土力学地基与基础工程完整.pptx

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1、1第1章 绪 论一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念二、本学科的发展概况二、本学科的发展概况三、本课程的特点和学习要求三、本课程的特点和学习要求第1页/共488页2一、地基及基础的概念 建建筑筑物物的的全全部部荷荷载载均均由由其其下下的的地地层层来来承承担担。受受建建筑筑物物影影响响的的那那一一部部分分地地层称为层称为地基地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础基础。建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基第2页/共488页3基基 础础上部结构上部结构地地 基基建筑物三部分示意图第3页/共488页4 建筑物的上部结构、基础和建筑物的上部结构、

2、基础和地基三部分，功能不同，研究方地基三部分，功能不同，研究方法法各各异异，但但它它们们又又是是建建筑筑物物的的有有机机组组成成部部分分，缺缺一一不不可可、彼彼此此联联系系、相相互互制制约约。所所以以，科科学学的的、理理想想的的方方法法是是将将三三部部分分统统一一起起来来进进行行设计计算。设计计算。依依目目前前的的理理论论水水平平，还还很很难难做做到到这这一一点点。尽尽管管如如此此，我我们们在在处处理理地地基基基基础础问问题题时时，头头脑脑里里一一定定要要有有地地基基-基基础础-上上部部结结构构相相互互作作用用的整体概念的整体概念，尽可能全面地加以考虑。，尽可能全面地加以考虑。第4页/共488

3、页5 建筑物的地基和基础是建筑物建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦出现问题，建筑的根本，它们一旦出现问题，建筑物物的的安安全全和和正正常常使使用用必必然然受受到到影影响响。建建筑筑物物的事故，绝大多数都与的事故，绝大多数都与地基地基和和基础基础有关。有关。组组成成地地层层的的土土或或岩岩石石是是自自然然界界的的产产物物。建建筑筑物物建建造造在在地地层层上上面面，所所以以建建筑筑物物场场地地的的工工程程地地质质条条件件是是决决定定地地基基基基础础设设计计和和施施工工的的先决条件。先决条件。第5页/共488页6 研究土体的应力、变形、强度、研究土体的应力、变形、强度、渗流及稳定性的一门力学

4、分支学科渗流及稳定性的一门力学分支学科称为称为土力学土力学。土力学是本课程的理论基础。土力学是本课程的理论基础。土力学所要研究的两大基本问题是土体土力学所要研究的两大基本问题是土体的的变形变形和和强度强度。第6页/共488页7 地基基础设计必须满足 的基本条件 建建筑筑物物的的建建造造使使地地基基中中原原有有的的应应力力状状态态发发生生变变化化，所所以以地地基基基基础础的的设设计计必必须须满足：满足：a.a.作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（地基土的强度问题地基土的强度问题）；）；b.b.控制基础沉降使之不超过允许值（控制基础沉降使之不超过允许值（地基

5、土的变形问题地基土的变形问题）。）。第7页/共488页8基础基础浅基础浅基础深基础深基础地基地基天然地基天然地基人工地基人工地基第8页/共488页9 二、本学科发展概况 作作为为工工程程技技术术，基基础础工工程程是是一一项项古古老老的的工工艺艺。如如前前所所述述，只只要要建建造造建建筑筑物物，注注定定离离不不开开地地基基和和基基础础，因因此此，作作为为一一项项工工程程技技术术，基基础础工工程程的的历历史史源源远远流流长长。但但人人们们只只能能依依赖赖于于实实践践经经验验的的不不断断积积累累和和能能工工巧巧匠匠的的技技艺艺更更新新来来发发展展这这项项技技术术，囿囿于于当当时时生生产产力力发发展展

6、水水平平，基基础础工工程程还还未未能能提提炼炼成成为为系系统统的的科科学学理理论。论。第9页/共488页10 作为作为应用科学应用科学，基础工程，基础工程又是一门年轻的学科。又是一门年轻的学科。作作为为本本学学科科理理论论基基础础的的土土力力学学的的发发展展历历史史可可以以划划分分为为古古典典土土力力学学和和现现代代土土力力学学两两个个阶段。阶段。第10页/共488页11土力学土力学古典土力学古典土力学现代土力学现代土力学一个原理一个原理两个理论两个理论一个模型一个模型三个理论三个理论四个分支四个分支(19231960)(1963?)第11页/共488页12 在土建、水利、桥隧、道路、在土建、

