风景园林建筑-课件：地基基础教案-(1)

1、2020年6月18日,土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下土体内部的应力变形和强度规律的一门学科。土力学研究对象是土需要研究和解决的工程中的三大类问题：土体稳定或强度问题；土体变形问题；渗流：渗透变形与渗透稳定。,第10章地基基础,2020年6月18日,反映土体强度、变形和渗透工程实例,加拿大特朗斯康谷仓的地基事故美国纽约某水泥仓库意大利比萨斜塔苏州市虎丘塔上海展览中心馆匈牙利一码头建筑物墙体开裂墨西哥市艺术宫天津市人民会堂办公楼墙体开裂南京分析仪器厂职工住宅基础开裂南京江南水泥厂土坡滑动香港宝城大厦土坡滑动盘锦市房屋冻胀开裂,绪论,2020年6月18日,1、建筑物倾斜,绪论,2020年6

2、月18日,加拿大特朗斯康谷仓的地基事故,该谷仓平面呈矩形，南北向长59.44m，东西向宽23.47m，高31.00m，容积36368立方米，容仓为圆筒仓，每排13个圆仓，5排共计65个圆筒仓。谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深3.66m。谷仓于1911年动工，1913年完工，空仓自重20000T，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。,绪论,2020年6月18日,1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了部分谷物时，发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾斜，倾斜度离垂线达2653，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，上部钢筋混凝土筒

3、仓坚如磐石。谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算地基实际承载力为352kPa，应用到此谷仓。,绪论,2020年6月18日,1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为（193.8-276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。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。,绪论,2020年6月18日,图片：加拿大特朗斯康谷仓,绪论,2020年6月18日,美国纽约某水泥仓库,该水泥仓库是近代世界上最严重的建筑物破坏事例之一，

4、这座水泥仓库位于纽约市汉森河旁，水泥仓库呈圆筒形，高约21m，仓库直径13m，一排圆筒仓库下部的基础为整块筏板基础，埋深2.8m。1940年水泥仓库装载水泥，使粘土地基超载，引起地基土剪切破坏而滑动，水泥筒仓倾斜呈45，地基土被挤出地面高达5.18m，与此同时，离筒仓净距23m以外的办公楼受地基滑动影响，也发生了倾斜。,绪论,2020年6月18日,意大利比萨斜塔,这是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。该塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，于1272年复工，经6年时间，建完第7层，高48m，再次停工中断82年。于1360年再复工，至

5、1370年竣工，全塔共8层，高度为55m。塔身呈圆筒形，16层由优质大理石砌成，顶部78层采用砖和轻石料。,绪论,2020年6月18日,绪论,2020年6月18日,塔身每层都有精美的圆柱与花纹图案，是一座宏伟而精致的艺术品。1590年伽利略在此塔做落体实验，创建了物理学上著名的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历史文物，吸引无数世界各地游客。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5，成为危险建筑。1990年1月4日被封闭。除加固塔身外，用压重法和取土法进行地基处理。目

6、前已向游人开放。,绪论,2020年6月18日,苏州市虎丘塔,此塔位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年，（公元961年），距今已有1036年悠久历史。全塔7层，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。塔身全部青砖砌筑，外形仿楼阁式木塔，每层都有8个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，建筑精美。1961年3月4日，国务院将此塔列为全国重点保护文物。,绪论,2020年6月18日,苏州市虎丘塔,80年代，塔身已向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达2.31m，而且底层塔身发生不少裂缝，东北方向为竖直裂缝，西南方向为水平裂缝，成为危险建筑而封闭。在国家文物管理局和苏州市人民政府

