土力学基础工程ppt课件(完整版).ppt

1、土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类E1.1 土的组成土的组成E1.2 土的结构构造土的结构构造E1.3 土的物理性质指标土的物理性质指标 E1.4 土的物理状态指标土的物理状态指标 E1.5 土的工程分类土的工程分类 固体矿物颗粒固体矿物颗粒 （固相）（固相）土中气体土中气体（气相）（气相）土中水土中水（液相）（液相）1.1 土的组成土的组成1.1.1土的固体颗粒土的固体颗粒 土土的的固固体体颗颗粒粒是是土土的的三三相相组组成成中中的的主主体体，是决定土的工程性质的主要成分是决定土的工程性质的主要成分。1.1.土粒的矿物成分土粒的矿物成分（1 1）原生矿物）原生矿物（2 2）次生矿物）次生矿物 （3 3）腐植质）腐植质次生矿物次生矿物 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石蒙 脱 石1.1.土颗粒的大小与形状土颗粒的大小与形状基本概念基本概念粒度、粒组粒度、粒组粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒圆粒圆粒碎石碎石块石块石0.0050.075260200巨粒巨粒粗粒粗粒细粒细粒3.3.土的粒径级配土的粒径级配（1）定义）定义工程中常用土中各粒组的相对含量，占总工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法）粒径分析方法筛分法（筛分法（d0.075mm的土）的土）密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）（3）颗粒级配的表示方法）颗粒级配的表示方法表示方法表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法表格法、颗粒累计级配曲线法10-22-0.050.05-0.0051.00.75IL10.25IL0.750IL0.25ILL/6,eL/6,应力重新分布应力重新分布 2.2.4 基底附加压力基底附加压力 2.3 地基地基附附加应力加应力2.2.1 基本概念基本概念1 1、定义、定义 附附加加应应力力是是由由于于外外荷荷载载作作用用，在在地地基基中中产产生生的的应应力力增量。增量。2 2、基本假定、基本假定 地地基基土土是是各各向向同同性性的的、均均质质的的线线性性变变形形体体，而而且且在在深度和水平方向上都是无限延伸的。深度和水平方向上都是无限延伸的。2.2.2 竖向集中力作用时的地基附加竖向集中力作用时的地基附加应力布辛奈斯克解答应力布辛奈斯克解答 xyPyzxrRMq qdsdsxdsdsydsdszdtdtxydtdtxzdtdtyxdtdtzxdtdtyzdtdtzy2.2.3 矩形和圆形荷载下地基附加应力矩形和圆形荷载下地基附加应力计算计算积分法积分法1 1、均布的矩形荷载、均布的矩形荷载均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点 应力系数，可查表得到。应力系数，可查表得到。t对对于于均均布布矩矩形形荷荷载载附附加加应应力力计计算算点点不不位位于于角角点点下下的的情况：情况：(1)(1)o o点在荷载面边缘点在荷载面边缘 (2)(2)o o点在荷载面内点在荷载面内 (3)(3)o o点在荷载面边缘外侧点在荷载面边缘外侧 (4)(4)o o点在荷载面角点外侧点在荷载面角点外侧(1)(1)o o点在荷载面边缘点在荷载面边缘 z z（cccc）p p0 0(2)(2)o o点在荷载面内点在荷载面内z z(cccccccc)p p0 0 o o点位于荷载面中心，因点位于荷载面中心，因cc=cc=cc=ccz z=4=4pp0 0(3)(3)o o点在荷载面边缘外侧点在荷载面边缘外侧z z(cccccccc)p p0 0(4)(4)o o点在荷载面角点外侧点在荷载面角点外侧 z z(cccccccc)p p0 02.2.三角形分布的矩形荷载三角形分布的矩形荷载2.2.均布的圆形荷载均布的圆形荷载 2.2.4 平面问题（线荷载和条形荷载）平面问题（线荷载和条形荷载）1 1、平面问题概念：、平面问题概念：2 2、均布线荷载作用下土中应力计算、均布线荷载作用下土中应力计算3 3、均布条形荷载作用下土中应力计算、均布条形荷载作用下土中应力计算均布条形荷载下地基中附加应力的分布规律：均布条形荷载下地基中附加应力的分布规律：(1)(1)地基附加应力的扩散分布性；地基附加应力的扩散分布性；(2)(2)在离基底不同深度处各个水平面上，以基底中心点下轴在离基底不同深度处各个水平面上，以基底中心点下轴 线处最大，随着距离中轴线愈远愈小；线处最大，随着距离中轴线愈远愈小；(3)(3)在荷载分布范围内之下沿垂线方向的任意点，随深度愈在荷载分布范围内之下沿垂线方向的任意点，随深度愈 向下附加应力愈小。