最新地基基础、土工试验及地基承载力PPT课件.ppt

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1、地层名地层名称称符号符号地层名地层名称称符号符号地层名地层名称称符号符号地层名地层名称称符号符号人工填人工填土土Qml残积层残积层Qed海陆交海陆交互相沉互相沉积层积层Qmc滑坡堆滑坡堆积层积层Qdel植物层植物层Qpd风积层风积层Qeod冰积层冰积层Qgl泥石流泥石流堆积层堆积层Qsel冲击层冲击层Qal湖积层湖积层Ql冰水沉冰水沉积层积层Qfgl生物堆生物堆积层积层Qo洪积层洪积层Qpl沼泽沉沼泽沉积层积层Qh火山堆火山堆积层积层Qb化学堆化学堆积层积层Qch坡积层坡积层Qdl海相沉海相沉积层积层Qm崩积层崩积层Qcol成因不成因不明的沉明的沉积层积层Qpr表表2海水堆积海水堆积滨海堆积滨

2、海堆积海岸及岸流堆积作用海岸及岸流堆积作用浅海堆积浅海堆积浅海相动荡及静水的混合作用浅海相动荡及静水的混合作用深海堆积深海堆积海相静水堆积作用海相静水堆积作用三角洲堆积（河湖）三角洲堆积（河湖）河水、海水混合堆积作用河水、海水混合堆积作用地下水堆地下水堆积积泉水堆积泉水堆积化学及部分机械堆积作用化学及部分机械堆积作用洞穴堆积洞穴堆积机械及部分化学堆积作用机械及部分化学堆积作用 冰 川 堆冰 川 堆积积冰碛堆积冰碛堆积固体状态冰川搬运堆积作用固体状态冰川搬运堆积作用冰水堆积冰水堆积冰川中冰下水搬运堆积作用冰川中冰下水搬运堆积作用冰碛湖堆积冰碛湖堆积冰川地区静水堆积作用冰川地区静水堆积作用 风 力

3、 堆风 力 堆积积风积风积风的搬运作用风的搬运作用风水堆积风水堆积风的搬运作用后来又经水流搬运堆积风的搬运作用后来又经水流搬运堆积作用作用 二、土的组成 固相：土粒，有时有胶结物和有机质液相：水及溶解物气相：空气及其他气体土中孔隙完全充满水饱和土土中孔隙仅含空气干土地面以下，地下水位以上一定高度范围内： 兼含空气、水属三相体系湿土1、土的固相粒组粒组统称统称粒组名称粒组名称粒组粒径粒组粒径d的的范围范围巨粒巨粒漂石（块石）粒漂石（块石）粒卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒d200200d60粗粒粗粒砾粒砾粒粗粒粗粒细粒细粒沙粒沙粒60d2020d22d0.075细粒细粒粉粒粉粒粘粒粘粒0.075d0

4、.0050.005d粒组划分 级配各粒组的相对含量称为土的级配术语标准：级配：以不均匀系数Cu和曲率系数Cc 来评价构成的颗粒粒径分布曲线形态的 一种概念；巨粒土：粒径大于60mm的粒状含量大于总质量的 50%的土；粗粒土：粒径大于0.075mm的颗粒含量大于总质量 的50%的土；细粒土：粒径小于0.075mm的颗粒含量大于或等于 总质量的50%的土；不均匀系数：反映土颗粒粒径分布均匀性的系数 Cud60/ d10；曲率系数：反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数Cc d302/( d10d60) d60、 d30 、d10分别为 小于该粒径的土粒质量占总土粒质量 的百分数砂土颗粒组成特性应根据Cu

5、 和Cc确定良好级配土同时满足Cu5和（且）Cc13时 的土不良级配土不同时满足Cu5和（且） Cc13时的土。级配良好压实达到较高密实度、渗透性小、 强度高、压缩性低级配不良压实达到较小密实度、渗透性大、 强度低、压缩性大粘土矿物：高岭土、伊利土、蒙脱土2、土的液相 水的类型水的类型主要作用力主要作用力自由水自由水毛细水毛细水表面张力和重力表面张力和重力重力水重力水重力重力结合水结合水物理化学力物理化学力近代土质学（高国瑞）介绍：随土粒移动，在一定程度上具有固 体性质，是粘土颗粒表面一部分厚度，3层 水分子厚度约10A；密度大；粘滞性高，比自 由水大100倍；A1018m有人测到第一层水分子

6、密度为1.4g/cm3：也有人称为渗透吸附水，渗透吸 附和范德华力,粘土表面的分子团 形成的瞬时偶极，诱发临近分子位 移，产生偶极子之间的吸引力，成 为主要影响因素这层水在土中经常 变化，影响土的工程性质；是离子 扩散层的水，性质和自由水不同。：被土颗粒表面吸附着的水称 为结合水，受土粒表面引力控制，有其独 特特点：如溶解能力降低，密度大，弹性 增强，粘滞性高，不受重力影响，冰点低 于零度等。 对细粒土，当粘粒（0.005mm）含量高时，特 别是当粘粒由粘土矿物组成时，结合水往 往占有很大的孔隙体积，故细粘土的性质 将受结合水的重大影响。华水土工原理计算介绍：在双电层影响下的水称为 结合水。：

