基本內容：

地基、基礎、持力層、下臥層等基本概念學習基本要求

掌握土力學、地基、基礎、持力層與下臥層等基本概念； 了解與地基基礎有關的工程問題，重視本課程在本專業(yè)中地位； 了解本課程的內容和學習特點。1.1土力學與地基基礎的概念1.2與地基基礎有關的工程事故1.3本課程的內容和學習特點

第一章緒論.1土力學與地基基礎的概念1.1.1地基與基礎1.地基與基礎的概念將埋入土層一定深度的建筑物下部的承重結構稱為基礎；將支承基礎的土體或巖體稱為地基，如圖1-1所示。圖1-1地基與基礎示意圖2.持力層與下臥層概念位于基礎底面的第一層土稱為持力層；而持力層以下的土層稱為下臥層。強度低于持力層的下臥層稱為軟弱下臥層。3.基礎的分類基礎按埋置深度不同，可分為淺基礎和深基礎。4.地基的分類（1）按地質情況分為土基和巖基。（2）按設計施工分為天然地基和人工地基。天然地基：不需處理可直接利用的地基。人工地基：經過人工處理而達到設計要求的地基。1.1.2土力學1.土土是巖石經風化、搬運、沉積所形成的產物。具有壓縮性、透水性、碎散性等特點，可作為地基，也可作為建筑材料，如路堤、堤坎。2.土力學土力學是以工程力學和土工測試技術為基礎，研究與工程建設有關的土的應力、變形、強度和穩(wěn)定性等力學問題的一門學科。1.1.3地基設計中應滿足的技術條件1.地基的強度條件2.地基的變形條件3.地基的穩(wěn)定條件1.2與地基基礎有關的工程事故1.2.1與強度有關的工程事故1.加拿大特朗斯康谷倉傾倒（1）事故描述

圖1－2加拿大特朗斯康谷倉傾斜（2）事故原因（3）處理措施2.香港寶城大廈滑坡（1）事故描述圖1-3香港寶城大廈倒塌（2）事故原因1.2.2與變形有關的工程事故1.意大利比薩斜塔傾斜（1）事故描述（2)事故原因（3)處理措施圖1－4意大利比薩斜塔2.蘇州虎丘塔傾斜（1)事故描述（2)處理措施圖1-5蘇州虎丘塔1.3本課程的內容和學習特點1.3.1本課程的內容全書共分為十一章（含緒論），書后還附有土工試驗指導。通過本課程的學習，達到如下要求：（1）熟悉土的物理性質、物理特征及土的工程分類，掌握土工試驗原理和方法。（2）掌握土中應力、變形、強度的基本理論和計算，學會利用這些知識，分析解決地基基礎工程中的實際問題。（3）掌握土壓力的計算理論與擋土墻設計要點。（4）了解巖土工程勘察的基本知識，能正確閱讀和使用巖土工程勘察報告。（5）掌握基礎的構造要求和識圖方法，能正確識讀基礎施工圖。（6）掌握基礎設計要求及設計步驟，能設計天然地基上的淺基礎和簡單的樁基礎。（7）掌握基坑支護結構選用原則，了解基坑支護的特點、設計要求及構造要求。（8）了解地基處理的一般方法。1.3.2本課程的學習特點本課程的理論性和實踐性較強，其內容與高等數學、建筑力學、建筑結構、施工技術等學科有密切關系。在學習本課程過程中，不僅要掌握土力學與地基基礎相關知識和技能，還要注重理論聯系實踐，增強分析問題和解決工程實際問題的能力。基本內容：

土的物理性質指標、物理狀態(tài)指標及其測定方法。

學習基本要求

掌握土的三相組成的基本概念； 掌握土的物理性質指標、物理狀態(tài)指標及其測定方法；了解土的壓實性和滲透性； 掌握地基土的工程分類。第二章土的物理與工程性質

土是巖石經過風化、搬運、沉積所形成的產物。一般來說，土是由固體顆粒（固相）、水（液相）和氣體（氣相）所組成的三相體系。不同土的顆粒大小和礦物成分差異很大，三相間的數量比例也各不相同。土的結構和構造也有多種類型。本章主要介紹土的形成與組成、土的物理性質指標、土的物理狀態(tài)指標、土的壓實與滲透性及土的工程分類等內容，這些內容是學習土力學所必需的基本知識，是評價土的工程性質，分析與解決土的工程技術問題的基礎。2.1土的形成與組成2.1.1土的形成根據搬運和沉積的情況不同，可分為以下幾種類型。1.殘積物（1）概念巖石經風化作用而殘留在原地的碎屑堆積物，稱為殘積物，如圖2-1所示。

圖2-1殘積物（2）分布主要分布在巖石出露地表，經受強烈風化作用的山區(qū)、丘陵地帶與剝蝕平原。（3）主要工程地質特征會沿下臥基巖傾斜面滑動；土顆粒粗細混雜，土質不均勻，厚度變化大，土質疏松，壓縮性高，作為建筑物地基，應注意不均勻沉降和穩(wěn)定性等問題。2.坡積物（1）概念高處的風化物在雨水、雪水或本身的重力作用下被搬運后，沉積在較平緩的山坡上的堆積物，稱為坡積物，如圖2-2所示。（2）分布坡積物分布在坡腰至坡腳。（3）主要工程地質特征3.洪積物（1）概念在山區(qū)或高地由暫時性山洪急流作用而形成的山前堆積物，稱為洪積物，如圖2-3所示。（2）主要工程地質特征呈現不規(guī)則交替層理構造，如有夾層、尖滅或透鏡體等。

圖2-2坡積物示意圖

圖2-3洪積物示意圖4.沖積物（1）概念：由河流流水的作用在平原河谷或山區(qū)河谷中形成的沉積物，稱為沖積物，分為平原河谷沖積物、山區(qū)河谷沖積物和三角洲沖積物。（2）主要工程地質特征：呈現明顯的層理構造。2.1.2土的組成1.土的固體顆粒

土的固相物質包括無機礦物顆粒和有機質，是構成土的骨架最基本的物質，稱為土的固體顆粒（土粒）。（1）土的礦物成分土中的礦物成分分為兩大類。1）原生礦物：例如漂石、卵石、圓礫等，都是巖石的碎屑，其礦物成分與母巖相同。2）次生礦物：原生礦物經風化作用后形成的產物。（2）土的顆粒級配1）粒組土中不同粒徑的土顆粒按適當的粒徑范圍劃分為若干小組，稱為粒組。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。粒組名稱粒徑范圍(mm)一

般

特

征漂石或塊石顆粒卵石或碎石顆粒＞200200～20透水性很大；無黏性；無毛細水圓礫或角礫顆粒粗中細20～1010～55～2透水性大；無黏性；毛細水上升高度不超過粒徑大小砂

粒粗中細極細2～0.50.5～0.250.25～0.10.1～0.075易透水，當混入云母等雜質時透水性減小，而壓縮性增加；無黏性，遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大粉

粒粗細0.075～0.010.01～0.005透水性?。粷駮r稍有黏性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現凍脹現象黏

粒＜0.005透水性很?。粷駮r有黏性、可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，但速度較慢表2-1土粒的粒組劃分土中各粒組的質量占干土土樣總質量的百分數（土中各粒組的相對含量），稱為顆粒級配。這是決定無黏性土工程性質的主要因素，是確定土的名稱和選用建筑材料的重要依據。2）顆粒分析試驗顆粒分析方法有篩分法、密度計法或移液瓶法。篩分法：適用于粒徑大于0.075mm的土密度計法或移液瓶法：適用于粒徑小于0.075mm的土。篩分法就是將風干、分散的代表性土樣放進一套按孔徑大小排列的標準篩（例如孔徑為20、2、0.5、0.25、0.1、0.075mm，另外還有頂蓋和底盤各一個）頂部，如圖2-4所示，經振搖后，分別稱出留在各篩子及底盤上的土量，即可求得各粒組的相對含量的百分數。