向下附加应力愈小。4 4、三角形分布条形荷载、三角形分布条形荷载 2.4 土的压缩性土的压缩性 土的压缩性高低，常用压缩性指标定土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由工程地质量表示。压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩试验测定。压缩试验测定。2.4.1 室内压缩试验室内压缩试验(1)(1)试验仪器试验仪器(2)(2)试验方法：侧限压缩试验试验方法：侧限压缩试验(3)(3)试验结果（土的压缩曲线图片）试验结果（土的压缩曲线图片）(4)(4)试验结果（孔隙比）的推导试验结果（孔隙比）的推导2.4.2 土的压缩性指标土的压缩性指标(1)(1)土的压缩系数土的压缩系数 *为了便于比较，通常采用压力段由为了便于比较，通常采用压力段由p p1 1=100kPa=100kPa 增加到增加到p p2 2=200kPa=200kPa 时的压缩系数时的压缩系数a1-21-2来评定土的来评定土的压缩性如下：压缩性如下：0.10.5高压缩性高压缩性中压缩性中压缩性低压缩性低压缩性(2)(2)土的压缩指数土的压缩指数(3)(3)土的压缩模量土的压缩模量(4)(4)土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量2.4.3 土的压缩性原位测试土的压缩性原位测试 原位测试方法适用于：原位测试方法适用于：地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。要求的工程。原位测试方法包括：原位测试方法包括：载荷试验、静力触探试验、旁压试验等载荷试验、静力触探试验、旁压试验等 载荷试验示意图载荷试验示意图反压重物反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表载荷试验结果分析图地基土的变形模量载荷试验结果分析图地基土的变形模量土的弹性模量土的弹性模量 定义定义:土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值。如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形作用时，都是可恢复的弹性变形。变形模量、压缩模量的关系变形模量、压缩模量的关系x x=y y=K K0 0z z变形模量变形模量压缩模量压缩模量无侧限条件无侧限条件完全侧限条件完全侧限条件换算关系1.地地基基的的最最终终沉沉降降量量：是是指指地地基基在在建建筑筑物物等等其其它它荷荷载载作作用用下下，地地基基变变形形稳稳定定后后的的基础底面的沉降量基础底面的沉降量。沉降与时间的关系沉降与时间的关系最终沉降量最终沉降量2.5 地基最终沉降量计算地基最终沉降量计算2.地基沉降的原因：地基沉降的原因：外外因因：主主要要是是建建筑筑物物荷荷载载在在地地基基中中产产生生的附加应力。（宏观分析）的附加应力。（宏观分析）内因：内因：土的三相组成。（微观分析）土的三相组成。（微观分析）AAgz0pNetstressincreaseA)地基沉降的外因地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，用下压缩已稳定，主要是建筑物荷载在地基中主要是建筑物荷载在地基中产生的产生的附加应力附加应力。B)内因内因:土由土由三相组成，具有碎散性三相组成，具有碎散性，在附加，在附加应力作用下土层的应力作用下土层的孔隙发生压缩变形孔隙发生压缩变形，引，引起地基沉降。起地基沉降。h3.计计算算目目的的：预预知知该该工工程程建建成成后后将将产产生生的的最最终终沉沉降降量量、沉沉降降差差、倾倾斜斜和和局局部部倾倾斜斜，判判断断地地基基变变形形是是否否超超出出允允许许的的范范围围，以以便便在在建建筑筑物物设设计计时时，为为采采取取相相应应的的工工程程措措施施提提供供科科学学依依据据，保保证证建建筑物的安全。筑物的安全。SS 不满足设计要求不满足设计要求（墨西哥城）地基的沉降及不均匀沉降计算方法：分层总和法（道路工程）分层总和法（道路工程）规范规范法（建筑工程）法（建筑工程）弹性力学公式弹性力学公式 有限单元法有限单元法1.基本假设基本假设 n地地基基是是均均质质、各各向向同同性性的的半半无无限限线线性性变形体，可按弹性理论计算土中应力。变形体，可按弹性理论计算土中应力。n在压力作用下，地基土不产生侧向变在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。形，可采用侧限条件下的压缩性指标。