《土力学地基基础》PPT课件.ppt

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1、土力学地基基础土力学地基基础 民航学院交通工程专业用绪论绪论 一、土力学与基础工程的任务一、土力学与基础工程的任务1 1 1 1土体在工程建设中的作用土体在工程建设中的作用土体在工程建设中的作用土体在工程建设中的作用 ）作为建筑物的地基，承受上部建筑物及其它荷载）作为建筑物的地基，承受上部建筑物及其它荷载）作为建筑物的地基，承受上部建筑物及其它荷载）作为建筑物的地基，承受上部建筑物及其它荷载 ）作为建筑材料，修筑堤坝与路基）作为建筑材料，修筑堤坝与路基）作为建筑材料，修筑堤坝与路基）作为建筑材料，修筑堤坝与路基2 2 2 2土力学与基础工程的任务土力学与基础工程的任务土力学与基础工程的任务土力

2、学与基础工程的任务 土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研究土的土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研究土的土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研究土的土力学是利用力学的知识和土工实验技术来研究土的强度和变形及其规律的一门科学。解决地基的变形与强强度和变形及其规律的一门科学。解决地基的变形与强强度和变形及其规律的一门科学。解决地基的变形与强强度和变形及其规律的一门科学。解决地基的变形与强度问题，为地基处理与基础设计提供理论依据与实验方度问题，为地基处理与基础设计提供理论依据与实验方度问题，为地基处理与基础设计提供理论依据与实验方度问题，为地基处理与基础设计提供理论依据与实验方法，保证各类

3、建筑物安全、经济，使用正常，不发生地法，保证各类建筑物安全、经济，使用正常，不发生地法，保证各类建筑物安全、经济，使用正常，不发生地法，保证各类建筑物安全、经济，使用正常，不发生地基基础工程事故。基基础工程事故。基基础工程事故。基基础工程事故。绪论绪论二地基与基础的概念与要求二地基与基础的概念与要求1 1 1 1两个基本概念两个基本概念两个基本概念两个基本概念地基地基地基地基：承受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩：承受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩：承受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩：承受建筑物荷载的地层按地质情况分为土基和岩 基按设计施工分为天然地基和人工地基。基按设计

4、施工分为天然地基和人工地基。基按设计施工分为天然地基和人工地基。基按设计施工分为天然地基和人工地基。基础基础基础基础：建筑物最底下的一部分，由砖、混凝土或钢筋混凝：建筑物最底下的一部分，由砖、混凝土或钢筋混凝：建筑物最底下的一部分，由砖、混凝土或钢筋混凝：建筑物最底下的一部分，由砖、混凝土或钢筋混凝 土等材料建成。土等材料建成。土等材料建成。土等材料建成。2 2 2 2地基与基础的基本要求地基与基础的基本要求地基与基础的基本要求地基与基础的基本要求）地基的变形条件地基的变形条件地基的变形条件地基的变形条件：建筑物的沉降量沉降差（不均匀：建筑物的沉降量沉降差（不均匀：建筑物的沉降量沉降差（不均匀

5、：建筑物的沉降量沉降差（不均匀 沉降）不能过大，不能超过允许值。沉降）不能过大，不能超过允许值。沉降）不能过大，不能超过允许值。沉降）不能过大，不能超过允许值。）地基的强度条件地基的强度条件地基的强度条件地基的强度条件：地基不能发生滑动破坏地基不能发生滑动破坏地基不能发生滑动破坏地基不能发生滑动破坏绪论绪论三、课程内容体系三、课程内容体系三、课程内容体系三、课程内容体系1 1工程地质（预备知识）工程地质（预备知识）2 2土的物理力学性质及工程分类土的物理力学性质及工程分类3 3土的压缩性与地基沉降计算（变形问题）土的压缩性与地基沉降计算（变形问题）4 4土的抗剪强度与地基承载力（强度问题）土的

