《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》北京高校課件(341張內(nèi)容豐富)

土力力學(xué)學(xué)與與地地基基基基礎(chǔ)礎(chǔ)清華華大大學(xué)學(xué)出出版版社社陳熙熙哲哲編編著著。。含各各類(lèi)類(lèi)地地基基處處理理的的案案例例，，實(shí)實(shí)用用性性強(qiáng)強(qiáng)緒言言一、、土土力力學(xué)學(xué)、、地地基基及及基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的有有關(guān)關(guān)概概念念1土力力學(xué)學(xué)--研究究土土的的應(yīng)應(yīng)力力、、變變形形、、強(qiáng)強(qiáng)度度和和穩(wěn)穩(wěn)定2地基—支撐建筑物荷載、且受建筑物影響的那一部分地層稱為地基。3基礎(chǔ)--建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)就是基礎(chǔ)(參看圖o—1)。4地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的先決條件：在設(shè)計(jì)建筑物之前，必須進(jìn)行建筑場(chǎng)地的地基勘察，充分了解、研究地基土(巖)層的成因及構(gòu)造、它的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水情況以及是否存在(或可能發(fā)生)影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象(如滑坡、巖溶、地震等)，從而對(duì)場(chǎng)地件作出正確的評(píng)價(jià)。5地基基基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的兩兩個(gè)個(gè)基基本本條條件件：：(1)要求作用用于地基基的荷載載不超過(guò)過(guò)地基的承承載能力力，保證證地基在在防止整整體破壞方方面有足足夠的安安全儲(chǔ)備備；(2)控制基礎(chǔ)礎(chǔ)沉降使使之不超超過(guò)地基基的變形允允許值，，保證建建筑物不不因地基基變形而損損壞或者者影響其其正常使使用。6基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)的型式式：7地基類(lèi)型型8地基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)方方案的選選取原則則9地基及基基礎(chǔ)的重重要性二、本課課程的特特點(diǎn)和學(xué)學(xué)習(xí)要求求1課程的特特點(diǎn)：（1）地基及及基礎(chǔ)課課程涉及及工程地地質(zhì)學(xué)、、土力學(xué)學(xué)、結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)和和施工（2）課程理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)。2學(xué)習(xí)要求：(1)學(xué)習(xí)和掌握土的應(yīng)力、變形，強(qiáng)度和地基計(jì)算等土力學(xué)基本原理；(2)學(xué)習(xí)和掌握淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法；(3)熟悉土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位測(cè)試技術(shù)以及室內(nèi)土工試驗(yàn)方法；（4）重視工程地質(zhì)基本知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解工程地質(zhì)勘察的程序和方法，注意閱讀和使用工程地質(zhì)勘察資料能力的培養(yǎng)。第一章土土的的物理性性質(zhì)及分分類(lèi)1—1概述述1土的定義義：土是連續(xù)續(xù)，堅(jiān)固固的巖石石在風(fēng)化化作用下下形成的的大小懸懸殊的顆顆粒，經(jīng)經(jīng)過(guò)不同同的搬運(yùn)運(yùn)方式，，在各種種自然環(huán)環(huán)境中生生成的沉沉積物。。2土的三相相組成：：土的物質(zhì)質(zhì)成分包包括有作作為土骨骨架的固固態(tài)礦物物顆粒、、孔隙中中的水及及其溶解解物質(zhì)以以及氣體體。因此此，土是是由顆粒粒(固相)、水(液相)和氣(氣相)所組成的的三相體體系。1—2土的的生生成成一、地地質(zhì)作用用的概念念1地球的圈層構(gòu)構(gòu)造：外圈層：大氣氣圈、水圈、、生物圈；內(nèi)圈層：地殼殼、地幔、地地核。構(gòu)成天然地基基的物質(zhì)是地地殼內(nèi)的巖石石和土。地殼殼的一般厚度度為30一80km。2地質(zhì)作用--導(dǎo)致地殼成分分變化和構(gòu)造造變化的作用用。根據(jù)地質(zhì)作用用的能量來(lái)源源的不同，可可分為內(nèi)力地地質(zhì)作用和外外力地質(zhì)作用用(1)內(nèi)力地質(zhì)作用用:由于地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)能和放射性性元素蛻變產(chǎn)產(chǎn)生的熱能等等，引起地殼殼物質(zhì)成分、、內(nèi)部構(gòu)造以以及地表形態(tài)態(tài)發(fā)生變化的的地質(zhì)作用。。如巖漿作用用、地殼運(yùn)動(dòng)動(dòng)(構(gòu)造運(yùn)動(dòng))和變質(zhì)作用。。1)巖漿作用--存在于地殼以以下深處高溫溫、高壓的復(fù)復(fù)雜硅酸鹽熔熔融體(巖漿)，沿著地殼薄薄弱地帶上升升侵入地殼或或噴出地表且且冷凝后生成成為巖漿巖的的地質(zhì)作用。。2)地殼運(yùn)動(dòng)--地殼的升降運(yùn)運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)運(yùn)動(dòng)。升降運(yùn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為地殼的上拱拱和下拗，形形成大型的的構(gòu)造隆起和和拗陷：水平平運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為為地殼巖層的的水平移動(dòng)，，使巖層產(chǎn)生生各種形態(tài)的的褶皺和斷裂裂．地殼運(yùn)動(dòng)動(dòng)的結(jié)果，形形成了各種類(lèi)類(lèi)型的地質(zhì)構(gòu)構(gòu)造和地球表表面的基本形形態(tài)。3)變質(zhì)作用--在巖漿活動(dòng)和和地殼運(yùn)動(dòng)過(guò)過(guò)程中，原巖巖(原來(lái)生成的各各種巖石)在高溫、高壓壓下及揮發(fā)性性物質(zhì)的滲入入下，發(fā)生成成分、結(jié)構(gòu)、、構(gòu)造變化的的地質(zhì)作用。。(2)外力地質(zhì)作用用：由于太陽(yáng)輻射射能和地球重重力位能所引引起的地質(zhì)作作用。它包括括氣溫變化、、雨雪、山洪洪、河流、湖湖泊、海洋、、冰川、風(fēng)、、生物等的作作用。1)風(fēng)化作用--外力(包括大氣、水水、生物)對(duì)原巖發(fā)生機(jī)機(jī)械破碎和化化學(xué)變化的作作用。2)沉積巖和土的的生成--原巖風(fēng)化產(chǎn)物物（碎屑物質(zhì)質(zhì)），在雨雪雪水流、山洪洪急流、河流流、湖浪、海海浪、冰川或或風(fēng)等外力作用下，，被剝蝕，搬搬運(yùn)到大陸低低洼處或海洋洋底部沉積下下來(lái)，在漫長(zhǎng)長(zhǎng)的地質(zhì)年代代里，沉積積的物質(zhì)逐漸漸加厚，在覆覆蓋壓力和含含有碳酸鈣、、二氧化硅、、氧化鐵等膠膠結(jié)物的作用用下，使使起初沉積的的松軟碎屑物物質(zhì)逐漸壓密密、脫水、膠膠結(jié)、硬化生生成新的巖石石，稱為沉積積巖。未經(jīng)成成巖作用所生生成的所謂沉沉積物，也就就是通常所說(shuō)說(shuō)的“土”。。