为了弥补假定为了弥补假定所引起误差，取所引起误差，取基底中心点下的基底中心点下的附加应力进行计附加应力进行计算，以基底中点算，以基底中点的沉降代表基础的沉降代表基础的平均沉降的平均沉降2.单一压缩土层的沉降计算单一压缩土层的沉降计算 在一定均匀厚度土层上施加连续均布在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。形。2.5.4 分层总和法3.3.定义：定义：先将地基土分为若干土层，各土层厚度分别为h1,h2,h3,hn。计算每层土的压缩量s1,s2,s3,.,sn。然后累计起来，即为总的地基沉降量s。2.计算原理 p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重应力自重应力P2=自重应力自重应力+附加应力n确定基础沉降计算深度确定基础沉降计算深度 一般一般z=0.2cn确定地基分层确定地基分层1.1.不同土层的分界面与地下水位不同土层的分界面与地下水位面为天然层面面为天然层面2.2.每层厚度每层厚度hi 0.4bn计算各分层沉降量计算各分层沉降量 根据自重应力、附加应力曲线、根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量压缩曲线计算任一分层沉降量 软土软土z=0.1c（若沉降深度若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止）岩表面为止）n计算基础最终沉降量计算基础最终沉降量d地地基基沉沉降降计计算算深深度度c线线z线线5.计算步骤6.6.公式解释公式解释：ZiZ(i-1)Hin由建筑地基基础设计规范由建筑地基基础设计规范（GB500072002）提出提出n分层总和法的另一种形式分层总和法的另一种形式 n沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数基沉降计算经验系数 附加应力面积附加应力面积深度深度z范围内的范围内的附加应力面积附加应力面积附加应力通附加应力通式式z=Kp0代入代入引入平均附引入平均附加应力系数加应力系数因此附加应力因此附加应力面积表示为面积表示为因此因此2.5.2 规范法规范法 zi-1地地基基沉沉降降计计算算深深度度znzizzi-153 4612b12345612aip0ai-1p0p0p0第第n层层第第i层层ziAiAi-1沉降计算深度沉降计算深度zn应该满足应该满足 当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止可取至基岩表面为止 当无相邻荷载影响，基础宽度在当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围内，基础中范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算地基最终沉降量修正公式地基最终沉降量修正公式地基沉降计算中的有关问题地基沉降计算中的有关问题1.1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况分层总和法在计算中假定不符合实际情况 假定地基无侧向变形假定地基无侧向变形计算结果偏小计算结果偏小采用基础中心点下土的附加应力和沉降采用基础中心点下土的附加应力和沉降 计算结果偏大计算结果偏大2.2.分层总和法中附加应力计算应考虑分层总和法中附加应力计算应考虑:土体在自重作用下的固结程度、相邻荷载的作用土体在自重作用下的固结程度、相邻荷载的作用 3.3.基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑 物施工时又产生地基土再压缩的情况物施工时又产生地基土再压缩的情况回弹再压缩影回弹再压缩影响的变形量响的变形量计算深度取至计算深度取至基坑底面以下基坑底面以下5m，当基坑底当基坑底面在地下水位面在地下水位以下时取以下时取10m沉降分析中的若干问题沉降分析中的若干问题1.土的回弹与再压缩土的回弹与再压缩pe弹弹性性变变形形塑塑性性变变形形adbcb 压缩曲线压缩曲线回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n土的卸荷回弹曲线不与原压土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形不能恢复的塑性变形n土的再压缩曲线比原压缩曲土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低其压缩性明显降低2.地基沉降的三个组成部分地基沉降的三个组成部分sd 瞬时沉降瞬时沉降sc 固结沉降固结沉降 ss 次固结沉降次固结沉降3.