7、水利、桥隧、道路、港口等有关工程中，以岩土体的港口等有关工程中，以岩土体的利利用用、改改造造与与整整治治问问题题为为研研究究对对象象的的科科技技领领域域，因因其其区区别别于于结结构构工工程程的的特特殊殊性性和和各各专专业业岩岩土土问问题题的的共共同同性性，已已发发展展融融合合成成为为一一个个自自成成体体系系的的专专业业“岩岩土土工工程程”。它它的的研研究究方方法法是是由由三三种种基基本本手手段段（数数学学模模拟拟、物物理理模模拟拟和和原位观测原位观测）综合而成。）综合而成。所所谓谓岩岩土土工工程程，即即为为土土力力学学、工工程程地地质质学学、水文地质学水文地质学和和岩体力学岩体力学的结合。的结

8、合。第12页/共488页13三、本课程的特点和 学习要求 1.1.特特点点：本本课课程程涉涉及及水水文文地地质质学学、工工程程地地质质学学、土土力力学学等等几几个个学学科科领领域域，内内容容广广泛泛、综合性强。综合性强。2.2.学学习习要要求求：牢牢固固掌掌握握土土力力学学中中的的基基本本概概念念和和基基本本原原理理，做做到到能能够够应应用用这这些些基基本本概概念念和和基基本本原原理理，结结合合有有关关建建筑筑结结构构理理论论和和施施工工知识，分析和解决地基基础问题。知识，分析和解决地基基础问题。第13页/共488页14童小东童小东南京东南大学土木工程学院P.C.P.C.：2100962100

9、96TelTel：025-3792461(O)025-3792461(O)，3791829(O)3791829(O)，025-3794969(H)025-3794969(H)E-mailE-mail：第14页/共488页15第2章 土的物理性质及 分类第第1节节 概述概述第第2节节 土的组成土的组成第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标第第4节节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征第第6节节 土的渗透性土的渗透性第第7节节 地基土（岩）的分类地基土（岩）的分类第15页/共488页16第1节 概述 土是岩石风化的产物。土是岩石风化的产物。风风化化作

10、作用用物理作用：岩石产生物理作用：岩石产生量量的变化的变化化学作用化学作用生物作用生物作用岩石产生岩石产生质质的变化的变化第16页/共488页17 土是三相体。土是三相体。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒）土土残积土残积土运积土运积土风成沉积土风成沉积土水成沉积土水成沉积土冰川沉积土冰川沉积土第17页/共488页18 饱和土中的孔隙均被水所充填，饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。所以饱和土为二相体。第18页/共488页19第2节 土的组成一、土的固相一、土的固相（一）土的颗粒级配（一）土的颗粒级配 按按土土颗颗粒粒粒粒径径（d）大大小小将将土

11、土颗颗粒粒分分组组，称称为为粒粒组组。划划分分粒粒组组的的分分界界尺尺寸寸称称为为界界限限粒径粒径。巨粒巨粒：60mm粗粒粗粒：0.07560mm细粒细粒：0.075mm土的粒组土的粒组第19页/共488页20 土颗粒的大小及其组成情况，土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土颗粒各个粒组的相通常以土中土颗粒各个粒组的相对对含含量量（各各粒粒组组占占土土粒粒总总量量的的百百分分数数）来来表表示，称为示，称为土的颗粒级配土的颗粒级配。土土的的颗颗粒粒级级配配可可由由土土的的颗颗粒粒大大小小分分析析试试验验（简称（简称颗分试验颗分试验）测定）测定。筛析法筛析法密度计法密度计法d0.075mm颗颗分分

12、试试验验第20页/共488页21 根据颗粒大小分析试验结果，根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制可以绘制颗粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线（横（横坐坐标标为为粒粒径径，用用对对数数坐坐标标表表示示；纵纵坐坐标标为为小小于某粒径的土重含量于某粒径的土重含量，用，用常数坐标常数坐标表示）。表示）。颗颗粒粒级级配配曲曲线线的的坡坡度度可可以以大大致致反反映映土土的的均匀程度均匀程度。曲曲线线陡陡，表表示示粒粒径径大大小小相相差差不不多多，土土颗颗粒粒比比较较均均匀匀；曲曲线线缓缓，表表示示粒粒径径大大小小相相差差悬悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。殊，土颗粒不均匀，级配良好。第21页/共488页22 几个特