7、领导下，召开多次专家会议，采取在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和树根桩加固塔身，由上海市特种基础工程研究所承担施工，获得成功。,绪论,2020年6月18日,图片:苏州市虎丘塔,绪论,2020年6月18日,2、建筑地基严重下沉,绪论,2020年6月18日,上海展览中心馆,上海展览中心馆原称上海工业展览馆，位于上海市区延安中路北侧。展览馆中央大厅为框架结构，箱形基础，展览馆两翼采用条形基础。箱形基础为两层，埋深7.27m。箱基顶面至中央大厅顶部塔尖，总高96.63m。地基为高压缩性淤泥质软土。展览馆于1954年5月开工，当年底实测地基平均沉降量为60cm。,绪论,202

8、0年6月18日,1957年6月，中央大厅四周的沉降量最大达146.55cm，最小为122.8cm。到1979年，累计平均沉降量为160cm，从1957年至1979年共22年的沉降量仅20cm左右，不及1954年下半年沉降量的一半，说明沉降已趋向稳定。但由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，而且建筑物内外连接的水、暖、电管道断裂，都付出了相当的代价。,绪论,2020年6月18日,墨西哥市艺术宫,墨西哥国家首都墨西哥市艺术宫，是一座巨型的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成，至今已有90余年的历史。该市处于四面环山的盆地中，古代原是一个大湖泊。因周围火山喷发的火山灰沉积和湖水蒸发，经漫长年代

9、，湖水干涸形成目前的盆地。,绪论,2020年6月18日,当地表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m，其下为超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7-12，天然含水量高达150%-600%，为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，这座艺术宫严重下沉，沉降量高达4m，临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。参观者需步下9级台阶，才能从公路进入艺术宫。,绪论,2020年6月18日,3、建筑物墙体开裂,绪论,2020年6月18日,匈牙利一码头建筑物墙体开裂,匈牙利达纳畔特码头，位于多瑙河一座岛上的斜岸上。建筑物包括一个仓库和几个车间，宽约24m，高6m，为单层框架结构，建于1952年。设计采用圆

10、柱形独立基础，基础上置钢筋混凝土连续梁，承受外墙荷重。建筑物内墙采用条形基础，工程建成不久，所有内隔墙都严重开裂。,绪论,2020年6月18日,地基表层为人工填土，厚约3.8m；第二层为细砂与有机粉土，厚约1.7m；第三层为密实粗砂层。上述建筑物外墙下独立基础埋深6.5m，基底面为粗砂层，沉降量很小。而内墙的条形基础埋深仅0.8m，位于人工填土层，沉降量大，显然，一幢建筑物采用两类不同基础，埋深相差悬殊，持力层土质压缩性高低相差悬殊，引起严重的不均匀沉降，导致墙体严重开裂事故。,绪论,2020年6月18日,天津市人民会堂办公楼墙体开裂,此办公楼东西向7个开间，长约27m，南北向宽约5m，高约5

11、.6m，为两层楼房。工程建成，使用正常。1984年7月，在办公楼西侧，新建天津市科学会堂学术楼。此学术楼东西向8个开间，长约34m，南北宽约18m，高约22m，为6层大楼。两楼外墙净距仅30cm。当年年底，人民会堂办公楼西侧北墙发现裂缝，此后，裂缝不断加长加宽，开裂宽度超过10cm，长度超过6m。分析原因是由于新建天津市科学会堂学术楼的附加应力扩散至原有人民会堂办公楼西侧软弱地基，引起严重下沉所致。,绪论,2020年6月18日,盘锦市房屋冻胀开裂,该市位于辽宁省中部，锦州市以东，辽河北岸。当地表层为粘土与粉质粘土，厚度3.0m5.0m，第二层为灰色淤泥质粉砂，很厚。地下水位仅0.5m2.0m，

12、属强冻胀土。盘锦市冬季寒冷，标准冻深为1.1m。因下卧层软弱，一般房屋基础浅埋为0.7m0.9m。小于冻深又无技术措施，造成冻胀而使墙体开裂。,绪论,2020年6月18日,4、建筑物基础开裂,绪论,2020年6月18日,南京分析仪器厂职工住宅基础开裂,该住宅位于南京市西部秦淮河以南太平南路西一新村，住宅楼东西向长37.64m，南北向宽8.94m，5层，建筑面积1721平方米，建筑场地地表为杂填土，较厚，设计采用无埋式筏板基础。1977年12月开工，次年5月住宅楼主体工程施工至第5层时，于5月13日发现东起第五开间中部钢筋混凝土筏板基础南北向断裂。5月15日工程停工。,绪论,2020年6月18日