6、抗剪强度与地基承载力（强度问题）5 5土压力与土坡稳定性土压力与土坡稳定性6 6建筑场地的工程地质勘探建筑场地的工程地质勘探7 7天然地基上浅基础天然地基上浅基础8 8桩基础及其它深基础简介桩基础及其它深基础简介绪论绪论 第二章：土的物理力学性质第二章：土的物理力学性质第二章：土的物理力学性质第二章：土的物理力学性质第三章：第三章：地基附加压力地基附加压力沉降计算沉降计算地基基础设计地基基础设计第四章：第四章：临塑、临界、极临塑、临界、极限荷栽限荷栽第五章：第五章：挡土墙、土挡土墙、土坡稳定坡稳定绪论绪论2 2 2 218181818世纪世纪世纪世纪-1925-1925-1925-1925年年

7、年年 在在在在此此此此期期期期间间间间，诞诞诞诞生生生生了了了了库库库库仑仑仑仑定定定定律律律律（1773177317731773年年年年），半半半半无无无无限限限限空空空空间间间间弹弹弹弹性性性性体体体体（1885188518851885年年年年，法法法法国国国国，布布布布辛辛辛辛尼尼尼尼克克克克斯斯斯斯），土土土土坡坡坡坡稳稳稳稳定定定定性性性性分析法（分析法（分析法（分析法（1885188518851885年，瑞典，费伦纽斯）。年，瑞典，费伦纽斯）。年，瑞典，费伦纽斯）。年，瑞典，费伦纽斯）。四、土力学发展简况四、土力学发展简况1 11818世纪以前世纪以前 土力学与地基基础在土力学与地

8、基基础在1818世纪以前，处于经验阶段世纪以前，处于经验阶段;即即:地基基础设计主要依赖实践经验。地基基础设计主要依赖实践经验。3 319251925年年-至今至今 美国人太沙基发表第一部土力学专著，使土力学成为美国人太沙基发表第一部土力学专著，使土力学成为 一门独立的学科。一门独立的学科。第一章工程地质（预备知识）第一章工程地质（预备知识）1 1-1-1 工程地质研究的内容工程地质研究的内容工程地质研究的内容工程地质研究的内容工工程程地地质质是是地地质质学学的的一一个个重重要要分分之之，它它主主要要研研究究与与工工程程建建设设相相关关的的地地质质问问题题,包包括括矿矿物物与与岩岩石石，第四纪

9、沉积层，不良地质条件等第四纪沉积层，不良地质条件等。第一章第一章 工程地质（预备知识）工程地质（预备知识）1-2 1-2 矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物矿矿矿矿 物物物物：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学 成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物.已发现矿已发现矿已发现矿已发现矿物物物物

10、 3000 3000余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物3030多种。多种。多种。多种。原生矿物原生矿物原生矿物原生矿物:由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成.如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等.次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。第一章第一章 工程地质（基础知识）工程地质（基础知识）1-2 1-2 矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石矿物与岩石一、主要的造岩矿物一、主

11、要的造岩矿物一、主要的造岩矿物一、主要的造岩矿物矿矿矿矿 物物物物：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学：岩石的基本组成部分，它是地壳中具有一定化学 成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物成分和物理性质的自然元素或化合物.已发现矿已发现矿已发现矿已发现矿物物物物 3000 3000余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物余种，其中造岩矿物3030多种。多种。多种。多种。原生矿物原生矿物原生矿物原生矿物:由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成

12、由岩浆冷凝而成由岩浆冷凝而成.如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等如石英、云母等.次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。：由原生矿物风化而成。如石膏、方解石等。第一章第一章 工程地质（基础知识）工程地质（基础知识）二.岩石的类型1按成因分类按成因分类：沉积岩沉积岩：岩石经风化、剥蚀成碎屑，经流水、风或冰川运至岩石经风化、剥蚀成碎屑，经流水、风或冰川运至 低洼处沉积，再经压紧或化学作用硬结成沉积岩低洼处沉积，再经压紧或化学作用硬结成沉积岩 石的矿物成分沉积岩分布很广，约占地球表

13、面石的矿物成分沉积岩分布很广，约占地球表面75%。白云石，石膏等。白云石，石膏等。变质岩变质岩：由于地壳运动和岩浆活动，在高温、高压和化学：由于地壳运动和岩浆活动，在高温、高压和化学 反应的作用下，原来岩石的结构、构造和成分发反应的作用下，原来岩石的结构、构造和成分发 生了变化，形成的新的岩石。岩石的矿物成分长生了变化，形成的新的岩石。岩石的矿物成分长 石、方解石等。石、方解石等。岩浆岩岩浆岩：由地球内部的岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝而成。由地球内部的岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝而成。岩石的矿物成分石英，黑云母，橄榄石。岩石的矿物成分石英，黑云母，橄榄石。第一章第一章 工程地质（基础知识）工程地质