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史：土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力先期固结压力pc：土在其生成历史中曾受过的最大有土在其生成历史中曾受过的最大有 效固结压力效固结压力讨论：讨论：对试样施加压力对试样施加压力p时，压缩曲线形状时，压缩曲线形状ppc正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大 土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力明显的影响，用先期固结压力pc与现时的土压力与现时的土压力p0的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力等于现时的土压力先期固结压力等于现时的土压力pcp02.2.超固结土超固结土先期固结压力大于现时的土压力先期固结压力大于现时的土压力pcp03.3.超固结土超固结土先期固结压力小于现时的土压力先期固结压力小于现时的土压力pcp02.6 地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系地基的变形不是瞬时完成的，地基在建筑物荷载作用下要经过相当长的时间才能达到最终沉降量。在工程设计中，除了要知道地基最终沉降量外，往往还需要知道沉降随时间的变化过程即沉降与时间的关系。2.6.1 饱和土的有效应力原理饱和土的有效应力原理 饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系：1、饱和土体渗流固结过程、饱和土体渗流固结过程 2.6.2 土的单向固结理论土的单向固结理论2 2、两种应力在深度上随时间的分布、两种应力在深度上随时间的分布3、不同排水条件下一维渗流固结过程单面排水双面排水 4 4、土的单向固结理论太沙基一维固结理论、土的单向固结理论太沙基一维固结理论 适用条件：适用条件：荷载面积远大于压缩土层的厚度，地荷载面积远大于压缩土层的厚度，地 基中孔隙水主要沿竖向渗流。基中孔隙水主要沿竖向渗流。单向固结微分方程及其解答单向固结微分方程及其解答基本假定：基本假定：（1 1）土中水的渗流只沿竖向发生，服从达西定律；）土中水的渗流只沿竖向发生，服从达西定律；（2 2）土的渗透系数和压缩系数为常数；）土的渗透系数和压缩系数为常数；（3 3）土颗粒和土中水都是不可压缩的；）土颗粒和土中水都是不可压缩的；（4 4）土是完全饱和的均质、各向同性体；）土是完全饱和的均质、各向同性体；（5 5）外荷是一次瞬时施加。）外荷是一次瞬时施加。单向固结微分方程单向固结微分方程 式中式中 为土的竖向固结系数，为土的竖向固结系数，k k渗透系数渗透系数 a a压缩系数、压缩系数、e e天然孔隙比天然孔隙比单元体的渗流条件单元体的渗流条件单元体的渗流条件单元体的渗流条件单元体的变形条件单元体的变形条件单元体的变形条件单元体的变形条件单元体的渗流连续条件单元体的渗流连续条件单元体的渗流连续条件单元体的渗流连续条件边界条件边界条件5 5、固结度固结度（1 1）定义：）定义：（2 2 2 2）计算公式（）计算公式（）计算公式（）计算公式（地基中附加应力上下均匀分布地基中附加应力上下均匀分布）平均固结度平均固结度平均固结度平均固结度UzUzUzUz当压缩应力分布与排水条件都相同时，达到同一当压缩应力分布与排水条件都相同时，达到同一固结度所需时间之比等于排水距离固结度所需时间之比等于排水距离H H的平方之比。的平方之比。2.6.3 地基沉降与时间关系计算步骤地基沉降与时间关系计算步骤 （1 1）计算地基最终沉降量；）计算地基最终沉降量；（2 2）计算地基附加应力沿深度的分布；）计算地基附加应力沿深度的分布；（3 3）计算土层的竖向固结系数和时间因子；）计算土层的竖向固结系数和时间因子；（4 4）求解地基固结过程中某一时刻）求解地基固结过程中某一时刻t t沉降量。沉降量。第四章土压力、地基承载力与土坡稳定4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 挡土结构上的土压力挡土结构上的土压力4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论4.4 4.4 库伦土压力理论库伦土压力理论4.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 4.6 4.6 地基的承载力地基的承载力 4.7 4.7 地基的塑性区理论和临塑荷载地基的塑性区理论和临塑荷载 4.1 4.1 概述概述当土坡有失稳的可能或其稳定性不能满足工程安全需要时，就必须对其进行防护、治理、加固或支挡。挡土墙就是用来支撑天然或人工边坡不致坍塌，以保持土坡体稳定的一种特殊结构。