1、第一章:土的物理性質(zhì)及工程分類土是三相體固相土顆粒、液相土中水和氣相土中空氣。固相：是由難溶于水或不溶于水的各種礦物顆粒和局部有機質(zhì)所組成。2. 土粒顆粒級配粒度2. 土粒大小及其粒組劃分b.土粒顆粒級配粒度成分土中各粒組相對含量百分數(shù)稱為土的粒度或顆粒級配。粒徑大于等于0.075mm的顆?？刹捎煤Y分法來區(qū)分。粒徑小于等于0.075mm的顆粒需采用水分法來區(qū)分。顆粒級配曲線斜率: 某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量。陡相應(yīng)粒組質(zhì)量集中；緩-相應(yīng)粒組含量少；平臺-相應(yīng)粒組缺乏。特征粒徑: d50 : 平均粒徑；d60 : 控制粒徑；d10 : 有效粒徑；d30 粗細程度： 用d50 表示。 曲線的陡、緩或不

2、均勻程度：不均勻系數(shù)Cu = d60 / d10 ，Cu 5,級配均勻，不好Cu10,，級配良好，連續(xù)程度:曲率系數(shù)Cc = d302 / (d60 ×d10 )。較大顆粒缺少，Cc 減??；較小顆粒缺少，Cc 增大。Cc = 1 3, 級配連續(xù)性好。粒徑級配累積曲線及指標的用途：1. 粒組含量用于土的分類定名；2不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu 5, 不均勻土； Cu < 5, 均勻土；3曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：C c = 1 3，級配連續(xù)土；Cc > 3或Cc < 1,級配不連續(xù)土。4不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：如果 Cu

3、 5且C c = 1 3，級配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 級配不良的土。土粒的礦物成份礦物分為原生礦物和次生礦物。原生礦物：巖漿在冷凝過程中形成的礦物圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物：原生礦物經(jīng)化學風化后發(fā)生變化而形成。針狀、片狀、扁平狀粗粒土：原巖直接破碎，根本上是原生礦物，其成份同生成它們的母巖。粘性土細粒土是由次生礦物組成，主要是粘土礦物。粘土顆粒本身帶負電<二>、土中水土中水存在于土體的孔隙中或土粒外表，分為自由水和結(jié)合水。自由水就是我們通常所說的地下水，結(jié)合水是指受到電分子引力作用而吸附在土粒外表的水。結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水結(jié)

4、合水吸附在土顆粒外表的水強結(jié)合水和弱結(jié)合水自由水電場引力作用范圍之外的水重力水和毛細水重力水：在重力作用下可在土中自由流動。毛細水：存在于固氣之間，在重力與外表張力作用下可在土粒間空隙中自由移動<三>. 土中氣體自由氣體：與大氣連通，對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道，可能會形成“橡皮土。土的三相比例指標反映三相組成間數(shù)量關(guān)系的指標稱為三相比例指標。它是評價土體工程性質(zhì)的根本參數(shù)。m水、土總質(zhì)重，kg；ms土顆粒質(zhì)量，kg；mw土中水質(zhì)量，kg。且m=ms+mw。V-土體總體積，m3；Vs-土粒體積，m3；Vw-土中水體積，m3；Va-土中氣體體積，m3；VV-

5、土中孔隙體積，m3。且V=Vs+VV；VV=Va+ Vw。土的三項根本物理指標密度：單位體積土的質(zhì)量常見值：重力密度：單位體積土的重量 常見值：土粒密度s：土中固體顆粒單位體積的質(zhì)量 即： 土粒相對密度ds：土顆粒重量與同體積4°C時純水的重量比。常見值：砂土26.526.9粉土27.027.1粘性土27.227.4土的含水量：土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量的比值 常見值：砂土04 ； 粘性土2060土的六個導出指標1、孔隙比e：土中孔隙體積與土顆粒體積之比 常見值：砂土0.51.0，e < 0.6時呈密實狀態(tài)，為良好地基；粘性土0.51.2，e > 1.0時，為軟弱地基2、

6、孔隙率n：土中孔隙體積與土總體積之比 常見值：n=(3050)%第3章 飽和度sr：水在空隙中充滿的程度 常見值：01第4章 干密度：土的固體顆粒質(zhì)量與總體積之比5、飽和密度：土中孔隙完全被水充滿時，單位體積質(zhì)量 飽和容重：6、有效密度：地下水位以下，土體受浮力作用時，單位體積的質(zhì)量 有效重度浮容重：指標間的換算導出指標與根本指標的關(guān)系 粘性土的物理特性指標粘性土的界限含水量及其測定粘性土所處的物理狀態(tài)軟硬狀態(tài)與土的含水量密切相關(guān)。當含水量很小時，感覺較硬，外力作用下，將其壓碎成粉沫狀；我們稱其處于固體狀態(tài)，少加一點水，充分濕潤加壓后，感覺稍軟，加力壓碎后成邊緣破裂的餅狀，稱其為半固態(tài)；再加水

7、充分濕潤，它就具有一定的可塑性；水加的過多，就成了流塑狀態(tài)的泥漿狀。粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)，含水量應(yīng)有一個分界值，我們稱其為界限含水量，分別稱為液限、塑限和縮限。1.液限WL粘性土從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變到流塑狀態(tài)時含水量的分界值，稱為粘性土的液限，記為WL。2.塑限Wp粘性土從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變到半固體狀態(tài)時含水量的分界值，稱為粘性土的塑限，記為Wp 3.縮限Ws從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變到固體狀態(tài)時含水量的分界值，稱為粘性土的縮限，記為Ws。塑性指數(shù)Ip：粘性土液、塑限差值去掉百分號稱為粘性土的塑性指數(shù)，記為Ip 。Ip = WL -Wp 塑性指數(shù)反映的是粘性土處于可塑狀態(tài)時含水量的變化范圍；而粘性土與水