14、（基础知识）2 2按坚固性分类按坚固性分类按坚固性分类按坚固性分类硬硬 岩岩：单轴抗压强度大于：单轴抗压强度大于30MPa（花岗岩）（花岗岩）软软 岩岩：单轴抗压强度小于：单轴抗压强度小于30MPa（页岩）（页岩）3按风化程度分类按风化程度分类 微风化微风化：对于硬岩，用镐不能挖，对软岩，用镐挖掘困难：对于硬岩，用镐不能挖，对软岩，用镐挖掘困难 中风化中风化：对于硬岩，用镐挖掘困难，对软岩，用镐挖掘掘：对于硬岩，用镐挖掘困难，对软岩，用镐挖掘掘 容易。容易。强风化强风化：已成松软土块：已成松软土块第一章第一章 工程地质（基础知识）工程地质（基础知识）1-3 1-3第四纪沉积层第四纪沉积层第四纪

15、沉积层第四纪沉积层1.1.残积层残积层 ：母岩经风化母岩经风化母岩经风化母岩经风化,剥蚀剥蚀剥蚀剥蚀,但未被搬运但未被搬运但未被搬运但未被搬运.2.2.坡积层坡积层：岩屑被风或水搬运至平缓的山坡处岩屑被风或水搬运至平缓的山坡处岩屑被风或水搬运至平缓的山坡处岩屑被风或水搬运至平缓的山坡处,逐渐形成逐渐形成逐渐形成逐渐形成 的沉积层的沉积层的沉积层的沉积层.3.3.洪积层洪积层洪积层洪积层 ：由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆由洪水冲刷或搬运的石屑流至山谷或出口堆 积而成的沉积层积而成的沉积层积而成的沉积层积而成的沉积

16、层.4 4.冲积层冲积层冲积层冲积层 ：平原河谷冲积层；山区河谷冲积层；三角洲平原河谷冲积层；山区河谷冲积层；三角洲平原河谷冲积层；山区河谷冲积层；三角洲平原河谷冲积层；山区河谷冲积层；三角洲 沉积层沉积层沉积层沉积层:滨海滨海;大陆架大陆架;次深海次深海;深海深海第一章第一章 工程地质（预备知识）工程地质（预备知识）第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-12-1土的生成土的生成土的生成土的生成一一一一.土的生成土的生成土的生成土的生成 是由地球外壳岩石是由地球外壳岩石是由地球外壳岩石是由地球外壳岩石,经风化、剥蚀、搬运、沉经风化、剥蚀、搬运、沉经风化、剥蚀、搬运、沉经

17、风化、剥蚀、搬运、沉积形成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风化积形成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风化积形成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风化积形成的产物，是各类矿物颗粒的集合体，风化分为物理风化、化学风化及生物风化。分为物理风化、化学风化及生物风化。分为物理风化、化学风化及生物风化。分为物理风化、化学风化及生物风化。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类二、土的结构和构造二、土的结构和构造二、土的结构和构造二、土的结构和构造1.1.1.1.土的结构土的结构土的结构土的结构定义：土颗粒之间的相互排列和联结形式。结构分为：定义：土颗粒之间的相互排列和联结形式。结构分为：定

18、义：土颗粒之间的相互排列和联结形式。结构分为：定义：土颗粒之间的相互排列和联结形式。结构分为：单粒结构；单粒结构；单粒结构；单粒结构；蜂窝结构；蜂窝结构；蜂窝结构；蜂窝结构；絮状结构。絮状结构。絮状结构。絮状结构。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2.2.2.2.土的构造土的构造土的构造土的构造定义定义定义定义:同一土层中的物质成分和颗粒大小相近的各部分同一土层中的物质成分和颗粒大小相近的各部分同一土层中的物质成分和颗粒大小相近的各部分同一土层中的物质成分和颗粒大小相近的各部分 之间相互关系的特征之间相互关系的特征之间相互关系的特征之间相互关系的特征,分为：分为：分为：