3）風(fēng)化、剝蝕蝕、搬運(yùn)及沉沉積--外力地質(zhì)作用用過(guò)程中的風(fēng)風(fēng)化、剝蝕、、搬運(yùn)及沉積積，是彼此密密切聯(lián)系的。。風(fēng)化作用為為剝蝕作用創(chuàng)創(chuàng)造了條件，，而風(fēng)化、剝剝蝕、搬運(yùn)又又為沉積作用用提供了物質(zhì)質(zhì)的來(lái)源。剝剝蝕作用與沉沉積作用在在一定時(shí)間和和空間范圍內(nèi)內(nèi)，以某一方方面的作用為為主導(dǎo)，例如如，河流上游游地區(qū)以剝蝕蝕為主，下游游地區(qū)以沉積積為主，山地地以剝蝕占優(yōu)優(yōu)勢(shì)，平原以以沉積占優(yōu)勢(shì)勢(shì)．二、礦物與巖巖石的概念巖石--一種或多種礦礦物的集合體體。礦物--地殼中天然生生成的自然元元素或化合物物，它具有一一定的物理性性質(zhì)、化學(xué)成成份和形態(tài)．．(一)造巖礦物組成巖石的礦礦物稱為造巖巖礦物。礦物按生成條條件可分為原原生礦物和次次生礦物兩大大類(lèi)。區(qū)分礦物可以以礦物的形狀狀、顏色、光光澤、硬度、、解理、比重重等特征為依依據(jù)。（二）巖石巖石的主要特特征包括礦物物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)和構(gòu)造三方方面。巖石的結(jié)構(gòu)—巖石中礦物顆顆粒的結(jié)晶程程度、大小和和形狀、及其其彼此之間的的組合方式。。巖石的構(gòu)造--巖石中礦物的的排列方式及及填充方式。。巖漿巖、沉積積巖、變質(zhì)巖巖是按成因劃劃分的三大巖巖類(lèi)，其亞類(lèi)類(lèi)劃分列于表表1-3、表1-4、表1-5。三地質(zhì)年代代的概念地質(zhì)年代--地殼發(fā)展歷史史與地殼運(yùn)動(dòng)動(dòng)，沉積環(huán)境境及生物演化化相對(duì)應(yīng)的時(shí)時(shí)代段落。相對(duì)地質(zhì)年代代--根據(jù)古生物的的演化和巖層層形成的順序序，所劃分的的地質(zhì)年代。。在地質(zhì)學(xué)中，，根據(jù)地層對(duì)對(duì)比和古生物物學(xué)方法把地地質(zhì)相對(duì)年代代劃分為五大大代(太古代、元古古代、古生代代、中生代和和新生代)，每代又分為為若干紀(jì)，每每紀(jì)又細(xì)分為為若干世及期期。在每一個(gè)個(gè)地質(zhì)年代中中，都劃分有有相應(yīng)的地層層（參見(jiàn)表1-6）在新生代中最最新近的一個(gè)個(gè)紀(jì)稱為第四四紀(jì)，由原巖巖風(fēng)化產(chǎn)物（（碎屑物質(zhì)）），經(jīng)各種外外力地質(zhì)作用用(剝蝕、搬運(yùn)、、沉積)形成尚未膠結(jié)結(jié)硬化的沉積積物(層)，通稱“第四紀(jì)沉積積物(層)”或“土”。四第四紀(jì)沉沉積物(層)不同成因類(lèi)型型的第四紀(jì)沉沉積物，各具具有一定的分分布規(guī)律和工工程地質(zhì)特征征，以下分別別介紹其中主主要的幾種成成因類(lèi)型。(一)殘積物、坡積積物和洪積物物1．殘積物殘積物是殘留留在原地未被被搬運(yùn)的那一部分原巖風(fēng)風(fēng)化剝蝕后的的產(chǎn)物，而另一部分則被被風(fēng)和降水所所帶走。2．坡積物坡積物是雨雪雪水流的地質(zhì)質(zhì)作用將高處處巖石風(fēng)化產(chǎn)產(chǎn)物緩慢地洗洗刷剝蝕、順順著斜坡向下下逐漸移動(dòng)、、沉積在較平平緩的山坡上上而形成的沉沉積物。3．洪積物(Q”)··由暴雨或大量量融雪驟然集集聚而成的暫暫時(shí)性山洪急急流，具有很很大的剝蝕和和搬運(yùn)能力。。它沖刷地表，，挾帶著大量量碎屑物質(zhì)堆堆積于山谷沖沖溝出口或山山前傾斜平原原而形成洪積積物(圖1—4)。由相鄰溝谷口口的洪積扇組組成洪積扇群群<圖l—5)。如果逐漸擴(kuò)大大以至連接起起來(lái)，則形形成洪積沖積積平原的地貌貌單元。洪積物常呈現(xiàn)現(xiàn)不規(guī)則交錯(cuò)錯(cuò)的層理構(gòu)造造，如具有夾夾層、尖滅或或透鏡體等產(chǎn)產(chǎn)狀(圖1—6)。(二)沖積物(Q)沖積物是河流流流水的地質(zhì)質(zhì)作用將兩岸岸基巖及其上上部覆蓋的坡坡積、洪積物物質(zhì)剝蝕后搬搬運(yùn)、沉積在在河流坡降平平緩地帶形成成的沉積物。。1平原河谷沖積積物平原河谷除河河床外，大多多數(shù)都有河漫漫灘及階地等等地貌單元(圖1—7)。2．山區(qū)河谷沖沖積層在山區(qū)，河谷谷兩岸陡削，，大多僅有河河谷階地(圖1-8)。(三)其它沉積物除了上述四種種成囚類(lèi)型的的沉積物外，，還有海洋沉沉積物(Q”)、湖泊沉積物(Q‘)、冰川沉積物(Q”)及風(fēng)積物(Q”‘)等，它們是分分別由海洋，，湖泊、冰川川及風(fēng)等的地地質(zhì)作用形成成的．1-3土的組組成一土的固體體顆?！ね林械墓腆w顆顆粒(簡(jiǎn)稱土粒)的大小和形狀狀、礦物成分分及其組成情情況是決定土土的物理力學(xué)學(xué)性質(zhì)的重要要因素。(一)土的顆粒級(jí)級(jí)配在自然界中中存在的土土，都是由由大小不同同的土粒組組成的。土粒的粒徑徑由粗到細(xì)細(xì)逐漸變化化時(shí)，土的的性質(zhì)相應(yīng)應(yīng)地發(fā)生變變化，例如如土的性質(zhì)質(zhì)隨著粒徑徑的變細(xì)可可由無(wú)粘性性變化到有有粘性。將土中各種種不同粒徑徑的土粒，，按適當(dāng)?shù)牡牧椒秶鷩?，分為若若干粒組，，各個(gè)粒組組隨著分界界尺寸的不不同而呈現(xiàn)現(xiàn)出一定質(zhì)質(zhì)的變化。。劃分粒組組的分界尺尺寸稱為界限粒粒徑。表l-8提供的是一一種常用的的土粒粒組組的劃分方方法。表中中根據(jù)界限限粒徑200、20、2、0．05和0．005mm把土土粒粒分分為為六六大大粒粒組組：：漂漂石石<塊石石)顆粒粒、、卵卵石石(碎石石)顆粒粒、、圓圓礫礫(角礫礫)顆粒粒、、砂砂粒粒、、粉粉粒粒及及粘粘粒粒。。土粒粒的的大大小小及及其其組組成成情情況況，，通通常常以以土土中中各各個(gè)個(gè)粒粒組組的的相相對(duì)對(duì)含含量量(各粒粒組組占占土土粒?？偪偭苛康牡陌侔俜址?jǐn)?shù)數(shù))來(lái)表表示示，，稱稱為為土土的的顆顆粒粒級(jí)級(jí)配配。。顆粒粒分分析析試試驗(yàn)驗(yàn)：：篩篩分分法法；；比比重重計(jì)計(jì)法法根據(jù)據(jù)顆顆粒粒大大小小分分析析試試驗(yàn)驗(yàn)成成果果，，可可以以繪繪制制如如圖圖1——10所示示的的顆顆粒粒級(jí)級(jí)配配累累積積曲曲線線由曲曲線線的的坡坡度度可可判判斷斷土土的的均均勻勻程程度度有效效粒粒徑徑；；限限定定粒徑徑。。利用用顆顆粒粒級(jí)級(jí)配配累累積積曲曲線線可可以以確確定定土土粒粒的的級(jí)級(jí)配配指指標(biāo)標(biāo)，，如如與與的的比比值值稱稱為為不不均均勻勻系系數(shù)數(shù)：：又如如曲曲率率系系數(shù)數(shù)用用下下式式表表示示：：不均均勻勻系系數(shù)數(shù)反反映映大大小小不不同同粒粒組組的的分分布布情情況況，，越越大大表表示示土土粒粒大大小小的的分分布布范范圍圍越越大大，，其其級(jí)級(jí)配配越越良良好好，，作作為為填填方方工工程程的的土土料料時(shí)時(shí)，，則則比比較較容容易易獲獲得得較較大大的的密密實(shí)實(shí)度度．．曲曲率率系系數(shù)數(shù)描描寫(xiě)寫(xiě)的的是是累累積積曲曲線線的的分分布布范范圍圍，，反反映映曲曲線線的的整整體體形形狀狀。。顆粒粒級(jí)級(jí)配配可可在在一一定定程程度度上上反反映映土土的的某某些些性性質(zhì)質(zhì)。。(二)土粒粒的的礦礦物物成成分分土粒粒的的礦礦物物成成分分主主要要決決定定于于母母巖巖的的成成分分及及其其所所經(jīng)經(jīng)受受的的風(fēng)風(fēng)化化作作用用。。不不同同的的礦礦物物成成分分對(duì)對(duì)土土的的性性質(zhì)質(zhì)有有著著不不同同的的影影響響，，其其中中以以細(xì)細(xì)粒粒組組的的礦礦物物成成分分尤尤為為重重要要。。1、六六大大粒粒組組的的礦礦物物成成分分漂石石、、卵卵石石、、圓圓礫礫等等粗粗大大顆顆粒粒；；砂砂粒粒；；粉粉粒粒；；粘粘粒粒。。