土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程總結(jié)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 稱慢剪 ) 隙水充分排出，始終保持 u=0。 在實際工程中，要根據(jù)地基土的實際受力情況和排水條件選用合適的試驗方法。如果施工周期縮短，結(jié)構(gòu)荷載增長速率較快，因此驗 算施工結(jié)束時的地基短期承載力時，采用不排水剪，以保證工程的安全。對于施工周期較長，結(jié)構(gòu)荷載增長速率較慢的工程，宜根據(jù)建筑物的荷載及預(yù)壓荷載作用下地基的固結(jié)程度，采用固結(jié)不排水剪。 孔隙壓力系數(shù) ： 肯普頓 (Skempton)根據(jù)三軸試驗結(jié)果，提出了在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的孔隙壓力表達式為： 式中： A、 B分別為不同應(yīng)力條件下的孔隙壓力系數(shù)。 a、等向應(yīng)力 △ σ 3作用下的孔隙壓力 △ u3和孔隙壓力系數(shù) B 飽和黏性土的抗剪強度 b、固結(jié)不排水抗剪強度 16 a、不固結(jié)不排水抗剪強度 c、固結(jié)排水抗剪強度 d、三種不同排水條件下的抗剪強度關(guān)系 豎向荷載作用下地基破壞形式 （ 1） 整體破壞一般發(fā)生在 砂類土荷 較硬的土層中 且基礎(chǔ)埋深較淺； （ 2） 局部破壞一般發(fā)生在 地基為一般粘性土或中密砂土，基礎(chǔ)埋深較淺時，或地基為砂性土或粘性土，基礎(chǔ)埋深較大時； （ 3）當 地基為松砂、飽和軟粘 土 時 常常發(fā)生沖剪破壞 。 地基臨塑荷載和臨界荷載 （ 1） 地基的臨塑荷載：是在外荷載作用下，地基中剛開始產(chǎn)生塑性變形時的基礎(chǔ)底面壓力。 （ 2） 臨界荷載：在外荷載作用下，地基中塑性變形區(qū)最大深度限制在基礎(chǔ)寬度的四分之一（或三分之一）時相應(yīng)的基底應(yīng)力。 （ 3） 臨塑荷載、臨界荷載及極限荷載分別對應(yīng)地基受荷與變形的不同階段，臨塑荷載對應(yīng)于地基變形的第一階段的結(jié)束點即剛剛出現(xiàn)塑性變形的情況；臨界荷載與其定義有關(guān)，常用的 P1/4 公式是對應(yīng)于塑性開展區(qū)深度為基礎(chǔ)寬度的 1/4 時的荷載大小；極限荷載 則是地基完全進入塑性變形階段的荷載。 （ 1） 地基的容許承載力：指有足夠的安全度保證地基穩(wěn)定而且建筑物基礎(chǔ)的沉降量不超過容許值的承載力（即所對應(yīng)的最大基底壓力）。 （ 2） 地基的極限承載力：也稱極限荷載，指地基土體中的塑性變形區(qū)充分發(fā)展并形成連續(xù)貫通的滑動面時，地基所能承受的最大荷載。影響其大小的因素：土的抗剪強度指標、土的粘聚力、土的重度、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)寬度。 （ 3） 淺基礎(chǔ)地基極限承載力的計算方法有：普朗德爾極限承載力理論 、 太沙基承載力理論 、 魏錫克極限承載力理論 。 17 5 土壓力 與土坡穩(wěn)定性 擋土墻的土壓力 土壓力：擋土墻后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力土壓力的大小和分布規(guī)律不僅與擋土墻的高度、填土的性質(zhì)有關(guān)還與擋土墻的剛度及其位移的方向與大小密切相關(guān)。 土壓力 的類型 （ 1） 靜止土壓力 ： 擋土墻為剛性，不動時土處于彈性平衡狀態(tài)，不產(chǎn)生位移和變形，此時作用在擋土墻上的土壓力稱為靜止土壓力。 (2)主動土壓力 ： 擋土墻背離填土方向轉(zhuǎn)動或移動時，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到的土壓力逐漸減小，當墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，土壓力降為最小值，這時作用 在擋土墻上的土壓力成為主動土壓力。 (3)被動土壓力 ： 擋土墻向填土方向轉(zhuǎn)動或移動時，隨著位移量的逐漸增加，墻后土體受到擠壓而引起土壓力逐漸增大，當墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，土壓力增大為最大值，這時作用在擋土墻上的土壓力成為被動土壓力。 朗肯土壓力理論 該理論認為當墻后填土達到極限平衡狀態(tài)時，與墻背接觸的任一土單元體都處于極限平衡狀態(tài) .因此 ,可以根據(jù)土單元體處于極限平衡狀態(tài)時應(yīng)力所滿足的條件來建立有關(guān)土壓力的計算公式 . 基本假定：①擋土墻后填土表面水平②擋土墻墻背豎直光滑③擋土墻為剛性體 朗肯主動土壓力的計算 墻移動使墻后土體達到極限平衡狀態(tài)： .σ x= σ xmin= σ a ； σ z保持不變； 滑裂面與大主應(yīng)力作用面間的夾角為： 極限平衡條件 : 18 式中： 稱為朗肯主動土壓力系數(shù)。 朗肯被動土壓力的計算 墻移動使墻后土體達到極限平衡狀態(tài)： ? σ x= σ xmax= σ p ； ? σ z保持不變； 滑裂面與大主應(yīng)力作用面間的夾角為： ? 