8、作用能力的大小與粒徑密切相關(guān)，這段范圍越大，說明土體中細粒土含量越多；土體中蒙脫土礦物含量越多；說明土體中弱結(jié)合水含量就越多，土粒外表吸附的陽離子層厚度就越厚，由此推斷：土中低價離子含量就越多，土的滲透性就越差、阻水性就越好。因此，塑性指數(shù)Ip是粘性土各種影響因子作用后的一個綜合反映，從一定程度上，反映了粘性土的工程性質(zhì)。它是粘性土命名的依據(jù)。工程上，用塑性指數(shù)Ip對粘性土進行工程分類。Ip 17 粘土10Ip <17粉質(zhì)粘土液性指數(shù)IL粘性土的天然含水量與塑限的差值和塑性指數(shù)之比，記為IL 。稠度指標，反映粘性土的軟、硬程度即當天然含水量小于等于塑限Wp時，土體處于固態(tài)或者是半固態(tài)，此

9、時IL小于或等于零；當天然含水量大于等于液限WL時，土體處于流塑狀態(tài)，此時IL大于或等于1.0；當天然含水量在液限WL和塑限Wp之間變化時，IL值處于01.0之間，此時粘性土處于可塑狀態(tài)。各類標準根據(jù)IL值的大小，將粘性土的軟硬狀態(tài)分為土堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑等幾種狀態(tài)。0堅硬0.25硬塑0.75可塑1.0軟塑流塑液、塑限的測定1.液限測定：國家標準：錐式液限儀。憑經(jīng)驗調(diào)好土樣調(diào)成土湖狀，分層放入盛土碗內(nèi)，用刀抹平盛土碗外表將錐頂角30°、重76g的圓錐體錐尖對準土樣外表，松手后讓其在自重作用下下沉，5s沉入土中深度恰好為10mm時，土樣含水量即為液限WL。2.塑限Wp：搓條法

10、。手工搓泥條，直徑3mm，恰好在土條外表開始產(chǎn)生均勻裂紋時的含水量即為塑限。靈敏度 粘性土原狀土強度與結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的相應(yīng)強度的比值。靈敏度反映粘性土結(jié)構(gòu)性的強弱。 St粘性土的靈敏度。qu原狀土粘性土無側(cè)限抗壓強度。qu'重塑土粘性土無側(cè)限抗壓強度；砂土的密實度粘土顆粒間有粘聚力，呈團聚狀態(tài)；砂土那么不然，顆粒間根本上無聯(lián)結(jié)，其顆粒排列的緊密程度直接決定了它的承載能力；砂土的密實程度決定了砂土的承載能力?？紫侗仁欠从惩馏w密實程度的一個指標，但土體孔隙比的值與土的粒徑組成有關(guān)。在某一固定粒度條件下，以最疏松狀態(tài)制樣可以到達其最大孔隙比emax，當振動、加壓、搗實后可以獲得最小孔隙

11、比emin 。砂土的相對密度Dr天然狀態(tài)下，其孔隙比設(shè)為e，那么該砂土在天然狀態(tài)下的密實程度可以用天然孔隙比在最大emax 、最小孔隙比emin之間的相對位置來表示，即相對密度Dr ：當e =emax ，Dr =0時；表示土體處于最疏松狀態(tài)；當e = emin ，Dr = 1.0；表示土樣處于最緊密狀態(tài)。一般情況下，可以用相對密度Dr的值對砂土的密實程度進行劃分：0< Dr <1/3 松散；1/3< Dr <2/3 中密；2/3< Dr <1.0 密實。第二章：土的滲透特性土中水運動規(guī)律土的滲透性。滲透：水透過土體孔隙的現(xiàn)象。滲透性：土允許水透過的性質(zhì)稱為土

12、的滲透性。土石壩壩基壩身滲流、板樁圍護下的基坑滲流、水井滲流、渠道滲流。達西定律水在土中的滲透速度與土的水力梯度成正比v=k·i水力梯度i，即沿滲流方向單位距離的水頭損失密實的粘土，需要克服結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏離達西定律而呈非線性關(guān)系 。達西定律適用于層流，不適用于紊流。1.常水頭試驗整個試驗過程中水頭保持不變。適用于透水性大k>10-3cm/s的土，例如砂土。 2. 變水頭試驗整個試驗過程水頭隨時間變化。適用于透水性差，滲透系數(shù)小的粘性土。任一時刻t 的水頭差為h，經(jīng)時段dt后，細玻璃管中水位降落dh，在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ

13、=a·dh在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ=k.I.A.dt=k.A.h/L.dt管內(nèi)減少水量流經(jīng)試樣水量 a.dh=k.A.h/L.dt 別離變量，積分 3.現(xiàn)場抽水試驗單一土層可以取樣在室內(nèi)測定，實際上土體都是成層的，有時室內(nèi)測定結(jié)果很難代表現(xiàn)場實際，這時亦可采用現(xiàn)場測試方法確定k 值。根據(jù)井底土層的情況此井可分為完整井井底位于不透水層和非完整井井底位于透水土層兩種類型；假設(shè)抽水孔鉆至不透水層層面，屬于完整井。鉆孔1個抽水孔，12個觀測孔，開始抽水！在t時間內(nèi)，抽水量為Q，并在土中形成一個降落漏斗，假定在任一半徑處，水頭梯度為常數(shù)，即i=dh/dr， 任一點的過水斷面為2.r.h。