挡土墙工程实例如下图5-14.1 4.1 概述概述第五章第五章土压力与地基承载力土压力与地基承载力主要内容 挡土墙挡土墙后的填土因后的填土因自身重力或自身重力或外荷载作用外荷载作用在墙背上产在墙背上产生的侧向压生的侧向压力称为土压力称为土压力。力。指地基土单位面积上所能承受或允许承受的荷载，以kPa计。进行建筑物基础设计时，首先需要确定地基的承载力大小。挡土墙就是用来支撑挡土墙就是用来支撑天然或人工边坡不致坍塌，天然或人工边坡不致坍塌，以保持土坡体稳定的一种以保持土坡体稳定的一种特殊结构。挡土墙按结构特殊结构。挡土墙按结构特点，可分为重力式、钢特点，可分为重力式、钢筋混凝土悬臂式和扶壁式、筋混凝土悬臂式和扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板桩板式、锚杆式、锚定板式、加筋土轻型式及垛式式、加筋土轻型式及垛式等类型。等类型。4.2 4.2 土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算 土压力的定土压力的定义：义：影响土压力性质、大小及分布的影响土压力性质、大小及分布的因素因素：1.墙体可能移动的方向和位移量 (影响最大)2.墙后填土的种类、性质（重度、含水量、内摩擦角、内聚力等）及填 土的表面形状等 3.挡土墙背的形状、高度、结构形式和墙背的光滑程度等*几种不同性质的土压力及其相互关系几种不同性质的土压力及其相互关系:挡土墙被动土压力EP主动土压力主动土压力Ea静止土压力静止土压力E0挡土墙在土压力作用下向前（离开墙后土体的方向）挡土墙在土压力作用下向前（离开墙后土体的方向）产生移动或转动，并使墙后土体处于极限平衡状态时，产生移动或转动，并使墙后土体处于极限平衡状态时，作用在挡土墙背上的土压力称为主动土压力。作用在挡土墙背上的土压力称为主动土压力。挡土墙在荷载作用下向墙后土体内部（方向）移动挡土墙在荷载作用下向墙后土体内部（方向）移动或转动并挤压土体，作用在挡土墙上的土压力由静止土或转动并挤压土体，作用在挡土墙上的土压力由静止土压力开始逐渐增大，当位移达到一定程度时，墙后土体压力开始逐渐增大，当位移达到一定程度时，墙后土体处于被动极限平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力处于被动极限平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。称为被动土压力。挡土墙既不向前也不向后发生移动或转动时，墙后土体也不会发生侧向变形和位移而处于弹性平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。最大最小 4.2 4.2 土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算在相同条件下，三种不同性质的土压力之间有如下关系：EaE0 Ep 静止土压力强度公式 4.2 4.2 土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算土压力的概念和挡土墙上的静止土压力计算4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论朗肯土压力理论的假设一主动土压力当土体处于朗当土体处于朗肯主动极限平肯主动极限平衡状态时衡状态时粘性土无粘性土式中Ka主动土压力系数，；墙后填土的重度，N/m3，地下水位以下用有效重度；c，分别为填土的抗剪强度指标粘聚力(kPa)、内摩擦角()。Ea通过三角形的形心，即作用在距墙底H/3处对于无粘性土若取单位墙长计算，则主动土压力为4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论对于粘性土若取单位墙长计算，则粘性土主动土压力Ea为二被动土压力二被动土压力当土体当土体处于朗处于朗肯被动肯被动极限平极限平衡状态衡状态时时无粘性土粘性土Kp被动土压力系数；其余符号同前。主动土压力强度沿墙高也呈直线分布，主动土压力强度沿墙高也呈直线分布，Ea通过三角形通过三角形abc的形心，即作用点距墙底（的形心，即作用点距墙底（HZ0）/3处。处。第五章第五章土压力与地基承载力土压力与地基承载力4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论无粘性土粘性土4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论几种常见情况下的土压力几种常见情况下的土压力（一）墙后填土面作用有均布荷载（如（一）墙后填土面作用有均布荷载（如右图）右图）无无粘粘性性土土粘粘性性土土图5-84.