土力学与地基基础 复习案(接本资料)完整版.doc

土力学与地基基础 复习案完整版2011.05.03娄兴接本资料绪论基本概念1.地基:支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地层称为地基。2.基础:建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。第一章 土的物理性质及工程分类基本概念1.颗粒级配曲线:土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。(例如：土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。) 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制颗粒级配曲线。由曲线的坡度可判断土的均匀程度。2.不均匀系数:反映大小不同土的粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好。作为填方工程的土料，比较容易获得较大的密实度。d60小于某粒径颗粒含量占总土量60%时的粒径;d10-小于某粒径颗粒含量占总土量10%时的粒径。3.土的三种微观结构（单粒结构，蜂窝结构，絮状结构）4.三相简图 : 5.含水量（mw/ms）:含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标。含水量大湿软；6.孔隙比（Vv/Vs）: 7.饱和度(Vw/Vv) : 描述土体中孔隙被水充满的程度。干土为0；饱和土为100%8.浮重度（有效重度）: 9.相对密实度（Dr）:10.液限含水量(L):可塑状态与流动状态之间含水量;SPL固态半固态可塑状态流动状态(含水量)11.塑限含水量(P):可塑状态与半固态间的含水量；ILL12.液性指数(IL):是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。 用液性指数可表示粘性土的软硬状态。13.塑性指数(IP)是指液限和塑限的差值(省去符号)，即土处在可塑状态的含水量变化范围。14.土的灵敏度(St)-原状土的强度与同一种土经重塑(含水量不变时土的结构彻底破坏)后的强度之比。 St=qu/qu,， St=48。土的结构性对强度的影响，用灵敏度来衡量。15.最优含水量(wop)在一定的击实能量作用下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量。16.地基土的工程分类（岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土等；素填土）。基本理论17.级配良好的土（或级配不良的土）的工程意义：级配良好的土较粗的颗粒间的孔隙被较细的颗粒填充，颗粒之间粗细搭配填充良好，易被压实，土的密实度好，地基土的强度和稳定性也较好，透水性和压缩性较小。18.利用三相简图进行简单计算。第二章 土中应力计算基本概念1.土中应力主要包括：自重应力（计算中地下水位以下取浮容重）附加应力：是指建筑物荷载在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。2.基底压力：建筑物基础底面与地基之间的压力（接触压力、基底反力）。外墙或柱下基础中心荷载下基底压力:G=G Ad一般取G=20kN/m3,地下水位以下取浮容重。偏心荷载下基底压力:= 4.基底附加压力（一般只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形）：一般土层在自重作用下压缩稳定后，新增加于基底平面处的外荷载。5.地基附加应力：铅直向地基附加应力:为铅直向地基附加应力系数，查表2-2。基本理论6.地下水位升降引起的现象：地下水位升降会引起自重应力的变化（见下图），进而造成地面高程的变化。（华北大范围地面沉降就是长期过量开采地下水使地面下降造成的。） 