14、Q=k.i.A. t=k.(dh/dr).A. t=k.(dh/dr).(2.r.h). t4.水平滲流層狀地基的等效滲透系數(shù)條件： 等效滲透系數(shù)：，即得：截面面積a常水頭 變水頭H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL1122不透水層觀測孔現(xiàn)場抽水 水平滲流H1H2H3Hhk1k2k3xzv承壓水豎直滲流 成層土滲透系數(shù)4、 豎直滲流層狀地基的等效滲透系數(shù)條件： 等效滲透系數(shù)kz：vj = kj (hj/Hj)因為，推出6.成層土的滲透系數(shù)實際工程中均是成層土，其滲透分為豎向滲透和水平向滲透兩種。a.水平向滲流的平均滲透系數(shù)kx設(shè)各層土的滲透系數(shù)分別為k1、 k2 、k3 ，層厚

15、分別為H1 、H2 、H3 ，面積分別為F1 、F2 、F3 ，流量為Q1 、 Q2 、 Q3 ，總流量為Q，那么Q1 = k1.i1. F1.t，Q2 = k2.i2. F2.t，Q3 = k3.i3. F3.t水平向流動，各層土的水頭梯度均相同，即i= i1 = i2 = i3總截面面積F= F1 + F2 + F3 ，總流量Q= Q1 + Q2 +Q3即總流量 Q=kh.i.F.t = k1.i1. F1.t + k2.i2. F2.t + k3.i3. F3.t 所以有：b.豎向滲流的平均滲透系數(shù)kz此時，總流量等于各層流量，即Q = Q1 = Q2 = Q3，總水頭損失等于各土層水頭

16、損失之和；滲流面積相等：F = F1 = F2=F3，h=h1+h2 +h3， ， 影響滲透性的因素1.土粒大小與級配細粒含量愈多，土的滲透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多時，砂土的滲透系數(shù)就會大大減小。 2.土的密實度同種土在不同的密實狀態(tài)下具有不同的滲透系數(shù)，土的密實度增大，孔隙比降低，土的滲透性也減小。3.水的動力粘滯系數(shù)動力粘滯系數(shù)隨水溫發(fā)生明顯的變化。水溫愈高，水的動力粘滯系數(shù)愈小，土的滲透系數(shù)那么愈大。4.土中封閉氣體含量土中封閉氣體阻塞滲流通道，使土的滲透系數(shù)降低。封閉氣體含量愈多，土的滲透性愈小。動水力滲透力、滲流力水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力GD GD= J/V

17、= wh/L = wi滲透變形土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞。根本類型：流砂與管涌。6、 流砂：在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象。 形成原因：，和土的密實度有關(guān)。2管涌：在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫穿的管道。形成原因：內(nèi)因有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙；外因滲透力足夠大。流砂與管涌比擬：現(xiàn)象：流砂土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動；管涌土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動。位置：流砂只發(fā)生在水流滲出的表層；管涌可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處。土類：流砂只要滲透力足夠大，可發(fā)生

18、在任何土中；管涌一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土。歷時：流砂破壞過程短；管涌破壞過程相對較長。后果：流砂導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等；管涌導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口。防治措施：1)水工建筑物滲流處理措施水工建筑物的防滲工程措施一般以“上堵下疏為原那么，上游截滲、延長滲徑，減小滲透壓力，防止?jié)B透變形。垂直截滲 ；設(shè)置水平鋪蓋；設(shè)置反濾層；排水減壓。2)基坑開挖防滲措施工程降水設(shè)置板樁 水下挖掘。凍土在冰凍季節(jié)因大氣負溫影響，土中水分凍結(jié)形成凍土。季節(jié)性凍土冬季凍結(jié)，夏季全部融化的凍土。多年凍土凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上的土層。凍土現(xiàn)象由凍結(jié)和融化兩種作用所引起的一些獨特的現(xiàn)象。我國的凍土世界第

19、三凍土大國，多年凍土占國土面積的23% ，季節(jié)性凍土占國土面積的50%以上。一 凍土現(xiàn)象凍脹現(xiàn)象土體凍結(jié)后形成凍土，水凍結(jié)后成冰；由于水結(jié)成凍的過程中體積要增大9%，所以當土體中參與凍結(jié)的水份過多時，土體便發(fā)生體積膨脹，使地面隆起成丘，即凍脹現(xiàn)象。凍脹危害路基隆起，柔性路面鼓包、開裂，剛性路面折斷、裂縫；建筑物抬起、開裂、傾斜、倒塌。凍融在季節(jié)性凍土地區(qū)，春暖土層解凍融化后，土層上部積聚的冰晶體融化，使土中含水量增加，加之細顆粒土排水能力差，土層處于飽和狀態(tài)，強度大大降低的現(xiàn)象，即凍融。凍融危害1路基凍融，車輛反復碾壓下，輕者路面變松軟，限制行車 速度，重者路面開裂、冒泥，即翻漿，使路面完全破

20、壞；2房屋、橋梁、管涵發(fā)生大量下沉或不均勻下沉，建筑物開裂破壞。二 凍脹機理粗粒土由于其含水量低，參與凍結(jié)的水份極少，結(jié)凍后只凍而不脹，一般不會對工程造成危害，細粒土那么不然，由于其本身含水量大、參與凍結(jié)的水份多，凍結(jié)后一般均會發(fā)生凍脹現(xiàn)象；粘性土本身帶有負電荷，外表有弱結(jié)合水，土粒外表的結(jié)合水分子在受到電分子引力作用的同時，還受布朗運動力作用；單向凍結(jié)后，土粒外表溫度場不均勻，有溫差，水分子各分子間的運動能量出現(xiàn)差異分子間的熱運動所至，低溫區(qū)能量缺乏，水分子運動速度變慢，高溫區(qū)水分子運動速度變快。這樣就會導致低溫區(qū)弱結(jié)合水膜變厚、鄰近其它部位變?。晃磧鰠^(qū)弱結(jié)合水分子變少，出現(xiàn)多余電場引力；如

