土力学与地基基础.doc

土力学与地基基础重点第一章：土，是由岩石经物理化学生物风化作用，一级剥蚀、搬运沉积于自然环境中所形成的各种沉积物。基础，是建筑物在地面一下的部分，承受上部荷载并将上部荷载传递至地基的结构。基础地面至设计地面的垂直距离，成为基础的埋置深度。柱下单独基础、墙下条形基础、片筏基础和相形基础。桩基、沉井、沉箱和地下连续墙。地基基础必须满足：强度，变形，稳定性要求。土由固体矿物、液体水和气体三相组成。第二章：岩石，都是在一定得地质条件下，由一种或多种矿物自然组合而成的矿物集合体。矿物分为原生矿物、次生矿物、变质矿物岩浆岩。是由岩浆侵入地壳或喷出地表二形成的。喷出地表后冷凝形成的称为喷出岩在地表以下冷凝形成的则称为侵入岩。常见的眼镜验有花岗岩、花岗斑岩、正长石、闪长岩、安山岩、玄武岩等。沉积岩是在地表条件下，由原岩经风化剥蚀作用而形成的岩石碎屑，溶液析出物或有机物质等，经流水、风、冰川等的搬运到陆地低洼处或海洋中沉积、在经成岩作用而形成。变质岩，是由组成地壳的岩石因地壳运动和岩浆活动而在固态下发生矿物成分、结构构造的改变形成的新岩石。土的成因类型分为残积土，坡积土，洪积土，冲积土。残积土是指由岩石经风化后未被搬运二残留于原地的碎屑无知所组成的土体，其颗粒大小未经分选和和磨圆，颗粒大小混杂，没有衬里构造，均质性差，土的物理力学性质各处不一，且厚度变化大，不稳定。坡积土是雨雪水流将高出的岩石风化产物，顺坡向下搬运，或由于重力的作用而沉积在较平缓的山坡或坡脚处的土，具有垂直的孔隙，结构比较疏松，一般具有较高的压缩性，较易沿下卧基岩倾斜面发生滑动。洪积土是由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪激流，将大量的基岩风化产物或将基岩剥蚀、搬运、堆积于山谷沟冲出口或山前倾斜平原而形成的堆积物，靠近山区的洪积土颗粒较粗，承载力较高；离山区较远地段的洪积土多由较细颗粒组成，承载力较高，中间地段由于地下水溢出地表而造成宽广的沼泽地，土质较弱而承载力较低。冲积土是河流两岸的基岩及其上部覆盖的松散物质被河流流水剥蚀后，经搬运、沉积于河流坡降平缓地带二形成的沉积土，冲积土可分为平原河谷冲积土、山区河谷冲积土、三角洲冲积土。内力地址作用是由于地球自转产生的旋转能和放射性元素脱变产生的热能所引起的地质作用。内力地质作用包括岩浆活动、构造运动和变质作用。外力地质作用是由太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用，包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用，对地壳不断的进行剥蚀，使地表形态发生变化，形成新的产物。内力地址作用和外力地质作用彼此独立又相互依存。地质构造，是地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而发生连续或不连续的永久性形变二形成的种种构造形态。褶皱构造，形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性，向斜（核新翼老）和背斜（核老翼新）；断裂构造，岩层丧失了原有的连续完整性。地质年代，地质年代单位（宙、代、纪、世），年代地层单位（宇，界，系、统）地下水是存在于地表下面土和演示的孔隙、裂隙或溶洞中的水。上层滞水、潜水、承压水。第三章：土的固体颗粒构成土的骨架，土粒大小与其颗粒形状、矿物成分、结构构造存在一定的关系。土粒的大小称为粒度，通常以粒径表示。界于一定粒度范围内的土，粒称为粒组。 200， 60，2，0.075，0.005把土粒分为六大粒组：漂石或块石颗粒、乱石或碎石颗粒、圆砾或角砾颗粒、沙粒、粉粒及粘粒。土的颗粒级配，独立的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为颗粒级配。不均匀系数Cu以及曲率系数Cc反映土颗粒级配的不均匀程度。Cu=d60/d10 Cc=(d30)2/d10*d60，Cu5&Cc=13良好级配砾。土中的水分为结合水和自由水。结合水是土粒与水相互作用时，土粒会吸附一部分水分子，在土粒表面形成一定厚度的水膜成为结合水。结合水是受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水，分为强结合水和弱结合水，强结合水是指靠近土粒表面的结合水膜；弱结合水是紧靠于强结合水的外围而形成的结合水膜。自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水，分为重力水和毛细水。重力水是存在于地下水位一下的透水土层中的地下水，他是在重力或水头压力作用下的运动的自由水，；毛细水是存在于地下水位以上，受到水鱼空气交界面处表面张力作用的自由水（东张作用）土的结构是指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小、性质、相互排列及其联接相关等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮凝结构三种基本类型。