19、分为：层状构造：层状构造：层状构造：层状构造：分散构造：分散构造：分散构造：分散构造：结核状构造；结核状构造；结核状构造；结核状构造；裂隙构造。裂隙构造。裂隙构造。裂隙构造。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-2 2-2 2-2 2-2 土的三相组成土的三相组成土的三相组成土的三相组成一、土的固体颗粒一、土的固体颗粒1 1）土粒的固体成分）土粒的固体成分原生矿物：由岩石经物理风化而成，矿物成分与母原生矿物：由岩石经物理风化而成，矿物成分与母 岩相同，如石英等。岩相同，如石英等。次生矿物：由化学风化而成，改变了原来的化学成次生矿物：由化学风化而成，改变了原来的化学成 分

20、，如粘土分，如粘土 矿物。矿物。腐植质：腐植质：第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2）土粒的大小）土粒的大小3)土的粒径级配土的粒径级配粒径级配粒径级配：土中各粒组的相对含量土中各粒组的相对含量,用百分数表示用百分数表示.分析方法分析方法：筛分法（大于筛分法（大于mm），密度计法（小于），密度计法（小于mm）第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 不均衡系数：式中：-纵坐标为60%所对应的粒径-纵坐标为10%所对应的粒径第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 二土中水 土中水：土中水：液态水，固态水，气态水。液态水，固态水，气态水

21、。液态水：液态水：结合水和自由水（毛细水、自重水）。结合水和自由水（毛细水、自重水）。结合水结合水:水分子为极性分子，由带正电荷的氢原子和带负水分子为极性分子，由带正电荷的氢原子和带负 电荷的氧原子组成，粘土表面带负电荷，在土粒电荷的氧原子组成，粘土表面带负电荷，在土粒 周围形成电场周围形成电场,吸引水分子带正电荷的氢原子一吸引水分子带正电荷的氢原子一 端，使其定向排列，形成结合水膜。结合水有强端，使其定向排列，形成结合水膜。结合水有强 弱之分。弱之分。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-3土的物理性质指标土的

22、物理性质指标 一、土的三项基本物理指标一、土的三项基本物理指标1土的密度：单位体积土的土的密度：单位体积土的 质量质量.第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2土的比重：土中固体矿物的质量与同体积土的比重：土中固体矿物的质量与同体积4C时的纯水时的纯水 质量的比值。质量的比值。3土的含水量：土体中水的质量与固体矿物质量的比值土的含水量：土体中水的质量与固体矿物质量的比值第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类二、土的松密程度指标二、土的松密程度指标1土的孔隙比：土的孔隙比：土中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。土中的孔隙体积与固体颗粒体积之比。计算公式：计算公

23、式：式中：式中：-孔隙体积孔隙体积.-固体颗粒体积固体颗粒体积.12.土的孔隙率：土的孔隙率：土中孔隙占总体积的百分比。土中孔隙占总体积的百分比。计算公式：计算公式：式中：式中：-土体总体积。土体总体积。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类三、反映土中含水量的指标三、反映土中含水量的指标1含水量（略）含水量（略）2 土的饱和度：土的饱和度：四四.特定条件下土的密度特定条件下土的密度1.土的干密度土的干密度2.土的饱和密度土的饱和密度3.土的有效密度（浮密度）土的有效密度（浮密度）第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2-4土的物理状态指标土的物理状态指

24、标 一、无粘性土的密实度一、无粘性土的密实度1以孔隙比为标准以孔隙比为标准 (地基基础设计规范表地基基础设计规范表2-2)2-2)2以相对密度为标准以相对密度为标准计算公式：相对密度计算公式：相对密度3以贯入度试验为标准以贯入度试验为标准 kgkg重锤重锤,76cm,30cm.,76cm,30cm.N10:N10:松散松散,N=10-30:,N=10-30:中密中密,N30:,N30:密实密实第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类二、粘性土的物理特征（粘性土的水理性）二、粘性土的物理特征（粘性土的水理性）液限液限：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量：粘性土呈液态与塑态之间的