13、,经重新勘察和调查，当地原为一个大水塘，南北长70m，东西宽40m-50m。附近的饭店、茶炉、浴室用稻壳作燃料，烧烬的稻壳灰倾倒此塘，经几十年填平。1972年曾作烧砖场，1977年初整平，同年年底动工修建住宅楼。,绪论,2020年6月18日,第一次勘察，误将稻壳灰鉴别为一般杂填土。由于住宅楼西半部置于古水塘内，东半部座落岸上，土质突变，造成钢筋混凝土筏板基础拦腰断裂的严重事故。经有关方面多次研究讨论，最终采用卸荷处理方案，即拆去一层，后又拆去一层，将原5层住宅改为3层住宅。,绪论,2020年6月18日,5、土坡滑动,绪论,2020年6月18日,南京江南水泥厂土坡滑动,该厂位于南京市东北部、长江

14、南岸栖霞山麓。山坡多次滑动。1975年夏，滑动土体达数万立方米，危及水泥厂3号窑头厂房，工厂停工处理滑坡事故。栖霞山的山坡原是稳定的，建厂平整场地开挖坡脚，使山坡土体失去平衡。夏季雨量集中，雨水渗入山坡残积土中，使土体含水量增加，抗剪强度降低，导致山坡滑动事故。为防止新的滑坡，在山麓修筑一道钢筋混凝土挡土墙。,绪论,2020年6月18日,香港宝城大厦土坡滑动,香港地区人口稠密，市区建筑密集。新建住宅只好建在山坡上。1972年7月，香港发生一次大滑坡，数万立方米残积土从山坡上下滑，巨大的冲击力正好通过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻之间，宝城大厦被冲毁倒塌。因楼间净距太小，宝城大厦倒塌时，砸毁相邻一

15、幢大楼一角约五层住宅。宝城大厦居住着金城银行等银行界人士，因大厦冲毁时为清晨7点钟，人们都还在睡梦中，当场死亡120人，这起重大伤亡事故引起了西方世界极大的震惊。,绪论,2020年6月18日,除了以上所述几种土的问题外，还有土的渗透问题,例如：1963年，意大利265m高的瓦昂拱坝上游托克山左岸发生大规模的滑坡，滑坡体从大坝附近的上游扩展长达1800m，并横跨峡谷滑移300400m，估计有23亿立方米的岩块滑入水库，冲到对岸形成100150m高的岩堆，致使库水漫过坝顶，冲毁了下游的朗格罗尼镇，死亡约2500人，但大坝却未遭破坏。,绪论,2020年6月18日,1998年长江全流域特大洪水时，万里

16、长江堤防经受了严峻的考验，一些地方的大堤垮塌，大堤地基发生严重管涌，洪水淹没了大片土地，人民生命财产遭受巨大的威胁。仅湖北省沿江段就查出4974处险情，其中重点险情540处中，有320处属地基险情；溃口性险情34处中，除3处是涵闸险情外，其余都是地基和堤身的险情。1998年长江全流域特大洪水时，万里长江堤防经受了严峻的考验，一些地方的大堤垮塌，大堤地基发生严重管涌，洪水淹没了大片土地，人民生命财产遭受巨大的威胁。仅湖北省沿江段就查出4974处险情，其中重点险情540处中，有320处属地基险情；溃口性险情34处中，除3处是涵闸险情外，其余都是地基和堤身的险情。,绪论,2020年6月18日,10.