21、果凍結(jié)區(qū)離未凍結(jié)的地下水較近，地下水通過毛細作用逐漸向凍結(jié)區(qū)域附近補充成未凍的弱結(jié)合水，弱結(jié)合水再凍結(jié)、再補充、循環(huán)后，就會在土中形成冰透晶體，導致土體體積再度增大隆起地面開裂，春天，溫度升高，土體融化，冰晶體消失，土中局部含水量過大，土體強度降低融沉。路基工程中，如不能及時將融化的水排走，碾壓后，便會翻漿、冒泥，影響行車速度、導致路面破壞。1.影響凍脹的因素a.土的因素粗粒土只凍而不脹，只有細粒土，凍結(jié)時有水份遷移凍結(jié)鋒面離地下水較近，凍脹現(xiàn)象嚴重。粗粒土中含有過多的細粒土時，凍脹現(xiàn)象仍會發(fā)生。b.水的因素c.溫度因素低溫下才凍結(jié)，氣溫驟冷、凍結(jié)速度快、土中弱結(jié)合水及毛細水來不及向凍結(jié)區(qū)轉(zhuǎn)移

22、，就在原位凍結(jié)成冰，毛細通道也會被冰晶體堵塞，沒有外來水份參與凍結(jié)，在土中看不見凍夾層，只有散布于土孔隙中的冰晶體，此時，凍脹現(xiàn)象就較輕。3. 凍結(jié)深度及標準凍深各地區(qū)降溫幅度不同，因而，凍深也不一樣。即使是同一地區(qū)，由于環(huán)境條件不同，如城市中心地區(qū)存在較強的“熱島效應(yīng)，因而凍深就小，郊區(qū)就不存在，凍深就大。在地表無積雪、草皮覆蓋條件下、空曠場地連續(xù)多年不少于10年實測最大凍深平均值稱為標準凍深，一般用“Zo表示，其值由當?shù)貧庀蟛块T提供，可查表或圖。土的工程分類巖石，碎石土，砂土，粉土，粘性土，人工填土以及特殊土。按建地基標準一、巖石顆粒間牢固聯(lián)接，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。二、碎石土土的粒

23、徑d >20mm的顆粒含量大于50%的土。三、砂土粒徑d >20mm的顆粒含量不超過全重的50%，且d>0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土。 四、粉土塑性指數(shù)Ip 10，且d >0.075mm的顆粒含量不超過全重50%的土。五、粘土塑性指數(shù)Ip >10的土。六、人工填土由人類活動堆填形成的各類土。幾類特殊土： 一.淤泥和淤泥質(zhì)土在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學作用形成。淤泥 淤泥質(zhì)土 。工程性質(zhì)強度低，透水性低，壓縮性大，為不良地基。2. 紅粘土和次生紅粘土紅粘土為碳酸鹽系的巖石經(jīng)紅化作用形成的高塑性粘土紅粘土經(jīng)再搬運后，仍保持其根本特征，稱為次

24、生紅粘土。強度高，壓縮性低。粗粒土一般按粒度顆粒級配分類命名，粘性土按塑性指數(shù)分類，特殊土按其特定的工程性質(zhì)分類，細粒土按塑性圖分類。低液限WL<28分類符號L；中液限28WL<50分類符號M；高液限50WL70分類符號H；很高液限WL>70分類符號V。第三章：地基中的應(yīng)力計算土中自重應(yīng)力土體自身的重量在土中引起的應(yīng)力稱為土的自重應(yīng)力。又稱常駐應(yīng)力，自重應(yīng)力不會使土體產(chǎn)生變形。在應(yīng)力計算中，一般均采用半空間應(yīng)力模型；即認為土體是均質(zhì)、連續(xù)各向同性的彈性半空間體。1. 單一土層條件下自重應(yīng)力的計e算設(shè)所切取的土柱體總重為P，根據(jù)豎向力之和為零有：那么有：土中某點的豎向自重應(yīng)力，

25、kPa；土的容重，kN/m3Z考查點至天然地面的距離，m該點處的水平向自重應(yīng)力，根據(jù)廣義虎克定律：且那么有：其中：Ko為土的側(cè)向壓力系數(shù)；為泊松比。也就是說，豎向應(yīng)力乘以水平向應(yīng)力系數(shù)Ko即為水平向應(yīng)力，土體一定，水平向應(yīng)力系數(shù)為常數(shù)，豎向應(yīng)力時，水平應(yīng)力即確定。在今后的應(yīng)用中，水平向應(yīng)力應(yīng)用的數(shù)量較少，一般情況下，有了豎向應(yīng)力之后，不作特殊說明；經(jīng)常用到的是豎向自重應(yīng)力，為簡單起見，一律簡寫成，即。2. 成層土條件下自重應(yīng)力設(shè)各層土的土層厚度分別為h1、h2、h3,容重分別為1、2、3，如圖。分層不影響對稱性，仍用前述的方法截取土柱體，分段求合力，得P=P1+P2+P3即：由此得：簡寫成：3