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论（二）墙后成层填土墙后任意深度z处主动土压力强度实际上是该点处土体自重应力和土体的粘聚力两部分的影响组成，即1.各层土的土压力线斜率(Ka)发生变化2.在土层交界面处土压力线发生突变其中其中Kai为主动土压为主动土压力系数力系数4.3 4.3 朗肯土压力理论朗肯土压力理论图6-10（三）墙后填土有地下水（三）墙后填土有地下水当墙后填土中有地下水时，作用在挡土墙上的侧压力包括土压力和水压力两部分，如图6-10。地下水位以下部分自重应力计算应采用土的有效重度，水对墙背产生的侧压力，取侧压力系数为1。在土压力计算时，假设地下水位上下土的内摩擦角没有变化。但实际上，地下水的存在会使土的含水量增加，抗剪强度降低，而使土压力增加。因此，挡土墙应有良好的排水措施。4.4 4.4 库伦土压力理论库伦土压力理论 库伦于1776年提出了用于挡土墙设计的库伦土压力理论，库伦假定墙后土体为理想的散体，并假定产生主动和被动土压力时，墙后土体中会出现一个沿墙背和土中某平面具有向上或向下滑动趋势的土楔体，通过对处于极限平衡状态时的滑动楔体进行静力平衡分析，库伦给出了作用于墙背的土压力计算公式。由于库伦土压力理论是按滑动楔体的静力平衡分析来求解墙后土压力，因此所求的土压力为每延米挡土墙背上的一个侧向集中力，土压力的这一概念一直被延续至今。相对于朗肯土压力理论，库伦土压力理论限制条件较少，因而具有更多的适用范围。4.4 4.4 库伦土压力理论库伦土压力理论 库伦理论研究的挡土墙（图5-11）墙背可倾斜，倾斜角为（俯斜时取正号，仰斜时取负号），墙背可光滑、可粗糙，墙背与土的摩擦角为，墙后填土表面可水平、可倾斜，坡角为，并有如下基本假设：一、主动土压力库伦主动土压力系数Ka4.4 4.4 库伦土压力理论库伦土压力理论 其中可以查下表挡土墙情况摩擦角挡土墙情况摩擦角墙背平滑、排水不良墙背粗糙、排水良好（00.33）（0.330.5）墙背很粗糙、排水良好墙背与填土间不可能滑动（0.50.67）（0.671.0）二、被动土压力库伦被动土压力系数Kp4.4 4.4 库伦土压力理论库伦土压力理论 4.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计 一、挡土墙的最为常见结构类型优点是结构简单，施工方便，可就地取材，故应用较广。缺点是工程量大，沉降也较大。重力式挡土墙一般适用于小型工程，挡土墙高度一般不大于5m。重力式挡土墙重力式挡土墙优点是墙体截面较小，工程量小，缺点是废钢材，技术复杂。一般用于重要工程。悬臂式挡土墙用以增强悬臂式挡土墙的抗弯能力及整体刚度。与重力式挡土墙相比较，这种挡土墙的技术更为复杂。扶臂式挡土墙如前所述，挡土墙的常见结构类型有：重力式、钢筋混凝土悬臂式和扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板式、加筋土轻型式及垛式等。4.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计 4.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计 二、挡土墙的验二、挡土墙的验算算挡土墙设计时，一般先凭经验初步拟定挡土墙的类型和尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要求，则改变截面尺寸或采取其它措施，仍不能满足要求时，可考虑改变其结构类型。挡土墙在墙后主动土压力作用下的可能破坏型式包括：倾覆失稳、滑移失稳、地基承载力失稳和墙身强度破坏。4.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计 抗倾覆稳定验算4.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计 抗滑稳定验算在抗滑稳定验算中，抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数在抗滑稳定验算中，抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数Ks，Ks应应符合下式要求符合下式要求：土的类别摩擦系数土的类别摩擦系数粘性土可塑0.250.30中砂、粗砂、砾砂0.400.50硬塑0.300.35碎石土0.400.60坚硬0.350.45软质岩石0.400.80粉土0.300.40表面粗糙的硬质岩石0.650.754.5 4.5 挡土墙设计挡土墙设计 除了挡土墙本身类型和形式外，挡土墙后的填土质量和排水措施对挡土墙的稳定性和安全使用具有重要影响。三、挡土墙的构造措施三、挡土墙的构造措施填土压实质量是挡土墙施工中的一个关键因素。填土应分层夯实。为使渗入墙后填土中的积水易于排出，通常在墙身不同部位应布置适当的泄水孔。