7、不受土粒表面引力束缚的那部分水称为 自由水。处于地下水位以下，存在于土粒表 面电场影响以外的水。：在地下水位以下的水 在重力作用下，能在孔隙中自由运动并对土粒 有浮力的作用的水。：在地下水位以上水为毛细水：由于水的表面张力，土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。讲义：水不能承受剪力，可承受压力和一定吸力，压缩性很小。3、气相土中的气：土孔隙中充填的空气：与大气连通与大气不连通 ，以气泡出现封闭气体饱和软土，土中出现封闭气泡将使土的渗透性减小，弹性增大，拖延土的压缩、膨胀过程，对土的工程性质影响较大。三、土的结构：土的固体颗粒及其孔隙的空间排列特征；：土的固体颗粒间的几何排列

8、和联接方式；：土的固体颗粒构成的格架；：单位土体或单位质量土颗粒的总表面积。华水土工原理与计算： 土的结构是指土颗粒或集合体的大小、形状、表面特征、排列形式以及它们之间的联接特征，也称土的微观结构（讲义）。讲义：土的结构取决于土粒间力的性质，以及土的形成受到的外力。沉积形成的土常具有下列极端类型： 1、单力结构：土粒尺寸大，土粒自重粒间引力 砂、砾代表结构颗粒粗大、比表面积小、点接触，几乎无联接、孔隙比大、透水性好，角大，强度高，变形小。 华水：设土粒为均一球体，最松散孔隙比为0.91，最紧密的孔隙比e为0.35，自然孔隙比也在0.350.91之间，松散的在震动下会有液化。2、絮凝结构：（华水

9、中层片架结构），也称蜂窝装结构。粘粒在盐水中，由粒间引力作用沉积而成的结构为絮凝结构，性质较均匀，较大孔隙比、扰动敏感，在外力下，变形和强度发生变化。 华水：某些饱和粘土在震动作用下会失去强度呈溶胶状，在外力作用停止后能重新絮聚成土体，这种现象叫触变，具有触变性的土多属于此种结构。 天大土力学：当水中电解质较多时，颗粒可形成面与边、面与点的联接，成絮凝结构、海水中有丰富的电解质，因而形成的粘土多为絮凝型。 手册：粘性土的结构 1）窝状结构：土粒受重力作用下沉，与其它土粒接触时，由于粒间分子 引力粘土重力，土粒不再下沉，形成了很大孔隙和不稳定结构形式称蜂窝结构。 2）絮状结构：最细的土粒分散于水

10、中，形成胶体溶液后，发生布朗运动，土粒间不相互碰撞，当溶液遇到电解质后，土粒凝聚成絮状物下沉，形成较蜂窝装结构孔隙更大，更不稳定的结构，称絮状结构。 3、片堆结构：粘粒在淡水中，由粒间的外力作用沉积而成也称分散结构。具片堆结构的粘性土，粒间的定向排列程度较高，密度较大，具明显各向异性。天大土力学P277：当粘粒间结合水膜较厚时，分散型结构也可具有很大的孔隙比。 总之：具单粒结构的往往是粗粒土，无明显沉积层理和各向异性，密实度、孔隙比、强度有好有坏。细粒土沉积往往具有明显层理和各向异性，如砂土与粘土相互胶叠成层，竖向压缩性和透水性小，平行层里方向压缩性和透水性大。如细粒中夹有粗粒，其物理力学特性

11、主要由细粒土决定。如淤泥混砂，即使含有3040%的淤泥，仍显淤泥特性。即淤泥含量超过30%（占总质量）为淤泥混砂，这类土的承载力不应以物理性指标做为评价依据，应以力学性指标或现场测试方法确定。四、土的物理性指标土的物理性指标：表示土中三相（气、水、固）比例关系的一些物理量。土的物理性指标分为： 试验指标：通过试验测试 换算指标：根据试验测定的指标换算1、土的三项指标：讲义未给文字定义 1）土的天然密度：名词规范叫容重：单位体积的质量（GB/T50279 P27，GB/T50123-99） 容重与重度关系： 港工地基规范：重度：单位体积土的重量 土工试验方法国际GB/T50123 -99：密度：

12、土的质量/单位体积港工老规范（87合订本）：容重 ：土的单位体积的重量讲义：土的天然密度 =ms土粒质量；mw水的质量； VS 、VW、Va分别为土粒、水、空气的体积。GB/T50123-99：O=mo湿土质量VmAWSwsVVVmmVomV试样体积讲义：土的干密度Pd =ms土颗粒质量；V土的（固、液、气）总体积GB/T5012399：Pd2）含水率VSmow01. 01pw01. 01p讲义：W （ 1）100GB/T5012399：W（ 1）100（），为质量比（应以此为准）讲义P25：土的含水量（也称土的湿度）指土中水分的重量与土粒重量的比值 岩土工程基本术语标准GB/50279-98