圖2-4篩分法試驗器具

3）顆粒級配曲線根據顆粒大小分析試驗結果，在半對數坐標上，以縱坐標表示小于某粒徑顆粒含量占土總質量的百分數，橫坐標表示顆粒直徑，繪出顆粒級配曲線，如圖2-5所示。圖2-5土的顆粒級配曲線由曲線的陡緩大致可判斷土的均勻程度，如曲線平緩，表示粒徑大小相差懸殊，顆粒不均勻，級配良好；反之，曲線較陡，則顆粒均勻，級配不良。4）級配指標2.土中水土中水是指存在于土孔隙中的水。按照水與土相互作用程度的強弱，可將土中水分為結合水和自由水兩大類。（1）結合水結合水是指在電分子引力下吸附于土粒表面的水。如圖2-6所示。根據結合水離土粒表面的距離，分為強結合水和弱結合水兩大類。圖2-6土中水示意圖1）強結合水強結合水因受到表面引力的控制而不能傳遞靜水壓力，沒有溶解鹽類的能力，性質接近于固體。2)弱結合水弱結合水是指存在于強結合水外側，仍不能傳遞靜水壓力。（2）自由水自由水是存在于土孔隙中土粒表面電場影響范圍以外的水，它的性質與普通水一樣，能傳遞靜水壓力，具有溶解能力，冰點為00C。1）重力水重力水是存在于地下水位以下透水層中的地下水，對土粒具有浮力作用。在地下水位以下的土，受重力水的浮力作用，土中應力狀態(tài)會發(fā)生改變。施工時，重力水對基坑開挖、排水等方面會產生較大影響。2）毛細水毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水，能沿著土的細孔隙從潛水面上升到一定的高度，存在于地下水位以上的透水土層中。當土孔隙中局部存在毛細水時，毛細水的彎液面和土粒接觸處的表面張力反作用于土粒上，使土粒之間由于這種毛細壓力而擠緊，土呈現黏聚現象，這種力稱為毛細黏聚力，如圖2-7所示。圖2-7毛細水壓力示意圖3.土中氣體土中氣體是指充填在土的孔隙中的氣體，分為與大氣連通的自由氣體和與大氣不連通的封閉氣體兩類。（1）連通氣體與大氣連通的氣體對土的工程性質影響不大，在受到外力作用時，這種氣體能很快地從孔隙中被擠出。（2）封閉氣體與大氣不連通的封閉氣體對土的工程性質影響較大，在受到外力作用時，氣泡被壓縮，壓力減小時，氣泡會恢復原狀，增大了土的彈性，使土不易壓實，這類土在工程上稱為“橡皮土”。2.1.3土的結構與構造1.土的結構土的結構是指土粒的大小、形狀、相互排列及其聯結關系的綜合特征。一般分為單粒結構、蜂窩結構和絮狀結構三種基本類型，如圖2-8所示。（a）單粒結構（b）蜂窩結構（c）絮狀結構圖2-8土的結構（1）單粒結構單粒結構是無黏性土的結構特征。（2）蜂窩結構蜂窩結構是以粉粒為主的土的結構特征（3）絮狀結構絮狀結構是黏土顆粒特有的結構特征。。上述三種結構中，密實的單粒結構土的工程性質最好，蜂窩結構其次，絮狀結構最差。后兩種結構的土，如因撓動破壞天然結構，則強度低、壓縮性大，不可作為天然地基。2.土的構造土的構造是指同一土層中土顆粒之間的相互關系特征。通常分為層狀構造、分散構造和裂隙構造。2.2土的物理性質指標2.2.1土的三項組成草圖2.2.2試驗指標2.2.3換算指標除了上述三個試驗指標之外，還有六個可以通過計算求得的指標，稱為換算指標。包括：特定條件下土的密度（重度）：干密度（干重度）、飽和密度（飽和重度）、有效密度（有效重度）；反映土的松密程度的指標：孔隙比、孔隙率；反映土的含水程度的指標：飽和度。1.特定條件下土的密度（重度）指標（1）土的干密度和干重度單位體積土中土顆粒的質量稱為土的干密度。（2）土的飽和密度和飽和重度當土孔隙中充滿水時單位體積土的質量，稱為土的飽和密度單位體積土飽和時受到的重力稱為土的飽和重度。（3）土的有效密度和有效重度地下水位以下，土體受到水的浮力作用時，扣除水的浮力后單位體積土的質量稱為土的有效密度。地下水位以下，土體受到水的浮力作用時，扣除水的浮力后單位體積土受到的重力稱為稱為土的有效重度。2.反映土松密程度的指標（1）土的孔隙比土中孔隙體積與土顆粒體積之比，稱為土的孔隙比，以小數表示。（2）土的孔隙率土中孔隙體積與土總體積之比，稱為土的孔隙率，以百分數表示。3.反映土的含水程度的指標——飽和度土中水的體積與孔隙體積之比，稱為土的飽和度，以百分數表示。2.2.4土的物理性質指標之間的換算關系2.3土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)指標用以研究土的松密程度和軟硬狀態(tài)。對無黏性土是指土的密實度；對黏性土是指土的軟硬程度或稱為黏性土的稠度。2.3.1無黏性土的物理狀態(tài)無黏性土主要指砂土、碎石類土。土的密實度通常是指單位體積中固體顆粒的含量。1.砂土的密實度（1）孔隙比當e＜0.6時，密實狀態(tài)，良好的天然地基e＞0.6為松散狀態(tài)，不宜做天然地基。雖較簡單，但無法考慮顆粒級配對砂土密實度的影響。另外對砂土取原狀土樣來測定孔隙比也較困難。（2）相對密實度雖然相對密實度在理論上較完善，但天然孔隙比、最大和最小孔隙比難以準確測定，故相對密實度的精度也就無法保證。（3）現場標準貫入錘擊數N《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）采用未經修正的標準貫入試驗錘擊數N來劃分砂土的密實度，如表2-4所示。N是用質量63.5kg的重錘自由下落76cm，使貫入器豎直擊入土中30cm所需的錘擊數，它綜合反映了土的貫入阻力的大小，亦即密實度的大小。2.碎石土的密實度對于平均粒徑小于等于50mm且最大粒徑不超過100mm的卵石、碎石、圓礫、角礫，《建筑地基基礎設計規(guī)范》采用重型圓錐動力觸探錘擊數來劃分其密實度，如表2-5所示。對于平均粒徑大于50mm或最大粒徑大于100mm的碎石土，《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）則按野外鑒別方法來劃分其密實度，如表2-6所示。2.3.2黏性土的物理狀態(tài)隨著含水量的不斷增加，黏性土的狀態(tài)變化為固態(tài)—半固態(tài)—可塑狀態(tài)—流動狀態(tài)，如圖2-11所示，相應土的承載力逐漸下降。1.塑限與液限黏性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)的分界含水量稱為界限含水量。流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)間的界限含水量稱為液限