26、. 當土層中有地下水時自重應(yīng)力自重應(yīng)力是指有效應(yīng)力,即土體通過土粒間接觸點傳遞的接觸壓力。浸水后，土顆顆粒受到水浮力，土顆粒間的接觸壓力減少，1m3土體扣除土顆粒所受浮力后剩余重量即為有效容重，所以，浸水后單位體積土體的有效自重計算時應(yīng)采用有效重。據(jù)此有：當有不透水層時，由于水對不透水層層面有靜水壓力，且通過不透水層層面向下傳遞該水壓力，因而，此時的自重應(yīng)力還應(yīng)加上水壓力，即：綜上所述，各種情況下土中某點的豎向自重應(yīng)力均可用下式表達：i第i層土的容重，kN/m3,地下水位以下土顆粒受到浮力時，應(yīng)采用有效容重;對不透水層層面及其以下土體，還要考慮其上的水、土總重，即加上水壓力。hi第i層土土層厚

27、度，m；n計算點至天然地面范圍內(nèi)土層層數(shù)。w水的容重，一般情況下，可取w=10kN/m3hw不透水層層面至自由水位面的距離(水位，m?；讐毫Ω椎酌媾c土之間的接觸壓力稱為基底壓力，記為p。 1. 影響基底壓力分布的因素（1） 地基與根底的相對剛度；2土的性質(zhì)；3根底的埋深；4上部結(jié)構(gòu)的剛度2.基底壓力的簡化計算1中心荷載作用 p基底壓力，kPa；N作用在根底底面上的中心荷載或上部結(jié)構(gòu)傳 下來的豎向集中力 kN F根底底面面積，m2,圓形根底，F(xiàn)=*R2,R為圓半徑，m；矩形根底 F=L*b，b為根底底面寬度，m；L為根底底面長度，m；條形根底，沿長度方向取1m，即L=1m，此時b=F。（2）

28、 偏心荷載作用 M外荷對基底形心的力矩，kN.m；W基底截面抵抗矩，m3；矩形根底，F(xiàn)=L*b，W=b*L2/6，沿L方向偏心e = M/N,那么 此時，基底反力呈梯形或三角形分布，如圖，當e>L/6時，按上式計算基底出現(xiàn)拉力，而基底只能承壓不能受拉，說明上式已不適用，根據(jù)力的平衡條件，有： k= L/2 - e,根底底面上合力N至基底反力最大邊距離，m。豎向集中荷載下的附加應(yīng)力附加應(yīng)力：外部各種作用在土中引起的應(yīng)力增量稱為附加應(yīng)力。 令： 集中荷載作用下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)用時查表求得。那么多個集中力共同作用時其中； 第i個豎向力作用下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，根據(jù)ri/z查表求得。riM

29、點到第i個集中力的水平距離，zM點到半空間外表的距離。結(jié)構(gòu)工程中，一般的允許誤差為±5%，做為土力學的理論計算， ±6%的誤差還可以接受，因此，工程上，允許直接按集中力考慮，應(yīng)用布氏公式求解的條件是R>2L。分布荷載作用下的附加應(yīng)力1、 矩形面積上的均布荷載：設(shè)有一矩形面積，長邊為L，短邊為b，其上作用有均布荷載p。2. 角點下的豎向附加應(yīng)力 矩形面積上均布荷載時角點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)用時查表。3. 任意點下的豎向附加應(yīng)力形式同上二、矩形面積上的三角形荷載1.角點下1角點1荷載為零邊角點下 矩形面積上三角形荷載時角點1下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)用時查表。2角點2荷

30、載最大邊角點下2.任意點下 矩形面積上三角形荷載時角點2下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)用時查表。三、圓形面積上的荷載1.均布荷載圓心點下均布圓形荷載作用時中心點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)其中的ro為荷載作用面半徑,z計算點至荷載作用面的距離。3. 均布荷載任意點下 其中 均布圓形荷載作用時任意點下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)，r為計算點半徑。3.圓形面積上 三角形荷載邊點點下 其中、分別為圓形面積上 三角形荷載邊點1和邊點2下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)。4、 均布線荷載作用 其中cos=z/R1,同樣可求得5、 條形荷載作用1. 均布條形荷載作用同理得：根據(jù)材料力學公式： 將z 、x 、xz、代入后整理得土中某點大、小主應(yīng)

31、力表達式： 令：2=(1-2) 如改用直角坐標，那么仍然可寫成： 條形面積上均布荷載時的豎向附加應(yīng)力系數(shù)。2. 三角形分布的條形荷載作用 其中： 條形面積上三角形荷載時的豎向附加應(yīng)力系數(shù)。7、 均質(zhì)地基中的應(yīng)力分布由于土中存在剪應(yīng)力，使地基中產(chǎn)生了應(yīng)力擴散現(xiàn)象；即沿著深度方向隨深度的增加，其豎向附加應(yīng)力值越來越小，在某一深度處的水平面上，附加應(yīng)力不但作用在根底底面輪廓線范圍內(nèi)，而且延伸到輪廓線外，但不管怎么延伸，同一水平面上，根底中心點下的應(yīng)力值最大，向兩邊逐步減小，趨近于零；不管怎么變化，同一水平面上的附加應(yīng)力之和始終等于p.F。8、 非均質(zhì)地基中附加應(yīng)力分布的特征1. 變形模量隨深度增大的

32、地基 其中： 大于3的集中因素，其值隨變形模量與深度的關(guān)系以及泊松比有關(guān)。2. 成層土地基 對成土地基，其上、下層模量無外乎上大下小或上小下大兩種情況。設(shè)上層土模量為Eo1，下層土模量為Eo2，當Eo1 > Eo2即上硬下軟時，發(fā)生應(yīng)力擴散現(xiàn)象。應(yīng)力擴散后，同一水平面上，其最大與最小值之差將縮小，當模量值Eo1 >3Eo2時，擴散后的應(yīng)力值根本上可以看成是均勻分布。反之，當Eo1 <Eo2即上軟下硬時，發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。例題1：假設(shè)所示圖形的陰影局部面積上作用著均布基底壓力p=200kPa，試求圖中A點下距荷載作用面3.0m深度處的豎向附加應(yīng)力值。解：例題2：求地下水位下降在

