土力学与基础工程学习报告.doc

土力学与基础工程学习报告、 学生姓名 指导教师 学 院 专业名称 班级 学号 2013年6月10日通过一学期对土力学与地基基础工程的学习，了解到土力学这门课程中主要是研究土体的变形、强度和渗透特性等内容。土力学具有两方面特征。首先，作为一门力学课程，主要是利用力学的基本原理去解决问题。比如理论力学、材料力学、弹性力学等内容。第二，土力学作为研究土体的一门专门的力学，所研究的问题具有鲜明的土的特征。从土体本身的特性，如散碎性、三相体系、自然变异性推导其出力学特性：变形特性、强度特性以及渗透特性。研究方法是将连续介质力学的基本知识和描述碎散体特性的理论（压缩性、渗透性、粒间接触、强度特性）结合起来，研究土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题。首先第一章 土的物理性质及工程分类这章讲述的是土的生成和组成、土的物理性质指标、黏性土的物理性质和土的压实性及土的工程分类。土的成因类型建筑工程中遇到的地基土，多数属于第四纪沉积物;它是原岩受到风化作用，经剥蚀、搬运、沉积而未结硬的松散沉积物。按其成因类型分为：残积土、坡积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。1.残积土残积土是岩石经物理风化而残留于原地的碎屑堆积物。其成分与母岩相关，由于未经搬运，碎屑物呈棱角状，不均匀，无层理，具有较大的孔隙。2.坡积土风化碎屑物由水流沿斜坡搬运，或由本身重力作用在斜坡上或坡脚处堆积而成。坡积土颗粒分选性差，层理不明显，厚度变化较大，在陡坡上较薄，坡脚地段较厚。由于坡积土堆积于倾斜的山坡上，容易沿基岩面发生滑动;为不良地质条件。3.冲积土分洪积和冲积两类。由于暴雨或融雪等暂时性洪流，把山区或高地堆积的风化碎屑物携带到山谷冲沟出口处或山前平原堆积而成的为洪积土。这类土的主要特征是颗粒具有一定的分选性;在洪积扇顶部颗粒较粗，而边缘处颗粒较细。由于历次洪水能量不尽相同，因此洪积物常具有不规则的交错状层理，透镜体和夹层。一般离山前较近的洪积土具有较高的强度，常为较好的地基;离山前较远的地段，颗粒较细，成分均匀，厚度较大，地下水埋藏较深，通常也是较好的地基。但在上述两部分之间地区，常因地下水溢出地面而形成沼泽地带，是不良的建筑地基。河流流水冲刷两岸基岩及其上的覆盖物，经搬运沉积在河流坡降平缓地带而形成的为冲积土。冲积土的主要特征，在河流上游颗粒较粗，向下逐渐变细，分选性和磨圆度较好，具有明显的层理构造。冲积土又可分为山区河流冲积土、平原河流冲积土和三角洲冲积土等类型。山区河谷两岸陡峭、河流流速很大，故沉积物颗粒较粗，大多为砂粒所充填的卵石、圆砾等。河谷宽阔处有河漫滩冲积物，多为含教土的砾石层，有倾斜层理，厚度不大。土的透水性大，压缩性小，是良好的建筑物地基。平原河床两侧|建设工程教育网|是宽广的河漫滩。河流受地壳运动而变化时，形成平台状河流阶地。河床沉积物特征大多为中密的砂砾，压缩性较低，承载力较高。河漫滩沉积物下层常为砂、卵石层与河床沉积物相连，上层为河流泛滥的沉积物，颗粒较细并夹有局部淤泥、泥炭等软弱土层，地下水埋藏浅，压缩性大承载力低，是不良的建筑地基。河流阶地沉积物是河床沉积物和河漫滩沉积物上升演变而来，由于经过干燥作用，土的强度一般较高。在河流入湖或入海口，携带的大量细小颗粒沉积下来，形成面积广而厚度很大的三角洲沉积土，在三角洲地带，地下水位很高，水系密布，沉积土由含水量较大的软黏性土所组成，呈饱和状态，压缩性高，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。4.淤积土在静水或缓慢的流水环境下沉积，并伴有生物化学作用而成的。如海相、湖泊相、沼泽相沉积的土。土的颗粒以粉粒和教粒为主，且含有一定数量的有机质或盐类;土质松软，含水量高，有时为淤泥质结性土、粉土与粉砂互层，具有清晰的薄层理。沼泽土主要含有半腐烂的植物残余体(泥炭)组成，含|建设工程教育网|水量极高(可超过百分之百)，压缩性高且不均匀。因此，永久性建筑物不宜以泥炭层作为地基。5.冰积土和风积土由冰川搬运堆积而成的土称为冰积土。这类土的颗粒以巨大块石、碎石、砂、粉土、教性土混合组成，分选性极差，无层理。风积土是在干旱气候条件下，碎屑物被风吹扬，降落堆积而成。颗粒以粉粒为主，土质均匀、孔隙大，结构松散。第二章 土的渗透性与渗流讲述了土的渗透性与渗流的基本概念及达西定律、土的渗透系数、有效应力原理、渗透力和渗透稳定性二维渗流与流网简介。 