13、： 含水率：土中水的质量与土颗粒质量的比值，以百分率表示 mmwsmmmssmmsomm3）土粒比重 讲义：Gs GB/T50123-99土粒比重：土颗粒的质量与同体积的4蒸馏水的质量比值，与SL237-1999定义同，而与岩土工程基本术语标准GB/T50279-98不同（它规定为重量比），应以质量比为准。c4w)mPVS（C433m/kgmkg）（Gs g重力加速度。港工地基规范：土粒比重称为土粒的相对密度砂的相对密度称为相对密实度4）由、W、Gs换算的指标（1）饱和密度C43sgmgm）水体积水质量（C433gmkgmgkg）（sat mW充满土中全部孔隙的水质量VwssVmVmmws（2

14、）浮密度 sat-1VS=V-VvVV全部孔隙体积VV-mssW /V -VW/V =sat-wsat-1VV-mssWwvs)V-V-m（3）干密度 dV土的总体积土粒质量smd 天然密度（4）孔隙比：土体的孔隙体积与体积颗粒体积的比值 讲义： （100）Vmsw01. 01svwsmm1VmmsvVVn1nsvVV（5）孔隙率 （对饱和土，空气体积Va=0）；n（1+e）e；n+nee；e-nen；e（1-n）n （6）饱和度：土中孔隙水体积与孔隙体积的比值S=VVvnvsvVVVsvsssvVVVVVVe1e%100VvVw（7）密度（）与容重（）（重度）的关系若2000kg/m3 g=

15、9.8m/s29.8g2000kg/m39.8m/s219600kg.m/s219.2kN/m3=2t/m3（1t1000kg）若g10m/s2；20kN/m32、无粘性土的相对密度GB/T50279-98反应无粘性土紧密程度的指标讲义： minmaxmaxeeeeDo （实用表达式） ddddddD)()(minmaxmaxmineo无粘性土（或无粘性填土）的孔隙比。注：对天然地基为天然孔隙比。emax该无粘性土（或无粘性填土）的最大孔隙比，由它的最小干密度换算。emin该无粘性土（或无粘性填土）的最小孔隙比，由它的最大干密度换算。d无粘性土（或无粘性填土）的干密度。注：天然地基为天然干密度

16、。dmax该无粘性土（或无粘性填土）的最大干密度。dmin该无粘性土（或无粘性填土）的最小干密度。工程中用Dr划分密度区为：疏松的0Dr1/3中密度1/3Dr2/3密实的2/3Dr1.03、粘性土的稠度 ：粘性土由于W不同，土的状态不同。通常用硬塑、可塑、软塑、流动等术语描述，这种性能统称为稠度。 ：流动状态与可塑状态的分界含水量； ：可塑状态与半圆体状态的分界含水量;：半固体状态与固体状态的分界含水量；GB/T50279-98：饱和粘性土的含水率因干燥减少至土体积不再变化时的界限含水量。IP=WL-WPIL= PPPLPIWWWWWW竖硬硬塑可塑软塑流塑IL00IL0.250.25IL0.7

17、50.75IL1.0IL1.0WWPWPWWLWWP粘性土的状态： 五、土的分类土的工程分类表土的工程分表五.doc六、土的压实性土的压实性：土的压密度常以干密度Pd表示影响压实性的因素：含水量、压实功能、土的种类和级配有关等 土的干密度、含水量、压实功能三者之间有一定关系和规律 工程中：希望能找到： 满足设计要求的干密度对应的适宜的（最佳）含水量对应的压实所需的最小功能。不同的土通过试验的得到压实最小功。这种对应的含水量称为最佳含水量。用WOP表示。 2土中水的运动规律一、土的毛细性 如果把一块干土下部与水接触，看到水分向块上部浸润，开始上升速度快，后来变慢，达到某一高度时，趋于停止，这就是

18、土的毛细现象。 存在与土的毛细管孔隙中的水，在表面张力作用下，沿着毛细孔隙各个方向运动的性能称为毛细性。 GB/T50279-98（毛细管水）：由于土的表面张力，土体中受毛细管作用保持在自由水面以上并承受负孔隙压力的水。 ：存在于0.0020.5mm孔隙中 ：研究土的毛细性主要是针对具有这类细小孔隙的细砂土，粉土类土的。：毛细水的上升高度是表征毛细性的主要指标，上升高度越高，毛细性越明显。：由于土粒间接触面上部分水的毛细压力而形成,这与粘性土中粒间的粘聚力不同。：颗粒大小、孔隙大小、土粒形状、矿物成分、水溶液性质。 ：使土含水量增大，引起强度和变形变化（向不利方面变化笔者），由此产生建筑物的不