33、D點引起的豎向附加應(yīng)力。解：水位下降前 水位下降后 水位下降引起的豎向附加應(yīng)力 第2題圖 例題3：如下圖：大面積抽取地下水后導致地下水位下降，并在天然地面上填筑3.0m厚的新填土，然后垂直開挖平面尺寸為3.0*3.0m，深2.5m的基坑，求基坑中心線下6.0m處由填土和地下水位下降共同作用引起的豎向附加應(yīng)力。解：<1>填土不挖基坑時引起的豎向附加應(yīng)力如下頁1圖 <2>挖基坑時引起的豎向附加應(yīng)力 如下頁2圖 <3>水位下降引起的豎向附加應(yīng)力 <4>共同作用引起的豎向附加應(yīng)力第四章：土的壓縮性與沉降計算土的壓縮性土在壓力作用下體積減少的特性稱為土的壓

34、縮性。 其中e1 、e2分別為變形前后的孔隙比；S為壓縮量；H1為壓縮前試樣高度。壓縮曲線及壓縮性指標壓縮曲線建立坐標系，描點得ep曲線，稱為壓縮曲線。壓縮性指標：1壓縮系數(shù)a a值的大小表示了ep曲線的陡、緩程度，反映了土體壓縮性的上下。但同一種土取不同的p值，對應(yīng)著不同的a值。用于工程計算時，應(yīng)按照實際的壓力間隔值選取p1、p2，一般p1取自重應(yīng)力， p2取自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和，當用a值判別土體的壓縮性上下時，標準規(guī)定： p1=100kPa，p2 =200 kPa，相應(yīng)的壓縮系數(shù)記為a1-2 。a1-2 <0.1MPa -1, 低壓縮性土；0.1MPa-1 <= a1-2&l

35、t;0.5MPa-1中壓縮性土；a1-2 >=0.5MPa -1,高壓縮性土。（2） 壓縮模量ES完全側(cè)限條件下，土中豎向附加應(yīng)力與其相應(yīng)應(yīng)變的比值稱為土的壓縮模量，記為ES 。計算公式：（3） 壓縮指數(shù)Ccelogp曲線直線段的斜率。Cc是無量綱小數(shù)，其值的大小同樣反映了土體壓縮性的上下。 Cc=(e1 - e2)/(logp2 -logp1)（4） 變形模量Eo無側(cè)限條件下，土中豎向附加應(yīng)力與其相應(yīng)應(yīng)變的比值稱為土的變形模量，記為Eo 。 其中 沉降影響系數(shù)。僅與荷載作用面形狀和計算點位置有關(guān)。 泊松比，b載荷板寬度或半徑。 變形模量與壓縮模量間的理論關(guān)系：令=(1-2µK

36、o)，那么E0=µ=0, =0, µ=0.5, =1.0,處于01之間，所以有：Eo<Es成立。但這僅是理論上的關(guān)系式，實際很多土的>1.0。5彈性模量Ed*地基的最終沉降量1、 分層總和法1.假設(shè)： 1土是均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性半空間2荷載作用下，土僅產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)脹；3根底的沉降量等于根底下地基中壓縮層范圍內(nèi)各土層壓縮量之和；4對一般的中、小根底可采用根底中心點下的附加應(yīng)力值做為計算應(yīng)力。2.計算步驟及公式：<1>畫圖：畫出自重應(yīng)力c和附加應(yīng)力z沿深度的分布圖；<2>按應(yīng)力比法確定沉降計算深度Zn ；在某一深度Zn處驗算：

37、zn /cn <=0.2 中、低壓縮性土或：zn /cn <=0.1 高壓縮性土<3>分層：將Zn范圍內(nèi)的土層分為假設(shè)干個小薄層；一般情況下，每一個小薄層厚度hi取0.4b左右，b為根底底面寬度，對大形根底以不超過2.0m為宜；分層時，天然土層界面、地下水位面必須為小薄層界面。<4>分別計算每一個小薄層在無側(cè)脹條件下的最終沉降量Si 對第i層土：p1i=(ci+ ci-1)/2，第i層土自重應(yīng)力平均值,kPa;p2i=(ci+ ci-1)/2+(zi+ zi-1)/2，第i層土自重應(yīng)力平均值與附加應(yīng)力平均值之和,kPa;e1i、e2i分別為與p1i、p2i、

38、對應(yīng)的孔隙比，由ep曲線查得。pi = p2i - p1i =z ,第i層土附加應(yīng)力平均值，kPa 。ai第i層土與p1i、p2i、對應(yīng)的壓縮系數(shù)，kPa-1,Esi第i層土與p1i、p2i對應(yīng)的壓縮模量，kPa,hi 第i層土壓縮前厚度，m；Si第i層土最終沉降量，m。2、 彈性理論方法計算最終沉降量3、 應(yīng)力面積法計算最終沉降量在分層總和法的根底上，進一步假定：同一天然土層范圍內(nèi)，壓縮性指標為常數(shù)即不隨深度變化。修正前的沉降值記作1.計算公式<1>單一土層稱0Z深度內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)，應(yīng)用時查表。z沉降計算深度,m，po基底附加壓力，kPa <2>成層土所以第i層土

