1地基处理基础知识.ppt

1、水利工程地基处理 重庆交通大学 河海工程学院 吴 文 雪 Email: 2007.12,参考书目：,水利工程地基处理 刘川顺 武汉大学出版社 建筑地基处理技术及地基基础工程标准规范实施手册 中国建筑出版社 复合地基设计和施工指南 龚晓南 人民交通出版社 堤防除险加固实用技术 董哲仁 中国水利水电出版社,地基处理基础知识,第一节 水工地基处理的任务、目的和方法,地基处理的基本概念 水利工程特点 地基处理重要性 地基处理对象 地基处理方法和类型,场地是指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地。场地范围内及其邻近的地质环境都会直接影响着场地的稳定性。 地基是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的

2、场地。建筑物的地基所面临的问题有以下五方面：1）强度及稳定性问题；2）压缩及不均匀沉降问题；3）渗漏问题；4）液化问题；5）特殊土的特殊问题。当建筑物的天然地基存在上述五类问题之一或其中几个时，即须采用地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用。,第一节 水工地基处理的任务、目的和方法,特点： 承担挡水、蓄水和泄水的任务，因而对 水工建筑物的稳定、承压、防渗、抗冲、耐磨、抗冻、抗裂等性能都有特殊要求 。 对地基的要求比较严格，工程常处于地质条件比较复杂的地区和部位，地基处理不好就会留下隐患，事后难以补救，需要采取专门的 地基处理措施。,一、重要性,1大部分水工建筑破坏、失事：地基缺陷、设计问题

3、1.1软基水闸、泵房或渡槽：地基沉陷、不均匀沉降、结构开裂、闸门不能开启、水泵不能运用、建筑倒塌。 1.2砂砾石、粉细砂地基：不采取适当的防渗排水措施则可能渗透变形、地基淘空、建筑倾覆、堤坝塌陷、滑坡,二、处理对象,对象： 软弱地基、高压缩性地基、强透水地基我国建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）中规定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基”。 常见类型： 1.软土 2.冲填土 3.杂填土松 4.散粉细砂及粉质砂土 5.砂卵石地基 6.特殊土地基,软土,包括淤泥及淤泥质土 特点： 1.含水量高、孔隙比大、压缩性高、内摩擦角小；承载力低、地基变形大。

4、2.渗透系数小、固结排水慢、沉降时间长达数年至数十年。,冲填土,亦称吹填土：是指在整治和疏浚河道和湖塘时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂或淤泥吸取并输送到岸边形成的沉积土。 特点： 欠固结、压缩性高、强度低，一般需要经过人工处理才能作为建筑物基础。,杂填土,建筑垃圾、生活垃圾和工业废料等无规则堆填物。 特点： 1.成分复杂、结构松散、分布不均；均匀性差、压缩性大、强度低。 2.未经人工处理不得作为建筑持力层,松散粉细砂及粉质砂土,特点： 1.若侵水饱和，在地震及震动下易液化流砂，承载力骤降。 2.渗透力作用下易流土变形。,砂卵石地基,特点： 1.承载力满足要求。 2.透水性强、易发生管涌。 砂卵石地

5、基（含粉细砂）必须采取防渗排水措施。 管涌：在渗流动水压力作用下，砂卵石地基中砂、土等颗粒被渗流带走，形成较大的渗流通道，出现砂、水涌出的现象。,特殊土地基,包括湿陷性黄土、膨胀土、冻土等 特点：地区性 1.湿陷性黄土：侵水后土的结构迅速破坏，沉陷显著，产生不均匀沉降。 2.膨胀土：吸水显著膨胀、失水显著收缩，使地基隆起或下沉。 3.冻土：季节性冻土周期性冻融循环，造成建筑物不均匀沉降。,水工地基处理目的,提高地基承载力 控制地基沉降和不均匀沉降 防止地基渗透变形,三、地基处理方法和类型,三、地基处理方法和类型,第二节 土的物理性质指标与土的工程分类,土的物理性质指标 土的物理状态指标 土的工

