土力学地基基础电子教材

绪 论一、土力学、地基与基础的概念：1．地基——位于建筑物基础的下方，支承建筑物荷载的那部分地层。

⎩⎨⎧⎩⎨⎧人工地基天然地基地基岩石土地基的组成 土——地球表面的大块岩石经风化、搬运、沉积而形成的松散堆积物，称为土。

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧残余变形变形包括了单性变形变形需一定的时间变形性较大透水性孔隙性液三相组成气由固土的主要特征..5.4.3..2 (1)2.土力学：土力学——利用力学的一般原理，研究土的应力、应变、强度、稳定和渗透等特性及其随时间变化规律的学科，称为土力学。

3．基础：基础——建筑物的一部分，位于地面以下，承受上部结构传来的荷载，形状是扩大的那部分下部结构，称为基础。

⎩⎨⎧><特殊的施工方法深基础施工方法简单浅基础基础分类)m 5()m 5(4．地基与基础设计的原则：安全、经济综合考虑地基、基础和上部结构三者之间的相互关系。

1．要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基。

在防止整体破坏方面有足够的安全储备。

（安全系数）2．控制基础沉降使之不超过允许值，保证建筑物不因地基沉降而损坏或者影响其正常使用。

二、本课程的特点和学习要求：⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧剪切性压缩性土的力学性质土的物理性质本课程的内容.1土力学的基本原理：①应力——应变关系②强度理论③地基的计算如遇相关课程的内容，本课程只是引用，而重点是要求理解其意义及应用条件，切不可把注意力放在相关课程公式的推导上。

3.本课程的学习要求：运用基本原理，具体问题具体分析。

因此，最重要的是理论联系实际，提高分析问题解决问题的能力。

结合实验了解土力学常规参数的获取方法。

三、本学科的发展概况（简要介绍）第一章 土的物理性质及分类1. 土力学的研究对象：土土——土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。

2．土的组成⎪⎩⎪⎨⎧孔隙中的水液气体气冰土颗粒固:::土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。

这就是土的物理性质。

＊土的生成(简要介绍)一、地质作用的概念(简单介绍) 二、矿物与岩石的概念(简单介绍) 三、地质年代的概念(简单介绍) 四、第四纪沉积物(简单介绍)§1-1 土的组成及其结构与构造一、土的固体颗粒（重点讲解）（一）土的颗粒级配1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小3．粒组——为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。

粒组的划分：漂石 卵石砾石粉粒 粘粒4．颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。

颗粒级配的测定方法：——筛析法、比重计法 试验成果分析：①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 分析⎩⎨⎧级配良好不均匀粒径大小接近曲线陡级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓②不均匀系数（C u ）1060u d /d C = ⎩⎨⎧<>级配不良级配良好5C 0C u u式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d 60。

d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d 10。

③曲率系数（C c ）6010230c d d d C ⋅=式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30表示。

C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。

C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分（简要介绍）漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。

（与每岩相同） 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。

如石英等。

粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。

粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪⎨⎧高岭石伊利石蒙脱石粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。

二、土中的水和气（一）土中水⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧毛细水重力水自由水弱结合水强结合水结合水1. 结合水——指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。

几万大气压吸收力达几千极性分子水负电土粒~⎭⎬⎫--（1）强结合水——指紧靠土粒表面的结合水。

特征：没有溶解盐类的能力，不传递静水压力，只有吸热变成蒸汽时才能移动。

物理指标：容度1.2~2.4g/cm 3固体状态 冰点-78℃砂土吸 度占土粒质量1%、粘土17%。

特点：极大的粘滞度，弹性和抗剪强度。

（2）弱结合水——指紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。

介绍如何对粘性土的塑性产生影响。

特征：不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能向邻近的较薄的水膜转移。

2．自由水——指存在于土粒表面电场影响范围以外的水。

特点：能传递静水压力，冰点为0℃，有溶解能力。

（1）重力水——存在于地下水位以下的透水土层中的地下水。

特点：①有流动时，产生动水压力，带走土颗粒；②能溶解土中的盐类；③浮力作用。

作用：使土中的孔隙增大，压缩性提高，抗剪强度降低。

（2）毛细水受水与空气界面的表面张力作用而存在于孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透水层中。

机理：当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面与土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。

存在范围：直径0.002~0.5mm 的孔隙中，结合工程事例讲解防潮层的作用。

3．冰当温度降至零度以下，水结成冰，土即为冻土。

冻胀性的危害：当T ↑，土体下陷，即融陷现象，使承载力下降，道路翻浆。

（二）土中气（简要介绍）土中的气体⎩⎨⎧不易压密降低透水性与大气隔绝压缩性高与大气相通,::成份：⎩⎨⎧).S H (2甲烷微生物产生的可燃气体一般空气中的成份三、土中的结构和构造（一）土的结构土的结构——指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。

分类：土的结构⎪⎩⎪⎨⎧粘粒絮状结构粉粒蜂窝结构砾石层砂层单粒结构,结合基坑的开挖，讲解工程事例中如何开挖不破坏土的结构性，以及基坑开挖要求． （二）土的构造土的构造——指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。