可塑狀態(tài)與半固態(tài)間的界限含水量稱為塑限

圖2-11黏性土的物理狀態(tài)與含水量的關系半固態(tài)與固體狀態(tài)間的界限含水量稱為縮限界限含水量均以百分數表示，其值通過試驗確定。2.塑限與液限的測定（1）塑限的測定塑限多用“搓條法”測定。（2）液限的測定采用錐式液限儀來測定黏性土的液限，它是將調成濃糊狀的試樣裝滿盛土杯，刮平杯口面，使重76g圓錐體在自重作用下沉入土中，若圓錐體經5秒鐘恰好沉入17mm深度，這時杯內土樣的含水量就是液限值。如果沉入土中的深度超過或低于17mm，則表示試樣的含水量高于或低于液限，均應重新試驗至滿足要求。（3）液塑限聯合測定法液塑限聯合測定法是根據圓錐儀的圓錐入土深度與其相應的含水量在雙對數坐標上具有線性關系的特性來進行的。利用圓錐質量為76g的液塑限聯合測定儀（圖2-12），測得3個土試樣在不同含水量時的圓錐入土深度，并繪制其關系直線圖，如圖2-13所示。在圖上查得圓錐下沉深度為17mm所對應的含水量即為液限，查得圓錐下沉深度為2mm所對應的含水量為塑限，取值以百分數表示。圖2-12光電式液塑限測定儀圖2-13圓錐入土深度與含水量的關系（1）塑性指數液限與塑限的差值(計算時略去百分號)，稱為塑性指數，用符號塑性指數表示土的可塑性范圍，塑性指數越大，則土處在可塑狀態(tài)的含水量范圍越大，土的可塑性愈好。一般土中黏粒含量越多，吸附水的能力越強，塑性指數越大?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》（GB50007-2011）用作為黏性土與粉土的定名標準。（2）液性指數土的天然含水量與塑限的差值除以塑性指數稱為液性指數，用符號來表示。液性指數是判別黏性土軟硬程度的指標。《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）根據液性指數將黏性土劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑及流塑五種狀態(tài)，如表2-7所示。表2-7黏性土的狀態(tài)4.靈敏度天然狀態(tài)的黏性土通常具有一定的結構性，當受到外來因素的擾動時，黏性土的強度降低，壓縮性增大。土的結構性對強度的這種影響稱為靈敏度。土的靈敏度越高，結構性越強，擾動后土的強度降低越多。5.觸變性黏性土的結構受到擾動后，強度降低，但靜置一段時間，土的強度會逐漸增長，這種性質稱為土的觸變性。2.4土的壓實性與滲透性2.4.1土的壓實性土體能夠通過碾壓、夯實和振動等方法調整土粒排列，進而增加密實度的性質稱為土的壓實性。1.擊實試驗土的壓實性可通過在實驗室或現場進行擊實試驗來進行研究。室內擊實試驗方法如下：將同一種土配制成5份以上不同含水量的試樣，用同樣的壓實功能分別對每一份試樣分三層進行擊實，然后測定各試樣擊實后的含水量w和濕密度ρ，計算出干密度，從而繪出一條w-關系曲線，即擊實曲線，如圖2-14所示。圖2-14壓實曲線由圖2-14可知，在一定擊實功能下，只有當含水量達到某一特定值時，土才被擊實至最大干密度。含水量大于或小于此特定值，其對應的干密度都小于最大干密度。這一特定含水量稱為最優(yōu)含水量2.影響壓實效果的因素（1）土的含水量含水量較小時，土不易被壓實；當含水量適當增大時，壓實效果變好；但當含水量繼續(xù)增大，以致出現自由水，則壓實效果反而下降。（2）壓實功如圖2-15所示，對于同類土，由曲線3到曲線1，隨著壓實功能的增大，最大干密度相應增大，而最優(yōu)含水量減小。圖2-15壓實功對壓實曲線的影響（3）土的性質土的顆粒粗細、級配、礦物成分和添加的材料等因素對壓實效果有影響。顆粒越粗的土，其最大干密度越大，而最優(yōu)含水量越小，土越容易被壓實。對于黏性土，壓實效果與其中的黏土礦物成分含量有關；添加木質素和鐵基材料可改善土的壓實效果。3.壓實系數在工程中，填土的質量標準常用壓實系數來控制。壓實系數為壓實填土的控制干密度與最大干密度的比值。壓實系數越接近1，表明對壓實質量的要求越高。2.4.2土的滲透性土體本身具有連續(xù)的孔隙，如果存在水位差的作用，水就會透過土體孔隙而發(fā)生孔隙內的流動。這種被水透過的性能稱為土的滲透性。1.滲透引發(fā)的工程問題（1）流土滲透力向上，且超過土重度時，土體的表面隆起、浮動的現象稱為流土，如圖2-16所示。流土主要發(fā)生在滲流出口無任何保護的部位。流土可使土體完全喪失強度，危及建筑物的安全。圖2-16流土（2）管涌管涌是指在滲流作用下，土中的細顆粒通過粗顆粒的孔隙被帶出土體以外的現象，如圖2-17所示。圖2-17管涌2.基坑開挖防滲措施可采取如下防滲措施：1）井點降水法；2）設置板樁，可增加滲透路徑，減少水力坡降；3）采用水下挖掘或枯水期開挖，也可進行土層加固處理。圖2-18地下水的滲透2.5地基土（巖）的工程分類《建筑地基基礎設計規(guī)范》把作為建筑地基的巖土分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土六類。2.5.1巖石1.定義巖石是指顆粒間牢固聯結，形成整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。2.分類（1）按風化程度劃分巖石按風化程度劃分為未風化、微風化、中等風化、強風化和全風化。（2）按堅硬程度劃分巖石按堅硬程度劃分堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖，如表2-9所示。表2-9巖石堅硬程度的劃分（3）按完整程度劃分巖石按完整程度劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎，如表2-11所示。表2-11巖體完整程度劃分2.5.2碎石土1.定義碎石土是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％的土。2.分類表2-12碎石土的分類注：分類時應根據粒組含量從上到下以最先符合者確定。2.5.3砂土1.定義砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50％、粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％的土。2.分類表2-13砂土的分類2.5.4粉土粉土是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50％，且塑性指數的土。2.5.5黏性土1.定義黏性土是指塑性指數的土。2.分類根據塑性指數大小，黏性土分為黏土和粉質黏土，當時為粉質黏土，當時為黏土。2.5.6人工填土1.定義人工填土是指由于人類活動而堆積的土。其成分復雜，均質性差。2.分類表2－15人工填土的分類2.5.7特殊土1.定義特殊土是指在特定的地理環(huán)境、氣候等條件下形成的具有特殊性質的土。它的分布一般具有明顯的區(qū)域性。2.類型（1）淤泥和淤泥質土1）淤泥：淤泥為在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經生物化學作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的黏性土。2）淤泥質土當天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的黏性土或粉土為淤泥質土。（2）紅黏土和次生紅黏土1）紅黏土紅黏土為碳酸鹽巖系的巖石經紅土化作用形成的高塑性黏土，其液限一般大于50%。2）次生紅黏土紅黏土經再搬運后仍保留其基本特征，其液限大于45%的土為次生紅黏土。（3）濕陷性土1）定義：濕陷性土為浸水后產生附加沉降，其濕陷系數大于或等土0.015的土。2）類型：可劃分為自重濕陷性土和非自重濕陷性土。（4）膨脹土膨脹土是指土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，其自由膨脹率大于或等于40％的黏性土。（5）泥炭和泥炭質土1）泥炭：為土中的有機質及植物殘體含量超過60%的土。2）泥炭質土：為土中有機質及植物殘體含量在10%～60%的土。（6）凍土1）定義：凍土為溫度等于或低于零攝氏度，且含有固態(tài)水的土。2）類型瞬時凍土，即凍結時間小于一個月，一般為數天或幾個小時（夜間凍結），凍結深度從幾毫米到幾十毫米。季節(jié)凍土，即凍結時間等于或大于一個月，凍結深度從幾十毫米至１～２m，是每年冬季發(fā)生的周期性凍土。多年凍土，即凍結時間連續(xù)３年或３年以上。我國多年凍土面積約215萬平方公里，約占國土面積的20％。（7）鹽漬土鹽漬土為土體中易溶鹽含量超過0.3％的土?；緝热荩赫莆胀林袃煞N應力（自重應力以及矩形面積均布荷載作用下附加應力）計算方法。學習基本要求

