土力学与基础工程课程总结

土力学与基础工程课程总结内容摘要：

称慢剪 ) 隙水充分排出，始终保持 u=0。 在实际工程中，要根据地基土的实际受力情况和排水条件选用合适的试验方法。 如果施工周期缩短，结构荷载增长速率较快，因此验 算施工结束时的地基短期承载力时，采用不排水剪，以保证工程的安全。 对于施工周期较长，结构荷载增长速率较慢的工程，宜根据建筑物的荷载及预压荷载作用下地基的固结程度，采用固结不排水剪。 孔隙压力系数 ： 肯普顿 (Skempton)根据三轴试验结果，提出了在复杂应力状态下的孔隙压力表达式为： 式中： A、 B分别为不同应力条件下的孔隙压力系数。 a、等向应力 △ σ 3作用下的孔隙压力 △ u3和孔隙压力系数 B 饱和黏性土的抗剪强度 b、固结不排水抗剪强度 16 a、不固结不排水抗剪强度 c、固结排水抗剪强度 d、三种不同排水条件下的抗剪强度关系 竖向荷载作用下地基破坏形式 （ 1） 整体破坏一般发生在 砂类土荷 较硬的土层中 且基础埋深较浅； （ 2） 局部破坏一般发生在 地基为一般粘性土或中密砂土，基础埋深较浅时，或地基为砂性土或粘性土，基础埋深较大时； （ 3）当 地基为松砂、饱和软粘 土 时 常常发生冲剪破坏。 地基临塑荷载和临界荷载 （ 1） 地基的临塑荷载：是在外荷载作用下，地基中刚开始产生塑性变形时的基础底面压力。 （ 2） 临界荷载：在外荷载作用下，地基中塑性变形区最大深度限制在基础宽度的四分之一（或三分之一）时相应的基底应力。 （ 3） 临塑荷载、临界荷载及极限荷载分别对应地基受荷与变形的不同阶段，临塑荷载对应于地基变形的第一阶段的结束点即刚刚出现塑性变形的情况；临界荷载与其定义有关，常用的 P1/4 公式是对应于塑性开展区深度为基础宽度的 1/4 时的荷载大小；极限荷载 则是地基完全进入塑性变形阶段的荷载。 （ 1） 地基的容许承载力：指有足够的安全度保证地基稳定而且建筑物基础的沉降量不超过容许值的承载力（即所对应的最大基底压力）。 （ 2） 地基的极限承载力：也称极限荷载，指地基土体中的塑性变形区充分发展并形成连续贯通的滑动面时，地基所能承受的最大荷载。 影响其大小的因素：土的抗剪强度指标、土的粘聚力、土的重度、基础埋深、基础宽度。 （ 3） 浅基础地基极限承载力的计算方法有：普朗德尔极限承载力理论 、 太沙基承载力理论 、 魏锡克极限承载力理论。 17 5 土压力 与土坡稳定性 挡土墙的土压力 土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关还与挡土墙的刚度及其位移的方向与大小密切相关。 土压力 的类型 （ 1） 静止土压力 ： 挡土墙为刚性，不动时土处于弹性平衡状态，不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。 (2)主动土压力 ： 挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到的土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力降为最小值，这时作用 在挡土墙上的土压力成为主动土压力。 (3)被动土压力 ： 挡土墙向填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增大，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力增大为最大值，这时作用在挡土墙上的土压力成为被动土压力。 朗肯土压力理论 该理论认为当墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态 .因此 ,可以根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立有关土压力的计算公式 . 基本假定：①挡土墙后填土表面水平②挡土墙墙背竖直光滑③挡土墙为刚性体 朗肯主动土压力的计算 墙移动使墙后土体达到极限平衡状态： .σ x= σ xmin= σ a ； σ z保持不变； 滑裂面与大主应力作用面间的夹角为： 极限平衡条件 : 18 式中： 称为朗肯主动土压力系数。 朗肯被动土压力的计算 墙移动使墙后土体达到极限平衡状态： � σ x= σ xmax= σ p ； � σ z保持不变； 滑裂面与大主应力作用面间的夹角为： � 极限平衡条件 : 式中： 称为朗肯被动土压力系数。 库仑土压力理论 库仑土压力根据墙后土体处于极 限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力理论。 19 基本假定：①墙后填土为无粘性土。 ②挡土墙是刚性体；③墙面粗糙 主动土压力 （ 1） 假定条件：①挡土墙后填土是无粘性土。 ②滑动破坏面为平面 ,设为 BC，过墙踵。 ③墙前移，滑动土体 ABC 为刚塑性体下滑。 （ 2） 被动土压力 假定条件：①挡土墙后填土是无粘性土。 ②滑动破坏面为平面 ,设为 BC，过墙踵。 ③墙推向墙后土体，滑动土体 ABC 为刚塑性体上移。 挡土墙的设计 挡土墙的类型 : （ 1） 重力式挡土墙 （ 2） 悬臂式挡土墙 （ 3） 扶壁式挡土墙 挡土墙的计算 :设计方法：先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。 计算内容：（ 1）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑动验算；（ 2）地基承载力验算；（ 3）墙身强度验算。 土坡的稳定性分析 （ 1） 滑坡的根本原因：边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。 （ 2） 滑坡的具体原因： 滑面上的剪应力增加：如填土作用使边坡的坡高增加、渗流作用使下滑力产生渗透力、降雨使土体饱和，容重增加、地震作用等；滑面上的抗剪强度减小：如浸水作用使土体软化、含水量减小使 土体干裂，抗滑面面积减小、地下水位上升使有效应力减小等。 （ 3） 土坡的稳定分析就是利用土力学理论研究发生滑坡时滑面可能的位置和形式、滑面上的剪应力和抗剪强度的大小、抵抗下滑的因素以及如何采取措施等问题。 土坡的稳定安全度用安全系数表示。 