7.成层土自重应力计算：地基土往往是成层的，成层土自重应力的计算公式：8.中心荷载下的基底压力（见2. ）；9.偏心荷载下的基底压力（见2. ）；10.附加应力分布规律：（广度）在地基中任一深度处的水平面上，沿荷载轴线上的附加应力最大，向两边逐渐减小（应力扩散）；（深度）荷载轴线上，离荷载越远，附加应力越小。11.角点法计算地基附加应力：(a) o点在荷载面边缘 式中c和c，分别表示相应于面积I和的角点应力系数。(b) O点在荷载面内(c) O点在荷载面边缘以外荷载面abcd看成由I(ofbg)与(ofah)之差和(oecg)与(oedh)之差合成。 (d) O点在荷载面角点外侧把荷载面abcd看成由I(ohce)、(ogaf)两个面积中扣除(ohbf)和(ogde)而成: 第三章 地基变形计算基本概念1.侧限压缩实验、压缩曲线:不允许土样产生侧向变形(侧限条件)的室内压缩试验。2.压缩系数a : a = 1000(e1-e2)/(p2-p1)实际工程中，采用压力由p1=100kPa，p2=200kPa时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性。 0.5MPa-1，高压缩性3.压缩模量（侧限压缩模量）：土完全侧限条件下，竖向附加应力与应变增量z的比值。一般Es15MPa属低压缩性土。4.地基的最终沉降量的计算方法有分层总和法: 即在地基沉降计算深度范围内划分为若干分层计算各分层的压缩量，然后求其总和。计算步骤将土分层(0.4b左右)；计算自重应力；计算附加应力；受压层下限的确定：计算各分层的自重应力、附加应力平均值；确定各分层压缩前后的孔隙比；计算地基最终变形量。规范法：e-lgp曲线法等: 与土层的应力历史有关；5.渗流破坏的两种形式流土：在渗流作用下，土体中某范围内的颗粒或颗粒群发生移动的现象，只发生在水流出溢口处，不在土体内。管涌：在渗透力作用下，无黏性土中的细小颗粒通过粗大颗粒的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。在出水口或土体内部都可能发生。6.固结:土体在荷载作用下内部含水缓慢渗出，体积逐渐减小的土力学现象。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。 7.地基变形特征：沉降量：基础中心点的沉降量；砌体承重结构基础由局部倾斜控制；沉降差：相邻单独基础沉降量的差值；框架结构和单层排架结构基础由相邻两柱基的沉降差控制；倾斜：多层或高耸建筑结构基础由倾斜值控制。局部倾斜：指砌体承重结构沿纵墙6-10米之内基础两点的沉降差与其距离的比值。基本理论8.土的压缩看作为土中孔隙体积的减小9.分层总和法计算地基沉降量（采用侧限条件下的压缩性指标，取基底中心点下的附加应力进行计算）10.规范法同普通分层总和法的区别：计算变形时修正； 11.e-lgp曲线法的实质：考虑应力历史对地基沉降的影响；12.达西定律（渗透定律）：水在土中的渗透速度与水力梯度成正比，即v：渗透速度，cm/s，v=Q/(At);k：渗透系数，cm/s；i：水力坡降（水力梯度），i=h/L;h：水头差，cm；L：渗透路径长度，cm。13.有效应力原理：14.固结度（U）：或St基础在某一时刻t的沉降量；S基础最终沉降量。15.固结过程中的应力转换。第四章 土的抗剪强度与地基承载力基本概念1.地基发生破坏的根本原因：达到抗剪强度（土体抵抗剪切破坏的极限能力）；2.直接剪切试验（直剪）：直剪试验的三种方法及适用性快剪地基土排水不良，施工进度快。固结快剪地基充分排水后，进行快速施工。慢剪地基排水较好，施工速度慢。3.结构性：在不受扰动情况下，土体的稳定为一定结构体系的性质；4.灵敏度（St）：扰动土由于结构被破坏，连结削弱，抗剪强度显著降低。常用灵敏度St来评价天然结构被破坏时土强度的减弱程度。 不灵敏：St16 。5.砂土的液化：砂土或粉土在振动荷载作用下，转化为液体的行为或过程。