土力學(xué)與基礎(chǔ)工程(一)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第十七章土力學(xué)與基礎(chǔ)工程一、考試大綱《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》考試內(nèi)容分屬于注冊(cè)巖土工程師基礎(chǔ)考試的《巖石力學(xué)與土力學(xué)》和《巖體工程與基礎(chǔ)工程》兩科當(dāng)中?？荚囶}量雖不多，但大綱涵蓋了本科的幾乎所有內(nèi)容，內(nèi)容多、籠罩面寬?！锻亮W(xué)》部分的考試大綱15.4土的組成和物理性質(zhì)15.5土中應(yīng)力分布及計(jì)算15.6土的壓縮性與地基沉降15.7土的抗剪強(qiáng)度15.8異常性土15.9土壓力15.10邊坡穩(wěn)定分析15.11地基承載力（二）《基礎(chǔ)工程》部分的考試大綱17.3淺基礎(chǔ)17.4深基礎(chǔ)17.5地基處理二、復(fù)習(xí)指導(dǎo)應(yīng)按照注冊(cè)巖土工程師執(zhí)業(yè)資歷考試基礎(chǔ)考試大綱的要求，著重對(duì)大綱涉及內(nèi)容的基本慨念、基本理論、基本計(jì)算主意、計(jì)算公式和步驟、相關(guān)的實(shí)驗(yàn)主意、基本知識(shí)的應(yīng)用等內(nèi)容有系統(tǒng)、有條理地重點(diǎn)控制。明了其中的道理和關(guān)系，控制分析問題的主意。在了解基本計(jì)算原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)會(huì)使用為減小計(jì)算工作量或簡(jiǎn)化、方便計(jì)算所制的相關(guān)表格。就本章挑選題類型，不允許有很長(zhǎng)的答題時(shí)光，不必過分追求復(fù)雜的原始計(jì)算公式和過于繁雜、難度大的知識(shí)。從多年考試內(nèi)容和本科要求重點(diǎn)分析，應(yīng)要求控制以下重點(diǎn)內(nèi)容。（一）土的組成和物理性質(zhì)(1)應(yīng)熟練控制土的三相組成及相關(guān)知識(shí)——三相比例指標(biāo)及其換算，土的礦物成分、結(jié)構(gòu)以及顆粒級(jí)配對(duì)土的工程性質(zhì)的影響等有關(guān)問題。(2)砂土的密實(shí)度及評(píng)價(jià)主意——砂土密實(shí)度指標(biāo)為孔隙比、相對(duì)密度和標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)。(3)粘性土不同狀態(tài)的分界含水率及狀態(tài)指標(biāo)、可塑性指標(biāo)——液限、塑限、液性指數(shù)，塑性指數(shù)及用途。(4)土的壓實(shí)問題一一土的含水量與干重度的關(guān)系、最大干重度與最佳含水量的概念。(5)土的工程分類主意與分類。（二）土中應(yīng)力分布及計(jì)算(1)土的自重應(yīng)力計(jì)算——控制分層土、有地下水位、有隔水層條件下土的豎向自重應(yīng)力計(jì)算。(2)土中附加應(yīng)力計(jì)算——基底總壓力、基底附加壓力計(jì)算、土中附加應(yīng)力分布和計(jì)算（常用基礎(chǔ)底面形狀與荷載分布），會(huì)查相應(yīng)附加應(yīng)力系數(shù)表格。（三）土的壓縮性與地基沉降(1)土的壓縮性指標(biāo)——壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、變形模量以及與其相關(guān)的壓縮實(shí)驗(yàn)、壓縮曲線（e-p曲線.e-lgp曲線、再壓縮曲線）、壓縮實(shí)驗(yàn)、固結(jié)實(shí)驗(yàn)等。(2)土的應(yīng)力歷史——超固結(jié)土、欠固結(jié)土、正常固結(jié)土、先期固結(jié)壓力、超固結(jié)比概念，土的不同固結(jié)狀態(tài)對(duì)土的壓縮性影響。(3)總算沉降計(jì)算主意——彈性理論法、分層總和法。(4)有效應(yīng)力原理——有效應(yīng)力、孔隙水壓力、總應(yīng)力之間的關(guān)系，有效應(yīng)力與土沉降變形之間的關(guān)系。(5)土的一維固結(jié)理論——結(jié)合有效應(yīng)力原理，理解飽和土單向排水有效應(yīng)力，孔隙水壓力的變化與時(shí)光、排水路徑、固結(jié)沉降的關(guān)系以及固結(jié)系數(shù)、固結(jié)度的概念與計(jì)算。（四）土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為粘聚力與內(nèi)摩擦角、直剪實(shí)驗(yàn)主意與庫侖定律、土的三軸實(shí)驗(yàn)主意與土的極限平衡條件。