17、2土的物理性质指标与工程分类,1-1土的形成,土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎;堆石坝的坝壳料；相当于物理风化）。土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物根据来源分：有机土和无机土岩石风化分为物理风化和化学风化。物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,1-1土的形成,化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解

18、为极细颗粒的过程。,特征：物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。,对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,土从其堆积或沉积的条件来看可分为：,残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑风

19、积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到粘粒沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低,2020年6月18日,1-2土的组成,土的物理性质指标与工程分类,土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。固相：土的颗粒、粒间胶结物；液相：土体孔隙中的水；气相：孔隙中的空气。,2020年6月18日,1-2土的组成,土的物理性质指标与工程分类,当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的

20、土体属三相系，称为湿土。根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细；无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几十cm甚至1m）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相（一）成土矿物原生矿物：由物理风化生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；石英、长石、云母等；圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。次生矿物：由原生矿物经化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：由各种硅酸盐矿物

21、分解形成的水铝硅酸盐矿物。其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物为主。硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为2个相邻单元的硅原子共有组成六边形孔硅片；铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为2个相邻单元的铝原子共有组成铝片；,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：高岭石：长石风化产物，1：1型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。伊利石：云母在碱性介质中风化产物，2：1型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；蒙脱石：伊利石进一步风化，2：1型晶格，晶层没有钾离

22、子连接，而是有水分子进入；连接弱。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,一、土的固相（三）土粒的大小和土的级配粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。,土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（四）颗粒大小分析试验测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。常用的方法：筛分法：粒径0.075mm密度计法：粒径0.075mm，又有粒径0.075mm,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（四）颗粒大小分析试验1

23、.筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（）式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,2.密度计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,3.土的级配曲线（1）粒径分布曲线（2）粒组频率曲线,粒径分布曲线,粒组频率曲线,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,

24、(五)颗粒分析试验曲线的主要用途按粒径分布曲线可求得：（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质；（2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲率系数Cc，它们的定义为：（12）,2020年6月18日,(13)式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10，30和60时所对应的粒径。d10称为有效粒径；d60称为限制粒径。,土的物理性质指标与工程分类,2020年6月18日,土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不

25、均匀系数和曲率系数来衡量。Cu小，曲线陡；Cu大，易压密；Cc过大，台阶在d10d30间；Cc过小，台阶在d30d60间；,土的物理性质指标与工程分类,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。双峰，谷点=5，且Cc=13时，级配良好，否则，不良。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、土的液相（一）吸着水由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。吸着水可分为强吸着水和弱吸着水。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、土的液相（一）吸着水大多数粘粒表面带有净的负电荷:原子替代;断键;氢氧离子中的氢离子被离解;吸

26、着水形成原因:土粒表面的负电荷,阳离子,氢键。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、土的液相（一）吸着水强吸着水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。吸着水厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性质(阳离子价低,厚;阳离子浓度高,薄)。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,(二）自由水离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动?的水称为自

27、由水。（分为毛细管水和重力水）,1.毛细管水土中存在许多大小不同的相互连通的弯曲孔道，由于水分子与土粒分子之间的附着力和水气界面上的表面张力，于是，将引起迫使相邻土粒相互积紧的压力，这个压力称为毛管水压力。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,在潮湿的粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续的。这时，由于空袭中的气与大气连通，因此，孔隙中的压力亦将小于大气压力。由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些粘聚力，以致在潮湿的砂土中能开挖一定高度的直立坑壁。但一旦砂土被水浸饱和，则弯液面消失，毛管水压力变为零，这种粘聚力液就不再存在。把这种粘聚力称为假粘聚力。,2020

28、年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,2.重力水在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称微重力水。具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力（亦称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,三、土的气相存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连通的气体；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,一、土粒间的相互作用当粘粒在溶液中沉淀时，粒间引力主要是范得华力（分子键），还有吸着水层中异性电荷引起的静电引力。引力:范得华力