◆掌握土中自重應力計算；

◆掌握基底壓力和基底附加壓力分布與計算；

掌握矩形面積均布荷載條件下的土中豎向附加應力計算方法；地基土中的應力計算第三章3.1土層自重應力3.2基底壓力3.3土中附加應力

假設地表面是無限延伸的水平面，在深度z水平面上各點的自重應力相等且均勻地無限分布，任何豎直面和水平面上均無剪力存在，故地基中任意深度z處的豎向自重應力就等于單位面積上的土柱重量。§

3.1土層自重應力

一、豎向自重應力豎向自重應力：

cz=

z

自重應力數值大小與土層厚度成正比當地基有多個不同重度的土層組成時，則任意深度處的豎向自重應力可按應力疊加的方法求得：天然地面11zzσcz

σcz=

z

土體中任意深度處的豎向自重應力等于單位面積上土柱的有效重量天然地面z1z2z3

3

2

1

水位面

1z1

1z1+2z2

1z1+2z2+3z3

說明：1.地下水位以上土層采用天然重度，地下水位以下土層考慮浮力作用采用浮重度2.非均質土中自重應力沿深度呈折線分布

土當地基由多個不同重度的土層（成層土）時：靜止側壓力系數是小于1的系數，一般在0.5左右天然地面z二、水平向自重應力土在自重作用下不僅產生豎向自重應力，同時也產生水平自重應力。其水平自重應力的數值大小是隨著豎向自重應力變化而變化。

自然界中的天然土層，一般形成至今已有很長的地質年代，它在自重作用下的變形早巳穩(wěn)定。但對于近期沉積或堆積的土層，應考慮它在自應力作用下的變形。地下水位下降浮力消失自重應力增加該自重應力相當于大面積附加均布荷載能引起下部土體產生新的變形，屬于附加應力。地下水位升降對自重應力的影響（a)地下水位下降；（b)地下水位上升三、地下水位變化對自重應力的影響例3-1：某地基土層剖面如圖所示，試計算各土層自重應力分布圖?！窘狻?/p>

kN/m2

7.85

16.7541.0587.95187.95266.35淤泥層底

§3.2基底壓力基底壓力：建筑荷載在基礎底面上產生的壓應力，即基礎底面與地基接觸面上的壓應力。基底附加應力基底壓力分布規(guī)律基底壓力簡化計算

地基反力：地基支撐基礎的反力。

大小相等、方向相反的作用力與反作用力分析地基中應力、變形及穩(wěn)定性的外荷載計算基礎結構內力的外荷載重要的工程意義建筑物荷重基礎地基在地基與基礎的接觸面上產生的壓力（地基作用于基礎底面的反力）一、基底壓力的分布規(guī)律地基土性質

（2）接觸壓力的大小影響因素地基和基礎的剛度荷載大小基礎埋深1、（1）基底接觸壓力的產生（1）柔性基礎，基礎剛度較小，對地基變形沒有抵抗能力。地基與基礎二者變形協調一致，因此基底壓力分布均勻，按平均壓力考慮。(柔性基礎基底壓力分布)例如：油罐土壩荷載

反力變形地面2、基底壓力分布形式荷載

反力變形地面(剛性基礎基底壓力分布)例如：箱形基礎混凝土壩（2）剛性基礎剛度較大，具有抵抗變形的能力，所以變形不均勻，出現馬鞍形、拋物線形、鐘形等。式中Fk—

作用任基礎上的豎向力設計值(kN)；

Gk

—

基礎自重設計值及其上回填土重標準值的總重(kN)；

Gk=

GAd,

G其中為基礎及回填土之平均重度，一般取20kN/m3，但在地下水位以下部分應扣去浮力，即取10kN/m3；

d—基礎埋深，必須從設計地面或室內外平均設計地面算起(m)；

A—

基底面積(m2)，對矩形基礎A＝lb，l和b分別為其的長和寬。對于荷載沿長度方向均勻分布的條形基礎，取單位長度進行基底平均壓力設計值p(kPa)計算，A改為b(m)，而F及G則為基礎截面內的相應值(kN/m)。1.軸心荷載下的基底壓力二基底壓力的簡化計算2．偏心荷載下的基底壓力

e>L/6,應力重新分布e＝L/6,應力重新分布：基底壓力三角形分布e＜L/6,應力重新分布:基底壓力呈梯形分布※一般情況下，建筑物建造前天然土層在自重作用下的變形早已結束。因此，只有基底附加壓力才能引起地基的附加應力和變形。=-軸心荷載時：偏心荷載時：三基底附加壓力※基底附加壓力是考慮基礎有一定埋置深度，對天然地基而言開挖基槽相當于卸去一部分自重應力，即：σcz=γ×d例3-2:某基礎底面尺寸l=3m，b=2m，基礎頂面作用軸心力Fk=450kN，彎矩M=150kN.m,基礎埋深d=1.2m，試計算基底壓力并繪出分布圖。例3-3：某軸心受壓基礎底面尺寸l=b=2m，基礎頂面作用Fk=450kN，基礎埋深d=1.5m，已知地質剖面第一層為雜填土，厚0.5m,γ1=16.8kN/m3；以下為黏土，γ2=18.5kN/m3，試計算基底壓力和基底附加應力?；A自重及基礎上回填土重【解】

1、定義

地基附加應力是由新增加建筑物荷載在地基中產生的應力。是引起地基變形和破壞的主要原因?！?.3土中附加應力2、基本假定

地基土是各向同性的、均質的線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限延伸的。采用的計算方法是根據彈性理論推導的?；靖拍罡郊討Ψ植继攸c：1、在任意深度同一水平面上附加應力不等，中心線上附加應力最大，向兩側逐漸減小，但擴散的范圍越來越廣。

2、附加應力隨地基土深度增加其數值逐漸減小。

xyPyzxrRM(x,y,z,)qdsxdsydszdtxydtxzdtyxdtzxdtyzdtzyzWO一、豎向集中力作用下地基附加應力計算布辛奈斯克用彈性理論解答建筑荷載主要以豎向荷載為主，故只考慮豎向應力。a-集中力作用下的豎向附加應力系數查表3-1。集中荷載產生的豎向附加應力存在著如下規(guī)律：1.在集中力P的作用線上,沿P作用線上的分布隨深度增加而遞減。2.在r>0的豎直線上，從零逐漸增大，至一定深度后又隨著z的增加而逐漸變小。3.在z為常數的水平面上，隨著深度z的增加，集中力作用線上的減小，但隨r的增加而逐漸減小。若在空間將的點連成曲面，就可以得到的等值線，其空間曲面的性狀如同泡狀，所以也稱為應力泡。