19、稳定。如土的沼泽化，盐渍化。 二、土的渗透性渗透：土孔隙中的自由水在水头差作用下穿过孔隙的现象称为渗透。 GB/T50279-98以渗透系数来反映土体透水的能力。渗透性（透水性）：土中的自由水能在孔隙中渗透流动的性能称为渗透性或透水性。1、达西定律：（H.Darcy定律）：根据砂土的试验结果得到：由于土孔隙细小，流速较小，可认为（假定）是层流（流线相互平行的流动）。：水在土中的渗透速度与水力坡降成正比：根据砂土试验得到：V=kl q=kiAV：渗透（流）速度（m/s）；i：水力坡降，即沿着水流方向单位长度方向的水头差；k：渗透系数（m/s）；q：渗透流量，单位时间内流过土截面A的流量。q=k(

20、m/s) i(无量纲) A（m2）=q(m3/s) 达西定律只适用于层流，故一般适于砂土，粘土存在大量结合水，土中自由水受到结合水的粘滞阻力，只有克服这一阻力才开始渗透流。 io,克服结合水粘滞阻力的需要的水力坡降称为粘性土的起始水力坡降。 粘性土中应按下面修正后的达西定律计算渗透速度： Vk(i-io) 强透水性 k10-5m/s 中透水性 k=10-510-7m/s相对不透水性k10-8m/s 2、渗透变形 ：渗透水流作用于单位土体内土粒上的托拽力称为渗透力用j表示，单位：kN/m3。 j=wi j的大小与之成正比 渗透变形：在渗透情况下，由于渗透力的存在，使土中细颗粒受冲击，被带走或局部

21、土体产生移动，导致土体变形的问题。常见的形式有流砂(临空条件下动力水等于土的浮重度时,)、管涌（动力水大于土的浮重度u时）、潜蚀（动力水将细颗粒带走）和基坑突涌等。 水在土中渗流，将引起水量流失；土体内部应力和结构变化改变建筑物或地基的稳定条件，对固结、强度、安全都有重要作用，甚至会造成事故。如产生泥石流、滑坡等也正是由于渗透力的作用。3、水在冻结过程中水分的迁移和积聚：冻土地区随着土中的冻结和融化，会发生一些独特的现象，称为冻土现象。严重影响建筑物的稳定与安全。：冻胀和冻融水分结冰、体积增大，4体积最大。主要由于周围未冻区土中弱结合水向表层冻结区迁移积聚，使冻结区水分增加，冻结后的冰晶体不断

22、增大。 气温升高、土层解冻、积聚上部冰晶体融化，使土层含水量大大增加，细粒土排水能力差，土层处于饱和状态，土层软化，强度降低。 三个必要条件 （1）土：细粒土、特别是粉土，粉质粘土等，既有较多的结合水又有较显著的毛细现象，冻结时水分子迁移和积聚最为强烈，冻胀现象严重。 （2）水：当地下水位较高，毛细水上升高度达到或接近冻结线，使冻结区得到外部水源补，发生强烈冻胀现象。（3）温度：气温缓慢下降，冷却强度小，负温持续长，促使未冻结区水分不断向冻结区转移积聚，使土中形成冰夹层，出现时显冻胀现象。设计中，一般要求基础底的置与冻结深度以下。3地基的应力、沉降与承载力一、概述支撑建筑物的土层分为天然地基人

23、工地基：人工加固或处理后的地基、桩基与地基接触的建筑物底部称为基础：起“承上启下”作用，上部荷载通过基础传给地基，而地基将产生应力和变形地基将有稳定和变形问题。应力在强度允许范围内土体稳定应力超过了（某一局部）的土体强度局部破坏范围加大后将产生失稳或滑动承载能力极限状态应力超过了某一允许值而地基未达破坏地基产生了超过允许值的变形影响使用、外观正常使用极限状态。二、地基中的应力：土的自重产生：由载荷产生，附加载荷产生采用理论：均质弹性半无限体：把土示为：均质、连续、各向同性的半无限弹性体。1、土的自重应力计算：必须知道原地面位置计算沉降是土骨架的沉降，因此自重应力水下应该用浮重度。 2、附加应力

24、（压力）计算（1）集中力下的z（2）矩形基础均布载荷下的z（3）矩形基础三角形载荷下的z（4）矩形基础水平均布载荷下的z3、基地压力计算：建筑物传给地基表面的压力：大小等于基底面的地基反力：基础刚度、地基的变形条件，当总载荷一定时，基底压力分布形状对土中应力分布的影响只在一定范围内有影响，超过1.52.0基宽时影响已不显著。实用基底压力：可近似按直线规律变化。但在计算基础内力时不能按此简化计算。计算公式（1）中心荷载 p = kPa（2）偏心荷载 p = (1 )AP2mKNminmaxAPWMAPBe6P、M作用基础中心的坚直荷载及弯距，M=Pee偏心距W载面距 W62LBL、B基础长、宽当