13、殊粒径：几个特殊粒径：d10,d30 ,d60 小于某粒径的土颗粒质量累积小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为百分数为10%时，相应的粒径称为时，相应的粒径称为有效粒径有效粒径d10。与之类似可以得到。与之类似可以得到d30和和d60（限定粒径限定粒径）。）。土颗粒的级配指标：土颗粒的级配指标：不均匀系数不均匀系数Cu=d60/d10 曲率系数曲率系数Cc=(d30)2/(d60 d10)第22页/共488页23 Cu反映大小不同粒组的分布情况。反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。越大，其级配良好。Cc描写累积曲线的分布范

14、围，反映曲线描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。的整体形状。在一般情况下，在一般情况下，Cu10，级配良好，级配良好第23页/共488页24Cu5Cc=13级配良好级配良好砾砾类类土土或或砂砂类类土土 单独用单独用Cu来确定土的级配情况是来确定土的级配情况是不够的，需同时参考不够的，需同时参考Cc。第24页/共488页25（二）土粒的矿物成分（二）土粒的矿物成分 矿物成分对土的性质有着重要矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。原生矿物原生矿物：包括石英、长石和云母等。：包括石英、长石和云母等。为岩石物理风化的产物，化学性质

15、稳定或较为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为稳定。为稳定。次生矿物次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。：为原生矿物化学风化的产物。土颗粒的矿物成分土颗粒的矿物成分原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物第25页/共488页26 次生矿物主要是次生矿物主要是粘土矿物粘土矿物。由由于于晶晶片片结结合合的的情情况况不不同同，便便形形成成了了具具有有不不同同性性质质的的各各种种粘粘土土矿矿物物，主主要要有有蒙蒙脱脱石石、伊里石和高岭石。伊里石和高岭石。硅氧四面体硅氧四面体硅氧晶片硅氧晶片铝氢氧八面体铝氢氧八面体铝氢氧晶片铝氢氧晶片的的基基本本单单元元粘粘土土矿矿物物结结构构第26页/共488页27蒙脱石：

16、亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）伊里石：亲水性中等伊里石：亲水性中等高岭石：亲水性差高岭石：亲水性差第27页/共488页28二、土的液相二、土的液相 土中水土中水结合水结合水自由水自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水重力水重力水毛细水毛细水 土的含水量试验所测定的为土中的土的含水量试验所测定的为土中的自由自由水水和和弱结合水弱结合水。第28页/共488页29三、土的气相三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。由气体充填。土土中中的的气气体体若若与与大大气气相相通通，则则对对土土的的力力学学性性质质影影响响不不大大;若若

17、与与大大气气隔隔绝绝，使使土土的的压压缩缩性提高，透水性减小。性提高，透水性减小。第29页/共488页30四、土的结构和构造四、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的土的结构是指由土粒单元的大大小小、形形状状、相相互互排排列列及及其其联联结结关关系系等等因因素素形成的综合特征。形成的综合特征。土土的的结结构构絮状结构絮状结构：d0.075mm分散结构分散结构：d0.005mm（粘粒在淡水中）（粘粒在淡水中）紧密紧密疏松疏松第30页/共488页31第3节 土的三相比例指标 土的三相比例指标定量反映了土的三土的三相比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理相的组成情况，有助于理

18、解土的基本物理性质。性质。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒）土是三相体。土是三相体。第31页/共488页32 为了对土的基本物理性质有所为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相的组成情况了解，需要对土的三相的组成情况进进行行定定量量研研究究。表表示示土土的的三三相相组组成成比比例例关关系系的的指指标标，称称为为土土的的三三相相比比例例指指标标，包包括括土土粒粒比比重重ds、含含水水量量w、密密度度、孔孔隙隙比比e、孔孔隙隙率率n和和饱和度饱和度Sr。土土粒粒比比重重ds：土土粒粒质质量量与与同同体体积积的的44时时纯纯水水的的质质量量之之比比。在在数

19、数值值上上等等于于土土粒粒密密度度，但但无无量量纲纲。在在试试验验室室用用“比比重重瓶瓶法法”测测定定，一般土粒比重的变化幅度不大。一般土粒比重的变化幅度不大。第32页/共488页33 土的含水量土的含水量w：土中水的质量：土中水的质量与土粒质量之比。在试验室一般用与土粒质量之比。在试验室一般用“烘烘干干法法”测测定定。一一般般来来说说，同同一一类类土土，当当含水量增大时，其强度就降低。含水量增大时，其强度就降低。土土的的密密度度干密度干密度饱和密度饱和密度有效密度有效密度干重度干重度饱和重度饱和重度有效重度有效重度 土土的的密密度度：土土单单位位体体积积的的质质量量。在在试试验室一般用验室一

