土力学与地基基础复习要点.doc

加拿大特朗斯康谷仓原因：谷仓的地基承载力按邻近结构物基槽开挖取土试验结果计算。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力250KPa远小于谷仓破坏时发生的基底压力300多KPa。因此谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。香港宝城滑坡原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象比 萨 斜 塔1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固1990年1月: 封闭1992年7月：加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理2000年初委员会13名专家反复讨论采用了力学工作者提出的抽土方案，即在北侧塔基地下20m深处用抽土管抽土释放应力。 目 前 : 已向游人开放。苏州虎丘塔概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。原因：坐落于不均匀粉质粘土层， 产生不均匀沉降。处理：在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。土的基本特性和特点土：岩石在长期地质营力作用下形成的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体。土：是一个整体。土粒：岩石碎块或矿物颗粒。土具有成层性。物质组成、物理化学状态基本一致，工程性质大体相仿的同一层土称为土层。由若干厚度不等、性质各异、以一定层序组合在一起的土层集合体称为土体。天然地基：未加处理就可满足设计要求的地基；人工地基：经过加固处理而达到设计要的地基；基础的作用是将建筑物的各种荷载扩散后传递给地基。建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。基础应埋入地下一定深度。基础底面到室外设计地面的垂直距离，称为基础的埋置深度。第一章 土的渗透性粒径大小及级配土粒愈粗、大小愈均匀、形状愈圆滑，K值愈大。因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，随细粒含量增加，K值急剧下降。孔隙比（密实度）是单位土体中孔隙体积的直接度量土愈密实，孔隙比愈小，K值愈小。土的饱和度一般情况下饱和度愈低，K值愈小。因为低饱和土的孔隙中存在较多气泡会减小过水面积，甚至赌塞细小孔道。结构和构造扰动土样比原状土样K值小粘性土层中有很薄的砂土夹层，常使得k水平k垂直影响渗透系数的因素1.土粒大小与级配 细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。 2.土的密实度 同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。3.水的动力粘滞系数 动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。4.土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。渗透变形土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工建筑物发生破坏的常见类型类型：流土：在向上的渗透力作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道原因；内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因：渗透力足够大土是否会发生管涌，取决于土的性质：粘性土（分散性土例外）属于非管涌土无粘性土中发生管涌必须具备相应的几何条件和水力条件发生管涌的必要条件：粗颗粒所构成的孔隙直径大于细颗粒直径（机和条件）渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。可用管涌临界水力坡降表示（水力条件）流土可能性的判别在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土：i icr :土体发生流土破坏i = icr :土体处于临界状态第二章 土中应力计算绘土的自重应力步骤1）建立直角坐标系2）确立特征点并编号地面、层面、地下水位面、不透水层层面。3）计算各点的竖向自重应力。4）按比例绘出上述各点自重应力的位置。5）用直线连接各点。6）校核：注意地下水位处、不透水层处。地下水位以下用浮容重g；粘性土因为透水性能不好,可采用饱和重度计算，计算结果偏于安全。影响基底压力分布和大小的因素基底压力的分布规律主要是取决于上部结构、基础的刚度和地基的变形条件，是三者共同工作的结果。暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化；用荷载代替上部结构。圣维南原理：基底压力分布的影响仅限于一定深度范围，超出此范围以后，地基中附加应力的分布将与基底压力的分布关系不大，而只取决于荷载的大小、方向和合力的位置。