砂土的液化是指由砂土和粉土颗粒为主所组成的松散饱和土体在静力、渗流尤其在动力作用下从固态状态转变为流动状态的现象。6.地基的破坏类型（a）整体剪切破坏：破坏从基础边缘开始，滑动面贯穿到地表，基础两侧的地面有明显隆起；破坏时基础急剧下降或向一边倾斜。(b)局部剪切破坏：滑动面未延伸到地表，而是中止在地基土体内部某一点；基础两侧地面微微隆起，剪切破坏区仅仅被限制在地基土体内部某一区域，不形成延伸至地面的连续滑动面；基础一般不会发生倾倒或倾斜破坏。(c)冲剪破坏：地基发生垂直剪切破坏，地基内部不形成连续滑动面；基础两侧土体没有隆起现象，往往随基础的“切入”而微微下沉；破坏时只伴随过大的沉降，没有倾斜发生；基础随荷载增加连续刺入，最后因基础侧面附近土的竖直剪切而破坏。7.临塑荷载(pcr) : 当荷载增大时，塑性区发展，该区的最大深度也随而增大，若塑性区的最大深度z max=0，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性区，相应的荷载为临塑荷载pcr。(p1/4 )、( p1/3 ): 在中心垂直荷载作用下，塑性区最大深度z max控制在（1/4）b或（1/3）b范围内（地基发生局部剪切破坏），相应的荷载用p1/4 或p1/3表示。 基本理论8.库伦公式: t = T/ F ;s= N/ Fc粘聚力；j内摩擦角;t-正应力;s-剪应力。9.莫尔库伦强度理论（土的极限平衡状态，根据应力圆判断土中一点的应力状态）。 第五章 土压力及土坡稳定基本概念1.挡土墙: 防止土体坍塌的构筑物。种类：支撑建筑物周围填土的挡土墙，地下室侧墙，桥台及贮藏粒状材料的挡墙等。2.土压力:挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。主动土压力（Ea）: (p138)（特征略）被动土压力(E p) : （特征略）静止土压力(E0):a.静止土压力强度 0=K0 zb.静止土压力沿墙高呈三角形分布，取纵向单位墙长计算,z=1，则作用在墙背的静止土压力合力为：K0土的侧压力系数或静止土压力系数, 砂土：K0=0.35-0.50；粘性土：0.50-0.70；正常固结土： K0=1-sin(为土的有效内摩擦角)；墙后填土的重度，KN/m3；H挡土墙高度，m; E0的作用点在距墙底H/3处。三种土压力及其与墙身位移的关系：主动土压力被动土压力静止土压力3.挡土墙的类型:重力式: 墙身自重抵抗土压力引起的倾覆力矩；悬臂式: 墙踵悬臂以上土重维持墙身稳定；扶壁式: 扶壁间填土增加抗滑和抗倾覆能力。一般用于大型工程。锚杆挡土墙;锚定板挡土墙;加筋土挡土墙;板桩墙。4.滑坡:概念：在土体自重及外力作用下，坡体内将产生切应力，当切应力大于土的抗剪强度时，即产生剪切破坏，如靠坡面处剪切破坏的面积很大，则将产生一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象，称为滑坡或塌方。滑坡类型：a.按滑坡的组成成分划分堆积层滑坡，黄土滑坡，粘性土滑坡，岩层滑坡；b.按滑动面是否通过岩层分同类土滑坡，顺层滑坡，切层滑坡；c.按滑动时的受力状态分推移式滑坡，牵引式滑坡。5.自然休止角：土颗粒的自重W的分力： 由分力N引起的摩擦力：抗滑力和滑动力的比值称稳定安全系数（K）:当=，K=1，即抗滑力等于滑动力，此时土坡处于极限平衡状态。土坡稳定的极限坡角=砂土的内摩擦角。此坡角称之为自然休止角。与坡高无关。K=1.15-1.56.条分法：粘性土坡稳定分析方法有瑞典圆弧法、条分法，泰勒稳定数法等。（残）滑动面ef上的法向反力和切向反力分别为：作用在ef面上的法向应力及剪应力分别等于 基本理论7.朗肯土压力理论（根据半空间墙后填土一点的应力状态和土的极限平衡条件而建立库仑强度准则）主动土压力：由土的强度理论公式（第四章）：（见P141） 得到朗肯主动土压力计算式（ z为大主应力，1= z=z）：a.砂土（无粘性土）朗肯主动土压力：无粘性土的主动土压力强度与z成正比，沿墙高的压力分布为三角形,取单位墙长计算，则或K被动土压力系数；C填土的粘聚力，kPa;填土的重度，kN/m3,地下水位以下用浮重度。