§1-2 土的物理性质指标V .m V M V)water (M V )air (M V )solid (v w w a ass ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫液气固土的三相组成一、指标的定义（一）土粒比重（土粒相对密度）d s定义：土粒质量与同体积4℃的纯水的质量之比公式： 1w s 1m s s s 1V m d ρρ=ρ⋅=测定方法：比重瓶法 （二）土的含水量ω定义：土中水的质量与土粒质量之比，称为含水量公式：%100m msw ⨯=ω 意义：表示湿度的物理指标，与土的种类，埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。

测定方法：烘干法。

（三）土的密度ρ 定义：土单位体积的质量 公式：Vm =ρ单位： g/cm 3t/m 3测定方法：环刀法（四）土的干密度ρd ，饱和密度ρsat 和有效密度ρ′ 1．干密度定义：土单位体积中固体颗粒的质量（干燥状态）公式： V ms d =ρ2．饱和密度定义：土孔隙中充满水时的单位体积质量公式： V V m wv ssat ρ+=ρ 3．有效密度（浮密度）定义：在地下水位以下，单体土体积中土粒的质量扣除用体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量。

公式：VV m ws s ρ-=ρ' （五）重度γ，干重度γd 饱和重度γsat ，有效重度γ′ 定义：重度——单位体积的重力 公式：γ=G/V 单位：kN/m 3换算公式：γ=ρ·g g ggsat sat d d ⋅ρ'=γ'⋅ρ=γ⋅ρ=γ（六）土的孔隙比e ，和孔隙率n 1．土的孔隙比定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。

公式：s v v /V e =（用小数表示）意义：用来评价天然土层的密实程度中等高压缩性土低压缩性土-⎩⎨⎧><0.1e 6.0e2．土的孔隙率定义：土中孔隙所占体积与总体积之比。

公式 %100V Vn v ⨯=e 与n 的关系：e1e n +=（七）土的饱和度S r定义：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比公式： %100V VS v w r ⨯=意义：是评价土的潮湿程度的指标⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤<≤γγγ%80S %80S %50%50S 饱和很湿稍湿 二、指标的换算（选取几个典型的公式推导，建立指标之间相互联系的概念）§1-3 土的物理状态指标一、无粘性土的相对密实度minmax max e e ee D --=γ式中：e max ——土处于最疏松状态时的孔隙比e min ——土被振击后最密实状态下的孔隙比e ——天然孔隙比意义：评价土的密实程度⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≥>≥>≥γγγ0D 33.033.0D 67.067.0D 1松散的中密的密实的 二、粘性土的稠度及界限含水量界限含水量——粘性土由一种状态转到另一种状态时的分界含水量，称为界限含水量。

包括：缩限、塑限、液限。

测定方法：塑限：联合测定仪 搓条法 液限：锥式液限仪 （碟式少用）三、粘性土的塑性指数和液性指数（一）塑性指数I P 用百分数表示，但省去%意义：I P 值的大小与粘粘含量有关⎩⎨⎧<<>17I 1017I P P 粉质粘土粘土（二）液性指数I wPL p PpW W W W W I W W I --=-=意义：表示粘性土软硬程度的物理指标⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧>≤<≤<≤<≤1I 1I 75.075.0I 25.025.0I 00I L L L L L 流塑软塑可塑硬塑坚硬 四、粘性土的灵敏度和触变性（一）灵敏度（S t ）)()(q q S uut 重塑原状'=意义：⎪⎩⎪⎨⎧>≤<≤<4S 4S 22S 1t t t 高灵敏中灵敏低灵敏 （二）触变性触变性——粘性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为触变性。

§1-3 土的渗透性一、土的渗透性渗透性——指水流通过土中孔隙难易程度的性质。

意义：渗透性好坏影响地下水的补给、排泄条件。

二、渗透定律（达西定律 Darcy ）υ=ki式中： υ——水在土中的渗透速度 cm/s k ——土的渗透系数 cm/s i ——水力梯度 LH H i 21-=三、渗透系数的测定⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧现场抽水试验野外变水头常水头室内测定方法:§1-４ 土（岩）的工程分类⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧特殊性粘土砂质粘土一般粘性土粘性土粉土砂基土碎石土软质岩石硬质岩石岩石地基一般分类:一、岩石的工程分类（一）按坚硬程度分类 ⎩⎨⎧<σ≥σMPa30MPa 30软质岩石硬质岩石（二）按成因分类⎪⎩⎪⎨⎧粘土岩如片麻岩变质岩如石灰岩沉积岩玄武岩如花岗岩岩浆岩（三）按风化程度分类⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧未风化微风化中等风化强风化（四）按软化系数分类⎪⎩⎪⎨⎧>≤σσ=75.0K 75.0K K R R 不软化岩石软化岩石干燥饱和二、碎石类土定义：粒径>2mm 的颗粘含量超过全重的50%。