6、程分类,土的物理性质指标,1.容重（） 具有天然结构和湿度的土重（W）与其体积（V）之比。 =W/V （g/cm3或KN/m3） 2.含水量（） 土中水重（W ）与固体颗粒重（Ws）之比。 = W / Ws100%,土的物理性质指标,3.干容重（d） 土的固体颗粒重与土体积之比。 d =Ws/V （g/cm3或KN/m3） 4.土粒比重（Gs） 土的固体颗粒重与其同体积水重之比即土的比重。 Gs= W s / Vs*1/= s/,土的物理性质指标,5.孔隙比（e） 6.孔隙率 7.饱和度,土的物理性质指标,8.饱和容重（sat） 9.浮容重（ ）,土的物理状态指标,1.无黏性土的相对密实度（D

7、r）,土的物理状态指标,2.黏性土的液性指数（IL）,WP塑性下限或塑限：半固态和塑态的界限含水量。 WL塑性上限或液限：塑态与流态的界限含水量。 二个界限含水量的差值为塑性指数，Ip=WLWP,土的物理状态指标,2.黏性土的液性指数（IL）,土的物理状态指标,3. 土的不均匀系数（Cu）,土的工程分类,分类体系繁杂、不统一 我国目前倾向按土的颗粒组成、塑性指标划分 粒组划分,土的工程分类,按塑性指数分类,第三节 土的压缩性与基础沉降,一、基本概念 二、基础沉降量计算,第三节 土的压缩与基础沉降,一、基本概念 土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。 基础沉降：建筑物地基受上部荷载作用而产生

8、的垂直压缩变形。 体积变形：正应力引起，体积缩小压密而不破坏。 形状变形：剪应力引起，超过一定限度，将产生剪切破坏。 体积压缩原因：土粒本身压缩变形、孔隙水压缩变形、孔隙压缩变形。,第三节 土的压缩与基础沉降,压缩性指标 土的压缩曲线 压缩系数,第三节 土的压缩与基础沉降,压缩性指标 土的e-lgp曲线 压缩指数Cc,第三节 土的压缩与基础沉降,二、基础沉降量计算 基础最终沉降量：地基在荷载作用下达到完全固结时的沉降量。 方法：分层总和法、规范法、弹性理论法和数值分析法。,第三节 土的压缩与基础沉降,分层总和法 将地基沉降计算深度划分为若干个薄层，分别计算出各薄层的压缩量，然后求其总和。（软土

9、：计算值小于实测值；坚硬土层：计算值大于实测值） 规范法 在分层总和法的基础上，采用平均附加应力，引入沉降计算经验系数。,第四节 土的抗剪强度,土的抗剪强度f：土体在外力作用下所能抵抗剪切破坏的极限剪应力。由粘聚力和内摩擦力组成。 库仑定律：,第四节 土的抗剪强度,有效应力法：用剪切面上的有效法向应力, 来表达土的抗剪强度的方法。 天然土体中的孔隙水压力难以测准，常用总应力法和总应力强度指标、C 来分析。,第四节 土的抗剪强度,三轴剪切试验：不固结不排水剪（简称不排水剪UU）、固结排水剪（简称排水剪CD）和固结不排水剪（CU）三种。 直剪试验：快剪（Q）、慢剪（S）和固结快剪（CQ）三种。 指

10、标选用：结合工程实际，考虑土体的受力情况、应力分布以及排水条件等因素，尽量选用实际工程条件与试验相一致的强度指标。,第四节 土的抗剪强度,指标选用 1） 如地基为不易排水的饱和软粘土，施工进度较快，可选用不排水剪强度指标u、Cu或快剪强度指标q、Cq 。 2) 如地基容易排水固结，而施工进度又较慢，可选用排水剪强度指标d、Cd或慢剪强度指标s、Cs。 3) 如建筑物竣工已较久，荷载又突然增大，可选用固结不排水剪强度指标cu、Ccu 。 4) 若分析土坝坝体的稳定性时，施工期可选用不饱和快剪强度指标，运行期间可选用固结快剪强度指标。,第五节 地基承载力,地基承载力的确定方法： 理论公式计算 根据

