大一上土概第4章地基基礎(chǔ)

第四章地基與基礎(chǔ)基礎(chǔ)與地基的關(guān)系土的工程性能土的工程問題基礎(chǔ)種類地面以下部分結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)；基礎(chǔ)下面的土層稱為地基。第四章地基基礎(chǔ)4.１基礎(chǔ)與地基的關(guān)系基礎(chǔ)和地基的定義地基與基礎(chǔ)的作用對地基基礎(chǔ)的要求基礎(chǔ)：將上部結(jié)構(gòu)的各種荷載可靠地傳遞給地基；地基：可靠地承受基礎(chǔ)傳來的荷載?；A(chǔ)本身不發(fā)生破壞；地基不發(fā)生破壞；地基沒有過大的變形（沉降）。第四章地基基礎(chǔ)基礎(chǔ)破壞將導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞；地基破壞將引起基礎(chǔ)破壞，進(jìn)而引起上部結(jié)構(gòu)的破壞；一半以上工程事故是地基基礎(chǔ)的問題；地基具有復(fù)雜性，基礎(chǔ)具有隱蔽性。4.１基礎(chǔ)與地基的關(guān)系地基基礎(chǔ)的重要性地基與基礎(chǔ)的相互影響基礎(chǔ)受力狀態(tài)受地基的影響；地基受力狀態(tài)受基礎(chǔ)影響。第四章地基基礎(chǔ)4.2土的工程性能土是在巖石風(fēng)化(物理作用、化學(xué)作用和生物作用）后經(jīng)搬運（重力、流水、冰川、風(fēng)力）、沉積而成的物質(zhì)。一、土的三相比例指標(biāo)土由固體顆粒、水和氣三部分組成，稱為土的三相組成。土的工程性能包括物理性能和力學(xué)性能，前者指土的組成、干濕、疏密與軟硬程度的指標(biāo)；后者指強(qiáng)度、變形和滲透特性。4.2.1土的物理性能第四章地基基礎(chǔ)4.2土的工程性能氣水土粒mmsmwmaVVwVaVsVV土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系稱為三相比例指標(biāo)，共9個，其中3個是基本指標(biāo)，需根據(jù)試驗確定，其他可換算得到。一、土的三相比例指標(biāo)4.2.1土的物理性能單位體積土的質(zhì)量：單位：g/cm3一般在1.60~2.22g/cm3。土的密度土的含水率w土中水的質(zhì)量與土粒（固體）質(zhì)量之比：反映了土的干濕程度。天然含水率變化很大，從干砂的接近零到蒙脫土的百分之幾百。土粒密度干土粒的質(zhì)量與其體積之比：單位：g/cm3主要與礦物成分有關(guān)，一般在2.65~2.76g/cm3。第四章地基基礎(chǔ)4.2土的工程性能一、土的三相比例指標(biāo)4.2.1土的物理性能土的孔隙比e(換算指標(biāo))孔隙（包括水和氣）體積與固體體積之比：反映了土的疏密程度。第四章地基基礎(chǔ)4.2土的工程性能二、粘性土的界限含水率隨著含水率的變化，粘性土將經(jīng)歷不同的物理狀態(tài)。界限含水率0固態(tài)半固態(tài)可塑態(tài)流動態(tài)含水率w縮限塑限p液限L流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)的界限含水率稱為液限wL；可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水率稱為塑限Wp；固體狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水率稱為縮限ws。4.１基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2.1土的物理性能第四章地基基礎(chǔ)4.2土的工程性能二、粘性土的界限含水率塑性指數(shù)含水率在液限和塑限范圍內(nèi)變化時，土處于可塑狀態(tài)，這一范圍越大，說明土的可塑性越好。這一范圍定義為塑性指數(shù)：液性指數(shù)是天然含水率與界限含水率的相對關(guān)系，反映了土的軟硬程度。4.2.1土的物理性能三、砂土的密實度砂土的強(qiáng)度和變形與密實度密切相關(guān)。相對密實度砂土的密實程度并不完全取決于孔隙比，很大程度與土的級配有關(guān)。砂土處于最密實狀態(tài)時的孔隙比稱為最小孔隙比emin；砂土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比稱為最大孔隙比emax。相對密實度：慣入錘擊數(shù)用規(guī)定的錘重（63.5kg)和落距（76mm）把標(biāo)準(zhǔn)慣入器打入土中，慣入一定深度（30cm）需要的錘擊數(shù)N稱為慣入錘擊數(shù)。巖石微風(fēng)化中風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化堅硬巖堅硬程度較硬巖較軟巖軟巖極軟巖風(fēng)化程度未風(fēng)化全風(fēng)化較完整較破碎破碎完整程度完整極破碎第四章地基基礎(chǔ)4.2.2土的工程分類碎石漂石（粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%）卵石（粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%）圓礫（粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%）顆粒大小密實度松散稍松中密密實第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分類砂土粗砂（粒徑>0.5的顆粒超過全重50%）中砂（粒徑>0.25mm的顆粒超過全重50%）礫砂（粒徑>2mm的顆粒超過全重25%~50%）細(xì)砂（粒徑>0.075mm的顆粒超過全重80%）粉砂（粒徑>0.075mm的顆粒超過全重50%）密實性松散稍密中密密實顆粒大小第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分類粘性土粘土粉質(zhì)粘土根據(jù)塑性指數(shù)堅硬硬塑可塑軟塑流塑軟硬程度第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分類第四章地基基礎(chǔ)介于砂土和粘土之間，塑性指數(shù)IP≤10；粒徑大于0.075mm的顆粒不超過全重的50%。粉土包括填土、淤泥（含有有機(jī)質(zhì)，孔隙比大于1.5）、濕陷性土（侵水后產(chǎn)生附加沉降）、膨脹土（吸水膨脹、失水收縮）等。特殊性土4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.2.2土的工程分類第四章地基基礎(chǔ)4.2.3土的力學(xué)性能一、土的滲透性定義土中地下水在一定壓力差作用下，透過土中孔隙發(fā)生流動的現(xiàn)象稱為滲流或滲透。達(dá)西滲透定理滲流量q與斷面積A及水頭差Δh成正比；與斷面距離l成反比：i——水力梯度，i=Δh/l；k——滲透系數(shù)，為水力梯度等于1時的滲透速度，cm/s或第四章地基基礎(chǔ)滲透的不利后果滲透力水的滲透會對土骨架產(chǎn)生作用力，這種作用力稱為滲透力。滲透變形滲透力會使局部土體發(fā)生位移，稱為滲透變形。嚴(yán)重的滲透變形將導(dǎo)致土體失穩(wěn)。滲流水流將整個土體帶走的現(xiàn)象稱為流土；滲流中土體大顆粒之間的小顆粒被沖出的現(xiàn)象稱為管涌。4.2土的工程性能4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2.3土的力學(xué)性能第四章地基基礎(chǔ)二、土的抗剪強(qiáng)度定義4.2土的工程性能4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2.3土的力學(xué)性能荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪應(yīng)變；土體在剪應(yīng)力方向發(fā)生相對滑動、發(fā)生破壞時的剪應(yīng)力值稱為抗剪強(qiáng)度。剪切破壞是土體強(qiáng)度破壞的重要特征。庫侖定律τf—土的抗剪強(qiáng)度；σ—剪切滑動面上的法向應(yīng)力；c—土的粘聚力；φ