相对密实度Dr。最大空隙比减天然空隙比除以最大空隙比减最小空隙比。Dr1表示沙土处于最密实状态。粘性土分别处于固态、半固态、可塑状态和流动状态。缩限s、塑限p、液限L。三者均与含水量无关。塑限P采用搓条法测定3mm恰好开始断裂。粘性土的塑性指数Ip=L-P,塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大，液性指数IL =(-P)/Ip，IL小于0，天然土处于坚硬状态。土的工程分类，岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。第四章：地基中的应力按其产生的原因不同，分为自重应力和附加应力。自重应力是土体自身重力在地址内所产生的应力；附加应力是土体在外荷载、地下水渗流、地震作用下在地基内附加产生的应力增量。自重应力cz=h ，单位KPa，地下水位以下用浮重度，基地压力p=, , 基地附加压力，P0=P-Pc；是指作用在基础地面的压力与基低处建前途中国自重应力之差。第五章：土的压缩性和地基沉降压缩性，是指地基土在压力做哟改下体积减小的性质。包括孔隙中水和气体体积的减小以及固体颗粒的变形。土的固结，土体在外力作用下，压缩随时间增长的过程。，计算地基沉降量时，需要利用土的压缩性指标。侧限压缩试验+压缩性指标，压缩系数a(1-2 ）0.5MPa高压缩性；压缩指数，Cc 0.4高压缩性；压缩模量，Es=(1+e1)/a Es15MPa低压缩性。载荷试验是通过承压板，对地基土分级是假压力P和测试压板的沉降s，可得到压力和沉降的关系曲线。变形模量是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。E0表示。土的限期固结压力的确定。e-lgp曲线中找出曲率半径最小的一点A，过A作水平线和切线，再作角平分线，与曲线后半段（直线）的反向延长线相交。土的超固结比，将土的限期固结压力Pc与现在的土所受的压力Po比值定义为土的超固结比。OCR=Pc/Po，Po是上层的自重应力，OCR1超固结，历史大于现在。地基沉降，由顺时沉降、固结沉降（主要的）、次固结沉降组成。第六章：地基的强度实质是抗剪强度。库伦公式 无粘性土f=tan 粘性土f=c+tan 土的极限平衡条件 ，=0.5（1+3）+0.5（1-3）cos2，=0.5（1-3）sin2 为破坏面与大主应力作用的平面成的夹角。无粘性土，1=3tan (45+0.5) 3=1tan(45-0.5)破坏面不在剪应力Max处，与大主应力1的作用面的夹角为45+0.5，与3成角为450.5。剪切试验有直剪试验、三轴压缩试验和无侧限压缩试验。快剪（不固结不排水）；固结快剪（固结不排水）；慢剪（固结排水）直接剪切仪具有构造简单、操作方便等优点。但存在若干缺点，主要有：1、剪切面限制在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；2、剪切面上剪应力分布不均匀，图样剪切破坏时先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；3.、在剪切过程中，图样剪切面逐渐减小，而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面面积计算的；4、试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力，在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，特别是对于饱和粘土，由于他的抗剪强度受排水条件的影响显著，故试验结果不够理想。三轴压缩试验的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以测量试件中孔隙水压力的变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是最软弱处，而不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。一般说来，三轴压缩试验的结果比较可靠，对那些重要的工程项目，必须用三轴剪切试验测定土的强度指标；三轴压缩仪还用以测定土的其他力学性质，因此，他是土工试验不可缺少的设备。无粘性土的抗剪强度决定于有效法相应力和内摩擦角。土的抗剪强度的因素须从分析土体本身的特征、测定土的抗剪强度及其指标的实验方法、作用于土体的外力和影响条件入手。有：土的形态、颗粒大小、矿物成分与颗粒级配，土的密实度和含水量，土体结构受扰动情况及应力作用历史，抗剪强度试验方法的影响。地基破坏的形式有荷载过大，超过地基承受能力，缠上过大的沉降或沉降差，结构性丧失使用功能均是破坏，整体剪切破坏，局部剪切破坏，冲剪刺入破坏。