b.粘土（粘性土）朗肯主动土压力：（土的自重引起的土压力z +土的粘聚力c引起的负侧压力zc ）（参见临界深度z0）被动土压力：由土的强度理论公式（第四章）：得到朗肯被动土压力计算式（x变为大主应力）：a.粘性土朗肯被动土压力:b.无粘性土朗肯被动土压力:? (见P143)K p被动土压力系数，C填土的粘聚力，kPa;填土的重度，kN/m3,地下水位以下用浮重度。库仑强度准则：8.库仑土压力根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论，适用于计算主动土压力。基本假设是： (1)墙后的填土是理想的散粒体(无粘聚力 )；(2)滑动破坏面为一平面；（3）滑动土楔体可视为刚体。与朗肯理论相比，库伦理论可以考虑墙背倾斜（角）、填土面倾斜（角）及墙背与填土间的摩擦角（角）等。9.工程中应优先使用无粘性土作挡土墙后填料；10.挡土墙的计算：(见P155-P156)抗倾覆稳定验算：a.抗倾覆安全系数其中：b.措施：增加G，增加x0，墙背仰斜，墙背设置卸荷台等。抗滑移稳定验算：a.抗滑移稳定安全系数摩擦系数查表5-2。b.措施：墙底逆坡，底面砂石垫层，增加G等。第六章 地 基 勘 察基本概念1.地基勘察的目的和任务：按建筑物或建筑群提出的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数；对建筑物地基作出岩土工程分析评价；对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议。收集建筑设计资料；查明不良地质现象及其原因和发展趋势；查明岩土类别、厚度及工程特性，评价稳定性；地下水的埋藏条件及土的渗透性；分析抗震分析；判定水土的腐蚀性；判定水土可能的变化情况；提供地基变形计算参数；提出深基坑计算参数，分析稳定性；提供桩基参数等。2.地基勘察分类（选址勘察、初步勘察、详细勘察）；3.地基勘察方法：坑探（掘探法）：在建筑场地开挖探坑或探槽直接观察地基土层情况，并从坑槽中取高质量原状土进行试验分析；钻探：用钻机向地下钻孔以进行地质勘察，目前应用最广。地球物理勘探（物探）：利用岩、土层和地质构造等不同的物理性质（导电性、磁性、弹性、密度等），用专门仪器来探测确定相应岩土层的性质。触探：原位测试技术的一种。通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土层，并量测各层土对触探头的贯入阻力大小的指标，间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。静力触探：原位测试技术的一种。将触探头静力压入土层，利用电测测得贯入阻力，判定土的力学性质。核心部分是触探头。触探杆将探头匀速压入土层，产生作用于尖锥的阻力和作用于探头侧壁的摩阻力。这两种阻力综合反映土的力学性质。 旁压试验：原位测试技术的一种。在土体中钻一个竖直钻孔，将旁压器(探头)放在孔内的试验点进行侧向挤压土体试验。得到应力-应变和体积-压力之间的关系曲线。对土体分类，评估其物理状态，确定其强度、变形参数、地基承载力、基础沉降、单桩承载力及侧向地基反力系数等。4.勘察报告的阅读与使用（主要内容是地基承载力的确定和场地稳定性的评价两方面）；a.地基持力层的选择;b.场地稳定性评价5.验槽及其目的：基槽开挖后，组织相关人员察看地基土体情况，称为验槽。目的：检验勘察钻孔资料同实际情况是否一致，勘察报告的结论和意见是否准确；研究解决发现的新问题和勘察报告遗留的问题。基本内容：核对基槽平面位置和深度；检验持力层土质；查明局部不均匀土质（古井、菜窖、坟穴等）的范围与深度（钎探）；研究基础方案的修改与处理。验槽的方法:。a.观察；b.夯、拍；c.轻便触探基槽的局部处理。第七章 天然地基上浅基础设计基本概念1. 基础：按埋深分：浅基础: 埋深小于5m、地基无须处理的基础（如条形基础、柱下独立基础、十字交叉基础等）。