—土的內(nèi)摩擦角，對于砂土28o~40o。c、φ通過試驗測定。第四章地基基礎(chǔ)二、土的抗剪強(qiáng)度4.2土的工程性能4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2.3土的力學(xué)性能主要影響因素礦物成分、顆粒形狀和級配粘性土抗剪強(qiáng)度隨粘粒和粘土礦物含量的增加而增加;對于砂性土，顆粒越多、形狀越不規(guī)則、表面越粗糙，內(nèi)摩擦角越大，抗剪強(qiáng)度越大。含水率含水率增加，抗剪強(qiáng)度下降。密度密度越大，抗剪強(qiáng)度越高。p三、土的壓縮性定義荷載作用下土體積縮小的特性稱為土的壓縮性。土的壓縮主要由于孔隙體積的減小（伴隨著孔隙水的排出）而引起。地基土由于壓縮而引起的豎直方向的位移稱為沉降。壓縮性指標(biāo)荷載p與孔隙比e的試驗關(guān)系Vs=1Vv=e0Vv=e受壓前后土粒高度不變，可得到各級荷載p下對應(yīng)的孔隙比e。H0H0/(1+e0)ΔHH0-ΔH(H0-ΔH)/(1+e)Vs=1壓縮系數(shù)a工程中一般取p1=100kPa，p2=200kPa，相應(yīng)壓縮系數(shù)用a1-2表示。a1-2<0.1MPa-1