25、e 合力作用点距前趾大于三分点（ ），Pmin0，基底压力梯形分布。 e 合力作用点距前距等于三分点（ ），Pmin=0，基底压力三角形分布。6B6B3B3Be 合力作用点距前距小于三分点（ ），Pmin0，基底压力三角形分布，产生拉力（不合理），在地基计算中不计拉力。重力式码头规范： 时 B1=B e 时 B1=3（MR-MO）/VK6B3B3B3B6B为合力作用点至码头前趾距离；B1墙底实际受压宽度；B墙底宽度。对的限制对非岩石地基： 即不小于4分点（ ）。对岩石地基：可不受限制。（3）基底附加压力设埋深度为D、平均重度为r，基础底面原有自重压力为YD。4B4BP=Po-YDPo基底压力（

26、kPa）。基底附加压力应减去基底处自重压力。三、基础沉降计算认为土的压缩完全是由孔隙中水和气排出造成1、 压缩定律和土的压缩指标：由单向压缩试验，测出土的压缩性指标=H H1ee1e2；pp2-p1= 压缩系数ep（p2-p1）1HH121e1ee）（1e1e）（1e1epe1221ppeeH H1 H1Cc eCc1g（ ）H 1g（ ）H1112e1pp）（1e1p1221gp11gpee）（12pp1ge12pp12pp11 eccCc压缩指数。体积压缩模量mv：为单位压力作用下的体积压缩量mv = emvp（1e1） H H1mvpH1 pVV1pe1e1）（pe）（1e11）（1e1

27、11ve1e1pm）（压缩模量ESES是在侧限条件下，应力p（p2-p1）与应变 即 的比值ES （1+e1） e （1+e1）；121e1ee）（1e1epep）（1e1vm1sEp1e1eH H1 H1计算沉降指标 计算公式e1、e2、H1、pp2-p1 H H1sEps1Ee1p）（ ）（1e111e1e、e1、H1、pp2-p1 H H1Cc、e1、H1、p、p2、p1 H H1mv、H1、 P Hmv PH11e1p1ce1C）（12pplogEs、H1、 P H PH12、Pc: 历史上受过的最大有效压力叫先期固结压力OCR正常固结 OCR1.0超 固 结 OCR1.0欠 固 结

28、OCR1.0Es1czcP自重压力先期固结压力3、地基沉降计算：S hi 计算结果应根据实测资料进行修正S n1iSn11i2i1i1eeen11i1i1）（eaizihin1siziEhn1izivihmiciziheCcilog1n11i）（n1isi)(Smmsi：不同土质、不同应力实测沉降与计算沉降比值一般由经验确定，缺乏经验时应注意积累资料、总结经验。压缩层深度Zn：Zh处， 0.2； 软土 0.1czczcz下式为老规范（工民建89年版、港工地基87年版）的压缩层深度确定公式 Sn0.025Sn：在Zn深度向上取1m土层的压缩量。n1iS四、固结理论 砂土：透水性强，压缩量小，一般

29、施工期结束时压缩可完成。 粘土：透水性弱，压缩量大，压缩稳定时间长。 ：地基由于增加应力，引起的应变随时间变化的全过程叫地基固结。GB/T50279-98：饱和软粘土承受压力后，土体随孔隙水逐渐排出而减小的过程 研究地基固结过程的理论叫固结理论，以饱和土单向固结理论为基础。1、单向固结模型：孔隙水从一个方向排击（竖向），土体压缩也只是单向（竖向）。有效应力理论：Pu+；：土骨架上的有效应力。在某一压力下，饱和土的固结过程也是u（超静水压力）不断消散，附加有效应力不断增加的过程。任一深度，任一时刻的应力始终遵循有效应力原理。2、单向固结理论基本假定:(1)土是均质、各向同性饱和体 (2)土的压缩

30、空气由孔隙减少引起 土粒、孔隙水本身不可压缩 土的压缩系数a视为常量Cv= (3)土的压缩、排水仅在竖向产生waek)1 (1k、a不变则（4）孔隙水排水符合达西定律， 在整个固结过程中Cv不变渗透系数K为常量（5）地面上作用着连续均布载荷，是一次瞬时施加。 由于孔隙被水充满，根据连续条件，在dt时间内，单元体积的减少应等于流出与流入该单元体中的水量之差。由此可得单向固结微分方程： ； Cv单元体内孔隙水压力在单位时间内的变化率（ ）。单元体积内，孔隙水压力（孔压）在Z长度上的变化速度（ ）的变化率（ ）。22vzutuCw1e1k）（ tu22zuzuzuU= (m，正奇数1、3、5)VTH

31、ZS4m1 -m22e2minm1p4）（Tv= ；H排水量大距离，单面排水为土层厚度；双面排水易为土层厚度之半。e=2.7182当取m=1时tH2vCuVTHZS42e2inp4）（实际工程、砂井工程是空间问题（即轴对称问题）。3、固结度在某一固结应力下，经t时间后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。GB/T50279-98：饱和土层或土样在某一载荷下的固结过程中，某一时刻的孔隙水压力平均消散值或压缩量与初始孔隙水压力或最终压缩量的比值，以百分率表示（这个定义综合了应力固结度和应变固结度）。对于单向固结土层的平均固结度。U=St/S利用Ut曲线推求S解决下面两个问题：（1）已知S求某等时间