土是一种由碎散矿物颗粒组成，并具有连续孔隙的多孔介质。水是土的三相组成部分之一。当土中孔隙完全被水饱和时，由于水所处位置的不同，存在能量的差异，水就从高位向低位流动。水通过土中连续孔隙流动称为渗流。土被水渗流通过的性能称为渗透性。水在土孔隙中渗流，水与土相互作用，必然导致土体中应力状态的改变、变形和强度特性的变化，甚至出现水体的渗漏和土的渗流变形等，从而影响建筑地基的变形与稳定达西渗透定律水在土中渗流，只要存在一定的水力梯度，水就沿着渗透路径以一定的流速流动，或产生一定的渗流量。在不同性质的土中，水的流速或流量的大小差别很大，这是因为各类土的颗粒大小、外形及其孔隙的形态十分复杂，对水流的阻力大小差异甚大的缘故。因此，土中的渗透流速、渗流量和水力梯度与土性质的相互关系是研究土中渗流最基本的问题，也是工程上有实用意义的问题。由于水流通过曲折连通孔隙中流动，在孔隙中真实的渗透路径和真实的水流速度是难以度量的，然而水流通过孔隙流过的流量却是可度量的。据此，达西于1856年用图323的试验装置，在稳定流和层流条件下，用粗颗粒土进行了大量的渗透试验，测定水流通过土试样单位截面积的渗流量，获得了渗流量与水力梯度的关系，从而得到渗流速度与水力梯度和土的渗透性质的基本规律，即渗流的基本规律达西渗透定律。试验装置主要包括一个竖立的开口圆筒，筒底部为碎石，上覆多孔滤板，粗颗粒土试样置于滤板之上，断面积为A，长度为L，两测压管分别置于试样的两端部1和2过水断面处。水从上部进水管a注入筒内，并装有溢流装置，保持上部水位稳定不变；下部装有泄水管d及阀门和量水容器。第三章 土的应力和地基沉降量计算讲述了土的自重应力计算基地压力计算、土的附加应力计算、土的压缩性、地基最终沉降量计算及地基变形和时间的关系。 土的自重应力：土的自重应力一般是指土的自身有效重力在土体中引起的应力。地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。若土层位于地下水位以下，则应以地下水位面作为分层界面，计算土的自重应力时，界面以下土层应扣除浮力影响。 土压缩性是指土受压时体积压缩变小的性质。一般认为，这主要是由于土中孔隙体积被压缩而引起的。常用压缩系数来反映土压缩性的大小。土的压缩性直接影响地基的变形值。 第4章 土的抗剪强度与浅基础的地基承载力主要讲述的是土的抗剪强度理论、孔隙压力系数、无黏性土的抗剪强度、地基临塑载荷和临界载荷。土的抗剪强度，土体抵抗剪切破坏的能力。土可以由于拉力过大而开裂，也可以由于剪力过大而破坏。土体中各点的抗剪强度或所承受的剪应力都可以是不均匀的。因此，土体的剪切破坏可能是整体破坏，也可能是局部破坏。工程上有许多情况（如地基承载力、土坡稳定以及挡土墙的土压力等）主要考虑剪切问题。而在粘性土坡稳定性的分析中则要考虑三个问题：计算方法、抗剪强度 和安全系数的确定，三者是互相关联和协调的。 地基发生整体剪切破坏时的压力被称为临塑荷载和临界荷载。临塑荷载（比例界限）： 指基础边缘地基中刚要出现塑性区时基底单位面积上所承担的荷载，它相当于地基从压缩阶段过渡到剪切阶段时的界限荷载，即P-S曲线上a点所对应的荷载，称为地基临塑荷载 。临塑荷载和临界荷载不是一个固定值，而是与破坏区的大小相对应的。第5章 土压力与土坡稳定性主要讲述了挡土墙的压力、朗肯土压力理论、库伦土压力理论、土坡的稳定性分析。土压力建筑学术语，指土体作用在建筑物或构筑物上的力，促使建筑物或构筑物移动的土体推力称主动土压力；阻止建筑物或构筑称移动的土体对抗力称被动土压力。土压力是指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。挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用，由于土压力是挡土墙的主要外荷载。因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。土压力的计算是个比较复杂的问题。它随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。库伦于1776年根据研究挡土墙墙后滑动土楔体的静力平衡条件，提出了计算土压力的理论。他假定挡土墙是刚性的，墙后填土是无粘性土。当墙背移离或移向填土，墙后土体达到极限平衡状态时，填后填土是以一个三角形滑动土楔体的形式，沿墙背和填土土体中某一滑裂平面通过墙踵同时向下发生滑动。