土中一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的表示主意，用總應(yīng)力、有效應(yīng)力法分析土抗剪強(qiáng)度及有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。異常性土了解軟土、黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土、填土、可液化土的普通不良工程性質(zhì)及處理主意。（六）土壓力靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力的概念與朗金、庫侖土壓力理論、適用條件與計(jì)算主意。（七）邊坡穩(wěn)定分析土坡失穩(wěn)的機(jī)理和影響因素，均質(zhì)土坡穩(wěn)定分析原理與條分法。（八）地基承栽力地基破壞的過程與模式、地基的臨塑荷載、臨界荷載、極限荷載的概念與計(jì)算，斯肯普敦公式、太沙基公式、漢森公式的適用條件與應(yīng)用。控制決定地基承載力特征值的主意（載荷實(shí)驗(yàn)、公式計(jì)算、工程經(jīng)驗(yàn)等主意）?？刂瓢匆?guī)范修正公式?jīng)Q定修正后的地基承載力特征值的主意。（九）淺基礎(chǔ)(1)常見的淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型自立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、十字交錯(cuò)基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)對(duì)地基的要求，由高到低；基礎(chǔ)剛度、基底面積和所適應(yīng)的荷載由小到大；對(duì)不勻稱沉降的適應(yīng)性由弱到強(qiáng)。(2)地基承載力是同時(shí)滿意強(qiáng)度和變形兩個(gè)條件時(shí)，地基單位面積上所能承受的最大荷載，稱為地基承載力。應(yīng)控制承載力大小的影響因素及決定地基承載力的常用主意。(3)應(yīng)熟練控制淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主意、設(shè)計(jì)步驟及其之間的關(guān)系。(4)在剛強(qiáng)地基上建造建造物時(shí)，可以在建造、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和施工中采取相應(yīng)的措施，以減輕不勻稱沉降對(duì)建造物的危害，措施得當(dāng)可以達(dá)到減少甚至不必對(duì)地基舉行處理的效果。對(duì)這些須要的措施應(yīng)系統(tǒng)地加以了解?？刂苿倧?qiáng)下臥層驗(yàn)算的主意。(5)控制地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)互相作用的基本概念。地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同工作是指地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)三者互相聯(lián)系成整體來承擔(dān)荷載而發(fā)生變形。（十）深基礎(chǔ)(1)異常注重對(duì)應(yīng)用面廣、適用面寬的樁基礎(chǔ)和其他常見類型深基礎(chǔ)特點(diǎn)的了解。(2)控制樁與樁基礎(chǔ)最基本的類型與分類主意，而不同的分類主意反映了不同樁基礎(chǔ)的某些方面的特點(diǎn)。(3)樁的承載力問題是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。目前我國(guó)決定樁的承載力的規(guī)范有《建造地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)本章中簡(jiǎn)稱《地基規(guī)范》和《建造樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)。(4)了解群樁效應(yīng)的概念，控制群樁沉降驗(yàn)算的基本主意。(5)應(yīng)控制樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟，重點(diǎn)控制樁基礎(chǔ)的受力驗(yàn)算。（十一）地基處理(1)地基處理的目的與地基處理主意分類。(2)每一種地基處理的主意都有它的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn)。(3)常用的地基處理主意的設(shè)計(jì)、計(jì)算。(4)各種地基處理主意的施工和質(zhì)量檢驗(yàn)。第一節(jié)土的物理性質(zhì)和工程分類一、土力學(xué)、地基和基礎(chǔ)的概念土力學(xué)是使勁學(xué)知識(shí)和土工測(cè)試技術(shù)，研究土的物理、力學(xué)性質(zhì)，研究土的變形及其強(qiáng)度邏輯的一門科學(xué)。