25、分界含水量 （%）。塑限塑限：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量 （%）。）。缩态缩态：粘性土半固态与固态之间的分节含水量：粘性土半固态与固态之间的分节含水量 （%）。）。固态固态 半固态半固态 塑态塑态 液态液态0第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类塑性指数塑性指数：粘性土液限与塑限的差值去掉百分数：粘性土液限与塑限的差值去掉百分数液性指数液性指数：粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值：粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值 和液限与塑限差值之比。和液限与塑限差值之比。物理意义：反映土的软硬程度。物理意义：反映土吸附结合水的

26、能力。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类25地基土的工程分类地基土的工程分类一、一、岩石岩石1定义：固体间牢固联结，呈整体或具有节理、裂隙定义：固体间牢固联结，呈整体或具有节理、裂隙 的岩体的岩体 称为岩石。称为岩石。2分类：硬质岩石、软质岩石分类：硬质岩石、软质岩石.3工程特性：优良地基，强风化岩石除外。工程特性：优良地基，强风化岩石除外。二、二、碎石土碎石土1定义：土的粒径大于定义：土的粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的 50%的土的土2分类：块石（漂石）、碎石（卵石）、角砾（圆砾）分类：块石（漂石）、碎石（卵石）、角砾（圆砾）3.3.工程特性：

27、优良地基。工程特性：优良地基。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类三、砂土三、砂土1定义：土的粒径大于定义：土的粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的 50%的，且大于的，且大于 mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的 土称为砂土。土称为砂土。2分类：砾砂、粗砂、中砂、细砾和粉砂。分类：砾砂、粗砂、中砂、细砾和粉砂。3工程特性：砾砂、粗砂、中砂为优良地基，细砾和粉工程特性：砾砂、粗砂、中砂为优良地基，细砾和粉 砂，要具体情况具体分析。砂，要具体情况具体分析。四、粉土四、粉土1定义：土的塑性指数小于定义：土的塑性指数小于10的土称为粉土。的土称为粉土。2工

28、程特性：密实粉土，优良地基。饱和粉土，不良地工程特性：密实粉土，优良地基。饱和粉土，不良地 基。基。第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类五、粘性土五、粘性土1定定 义：土的塑性指数大于义：土的塑性指数大于10的土称为粘土。的土称为粘土。2工程特性：与含水量有关，密实硬塑粘土为优质粘土，工程特性：与含水量有关，密实硬塑粘土为优质粘土，疏松流塑粘土为不良地基。疏松流塑粘土为不良地基。六、人工填土六、人工填土1.1.定义：由人类活动堆填的土。分为素填土，杂填土和定义：由人类活动堆填的土。分为素填土，杂填土和 冲填土。冲填土。2.2.工程特性工程特性:较差较差,需要处理需要处理.

29、第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类土的成因土的成因土的成因土的成因本章小结本章小结：土的结构、构造土的结构、构造土的结构、构造土的结构、构造土的物理性质土的物理性质土的物理性质土的物理性质土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态第三章第三章 土的压缩（变形）特性土的压缩（变形）特性3-1土的压缩性（变形）概念土的压缩性（变形）概念一、概念一、概念 土在压力作用下体积减小（土在压力作用下体积减小（孔隙变小孔隙变小、颗粒压缩、气体、颗粒压缩、气体压缩、水压缩）的特性称为土的压缩性。压缩、水压缩）的特性称为土的压缩性。二、原因二、原因 建筑物荷栽作用建筑物荷栽作用 地

30、下水位大幅下降地下水位大幅下降 施工影响施工影响 震动影响，产生震沉震动影响，产生震沉 温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化 浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉 第三章第三章 土的压缩（变形）特性土的压缩（变形）特性 3 3饱和土的压缩过程饱和土的压缩过程 渗流固结过程，缓慢过程。渗流固结过程，缓慢过程。4蠕变的影响蠕变的影响 蠕变：当荷载恒定时，变形随时间的增长而缓慢增大。蠕变：当荷载恒定时，变形随时间的增长而缓慢增大。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二、土的应力与应变关系二、土的应力与应变关系1土体中的