根据三角形土楔的力系平衡条件，求出挡土墙对滑动土楔的支承反力，从而解出挡土墙墙背所受的总土压力。 已知墙背AB倾斜，与竖直线的夹角为，填土表面AC是一平面，与水平面的夹角为，若墙背受土推向前移动，当墙后土体达到主动极限平衡状态时，整个土体沿着墙背AB和滑动面BC同时下滑，形成一个滑动的楔体ABC。假设滑动面BC与水平面的夹角为，不考虑楔体本身的压缩变形。取土楔ABC为脱离体，作用于滑动土楔体上的力有：是墙对土楔的反力P，其作用方向与墙背面的法线成角(角为墙与土之间的外摩擦角，称墙摩擦角)；是滑动面PC上的反力R，其方向与BC面的法线角(为土的内摩擦角)；是土楔ABC的重力W。根据静力平衡条件W、P、R三力可构成力的平衡三角形。利用正弦定理，得：P/sin(-)=W/sin180-(+-)所以 P=W sin(-)/sin(+-) (1)其中 =90-(+)假定不同的角可画出不同的滑动面，就可得出不同的P值，但是，只有产生最大的P值的滑动面才是最危险的假设滑动面，P大小相等、方向相反的力，即为作用于墙背的主动土压力，以Pa表之。对于已确定的挡土墙和填土来说，、和均为已知，只有角是任意假定的，当发生变化，则W也随之变化，P与R亦随之变化。P是的函数，按 d P/d=0的条件，用数解法可求出P最大值时的角，然后代入式(1)求得主动土压力。第6章 岩土工程勘察主要讲述了岩土工程勘察的概念、内容及任务和勘察方法。 岩土工程勘察（Geotechnical investigation）工作是设计和施工的基础。若勘察工作不到位，不良工程地质问题将揭露出来，即使上部构造的设计、施工达到了优质也不免会遭受破坏。不同类型、不同规模的工程活动都会给地质环境带来不同程度的影响；反之不同的地质条件又会给工程建设带来不同的效应。岩土工程勘察的目的主要是查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建筑地区做出工程地质评价。岩土工程勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性态的影响，并结合工程设计、施工条件以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提交处岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议，并提出基础、边坡等工程的设计准则和岩土工程施工的指导性意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程。岩土工程勘察应分阶段进行。岩土工程勘察可分为可行性研究勘察（选址勘察）、初步勘察和详细勘察三阶段，其中可行性研究勘察应符合场地方案确定的要求；初步勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求；详细勘察应符合施工设计的要求。根据勘察对象的不同，可分为：水利水电工程（主要指水电站、水工构造物的勘察）、铁路工程、公路工程、港口码头、大型桥梁及工业、民用建筑等。由于水利水电工程、铁路工程、公路工程、港口码头等工程一般比较重大、投资造价及重要性高，国家分别对这些类别的工程勘察进行了专门的分类，编制了相应的勘察规范、规程和技术标准等，通常这些工程的勘察称工程地质勘察。因此，通常所说的“岩土工程勘察”主要指工业、民用建筑工程的勘察，勘察对象主体主要包括房屋楼宇、工业厂房、学校楼舍、医院建筑、市政工程、管线及架空线路、岸边工程、边坡工程、基坑工程、地基处理等。岩土工程勘察的内容主要有：工程地质调查和测绘、勘探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测，最终根据以上几种或全部手段，对场地工程地质条件进行定性或定量分析评价，编制满足不同阶段所需的成果报告文件。第7章 浅基础主要讲述了浅基础的类型、地基承载力的确定、基础底面尺寸确定。箱形基础简介、十字交叉基础等内容。 浅基础一般指基础埋深小于5m，或者基础埋深小于基础宽度的基础。 浅基础的类型其基础竖向尺寸与其平面尺寸相当，侧面摩擦力对基础承载力的影响可忽略不计。浅基础根据结构形式可分为扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。扩展基础墙下条形基础和柱下独立基础统称为扩展基础。扩展基础的左右是把墙或柱下的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力的要求，扩展基础包括无筋扩展基础和钢筋混凝土扩展基础。