20、般用“环刀法环刀法”测定。测定。第33页/共488页34 土的孔隙比土的孔隙比e：土中孔隙体积：土中孔隙体积与土粒体积之比。可以用来评价与土粒体积之比。可以用来评价天然土层的密实程度。天然土层的密实程度。土的孔隙率土的孔隙率n：土中孔隙体积与土体总体：土中孔隙体积与土体总体积之比。积之比。土的饱和度土的饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。与孔隙总体积之比。第34页/共488页35第4节 无粘性土的密实度 无无粘粘性性土土的的密密实实度度与与其其工工程程性性质质有有着着密密切切的的关关系系。呈呈密密实实状状态态时时，为为良良好好地地基基；呈疏松状态时，为不

21、良地基。呈疏松状态时，为不良地基。无无粘粘性性土土的的最最小小孔孔隙隙比比emin：处处于于最最紧紧密密状状态态的的孔孔隙隙比比。在在试试验验室室可可用用“振振击击法法”测定。测定。无无粘粘性性土土的的最最大大孔孔隙隙比比emax：处处于于最最疏疏松松状状态态的的孔孔隙隙比比。在在试试验验室室可可用用“漏漏斗斗法法”或或“量筒法量筒法”测定。测定。第35页/共488页36无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度Dr：无无粘粘性性土土的的最最大大孔孔隙隙比比与与天天然然孔孔隙隙比比之之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。Dr=(emax-e)/(emax-

22、emin)相相对对密密实实度度的的值值介介于于01之之间间，值值越越大大，表示越密实。表示越密实。第36页/共488页37第5节 粘性土的物理特征一、粘性土的界限含水量一、粘性土的界限含水量 同同一一种种粘粘性性土土随随着着含含水水量量的的不不同同，可可分分别别处处于于固固态态、半半固固态态、可可塑塑状状态态和和流流动动状状态态。粘粘性性土土由由一一种种状状态态转转到到另另一一种种状状态态的分界含水量，称为的分界含水量，称为界限含水量界限含水量。0固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态缩限缩限ws塑限塑限wp液限液限wlw第37页/共488页38液液限限仪仪锥式液限仪锥式液限仪碟

23、式液限仪碟式液限仪塑限塑限：搓条法：搓条法液限液限塑限塑限液限液限：液塑限液塑限联合测定仪联合测定仪横坐标：土样含水量横坐标：土样含水量纵坐标：圆锥入土深度纵坐标：圆锥入土深度第38页/共488页39二、粘性土的塑性指数和液性指数二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数塑性指数Ip为液限和塑限的差为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。塑性指数在一定程度上综合反映了影响塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素粘性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土的颗粒组成，土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度土的矿物成分以及土中水

24、的离子成分和浓度等等)。液性指数液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑为粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。限的差值与塑性指数的比值。第39页/共488页40 液性指数可以表示粘性土液性指数可以表示粘性土所处的软硬状态。液性指数的所处的软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软。值越大，表示土质越软。三、粘性土的灵敏度和触变性三、粘性土的灵敏度和触变性 土土的的灵灵敏敏度度：原原状状土土的的强强度度与与同同一一土土经经重重塑塑（含含水水量量不不变变，土土的的结结构构被被彻彻底底破破坏坏）后的强度之比。后的强度之比。土土的的灵灵敏敏度度越越高高，其其结结构构性性越越强强，受受扰扰动动后后

25、土土的的强强度度降降低低就就越越多多。施施工工中中要要尽尽量量减减少对土结构的扰动。少对土结构的扰动。第40页/共488页41 土的触变性土的触变性：粘性土的结构：粘性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但遭到破坏，其强度就会降低，但随随着着时时间间发发展展土土体体的的强强度度会会逐逐渐渐恢恢复复，这这种种胶体化学性质称为土的触变性。胶体化学性质称为土的触变性。第41页/共488页42第6节 土的渗透性 土的渗透性土的渗透性：水流通过土中孔隙难易：水流通过土中孔隙难易程度的土体性质。程度的土体性质。达达西西定定律律：土土中中渗渗流流速速度度v与与水水力力梯梯度度i之之间间呈呈线线性性比比例例关关