29、总是在极性颗粒之间产生引力，但它是一种短程力，约随粒间间距得六次方递减，而与溶液的性质无关。,1-3土的结构,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,一、土粒间的相互作用斥力:在两个土粒互相靠近，使颗粒表面吸着水层相搭接时，吸着水层中的阳离子不足以平衡土粒上得净负电荷就发生粒间斥力。大小取决于溶液的性质，并随粒间间距得指数函数递减。,1-3土的结构,2020年6月18日,第一章土的物理性质指标与工程分类,二、土的结构（一）单粒结构,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、土的结构（二）蜂窝状结构,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、土的结构（三）絮状结

30、构角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。,片堆结构,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,1-4土的物理性质指标,可分为两类：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、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,1-4土的物理性质指标,一、试验直接测定的物理性质指标（一）土的密度与重度土的密度定义为单位体积土的质量，用表示，单位为Mg/m3(或g

31、/cm3)。表达式如下：（1-4）对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用表示，单位为kN/m3。表达式如下：（1-5）式中：W土的重量，单位为kN；g重力加速度。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（二）土粒比重Gs土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积4时纯水的质量（或重量）之比（无因次），其表达式为：（1-6）或（1-7）式中：s土粒的密度，即土粒单位体积的质量；（w）44时纯水的密度，1g/cm3（w）44时纯水的重度。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,土

32、粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重：（1-8）式中：m1瓶加水的质量；m2瓶加土加水的质量；ms烘干土的质量。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（三）土的含水率w土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示，其表达式为：（1-9）测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、间接换算得物理性质指标（一）土

33、的孔隙比e定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，其表达式为：（1-10）（二）土的孔隙率n定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：（1-11）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（三）土的饱和度Sr定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，其表达式为：（1-12）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：（1-14）土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松

34、。,（四）干密度d与干重度d土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：（1-13）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（五）饱和密度sat与饱和重度sat饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的质量。表达式为：（1-15）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：（1-16）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（六）浮密度与浮重度（有效重度）土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：（1-17）,2020年6月18日,土的物理

35、性质指标与工程分类,与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：（1-18）或（1-19）从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有如下关系：,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,三、物理性质指标间的换算常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/V可知，孔隙的体积Vv为e，土体的体积V为（1e），于是有：（1-20）或（1-21）,三相示意图（a）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（二）干密度与

36、湿密度和含水率的关系设土体的体积V为1，则d=ms/V，土体内土粒的质量ms为d，由w=mw/ms水的质量mw为wd。于是，按式（14）的定义可得：或（1-22）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V，孔隙的体积vv为e；由sms/Vs得土粒的质量ms为s。于是，按d的定义可得：应用式（16）整理得：(1-23),2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由sms/Vs得土粒的质量ms=s。按w=mw/ms

37、，水得质量mw=ws，则水得体积vw=mw/w=ws/w。于是，Sr定义可得：（1-24）当土饱和时，即Sr为100，则：（1-25）式中：wsat饱和含水率。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,1-5无粘性土的相对密实度、粘性土的稠度及土的压实性,一、无粘性土的相对密实度常用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度，其定义为（1-27）式中：Dr相对密实度；emax无粘性土处在最松状态时的孔隙比；emin无粘性土处在最密状态时的孔隙比；e0无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,按式（123）可得相对密实度得使用表达式（1-28）式

38、中：dmax无粘性土的最大干密度；dmin无粘性土的最小干密度；d无粘性土的天然干密度或填筑干密度。将风干的无粘性土试样用漏斗法测定其最小干密度，用振击法测定其最大干密度。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,在工程上，用相对密实度Dr划分无粘性土的状态如下：0Dr1/3疏松的1/3Dr2/3中密的2/3Dr1密实的,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度状态稠度指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。流动、软、可塑、硬等描述四种状态可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其

39、体积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（二）界限含水率及其测定1.界限含水率粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限。液限（WL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；塑限（Wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；缩限（Ws）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,2.液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联

40、合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。,液、塑限联合测定法：塑限5秒入土2mm时的含水率10mm液限5秒入土10mm时的含水率17mm液限5秒入土17mm时的含水率,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,2.液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。,25击合拢长度13mm时含水率为液限。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,土的缩限用收缩皿法测定，把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干试样的体积并称量准确至0.1g后，按下式计算：（1-29）