32、t的时间St。（2）已知S，求土层达到某St时所需时间t，根据固结理论达到同一TV，单面排水所需时间是双面排水的4倍。 五、土的抗剪强度：指土体对于外荷产生的剪应力的极限抵抗能力。当土体某点剪应力达到了土的抗剪强度，则就发生了土体的一部分相对另一部分的位移，这时便认为该点发生了剪切破坏。GB/T5027998：土体或岩体在剪切面上所能承受的极限剪应力。1、莫尔应力圆与抗剪强度定律：土体内部的滑动可沿着任何一个面发生，如果该面上的剪应力等于它的抗剪强度，就可引用材料力学中有关一点的应力状态的莫尔应力圆表示法。设某一土单元体上作用着1，3，则任一与大主应力面夹角为的平面上的应力状态，可以用坐标图中

33、的莫尔应力圆上一点的应力坐标大小表示。这个平面上的法向应力a和剪应力a可分别表示为： （注意 为负值） 库仑定律： （总应力表达式） （有效应力表达式）2cos223131a2cos2sin231atgcftgcf对处于相同初始条件的某种土来说，抗剪强度与有效应力有唯一对应的关系。2、极限平衡状态与土的理论强度土的强度理论可归结为：）（）（245ctg2245tg231）（）（245ctg2245tg213（1）任一平面上的抗剪强度是该面上法向应力的函数，在一定范围内可用直线近似表示；（2）土的剪切破坏只有在莫尔应力圆与强度线相切之后方能发生；（3）土体某点处于剪切破坏时，破坏面与大主应力作用

34、面夹角245（4）按该理论，可认为剪切强度与土中的中主应力2无关。3、抗剪强度试验方法（1）直剪试验（2）三轴试验 （3）无侧限抗压强度试验：qu无侧限抗压强度试验相当于三轴试验中30的不固结不排水试验。仅适于饱和粘性土f quCu（1qu2ctg ( )=2c）4、抗剪强度试验方法室内抗剪强度试验仪器一般用直剪仪、三轴仪和无侧限抗压强度仪三种，方法简述如下。（1）直剪试验（见表14）21245试验试验方法方法代表代表符号符号试验条件试验条件强度强度指标指标快剪快剪Q不固结、不排水，加不固结、不排水，加后后立即快速剪坏立即快速剪坏Cqq固结固结快剪快剪CQ加加后后, ,待土样充分排水固待土样充

35、分排水固结，然后快速剪切结，然后快速剪切Ccqcq慢剪慢剪S加加待土样排水固结后，待土样排水固结后，再缓慢施加轴相压力再缓慢施加轴相压力，使土样充分排水使土样充分排水Css 直剪试验方法表14 (2)三轴试验（见表15） 三轴试验方法及抗剪强度公式表15试验方试验方法法代表代表符号符号试验条件试验条件强度公式强度公式不固结不固结不排水不排水剪剪UUUU不固结、不排水，施加不固结、不排水，施加3 3后立即快速剪切后立即快速剪切f fC Cu u固结不固结不排水剪排水剪CUCU加加3 3后，待土样充分后，待土样充分排水固结，然后快速剪排水固结，然后快速剪切切f f=C=Ccucu+t g+t gc

36、ucu固结排固结排水剪水剪CDCD加加3 3待土样排水固结待土样排水固结后，再缓慢施加轴相压后，再缓慢施加轴相压力力P P，使土样充分排水，使土样充分排水f fC+tgC+tg六、地基承载力 ：指土的单位面积上所能承受载荷的极限能力，“当地基土确定后地基承载力也就确定了是唯一的”（讲义）这句话不确切。但当基础尺寸变化时，地基极限承载力也会变化，仅当0时，Nr=0，地基极限承载力才是唯一的（Ng=1、Nc=5.14）。：在建筑物载荷作用下，能够保证地基不发生失稳破坏，同时也不产生建筑物所不允许的沉降时的最大地基压力。即是满足强度和变形要求的综合性指标。 即要考虑土的强度，也要考虑不同建筑物对沉降

37、的要求。当地基土确定后，地基允许承载力是不确定的，按不同建筑物的要求确定地基承载力，在工程中更具实用价值。港口工程地基规范与此不同：给出的是极限承载力公式而不是允许承载力。地基承载力破坏形式：整体剪切破坏：坚硬或紧密的土局部剪切破坏：松软土刺入剪切破坏：松软土理论计算公式的推导，均是在整体剪切破坏形式下推导的，对局部或刺入破坏目前尚无成熟理论可循，而是采用半经验方法在整体破坏的计算公式加以修正用于局部剪切理论计算。地基承载力确定方法：现场原位测试；理论公式；根据地基土的物理指标，从有关规范中直接查取。1、根据原位测试确定原位测试有：现场载荷试验标准贯入试验触探试验动探试验由现场载荷试验PS曲线

