土力学与地基基础

1、一、 名词解释1. 土力学：是研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科，是工程力学的一个分支。为工程地质学研究土体中可能发生的地质作用提供定量研究的理论基础和方法。主要用于土木、交通、水利等工程。2. 地基：地基是指建筑物下面支承基础的土体或岩体。3. 基础：是指建筑物地面以下的承重结构，如基坑、承台、框架柱、地梁等。4. 软弱下卧层：在持力层以下受力层范围内存在软土层,其承载力比持力层承载力小得多,该软土层称为软弱下卧层。5. 土体：土体不是由单一而均匀的土组成的，而是由性质各异、厚薄不等的若干土层以特定的上下次序组合在一起。因而土体不是简单的土层组合.而是与工

2、程建筑的安全、经济和正常使用有关的土层组合体。6. 界限粒径：界限粒组的物理意义是划分粒组的分界尺寸7. 土的颗粒级配：又称（粒度）级配。由不同粒度组成的散状物料中各级粒度所占的数量。常以占总量的百分数来表示。8. 界限含水量：通常是指土的液限、塑限和缩限。众所周知，液限和塑限是粘性土极为重要的指标，是粘性土工程分类的主要依据，和天然含水量一起，是估价土的工程特性的主要参数。9. 土的灵敏度：是指原状土强度与扰动土强度之比,ST=原状土强度/扰动土强度。10.自重应力：是岩土体内由自身重量引起的应力。11.基底压力：建筑物的荷载通过自身基础传给地基，在基础底面与地基之间便产生了荷载效应(接触应

3、力)。12.基底附加压力：是指建筑物建造后，基底接触压力与基底处土自重应力之差，一般将其作为作用于弹性半空间表面上的局部荷载，并根据弹性理论来求算地基中的附加应力。13.地基附加应力：是指荷载在地基内引起的应力增量。14. 土的压缩性：是指土受压时体积压缩变小的性质。15. 土的固结：是指松散沉积物转变为固结岩石的过程。16. 压缩系数：是描述物体压缩性大小的物理量。17. 压缩模量Es：是指在侧限条件下受压时压应力z与相应应变qz之比值。18. 沉降差：不同基础或同一各点间的相对沉降量。19.土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限强度,包括内摩擦力和内摩擦角(粘性土还包括其粘聚力C)。二、简

4、答1. 地基基础设计的基本要求答：1、作用于地基上的荷载效应（基底压应力）不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值，保证建筑物不因地基承载力不足造成整体破坏或影响正常使用，具有足够防止整体破坏的安全储备； 2、基础沉降不得超过地基变形容许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用； 3、挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。2. 岩石的风化种类答：1）未风化：岩质新鲜，偶见风化痕迹。2）微风化：结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。3）中等风化：结构部分破坏，沿节理面有次生矿物、风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进。4）强风化：

5、结构大部分被破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。5）全风化：结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。6）残积土：组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性。3. 第四纪沉积物有哪些答：第四纪沉积物成因类型主要有残积物、坡积物和洪积物。残积物是由岩石风化后，未经搬运而残留于原地的土，而另一部分则被风和降水所带走。它处于岩石风化壳的上部，是风化壳中的剧风化带，向下则逐渐变为半风化的岩石。坡积物是残积物经水流搬运，顺坡移动堆积而成的土。即是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀，顺着斜坡向下逐渐移动、沉积

6、在较平缓的山坡上而形成的沉积物。洪积土是山洪带来的碎屑物质，在山沟的出口处堆积而成的土。由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物。4. 什么是土的结构，有哪些？答：在岩土工程中，土的结构是指土粒单元的大小、形状、互相排列及其联结关系等因素形成的综合特征。分为以下三种基本结构类型：1单粒结构2蜂窝结构3絮凝结构。5. 土的构造及其特征答：土的结构是指由土粒单元大小、矿物成分、形状、相互排列及其关联关系，土中水的性质及孔隙特征等因素形成的综合特征。基本类型一般分为单粒结构、蜂窝结（粒径0.07

