 壓縮性指標(biāo)，對某一土層是常數(shù)，不隨深度而改變

24、。重要結(jié)論：計算地基土某一層的最終穩(wěn)定沉降量就歸結(jié)為求該土層的附加應(yīng)力面積再除以該土層的壓縮模量。 計算原理： 經(jīng)過修正后的最終地基沉降量s 計算公式： 地基沉降計算深度 一般通過“變形比”試算確定： 若無相鄰荷載影響，基礎(chǔ)寬度在130m的范圍內(nèi)時，基礎(chǔ)中點的地基沉降量 若沉降計算深度范圍內(nèi)存在基巖時，可以取至基巖表面。 計算步驟：求基底壓力和基底附加壓力；確定沉降計算深度；沉降計算；確定沉降經(jīng)驗系數(shù)。4.3 應(yīng)力歷史對地基沉降的影響天然土層應(yīng)力歷史 應(yīng)力歷史：是指土在形成的地質(zhì)年代中經(jīng)受應(yīng)力變化的情況。天然土層劃分為三種固結(jié)狀態(tài)。超固結(jié)狀態(tài)：天然土層在地質(zhì)歷史上受到過的固結(jié)壓力大于目前的上覆

25、壓力。正常固結(jié)狀態(tài)：指的是土層在歷史上最大固結(jié)壓力作用下壓縮穩(wěn)定，但沉積后土層厚度無大變化，以后也沒有受到過其它荷載的繼續(xù)作用的情況。 欠固結(jié)狀態(tài)：土層逐漸沉積到現(xiàn)在地面，但沒有達到固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)。4.4 地基變形與時間的關(guān)系飽和粘土在壓力作用下，孔隙水將隨時間的遷延而逐漸被排出，同時孔隙體積也隨之縮小，這一過程稱為飽和土的滲透固結(jié)。滲透固結(jié)所需時間的長短與土的滲透性和土層厚度有關(guān)，土的滲透性愈小、土層愈厚，孔隙水被擠出所需的時間就愈長。固結(jié)：飽和粘性土的壓縮隨時間而不斷增長的過程。飽和土的滲透固結(jié)也就是孔隙水壓力逐漸消散和有效應(yīng)力相應(yīng)增長的過程?？紫端畨毫Γ鹤饔迷诳紫端械膲毫Γ卜Q為超靜水壓

26、力。有效應(yīng)力：土粒承受和傳遞的壓力，即顆粒間的接觸應(yīng)力。太沙基一維固結(jié)理論假設(shè)： 土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，而且滲流服從達西定律，土的滲透系數(shù)k為常數(shù)。 相對土的孔隙，土顆粒和土中水都是不可壓縮的，因此，土的變形僅是孔隙體積壓縮的結(jié)果壓縮定律。 土是完全飽和的，土的體積壓縮量同土的孔隙中排出的水量相等，而且壓縮變形速率取決于途中水的滲流速率。固結(jié)度：地基在荷載作用下，歷經(jīng)的時間t的固結(jié)沉降量與其最終沉降量 的比值。地基固結(jié)過程中任意時刻的沉降量計算步驟：計算地基附加應(yīng)力沿深度的分布；計算地基最終沉降量；計算土層的豎向固結(jié)系數(shù)和時間因數(shù)；求解地基固結(jié)過程中某一時刻t的沉降量，或者沉降量達到已知數(shù)

27、值所需要的時間.用到的公式有： 雙面排水H取土層厚度的一半，單面排水H取土層厚度。93五、土的抗剪強度5.1 土的抗剪強度：是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。 砂土抗剪強度的表達式 粘性土抗剪強度的表達式 土的有效應(yīng)力強度的表達式 （黏性土） （無黏性土） C粘性土的粘聚力； 土的內(nèi)摩擦角；c和 是地基土的兩個力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)99莫爾庫倫強度理論 當(dāng)土體中某點任一平面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強度時，將該點即瀕于破壞的臨界狀態(tài)稱為“極限平衡狀態(tài)”。表征該狀態(tài)下各種應(yīng)力之間的關(guān)系稱為“極限平衡條件”。 M點莫爾應(yīng)力圓整體位于抗剪強度包線的下方，莫爾應(yīng)力圓與抗剪強度線相離，表明該點在任何平面上的剪應(yīng)力均小于

28、土所能發(fā)揮的抗剪強度，因而，該點未被剪破。M點莫爾應(yīng)力圓與抗剪強度包線相切，說明在切點所代表的平面上，剪應(yīng)力恰好等于土的抗點破壞面的抗剪強度，該點就處于極限平衡狀態(tài)，莫爾應(yīng)力圓亦稱極限應(yīng)力圓。由圖中切點的位置還可確定 M點的破壞面的方向。 M點莫爾應(yīng)力圓與抗剪強度包線相割，M點早已破壞。實際上圓所代表的應(yīng)力狀態(tài)是不可能存在的，因為M點破環(huán)后，應(yīng)力已超出彈性范疇。莫爾-庫侖強度理論 在極限平衡條件下某破壞截面的最大和最小應(yīng)力：對于黏性土而言：對于無黏性土而言： 101其破壞面與大主應(yīng)力作用面間的夾角5.2 抗剪強度的測定方法直接剪切試驗使用的儀器稱為直接剪切儀（簡稱直剪儀），分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力