泄水孔入口处应用易于渗水的粗颗粒材料（卵、碎石等）做滤水层以免淤塞，并在泄水孔入口处下方铺设粘土夯实层，防止积水渗入挡土墙地基。挡土墙后填土应尽量选取抗剪强度稳定且易于排水的卵石、砾石、粗砂、中砂等土类。这类土的内摩擦角大，主动土压力系数小，易于保持稳定，节省工程量，是理想的墙后填土材料。4.6 4.6 地基的承载力地基的承载力 一、地基承载力的概念承载力承载力地基承受荷载的能力。数值地基承受荷载的能力。数值上用地基单位面积上所能承上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示。受的荷载来表示。极限承载力：极限承载力：地基承受荷载的极限能力。地基承受荷载的极限能力。数值上等于地基所能承受的数值上等于地基所能承受的最大荷载。最大荷载。容许承载力：容许承载力：保留足够安全储备，且满足一保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承载力。也即能定变形要求的承载力。也即能够保证建筑物正常使用所要求够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力。的地基承载力。4.6 4.6 地基的承载力地基的承载力 在地基上建造建筑物后，地基表面受荷，其内部应力也随之在地基上建造建筑物后，地基表面受荷，其内部应力也随之发生变化，一方面附加应力引起地基内土体变形，造成建筑物沉发生变化，一方面附加应力引起地基内土体变形，造成建筑物沉降；另一方面，内部应力变化引起地基内土体剪应力增加，当某降；另一方面，内部应力变化引起地基内土体剪应力增加，当某一点剪应力达到土的抗剪强度时，该点即处于极限平衡状态或破一点剪应力达到土的抗剪强度时，该点即处于极限平衡状态或破坏状态。若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就形成坏状态。若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就形成极限平衡区，或称塑性区。若荷载继续增加，地基内极限平衡区极限平衡区，或称塑性区。若荷载继续增加，地基内极限平衡区的发展范围随之不断扩大，局部塑性区发展为连续贯穿到地表的的发展范围随之不断扩大，局部塑性区发展为连续贯穿到地表的整体滑动面，这时，地基会整体失稳破坏。整体滑动面，这时，地基会整体失稳破坏。稳定要求：荷载小于地基承载力（抗力）稳定要求：荷载小于地基承载力（抗力）建筑物地基设计的基本要求：建筑物地基设计的基本要求：变形要求：变形小于设计允许值变形要求：变形小于设计允许值S S 4.6 4.6 地基的承载力地基的承载力 二、地基的破坏型式4.6 4.6 地基的承载力地基的承载力 根据地基载荷试验的p-s曲线（图5-15（a）的特点，可将整体剪切破坏的变形分为三个阶段：4.7 4.7 地基的塑性区理论和临塑荷载地基的塑性区理论和临塑荷载地基临塑荷载pcr是在整体剪切破坏的模式下，按条形基础受均布荷载作用推导出来的。假设基础底面的附加应力为p0，基础底面下深度z处土的自重应力z，基础埋深d。为简化计算，假定土的侧压力系数K0=1，则土的自重和基础埋深引起的超载在地基中任意点M处产生的应力各向相等，因而，M点的最大主应力和最小主应力分别为(如右图5-15)：p0基底附加压力，p0=p-0d，kPa；p基底压力，kPa；0M点到条形基础均布荷载两端点的夹角，弧度。4.7 4.7 地基的塑性区理论和临塑荷载地基的塑性区理论和临塑荷载基础边缘下塑性区的边界方程4.7 4.7 地基的塑性区理论和临塑荷载地基的塑性区理论和临塑荷载当地基中塑性区的最大深度zmax控制在基础宽度b的1/4，即1/4b时，相应的荷载用P1/4表示一般p1/4用于中心荷载的情况4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 地基极限承载力是地基与单位面积上所能承受的最大荷载，其理论表达式有许多种，其中有代表性的包括普朗德尔（Prandtl）、太沙基（Terzaghi）、迈耶霍夫（Meyerhof）、汉森（Hansen）和魏锡克（Vesic）公式等。一、普朗德尔一、普朗德尔公式公式4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 二、太沙基公二、太沙基公式式0ddcba(a)太沙基理论滑动面cdupabd太沙基假定基础底面粗糙，地基滑动面形状如上图，也可分为三个区。基础底面与地基土之间的摩擦力阻止了基底处剪切位移的发生，基底以下一部分土体将随基础一起移动而始终处于弹性平衡状态，这部分弹性楔体aba即区，aa面不再是大主应力面，区内土体也不再处于朗肯主动状态，而是处于弹性压密状态；区的滑动面由两组曲面组成，一组有对数螺旋线形成，另一组是辐射向的曲面；区是被动朗肯区，滑动面是平面，它与水平面的夹角为（45/2）。