7、50.005mm）、絮状结构（粒径0.005mm）。单粒结构：土的粒径较大，彼此之间无连结力或只有微弱的连结力，土粒呈棱角状、表面粗糙。蜂窝结构：土的粒径较小、颗粒间的连接力强，吸引力大于其重力，土粒停留在最初的接触位置上不再下沉。絮状结构：土粒较长时间在水中悬浮，单靠自身中重力不能下沉，而是由胶体颗粒结成棉絮状，以粒团的形式集体下沉。6. 粒组划分的标准答：天然土是由无数大小不一、形状各异且变化悬殊的土粒组成.各种不同粒径的土粒在土中的比例不同,直接影响着土的性质.工程上通常把大小相近、性质相似的土粒划分成若干组,这种组别称为粒组,划分粒组的分界粒径称为界限粒径.按照界限粒径的大小,将土粒划

8、分为六个粒组：漂石（块石）、卵石(碎石)、砾粒、砂粒、粉粒、粘粒7. 土中的水答：的存在形式多种多样，大致可分为液态水、气态水及固态水三类。不同类型的水对土的工程特性起着不同的作用，其中较重要的是结合水、毛细水和重力水。8.土的物理性质指标有哪些？哪些是基本指标？哪些是换算指标？答：常用的土的物理性质指标主要有：颗粒组成、比重（Gs）、湿密度()、干密度(d)、含水率()、界限含水率(塑限含水率P、液限含水率L)、孔隙率n、有效孔隙率ne、饱和度Sr、不均匀系数Cu等。两类物理指标: 一类是必须通过试验测定的,如含水率、密度和土粒 比重,称为直接指标; 另一类是根据直接指标换算的,如孔隙比、孔

9、隙。9. 土分类的目的与原则答：土分类的目的在于通过分类来认识和识别土的种类，并针对不同类型的土进行研究和评价，以便更好地利用和改造土体，使其适应和满足工程建设需要。土的工程分类的原则和方法土的工程分类是指根据工程建设的需要,将工程用土按种属关系划分为各种类别。10.简述任意点的垂直附加应力计算方法角点法答：附加应力是指荷载在地基内引起的应力增量。是使地基失去稳定产生变形的主要原因。通常采用布辛涅斯克理论公式计算。土中附加应力随着深度的增大而减小，在基础底面处其值与基底附加应力相等，且应力分布是从基底位置开始；土中附加应力分布存在应力扩散现象，距地面越深，应力分布的范围越大，即附加应力可以分布

10、在荷载面积范围以外。当基础底面形状不规则时， 附加应力计算的常规方法有3种：将基底划分为若干个小面积，把小面积上的荷载当成集中力，然后利用布辛涅斯克竖向应力解计算各集中力在计算点处产生的附加应力，最后叠加求得结果，该方法可称为集中力叠加法；以矩形均布荷载角点下应力解为基础，将基底划分为若干个矩形，利用矩形面积角点下附加应力公式计算各分块荷载效应，最后叠加，该方法称为角点法；NewMark感应图法，按照不同相对比例绘制感应图和基础底面图，套图、数块得到所需位置的附加应力。对于形状不规则的荷载，集中力叠加法和角点法由于计算区域的分割，将使计算量数倍乃至数十倍增加。特别是角点法，计算点位于矩形之外时

11、需要进行 4次角点计算，利用加减组合求得该矩形的荷载效应。在工程应用中，仍以集中力叠加法和角点法的应用最为广泛。尤其是角点法，已成为国内各种地基基础规范中进行地基中附加应力计算的推荐方法。同时，规范中以角点法的计算为基础，通过其与实测沉降的对比分析，得出不同条件下的沉降修正系数，使得角点法成为具有一整套体系的规范方法。当计算区域为矩形时，应用角点法最为便利。 11. 地基土产生压缩的原因答：地基上的“附加应力”是产生地基压缩变形的唯一原因。12. 地基最终沉降的分层总和法答：1,、根据有关要求和土体性质进行地基分层 2、计算分层出的自重应力，地下水位以下取有效重度进行计算 3、计算各分层点的附