38、确定允许承载力，也称临塑载荷；Pcr由PS曲线弹性塑性转折点；Pu破坏时载荷叫做极限荷载。PcrPPu/kK一般为2.02.5，港工规范K2.03.0；P允许承载力讲义中：当PS曲线不破坏产明显时取S=0.02B时对应荷载允许承载力，此说法不全面。2、理论公式确定由理论公式直接管出地基承载力，再结合建筑物对沉降要求确定允许承载力。注意：工民建地基以查表为主，一般沉降不计算，凭经验。3、根据设计规范都需要满足要求确定对中、小建筑物根据现场土的物理性指标用查表法并考虑埋深、基础度修正、确定地基允许承载力。4、影响地基承载力的因素（1）土的成因与堆积年代：冲积土承载力大，风积土承载力小。年代久，承载

39、力高。（2）土的物理力学性质：无粘性土粒径越大，e小承载力大；粘性土W大，r小承载力小；对粘性土当、r、e和IL相同时粘土的力学强度高于粉质粘土。（3）地下水：湿陷性基土遇水膨胀，承载力降低。（4）建筑物基础尺寸、刚度、基础宽度、埋深对承载力有影响。5、注意港工地基规范和港工勘察规范与工民建地基与基础设计规范确定地基承载力的异同点。4 土样和试样制备一、土样的采集保持土的原始结构及天然含水量，采集不受扰动。用钻机取土时，土样直径为75100mm；用于室内土试验的土样，基颗粒粒径均需小于60mm。薄壁取土器的规格及应用：原状土样应符合下列要求：（1）土样蜡封应严密，保管、运输中不受震、热、冻；（

40、2）取样过程中土样不得受压，受剂、受扭； （3）土样应取满取土筒； （4）土样保存时间不宜超过3周。 取土样应附取土记录表，以及现场描述。 土样运到试验单位的同时，应该附送试验委托书。 原状土样和需要保持天然含水量的扰动土样的试验前应妥善保管，应采取防止水分蒸发的措施。土样应有专用贮存场地。二、土样制备试验方法适于颗粒粒径小于60mm的原状土和扰动土。1、原状土试样制备：注意描述：试样的层次、气味、颜色、有无杂质、土质是否均匀、有无裂缝等这些都与试验结果有关。（1）注意W不变化（2）是否要求试件饱和（工程要求决定），若不立即进行试验或饱和时，则将试个暂存保温器内；对低塑性和高灵敏度的软土，制样

41、时不得扰动。（3）平行试验或同一组试件的密度度差值不得大于0.03g/cm3；含水量差值不得大于2%。GB/T50123-99规定：2、扰动土样制备对砂土：进行比重试验宜在105110温度下烘干，对含有机质超过5%的土，对含石膏和硫酸盐的土应在6570下烘干。（1）描述、颜色、土类、气味、夹杂物，均匀程度；（2）块状碾散，注意勿压碎颗粒，允分拌均,取代表性土样测W；（3）根据所需数量，将碾散后土样过筛： 作物理性试验，如液限、塑限、缩限等试验，需过0.5mm筛； 作物理性质及力学性质试验时，需过2.0mm筛； 作击实试验，需过5.0mm筛。（4）根据配置的含水量要求，一般取过2mm筛风干15k

42、g，计算所需加水量，放在不吸水盘内，喷雾加水、拌和，装入保湿器内备用。（5）不同位置的含水量（至少2个以上）要求差值不大于1%（GB/T50123-99）SL237-99规定：制备试样数量按要求而定。一般多制12个，制备试样的密度含水率与制备标准之差值应为：密度0.02g/cm3，含水率1%范围内，平行试验或一组内试样间之差分别为：密度0.02g/cm3，含水率1%以内。（6）对不同土层的土样制混合试样时，应按各土层厚度的比例计算相应土层的质量配合，然后按（1）（4）进行扰动土样的制备工作。在扰动土样制备中，试验项目不同，所需试样密度也不同，因而制样时分别选用击样法和压样法。 击样法：将一定量

43、湿土分三层倒入装有环刀的击实器内，击实至所需密度。 压样法：将一定量湿土倒入装有环刀的压样器内，拂平土面，以静压力将土压入环刀内。以静压力通过活塞将土样压紧到所需密度。 此外SL237-99 P15还介绍有击实法，击实到所需密度，按击实试验进行。 1 1 扰动土样制备扰动土样制备 击样器、压样器击样器、压样器2 2 试样制备饱和器、真空饱和装置试样制备饱和器、真空饱和装置3、试样的饱和 （1） 砂性土（粗粒土GB/T50123-99）采用浸水饱和法； （2） 渗透系数大于10-4cm/s粘性土（细粒土），用毛细管饱和法； （3）渗透系数小于、等于10-4cm/s粘性土（细粒土），用抽气饱和法。

44、4、计算 （1）干土质量md：目的是知道风干土（原状土或天然土）中除去它的含水率后干土质量：式中：md干土质量(g)；m风干土质量（或天然湿土质量）(g)；W 0风干含水率（或天然含水率）（%）。001. 01Wmmd（2）制样所需加水量mw(g) 式中：W试样所要求的含水率(%). 其余符号意义同前（3）制备扰动土试样所需总质量m0(g) mo=(1+0.01Wo)dV式中d制备试样要求的干密度，g.cm3 )(01. 001. 010OwWWWmm)(01. 00WWmdV环刀容积（cm3）（4）SL237-99P197.0.4条计算制备扰动土样应增加的水量mWmW0.01（W-W0）dV