11、土性查规范（修正） 现场载荷试验和静力触探 通常由地勘确定提供给设计,第六节 土的渗透性,达西定律 土的渗透系数 土的渗透变形,第六节 土的渗透性,达西定律,第六节 土的渗透性,土的渗透系数,第六节 土的渗透性,土的渗透系数,第六节 土的渗透性,土的渗透变形 渗透力：渗透水流作用在单位土体内土粒上的拖曳力。 土的渗透变形：当渗流力大到一定程度，土体表面局部上浮隆起或渗透水流拖曳土粒移动，造成地基或堤坝等土工建筑物中土的流失的现象。,第六节 土的渗透性,渗透变形的形式：流土、管涌 、接触冲刷 、接触流土 流土：在向上渗透力作用下，局部土体上浮隆起或土颗粒群同时起动而流失的现象称为流土。 粘性土发

12、生流土破坏的外观表现为：土体隆起、鼓胀、浮动、断裂等。 无粘性土发生流土破坏的外观表现是：泉眼（群）、砂沸、土体翻滚最终被渗透托起等。,第六节 土的渗透性,流土,第六节 土的渗透性,管涌：在渗透力的作用下，土体中的细颗粒（填料颗粒）沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体，这种现象叫管涌。它通常发生在砂砾石地层中。 接触冲刷：渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为接触冲刷。如穿堤建筑物与堤身的结合面和裂缝的渗透破坏等。 接触流土：渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的颗粒带入另一土层的现象称为接触流土。这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大的两种土层的接触带，如反滤层的机

13、械淤堵等。,第六节 土的渗透性,渗透变形判别： 砂卵（砾）石土：管涌 粘性土：流土 无粘性土：流土、管涌,第六节 土的渗透性,无粘性土管涌和流土按土颗粒组成判别,注：Cu为土的不均匀系数，Cu=d60/d10；Pz为小於颗粒级配曲线上断裂点A的粒径含量； d60为过筛重量占60%的颗粒直径，d10为过筛重量占10%的颗粒直径。,第六节 土的渗透性,无粘性土按其细粒含量及孔隙率判别： n为孔隙率;pf为小于无粘性土中粗细颗粒分界粒径df的土粒百分比含量。 d15、d85分别为土颗粒级配曲线上小于含量15%、85%的颗粒的粒径。,第六节 土的渗透性,土的抗渗强度 土的抗渗强度表明了土体抵抗渗透破坏

14、的能力，包括抗渗临界坡降和允许坡降。允许坡降JB由临界坡降JC除以安全系数得到。土的抗渗强度决定于土的性质和渗流条件（渗透破坏形式）两个方面。,第六节 土的渗透性,发生流土的临界坡降： 无粘性土： a.太沙基流土临界坡降公式 b.王韦流土临界坡降公式 粘性土： a.中国水科院流土临界坡降公式,第六节 土的渗透性,a.太沙基流土临界坡降公式： JC=(s/w-1)(1-n) s为土颗粒的容重，w为水的容重，n为土体的孔隙率。 由公式求得的JC偏小，大约小于试验值的15%25%，因为在该式中没有考虑土的抗剪强度的影响（包括内摩擦角和凝聚力两个方面），因此也是偏于安全的。,第六节 土的渗透性,b.王韦流土临界坡降公式： JC=(s/w-1)(1-n)（1+tan） s为土颗粒的容重，w为水的容重，n为土体的孔隙率，为内摩擦角，为侧压力系数。 考虑了土的有效重力引起的侧压力所产生的摩阻力。,第六节 土的渗透性,中国水科院流土临界坡降公式：,第六节 土的渗透性,发生管涌的临界坡降： 计算管涌临界坡降的公式目前还不成熟，因此一