41、式中：ws土的缩限（）w制备时的含水率（）V1湿试样的体积（cm3），V2干试样的体积（cm3）,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（三）塑性指数和液性指数1.塑性指数塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。用Ip表示，取整数，即：塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,2.液性指数粘性土的状态可用液性指数来判别。定义为：（1-31）式中：IL液性指数，以小数表示；w土的天然含水率。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。当wwp时，IL0，土处于坚硬状态；wpwwL

42、时，0IL1.0，土处于可塑状态；wLw时，IL1.0，土处于流动状态。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,三、土的压实性土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质。填土的密实程度常以干密度表示击实试验土工试验方法标准（国家标准）轻型：d5mm粒径的含量较少时是剔除好：还是修正好？或者干脆用重型？,2020年6月18日,1-6土的工程分类,土的物理性质指标与工程分类,粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。一、土的分类标准（一）巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土应按试样中所含粒径大于60mm的巨粒组含量来划分。试样中含巨粒组质

43、量多于总质量的50的土称为巨粒土；试样中巨粒组质量为总质量的1550的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的15的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（二）粗粒土的分类试样中粒径大于0.075mm的粗粒组质量多于总质量50的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样中粒径大于2mm的砾粒组质量多于总质量的50的土称为砾类土；试样中粒径大于2mm的砾粒组质量少于或等于总质量50的土称为砂类土。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（三）细粒土的分类试样中粒径小于0.075mm的细粒组质量多于或等于总

44、质量的50的土称为细粒土。细粒土应按下列规定划分：1、试样中粗粒组质量少于总质量的25的土称为细粒土；2、试样中粗粒组质量为总质量的2550的土称含粗粒的细粒土；3、试样中含部分有机质的土称有机质土。细粒土可按塑性图进一步细分。,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,二、建筑地基基础设计规范中的地基土分类该规范按土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，然后再进一步细分。（一）碎石土的分类若土中粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50，则该土属于碎石土。（二）砂土的分类若土中粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50、粒径大于0.075mm的颗

45、粒超过全重50，则该土属于砂土。砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂,2020年6月18日,土的物理性质指标与工程分类,（三）粉土若土的塑性指数小于或等于10，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总量的50，则该土属于粉土。（四）粘性土的分类若土的塑性指数大于10，粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总量的50，则该土属于粘性土。进一步地，将再静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土称为淤泥。天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0的粘性土称为淤泥质土。粘土：Ip17粉质粘土：10Ip17,2020年6月18日,强度问题示意图,2020年6

46、月18日,变形问题示意图,2020年6月18日,渗透问题示意图,2020年6月18日,粘土,细砂,粗砂,碎石,卵石,碎石,粘土,2020年6月18日,土样筛,颗分筛,2020年6月18日,密度计,2020年6月18日,密度：环刀法,2020年6月18日,烘干法,2020年6月18日,联合测定仪,2020年6月18日,击实仪,2020年6月18日,10.3天然地基上浅基础设计,10.3.1概述1.浅基础的定义通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度，且只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可建造的基础定义为浅基础.2.地基基础设计考虑的主要因素(1)建筑基础所用的材料及基础的结构型式；(2)基础的埋置深

47、度；(3)地基土的承载力；(4)基础形状和布置，以及与相邻基础、地下构筑物和地下管道的关系；(5)上部结构类型、使用要求及对不均匀沉降的敏感性；(6)施工期限、施工方法及所需的施工设备等。,2020年6月18日,3.浅基础的设计步骤：（1）调查研究，收集资料。（2）选择基础类型和平面布置方案。（3）确定持力层和基础埋置深度。（4）确定地基承载力。（5）按地基承载力确定基础底面尺寸。（6）进行必要的验算。（7）进行基础的结构设计和构造设计。（8）绘制基础施工图，提出设计说明。,2020年6月18日,10.3.2浅基础的类型,按基础构造分类：按基础材料的性能分类：,墙下条形柱下条形十字交叉,独立基