2、粘土土礦礦物物的的比比表表面面由于于粘粘土土礦礦物物是是很很細(xì)細(xì)小小的的扁扁平平顆顆粒粒，，顆顆粒粒表表面面具具有有很很強(qiáng)強(qiáng)的的與與水水相相互互作作用用的的能能力力，，表表面面積積愈愈大大，，這這種種能能力力就就愈愈強(qiáng)強(qiáng)。。粘粘土土礦礦物物表表面面積積的的相相對(duì)對(duì)大大小小可可以以用用單單位位體體積積(或質(zhì)質(zhì)量量)的顆顆粒?？偪偙肀砻婷娣e積(稱為比比表面面)來(lái)表示示。由于土土粒大大小不不同而而造成成比表表面數(shù)數(shù)值上上的巨巨大變變化，，必然然導(dǎo)致致土的的性質(zhì)質(zhì)的突突變，，所以以，土土粒大大小對(duì)對(duì)土的的性質(zhì)質(zhì)起著著重要要的作作用。。二、土土中的的水和和氣(一)土中水水在自然然條件件下，，土中中總是是含水水的。。土中中水可可以處處于液液態(tài)、、固態(tài)態(tài)或氣氣態(tài)。。存在于于土中中的液液態(tài)水水可分分為結(jié)結(jié)合水水和自自由水水兩大大類(lèi)：：1．結(jié)合合水結(jié)合水水是指指受電電分子子吸引引力吸吸附于于土粒粒表面面的土土中水水。這這種電電分子子吸引引力高高達(dá)幾幾千到到幾幾萬(wàn)萬(wàn)個(gè)大大氣壓壓，使使水分分子和和土粒粒表面面牢固固地粘粘結(jié)在在一起起。由于土土粒(礦物顆顆粒)表面一一般帶帶有負(fù)負(fù)電荷荷，圍圍繞土土粒形形成電電場(chǎng)，，在土土粒電電場(chǎng)范范圍內(nèi)內(nèi)的水水分子子和水水溶液液中的的陽(yáng)離離子(如Na’’、Ca””、A1””等)一起吸吸附在在土粒粒表面面。因因?yàn)樗肿幼邮菢O極性分分子(氫原子子端顯顯正電電荷，，氧原原子端端顯負(fù)負(fù)電荷荷)，它被土土粒表表面電電荷或或水溶溶液中中離子子電荷荷的吸吸引而而定向向排列列(圖1—13)。雙電子子層(1)強(qiáng)結(jié)合合水強(qiáng)結(jié)合合水是是指緊緊靠土土粒表表面的的結(jié)合合水(2)弱結(jié)合合水弱結(jié)合合水緊緊靠于于強(qiáng)結(jié)結(jié)合水水的外外圍形形成一一層結(jié)結(jié)合水水膜。。2自由水水自由水水是存存在于于土粒粒表面面電場(chǎng)場(chǎng)影響響范圍圍以外外的水水。它它的性性質(zhì)和和普通通水一一樣，，能傳傳遞靜靜水壓壓力，，冰點(diǎn)點(diǎn)為0℃，有溶溶解能能力。。自由水水按其其移動(dòng)動(dòng)所受受作用用力的的不同同，可可以分分為重重力水水和毛毛細(xì)水水。(1)重力水水重力水水是存存在于于地下下水位位以下下的透透水層層中的的地下下水，，它是在在重力力或壓壓力差差作用用下運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的自由由水，，對(duì)土土粒有有浮力作用用。(2)毛細(xì)水水毛細(xì)水水是受受到水水與空空氣交交界面面處表表面張張力作作用的的自由水．．毛細(xì)細(xì)水存存在于于地下下水位位以上上的透透水土土層中中。毛毛細(xì)水按其其與地地下水水面是是否聯(lián)聯(lián)系可可分為為毛細(xì)細(xì)懸掛掛水(與地下下水無(wú)無(wú)直接接聯(lián)系系)和毛細(xì)細(xì)上升升水(與地下下水相相連)兩種。。當(dāng)土孔孔隙中中局部部存在在毛細(xì)細(xì)水時(shí)時(shí)，毛毛細(xì)水水的彎彎液面面和土土粒接接觸處處的表表面引引力反反作用用于土土粒上上，使使土粒粒之間間由于于這種種毛細(xì)細(xì)壓力力而擠擠緊(圖1—14)，土因因而具具有微微弱的的粘聚聚力，，稱為為毛細(xì)細(xì)粘聚聚力。。(二)土中氣氣。。I土中的的氣體體存在在于土土孔隙隙中未未被水水所占占據(jù)的的部位位。三、、土的的結(jié)構(gòu)構(gòu)和構(gòu)構(gòu)造土的結(jié)結(jié)構(gòu)是是指由由土粒粒單元元的大大小、、形狀狀、相相互排排列及及其聯(lián)聯(lián)結(jié)關(guān)關(guān)系等等因素素形成成的綜綜合特特征。。一般般分為為單粒粒結(jié)構(gòu)構(gòu)、蜂蜂窩結(jié)結(jié)構(gòu)和和絮狀狀結(jié)構(gòu)構(gòu)三種種基本本類(lèi)型型。在同一一土層層中的的物質(zhì)質(zhì)成分分和顆顆粒大大小等等都相相近的的各部部分之之間的的相互互關(guān)系系的特特征稱稱為土土的構(gòu)構(gòu)造，，土的的構(gòu)造造最主主要特特征就就是成成層性性即層層理構(gòu)構(gòu)造。。土的的構(gòu)造造的另另一特特征是是土的的裂隙隙性。。1—4土的三三相比比例指指標(biāo)上節(jié)介介紹了了土的的組成成，特特別是是土顆顆粒的的粒組組和礦礦物成成分，，是從從本質(zhì)質(zhì)方面面了解解土的的性質(zhì)質(zhì)的根根據(jù)。。但是是為了了對(duì)土土的基基本物物理性性質(zhì)有有所了了解，，還需需要對(duì)對(duì)土的的三相相———土粒粒(固相相)、土土中中水水(液相相)和土土中中氣氣(氣相相)的組組成成情情況況進(jìn)進(jìn)行行數(shù)數(shù)量量上上的的研研究究。。土的的三三相相比比例例指指標(biāo)標(biāo)：：土土粒粒比比重重、、含含水水量量、、密密度度、、干干密密度度、、飽飽和和密密度度、、有有效效密密度度、、孔孔隙隙率率、、孔孔隙隙比比、、飽飽和和度度。。1——5無(wú)粘粘性性土土的的密密實(shí)實(shí)度度無(wú)粘粘性性土土的的密密實(shí)實(shí)度度與與其其工工程程性性質(zhì)質(zhì)有有著著密密切切的的關(guān)關(guān)系系，，呈呈密密實(shí)實(shí)狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，，強(qiáng)強(qiáng)度度較較大大，，可可作作為為良良好好的的天天然然地地基基，，呈呈松松散散狀狀態(tài)態(tài)時(shí)時(shí)，，則則是是不不良良地地基基。。對(duì)對(duì)于于同同一一種種無(wú)無(wú)粘粘性性土土，，當(dāng)當(dāng)其其孔孔隙隙比比小小于于某某一一限限度度時(shí)時(shí)，，處處于于密密實(shí)實(shí)狀狀態(tài)態(tài)，，隨隨著著孔孔隙隙比比的的增增大大，，則則處處于于中中密密、、稍稍密密直直到到松松散散狀狀態(tài)態(tài)。。以下下介介紹紹與與無(wú)無(wú)粘粘性性土土的的最最大大和和最最小小孔孔隙隙比比、、相相對(duì)對(duì)密密實(shí)實(shí)度度等等有有關(guān)關(guān)密密實(shí)實(shí)度度的的指指標(biāo)標(biāo)。。無(wú)粘粘性性土土的的相相對(duì)對(duì)密密實(shí)實(shí)度度為為根據(jù)據(jù)值值可可把把砂砂土土的的密密實(shí)實(shí)度度狀狀態(tài)態(tài)劃劃分分為為下下列列三三種種：：密實(shí)實(shí)的的中密密的的松散散的的砂土土的的密密實(shí)實(shí)度度碎石石土土的的密密實(shí)實(shí)度度1——6粘性性土土的的物物理理特特征征一粘性性土土的的界界限限含含水水量量粘性性土土由由于于其其含含水水量量的的不不同同，，而而分分別別處處于于固固態(tài)態(tài)、、半半固固態(tài)態(tài)、、可可塑塑狀狀態(tài)態(tài)及及流流動(dòng)動(dòng)狀狀態(tài)態(tài)粘性性土土由由一一種種狀狀態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到另另一一種種狀狀態(tài)態(tài)的的分分界界含含水水量量，，叫叫做做界界限限含含水水量量。。我國(guó)國(guó)目目前前以以聯(lián)聯(lián)合合法法測(cè)測(cè)定定液液限限和和塑塑限限二、、粘粘性性土土的的塑塑性性指指數(shù)數(shù)和和液液性性指指數(shù)數(shù)1、塑塑性性指指數(shù)數(shù)是是指指液液限限和和塑塑限限的的差差值值(省去去％％符符號(hào)號(hào))，即即土土處處在在可可塑塑狀狀態(tài)態(tài)的的含含水水量量變變化化范范圍圍。。