12、加应力，并求出各分层界面处附加应力的平均值 4、各分层自重应力平均值和附加应力平均值之和作为该分层受压后所受总应力 5、确定压缩层厚度 6、计算各分层的压缩量 7、计算基础平均最终沉降量13. 沉降观测点的布设答：沉降观测点是指对被观测物体的高程变化所进行的测量中所使用的观测点。沉降观测点的施测精度应符合高程测量精度等级有关规定，未包括在水准线路上的观测点，应以所选定的测站高差中误差作为精度要求施测。沉降观测点的布设应能全面反映建筑物的地基变形特征，并结合地质情况及建筑结构特点确定。沉降观测点的布设应满足以下要求：1沉降观测点的位置(1)建筑物的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙每1020 m

13、处或每隔23根柱基上。(2)高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。(3)建筑物裂缝、后浇带和沉降缝两侧，基础埋深相差悬殊处，人工地基与天然地基接壤处，不同结构的分界处及填挖方分界处。(4)宽度大于等于15 m或小于15 m而地质复杂及膨胀土地区的建筑物，应在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点。(5)邻近堆置重物处、受震动有显著影响的部位及基础下的暗沟处。(6)框架结构建筑的每个或部分柱基上或纵横轴线上。(7)筏形基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置。(8)重型设备基础和动力设备基础的四角、基础形式或埋深改变处及地质条件变化处两侧。(9)电视塔、

14、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，应设在沿周边与基础轴线相交的对称位置上，点数不少于4个。2沉降观测点的埋设形式沉降观测的标志可根据不同的建筑结构类型和建筑材料，采用墙（柱）标志、基础标志和隐蔽式标志（用于宾馆等高级建筑物）等形式。各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点，并涂上防腐剂。标志的埋设位置应避开有碍设标与观测的障碍物（如雨水管、窗台线、暖气片、暖水管、电气开关等），并应视立尺需要离开墙（柱）面和地面一定距离。14. 土体抗剪强度组成答：土的抗剪强度由土的内摩擦角和粘聚力两部分组成 .15. 影响土的摩擦强度的主要因素答：根据莫尔一库伦强度理论，土的抗剪强度来源于两

15、部分：摩擦强度 ?tg? （或 ? tg? ） 和粘结强度 c （或 c ）。摩擦强度包括两部分：一是颗粒之间因剪切滑动时产生的滑动摩 擦，另一是因剪切使颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。 摩擦强度取决于剪切 面上的正应力和土的内摩擦角，内摩擦角是度量滑动难易程度和咬合作用强弱的参数，其正 切值为摩擦系数。影响内摩擦角的主要因素有密度，颗粒级配，颗粒形状，矿物成分，含水 量等，对细粒土而言，还受到颗粒表面的物理化学作用的影响。通常认为粗粒土的粘结强度 c 等于零。细粒土的粘结强度 c 由两部分组成：原始粘结力和固化粘结力，原始粘结力来源 于颗粒间的静电力和范德华力，固化粘结力来源于颗

16、粒间的胶结物质的胶结作用。16. 莫尔库伦强度理论答：莫尔库仑理论（Mohr Coulomb theory）又称库仑强度理论，内容包括：材料的破坏是剪切破坏，当任意平面上的剪应力等于材料的抗剪强度时该点就发生破坏，并提出破坏面上的剪应力（剪切强度）取决于剪切面上的正应力和岩石的性质，是剪切面上正应力的函数，破坏面上的剪应力函数形式有多种：直线型、抛物线型、双曲线型等，是一系列由实验拟合的极限莫尔圆包络线，其直线型方程与库仑公式的表达式相同17. 地基的破坏形式答：有三种：一是整体剪切破坏，二是局部剪切破坏，三是冲剪破坏（又称刺入剪切破坏）。（A）地基破坏的模式整体剪切破坏： 三角压密区，形成连

17、续滑动面，两侧挤出并隆起，有明显的两个拐点。 浅基下密砂硬土坚实地基。（B）地基破坏的模式局部剪切破坏：基础下塑性区到地基某一范围，滑动面不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。常发生于中等密实砂土中。（C）地基破坏的模式刺入剪切破坏（冲剪破坏）：基础下土层发生压缩变形，基础下沉，当荷载继续增加，附近土体发生竖向剪切破坏。三、论述1.论述土的物理性质指标？哪些是基本指标？哪些是换算指标？答：土的物理性质指标 （1）实测指标（基本指标） ：P W Gs 试验得出 （2）换算指标：据实测指标经换算得出d sat （一）实测指标 1天然土密度 物理意义：单位体积天然的质量 e n S