1墙下条形基础。（1）刚性条形基础：是墙基础中常见的形式，通常用砖或毛石砌筑。为保证基础的耐久性，砖的强度等级不能太低，在严寒地区宜用毛石；毛石需用未风化的硬质岩石。砌筑的砂浆，当土质潮湿或有地下水时要用水泥砂浆。刚性基础台阶宽高比及基础砌体材料最低强度等级的要求，有规范规定。（2）墙下钢筋混凝土条形基础：当基础宽度较大，若再用刚性基础，则其用料多、自重大，有时还需要增加基础埋深，此时可采用柔性钢筋混凝土条形基础，使宽基浅埋。如果地基不均匀，为增强基础的整体性和抗弯能力，可采用有肋梁的钢筋混凝土条形基础，肋梁内配纵向钢筋和箍筋，以承受由不均匀沉降引起的弯曲应力。2柱下独立基础。是柱基础中最常用和最经济的形式。也可分为刚性基础和钢筋混凝土基础两大类。刚性基础可用砖、毛石或素混凝土，基础台阶高宽比（刚性角）要满足规范规定。一般钢筋混凝土柱下宜用钢筋混凝土基础，以符合柱与基础刚接的假定。联合基础联合基础主要指同列相邻两柱公共的钢筋混凝土基础，即双柱联合基础。在为相邻两柱分别配置独立基础时，常因其中一柱靠近建筑界限，或因两柱间距较小，而出现基地面积不足或者荷载偏心过大等的情况，此时可考虑采用联合基础。联合基础也可用于调整相邻两柱的沉降差或防止两者之间的相向倾斜等。柱下条形基础当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向上若干柱子的基础练成一体而形成柱下条形基础种基础抗弯刚度大，因而具有调整不均匀沉降的能力。柱下交叉条形基础如果地基软弱且在两个方向上分布不均，需要基础在两个方向都具有一定的刚度来调整不均匀沉降，则可在柱网下纵横两向分别设置钢筋混凝土条形基础，从而形成柱下交叉条形基础。筏型基础当柱下交叉条形基础底面积占建筑物平面面积的比例较大，或者建筑物在使用上有要求时，可以再建筑物的柱、墙下做成一块满堂的基础，就是筏型基础。此基础用于多层与高层建筑，分平板式和梁板式。由于其整体刚度相当大，能将各个柱子的沉降调整得比较均匀。此外还具有跨越地下浅层小洞穴、增强建筑物的整体抗震性能，作为地下室、油库。水池等的防渗地板等的功能。箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和纵横墙体组成的整体结构，其抗弯刚度非常大，只能发生大致均匀的下沉，但要严格避免倾斜。箱形基础是高层建筑广泛采用的基础形式。但其材料用量较大，且为保证箱基刚度要求设置较多的内墙，墙的开洞率也有限制，故箱基作为地下室时，对使用带来一些不便。因此要根据使用要求比较确定。壳体基础为了充分发挥混凝土抗压性能好的优点，可将基础的形式做成壳体。常见的形式有：正圆锥壳、M型组合壳和内球外锥壳。其优点是材料省、造价低。但是施工工期长、工作量大且技术要求高。第八章 桩基础及其他深基础这章主要讲述了桩基础的类型、群桩竖向承载力、桩基水平承载力与位移计算及其他深基础。桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中，桩基础应用广泛。 按照基础的受力原理大致可分为摩擦桩和端承桩。摩擦桩：系利用地层与基桩的摩擦力来承载构造物并可分为压力桩及拉力桩，大致用于地层无坚硬之承载层或承载层较深。端承桩：系使基桩坐落于承载层上（岩盘上）使可以承载构造物。按照施工方式可分为预制桩和灌注桩。预制桩：通过打桩机将预制的钢筋混凝土桩打入地下。优点是材料省，强度高，适用于较高要求的建筑，缺点是施工难度高，受机械数量限制施工时间长。灌注桩：首先在施工场地上钻孔，当达到所需深度后将钢筋放入浇灌混凝土。优点是施工难度低，尤其是人工挖孔桩，可以不受机械数量的限制，所有桩基同时进行施工，大大节省时间，缺点是承载力低，费材料。第9章 地基处理主要讲述的的是预压法、振冲法、化学加固法、挤密法等内容 地基处理一般是指用于改善支承建筑物的地基（土或岩石）的承载能力或抗渗能力所采取的工程技术措施。 地基处理主要分为基础工程措施和岩土加固措施。有的工程，不改变地基的工程性质，而只采取基础工程措施；有的工程还同时对地基的土和岩石加固,以改善其工程性质。选定适当的基础形式,不需改变地基的工程性质就可满足要求的地基称为天然地基；反之，已进行加固后的地基称为人工地基。地基处理工程的设计和施工质量直接关系到建筑物的安全，如处理不当，往往发生工程事故，且事后补救大多比较困难。因此，对地基处理要求实行严格的质量控制和验收制度，以确保工程质量。