塑性性指指數(shù)數(shù)的的大大小小與與土土中中結(jié)結(jié)合合水水的的含含量量有有關(guān)關(guān)2、液性性指指數(shù)數(shù)是是指指粘粘性性土土的的天天然然含含水水量量和和塑塑限限的的差差值值與與塑塑性性指指數(shù)數(shù)之之比比。。用液液性性指指數(shù)數(shù)可可表表示示粘粘性性土土的的軟軟硬硬狀狀態(tài)態(tài)，，見(jiàn)見(jiàn)表表4-14三、、粘粘性性土土的的靈靈敏敏度度和和觸觸變變性性天然然狀狀態(tài)態(tài)下下的的粘粘性性土土、、通通常常都都具具有有一一定定的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性，，當(dāng)當(dāng)受受到到外外來(lái)來(lái)因因素素的的擾擾動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，土土粒粒間間的的膠膠結(jié)結(jié)物物質(zhì)質(zhì)以以及及土土粒粒，，離離子子、、水水分分子子所所組組成成的的平平衡衡體體系系受受到到破破壞壞，，土土的的強(qiáng)強(qiáng)度度降降低低和和壓壓縮縮性性增增大大．．土土的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性對(duì)對(duì)強(qiáng)強(qiáng)度度的的這這種種影影響響，，一一般般用用靈靈敏敏度度來(lái)來(lái)衡衡量量。。土土的的靈靈敏敏度度是是以以原原狀狀土土的的強(qiáng)強(qiáng)度度與與同同一一土土經(jīng)經(jīng)重重塑塑(指在含水量不不變條件下使使土的結(jié)構(gòu)徹徹底破壞)后的強(qiáng)度之比比來(lái)表示的。。土的觸變性飽和粘性土的的結(jié)構(gòu)受到擾擾動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)強(qiáng)度降低，但但當(dāng)擾動(dòng)停止止后，土的強(qiáng)強(qiáng)度又隨時(shí)間間而逐漸增長(zhǎng)長(zhǎng)。粘性土的的這種抗剪強(qiáng)強(qiáng)度隨時(shí)間恢恢復(fù)的膠體化化學(xué)性質(zhì)稱為為土的觸變性性。1—7土的滲透性土的滲透性一一般是指水流流通過(guò)土中孔孔隙難易程度度的性質(zhì)，或或稱透水性。。地下水在土中中的滲透速度度一般可按達(dá)達(dá)西Darcy)根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到到的直線滲透透定律計(jì)算，，其公式如下下(圖1—25)：粘性土的達(dá)西西定律1—8地基土(巖)的分類(lèi)地基土(巖)分類(lèi)的任務(wù)是是根據(jù)分類(lèi)用用途和土(巖)的各種性質(zhì)的的差異將其劃劃分為一定的的類(lèi)別。土(巖)的合理分類(lèi)具具有很大的實(shí)實(shí)際意義，例例如根據(jù)分類(lèi)類(lèi)名稱可以大大致判斷土(巖)的工程特性、、評(píng)價(jià)土(巖)作為建筑材料料的適宜性以以及結(jié)合其他他指標(biāo)來(lái)確定定地基的承載載力等等。閱閱讀33-39頁(yè)內(nèi)容。第二章地地基的應(yīng)力和和變形研究地基的應(yīng)應(yīng)力和變形，，必須從土的的應(yīng)力與應(yīng)變變的基本關(guān)系系出發(fā)來(lái)研究究。當(dāng)應(yīng)力很很小時(shí)，土的的應(yīng)力·應(yīng)變關(guān)系曲線線就不是一根根直線(圖2—1)，亦即土的變變形具有明顯顯的非線性特特征。2—1概述述2—2土中自重應(yīng)力力在計(jì)算土中自自重應(yīng)力時(shí)，，假設(shè)天然地地面是一個(gè)無(wú)無(wú)限大的水平平面，因而在在任意豎直面面和水平平面上均無(wú)剪剪應(yīng)力存在。?？扇∽饔糜谟谠撍矫嫔仙先我粏挝幻婷娣e的土柱體體自重計(jì)算(圖2—2)，即：地基中除有作作用于水平面面上的豎向自自重應(yīng)力外，，在豎直面上上還作用有水水平向的側(cè)向向自重應(yīng)應(yīng)力。由于沿沿任一水平面面上均勻地?zé)o無(wú)限分布，所所以地基土在在自重作用下下只能產(chǎn)生豎豎向變形形，而不能有有側(cè)向變形和和剪切形。必須指出，只只有通過(guò)土粒粒接觸點(diǎn)傳遞遞的粒間應(yīng)力力，才能使土土粒彼此擠緊緊，從而引起起土體的變形形，而且粒間間應(yīng)力又是影影響土體強(qiáng)度度的—個(gè)重要因素，，所以粒間應(yīng)應(yīng)力又稱為有有效應(yīng)力。因因此，土中自自重應(yīng)力可定定義為土自身身有效重力在在土體中引起起的應(yīng)力。土土中豎向和側(cè)側(cè)向的自重應(yīng)應(yīng)力一般均指指有效自重應(yīng)應(yīng)力。以后各章節(jié)中中把常用的豎豎向有效自重重應(yīng)力，，簡(jiǎn)稱為自重重應(yīng)力，并改改用符號(hào)表表示示。地基土往往是是成層的，成成層土自重應(yīng)應(yīng)力的計(jì)算公公式：自然界中的天天然土層，一一般形成至今今已有很長(zhǎng)的的地質(zhì)年代，，它在自重作作用下的變形形早巳穩(wěn)定。。但對(duì)于近期期沉積或堆積積的土層，應(yīng)應(yīng)考慮它在自自應(yīng)力作用下下的變形。此此外，地下水水位的升降會(huì)會(huì)引起土中自自重應(yīng)力的變變化(圖2—4)。[例題2—7]某建筑場(chǎng)地的的地質(zhì)柱狀圖圖和土的有關(guān)關(guān)指標(biāo)列于例例圖2·1中。試計(jì)算地地面下深度為2.5m、5m和9m處的自重應(yīng)力力，并繪出分分布圖。[解]本例天然地面面下第一層粉粉土厚6m，其中地下水位位以上和以下下的厚度分別別為3.6m和2.4m，第二層為粉質(zhì)質(zhì)粘土層。依依次計(jì)算2.5m、3.6m、5m、6m、9m各深度處的土土中豎向自重重應(yīng)力，計(jì)算算過(guò)程及自重重應(yīng)力分布圖圖一并列于例例圖2—1中。2-3基底壓力(接觸應(yīng)力)建筑物荷載通通過(guò)基礎(chǔ)傳遞遞給地基，在在基礎(chǔ)底面與與地基之間便便產(chǎn)生了接觸觸應(yīng)力。它既既是基礎(chǔ)作用用于地基的基基底壓力，同同時(shí)又是地基基反用于基礎(chǔ)礎(chǔ)的基底反力力。對(duì)于具有一定定剛度以及尺尺寸較小的柱柱下單獨(dú)基礎(chǔ)礎(chǔ)和墻下條形形基礎(chǔ)等，其其基底壓力可可近似地按直直線分布的圖圖形計(jì)算，即即按下述材料料力學(xué)公式進(jìn)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算算。一、基底壓力力的簡(jiǎn)化計(jì)算算(一)中心荷載下的的基底壓力中心荷載下的的基礎(chǔ)，其所所受荷載的合合力通過(guò)基底底形心?；椎讐毫俣闉榫鶆蚍植?圖2—5)，此時(shí)基底平平均壓力設(shè)計(jì)計(jì)值按下式計(jì)計(jì)算：(二)偏心荷載下的的基底壓力對(duì)于單向偏心心荷載下的矩矩形基礎(chǔ)如圖圖2·6所示。設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，通?；椎组L(zhǎng)邊方向取取與偏心方向向一致，此時(shí)時(shí)兩短邊邊緣緣最大壓力設(shè)設(shè)計(jì)值與最小小壓力設(shè)計(jì)值值按材料力學(xué)學(xué)短柱偏心受受壓公式計(jì)算算：=矩形基礎(chǔ)在雙雙向偏心荷載載作用下，如如基底最小壓壓力，，則矩形基基底邊緣四個(gè)個(gè)角點(diǎn)處的壓壓力二、基底附加加壓力建筑物建造前前，土中早巳巳存在著自重重應(yīng)力。如果果基礎(chǔ)砌置在在天然地面上上，那末全部部基底壓力就就是新增加于于地基表面的的基底附加壓壓力。一般天天然土層在自自重作用下的的變形早巳結(jié)結(jié)束，因此只只有基底附加加壓力才能引引起地基的附附加應(yīng)力和變變形。