18、r 表达式： 2土粒比重 Gs （1） 物理意义：土粒在 105110温度下烘至恒重时的质量与同体积 4时纯水的质量之比 （2） 表达式： G s = ms Vs w （3） 测定方法：用比重瓶测定 （4） 说明：Gs 无量纲 值大小取决于土粒矿物成分和有机质含量。 有机质含量多时，比重明显减小。 3 土的含水量 W （1） 物理意义：土中水的质量与土粒质量之比。 （%） 2（2） 表达式： （3） 测定方法：烘干法。 （现场核子密度仪） （二）换算指标： 1 几种不同状态下的土的密度和重度。 （1） 干密度d 和干重密度d 物理意义：单位体积土中土粒的质量。 表达式： d = ms V 工程

19、应用：在填方工程中常被作为填土设计和施工质量控制的指标。 （2）密度：sat 饱和重度 sat 物理意义：土在饱和状态时，单位体积土的质量。 表达式： sat / m s + m w m s + wVV = = V V / (3)浮重度（有效重度） 物理意义：土在水下，土体受水的浮力作用时，单位体积的有效重量。 表达式： sat = Ws ? Vs w V 2孔隙率 与孔隙比 （1） 土的孔隙率：物理意义：土体中的孔隙体积与总体积之比。 表达式： n = VV 100% V （2） 孔隙比：物理意义：土体中的孔隙体积与土颗粒体积之比。 表达式： e = VV Vs I.砂土：e=0.4-0.8

20、 II.粘土：0.6-1.5 III.有机质 说明：n:恒100% e:可1 一般 e 和 n 是反映土的密实程度的指标。 3饱和度：Sr 物理意义：指土中的体积与空隙体积之比，用百分数表示。 表达式： S r = Vw 100% Vv 工程应用： 按饱和度 Sr 大小砂土分为： Sr 50%稍湿 50%80%饱和2.地基岩土的工程分类答：岩土（rock and soil）从工程建筑观点对组成地壳的任何一种岩石和土的统称。岩土可细分为坚硬的（硬岩）、次坚硬的（软岩）、软弱联结的、松散无联结的和具有特殊成分、结构、状态和性质的五大类。中国习惯将前两类称岩石，后三类称土，统称之谓“岩土”。分类1、

21、从岩土的分类来看有不同的方面以及标准，主要的分类有成因的分类，还有按坚硬的程度来进行划分、按完整度来进行划分、岩土按风化程度进划分、按岩体结构类型进行划分、岩体按岩石的质量指标进行划分、以及按岩体基本质量等级来进行分类。2、从开挖的岩土的分级来看，主要的类别是一类土也可以说是松软土，这种土也叫砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的程度可以达到种植土、淤泥或是泥炭，坚固系数可以达到0.5-0.6左右，平均容重是6.0-15.0之间，开挖的方法用锨、锄头等进行挖掘就可以了。对于二类土来说也叫普通土，这种土是粉质粘土，也可以是潮湿的黄土、夹有碎石、卵石的砂，粉土混卵碎石的植土或是填土，坚固系数是0.6-0.8之间，平均的容重是11.0-16.0之间，开挖的方法可以用锨、锄头进行挖掘，少用镐翻松处理。三类土是坚土，这种土是软及中等密实的粘土，重粉质粘土、砾石土、干黄土、含有的碎石卵石的黄土、粉质粘土、压实的填土，坚固系数是0.8-1.0之间，平均的容重是17.5-19.0之间，开挖的方法主要是用镐，很少用锨，锄头等方式来挖掘，对于部分用撬棍来进行挖掘。3. 土的抗剪强度试验方法答：土的抗剪强度的测定方法 包括三轴剪切试验、直剪试验、无侧限压缩试验。 直剪试验