29、控制式兩種。前者對試樣采用等速剪應(yīng)變測定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者則是對試樣分級施加剪應(yīng)力測定相應(yīng)的剪切位移。硬粘土和密實砂土曲線的 可出現(xiàn)剪應(yīng)力土的的峰值 ，即為土的抗剪強度。過峰值后強度隨剪曲切位移增大而降低，稱應(yīng)變軟化特征；軟粘土和松砂曲線 則往往不出現(xiàn)峰值，強度隨剪切位移增大而緩慢增大，稱為變硬化特征。三軸壓縮試驗（室內(nèi)）：三軸壓縮試驗是一種比較完善的測定土抗剪強度試驗方法，與直接剪切試驗相比較，三軸壓縮試驗試樣中的應(yīng)力相對比較明確和均勻。其中繪極限應(yīng)力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包線。無側(cè)限抗壓強度試驗十字板剪切試驗 在土的抗剪強度現(xiàn)場原位測試方法中，最常用的是十字板剪切試驗。它具有無需

30、鉆孔取得原狀土樣而使土少受擾動，試驗時土的排水條件、受力狀態(tài)等與實際條件十分接近，因而特別適用于難于取樣和高靈敏度的飽和軟粘土。通過測力設(shè)備測出最大扭矩M，據(jù)此可推算出土的抗剪強5.4 土的抗剪強度指標(biāo) 粘性土在不同固結(jié)和排水條件下的抗剪強度指標(biāo) 固結(jié)不排水剪，又稱固結(jié)快剪，以符號 表示 不固結(jié)不排水剪，又稱快剪，以符號 表示 110 固結(jié)排水剪，又稱慢剪，以符號 表示六、土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定6.1 概述 擋土墻是指防止土體坍塌的構(gòu)筑物。分類：重力式直立式（墻被與鉛垂面重合）、俯斜式（墻被與鉛垂面有逆時針夾角）仰斜式（墻被與鉛垂面有順時針夾角）、懸臂式（三塊板均設(shè)有鋼筋混凝土板，配筋放

31、在受拉區(qū)）、扶壁式、衡重式。 擋土墻的土壓力指擋土墻后填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力。地基承載力：指地基單位面積承受荷載的能力。6.2 作用在擋土墻上的土壓力 主動土壓力 ：當(dāng)擋土墻向離開土體的方向偏移至墻后土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力稱為主動土壓力。 產(chǎn)生的條件：位移方向（負位移）或繞墻踵逆時針轉(zhuǎn)動；應(yīng)力狀態(tài)土體達到極限（主動）平衡狀態(tài)。 被動土壓力 ：當(dāng)擋土墻在外力作用下，向土體的方向偏移至墻后土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力稱為被動土壓力。 產(chǎn)生的條件：位移方向（正位移）或繞墻踵順時針轉(zhuǎn)動；應(yīng)力狀態(tài)土體達到極限（被動）平衡狀態(tài)。靜止土壓力 :當(dāng)擋土

32、墻靜止不動時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時，作用在墻背上的土壓力就叫做靜止土壓力。 產(chǎn)生的條件：位移為零；土體處于彈性平衡狀態(tài)，當(dāng)墻后土體具備以上兩個條件時，作用在墻上的側(cè)向壓力。所謂主動土壓力極限平衡狀態(tài)是由位移方向和側(cè)向應(yīng)力不斷減小所致。側(cè)向應(yīng)力逐漸減小是因為摩擦力在逐漸增大。6.3 郎金土壓力理論 朗金土壓力理論依據(jù)：彈性半空間理論是（視地基土為表面水平的半無限體，并處于彈性平衡狀態(tài)，當(dāng)土體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，因為豎直截面是對稱面所以豎直截面和水平截面上的剪應(yīng)力為零）；極限平衡理論（設(shè)想由于某種原因土體在水平方向伸展或收縮，法向應(yīng)力不變。由于水平方向上的應(yīng)力變化，土體達到極限平衡狀態(tài)） 主動土