的分布的等壓力線土中應力的概念：即集中力P在地基中引起的附加應力，在地基中向下、向四周無限擴散，并在擴散的過程中應力逐漸降低。疊加原理

由兩個集中力共同作用時，地基附加壓力擴散產生疊加現象，如下圖。P1zP2ab兩個集中力作用下σz的疊加由此可見，相鄰荷載距離過近相互之間壓力擴散疊加使附加壓力增加并重新分布，從而引起相鄰建筑產生附加沉降。對于矩形基礎，基底壓力可視為矩形荷載面。在矩形面積(l×b)上作用均布荷載p，計算矩形面積中心點下任意深度z處M點的豎向附加應力σz值，可從下式解得：

二、

豎向矩形均布荷載下地基附加力1、矩形均布荷載角點下土中附加應力——均布矩形荷載角點下的豎向附加應力系數，簡稱角點應力系數，可查表3-2得到。ac2角點法的應用(1)M點在矩形荷載面以內(2)M點在矩形荷載面邊緣(3)M點在矩形荷載面以外(4)M點在矩形荷載面角點外側注：M點為地基中任意一點在基底平面上的投影點。角點法具體做法：通過M點做一些相應的輔助線，使M點成為幾個小矩形的公共角點，M點以下任意深度z處的附加應力，就等于這幾塊小矩形荷載在該深度處所引起的應力之和。(1)m點在矩形荷載面以內σz＝(acⅠ＋acⅡ＋acⅢ＋acⅣ)p0(2)m點在矩形荷載面邊緣σz＝（acⅠ＋acⅡ）p0(3)m點在矩形荷載面以外

σz＝(acmecg+acmgbf-acmedh－acmhaf)p0(4)m點在矩形荷載面角點外側

σz＝(acmech－acmedg－acmfbh＋acmfag)p0

σz=4acp0

將矩形荷載面分成四塊，使中心點O成為四塊小矩形荷載面的公共角點。然后先求出其中一塊矩形荷載，在基礎中心點下任意深度處的附加應力，再乘以四倍。其表達式為：2、矩形均布荷載中心點下土中附加應力例3-4：如圖所示，荷載面積2m×1m，p=100kPa，求A，E，O，F，G各點下z=1m深度處的附加應力，并利用計算結果說明附加應力的擴展規(guī)律。（1）A點下的應力A點是矩形ABCD的角點，由表2-2查得acA=0.1999，故A點下的豎向附加應力為：（2）E點下的應力E點將矩形荷載面積分為兩個相等小矩形EADI和EBCI。任一小矩形m=1,n=1,由表3-2查得acE=0.1752，故E點下的豎向附加應力為：【解】

（3）O點下的應力O點將矩形荷載面積分為四個相等小矩形。任一小矩形m=1/0.5=2,n=1/0.5=2,由表3-2查得acO=0.0.1202，故O點下的豎向附加應力為：（4）F點下的應力過F點做矩形FGAJ、FJDH、FKCH和FGBK。設矩形FGAJ和FJDH的角點應力系數為acⅠ；矩形FGBK和FKCH的角點應力系數為KcⅡ故G點下的豎向附加應力為：（5）G點下的應力過G點做矩形GADH和GBCH。分別求出它們的角點應力系數為acⅠ

acⅡ故G點下的豎向附加應力為：將計算結果繪成圖；將點O和點F下不同深度的σz求出并繪制成圖，可以形象的表現出附加應力的分布規(guī)律?；緝热荩豪斫獾鼗冃蔚脑蚝陀嬎隳康模涀〉鼗罱K沉降量的概念。掌握單向分層總和法和《規(guī)范法》計算地基最終沉降量的方法。學習基本要求地基變形原因：主要由建筑物荷重產生的附加應力而引起；地基變形計算的目的：在于確定建筑物可能出現的最大沉降量和沉降差，為建筑物設計或地基處理提供依據；地基最終沉降量：指在外荷載作用下地基土層被壓縮達到穩(wěn)定時基礎底面的沉降量，常簡稱地基變形量（或沉降量）?！?.1土的壓縮性§4.2地基最終變形量計算§4.3地基變形與時間的關系

地基變形第4章4.1土的壓縮性4.2地基最終沉降量的計算4.3土建筑物沉降觀測與地基變形允許值4.1土的壓縮性土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性壓縮量的組成固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認為只是由于孔隙體積減小的結果無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間土的固結：土體在壓力作用下，壓縮量隨時間增長的過程4.1.1側限壓縮指標剛性護環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制，只產生豎向壓縮，不產生側向變形壓縮曲線是室內壓縮實驗的成果，它是土的孔隙比e與所受壓力P的關系曲線。土在壓力增量不變情況下進行壓縮時，壓縮變形的增量是遞減的。壓縮性曲線的形狀與土樣的成分、結構、狀態(tài)及受力歷史等有關。壓縮性不同的土，其e-p曲線的形狀不同。曲線愈陡，說明壓力增加時孔隙比減小得多，土易變形，壓縮性愈高。壓縮定律：在壓力范圍不大時，孔隙比的減小值與壓力的增加值成正比。4.1.2壓縮性指標1.壓縮系數e-p曲線上，當壓力變化范圍不大時，可將壓縮曲線上相應一小段M1M2近似地用直線來代替。則M1M2段的斜率可表示土的壓縮性：壓縮系數是表征土壓縮性大小的主要指標，其值越大，表明在某壓力變化范圍內孔隙比減少得越多，壓縮性就越高。

從右圖可以看出：同一種土的壓縮系數并不是常數，而是隨所取壓力變化范圍的不同而改變。因此，評價不同類型和狀態(tài)土的壓縮性大小時，必須以同一壓力變化范圍來比較，這樣才具有可比性。2.壓縮指數粘性土的Cc值一般在0.1—1.0之間

通過室內壓縮試驗求得不同壓力下的孔隙比e值，將壓縮曲線的橫坐標用對數坐標表示，縱坐標軸不變。在一定壓力p之后，e-lgp曲線是直線。3.壓縮模量（側限）

壓縮模量Es指土在側限壓縮條件下豎向附加壓應力與應變增量之比，單位為MPa。4.2地基最終變形量計算4.2.1分層總和法地基最終變形量：地基變形穩(wěn)定后基礎底面的沉降量1.基本假設地基是均質、各向同性的半無限線性變形體，可按彈性理論計算土中應力在壓力作用下，地基土不產生側向變形，可采用側限條件下的壓縮性指標

為了彌補假定所引起誤差，取基底中心點下的附加應力進行計算，以基底中點的沉降代表基礎的平均沉降2.單一壓縮土層的沉降計算在一定均勻厚度土層上施加連續(xù)均布荷載，豎向應力增加，孔隙比相應減小，土層產生壓縮變形，沒有側向變形?！鱬∞∞可壓縮土層H1H0s土層豎向應力由p1增加到p2，引起孔隙比從e1減小到e2，豎向應力增量為△p由于所以3.單向壓縮分層總和法分別計算基礎中心點下地基中各個分層土的壓縮變形量△si,基礎的平均沉降量s等于△si的總和ei第i層土的壓縮應變4.單向壓縮分層總和法計算步驟e1i———由第i層的自重應力均值從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比e2i———由第i層的自重應力均值與附加應力均值之和從土的壓縮曲線上得到的相應孔隙比ei土的壓縮應變1.繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲線2.確定地基沉降計算深度3.確定沉降計算深度范圍內的分層界面4.計算各分層沉降量5.計算基礎最終沉降量繪制基礎中心點下地基中自重應力和附加應力分布曲線確定基礎沉降計算深度