極限平衡條件 : 式中： 稱為朗肯被動土壓力系數(shù)。 庫侖土壓力理論 庫侖土壓力根據(jù)墻后土體處于極 限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體時，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力理論。 19 基本假定：①墻后填土為無粘性土。②擋土墻是剛性體；③墻面粗糙 主動土壓力 （ 1） 假定條件：①擋土墻后填土是無粘性土 。②滑動破壞面為平面 ,設(shè)為 BC，過墻踵 。 ③墻前移，滑動土體 ABC 為剛塑性體下滑。 （ 2） 被動土壓力 假定條件：①擋土墻后填土是無粘性土 。②滑動破壞面為平面 ,設(shè)為 BC，過墻踵 。 ③墻推向墻后土體，滑動土體 ABC 為剛塑性體上移。 擋土墻的設(shè)計 擋土墻的類型 : （ 1） 重力式擋土墻 （ 2） 懸臂式擋土墻 （ 3） 扶壁式擋土墻 擋土墻的計算 :設(shè)計方法：先假定截面尺寸，然后驗算穩(wěn)定性及強度，若不滿足要求，再修改設(shè)計。計算內(nèi)容：（ 1）穩(wěn)定性驗算，包括抗傾覆和抗滑動驗算；（ 2）地基承載力驗算；（ 3）墻身強度驗算。 土坡的穩(wěn)定性分析 （ 1） 滑坡的根本原因：邊坡中土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達到了它的抗剪強度。 （ 2） 滑坡的具體原因： 滑面上的剪應(yīng)力增加：如填土作用使邊坡的坡高增加、滲流作用使下滑力產(chǎn)生滲透力、降雨使土體飽和，容重增加、地震作用等；滑面上的抗剪強度減小：如浸水作用使土體軟化、含水量減小使 土體干裂，抗滑面面積減小、地下水位上升使有效應(yīng)力減小等。 （ 3） 土坡的穩(wěn)定分析就是利用土力學(xué)理論研究發(fā)生滑坡時滑面可能的位置和形式、滑面上的剪應(yīng)力和抗剪強度的大小、抵抗下滑的因素以及如何采取措施等問題。土坡的穩(wěn)定安全度用安全系數(shù)表示。 6 巖土工程勘察 巖土工程勘察的任務(wù)和內(nèi)容 任務(wù)： 按照建筑物所處的不同階段的要求，正確反應(yīng)工程地質(zhì)條件，查明不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害，為工程的設(shè)計、施工以及巖土治理加固、開挖支護和降水等， 20 提供真實可靠的工程地質(zhì)資料和必要的技術(shù)參數(shù)，同時對工程存在的有關(guān)巖土 工程問題做出論證和評價。 ：工程地質(zhì)調(diào)查和測繪、勘探及采取土試樣、原位測試、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場檢驗和檢測，最終根據(jù)以上幾種或全部手段，對場地下程地質(zhì)條件進行定性或定量分析評價，編制滿足不同階段所需的成果報告文件。 巖土工程安全等級： 安全等級 破壞后果 工程類型 一級 很嚴重 重要工程 二級 嚴重 一般工程 三級 不嚴重 次要工程 房屋建筑與構(gòu)筑物安全等級 安全等級 破壞后果 建筑類型 一級 很嚴重 重要的工業(yè)與民用建筑物； 20 層以上的高層 建筑；體型復(fù)雜的 14 層以上的高層建筑；對地基變形有特殊要求的建筑物；單樁承受的荷載在 4000kN 以上的建筑物 二級 嚴重 一般的工業(yè)與民用建筑 三級 不嚴重 次要的建筑物 場地復(fù)雜程度等級 等級 一級 二級 三級 建筑抗震穩(wěn)定性 危險 不利 有利(或地震設(shè)防烈度≤ 6 度 ) 不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育情況 強烈發(fā)育 一般發(fā)育 不發(fā)育 地質(zhì)環(huán)境破壞程度 已經(jīng)或可能強烈破壞 已經(jīng)或可能受到一般破壞 基本未受破壞 21 地形地貌條件 復(fù)雜 較復(fù)雜 簡單 巖土工程勘察等級 ： 甲級 、 乙級 、 丙級 巖土工程勘察的方法 ，有以下幾種： (1)工程地質(zhì)測繪。工程地質(zhì)測繪是巖土工程勘察的基礎(chǔ)工作，一般在勘察的初期階段進行。工程地質(zhì)測繪是認識場地工程地質(zhì)條件最經(jīng)濟、最有效的方法，高質(zhì)昔的測繪工作能相當準確地推斷地下地質(zhì)情況，起到有效地指導(dǎo)其他勘察方法的作用。 (2)勘探與取樣。勘探工作包括物探、鉆探和坑探等各種方法。它是被用來調(diào)查地下地質(zhì)情況的；并且可利用勘探工程取樣進行原位測試和監(jiān)測。應(yīng)根據(jù)勘察日的及巖土的特性選用上述各種勘探方法。 (3)原位測試與室內(nèi)試驗。原位測試與 室內(nèi)試驗的主要目的，是為巖土工程問題分析評價提供所需的技術(shù)參數(shù)，包括巖土的物性指標、強度參數(shù)、固結(jié)變形特性參數(shù)、滲透性參數(shù)和應(yīng)力、應(yīng)變時間關(guān)系的參數(shù)等。原位測試一般都藉助于勘探工程進行，是詳細勘察階段主要的一種勘察方法。 (4)現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測。