31、应力土体中的应力1）应力的概念（略）应力的概念（略）2）应力的正负）应力的正负 法向应力：拉应力为负，压应力为正。法向应力：拉应力为负，压应力为正。剪应力：以外法线与坐标轴方向一致的面为基准面，剪剪应力：以外法线与坐标轴方向一致的面为基准面，剪 应力的方向与坐标方向相反为正，相同为负。应力的方向与坐标方向相反为正，相同为负。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4）土中应力竖向自重应力：水平方向法向应力：2土的应力与应变关系及测定方法 单轴压缩实验；侧限压缩实验；直剪实验；三轴压缩实验。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3-2有效应力原理有效

32、应力原理一、土中的两种实验二、有效应力原理 饱和土所承受的总应力为有效应力与孔隙水压力之和，其中有效应力引起土层压缩，即：式中：-总压力；-有效应力；-孔隙水压力。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3-3侧限条件下土的压缩性侧限条件下土的压缩性一、侧限压缩试验（固结实验）1实验仪器 主要试验仪器为侧限压缩仪，如图所示。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2实验方法详见试验指导书，实验课讲授。3试验结果第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算二侧限压缩性指标 土的压缩系数 压缩指数 侧限压缩模量第三章第三章 土的压缩性与

33、地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 侧限压缩模量与压缩系数的关系三、土层侧限压缩变形量计算公式：或第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算一、荷载试验1试验装置与试验方法3-4土的压缩性原位试验土的压缩性原位试验遇到以下情况需要进行原位测试11.地基土为粉土，细砂，取原状土很困难，2.国家一级工程、第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2荷载试验结果3地基应力与变形关系第一阶段，直线，压密阶段第二阶段，局部剪裂阶段，局部发生剪裂，产生塑性变形。第三阶段，完全破坏阶段。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4地基承载力的确定

34、 地基承载力的基本值 方法一：当 曲线上有明确的比例极限时，取点对应 的荷载值 。方法二：当极限荷载 能确定，且 时，取极限荷 载的一半。地基承载力的标准值同一土层，取样点数不应小于3点，第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算5土的变形模量与压缩模量的关系 证明过程见教材71页。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3-5地基中的应力分布地基中的应力分布 一、土层自重应力二、基础底面的接触压力1实测资料第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2，工程简化 中心荷载 偏心荷载第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地

35、基沉降计算三、基础底面附加压力1定义：由于修建建筑物产生的荷载，在地基中增加 的压力。2计算基础位于地面上 基础位于地面下-基础底面的接触压力。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 四、地基中的附加应力1.地表受竖向集中力作用一般规律（实验）第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 地基中应力计算 半无限体中任意 一点由集中力引起的 应力。式中：-应力集中 系数。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2矩形面积受竖向均布荷载作用 角点应力式中：第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算第三章第三章 土的

36、压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算任意点应力应力计算任意点应力应力计算-角点法角点法A.A.矩形受荷面积上，任意点的附加应力矩形受荷面积上，任意点的附加应力B.B.矩形受荷面积内，任意点的附加应力矩形受荷面积内，任意点的附加应力 C.C.矩形受荷面积外，任意点的附加应力矩形受荷面积外，任意点的附加应力 第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3矩形面积三角形分布的竖向荷载作用第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3-6 3-6 地基的最终沉降量地基的最终沉降量最终沉降量：地基土层在建筑物作用下，压缩稳定后地 基表面的沉降量。目 的：预先知

37、道最终沉降量，判断地基变形值是 否超过允许的范围。计 算 方法：分层总和法；建筑地基基础设计规范推 荐法第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算一、分层总和法一、分层总和法1 1计算原理计算原理 将土层分成若干水平层将土层分成若干水平层 计算每层土的压缩量计算每层土的压缩量 ，然后叠加得总，然后叠加得总 沉降。沉降。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2 2计算方法与步骤计算方法与步骤 按比例绘制剖面图按比例绘制剖面图;计算土的自重应力计算土的自重应力 计算基础底部接触应力计算基础底部接触应力第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基

38、沉降计算中心荷载中心荷载:偏心荷载偏心荷载:计算基础底面附加应力计算基础底面附加应力 计算基础底部接触应力计算基础底部接触应力 第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算计算地基中的附加应力分布，按比例将附加应力绘于中计算地基中的附加应力分布，按比例将附加应力绘于中 心线右侧心线右侧确定地基受压深度：当附加应力为自重应力确定地基受压深度：当附加应力为自重应力 的的20%20%时，时，对应的深度为受压深度对应的深度为受压深度沉降计算沉降计算A A.不同的土层应为分层面不同的土层应为分层面B B.地下水位应为分层面地下水位应为分层面第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩

39、性与地基沉降计算 计算各分层的压缩量计算各分层的压缩量 (9)(9)计算地基最终沉降量计算地基最终沉降量第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3-7地基沉降与时间的关系地基沉降与时间的关系 一、地基沉降与时间关系计算目的一、地基沉降与时间关系计算目的 当建筑物发生倾斜时，需要了解当时和今后沉降的发当建筑物发生倾斜时，需要了解当时和今后沉降的发展，即与时间的关系，以此作为事故处理的依据。展，即与时间的关系，以此作为事故处理的依据。二、饱和土的渗流固结过程二、饱和土的渗流固结过程1.饱和土的渗流固结过程饱和土的渗流固结过程 土体孔隙中自由水逐渐排出土体孔隙中自由水逐渐排出

40、土体孔隙体积逐渐减小土体孔隙体积逐渐减小 孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2渗流固结力学模型（1）活塞骤然加力的一 瞬间，,（2）经过时间后，（3）经过很长时间，第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算3两种应力在深度上随时间的分布 当t=0时,A=0 当 时,当 时，第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算三、单向固结理论几点假设竖向排水，竖向压缩;土体均匀，完全饱和 附加应力，一次骤加1单向固结微分方程及求解（1）单向固结

41、微分方程 A式第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算（2）微分方程求解第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算2固结度（1）定义：地基在荷载的作用下，经历时间t的沉降量 与最终沉降量之比值，称为固结度，表示 时间完成的固结程度。即：（2）计算公式A地基中附加应力上下均布地基中某一点的固结度：第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 地基平均固结度:平均孔隙水压力：积分上式，代入 并化简得地基平均固结度：第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算B地基中上下面附加应力不等应用下图确定固节度与时间因子的关系第三

42、章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算B地基单面排水且上下面附加应力不等地基单面排水且上下面附加应力不等四、地基沉降与时间关系计算地基沉降与时间关系计算）计算地基最终沉降量）计算地基最终沉降量）计算附加应力比例）计算附加应力比例）假定一系列地基平均固结度）假定一系列地基平均固结度）计算时间因子）计算时间因子）计算时间）计算时间）计算时间）计算时间t的沉降量的沉降量）绘制）绘制 与与 的曲线，其中的曲线，其中 为纵坐标，为纵坐标，为横坐标。即可为横坐标。即可求求 得沉降量与时间的关系。得沉降量与时间的关系。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算6-9建

43、筑物沉降观测与地基允许变形值建筑物沉降观测与地基允许变形值一、地基变形特征一、地基变形特征1沉降量（沉降量（mm）：特指基础中心的沉降量）：特指基础中心的沉降量2沉降差（沉降差（mm）：相邻两个基础沉降量的差值）：相邻两个基础沉降量的差值3倾斜（倾斜（%）：独立基础倾斜方向两端点的沉降量差与其）：独立基础倾斜方向两端点的沉降量差与其距离的比值距离的比值44局部倾斜（局部倾斜（%）：砖石砌体承重结构沿纵向）：砖石砌体承重结构沿纵向68米内基米内基础两点的沉降差与其距离之比值。础两点的沉降差与其距离之比值。第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 二、建筑物的沉降观测二、建筑

44、物的沉降观测1目的目的 验证工程设计与沉降计算的正确性验证工程设计与沉降计算的正确性 判断建筑物施工质量判断建筑物施工质量 发生事故后，作为分析事故原因和加固处理的依据发生事故后，作为分析事故原因和加固处理的依据 2 2水准点的设置水准点的设置3观测点的设置观测点的设置4仪器与精度5观测次数和时间观测次数和时间第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算四、防止地基有害变形的措施四、防止地基有害变形的措施2,2,减少沉降差的措施减少沉降差的措施 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 4-1第一节概述 一、地基强度的意义1当当P较小时，压密阶段较小时，压密阶段2当当P继续增大