屬低壓縮性土；0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1

屬中壓縮性土；a1-2≥0.5MPa-1

屬高壓縮性土；壓縮模量Es第四章地基基礎(chǔ)三、土的壓縮性4.2土的工程性能4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2.3土的力學(xué)性能e1e2p1p2ΔpΔepe0α為保證地基不發(fā)生破壞,地基必須有足夠的承載力；還需要控制沉降。

當(dāng)工程附近存在土坡時，需保證土坡穩(wěn)定，避免滑坡造成對工程的損壞。

當(dāng)對土坡進(jìn)行支擋時，為了設(shè)計支擋結(jié)構(gòu)，需要知道土作用在支擋結(jié)構(gòu)上的荷載（土壓力）

第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題一、地基沉降地基沉降是地基土壓縮量的總和。土的壓縮量與壓力p有關(guān)，在基礎(chǔ)荷載作用下，不同深度土層中的壓力是不同的，為此將地基劃分為若干層，分別計算每層的壓縮量Δsi

，然后求和。壓縮量Δsi層厚Hi沉降量需控制在一定范圍；特別要控制不同基礎(chǔ)位置的沉降差。第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題二、地基承載力定義地基土穩(wěn)定狀態(tài)下單位面積所能承受的最大荷載稱地基承載力。地基破壞實質(zhì)是土體沿滑動面的剪切破壞。確定方法理論方法試驗方法三、土坡穩(wěn)定土坡含天然土坡和人工土坡，前者指天然地形形成的坡；后者指人工開挖形成的坡，如基坑、路堤、土壩等邊坡。土坡因喪失穩(wěn)定性而滑動稱為滑坡。

Fτ

W

FnH

A

Bβ

Cα土體ABC的重力W可分解為法向力Fn和下滑力Fτ,滑動面土體的抗剪強(qiáng)度構(gòu)成抗滑力Fτf；當(dāng)Fτf≤Fτ發(fā)生滑坡。安全系數(shù)可見，砂土坡所能形成的最大坡角就是內(nèi)摩擦角。砂土土坡第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題三、土坡穩(wěn)定粘土土坡滑動面為曲面；抗滑力矩≤滑動力矩，發(fā)生滑坡。第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題四、土壓力土壓力是作用在支擋結(jié)構(gòu)上的側(cè)向壓力，有三種：靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。

E0支擋結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形和位移，土體處于彈性平衡狀態(tài)時作用在支擋結(jié)構(gòu)的土壓力。靜止土壓力靜止土壓力強(qiáng)度K0——靜止土壓力系數(shù)。土名K0卵石0.20砂土0.25粉土0.35粘土0.55第四章地基基礎(chǔ)4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題四、土壓力

Ea滑裂面支擋結(jié)構(gòu)在土壓力作用下發(fā)生離開土體方向的位移；隨著位移的增加，土壓力從靜止土壓力逐漸減??；達(dá)到極限平衡狀態(tài)時的土壓力。主動土壓力支擋結(jié)構(gòu)在外力作用下向土體方向移動，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時的土壓力。被動土壓力

Ep滑裂面外力三者的關(guān)系被動土壓力>靜止土壓力>主動土壓力第四章地基基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類種類淺基礎(chǔ)(埋深<3~5m)深基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)獨立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)十字形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)地下連續(xù)墻4.1基礎(chǔ)與地基的關(guān)系4.2土的工程性能4.3土的工程問題一、淺基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類柱下獨立基礎(chǔ)材料比較節(jié)??；但無法協(xié)調(diào)不同基礎(chǔ)的沉降。柱下條形基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ)第四章地基基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)可抵抗地基的不均勻沉降。一、淺基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類第四章地基基礎(chǔ)十字形基礎(chǔ)雙向條形基礎(chǔ)，可抵抗兩個方向的不均勻沉降。一、淺基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類梁板式筏形基礎(chǔ)第四章地基基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)抵抗不均勻沉降的能力和承受上部荷載的能力均大于十字形基礎(chǔ)。一、淺基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類平板式筏形基礎(chǔ)第四章地基基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)板面平整，可直接作為室內(nèi)地坪。一、淺基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類第四章地基基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)抵抗不均勻沉降的能力很大。一、淺基礎(chǔ)4.4基礎(chǔ)種類樁預(yù)制樁灌注樁樁基礎(chǔ)柱承