39、沉降量： 0i深度內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)，i 基底至第i層底面的距離， i-1 基底至第i層頂面的距離， 0i-1深度內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)， <3>計算深度Zn確實定根據(jù)經(jīng)驗，假設(shè)一個深度Zn，從Zn底面向上取一個Z厚度，設(shè)Z厚度內(nèi)土層修正前的計算變形值為S'n，假設(shè) 那么滿足要求。否那么，重新選取，直到滿足為止。計算時，應(yīng)考慮相鄰荷載的影響。如不考慮 ， 對寬度b=130m的根底中心點下可取Zn =b *(2.5 -0.4*lnb)<4>返算厚度Z確實定根據(jù)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料，?建筑地基根底標準?認為可取Z=0.3*(1+lnb)，但嫌其計算煩瑣，標準取Z=f(b)

40、的形式，并給予了適當?shù)暮喕愿值木€條給出；應(yīng)用時，查表。<5>修正系數(shù)確實定 0深度內(nèi)附加應(yīng)力面積 0深度內(nèi)修正前的總計算沉降量 變形計算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當量值。根據(jù) 和 值查表求得。 2.5 4.07.015.0 20.0 1.4 1.31.00.4 0.2 1.1 1.00.70. 4 0. 2 考慮土層沉積歷史的計算方法1正常固結(jié)土2超固結(jié)土（3） 欠固結(jié)土飽和土的有效應(yīng)力和滲透固結(jié)沉降與時間的關(guān)系毛細水上升和土中水滲流時的有效應(yīng)力例題：地質(zhì)條件如下圖，求由地下水大面積下降及填土共同作用引起的填土面的最終沉降量。 解：<1>填土作用附加應(yīng)力圖：<2&

41、gt; 地下水作用水位下降前 水位下降后水位下降引起的豎向附加應(yīng)力<3>填土和地下水作用 第五章 土的抗剪強度土的抗剪強度：土體對剪切變形的極限抵抗能力。土體強度問題的實質(zhì)是抗剪強度；土體抗剪強度的大小決定了土體的承載能力。一、庫侖公式和莫爾庫侖強度理論砂土：f = ·tan f土的抗剪強度,kPa;剪切破壞面上的法向應(yīng)力，kPa，tan土顆粒間的摩擦系數(shù)，土的內(nèi)摩擦角粘性土：f= ·tan +c c稱為粘聚力，kPa；它是粘性土所固有，砂土c值可看成是0。粘性土粘聚力的來源主要有，電分子引力、粘土顆粒間的膠結(jié)作用等。2、 土中某點的應(yīng)力狀態(tài)設(shè)有一單元體，承受主

42、應(yīng)力1和3作用，如圖。在與大主應(yīng)力1作用面成角的平面上，其法向應(yīng)力為 ，切向應(yīng)力為，假設(shè)1 、 3和，求和。 3、 極限平衡條件土中某點應(yīng)力狀態(tài)判別1.對均質(zhì)材料，破壞面與大主應(yīng)力1作用面的夾角一定為f =45°+ /2，也就是說，只要 45°+ /2面上強度有保證，不發(fā)生強度破壞，其它面上一定不會破壞，因此可通過驗算該面上的剪應(yīng)力和抗剪強度來判別。取=f =45°+ /2，代入公式2. 利用極限平衡關(guān)系式判別對土體而言，影響其承載力的是大、小主應(yīng)力的差值= 1 3，而非主應(yīng)力1或3的絕對值，極限平衡關(guān)系式所確定的1和3是土體在不破壞條件下所能承受的、最大的允許主

43、應(yīng)力差值= 1 3 。實際土體所受到的主應(yīng)力差值<最大的允許主應(yīng)力差值土體處于彈性狀態(tài)；實際土體所受到的主應(yīng)力差值>最大的允許主應(yīng)力差值土體處于塑性狀態(tài)，即破壞；實際土體所受到的主應(yīng)力差值=最大的允許主應(yīng)力差值土體處于極限狀態(tài)。例題：如圖，土體受大主應(yīng)力1 =350kPa 、小主應(yīng)力3 = 100kPa作用，其粘聚力c=15kPa，內(nèi)摩擦角 =20°。試判別土體處于何種應(yīng)力狀態(tài)。解：滿足極限平衡關(guān)系式的大、小主應(yīng)力差值= 1 3 允許的大、小主應(yīng)力差= 246.80 - 100=146.80(kPa)實際的大、小主應(yīng)力差值350-100=250kPa>146.8kP

44、a。破壞。利用數(shù)學關(guān)系，建立直線與莫爾圓方程并聯(lián)立求解，假設(shè)直線與莫爾圓聯(lián)立方程無解，說明直線與莫爾圓不相交土體處于彈性狀態(tài)；有一個解，莫爾圓與直線相切土體處于臨界狀態(tài)；有二個解，莫爾圓與直線相割土體處于破壞狀態(tài)。抗剪強度的測試方法及排水條件對抗剪強度的影響抗剪強度的測試方法：直接剪切試驗、 三軸壓縮試驗、 無側(cè)限抗壓試驗、十字板剪切試驗、載荷板試驗、現(xiàn)場直剪試驗。排水條件對抗剪強度的影響：1.不固結(jié)不排水剪(快剪,簡稱UU試驗)三軸試驗時,在試驗過程中,排水筏門始終關(guān)閉,不讓試樣排水,直剪試驗時,無論是豎向荷載、還是水平荷載，均都快速施加，土樣在幾分鐘內(nèi)就發(fā)生破壞，沒有時間排水。其相應(yīng)的記為