48、础条形基础筏板基础箱形基础壳体基础,刚性基础柔性基础,2020年6月18日,一、刚性基础,定义：通常由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础。设计要求：发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值，可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值来实现。在宽高比的限制下，基础相对高度一般较大，几乎不会发生弯曲变形，此类基础习惯上称之为刚性基础。应用范围：刚性基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）,2020年6月18日,刚性基础台阶宽高比（刚性角）,刚性角要求：,bi,Hi,2020年6月18日,砖基础（大放脚）,两皮一收,二一间隔收,2020年6月18日,无筋扩展基础构

49、造,无筋扩展基础是指用砖、石、混凝土、灰土、三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。这种基础的特点是抗压性能好，整体性、抗拉、抗弯、抗剪性能差。它适用于地基坚实、均匀、上部荷载较小，六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）的一般民用建筑和墙承重的轻型厂房。,2020年6月18日,无筋扩展基础构造,无筋扩展基础的截面形式有矩形、阶梯形、锥形等。为保证在基础内的拉应力、剪应力不超过基础的容许抗拉、抗剪强度，一般通过构造上加以限制。H0（b-b0）/（2tan）式中：b基础底面宽度；b0基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度；H0基础高度；tan基础台阶宽高比b2:H0,2020年6月

50、18日,（a）墙下基础,（b）柱下基础,无筋扩展基础构造示意图d柱中纵向钢筋直径,2020年6月18日,无筋扩展基础台阶宽高比的允许值,注：Pk为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值（kPa）；阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度，不宜大于200mm；当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算；基础底面处的平均压力值超过300kPa的混凝土基础，尚应进行抗剪验算。,2020年6月18日,1.砖基础用于基础的砖，其强度等级应在MU7.5以上，砂浆强度等级一般应不低于M5。基础墙的下部要做成阶梯形，如图所示。这种逐级放大的台阶形式习惯上称之为大放脚，其具体砌法有两皮一收（图a）和二一间隔收（图

51、b）两种。,2020年6月18日,砖基础（大放脚）,两皮一收,二一间隔收,2020年6月18日,（a）两皮一收,2020年6月18日,（b）二、一间隔收砖基础构造示意图,2020年6月18日,2.混凝土基础也称素混凝土基础，它具有整体性好、强度高、耐水等优点。,（a）矩形截面,（b）锥形截面,2020年6月18日,混凝土基础构造示意图,2020年6月18日,3.毛石基础采用不小于M5砂浆砌筑,其断面多为阶梯型。基础墙的顶部要比墙或柱身每侧各宽100mm以上,基础墙的厚度和每个台阶的高度不应该小于400mm,每个台阶挑出宽度不应大于200mm。,（a）立体图,（b）剖面图,毛石基础构造示意图,2

52、020年6月18日,二、柔性基础,柔性基础，即钢筋混凝土基础。特点：具有较好的抗剪能力和抗弯能力。设计要求：采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深；选择合适的基础材料、高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求。种类：独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础等。,2020年6月18日,柱下独立基础,1、最常用、最经济的一种类型2、适用柱距412m3、荷载不大、分布均匀、场地均匀4、材料为砖石、混凝土、钢筋混凝土5、现浇柱下钢筋混凝土基础的截面形状：矩形、阶梯形、锥形6、预制柱下基础的截面形状为杯形7、基础底面形状方形和矩形,2020年6月18日,柱下独立基础,20