實(shí)際上，一般般淺基礎(chǔ)總是是埋置在天然然地面下一定定深度處，該該處原有的自自重應(yīng)力由于于開(kāi)挖基坑而而卸除。因此此，由建筑物物建造后的基基底壓力中扣扣除基底標(biāo)高高處原有的土土中自重應(yīng)力力后，才是基基底平面處新新增加于地基基的基底附加加壓力，基底底平均附加壓壓力值按下式式計(jì)算(圖2—8)：有了基底附加加壓力，即可可把它作為作作用在彈性半半空間表面上上的局部荷載載，由此根據(jù)據(jù)彈性力力學(xué)求算地基基中的附加應(yīng)應(yīng)力。2—4地基附加應(yīng)力力地基附加應(yīng)力力是指建筑物物荷重在土體體中引起的附附加于原有應(yīng)應(yīng)力之上的應(yīng)應(yīng)力。其計(jì)算算方法一般假假定地基土是是各向同性的的、均質(zhì)的線線性變形體，，而且在深度度和水平方向向上都是無(wú)限限延伸的，即即把地基看成成是均質(zhì)的線線性變形半空空間，這樣就就可以直接采采用彈性力學(xué)學(xué)中關(guān)于彈性性半空間的理理論解答。計(jì)算地基附加加應(yīng)力時(shí)，都都把基底壓力力看成是柔性性荷載，而不不考慮基礎(chǔ)剛剛度的影響。。建筑物作用于于地基上的荷荷載，總是分分布在一定面面積上的局部部荷載，因此此理論上的集集中力實(shí)際是是沒(méi)有的。但但是，根據(jù)彈彈性力學(xué)的疊疊加原理利用用布辛奈斯克克解答，可以以通過(guò)積分或或等代荷載法法求得各種局局部荷載下地地基中的附加加應(yīng)力。(二)等代荷載法·如果地基中某某點(diǎn)M與局部荷載的的距離比荷載載面尺寸大很很多時(shí)，就可可以用一個(gè)集集中力代替局局部荷載，然然后直接應(yīng)用用式(2—12c)計(jì)算該點(diǎn)的。。令則則上式改改寫(xiě)為:K-集中力作用下下得地基豎向向附加應(yīng)力系系數(shù),簡(jiǎn)稱集中應(yīng)力力系數(shù),按r/z值由表2-1查用。若干個(gè)豎向集集中力作作用在在地基表面上上，按疊加原原理則地面下下深度處某點(diǎn)點(diǎn)的附加應(yīng)力力應(yīng)為各集中中力單獨(dú)作用用時(shí)在點(diǎn)所引引起的附加應(yīng)應(yīng)力之和為均布矩形荷荷載角點(diǎn)下的的豎向附加應(yīng)應(yīng)力系數(shù)，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱角點(diǎn)應(yīng)力力系數(shù)，可按按m及n值由表2—2查得。對(duì)于均布矩形形荷載附加應(yīng)應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)不不位于角點(diǎn)下下的情況，就就可利用式(2—20)以角點(diǎn)法法求得。圖2—12中列出計(jì)算點(diǎn)點(diǎn)不位于矩形形荷載面角點(diǎn)點(diǎn)下的四種情情況(在圖中0點(diǎn)以下任意深深度z處)。計(jì)算時(shí)，通通過(guò)0點(diǎn)把荷載面分分成若干個(gè)矩矩形面積，這這樣,0點(diǎn)就必然是劃劃分出的各個(gè)個(gè)矩形的公共共角點(diǎn)，然后后再按式(2-20)計(jì)算每個(gè)矩形形角點(diǎn)下同一一深度z處的附加應(yīng)力力，并求其代代數(shù)和。四種種情況的算式式分別如下(a)o點(diǎn)在荷載面邊邊緣式中，，分別表示相相應(yīng)于面積I和Ⅱ的角點(diǎn)應(yīng)力系系數(shù)。必須指指出，查表2-2時(shí)所取用邊長(zhǎng)長(zhǎng)應(yīng)為任一一矩形荷載面面的長(zhǎng)度，而而為寬度度，以下各種種情況相同不不再贅述。(b)o點(diǎn)在荷載面內(nèi)內(nèi)(c)o點(diǎn)在荷載面邊邊緣外側(cè)此時(shí)荷載面abcd可看成是由I(ofbg)與Ⅱ(ofah)之差和Ⅲ(oecg)與Ⅳ(oedh)之差合成的，，所以(d)o點(diǎn)在荷載面角角點(diǎn)外側(cè)把荷載載面看看成由由I(ohce)、Ⅳ(ogaf)兩個(gè)面面積中中扣除除Ⅱ(ohbf)和Ⅲ(ogde)而成的的，所所以[例題2-3]以角點(diǎn)點(diǎn)法計(jì)計(jì)算例例圖2-3所示矩矩形基基礎(chǔ)甲甲的基基底中中心點(diǎn)點(diǎn)垂線線下不不同深深度處處的的地地基附附加應(yīng)應(yīng)力的的分布布，并并考慮慮兩相相鄰基基礎(chǔ)乙乙的影影響(兩相鄰鄰柱距距為6m，荷載同同基礎(chǔ)礎(chǔ)甲甲)。[解](1)計(jì)算基基礎(chǔ)甲甲的基基底平平均附附加壓壓力標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值值如下下：基礎(chǔ)及及其上上回填填土得得總重重基底平平均附附加壓壓力設(shè)設(shè)計(jì)值值基底處處的土土中自自重壓壓力標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值值基底平平均壓壓力設(shè)設(shè)計(jì)值值(2)計(jì)算基基礎(chǔ)甲甲中心心點(diǎn)o下由本本基礎(chǔ)礎(chǔ)荷載載引起起的,基底中中心點(diǎn)點(diǎn)o可看成成是四四個(gè)相相等小小矩形形荷載載Ⅰ（oabc）的公共共角點(diǎn)其長(zhǎng)長(zhǎng)寬比比l/b＝2.5/2=1.25，取深度度z=0、1、2、3、4、5、6、7、8、10m各計(jì)算算點(diǎn)，，相應(yīng)應(yīng)的z/b=0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5,利用表表2－2即可查查得地地基附附加應(yīng)應(yīng)力系系數(shù)Kc1。σz的計(jì)算算列于于例表表2－3－1根據(jù)計(jì)計(jì)算資資料繪繪出σz分布圖圖，見(jiàn)見(jiàn)例圖圖2－3(二)三角形形分布布的矩矩形荷荷載設(shè)豎向向荷載載沿矩矩形面面積一一邊b方向上上呈三三角形形分布布(沿另一一邊的的荷載載分布布不變變),荷載的的最大大值為為取取荷載載零值值邊的的角點(diǎn)點(diǎn)1為座標(biāo)原原點(diǎn)(圖2-13)則可將荷荷載面內(nèi)內(nèi)某點(diǎn)()處所取微微面積上上的分分布荷載載以集中中力代代替替。角點(diǎn)點(diǎn)1下深度處處的M點(diǎn)由該集集中力引引起的附附加應(yīng)力力,按式(2—12c)為：在整個(gè)矩矩形荷載載面積進(jìn)進(jìn)行積分分后得角角點(diǎn)1下任意深深度z處豎向附附加應(yīng)力力:式中同理，還還可求得得荷載最最大值邊邊的角點(diǎn)點(diǎn)2下任意深深度z處的豎向向附加應(yīng)應(yīng)力為：：(2—23)和均均為為和和的的函數(shù)數(shù)，可由由表2—3查用。(三)均布的圓圓形荷載載設(shè)圓形荷荷載面積積的半徑徑為，作作用于地地基表面面上的豎豎向均布布荷載為為，，如以以圓形荷荷載面的的中心點(diǎn)點(diǎn)為座標(biāo)標(biāo)原點(diǎn)o(圖2—14)，并在荷荷載面積積上取微微面積，，以集中中力代替替微面積積上的分分布荷載載，則可可運(yùn)用式式(2—12c)以積分法法求得均均布圓形形荷載中中點(diǎn)下任任意深度度z處M點(diǎn)的如如下下，三、條形形荷載下下的地基基附加應(yīng)應(yīng)力設(shè)在地基基表面上上作用有有無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng)及條形形荷載，，且荷載載沿寬度可按按任何形形式分布布，但沿沿長(zhǎng)度方方向則不不變，此此時(shí)地基基中產(chǎn)生的的應(yīng)力狀狀態(tài)屬于于平面問(wèn)問(wèn)題。在在工程建建筑中，，當(dāng)然沒(méi)沒(méi)有無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng)的受荷荷面積，，不過(guò)，，當(dāng)荷載載面積的的長(zhǎng)寬比比l/b≥≥10時(shí)，計(jì)算算的地基基附加應(yīng)應(yīng)力值與與按時(shí)時(shí)的解解相比誤誤差甚少少。