26、系系（比比例例常常数数k称称为为渗渗透系数）。公式表示为：透系数）。公式表示为：v=ki 在砂性土中水的流动满足达西定律。在砂性土中水的流动满足达西定律。第42页/共488页43 在粘性土中只有当水头梯度在粘性土中只有当水头梯度超过起始梯度（临界梯度，梯度超过起始梯度（临界梯度，梯度阈值）才开始发生渗流。阈值）才开始发生渗流。第43页/共488页44第7节 地基土（岩）的分类一、岩石的工程分类一、岩石的工程分类（一）岩石按坚硬程度分类（一）岩石按坚硬程度分类1.硬质岩石（硬质岩石（qu30MPa）2.软质岩石（软质岩石（qu 30MPa）（二）岩石的风化程度（二）岩石的风化程度1.微风化微风化

27、2.中等风化中等风化3.强风化强风化第44页/共488页45 二、土的工程分类二、土的工程分类一般土一般土粗粒土粗粒土细粒土细粒土砾类土：砾类土：260mm砂类土：砂类土：0.0752mm粉土：粉土：0.075mm粘土：粘土：60mm特殊土：软土、黄土、膨胀土等特殊土：软土、黄土、膨胀土等工工程程用用土土第45页/共488页46 土按有机质含量（土按有机质含量（Wu）的分类）的分类 土土无机土：无机土：Wu 10%泥炭：泥炭：Wu 60%注：有机质含量注：有机质含量Wu按烧失量试验确定。按烧失量试验确定。【引自引自 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准岩土工程勘察岩土工程勘察规范规范（

28、GB 50021-94）】第46页/共488页47 软土：指在静水或非常缓慢软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。作用下形成的软弱土。物物理理力力学学特特性性软软土土的的天然孔隙比大天然孔隙比大：e1天然含水量高天然含水量高：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高第47页/共488页48淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软软土土第48页/共488页49三、细粒土按塑性图分类三、细粒土按塑性图分类 粗、细粒组的分界粒径：粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。土土粗粒土：

29、粗粒土：按颗粒大小及级配分类按颗粒大小及级配分类细粒土：细粒土：按塑性图分类按塑性图分类 土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑限却可能完全不同，土性也可能很不相同。限却可能完全不同，土性也可能很不相同。第49页/共488页50细粒土的科学合理的分类，应综合细粒土的科学合理的分类，应综合考虑塑性指数和液限（或塑限）。考虑塑性指数和液限（或塑限）。0IpwlMLMHCHCL40:Ip=0.63(wl-20):Ip=1

30、0:wl=40%第50页/共488页51 有机质土可在相应的土类有机质土可在相应的土类代号之后缀以代号代号之后缀以代号O，如，如CHO，MHO等。等。土的分类标准土的分类标准：1.粗粒土粗粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量总质量的总质量的50%）；）；2.细粒土细粒土（试样中细粒组质量（试样中细粒组质量总质量的总质量的50%）；）；3.含粗粒的细粒土含粗粒的细粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量为总质量的为总质量的2550%）。）。第51页/共488页52 关于几个问题的讨论关于几个问题的讨论1.“1.“含水量含水量”的名称：的名称：一个指标的名称应能准确地反映其所表一个指标的名称应

31、能准确地反映其所表示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，“量量”应为一量词，是有量纲（或单位）应为一量词，是有量纲（或单位）的，如的，如“质量质量”（单位为（单位为g g或或kgkg）、）、“重量重量”（单位为（单位为N N或或kNkN）等。）等。而从而从“含水量含水量”的定义看，它是两个质的定义看，它是两个质量之比，是无量纲的。量之比，是无量纲的。第52页/共488页53 所以从名称的科学化、规范所以从名称的科学化、规范化的角度，从不至于造成混淆、化的角度，从不至于造成混淆、便于理解的意义上，本人认为便于理解的意义上，本人认为“含水量含水量”的的名称需更

32、改。名称需更改。现现有有学学者者将将含含水水量量改改称称为为“含含水水率率”，从从无无量量纲纲上上与与定定义义是是符符合合了了，但但本本人人认认为为似似乎乎还还不不确确切切，因因为为“率率”一一般般反反映映某某相相关关部部分分占占整整体体的的比比例例（与与时时间间有有关关的的名名词词排排除除在在外外，如如速速率率），如如“升升学学率率”、“效效率率”、“孔孔隙隙率率”等等；而而“含含水水量量”的的定定义义却却是是整整体中部分与部分的比值，所以称体中部分与部分的比值，所以称“含水率含水率”第53页/共488页54似也不妥，建议称为似也不妥，建议称为“含水比含水比”或或“水比水比”。“水比水比”似