53、20年6月18日,条形基础,1、单柱荷载较大、地基承载力不很大、基础需底面积大、基础之间的净距很小、净距相连2、对于不均匀沉降、振动敏感区、加强结构整体性3、两种形式：等截面条形和局部扩大条形等截面：横截面呈倒T形、局部挑出为翼板，其余部分为肋部横截面在与柱交接处局部加高，适应柱与基础梁的荷载传递和牢固联接,2020年6月18日,4、基础梁高H宜为(1/4-1/8)L，翼板厚度h不小于200mm，当大于250mm时，坡度小于1:3；条形基础端部宜向外伸出，其长度为第一跨距的1/4倍；现浇柱与条形基础梁的交接处，其平面尺寸要求,2020年6月18日,5、基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋，顶部钢筋按

54、计算配筋全部贯通，顶部贯通钢筋的面积不应少于底部受力钢筋面积的1/3,2020年6月18日,墙下条形基础,上部荷载较大而土质较差时，其基础高度较大，可采用钢筋混凝土柔性基础，基础高度需300mm,基础宽度加大到2m,2020年6月18日,柱下条形基础,2020年6月18日,十字交叉条形基础,2020年6月18日,筏板基础,2020年6月18日,箱形基础,2020年6月18日,10.3.2基础埋置深度的确定,一、确定原则（1）尽量浅埋，不浅于0.5m。（2）基础顶面低于设计地面100mm。二、影响因素（1）建筑物用途、基础结构型式。（2）上部荷载的性质及大小。（3）工程地质条件及水文地质条件。（

55、4）相邻建筑物埋深。（5）当地冻结深度。,2020年6月18日,10.3.3地基承载力特征值的确定,一、地基承载力的确定方法：1在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；2根据现场荷载试验的p-s曲线；3按地基承载力理论公式计算；4按现行规范提供的经验公式计算。,2020年6月18日,10.3.3地基承载力特征值的确定,1、定义的内容#保证地基强度和稳定#建筑物不产生过大沉降和不均匀沉降#地基所能承受的最大荷载,2020年6月18日,10.3.3地基承载力特征值的确定,2、影响地基承载力的特征值因素$土的物理性质$土的力学性能$基础尺寸及类型$基础埋置深度$建筑结构类型及特点$施工

56、速度,2020年6月18日,10.3.3地基承载力特征值的确定,3、确定地基承载力四种的方法*原位测试确定地基承载力特征值#按地基的强度理论确定地基承载力特征值#经验方法确定地基承载力特征值*地基承载力特征值的修正,2020年6月18日,*原位测试法确定地基承载力特征值特点：保持地基天然结构、天然含水量和天然应力状态方法：是在天然地基上模拟建筑物的荷载条件，通过承压板向地基施加竖向荷载，观察荷载与沉降之间的变化关系,原位平板载荷试验,千斤顶,荷载板,载荷试验成果,pcr,pu,S,荷载沉降曲线,p,2020年6月18日,10.3.3地基承载力特征值的确定,荷载与沉降量典型曲线可分为三个变形阶段

57、：(1)直线变形阶段(压密阶段)(2)局部剪损阶段特点：地基土在压板边缘下局部范围发生剪损，压板下土体出现塑性变形区,2020年6月18日,10.3.3地基承载力特征值的确定,(3)完全破坏阶段特点：地基土中的塑性变形区扩大已联成连续的滑动面，地基土从压板下被挤出来，在试坑底部形成隆起的土堆。,2020年6月18日,由载荷试验结果确定地基承载力特征值：(1)当荷载-沉降曲线上有比例界限时，取该比例界限终点对应的荷载值；(2)当极限荷载Pu能确定时，且Pu2Pcr时，取极限荷载的一半；,2020年6月18日,由载荷试验结果确定地基承载力特征值：(3)不能按上述要求确定时，可取s/d=0.01-0.015所对应的荷载值，但是该值不应该大于加载量的一半(对压板面积有限制)；(4)试验对于同一土层的试验点不少于3处，求其平均值为地基承载力特征值(对实测值极差有限制),2020年6月18日,#按地基的强度理论确定地基承载力特征值条件1：地基出现部分塑性区，塑性区不超过一定的限度，保证建筑物安全条件2：偏心距小于或等于0.033倍基础底面宽度时,2020年6月18日,如何确定：