一般取附加應力與自重應力的比值為20％處，即σz=0.2σc處的深度作為沉降計算深度的下限確定地基分層1.不同土層的分界面與地下水位面為天然層面2.每層厚度hi≤0.4b計算各分層沉降量根據自重應力、附加應力曲線、e-p壓縮曲線計算任一分層沉降量

對于軟土，應該取σz=0.1σc處，若沉降深度范圍內存在基巖時，計算至基巖表面為止計算基礎最終沉降量d地基沉降計算深度σc線σz線4.2.2《規(guī)范》法由《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007－2002）提出分層總和法的另一種形式沿用分層總和法的假設，并引入平均附加應力系數和地基沉降計算經驗系數

均質地基土，在側限條件下，壓縮模量Es不隨深度而變，從基底至深度z的壓縮量為附加應力面積深度z范圍內的附加應力面積附加應力通式σz=K

p0代入引入平均附加應力系數因此附加應力面積表示為因此利用附加應力面積A的等代值計算地基任意深度范圍內的沉降量，因此第i層沉降量為根據分層總和法基本原理可得成層地基最終沉降量的基本公式zi-1地基沉降計算深度znzi△zzi-1534612b12345612p0p0第n層第i層ziAiAi-1地基沉降計算深度zn應該滿足的條件zi、zi-1——基礎底面至第i層土、第i-1層土底面的距離(m)ai、ai-1——基礎底面至第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數當確定沉降計算深度下有軟弱土層時，尚應向下繼續(xù)計算，直至軟弱土層中所取規(guī)定厚度的計算沉降量也滿足上式，若計算深度范圍內存在基巖，zn可取至基巖表面為止當無相鄰荷載影響，基礎寬度在1～30m范圍內，基礎中點的地基沉降計算深度可以按簡化公式計算為了提高計算精度，地基沉降量乘以一個沉降計算經驗系數ys，可以查有關系數表得到地基最終沉降量修正公式4.3建筑物沉降觀測與地基變形允許值4.3.1建筑物沉降觀測建筑物沉降觀測應測定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度并計算基礎傾斜、局部傾斜、相對彎曲及構件傾斜。沉降觀測點的布置，應以能全面反映建筑物地基變形特征并結合地質情況及建筑結構特點確定。點位宜選設在下列位置：

1.建筑物的四角、大轉角處及沿外墻每10～15m處或每隔2～3根柱基上。

2.高低層建筑物、新舊建筑物、縱橫墻等交接處的兩側。

3.

建筑物裂縫和沉降縫兩側、基礎埋深相差懸殊處、人工地基與天然地基接壤處、不同結構的分界處及填挖方分界處。

4.

寬度大于等于15m或小于15m而地質復雜以及膨脹土地區(qū)的建筑物，在承重內隔墻中部設內墻點，在室內地面中心及四周設地面點。

5.

鄰近堆置重物處、受振動有顯著影響的部位及基礎下的暗浜（溝）處。

6.

框架結構建筑物的每個或部分柱基上或沿縱橫軸線設點。

7.

片筏基礎、箱形基礎底板或接近基礎的結構部分之四角處及其中部位置。

8.重型設備基礎和動力設備基礎的四角、基礎型式或埋深改變處以及地質條件變化處兩側。

9.電視塔、煙囪、水塔、油罐、煉油塔、高爐等高聳建筑物，沿周邊在與基礎軸線相交的對稱位置上布點，點數不少于4個。4.3.2地基變形允許值房屋的變形特征分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜4種。它們的作用分別是：1、沉降量主要用于計算獨立柱基礎和地基變形較均勻的排架結構柱基的沉降量，也可預估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形量；2、沉降差主要用于計算框架結構相鄰柱基的地基變形差異；4.3.2地基變形允許值3、傾斜主要用于多層或高層建筑和高聳結構物的傾斜值控制；4、局部傾斜主要用于計算砌體承重墻因縱向不均勻沉降引起的傾斜。

由變形特征的作用，就可以根據不同的結構形式，確定如何控制它們，由控制值的大小確定建筑是否安全和對相鄰建筑物的影響。謝謝大家！基本內容：土的抗剪強度指標的測定方法及地基承載力的確定方法。學習基本要求

掌握土的抗剪強度理論和土的極限平衡條件； 掌握土的抗剪強度指標的測定方法； 理解地基破壞破壞形式和地基承載力確定的方法。

土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。建筑物地基在外荷載作用下，將產生剪應力，當土體中某點的剪應力超過土的抗剪強度時，土體將發(fā)生剪切破壞。隨著荷載的增大，剪切破壞的范圍不斷擴大，最后在地基中形成連續(xù)的滑動面，地基發(fā)生整體剪切破壞而喪失穩(wěn)定性。因此，土的強度問題實質上就是土的抗剪強度問題。

第五章土的抗剪強度與地基承載力5.1土的強度理論5.1.1庫侖定律1773年，法國科學家?guī)靵?Coulomb)根據砂土剪切試驗，提出砂土抗剪強度計算公式為后來，庫侖又通過試驗提出適合黏性土的抗剪強度計算公式

（5-1a）（5-1b）式（5-1a）與式（5-1b）一起統(tǒng)稱為庫侖定律，可分別用圖5-1（a）和圖5-1（b）表示。（a）砂性土（b）黏性土圖5-1庫侖定律從圖5-1可以看出，土的抗剪強度不是一定值，它與剪切滑動面上的法向應力有關。土的抗剪強度與滑動面上的法向應力成正比，其中，，稱為土的抗剪強度指標。5.1.2土的極限平衡條件當土體中任一點在某一平面上的剪應力等于土的抗剪強度時，該點即處于極限平衡狀態(tài)。此時，土中大小主應力與土的抗剪強度指標之間的關系稱為土的極限平衡條件。1.土中任一點的應力狀態(tài)（a）微元體上的應力（b）隔離體abc上的應力（c）莫爾應力圓圖5-2土體中任一點應力聯立求解以上方程可得mn平面上的應力為