因此此，對(duì)于于條形基基礎(chǔ)，如如墻基、、擋土墻墻基礎(chǔ)、、路基、、壩基等等，?？煽砂雌矫婷鎲?wèn)題考考慮。條條形荷載載下的地地基附加加應(yīng)力為為：2－5土的壓縮縮性一基本概概念土在壓力力作用下下體積縮縮小的特特性稱為為土的壓壓縮性。。試驗(yàn)研研究表明明，在一一般壓力力（100－600kN)作用下，，土粒和和水的壓壓縮與土土的總壓壓縮量之之比是很很微小的的，因此此完全可可以忽略略不計(jì)，，所以把把土的壓壓縮看作作為土中中孔隙體體積的減減小。此此時(shí)，土土粒調(diào)整整位置，，重行排排列，互互相擠緊緊。飽和和土壓縮縮時(shí)，隨隨著孔隙隙體積的的減少土土中孔隙隙水則被被排出。。在荷載作作用下，，透水性性大的飽飽和無(wú)粘粘性土，，其壓縮縮過(guò)程在在短時(shí)間間內(nèi)就可可以結(jié)束束。相反反地地，粘性性土的透透水性低低，飽和和粘性土土中的水水分只能能慢慢排排出，因因此其壓壓縮穩(wěn)定定所需的的時(shí)間要要比砂土土長(zhǎng)得多多。土的的壓縮隨隨時(shí)間而而增長(zhǎng)的的過(guò)程，，稱為土土的固結(jié)結(jié)，對(duì)于于飽和粘粘性土來(lái)來(lái)說(shuō)，土土的固結(jié)結(jié)問(wèn)題是是十分重重要的。。計(jì)算地基基沉降量量時(shí)，必必須取得得土的壓壓縮性指指標(biāo)，在在一般工工程中，，常用不不允許土土樣產(chǎn)生生側(cè)向變變形(側(cè)限條件件)的室內(nèi)壓壓縮試驗(yàn)驗(yàn)來(lái)測(cè)定定土的壓壓縮性指指標(biāo)。。二、壓縮縮曲線和和壓縮性性指標(biāo)(一)壓縮試驗(yàn)驗(yàn)和壓縮縮曲線為求土樣樣壓縮穩(wěn)穩(wěn)定后的的孔隙比比，利用用受壓前前后土粒粒體積不不變和土土樣橫截截面積不不變的兩兩個(gè)條件件，得出出受壓前前后土粒粒體積(見(jiàn)圖2—25)：只要測(cè)定定土樣在在各級(jí)壓壓力戶作作用下的的穩(wěn)定壓壓縮量后后，就可可按上式式算出相相應(yīng)的孔孔隙比e，從而繪制制土的壓壓縮曲線線。壓縮曲線線可按兩兩種方式式繪制，，一種是是采用普普通直角角座標(biāo)繪繪制的曲曲線[圖2-6(a)]在常規(guī)試試驗(yàn)中，，一般按按50、100，200，300，400kPa五級(jí)加荷荷，另一一種的橫橫座標(biāo)則則取的常常用對(duì)數(shù)數(shù)取值，，即采用用半對(duì)數(shù)數(shù)直角座座標(biāo)紙繪繪制成曲曲線[圖2-26(6)]，試驗(yàn)時(shí)時(shí)以·較小的壓壓力開(kāi)始始，采取取小增量量多級(jí)加加荷，并并加到較較大的荷荷載(例如1000kPa)為止.(二)土的壓縮縮系數(shù)和和壓縮指指數(shù)壓縮性不不同的土土，其曲曲線的形形狀是不不一樣的的。曲線線愈陡，，說(shuō)明隨隨著壓力力的增加加，土土孔隙隙比的減減小愈顯顯著，因因而土的的壓縮性性愈高，，所以，，曲線上上任一點(diǎn)點(diǎn)的切線線斜率a就表示了了相應(yīng)于于壓力p作用下土土的壓縮縮性：土的壓縮性性可用圖圖中割線線的的斜率率表示設(shè)設(shè)割線與與橫座座標(biāo)的夾夾角為，，則，為了便于于應(yīng)用和和比較，，通常采采用壓力力間隔由由增增加加到時(shí)時(shí)所所得的壓壓縮系數(shù)數(shù)來(lái)來(lái)評(píng)定定土的壓壓縮性。。(三)壓縮模量量(側(cè)限壓縮縮模量)根據(jù)曲曲線，可可以求算算另一個(gè)個(gè)壓縮性性指標(biāo)——壓縮模量。它它的定義是土土在完全側(cè)限限條件下的豎豎向附加壓應(yīng)應(yīng)力與相應(yīng)的的應(yīng)變?cè)隽恐戎?。土的的壓縮模量可可根據(jù)下式計(jì)計(jì)算：亦稱側(cè)限壓縮縮模量，以便便與一般材料料在無(wú)側(cè)限條條件下簡(jiǎn)單拉拉伸或壓縮時(shí)時(shí)的彈性模量量相區(qū)別。(四)土的回彈曲線線和再壓縮曲曲線三、土的變形形模量土的壓縮性指指標(biāo)，除從室室內(nèi)壓縮試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定外，還還可以通過(guò)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試試取得。例如如可以通過(guò)載載荷試驗(yàn)或旁旁壓試驗(yàn)所測(cè)測(cè)得的地基沉沉降(或土的變形)與壓力之間近近似的比例關(guān)關(guān)系，從而利利用地基沉降降的彈性力學(xué)學(xué)公式來(lái)反算算土的變形模模量。(一)以載荷試驗(yàn)測(cè)測(cè)定土的變形形模量地基土載荷試試驗(yàn)是工程地地質(zhì)勘察工作作中的一項(xiàng)原原位測(cè)試。試試驗(yàn)前先在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)試坑中豎豎立載荷荷架，使施加加的荷載通過(guò)過(guò)承壓板(或稱壓板)傳到地層中去去，以便測(cè)試試巖、土的力力學(xué)性質(zhì)，包包括測(cè)定定地基變形橫橫量，地基承承載力以及研研究土的濕陷陷性質(zhì)等。圖2-31所示兩種千斤斤頂型式的載載荷架，其構(gòu)構(gòu)造一般由加加荷穩(wěn)壓裝置置，反力裝置置及觀測(cè)裝置置三部分組成成。根據(jù)各級(jí)荷載載及其相應(yīng)的的(相對(duì))穩(wěn)定沉降的觀觀測(cè)數(shù)值，即即可采用適當(dāng)當(dāng)?shù)谋壤呃L繪制荷載p與穩(wěn)定沉降s的關(guān)系曲線(曲線)，必要時(shí)還可可繪制各級(jí)荷荷載下的沉降降與時(shí)間的關(guān)關(guān)系曲線(曲線)。圖2—32為一些代表性性土類(lèi)的曲曲線。。其中曲線的的開(kāi)始部分往往往接近于直直線，與直線線段終點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的荷載稱稱為地基的比比例界限荷載載，相當(dāng)于地地基的臨塑荷荷載(詳見(jiàn)第四章)。一般地基承承載力設(shè)計(jì)值值取接近于或或稍超過(guò)此比比例界限值。。所以通常將將地基的變形形按直線變形形階段，以彈彈性力學(xué)公式式，即按式(2—52)來(lái)反求地基土土的變形模量量，其計(jì)算公公式如下：(二)變形模量與壓壓縮模量的關(guān)關(guān)系如前所述，土土的變形模量量是土體在無(wú)無(wú)側(cè)限條件下下的應(yīng)力與應(yīng)應(yīng)變的比值；；而土的壓縮縮模量則是土土體在完全側(cè)側(cè)限條件下的的應(yīng)力與應(yīng)變變的比值。與與兩兩者在理理論上是完全全可以互換算算的。從側(cè)向不允許許膨脹的壓縮縮試驗(yàn)土樣中中取一微單元元體進(jìn)行分析析，可得與與兩兩者具具有如下關(guān)系系2—7地基的最終沉沉降量一、按分層總總和法計(jì)算地基的最終沉沉降量，通常常采用分層總總和法進(jìn)行計(jì)計(jì)算，即在地地基沉降計(jì)算算深度范圍內(nèi)內(nèi)劃分為若干干分層計(jì)算各各分層的壓縮縮量，然后求求其總和，計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)先按按基礎(chǔ)荷載、、基礎(chǔ)形狀和和尺寸，以及及土的有關(guān)指指標(biāo)求得土中中應(yīng)力的分布布(包括基底附加加壓力，地基基中的自重應(yīng)應(yīng)力和附加應(yīng)應(yīng)力)。計(jì)算地基最終終沉降量的分分層總和法，，通常假定地地基土壓縮時(shí)時(shí)不允許側(cè)向向變形(膨脹)，即采用側(cè)限限條件下的壓壓縮性指標(biāo)，，為了彌補(bǔ)這這樣得到的沉沉降量偏小的的缺陷，通常常取基底中心心點(diǎn)下的附加加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)計(jì)算。