6 岩土工程勘察 岩土工程勘察的任务和内容 任务： 按照建筑物所处的不同阶段的要求，正确反应工程地质条件，查明不良地质作用和地质灾害，为工程的设计、施工以及岩土治理加固、开挖支护和降水等， 20 提供真实可靠的工程地质资料和必要的技术参数，同时对工程存在的有关岩土 工程问题做出论证和评价。 ：工程地质调查和测绘、勘探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测，最终根据以上几种或全部手段，对场地下程地质条件进行定性或定量分析评价，编制满足不同阶段所需的成果报告文件。 岩土工程安全等级： 安全等级 破坏后果 工程类型 一级 很严重 重要工程 二级 严重 一般工程 三级 不严重 次要工程 房屋建筑与构筑物安全等级 安全等级 破坏后果 建筑类型 一级 很严重 重要的工业与民用建筑物； 20 层以上的高层 建筑；体型复杂的 14 层以上的高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑物；单桩承受的荷载在 4000kN 以上的建筑物 二级 严重 一般的工业与民用建筑 三级 不严重 次要的建筑物 场地复杂程度等级 等级 一级 二级 三级 建筑抗震稳定性 危险 不利 有利(或地震设防烈度≤ 6 度 ) 不良地质现象发育情况 强烈发育 一般发育 不发育 地质环境破坏程度 已经或可能强烈破坏 已经或可能受到一般破坏 基本未受破坏 21 地形地貌条件 复杂 较复杂 简单 岩土工程勘察等级 ： 甲级 、 乙级 、 丙级 岩土工程勘察的方法 ，有以下几种： (1)工程地质测绘。 工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作，一般在勘察的初期阶段进行。 工程地质测绘是认识场地工程地质条件最经济、最有效的方法，高质昔的测绘工作能相当准确地推断地下地质情况，起到有效地指导其他勘察方法的作用。 (2)勘探与取样。 勘探工作包括物探、钻探和坑探等各种方法。 它是被用来调查地下地质情况的；并且可利用勘探工程取样进行原位测试和监测。 应根据勘察日的及岩土的特性选用上述各种勘探方法。 (3)原位测试与室内试验。 原位测试与 室内试验的主要目的，是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数，包括岩土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等。 原位测试一般都藉助于勘探工程进行，是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。 (4)现场检验与监测。 现场检验的涵义，包括施 T阶段对先前岩土工程勘察成果的验证核查以及岩土工程施工监理和质量控制。 现场监测则主要包含施工作用和各类荷载对岩土反应性状的监测、施工和运营中的结构物监测和对环境影响的监测等方面。 检验与监测所获取的资料，可以反求出某些工程技术参数，并以此为依据及时 修正设计，使之在技术和经济方面优化。 此项工作主要是在施工期间内进行，但对有特殊要求的工程以及一些对工程有重要影响的不良地质现象，应在建筑物竣工运营期间继续进行。 般在岩土工程勘察的早期阶段进行，也可以用于详细勘察阶段的对某些专门地质问题进行补亢调查。 工程地质测绘和调查能在较短的时间内查明较大范围的主要工程地质条件，不需要复杂设备和大量资金、材料，而且效果显著。 ’工程地质测绘和调查的主要任务是在地形地质图上填绘出测区的工程地质条件，其 内容应包括测区的所有工程地质要素，即查明拟建场地的地层岩性、地质结构、地形地貌，水文地质条件、工程地质动力地质现象、已经有的建筑物的变形和破坏情况及以往的建筑经验、可利用的天然建筑材料的质量及其分布等方面，因此它属于多项内容的地表地质测绘和调查。 岩土工程勘察报告 22 7 浅基础 地基基础设计原则 ①对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度。 ②应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观。 ③基础的型 式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性 )和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。 浅基础的类型 ： 据基础刚度分：刚性基 础和柔性基础； 据形状和大小可分：独立基础、条形基础、十字交叉条形基础、筏形基础、箱形基础及壳体基础 ； 根据基础所用材料的性能可分：砖砌体、石材及石材砌体、混凝土和毛石混凝土、灰土和三合土和钢筋混凝土。 基础埋置深度的确定 度一般是指基础底面到室外设计地面的距离，简称基础埋深。 深度，应按下列条件确定 :（ 1） 筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造； （ 2） 作用在地基上的荷载大小和性质； （ 3） 工程地质和水文地质条件； （ 4）相邻建筑物的基础埋深； （ 5） 地基土冻胀和融陷的影响。 稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。 除岩石地基外，基础埋深不宜小于。 高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力，变形和稳定性要求。 在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的 1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不 计桩长）不宜小于建筑物高度的 1/18～ 1/20。 位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。 地基承载力的确定 （ 1）原位试验法：是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。 包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。 23 （ 2）理论公式法：是根据土的抗剪强度指标。