45、，出现塑性变形继续增大，出现塑性变形3滑动破坏滑动破坏 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 二、土的强度应用范围（抗剪强度）二、土的强度应用范围（抗剪强度）1）地基稳定性地基稳定性2）土坡稳定性（天然土坡，人工土坡）土坡稳定性（天然土坡，人工土坡）3）挡土墙及地下结构土的压力挡土墙及地下结构土的压力 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 4-2土的极限平衡条件土的极限平衡条件 一、土体中任意点的应力状态一、土体中任意点的应力状态1最大主应力与最小主应力最大主应力与最小主应力 2任意斜面上的应力任意斜面上的应力 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 3用摩尔圆表示斜面上的应力用摩尔圆表示

46、斜面上的应力 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 二、摩尔二、摩尔-库仑破坏理论库仑破坏理论1摩尔强度理论：摩尔强度理论：材料受剪切破坏，在破坏面材料受剪切破坏，在破坏面上的剪应力是法向应力的函上的剪应力是法向应力的函数。数。第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 2库仑强度理论库仑强度理论 砂土：砂土：粘性土：粘性土：+第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 三、土的极限平衡条件三、土的极限平衡条件1无粘性土的极限平衡条件无粘性土的极限平衡条件 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 3粘性土的极限平衡条件粘性土的极限平衡条件+-第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 4-3抗剪强度指标

47、的确定抗剪强度指标的确定一、直接剪切实验一、直接剪切实验 实验原理实验原理 二、三轴实验二、三轴实验 实验原理实验原理 三、无侧限抗压强度实验三、无侧限抗压强度实验 实验原理实验原理 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 4-5 4-5 地基的临塑荷栽和临界荷栽地基的临塑荷栽和临界荷栽 一、地基的临塑荷栽一、地基的临塑荷栽 1.1.定义：在外荷的作用下，地基中刚开始产生塑性变形定义：在外荷的作用下，地基中刚开始产生塑性变形 时，基础底面单位面积上所承载的荷载。时，基础底面单位面积上所承载的荷载。式中：式中：-承载力系数承载力系数 第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 公式推导：公式推导：在

48、条形基础的作用下，地在条形基础的作用下，地 基中任意点基中任意点M M 的应力来源于以的应力来源于以 下几个方面：下几个方面：基础底面附加应力基础底面附加应力 在在 处，土的自重应力处，土的自重应力 由基础埋深由基础埋深 构成的旁载构成的旁载 为简化起见，将土的侧压系数定为为简化起见，将土的侧压系数定为1 1。第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 二、地基的临界荷载 1定义：当地基中的塑性变形区最大深度为 中心荷载基础 偏心荷载基础 与此相对应的基础底面压力称为临界荷载，以 和 表示。第四章第四章 土的抗剪强度与地基承载力 2 2计算公式计算公式 中心荷载中心荷载 令令 由（由（4-14-1

49、）式可得临界荷载：）式可得临界荷载：同同 理可得偏心荷载公式理可得偏心荷载公式第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 46 46 地基的极限荷载地基的极限荷载 一、地基的极限荷载概念一、地基的极限荷载概念 1 1定义：指地基在外荷作用下产生的应力达到极限平定义：指地基在外荷作用下产生的应力达到极限平 衡时的荷载。衡时的荷载。2 2计算公式（一般公式）计算公式（一般公式）第四章第四章第四章第四章 土的抗煎强度与地基承载力土的抗煎强度与地基承载力土的抗煎强度与地基承载力土的抗煎强度与地基承载力 二、太沙基公式二、太沙基公式理论假设：理论假设：条形基础，均布荷载作用条形基础，

50、均布荷载作用滑动面的形状为：两端为直线，中间为曲线，左右对称滑动面的形状为：两端为直线，中间为曲线，左右对称滑动区土体分为三区滑动区土体分为三区 区，楔形弹性区压密区，楔形弹性区压密区，滑动面为曲面，呈对数螺旋线区，滑动面为曲面，呈对数螺旋线区；滑动面呈等腰三角形区；滑动面呈等腰三角形第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算 1 1条形基础（密实地基）条形基础（密实地基）式中：式中：承载力系数，是承载力系数，是 的函数，利用的函数，利用 图图 求得求得 2 2条形基础（松散地基地基）条形基础（松散地基地基）3 3地基承载力地基承载力第三章第三章 土的压缩性与地基沉降计算土