1、薄壓縮土層層的沉降計(jì)算算當(dāng)基礎(chǔ)底面以以下可壓縮土土層較薄且其其下為不可壓壓縮的巖層時(shí)時(shí)，—般當(dāng)可壓縮土土層厚度H小于基底寬度度b的1／2時(shí)(圖2—34)，由于基底摩摩阻力和巖層層層面摩阻力力對(duì)可壓縮土土層的限制作用，土層壓壓縮時(shí)只出現(xiàn)現(xiàn)很少的側(cè)向向變形，因而而認(rèn)為它與壓壓縮儀中土樣樣的受力和變變形條件很相相近，地基的的最終沉降量量S(m)就可直接利用用式(2—60b),以S代替其中的，，以H代替,即得：式中H——薄可壓縮土層層的厚度，m，——根據(jù)薄土層頂頂面處和底面面處自重應(yīng)力力(即初始?jí)毫Γ┑钠骄祻耐恋膲簤嚎s曲線上查查得的相應(yīng)的的孔隙比；——根據(jù)薄土層的的頂面處和底底面處自重應(yīng)應(yīng)力平平均值值與附加應(yīng)力力平均值(即壓力增量，，此處近近似等于基底底平均附加壓壓力)之和(即總壓應(yīng)力)，從土的壓縮縮曲線上得到到的相應(yīng)的孔孔隙比。實(shí)際上，大多多數(shù)地基的可可壓縮土層較較厚而且是成成層的。下面面討論較厚且且成層可壓縮縮土層的沉降降計(jì)算。2、較厚且成層層可壓縮土層層的沉降計(jì)算算方法與步驟驟（1）按比例尺繪繪制地基土層層剖面圖和基基礎(chǔ)剖面圖（（見(jiàn)例圖2-6-1）；（2）地基土的分分層。分層厚厚度一般取0.4b或1-2m,此外,成層土的界面面和地下水面面是當(dāng)然的分分層面；（3）地基豎向自自重應(yīng)力的計(jì)計(jì)算。分別計(jì)計(jì)算基底處、、土層層面處處及地下水位位面處的自重重應(yīng)力，并畫(huà)畫(huà)在基礎(chǔ)中心心線的左側(cè)；；（4）計(jì)算基礎(chǔ)底底面中心點(diǎn)下下各分層界面面處的附加應(yīng)應(yīng)力，并畫(huà)在基礎(chǔ)礎(chǔ)中心線的右右側(cè)；（5）計(jì)算地基各各分層自重應(yīng)應(yīng)力平均值（（））和自重應(yīng)應(yīng)力平均值與與附加應(yīng)力平平均值之和（（））；（6）由土的壓縮曲曲線分別依；；（7）確定地基沉沉降計(jì)算深度度（地基壓縮縮層深度）。。所謂地基沉沉降計(jì)算深度度是指自基礎(chǔ)礎(chǔ)底面向下需需要計(jì)算壓縮縮變形所到達(dá)達(dá)的深度，亦亦稱地基壓縮縮層深度。該該深度以下土土層的壓縮變變形值小到可可以忽略不計(jì)計(jì)。地基沉降降計(jì)算深度的的下限，一般般取地基附加加應(yīng)力等于自自重應(yīng)力的20%處，即處，在該深度度以下如有高高壓縮性土，，則應(yīng)繼續(xù)向向下計(jì)算至處處：計(jì)計(jì)算精度均為為±5kPa(圖2—35)。（8）計(jì)算地基各各分層的沉降降量：（9）計(jì)算地基最最終沉降量：：二、按規(guī)范方方法計(jì)算《建筑地基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所推薦的地基基最終沉降量量計(jì)算方法是是另一種形式式的分層總和和法。它它也采用側(cè)限限條件的壓縮縮性指標(biāo)，并并運(yùn)用了平均均附加應(yīng)力系系數(shù)計(jì)算，還還規(guī)定了地基基沉降計(jì)計(jì)算深度的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)以及提出出了地基的沉沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)系數(shù)，使得得計(jì)算成果接接近于實(shí)測(cè)值值。1、第分層壓縮縮量的計(jì)算對(duì)于圖2-37所示的第分層層，其壓縮量量為2、地基沉降計(jì)算算深度地基沉降計(jì)算算深度—第分層（最底底層）層底深深度。規(guī)范規(guī)定：由由深度處向上上取按表2-8規(guī)定的計(jì)算厚厚度（見(jiàn)圖2-37）所得的計(jì)算算沉降量應(yīng)滿滿足按上式所確定定的沉降計(jì)算算深度下若有有軟弱土層時(shí)時(shí)，尚應(yīng)向下下繼續(xù)計(jì)算，，直至軟弱土土層中1厚的計(jì)算沉降降量滿足上式式為止．當(dāng)無(wú)相鄰荷戴戴影響，基礎(chǔ)礎(chǔ)寬度在l-50m范圍內(nèi)時(shí)，基基礎(chǔ)中點(diǎn)的地地基沉降計(jì)算算深度規(guī)范規(guī)規(guī)定，也可按按下列簡(jiǎn)化公公式計(jì)算：3、規(guī)范推薦的地地基最終沉降降量的計(jì)算公公式如下：式中S’—按分層總和法法計(jì)算的地基基沉降量：─沉降汁算經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)據(jù)地區(qū)沉降觀觀測(cè)資料及經(jīng)經(jīng)驗(yàn)確定，也也可采用表2—9的數(shù)值，表中中為為深度范范圍圍內(nèi)土的壓縮縮模量當(dāng)量值值：其其余參參量意義同前前。表2-l0和表2-11分別為均布的的矩形荷載角角點(diǎn)下(b為荷載面寬度度)和三角形分布布的矩形形荷載角點(diǎn)下下(b為三角形分布布方向荷載面面的邊長(zhǎng))的地基平均豎豎向附加應(yīng)力力系數(shù)，借助助于該兩表可可以運(yùn)用角點(diǎn)點(diǎn)法計(jì)算基底底附加壓力為為均布、三角角形分布或梯梯形分布時(shí)地地基中任意點(diǎn)點(diǎn)的平均豎豎向附加應(yīng)力力系數(shù)α值．2—8地基變形與時(shí)時(shí)間的關(guān)系一、飽和土的的有效應(yīng)力原原理前述在研究土土中自重應(yīng)力力分布時(shí)(見(jiàn)節(jié)2—2)，都只考考慮土中某單單位面積上的的平均應(yīng)力力。實(shí)際上上，如圖2—48(a)所示，土中任任意截面(0-0截面)上都包括有土土粒和粒間孔孔隙的面積在在內(nèi)，只有通通過(guò)土粒接觸觸點(diǎn)傳遞的粒粒間應(yīng)力，才才能使土粒彼彼此擠緊，從從而引起土體體的變形，而而粒間應(yīng)力又又是影響土體體強(qiáng)度的一個(gè)個(gè)重要因素，，所以粒間應(yīng)應(yīng)力又稱為有有效應(yīng)力。同同時(shí)，通過(guò)土土中孔隙傳遞遞的壓應(yīng)力，，稱為孔隙壓壓力，孔隙壓壓力包括孔隙隙中的水壓應(yīng)應(yīng)力和氣壓應(yīng)應(yīng)力。產(chǎn)生于于土中孔隙水水傳遞的壓應(yīng)應(yīng)力，稱為孔孔隙水壓力。。飽和土中的的孔隙水壓力力有靜止孔隙隙水壓力和超超靜孔隙水壓壓力之分為了研究有效效應(yīng)力，取飽飽和土單元體體中任一水平平斷面，但并并不切斷任何何一個(gè)固體粒粒，而只是通通過(guò)土粒之間間的那些接觸觸面，如圖2—48(b)所示。圖中橫橫截面面積為為，應(yīng)力等于于該單元體以以上土、水自自重或外荷，，此應(yīng)力則稱稱為總應(yīng)力σ。在0-0截面上，作用用在孔隙面積積上的(超靜)孔隙水壓力u(注意超靜孔隙隙水壓力不包包括靜止孔隙隙水壓力，而而超靜孔隙水水壓力又往往往簡(jiǎn)稱孔隙水水壓力)，而各力的豎豎向分量之和和稱為有效應(yīng)應(yīng)力σ’，具有關(guān)系式：：因此得出結(jié)論論：飽和土中中任意點(diǎn)的總總應(yīng)力σ，總是等于有效效應(yīng)力σ’與(超靜)孔隙水壓力力u之和；或土土中任意點(diǎn)點(diǎn)的有效應(yīng)應(yīng)力σ’，總是等于總總應(yīng)力σ，減去(超靜)孔隙水壓力力u。二、飽和土土的滲透固固結(jié)一般認(rèn)為當(dāng)當(dāng)土中孔隙隙體積的80％以上為水水充滿時(shí)，，土中雖有有少量氣體體存在，但但大都是封封閉氣體，，就可視為為飽和土。。如前所述，，飽和土在在壓力作用用下，孔隙隙中的一些些自由水將將隨時(shí)間而而逐漸被排排出，同時(shí)時(shí)孔隙體積積也隨著縮縮小，這個(gè)個(gè)過(guò)程稱為為飽和土的的滲透固結(jié)結(jié)或主固結(jié)結(jié)。飽和土的滲滲透固結(jié)，，可借助彈彈簧活塞模模型來(lái)說(shuō)明明。