整体剪切破坏是密实砂土，坚硬粘性土、基础埋置较浅，有三个阶段（弹性段、压密阶段，剪切阶段，破坏阶段）。局部剪切破坏时一般砂性粘土和粘性土，基础有一定埋深。冲剪刺入破坏是饱和粘性土、松砂，基础较深。地基承载力是指地基发挥其正常使用功能的前提条件下，单位面积抵抗或承受基地压力的能力。临塑荷载，Zmax=0表示地基中刚要出现尚未出现塑性区，相应的荷载P即为Pcr，（采用临塑荷载Pcr作为地基承载力，十分安全，但偏于保守）。临界荷载时指允许地基中产生一定范围塑性变形区所对应的荷载，工程上常用P（四分之一）和P（三分之一）表示。极限荷载大于P(三分之一)、大于P（四分之一）、大于临塑荷载。Zmax=1/3b，Zmax=1/4b。基础边缘先破坏。太沙基承载力理论。Pu=cNc+qNq+0.5bN ，c是地基的粘聚力，是地基土的重度，q是基底水平面以上基础量测的超载q=0*d，b、d为基底的宽度和埋置深度。第七章，土压力的种类分为主动、被动、静止三种。常见的是主动土压力，被动土压力用于桥梁，静止土压力用于地下室。挡土墙的形状、结构型式、墙背的光滑程度，土的性质（重度、含水量、材料）最主要的因数是挡土墙的位移方向和位移量的大小。主动土压力小于静止土压力，静止土压力小于被动土压力。静止土压力o=Ko*z，Ko=1-sin，Eo=0.5*H*H*Ko。 上部有超载时(h+q).郎肯土压力，挡土墙墙背垂直、光滑，填土表面水平。无粘性土的主动土压力，z=Z,， 主动土压力Ka=tan2(45-0.5)， 被动土压力Kp=tan2(45+0.5) 。 粘性土主动土压力a=Ka(z+q)-2c根号Ka，被动土压力 p=zKp+2c根号Kp。库伦土压力只适用于无粘性土，滑动破坏面为一平面。垂直，光滑，水平。为内摩擦角。合力的方向与墙背法线方向成角、与水平方向+。挡土墙的设计，分为重力式挡土墙，悬臂式挡土墙，扶壁式挡土墙，锚杆式挡土墙，加筋式挡土墙，桩加锚杆式挡土墙。挡土墙由墙基、墙趾、墙踵、墙面、墙背、强顶、（立壁、墙面板、扶壁）。墙趾1/3b，墙底宽0.40.7b，墙高h，墙厚200最好300，立壁底厚1/121/10h，。扶壁之间距离l=0.30.6h，扶壁与基础端距离（200mm，0.4l）重力式挡土墙，适用于12H，H为基础地面高差。小于0.85的粘土，伊塔b=0.3，伊塔d=1.6、淤泥和淤泥质土伊塔b=0，伊塔d=1.0。Pak=min(P1，0.5Pu)，Pak=min(P0.02，0.5Pu)地基特征变形一般分为沉降差、沉降量、倾斜、局部倾斜。沉降差是相邻柱基中点的沉降量之差（框架结构、排架结构）；倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值（高耸结构）。沉降需要一直监测，半年沉降量2MM。一般浅基础的建筑物在施工期间完成的沉降量，对于沙土可以认为其最终沉降量已基本完成，对于低压缩性粘土可认定为已完成最终沉降量的0.50.8，对于中压缩性粘性土克认为已完成0.20.5，对于高压缩粘性土克认为一完成0.050.2,。在软土地基上，埋深5m左右的高层建筑箱型基础在结构竣工时已完成最终沉降量的0.60.7。减轻不均匀沉降的措施，建筑措施、结构措施、施工措施。建筑措施有：建筑物体型力求简单，控制建筑物长高比和理布置纵横墙，设置沉降缝（建筑物平面的转折部分、高度差异与荷载差异处、长高比过大的砌体承重结构或钢筋混领土框架的适当部位、地基压缩性显著差异处、建筑结构或基础类型不同处、分歧建造房屋的交界处）、控制相邻建筑物基础的间距、调整建筑物的局部标高。结构措施有减轻建筑物自重，设置圈梁、减小或调整基地附加压力、采用非敏感性结构。第十章桩基础桩基础、沉井、地下连续墙。桩按照材料分类：木桩、混领土桩、钢筋混领土桩、钢桩、组合材料桩。按受力情况分为：摩擦型桩（摩擦型桩和端承摩擦型桩）、端承型桩（端承型桩和摩擦端承桩）。按施工工艺分为：预制桩、灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩）。按设置效应分为：挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩。桩径大小分为：小桩（250）大直径桩（800）。按使用功能分为：竖向抗压桩、竖向抗拔桩（高压电线塔）、水平受荷桩、复合受荷桩。单桩轴向荷载的传递：桩侧摩阻力Qs先发挥效应也先达到Max。Qo=Qs+Qp 桩侧负摩阻力：当土层相对于桩侧向下位移时产生向下的摩阻力称为负摩阻力。产生的情况有多种：位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结、大面积堆载使桩周土层压密下沉、在正常固结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低，致使土体中有效应力增加，因而英气大面积沉降，自重湿陷性黄