33、更好似更好一些，亦可与一些，亦可与“孔隙比孔隙比”相比照。相比照。2.“2.“液性指数液性指数”的名称：的名称：“塑塑性性指指数数”为为两两个个含含水水量量（液液限限和和塑塑限限）之之差差，而而“液液性性指指数数”却却为为两两个个含含水水量量之之差差的的比比值值，完完全全不不同同的的概概念念名名称称却却都都用用“指指数数”的的称称谓谓，似似欠欠妥妥，不不便便于于理理解解。可可否否改改为为“相相对对可可塑塑度度”，与与“液液性性指指数数”的的定定义义相相符符，也也可可与与无无粘粘性性土土的的“相相对对密密实实度度”相比照。相比照。第54页/共488页553.3.有机质含量与烧失量：有机质含量与烧

34、失量：现行的中华人民共和国现行的中华人民共和国国国家家标标准准岩岩土土工工程程勘勘察察规规范范（GB 50021-94）在在按按“有有机机质质含含量量”对对土土进进行行分分类类时时注注明明“有有机机质质含含量量Wu按按烧烧失失量量试试验验确确定定”。中中国国国国家家标标准准汇汇编编（GB 7876-87）中中是是这这样样定定义义“烧烧失失量量”的的：烧烧失失量量不不包包括括吸吸湿湿水水，仅仅包包括括有有机机质质和和水水合合水水，石石灰灰性土壤中还包括二氧化碳。性土壤中还包括二氧化碳。第55页/共488页56 由烧失量的定义可知：有由烧失量的定义可知：有机质含量高，烧失量就高；烧机质含量高，烧失

35、量就高；烧失量高，有机质含量却并不一定高。也就是失量高，有机质含量却并不一定高。也就是说，说，烧失量的高低并不一定能准确地反映土烧失量的高低并不一定能准确地反映土中的有机质含量水平中的有机质含量水平。因此，。因此，烧失量与有机烧失量与有机质含量是两个不能相等同的概念，二者之间质含量是两个不能相等同的概念，二者之间既有联系又存在着区别。既有联系又存在着区别。而现行的规范却把两个不同的概念混同而现行的规范却把两个不同的概念混同了。了。第56页/共488页57 由此可见，由此可见，以与有机质含量以与有机质含量不同概念的烧失量作为判定是否不同概念的烧失量作为判定是否为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇

36、的。为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。本人建议应当及时地修订现行规范中的有关本人建议应当及时地修订现行规范中的有关条款和内容，制定以真正的有机质含量作为条款和内容，制定以真正的有机质含量作为衡量指标的科学的判定标准。衡量指标的科学的判定标准。4.“4.“孔隙率孔隙率”：从实用价值上看，在土力学中，从实用价值上看，在土力学中，“孔隙孔隙率率”这个指标的实用意义不大，况且与这个指标的实用意义不大，况且与“孔孔隙比隙比”的关系过于简单，两者保留一个即可。的关系过于简单，两者保留一个即可。这不是原则问题。这不是原则问题。第57页/共488页58第2章 内容勘误1.p24：从上向下第：从上向下第8

37、行行“单位土体积单位土体积扣除同体积水的质量后扣除同体积水的质量后”2.p27：从从上上向向下下第第5行行“是是因因为为它它所所具具有有的单的单粘粘结构决定的结构决定的”3.p33：表表1-18从从上上向向下下第第3行行“粒粒径径大大于于20mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%”4.p35：表：表1-21第第1行行“粉质粘粉质粘上上”土粒土粒粒粒60mm土第58页/共488页59第2章 重点内容1.土的颗粒级配，级配指标土的颗粒级配，级配指标2.土中水的分类土中水的分类3.土的结构土的结构4.土的三相比例指标的定义土的三相比例指标的定义5.相对密实度相对密实度6.粘性土的灵敏度和触变性粘性土

38、的灵敏度和触变性7.土的工程分类原则土的工程分类原则8.软土的物理力学特性软土的物理力学特性第59页/共488页60第2章 作业p39：1-2，1-4，1-6，1-7第60页/共488页61第3章 地基的应力和沉降第第1节节 概述概述第第2节节 土中自重应力土中自重应力第第3节节 基底压力基底压力第第4节节 地基附加应力地基附加应力第第5节节 地基沉降的弹性力学公式地基沉降的弹性力学公式第第6节节 土的压缩性土的压缩性第第7节节 地基的最终沉降量地基的最终沉降量第61页/共488页62第第8节节 应力历史对地基沉降的影响应力历史对地基沉降的影响第第9节节 地基最终沉降计算问题综述地基最终沉降计