地基附加应力是建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。它是使地基发生变形从而引起建筑物沉降的主要原因。集中荷载作用下的附加应力矩形分布荷载作用下的附加应力圆形分布荷载作用下的附加应力条形分布荷载作用下的附加应力地基附加应力的分布规律等代荷载法1）问题的提出 在单个及重力作用下计算M点的附加应力无实际工程意义，基础总是按一定几何面积向地基传递基底压力的。2）方法适用条件(1)荷载面积不规则 将不规则荷载面积划分为若干规则小块；每一小块视为集中力。成层地基的影响(1)上层软弱，下层坚硬的成层地基中轴线附近z比均质时明显增大的现象应力集中；应力集中程度与土层刚度和厚度有关；随H/B增大，应力集中现象逐渐减弱。(2)上层坚硬，下层软弱的成层地基中轴线附近z比均质时明显减小的现象 应力扩散；应力扩散程度，与土层刚度和厚度有关；随H/B的增大，应力扩散现象逐渐减弱。双层地基中应力集中和扩散的概念有着重要工程意义，特别是在软土地区，表面有一层硬壳层，由于应力扩散作用，可以减少地基的沉降，故在设计中基础应尽量浅埋，并在施工中采取保护措施，以免浅层土的结构遭受破坏。第三章 土的压缩与地基沉降计算室内侧限压缩试验在外力作用下，土颗粒重新排列，土体体积缩小的现象称为土的压缩。为了研究土的压缩特性，通常可在试验室内进行压缩（固结）试验，从而测定土的压缩性指标。室内压缩（固结）试验的主要装置为侧限压缩仪（固结仪）。 用这种仪器进行试验时，由于刚性护环所限，试样只能在竖向产生压缩，而不能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。原位初始压缩曲线的推求(基本假定)取样后不回弹，即土样取出后孔隙比保持不变，(e0,p0)点位于原状土初始压缩或再压缩曲线上压缩指数Cc和回弹指数Ce为常数试验曲线上的0.42e0点不受到扰动影响，未受扰动的原位初始压缩曲线也应相交于该点分层总和法基本假定地基按均质地基考虑地基竖向变形只考虑竖向附加应力的作用土层压缩时不发生侧向变形分层总和法原理思路：将一般地层通过分层划分为薄压缩地基算，然后叠加。即在沉降计算深度范围内划分若干土层，计算各层的压缩量（ Si），然后求其总和，即得地基表面的最终沉降量S，这种方法称为分层总和法。计算地基的沉降量计算步骤（1）首先根据建筑物基础的形状，结合地基土层性状，选择沉降计算点的位置；再按作用在基础上荷载的性质（中心或偏心等），求出基底压力的大小和分布。2）将地基分层。24m, =0.4b, 土层交界面，地下水位；（3）计算地基中的自重应力分布。（4）计算地基中竖向附加应力分布;（5）确定压缩层厚度；（6）按算术平均求各分层平均自重应力和平均附加应力。(注意：也可以直接计算各土层中点处的自重应力及附加应力)饱和土的一维渗透固结(基本假定)1.土层是均质且完全饱和 2.土颗粒与水不可压缩 3.水的渗出和土层压缩只沿竖向发生4.渗流符合达西定律且渗透系数保持不变 5.压缩系数a是常数 6.荷载均布，瞬时施加，总应力不随时间变化利用此图和固结度公式，可以解决下列两类沉降计算问题：（1）已知土层的最终沉降量S，求某一固结历时t已完成的沉降St1、由k，av，e1，H和给定的t，算出Cv和时间因数Tv；2、利用图中的曲线或者表查出固结度U；3、再由公式求得StSU。（2）已知土层的最终沉降量S，求土层产生某一沉降量St所需的时间t1、平均固结度U=St/S；2、图或表中查得时间因数Tv；3、再按式t = H2 Tv / Cv求出所需的时间。第四章 土的抗剪强度土体强度的特点碎散性：强度不是颗粒矿物本身的强度，而是颗粒间相互作用 - 主要是抗剪强度与剪切破坏，颗粒间粘聚力与摩擦力三相体系：三相承受与传递荷载 - 有效应力原理 自然变异性：土的强度的结构性与复杂性影响土的摩擦强度的主要因素:密度、粒径级配、颗粒的矿物成分、粒径的形状、粘土颗粒表面的吸附水膜凝 聚 强 度细粒土：粘聚力c取决于土粒间的各种物理化学作用力作用机理：库伦力（静电力）、范德华力、胶结作用力和毛细力等影响因素：地质历史、粘土颗粒矿物成分、密度与离子浓度粗粒土：一般认为是无粘性土，不具有粘聚强度：当粗间有胶结物质存在时可具有一定的粘聚强度非饱和砂土，粒间受毛细压力，具有假粘聚力应力莫尔圆与强度包线强度包线以下：任何一个面上的一对应力s与t都没有达到破坏包线，不破坏与破坏包线相切：有一个面上的应力达到破坏与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度抗剪强度实验室内试验：1.直剪试验2.三轴试验等3.无侧限抗压试验重塑土制样或现场取样缺点：扰动 优点：应力和边界条件清楚，易重复野外试验：1.十字板扭剪试验2.