45、u ，c記為cu 。2. 固結(jié)不排水剪(固結(jié)快剪，簡稱CU試驗)三軸試驗時,加等向圍壓時，排水筏門翻開，讓試樣充分排水，在整個施加偏應(yīng)力過程中,排水筏門始終關(guān)閉,不讓試樣排水,直剪試驗時, 豎向荷載施加緩慢，允許試樣排水，水平荷載時，快速施加，土樣在幾分鐘內(nèi)就發(fā)生破壞，沒有時間排水。其相應(yīng)的記為cu ，c記為ccu 。3. 固結(jié)排水剪(慢剪，簡答CD試驗)三軸試驗時,在試驗過程中,排水筏門始終翻開, 所有荷載都有分級施加，每級荷載下，土樣都有充分的時間，排水固結(jié),直剪試驗時,無論是豎向荷載、還是水平荷載，均都分級緩慢施加，在每級荷載作用下，土樣都有充分時間排水固結(jié)。其相應(yīng)的記為d ，c記為cd

46、 。一般情況下，固結(jié)不排水的c'、'與cd 、 d 很接近，工程上可認為c' cd 、 ' d ?？紫秹毫ο禂?shù)一、等向應(yīng)力狀態(tài)下的孔隙壓力系數(shù) B設(shè)與3相對應(yīng)的孔隙水壓力為3那么：對飽和土體，孔隙中完全充滿水，水本身不會被壓縮，故Cv=0，因而B=1.0， 3= 3；對于干土，孔隙內(nèi)沒有水， Cv認為是無窮大，故B=0；對于非飽和土，0<B<1.0，土的飽和度愈小，那么B值也愈小。2、 偏應(yīng)力狀態(tài)下的孔隙壓力系數(shù)A偏應(yīng)力條件下的孔隙壓力系數(shù)。3、 等向應(yīng)力和偏應(yīng)力共同作用下的孔隙壓力系數(shù) = 1 + 3 = B*A* 1 -3 + B*3=B*3 +

47、A* 1 -3 飽和土體，B=1，不固結(jié)不排水試驗時，孔隙水壓力增量 = 3 + A* 1 -3 固結(jié)不排水試驗時， 3作用下孔隙水壓力已消散， 3 =0，孔隙水壓力增量： = 1 = A* 1 -3 固結(jié)排水試驗時， 孔隙水壓力已全部消散， =0，偏應(yīng)力條件下的孔隙壓力系數(shù)A與很多因素有關(guān)，它隨偏應(yīng)力增量呈非線性變化，同時，與土的壓縮性、土層的應(yīng)力歷史均有關(guān)系，超固結(jié)土，剪切時體積膨脹，A值可能為負值，應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)實際的應(yīng)力和應(yīng)變條件，按三軸壓縮試驗，直接測定。飽和粘性土的抗剪強度一、不固結(jié)不排水抗剪強度由于不固結(jié)不排水，其B=1，所以3 =3 ，即無論加多大的圍壓，全都轉(zhuǎn)化成孔隙水壓力，

48、有效應(yīng)力增量'3始終為零，破壞時的應(yīng)力差始終不變；由于其有效應(yīng)力不增加，所以其抗剪強度也不增長，其相應(yīng)的記為u ，c記為cu ，u=0， cu =(1 -3 )/2二、固結(jié)不排水抗剪強度1.正常固結(jié)土飽和粘性土的固結(jié)不排水抗剪強度與應(yīng)力歷史有關(guān)，對正常固結(jié)土，天然狀態(tài)下從未固結(jié)的話，其抗剪強線一定通過坐標原點；在3作用下，排水固結(jié)， 3 =0 。在1 -3作用下，不排水剪切，其抗剪強度隨1 -3的增加而增長。由于'1 = 1 -f ， '3 = 3 - f所以'1 - '3 = 1 - 3 ，總應(yīng)力莫爾圓與有效應(yīng)力莫爾圓同半徑，兩者間在水平方向差了一個

49、f 。正常固結(jié)土，受剪時孔隙體積減小，體積壓縮，孔隙水壓力為正值，故'<，有效應(yīng)力莫爾圓在總應(yīng)力莫爾圓的左側(cè)，所以'> 。2. 超固結(jié)土的抗剪強度在超固結(jié)段，由于土樣已經(jīng)承受過一個大于現(xiàn)有壓力的前期固結(jié)壓力pc，在pc作用下，已經(jīng)固結(jié)過，此時已具有一定的強度事先壓密過，所以抗剪強度線不通過坐標原點，但其強度隨壓力的增長不如正常固結(jié)土顯著，抗剪強度線比正常固結(jié)土平緩；過了前期固結(jié)壓力pc后，又恢復到正常固結(jié)狀態(tài)，其抗剪強度線應(yīng)通過坐標原點，如用有效應(yīng)力表示，由于超固結(jié)土剪切時，體積膨脹，產(chǎn)生負的孔隙水壓力，故有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的右方，而在正常固結(jié)段，有效應(yīng)力圓在總應(yīng)力圓的左方顯然： c'< ccu，'> cu，實用上，近似?。?f = ccu + .tan cu應(yīng)力路徑的概念及抗剪強度的其它問題應(yīng)力路徑在外力作用下，土中某點的應(yīng)力變化過程在應(yīng)力坐標系中的軌跡。它是土體在外力作用下應(yīng)力變化情況過程的一種表述方法。幾種常見的應(yīng)力路徑表示方法：1.直接剪切試驗的應(yīng)力路徑2.三軸壓縮試驗的應(yīng)力路徑a.剪切破壞面上的總應(yīng)力的應(yīng)力路徑b.剪切破壞面上的有效應(yīng)力應(yīng)力路徑c.路堤分