如圖2—49所示，設(shè)想以彈簧簧來(lái)模擬土土骨架，圓圓筒內(nèi)的水水就相當(dāng)于于土孔隙中中的水，則則此模型可可以用來(lái)說(shuō)說(shuō)明飽和土土在滲透固固結(jié)中，土土骨架和孔孔隙水對(duì)壓壓力的分擔(dān)擔(dān)作用，即即施加在飽飽和土上的的外壓力開(kāi)開(kāi)始時(shí)全部部由土中水水承擔(dān)，隨隨著土孔隙隙中一些自由水水的擠出，，外壓力逐逐漸轉(zhuǎn)嫁給給土骨架，，直到全部部由土骨架架承擔(dān)為止止。當(dāng)在加加壓的那一一瞬間,由于所所以以，，，而當(dāng)當(dāng)固結(jié)變形形完全穩(wěn)定定時(shí)，則，u＝0。因此；只要要土中孔隙隙水壓力還還存在，就就意味著土土的滲透固固結(jié)變形尚尚未完成。。換句話說(shuō)說(shuō)，飽和土土的固結(jié)就就是孔隙水水壓力的消消散和有效效應(yīng)力相應(yīng)應(yīng)增長(zhǎng)的過(guò)過(guò)程。三、太沙基基一維固結(jié)結(jié)理論為求飽和土土層在滲透透固結(jié)過(guò)程程中任意時(shí)時(shí)間的變形形，通常采采用太沙基基(K.Terzaghi，1925)提出的一維維固結(jié)理論論進(jìn)行計(jì)算算。其適用用條件為荷荷載面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓縮縮土層的厚厚度，地基基中孔隙水水主要沿豎豎向滲流。。對(duì)于堤壩壩及其地基基，孔隙水水主要沿二二個(gè)方向滲滲流，屬于于二維固結(jié)結(jié)問(wèn)題，對(duì)對(duì)于高層房房屋地基，，則應(yīng)考慮慮三維固結(jié)結(jié)問(wèn)題。如圖2—50(a)所示的是一一維固結(jié)的的情況之一一，其中厚厚度為H的飽和粘性性土層的頂頂面是透水水的、而其其底面則不不透水。假假使該土層層在自重作作用下的固固結(jié)已經(jīng)完完成，只是是由于透水水面上一次次施加的連連續(xù)均布荷荷載才引起起土層的固固結(jié)。一維維固結(jié)理論論的基本假假設(shè)如下：：1．土是均質(zhì)質(zhì)、各向同同性和完全全飽和的；；2．土粒和孔孔隙水都是是不可壓縮縮的；3．土中附加加應(yīng)力沿水水平面是無(wú)無(wú)限均勻分分布的，因因此土層的的壓縮和土土中水的滲滲流都是一一維的；4．土中水的的滲流服從從于達(dá)西定定律；5，在滲透固固結(jié)中，土土的滲透系系數(shù)和壓縮縮系數(shù)都是是不變的常常數(shù)；6．外荷是一一次驟然施施加的．（二）一維維固結(jié)微分分方程在飽和土層層頂面下z深度處的一一個(gè)微單元元體[圖2—50(b)]。根據(jù)固結(jié)滲滲流的連續(xù)續(xù)條件，該該微單元體體在某時(shí)間間的水量變變化應(yīng)等于于同一時(shí)間間該微單元元體中孔隙隙體積的變變化率，可可得上式即飽和和土的一維維固結(jié)微分分方程，其其中稱稱為土的豎豎向固結(jié)系系數(shù)。如圖2—5O(a)所示的初始始條件(開(kāi)始固結(jié)時(shí)時(shí)的附加應(yīng)應(yīng)力分布情情況)和邊界條件件(可壓縮土土層頂?shù)椎酌娴呐潘畻l件)如下：當(dāng)t＝0和時(shí)時(shí)和z＝0時(shí)u＝0和z＝H時(shí)和時(shí)時(shí)u＝0根據(jù)以上的的初始條件件和邊界條條件，采用用分離變量量法可求得得式(2-104)的特解如下下：——豎向固結(jié)時(shí)時(shí)間因數(shù)，，，，其其中為為豎向固結(jié)結(jié)系數(shù)，t為時(shí)間（年年），H為壓縮土層層最遠(yuǎn)的排排水距離，，當(dāng)土層為為單面(上面或下面面)排水時(shí)，H取土層厚度度，雙面排排水時(shí)，水水由土層中中心分別向向上下兩方方向排出，，此時(shí)H應(yīng)取土層厚厚度之半。。三）固結(jié)度度計(jì)算有了孔隙水水壓力u隨時(shí)間t和深度z變化的函數(shù)數(shù)解，即可可求得地基基在任一時(shí)時(shí)間的固結(jié)結(jié)沉降。此此時(shí)，通常常需要用到到地基的固固結(jié)度(或固結(jié)百分分?jǐn)?shù))U這個(gè)指標(biāo)，，其定義如如下或?qū)τ谪Q向排排水情況，，由于固結(jié)結(jié)沉降與有有效應(yīng)力成成正比，所所以某一時(shí)時(shí)刻有效應(yīng)應(yīng)力圖面積積和最最終有效應(yīng)應(yīng)力圖面積積之比值[見(jiàn)圖2—50(a)]，稱為豎向排排水的平均均固結(jié)度，，其其可推導(dǎo)為為（2-108）為了便于實(shí)實(shí)際應(yīng)用，，可以按公公式(2—108)繪制出如圖圖2-51所示的關(guān)關(guān)系系曲線(1)。對(duì)于圖2-52(a)所示的三種種雙面排水水情況，都都可利用圖圖2-51中的曲線(1)進(jìn)行計(jì)算，，此時(shí)，H取壓縮土層層厚度之半半。另外，，對(duì)于圖2-52(b)單面排水的的兩種三角角形分布起起始孔隙水水壓力圖，，則用圖2-51中的關(guān)系曲曲線(2)和(3)計(jì)算。有了關(guān)系曲曲線(1)、(2)、(3)，還可求得得梯形分布布起始孔隙隙水壓力圖圖的解答。。對(duì)于圖2—53(a)中所示雙面面排水情況況，同樣可可利用圖2—51中曲線(1)計(jì)算，H取壓縮土層層厚度之半半，而對(duì)于于圖2—53(b)中所示單面面排水情況況，則可運(yùn)運(yùn)用疊加原原理求解。。設(shè)梯形分布布起始孔隙隙水壓力在在排水面處處和不排水水面處分別別為。。當(dāng)時(shí)時(shí)可利利用曲線(1)和(2)求解固結(jié)度度，公式為為當(dāng)時(shí)時(shí)，可可利用曲線線(1)和(3)求解，同理理得出（2-114）（2-115）式(2—114)和式(2—115)中，，可根據(jù)相相同的時(shí)間間因素，，從圖圖2—51中分別由曲曲線(1)，(2)、(3)求取。第三章土土的抗剪剪強(qiáng)度3—1概述述土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度是指土土體抵抗剪剪切破壞的的極限能力力，是土的的重要力學(xué)學(xué)性質(zhì)之一一。工程中中的的地基承承載力，擋擋土墻土壓壓力、土坡坡穩(wěn)定等問(wèn)問(wèn)題都與土土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度直接相相關(guān)。建筑物地基基在外荷載載作用下將將產(chǎn)生剪應(yīng)應(yīng)力和剪切切變形，土土具有抵抗抗這種剪應(yīng)應(yīng)力的能力力，并隨剪剪應(yīng)力的增增加而增大大，當(dāng)這種種剪阻力達(dá)達(dá)到某一極極限值時(shí)，，土就要發(fā)發(fā)生剪切破破壞，這這個(gè)個(gè)極限值就就是土的抗抗剪強(qiáng)度。。如果土體體內(nèi)某一部部分的剪應(yīng)應(yīng)力達(dá)到土土的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度，在該該部分分就開(kāi)開(kāi)始出現(xiàn)剪剪切破壞，，隨著荷載載的增加，，剪切破壞壞的范圍逐逐漸擴(kuò)大，，最終在土土體中形成成連連續(xù)的滑滑動(dòng)面，地地基發(fā)生整整體剪切破破壞而喪失失穩(wěn)定性。。3—2庫(kù)倫公式和和莫爾—庫(kù)倫強(qiáng)度理理論一、庫(kù)倫公公式1776年C．A．庫(kù)倫(Coulomb)根據(jù)砂土的的試驗(yàn)，將將土的抗剪剪強(qiáng)度表達(dá)達(dá)為滑動(dòng)面面上法向總總應(yīng)力的函函數(shù)，即以后又提出出了適合粘性土的更更普遍的形形式由庫(kù)倫公式式可以看出出，無(wú)粘性性土的抗剪剪強(qiáng)度與剪剪切面上的的法向應(yīng)力力成正比，，其本質(zhì)是是由于顆粒粒之間的滑滑動(dòng)摩擦以以及”凹凸凸面間的鑲鑲嵌作用所所產(chǎn)生的摩摩阻力，其其大小決定定于顆粒表表面的粗糙糙度、密實(shí)實(shí)度、土顆顆粒的大小小以及顆粒粒級(jí)配等因因素。