深基础：地基经过人工处理的埋深较大(大于5m)的基础（如桩基础）。2.基础所用材料（砖，毛石，混凝土，灰土，毛石混凝土，三合土，钢筋混凝土等）砖；毛石（未加工的石料）；混凝土；毛石混凝土；灰土（石灰和粉质粘土以3:7或2:8混合）；三合土（石灰、砂、骨料按1:2:4或1:3:6混合）；钢筋混凝土等。3.浅基础的类型（刚性基础、扩展基础、柱下条形基础、筏板基础、箱形基础、壳体基础等）。注：刚性基础（无筋扩展基础）：基础刚度大，挠曲变形小，抗弯、抗剪性能差的基础。bb0+2H0tan允许刚性角，查表7-5。（见p190-p196）基本理论4.承载力深度和宽度修正: 满足建筑物正常使用极限状态下（稳定和变形均满足）地基承载力，称为承载力特征值。承载力特征值f ak=pu/Fs深度和宽度修正：F a=f ak+b(b-3)+dm(d-0.5)F a修正后的承载力特征值 、m分别为基础底面以下、以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度。3mb 6m，d0.5m。5.按强度理论计算承载力: 基底偏心距eb/30（b为基础边长）时， Mb、Md、Mc承载力系数；b基础底面宽度，大于6m按6m考虑，对于砂土，小于3m时按3m考虑。 6.软弱下卧层承载力验算: P z + p cz f azP z相应于荷载效应标准组合软弱下卧层顶面的附加应力；p cz软弱下卧层顶面的自重应力；f az软弱下卧层顶面经深度修正的地基承载力特征值。7.轴心荷载和偏心荷载作用下基础底面积的确定:P k f aP k相应于荷载效应标准组合，基础底面平均压力； f a修正后的地基承载力特征值:pk=(F+ Gk )/AF k相应于荷载效应标准组合，上部结构传至基础顶面竖向力； Gk基础自重和基础上土重。8.地基承载力影响因素:a.基底土的类别；b.基础埋深、宽度；c.地下水等。？9.承载力特征值: 满足建筑物正常使用极限状态下（稳定和变形均满足）地基承载力，称为承载力特征值。承载力特征值f a k=pu/Fs；10.不同类型建筑的变形控制要求砌体结构主要由局部倾斜控制；框架结构和单层排架结构主要由相邻柱基的沉降差控制；多层和高层建筑及高耸结构主要由倾斜值控制。11减轻不均匀沉降的措施：建筑措施：1）建筑物体型应力求简单 ；2）控制建筑物的长高比，合理布置纵横墙 ；3)设置沉降缝 ；4)控制相邻建筑物基础间的净距 ；5)调整建筑物的标高 。结构措施：1)减轻建筑物自重；2)增强建筑物的整体刚度和强度 ；3)减小或调整基底附加压力；4）选用非敏感性结构；施工措施：合理安排施工顺序，注意施工方法。1）对于高灵敏度的软粘土（淤泥土或淤泥质土），基槽开挖施工中，可在基底标高以上，保留20cm厚的原土层，待基础施工时再予以挖除。2）对于建筑物各部分荷载差异较大，先高后低，先重后轻。3）对于已建成轻型建筑物周围，不宜堆放大量建材或土方等。4）对于活荷载较大的构筑物还需控制加荷速率（施工速度）。 第八章 桩基础及其他深基础基本概念1.深基础的类型：；2.桩基础：由延伸到地层深处的基桩和联结桩顶的承台组成，可以承受竖向荷载和水平荷载；种类：单桩和群桩基础；桩基础的应用范围：1）荷载大或允许沉降很小的建筑；2）地面堆载过大的建筑；3）减轻相邻建筑沉降相互影响；4）不允许大的倾斜的建筑；5）有抗震要求的建筑；6）临水建筑。3.桩基础按承载性能分类（摩擦型桩：摩擦桩、端承摩擦型桩；端承型桩：端承型桩、摩擦端承型桩）；4.单桩轴向荷载的传递（桩侧阻力和桩端阻力）；5.桩的竖向承载力影响因素：桩材料强度；桩的纵弯曲稳定系数;桩身横截面积；全部纵筋截面面积；纵筋抗压强度；砼轴心抗压强度。Ra=(f c A + f y As)Ra-桩材料强度; -桩的纵弯曲稳定系数; A -桩身横截面积; As-全部纵筋截面面积；f y-纵筋抗压强度设计值; f c- 砼轴心抗压强度设计值。6.动测可分为低应变法（测试完整性）和高应变法（测试完整性和单桩承载力）两类；7.群桩效应：群桩