土是由三相體構(gòu)成的，固體顆粒（簡(jiǎn)稱為土粒）、水和藹體分離擴(kuò)散起來，用如下圖所示的三相組成暗示圖來表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系。圖中符號(hào)的意義如下：V——土的總體積；Va——土中氣體體積；Vw——土中水體積；Va——土粒體積；Vv——土中孔隙體積；Vv=Va+Vw（17一1）mw——土中水質(zhì)量；ms——土粒質(zhì)量；m——土的總質(zhì)量，m=mw+ms。（二）土的組成及相關(guān)概念簡(jiǎn)述1．固相——即土的顆粒，它的礦物成分、顆粒大小、形狀與級(jí)配影響土的物理力學(xué)性質(zhì)。(1)土的粒組，將士中顆粒按適當(dāng)粒徑范圍分組，使各組內(nèi)土粒大小、性質(zhì)大體相近。劃分粒組的分界尺寸，稱為界限粒徑。我國(guó)按界限粒徑200、20、2、0.05、和0.005（單位為mm）把土粒分為六組：漂石（塊石）、卵石、圓礫、砂粒、粉粒和粘粒。(2)土的級(jí)配，即土中各粒組的相對(duì)含量（各粒組質(zhì)量占所有粒組質(zhì)量的百分比），可通過顆粒分析實(shí)驗(yàn)測(cè)得，用級(jí)配累計(jì)曲線表示。如下圖17-3所示為三種土樣的級(jí)配情況，利用級(jí)配曲線可求得不勻稱系數(shù)C。、曲率系數(shù)Cc以判斷土的級(jí)配情況。不勻稱系數(shù)Cu=曲率系數(shù)C式中：d10、d30、d60——分離相當(dāng)于累計(jì)百分比含量為10%、30%和60%的對(duì)應(yīng)粒徑，d10為有效粒徑，d60為限制粒徑。曲線越緩，Cu越大，表示土粒大小分布范圍越大，Cu>10，稱為級(jí)配良好的土，宜作為良好地基。反之，曲線越陡，土粒大小分布范圍越小，Cu<5，稱為均粒土，其級(jí)配不好，不宜做地基，可做反濾料。但實(shí)際上僅用單獨(dú)一個(gè)指標(biāo)Cu來決定土的級(jí)配情況是不夠的，還必須同時(shí)考察累計(jì)曲線的整體形狀，故需兼顧曲率系數(shù)C。值。當(dāng)同時(shí)滿意不勻稱系數(shù)Cu>5和曲率系數(shù)Cc=1~3(3)土的結(jié)構(gòu)，指土粒及其集合體的大小、形狀、互相羅列與聯(lián)結(jié)等綜合特征。有三種：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)（顆粒較大）如砂粒、碎石；蜂窩結(jié)構(gòu)（顆粒較細(xì)）如粉粒；絮狀結(jié)構(gòu)（顆粒極細(xì)）如粘粒。(4)土的構(gòu)造，指物質(zhì)成分和顆粒大小等相近的各部分土層之間的互相聯(lián)系特點(diǎn)。主要有層理構(gòu)造（分水平、交錯(cuò)兩種）、裂隙構(gòu)造和凝聚構(gòu)造。2．液相——即土中水?？梢猿使虘B(tài)（冰）、液態(tài)（水）、氣態(tài)（水蒸氣）存在于土中。從水膜理論的角度來看，水的分類如下；三、土的三相比例指標(biāo)（一）由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的基本指標(biāo)（1）土的重度（重力密度）:可用環(huán)刀法、灌砂法測(cè)定。天然狀態(tài)下單位體積土的重力稱為天然重度(kN/m3)，W=mg，而它與土的礦物成分、孔隙大小、含水多少等有關(guān)。普通在1622kN/m3之間。（2）土的含水率：可用烘干法、酒精燃燒法測(cè)定。土中水的重力與土顆粒重力之比，稱為含水率，常用百分比表示它反映土的干濕程度。含水率越大土越濕越軟，地基土承載力越低，我國(guó)沿海軟粘土含水量常臨近50%，高者達(dá)60%—70%，地基土容許承載力僅50～80kPa。（3）土粒相對(duì)密度（舊稱比重）：可用比重瓶法測(cè)定。土粒重力與同體積4℃時(shí)水的重力之比稱為土粒相對(duì)密度，即式中：γw——4℃時(shí)水的重度，近似取=lOkN/m3。其大小隨土粒礦物成分而異。砂土約為2.65～2.69，粘土在2.72～2.76之間。土中含大量有機(jī)質(zhì)時(shí)，土粒相對(duì)密度則顯著減少。(二)換算的物理性質(zhì)指標(biāo)（表17—1）1.土的飽和重度Υsat,浮重度Υ′及干土重度Υd(1)飽和重度Υsat。土的孔隙所有被水彌漫時(shí)的重度，稱為飽和重度Υsat（kN/m3）γ（2）浮重度（有效重度）Υ′。普通從地下水位以下取出的土，其天然重度，可作為飽和重度。當(dāng)土處于地下水位以下時(shí)，則受到水的浮力作用，單位土體積重顆粒的有效重力，由單位土體積中土顆粒的重力扣除浮力后的重度稱為土的浮重度Υ′（kN/m3）(3)干重度（干重力密度）單位土體積中固體顆粒的重力稱為土的干重度，即