（5-2a）（5-2b）2.土的極限平衡條件把代表土中某點應力狀態(tài)的莫爾應力圓和抗剪強度包線按同一比例畫在同一坐標圖上，應力圓與抗剪強度包線之間的位置關系有三種情況，如圖5-3所示。圖5-3莫爾應力圓與抗剪強度的關系1)整個莫爾應力圓位于抗剪強度包線的下方（圓Ⅰ），表明通過該點的任意平面上的剪應力都小于土的抗剪強度，此時該點處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，不會發(fā)生剪切破壞；2)莫爾應力圓與抗剪強度包線相切（圓Ⅱ），表明在相切點所代表的平面上，剪應力正好等于土的抗剪強度，此時該點處于極限平衡狀態(tài)，相應的應力圓稱為極限應力圓。3)莫爾應力圓與抗剪強度包線相割（圓Ⅲ），表明該點某些平面上的剪應力已超過了土的抗剪強度，此時該點已發(fā)生剪切破壞。由于此時地基應力將發(fā)生重分布，事實上該應力圓所代表的應力狀態(tài)并不存在。如圖5-4所示，黏性土中某點達到極限平衡狀態(tài)，即莫爾應力圓與抗剪強度線相切于A點，在直角三角形ARD中，有（a）微單元體（b）極限平衡狀態(tài)時的莫爾圓圖5-2土體中一點達到極限平衡狀態(tài)時的莫爾圓利用三角函數整理得（5-3）（5-4）對無黏性土，由于（5-5）（5-6）由三角形ARD的內角與外角關系可得即破壞面與大主應力作用面的夾角（5-7）土的極限平衡條件表明，土體剪切破壞時的破裂面不是發(fā)生在最大剪應力的作用面上，而是發(fā)生在與大主應力的作用面成的平面上。3.土的極限平衡條件的應用根據實際最小主應力及土的極限平衡條件式（5-5）可求出土體處于極限平衡狀態(tài)時所能承受的最大主應力，或根據實際最大主應力及土的極限平衡條件式（5-6）就求出土體處于極限平衡狀態(tài)時所能承受的最小主應力，再比較計算值與實際值，即可判斷該點所處的狀態(tài)。1）當或時，土體中該點處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。2）當或時，土體中該點處于極限平衡狀態(tài)。3）當或時，土體中該點處于破壞狀態(tài)。5.2土的抗剪強度指標的測定5.2.1直接剪切試驗1.試驗設備直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的最簡單的方法。直剪試驗所使用的儀器稱為直剪儀，按加荷方式的不同，直剪儀可分為應變控制式和應力控制式兩種。圖5-3應變控制式直剪儀1、輪軸；2、底座；3、透水石；4、量表；5、活塞；6、土盒；7、土樣；8、量表；9、量力環(huán)；10、下盒2.試驗原理對某一種土體而言，一定條件下抗剪強度指標c、φ值為常數，所以，與為線性關系，試驗中，通常對同一種土取4個試件，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力進行剪切，使試件沿人為制造的水平面剪壞，得到4組數據（，），其中，為剪切破壞面上所受最大切應力，為相應正應力，這4組數據對應以為縱坐標，為橫坐標的坐標系中的4個點，根據4點繪一直線，直線的傾角為土的內摩擦角φ，縱軸截距為土的黏聚力c，如圖5-4所示。3.試驗方法按剪切前的固結程度、剪切時排水條件及加荷速率，把剪切試驗分為快剪，固結快剪和慢剪三種試驗方法。（1）快剪在對試樣施加豎向壓力后，立即以0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪應力使試樣剪切破壞。一般從加荷到土樣剪壞只需3～5min。（2）固結快剪在對試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結，待沉降穩(wěn)定后，再以0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪應力使試樣剪切破壞。（3）慢剪在對試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結，待沉降穩(wěn)定后，以小于0.02mm/min的剪切速率施加水平剪應力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過程中一直充分排水和產生體積變形。4.優(yōu)缺點（1）優(yōu)點設備簡單、操作方便、固結快，試驗歷時短。（2）缺點l）剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；2）剪切面上剪應力分布不均勻，土樣剪切破壞先從邊緣開始，在邊緣產生應力集中現象；3）在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面面積計算；4）試驗時不能嚴格控制排水條件，并且不能量測孔隙水壓力。5.2.2三軸壓縮試驗1.試驗設備三軸壓縮試驗所使用的儀器是三軸壓縮儀（也稱三軸剪切儀），其構造示意圖如圖5-5所示，主要由壓力室、軸向加壓系統(tǒng)、周圍壓力系統(tǒng)以及孔隙水壓力量測系統(tǒng)等組成。圖5-5三軸壓縮儀2.試驗原理圖5-6三軸試驗原理3.試驗方法（1）不固結不排水剪試驗(試驗)試樣在施加周圍壓力和隨后施加軸向壓應力直至剪壞的整個試驗過程中都不允許排水，相當于飽和軟黏土中快速加荷時的應力狀況。（2）固結不排水剪試驗(試驗)在施加周圍壓力時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結穩(wěn)定后關閉排水閥門，然后再施加軸向壓應力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。在剪切過程中，試樣沒有任何體積變形。若要在受剪過程中量測孔隙水壓力，則要打開試樣與孔隙水壓力量測系統(tǒng)間的管路閥門。（3）固結排水剪試驗(試驗)在施加周圍壓力及隨后施加軸向壓應力直至剪壞的整個試驗過程中都將排水閥門打開，并給予充分的時間，讓試樣中的孔隙水壓力能夠完全消散。4.優(yōu)缺點（1）優(yōu)點1）能夠控制排水條件以及可以量測土樣中孔隙水壓力的變化；2）與直接剪切試驗相比，試樣中的應力狀態(tài)相對比較明確和均勻，不硬性指定破裂面位置；3）除抗剪強度指標外，還可測定土的靈敏度、側壓力系數、孔隙水壓力等力學指標。（2）缺點1）儀器設備復雜，試樣制作較復雜，操作技術要求高；2）試驗在軸對稱條件下進行，與土體實際受力情況可能不符。5.2.3無側限抗壓強度試驗試驗設備無側限抗壓試驗實際上是三軸試驗的一種特殊情況，即周圍壓力的三軸試驗，適用于飽和黏性土，其主要設備應變式無側限壓縮儀由測力計、加壓框架、升降設備組成，如圖5-7所示。圖5-7無側限壓縮儀2.試驗原理試驗時，在不加任何側向壓力的情況下，對圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。試樣破壞時的軸向壓力以表示，稱為無側限抗壓強度。由于不能施加周圍壓力，因而根據試驗結果，只能作一個極限應力圓，難以得到破壞包線，如圖5-8所示。飽和黏性土的三軸不固結不排水試驗結果表明，其破壞包線為一水平線。圖5-8無側限抗壓強度試驗5.2.3十字板剪切試驗1.試驗設備十字板剪切試驗采用的試驗設備主要是十字板剪力儀。十字板剪力儀由十字板頭、扭力裝置和量測裝置三部分組成，如圖5-9所示。圖5-9十字板剪切儀2.試驗原理3.優(yōu)缺點十字板剪切試驗是一種土的抗剪強度的原位測試方法，適用于飽和軟黏土。具有構造簡單，操作方便，原位測試時對土的擾動較小等優(yōu)點，實際中應用較廣泛。但當軟土層中夾砂薄層時，測試結果可能失真。5.3地基承載力5.3.1地基破壞形式試驗研究表明，建筑地基在荷載作用下往往由于承載力不足而產生剪切破壞，其破壞形式可以分為整體剪切破壞，局部剪切破壞和沖剪破壞三種，如圖5-10所示。（a）整體剪切破壞（b）局部剪切破壞（c）沖剪破壞圖5-10地基的破壞形式1.整體剪切破壞圖5-11不同類型的p-s曲線（1）線性變形階段(壓密階段段)這一階段，p-s曲線接近于直線（段），土中各點的剪應力均小于土的抗剪強度，土體處于彈性平衡狀態(tài)。地基的沉降主要是由于土的壓密變形引起的。相應于點的荷載稱為比例界限荷載（臨塑荷載），以表示。（2）塑性變形階段(局部剪切階段)這一階段p-s曲線已不再保持線性關系（段），沉降的增長率隨荷載的增大而增加。地基土中局部范圍內（首先在基礎邊緣處）的剪應力達到土的抗剪強度，土體發(fā)生剪切破壞，這些區(qū)域也稱塑性區(qū)。隨著荷載的繼續(xù)增加，土中塑性區(qū)的范圍逐步擴大，直到土中形成連續(xù)的滑動面。b點對應的荷載稱為極限荷載，以表示。（3）完全破壞階段當荷載超過極限荷載后，土中塑性區(qū)范圍不斷擴展，最后在土中形成連續(xù)滑動面，基礎急劇下沉或向一側傾斜，土從基礎四周擠出，地面隆起，地基發(fā)生整體剪切破壞。通常稱為完全破壞階段，p-s曲線陡直下降（bc段）。2.沖剪破壞沖剪破壞一般發(fā)生在基礎剛度較大且地基土十分軟弱的情況下。其p-s曲線如圖5-11中曲線C所示。沖剪破壞的特征：隨著荷載的增加，基礎下土層發(fā)生壓縮變形，基礎隨之下沉。當荷載繼續(xù)增加，基礎四周的土體發(fā)生豎向剪切破壞，基礎刺入土中。沖剪破壞時，地基中沒有出現明顯的連續(xù)滑動面，基礎四周地面不隆起，而是隨基礎的刺入微微下沉。沖剪破壞伴隨有過大的沉降，沒有傾斜的發(fā)生，p-s曲線無明顯拐點。3.局部剪切破壞這種破壞形式的特征是介于整體剪切破壞與沖剪破壞之間，其破壞過程與整體剪切破壞有類似之處，但p-s曲線無明顯的三階段，如圖5-11中曲線B所示。局部剪切破壞的特征：p-s曲線從一開始就呈非線性關系；地基破壞是從基礎邊緣開始，但是滑動面未延伸到地表，而是終止在地基土內部某一位置；基礎兩側的土體微微隆起，基礎一般不會明顯傾斜或倒塌。地基的破壞形式主要與土的壓縮性有關，一般來說，對于密實砂土和堅硬黏土將出現整體剪切破壞，而對于壓縮性比較大的松砂和軟黏土，將可能出現局部剪切或沖剪破壞。此外，破壞形式還與基礎埋深、加荷速率等因素有關。5.3.2按理論公式確定地基承載力1.臨塑荷載臨塑荷載是地基土中將要出現但尚未出現塑性變形區(qū)時的基底壓力。其計算公式為在工程中，可采用計算得到的臨塑荷載作為地基承載力的特征值。2.臨界荷載一般認為，在中心垂直荷載作用下，塑性區(qū)的最大發(fā)展深度可控制在基礎寬度的1/4，即；而對于偏心荷載作用的基礎，可取，與它們相對應的荷載分別用、表示，稱為臨界荷載。其計算公式為3.極限荷載地基的極限荷載是指地基在外荷作用下，產生的應力達到極限平衡時的荷載。求解極限荷載的方法很多，其一般計算公式為極限荷載是地基開始滑動破壞的荷載，因此用作地基承載力特征值時必須以一定的安全度予以折減。安全系數k值的大小應根據建筑工程的等級、規(guī)模、重要性及各種極限荷載公式的理論、假定條件與適用情況而確定，通?？扇?~3。5.3.3按《規(guī)范》推薦公式確定地基承載力5.3.4現場載荷試驗確定地基承載力1.載荷試驗特點載荷試驗是一種原位測試技術，能模擬建筑物地基的實際受荷條件，比較準確的反映地基土受力狀態(tài)和變形特征，是直接確定地基承載力最可靠的方法。2.適用范圍載荷試驗包括淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗。淺層平板載荷試驗適用于淺層地基；深層平板載荷試驗適于深層地基。3.淺層平板載荷試驗現場淺層平板載荷試驗如圖5-12所示，試驗時，將一個剛性承壓板平置于欲試驗的土層表面，通過千斤頂或重塊在板上分級施工荷載，觀測記錄沉降隨時間的發(fā)展及穩(wěn)定時的沉降量s，將上述試驗得到的各級荷載與相應的穩(wěn)定沉降量繪制成p-s曲線，由此曲線即可確定地基承載力和地基土變形模量。圖5-12現場淺層平板載荷試驗示意圖1-承壓板2-千斤頂3-百分表4-平臺5-支墩6-堆載（a）有明顯轉折點的p-s曲線（b）有明顯轉折點的p-s曲線圖5-13載荷試驗確定地基承載力特征值地基承載力特征值的確定應符合下列要求：1）當p-s曲線上有比例界限時，如密實砂土、硬塑黏土等低壓縮性土，取該比例界限所對應的荷載值作為承載力特征值，如圖5-13（a）所示。2）當極限荷載小于對于比例界限的荷載值的2倍時，取作為承載力特征值。3）當不符合上述二種情況時，《規(guī)范》規(guī)定，當壓板面積為0.25m2