39、算问题综述第第10节节 饱和土的有效应力和渗透固结饱和土的有效应力和渗透固结第第11节节 地基沉降发展三分量地基沉降发展三分量 第62页/共488页63第1节 概述 自自重重应应力力：地地基基中中源源于于土土体体自自身身重重量量的应力。的应力。基基底底压压力力：建建筑筑物物的的荷荷载载通通过过基基础础传传递递给给地地基基，在在基基础础底底面面与与地地基基之之间间产产生生的的接触应力。接触应力。附附加加应应力力：建建筑筑物物的的荷荷载载在在土土体体中中产产生的在原有应力基础上的应力的增量。生的在原有应力基础上的应力的增量。第63页/共488页64 附加应力造成了地基土的附加应力造成了地基土的变形

40、变形（处于欠固结状态的土，（处于欠固结状态的土，自自重重应应力力也也是是变变形形产产生生的的因因素素之之一一），从从而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。而导致了地基中各点的竖向和侧向位移。本章主要讨论地基中的本章主要讨论地基中的应力应力和和竖向位移竖向位移（沉降沉降）。）。要保证建筑物的安全和正常使用必须控要保证建筑物的安全和正常使用必须控制其制其沉降量沉降量和和不均匀沉降差值不均匀沉降差值（差异沉降量差异沉降量）不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之一。一。第64页/共488页6

41、5 沉降量的大小主要取决于沉降量的大小主要取决于土体产生变形的原因土体产生变形的原因和和土体本土体本身的性状身的性状两个方面。两个方面。土体产生变形的原因主要是土体中土体产生变形的原因主要是土体中应力应力状态的改变状态的改变（如地面荷载引起地基中应力场（如地面荷载引起地基中应力场的改变，在地基中产生附加应力）。的改变，在地基中产生附加应力）。土体本身的性状主要指土体本身的性状主要指土的压缩性土的压缩性（或（或应力应力应变关系应变关系），是指土体在附加应力作），是指土体在附加应力作用下产生的效应。用下产生的效应。第65页/共488页66 土体的应力土体的应力应变关系十分应变关系十分复杂，常呈复杂

42、，常呈弹、粘、塑性弹、粘、塑性，并且，并且呈呈非线性、各向异性非线性、各向异性，还受，还受应力历史应力历史的影响。的影响。地地基基土土中中附附加加应应力力的的正正确确计计算算和和地地基基土土体体性性状状的的正正确确描描述述是是提提高高沉沉降降计计算算精精度度的的两两个关键问题。个关键问题。经经典典的的沉沉降降计计算算方方法法对对上上述述两两个个问问题题是是这这样样处处理理的的：在在荷荷载载作作用用下下地地基基中中附附加加应应力力场是根据场是根据半无限空间各向同性、均质、线弹半无限空间各向同性、均质、线弹第66页/共488页67性性体体理理论论计计算算的的，土土体体压压缩缩性性是是根根据据一一维

43、维压压缩缩试试验验测测定定的的，并并采采用用分分层层总总和和法法来来计计算算沉沉降降。显显然然，沉沉降降计计算算模模型型与与地地基基沉沉降降的的真真实实性状存在不少差距。性状存在不少差距。第67页/共488页68第2节 土中自重应力 在在荷荷载载作作用用之之前前，地地基基中中存存在在初初始始应应力力场场。初初始始应应力力场场常常与与土土体体自自重重、地地基基土土地地质质历历史史以以及及地地下下水水位位有有关关。在在工工程程应应用用上上，计计算算初初始始应应力力场场时时常常假假设设天天然然地地基基为为水水平平、均均质质、各各向向同同性性的的半半无无限限空空间间，土土层层界界面面为为水水平平面面。

44、于于是是在在任任意意竖竖直直面面和和水水平面上均平面上均无剪应力无剪应力存在。存在。第68页/共488页69 地基中的初始应力，即地基地基中的初始应力，即地基中任一点的中任一点的自重应力自重应力，只需用，只需用竖竖向向应应力力和和水水平平向向应应力力表表示示。天天然然地地面面下下任任意深度意深度z处水平面上的竖向自重应力为处水平面上的竖向自重应力为 cz=z 竖直面上的水平向自重应力为竖直面上的水平向自重应力为 cx=K0 cz=K0 z K0 为静止侧压力系数。为静止侧压力系数。第69页/共488页70 土中竖向和侧向的自重应力土中竖向和侧向的自重应力一般均指一般均指有效自重应力有效自重应力