現(xiàn)場檢驗的涵義，包括施 T階段對先前巖土工程勘察成果的驗證核查以及巖土工程施工監(jiān)理和質(zhì)量控制。現(xiàn)場監(jiān)測則主要包含施工作用和各類荷載對巖土反應(yīng)性狀的監(jiān)測、施工和運營中的結(jié)構(gòu)物監(jiān)測和對環(huán)境影響的監(jiān)測等方面。檢驗與監(jiān)測所獲取的資料，可以反求出某些工程技術(shù)參數(shù)，并以此為依據(jù)及時 修正設(shè)計，使之在技術(shù)和經(jīng)濟方面優(yōu)化。此項工作主要是在施工期間內(nèi)進行，但對有特殊要求的工程以及一些對工程有重要影響的不良地質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)在建筑物竣工運營期間繼續(xù)進行。 般在巖土工程勘察的早期階段進行，也可以用于詳細勘察階段的對某些專門地質(zhì)問題進行補亢調(diào)查。工程地質(zhì)測繪和調(diào)查能在較短的時間內(nèi)查明較大范圍的主要工程地質(zhì)條件，不需要復(fù)雜設(shè)備和大量資金、材料，而且效果顯著。’工程地質(zhì)測繪和調(diào)查的主要任務(wù)是在地形地質(zhì)圖上填繪出測區(qū)的工程地質(zhì)條件，其 內(nèi)容應(yīng)包括測區(qū)的所有工程地質(zhì)要素，即查明擬建場地的地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌，水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)動力地質(zhì)現(xiàn)象、已經(jīng)有的建筑物的變形和破壞情況及以往的建筑經(jīng)驗、可利用的天然建筑材料的質(zhì)量及其分布等方面，因此它屬于多項內(nèi)容的地表地質(zhì)測繪和調(diào)查。 巖土工程勘察報告 22 7 淺基礎(chǔ) 地基基礎(chǔ)設(shè)計原則 ①對防止地基土體剪切破壞和喪失穩(wěn)定性方面，應(yīng)具有足夠的安全度 。 ②應(yīng)控制地基變形量，使之不超過建筑物的地墓變形允許值，以免引起基礎(chǔ)不利截面和上部結(jié)構(gòu)的損壞，或影響建筑物的使用功能和外觀 。 ③基礎(chǔ)的型 式、構(gòu)造和尺寸，除應(yīng)能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)、符合使用需要，滿足地基承載力 (穩(wěn)定性 )和變形要求外，還應(yīng)滿足對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強度，剛度和耐久性的要求。 淺基礎(chǔ)的類型 ： 據(jù)基礎(chǔ)剛度分：剛性基 礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)； 據(jù)形狀和大小可分：獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、十字交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及殼體基礎(chǔ) ； 根據(jù)基礎(chǔ)所用材料的性能可分：磚砌體、石材及石材砌體、混凝土和毛石混凝土、灰土和三合土和鋼筋混凝土。 基礎(chǔ)埋置深度的確定 度一般是指基礎(chǔ)底面到室外設(shè)計地面的距離，簡稱基礎(chǔ)埋深。 深度，應(yīng)按下列條件確定 :（ 1） 筑物的用途，有無地下設(shè)施，基礎(chǔ)和形式和構(gòu)造； （ 2） 作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)； （ 3） 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件； （ 4）相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深； （ 5） 地基土凍脹和融陷的影響。 穩(wěn)定和變形要求的前提下，基礎(chǔ)宜淺埋，當上層地基的承載力大于下層土時，宜利用上層土作持力層。除巖石地基外，基礎(chǔ)埋深不宜小于 。高層建筑筏形和箱形基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)滿足地基承載力，變形和穩(wěn)定性要求。在抗震設(shè)防區(qū)，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎(chǔ)其埋置深度不宜小于建筑物高度的 1/15；樁箱或樁筏基礎(chǔ)的埋置深度（不 計樁長）不宜小于建筑物高度的 1/18～ 1/20。位于巖石地基上的高層建筑，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑要求。 地基承載力的確定 （ 1）原位試驗法：是一種通過現(xiàn)場直接試驗確定承載力的方法。包括（靜）載荷試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗、旁壓試驗等，其中以載荷試驗法為最可靠的基本的原位測試法。 23 （ 2）理論公式法：是根據(jù)土的抗剪強度指標