大型直接剪切试验缺点：应力和边界条件不易掌握 优点：原状土的原位强度直剪试验的类型(1) 固结慢剪 施加正应力-充分固结/剪切速率很慢，0.02mm/分，/以保证无超静孔压(2) 固结快剪 施加正应力-充分固结/在3-5分钟内剪切破坏(3) 快剪 施加正应力后立即剪切/3-5分钟内剪切破坏直剪试验的优缺点优点：设备和操作简单缺点：人为固定剪切面/剪切面应力状态复杂应力(应变不均匀/主应力方向旋转)/剪切面积逐渐减小/排水条件不明确常规三轴试验优缺点单元体试验，试样内应力和应变相对均匀/应力状态和应力路径明确/排水条件清楚，可控制破坏面不是人为固定的设备操作复杂/现场无法试验/常规三轴试验不能反映2的影响十字板剪切试验一般适用于测定软粘土的不排水强度指标钻孔到指定的土层，插入十字形的探头通过施加的扭矩计算土的抗剪强度应优先采用三轴试验指标应按照不同土类和不同的固结排水条件，合理选用直剪试验指标 砂土：c, f 三轴CD试验与直剪试验（直剪偏大）粘土：有效应力指标：三轴CD或CU试验总应力指标：三轴CU、UU试验或直剪cq、q试验 液化机理（1）初始处于疏松状态（2）振动过程中处于悬浮状态孔压升高（液化）（3）振后处于密实状态第五章 土压力计算静止土压力系数测定方法： 1.通过侧限条件下的试验测定 2.采用经验公式K0 = 1-sin 计算 3.按相关表格提供的经验值确定朗肯土压力假设条件1.挡土墙背垂直、光滑 2.填土表面水平 3.墙体为刚性体无粘性土1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处粘性土主动土压力强度包括两部分1. 土的自重引起的土压力gzKa2. 粘聚力c引起的负侧压力2cKa库仑土压力基本假定1.墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c0)； 2.墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜； 3. 滑动破坏面为一平面（墙背AB和土体内滑动面BC）； 4.刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件；5.楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面上，抗强度均己充分发挥。即剪应力均已达抗剪强度f。朗肯理论与库伦理论的比较1.朗肯与库伦土压力理论均属于极限状态土压力理论。用这两种理论计算出的土压力都是墙后土体处于极限乎衡状态下的主动与被动土压力。 2.两种分析方法上存在的较大差别，主要表现在研究的出发点和途径的不同。朗肯理论是从研究土中一点的极限平衡应力状态出发，首先求出的是作用在土中竖直面上的土压力强度a或p及其分布形式，然后再计算出作用在墙背上的总土压力Ea和Ep， 因而朗肯理论属于极限应力法。库伦理论则是根据墙背和滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡状态，用静力平衡条件，先求出作用在墙背上的总土压力Ea或Ep，需要时再算出土压力强度a或p及其分布形式，因而库伦理论属于滑动楔体法。3.上述两种研究途径中，朗肯理论在理论上比较严密，但只能得到理想简单边界条件下的解答，在应用上受到限制。库伦理论显然是一种简化理论，但由于其能适用于较为复杂的各种实际边界条件，且在一定范围内能得出比较满意的结果，因而应用广泛。4.朗肯理论的应用范围：墙背垂直、光滑、墙后填土面水平，即a = 0， b = 0，d = 0。无粘性土与粘性土均可用。库伦理论的应用范围：用于包括朗肯条件在内的各种倾斜墙背的陡墙，填土面不限，即a ，b，d 可以不为零或等于零，故较朗肯公式应用范围更广。朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件建立的，采用墙背竖直、光滑、填土表面水平的假定，与实际情况存在误差，主动土压力偏大，被动土压力偏小库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件建立的，采用破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距（尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时）。三种土压力在实际工程中的应用挡土墙直接浇筑在岩基上，墙的刚度很大，墙体位移很小，不足以使填土产生主动破坏，可以近似按照静止土压力计算挡土墙产生离开填土方向位移，墙后填土达到极限平衡状态，按主动土压力计算。位移达到墙高的0.1%0.3%,填土就可能发生主动破坏。挡土墙产生向填土方向的挤压位移，墙后填土达到极限平衡状态，按被动土压力计算。位移需达到墙高的2%5%,工程上一般不允许出现此位移，因此验算稳定性时不采用被动土压力全部，通常取其30稳定性不满足要求时可采取哪些措施 增大墙体断面尺寸，加大G，但工程量增加； 墙背设计成仰斜式，减少土压力Ea ； 墙底面做砂石垫层，加大摩擦力； 墙底做逆坡，增加抗滑力；软土地基可在墙踵 底后加拖板抗滑； 挡土墙后加卸荷台， 减小土压力第六章 地基承载力临界荷载计算公式不足1）公式推导中假定k0 =1.0与实际不符，但使问题得以简化2）计算临界荷载p1/4 , p1/3时土中已出现塑性区，此时仍按弹性理论计算土中应力，在理论上是矛盾的。3）公式来源于条形基础，但用于矩形基础时是偏于安全的第七章天然地基上的浅基础浅基础： (1)埋深小于5m的柱基或墙基， (2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基，埋深大于5m， (3)不考虑侧面摩擦力荷载种类：永久(恒)荷载:(1)不随时间变化，(2)变化与均值比可以忽略，(3)单调变化并趋于极值。可变(活)荷载：变