45、，计算，计算时时，对对地地下下水水位位以以下下土土层层必必须须以以有有效效重重度度 代代替替天天然然重重度度。为为简简便便起起见见，常常把把竖竖向向有有效效自自重重应应力力 cz简简称称为为自自重重应应力力，并并以以符符号号 c表表示。示。成成层层地地基基中中第第n层层土土底底面面的的自自重重应应力力的的计算公式为计算公式为第70页/共488页71第3节 基底压力 建筑物荷载通过基础传递建筑物荷载通过基础传递给给地地基基，在在基基础础底底面面与与地地基基之之间间必必然然产产生生接接触触应应力力。基基底底压压力力分分布布与与基基础础的的大大小小和和刚刚度度、作作用用于于基基础础上上荷荷载载的的大

46、大小小和和分分布布、地地基基土土的的力力学学性性质质以以及及基基础础的的埋埋深深等等因因素素有关。有关。第71页/共488页72 根据根据圣维南原理圣维南原理，基础下，基础下与其底面距离大于基底尺寸的与其底面距离大于基底尺寸的土中应力分布主要取决于荷载土中应力分布主要取决于荷载合力的大小合力的大小和和作用点位置作用点位置，基本上不受基底压力分布形式，基本上不受基底压力分布形式的影响。的影响。因因此此，对对于于具具有有一一定定刚刚度度以以及及尺尺寸寸较较小小的的柱柱下下单单独独基基础础和和墙墙下下条条形形基基础础，其其基基底底压压力可近似按直线分布的图形计算。力可近似按直线分布的图形计算。第72

47、页/共488页73一、基底压力的简化计算一、基底压力的简化计算 1.中心荷载下的基底压力中心荷载下的基底压力 2.偏心荷载下的基底压力偏心荷载下的基底压力二、基底附加压力二、基底附加压力 建筑物建造之前，地基土中已存在自重建筑物建造之前，地基土中已存在自重应力。一般天然土层在自重作用下的变形早应力。一般天然土层在自重作用下的变形早已结束，因此只有已结束，因此只有基底附加压力基底附加压力才能引起地才能引起地基的基的附加应力附加应力和和变形变形。基底附加压力为建筑物建造后的基底附加压力为建筑物建造后的基底压基底压力力与基底标高处原有的与基底标高处原有的自重应力自重应力之差。之差。第73页/共488

48、页74第4节 地基附加应力 地地基基附附加加应应力力是是指指建建筑筑物物荷荷重重在在土土体体中引起的附加于原有应力之上的应力。中引起的附加于原有应力之上的应力。其其计计算算方方法法一一般般假假定定地地基基土土是是半半无无限限空空间间内内的的各各向向同同性性、均均质质、线线弹弹性性变变形形体体，采采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。第74页/共488页75一、竖向集中力下的地基附加应力一、竖向集中力下的地基附加应力 采用采用Boussinesq解答解答，竖向正，竖向正应力应力 z和竖向位移和竖向位移w最为常用。如果地基中最为常用。如果地基中某点与局部荷载

49、的距离比局部荷载的荷载面某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，采用部荷载，采用Boussinesq解答。解答。二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力 1.均布的矩形荷载均布的矩形荷载 先以积分法求矩形荷载面角点下的地基先以积分法求矩形荷载面角点下的地基附加应力，然后运用附加应力，然后运用角点法角点法求得矩形荷载下求得矩形荷载下任意点的地基附加应力。任意点的地基附加应力。第75页/共488页76 2.三角形分布的矩形荷载三角形分布的矩形荷载 以积分法求三角形分布的以积分法求三

50、角形分布的矩形荷载面角点下的地基附加应力。矩形荷载面角点下的地基附加应力。注意注意b是沿三角形分布荷载方向的边长。是沿三角形分布荷载方向的边长。3.梯形分布的矩形荷载梯形分布的矩形荷载 已知均布和三角形分布的矩形荷载角点已知均布和三角形分布的矩形荷载角点下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加应力应力。第76页/共488页77 4.均布的圆形荷载均布的圆形荷载 可以积分法求得均布圆形可以积分法求得均布圆形荷载面中点下任意深度的地基附加应力。荷载面中点下任意深度的地基附加应力。三、线荷