33、壓力 125 被動土壓力 126其它幾種情況下的土壓力計算： 填土面有連續(xù)均布荷載 填土面水平 即B=0； 原則：將土體荷載化為當(dāng)量土層厚度 方法 計算假象墻高的土壓力；設(shè)計墻后填土C=0 127 繪土壓力強度分布圖 求土壓力作用點的位置墻后填土為成層填土 計算原則 將每層土視為作用與下層土的均布荷載并化為當(dāng)量土層厚度，按第一種情況處理 求個控制點土壓力強度分析第一層：分析第二層：將第一層土化為與之相當(dāng)?shù)漠?dāng)量土層厚度分析第三層：總結(jié)一下規(guī)律：求某一層特征點土的壓力強度歸結(jié)為計算該點的土的自重應(yīng)力在乘以該土層的主動土壓力系數(shù)，若是粘性土還要減去該層的。當(dāng)墻后土有地下水時，工程上一般可忽略水對砂土

34、抗剪強度指標(biāo)的影響，但對于黏性土，隨著含水量的增加，抗剪強度指標(biāo)明顯降低，導(dǎo)致墻背土壓力增大。因此，擋土墻應(yīng)具有良好的排水措施。地下水位以下土的重度應(yīng)取浮重度，并計入地下水對擋土墻產(chǎn)生的靜水壓力。的影響，因此作用在墻背上總的側(cè)壓力為土壓力和水壓力之和。6.4 庫倫土壓力理論 基本假設(shè) 庫侖土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計算理論。其基本假設(shè)為：墻后填土是理想的散粒體（黏聚力c=0）；滑動破裂面為通過墻踵的平面。土壓力計算的幾個應(yīng)用問題 朗金理論與庫侖理論比較：朗金土壓力理論概念明確，公式簡單，便于記憶，可用于粘性和無粘性填土，在工程中

35、應(yīng)用廣泛。但必須假定墻背豎直、光滑，填土面水平，使計算條件和適用范圍受到限制，并由于該理論忽略了墻背與填土之間的摩擦影響，使計算的主動土壓力值偏大，被動土壓力值偏小，結(jié)果偏于安全。 擋土墻位移大小與方式。實際工程中，擋土墻移動的大小和方式影響著墻被土壓力的大小與分布。 土體抗剪強度指標(biāo)：填土抗剪強度指標(biāo)的確定極為復(fù)雜，必須考慮擋土墻在長期工作下墻后填土狀態(tài)的變化及長期強度的下降因素，方能保證擋土墻的安全。 墻背與填土的外摩擦角的取值大小對計算結(jié)果影響較大。6.5 擋土墻設(shè)計擋土墻設(shè)計包括墻型選擇、穩(wěn)定性驗算 地基承載力驗算 墻身材料強度驗算以及一些設(shè)計中的構(gòu)造要求和措施等. 重力式擋土墻：墻高

36、一般小于8m，當(dāng)h=812m時，宜用衡重式； 懸臂式擋土墻：適用于墻高大于5m，地基土土質(zhì)較差，當(dāng)?shù)厝鄙偈系惹闆r。多用于市政工程及貯料倉庫。 扶壁式擋土墻：扶壁見填土可增加抗滑和抗傾覆能力，一般用于重要的大型土建工程。 錨定板及錨桿式擋土墻：特別適用于地基承載力不大的地區(qū)。 其它形式的擋土墻擋土墻的計算 擋土墻的截面尺寸一般按試算法確定，即先根據(jù)擋土墻的工程地質(zhì)條件、填土性質(zhì)以及墻身材料和施工條件等憑經(jīng)驗初步擬定截面尺寸，然后進行驗算。如不滿足要求，則修改截面尺寸或采取其它措施。 根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范，擋土墻基底面積及埋深按地基承載力確定，傳至基礎(chǔ)底面的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效

37、應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。土體自重、墻體自重均按實際的重力密度計算，在地下水位以下時應(yīng)扣去水的浮力，相應(yīng)的抗力應(yīng)采用承載力特征值。 計算擋土墻的土壓力應(yīng)采用承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)基本組合，但荷載效應(yīng)組合設(shè)計值S中的荷載分項系數(shù)均為1.0；但在計算擋土墻內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的荷載系數(shù)。即永久荷載對結(jié)構(gòu)不利的分項系數(shù)取1.35，對結(jié)構(gòu)有利是取1.0. 抗傾覆穩(wěn)定性驗算1.6 若驗算結(jié)果不能滿足式要求時，可按以下措施處理：A、增大擋土墻斷面尺寸增大，使G增大，但工程量也相應(yīng)增大；B、加大 ，伸長墻趾。但墻趾過長，若厚度不夠，則需配置鋼筋；C、墻背做成仰斜，可減小土壓力；D、在擋土墻垂直墻背上做卸荷臺，形狀如牛腿，則 平臺以上土壓力不能傳到平臺以下，總土壓力減小，故抗傾覆穩(wěn)定性增大。 抗滑動穩(wěn)定性驗算1.3若驗算不能滿足式要求，可采取以下措施加以解決：A、修改擋土墻斷面尺寸，以加大 G 值B、墻基底面做成砂、石墊層，以提高u 值；