45、式中mW制备扰动土样应增加的水量（g）；其余符号意义同前。（5）计算试样饱和度Sr=eGdsdsr)(或SrWsrGs/e式中：Sr试验的饱和度（）； 试样饱和后的密度（g/cm3）； 土的干密度； Gs土粒比重； e试样的孔隙比； Wsr试样饱和后的含水率。srd第二章含水率及界限含水率试验1概述一、含水率试验的项目GB/T50123-99土中水分的质量与土粒质量的比值注意：在15110下烘室恒温失去的水份质量与干土质量之比，以百分数表示。对含有机质超过干土质量5，应将温度控制在6570的恒温下，烘至恒温。含水率对土的工程性质有极大影响。试验方法：烘干法，酒精燃烧法。适用土质：粘性土、砂性土

46、、有机质土类。GB/T50123-99粗粒土、细粒土、有机质土、冻土。二、界限含水率的概念：联系以前基础知识含水率低于缩限时，水分蒸发时体积不再减小，测定方法液限：锥式：英、日本、原苏联、澳大利亚碟式：美、英、日本、原西德、澳大利亚液、塑限：液塑限联合测定仪：中国适用土质：粒径小于0.5mm以及有机质含量小于（干土重）5的土。2试验方法一、 含水率试验：一般用烘干法（一）烘干法天平：称量200g，最小分度值0.01g称钻盒加土质量：准确至0.01g试样质量：（1530）g烘干温度：105110粘性土、粉土，烘干不少于8h砂性土烘干不少于6h对含有机质超过干土重5的土，应将温度控制在6570恒温

47、下烘至恒温。烘干至恒温后，从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称盒加干土重量，准确至0.01g。试验的含水率W0=( )100（）式中md干土质量（g） mo湿土质量（g）10dmm(二)酒精燃烧法适于现场（略）自学层状和网状冻土的含水率计算式略去。自学二、界限含水率试验：适于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量5的土。试验方法：GB/T50123-99及SL237-90规定：（1）（4）（1）平衡式液限仪法（2）液、塑限联合测定法（为主要方法）（3）碟式仪液限试验（4）滚搓法塑限试验（5）收缩器法缩限试验（1）讲义：平衡锥式液限仪法（2）平衡锥式液限仪法：圆锥质量：7

48、6g锥、锥角为30，锥尖正好与试样表面接触松开手经15s沉入正好10mm为WL液限含水量。若沉入深度大于或小于10mm，再吹干或加水拌和重新做。注意：1、尽量采用代表性的天然含水量的土样；2、岩土中大于0.5mm颗粒较多或夹大量杂物以及由于条件限制，只能采用风干的土，此时应将土风干研碎并过0.5mm的标准筛方可试验； 3、装入试杯中的土不能留有孔隙，刮平试样要与杯口齐平，不能反复涂抹。（2）液、塑限联合测定法圆锥质量76g，锥角30；100g锥为：公路部门采用。76g锥，下沉17mm；100g锥，下沉20mm时的含水率与美国ASTMD423碟式液限仪测得的液限时土的强度（平均值）一致，这两种标

49、准与美国ASTM标准等效。76g锥锥尖30锥尖与试样表面接触松开吸力下沉5s测圆锥下沉深度取锥体附近试样不少于10g放入盒内测含水率。将试样加水或吹干调均匀重复以上步骤分别测定第二、三点，不应少与3点。3 3 液、塑限联合测定法圆锥下沉深度与含水率关系图以上三点的圆锥入土深度宜为34mm,79mm,1517mm。将圆锥入土深度（mm）含水率的双对数图lghlgw作出)。三点应在同一直线上三点若不在同一直线上，应作点（对应高含水率的点）点与点点连线。 、二线在下沉2mm处查得二个含水率，当此二含水率差值不超过2时（超过2时重做试验），取该二点的含水率平均值与高含水率点联线即：均值连线在1gh1g

50、w图上查h17mm的W为液限 h2mm的W为塑限 h10mm的W为10mm液限 （GB/T50123-99，P257）h10mm的液限用此利用工民建GBJ7-89确定粘性土承载力标准值用（配套计算塑性指数和液性指数）液、塑限含水率准确至0.01。（3）碟式仪液限试验（讲义没有：根据GB/T50123-99；SL237-99编写）：是将土碟中的土膏，用划刀分层两半，以每秒两转的速度将土碟由10mm高度下落，当击段为25次时，两半土膏在碟底的合拢长度刚好达到13mm时，次时的含水率为液限含水率。4 4 蝶式液限仪工作图示蝶式液限仪工作图示5 5 蝶式液限仪击数与含水率关系蝶式液限仪击数与含水率关系