～0.5m2

，可取～0.015所對應的荷載作為承載力特征值，但其值不應大于最大加載量的一半，如圖5-13（b）所示。5.3.5地基承載力特征值的修正當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其他原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值，應按下式進行寬度和深度修正式中，——修正后的地基承載力特征值，kPa；

——地基承載力特征值，kPa；、——基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，按基底下土的類別查表5-2確定。表5-2承載力修正系數基本內容：1.土壓力的類型2.朗肯土壓力理論3.庫侖土壓力理論4.擋土墻設計5.土坡穩(wěn)定分析學習基本要求掌握土壓力的基本概念與常用計算方法，初步具備將土壓力理論應用于一般工程問題的能力。

1.掌握靜止土壓力、主動、被動土壓力的形成條件；

2.掌握朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論；

3.了解有超載、成層土、有地下水情況的土壓力計算；

4.掌握土坡穩(wěn)定分析的方法。

土壓力與土坡穩(wěn)定分析第六章一、土壓力的類型

土壓力是指擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側向壓力。擋土墻(或擋土結構)是防止土體坍塌的構筑物，在房屋建筑、水利、鐵路工程以及橋梁中得到廣泛應用，由于土壓力是擋土墻的主要外荷載。因此，設計擋土墻時首先要確定土壓力的性質、大小、方向和作用點。土壓力的計算是個比較復雜的問題。它隨擋土墻可能位移的方向分為主動土壓力、被動土壓力和靜止土壓力。土壓力的大小還與墻后填土的性質、墻背傾斜方向等因素有關。第一節(jié)土壓力的類型與影響因素

擋土墻土壓力的大小及其分布規(guī)律受到墻體可能的移動方向、墻后填土的種類、填土面的形式、墻的截面剛度和地基的變形等一系列因素的影響。根據墻的位移情況和墻后土體所處的應力狀態(tài)，土壓力可分為以下三種：

靜止土壓力：當擋土墻靜止不動，土體處于彈性平衡狀態(tài)時，土對墻的壓力稱為靜止土壓力，一般用E0表示。

主動土壓力：當擋土墻向離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力，一般用Ea表示。

被動土壓力：當擋土墻向土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動土壓力，用Ep表示?；瑒用鍱a滑動面EpE0Ea土壓力E位移E0Ep試驗研究表明：在相同條件下，靜止土壓力大于主動土壓力而小于被動土壓力在相同條件下，產生被動土壓力時所需的位移量遠遠大于產生主動土壓力時所需的位移量。Ea<E0<Ep

擋土墻完全沒有側向位移、偏轉和自身彎曲變形時，作用在其上的土壓力即為靜止土壓力。

1、地下室外墻通常地下室外墻，都有內隔墻支擋，墻位移與轉角為零，按靜止土壓力計算。

2、巖基上的擋土墻擋土墻與巖石地基牢固聯結，墻不可能位移與轉動，按靜止土壓力計算。

3、拱座拱座不允許產生位移，故亦按靜止土壓力計算。此外，水閘、船閘的邊墻，因與閘底板連成整體，邊墻位移可忽略不計，也都按靜止土壓力計算。此時墻后土體處于側限應力狀態(tài)(彈性平衡狀態(tài))，與土的自重應力狀態(tài)相同。半無限土體中z深度處一點的應力狀態(tài)，巳知其水平面和豎直面都是主應力面。第二節(jié)靜止