4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 c(b)太沙基简化滑动面bcdaaupbddd04.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 (c)弹性楔体受力分析pEbaWCbuppEH=tgba2C4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 太沙基极限承载力的表达式4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 三、魏锡克公式4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 当荷载在短边方向倾当荷载在短边方向倾斜时斜时当荷载在长边方向当荷载在长边方向倾斜时倾斜时4.8 4.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 5、工程建设的岩土工程勘察E5.1 概述E5.2 勘察阶段划分及勘察方法E5.3 岩土工程勘察报告5.1 工程地质勘察的内容和要求工程地质勘察的内容和要求岩土工程勘察规范GB-500021-94适用于除水利工程、公路工程、铁路工程、核电站工程以外的工程建设岩土工程勘察L公路工程地质勘察规范JTJ064-98L港口工程地质勘察规范JTJ240-97水利水电工程地质勘察规范GB50287-99铁路工程地质勘察规范推荐规范岩土工程勘察等级岩土工程勘察等级甲级甲级乙级乙级丙级丙级工程地质勘察的准备工作工程地质勘察的准备工作收集资料收集资料布置钻孔布置钻孔现场踏勘定位现场踏勘定位勘察工作的三个阶段勘察工作的三个阶段选址勘察初步勘察详细勘察施工勘察5.2 岩土工程勘察方法岩土工程勘察方法勘探工作勘探工作坑探钻探触探坑探钻探触探（1）静力触探(2)圆锥动力触探圆锥动力触探（3）标准贯入试验5.3 岩土工程勘察报告岩土工程勘察报告*地基勘察报告书的编制地基勘察报告书的编制文字、图表文字、图表地基勘察报告书的阅读及使用地基勘察报告书的阅读及使用6、天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础E6.1 6.1 浅基础的类型、构造及设计条件浅基础的类型、构造及设计条件 E6.2 6.2 一般浅基础设计一般浅基础设计E6.3 6.3 浅基础的变形分析与验算浅基础的变形分析与验算E6.4 6.4 减轻不均匀沉降危害的措施减轻不均匀沉降危害的措施 6.1 浅基础的类型、构造及设计条件浅基础的类型、构造及设计条件建筑物的安全建筑物的安全和正常使用和正常使用用途和安全用途和安全等级等级建筑场地和建筑场地和地基岩土条地基岩土条件件地基基础地基基础方案方案工期、造价工期、造价施工条件施工条件上部结构类上部结构类型型平面布置平面布置地基基础地基基础类型类型6.1.1 浅基础设计简介浅基础设计简介一、选择一、选择一、选择一、选择地基基础类型地基基础类型，主要考虑两方面因素：，主要考虑两方面因素：，主要考虑两方面因素：，主要考虑两方面因素：1 1、建筑物的性质；、建筑物的性质；、建筑物的性质；、建筑物的性质；2 2、地基的地质情况。、地基的地质情况。、地基的地质情况。、地基的地质情况。二、二、二、二、地基基础方案地基基础方案1.天然地基上的浅基础；天然地基上的浅基础；2.人工地基上的浅基础；人工地基上的浅基础；3.天然地基上的深基础、桩基础。天然地基上的深基础、桩基础。三、天然地基上的浅基础定义三、天然地基上的浅基础定义三、天然地基上的浅基础定义三、天然地基上的浅基础定义6.1.2 浅基础的类型浅基础的类型扩展基础扩展基础刚性基础刚性基础柔性基础柔性基础联合基础联合基础条形基础条形基础箱形基础箱形基础独立基础独立基础筏板基础筏板基础十字交叉梁基十字交叉梁基础础壳体基础壳体基础按构造类型按构造类型一、扩展基础一、扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房适用于多层民用建筑和轻型厂房(1)无筋扩展基础无筋扩展基础(刚性基础）刚性基础）(2)(2)扩展基础扩展基础(柔性基础）柔性基础）1、定义、定义2、受力性能：抗弯和抗剪、受力性能：抗弯和抗剪性能良好性能良好二、联合基础二、联合基础 当为了满足地基土的强度要求，必须扩当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。为联合基础。联合基础联合基础三、按构造类型三、按构造类型1、独立基础、独立基础2、条形基础、条形基础长度远大于宽度的基础长度远大于宽度的基础3、十字交叉梁基础、十字交叉梁基础4、筏板基础、筏