土力学与地基处理基础知识

的压缩曲线
三.了解太沙基一维固结理论
根据孔隙的变化等于水量的变化建立一维固结微分方程： 固结度（U）：将某一时刻固结沉降量和最终固结沉降量之
比称为固结度 U Scr 。 Sc
Chapter3 Shear Strength of Earth & Bearing apacity of the Ground
a ka z
第四章 土压力与土坡稳定—3
主动土压力
a ka z 无粘性土：
粘性土： a ka z 2c k a
被动土压力：
K a tg (45 ) 2
2

p k p z K p tg (45 ) 无粘性土： 2 粘性土： p k p z 2c k p
工程性质：无粘性土的密实度（e、Dr、N63.5） 粘性土的稠度，塑限含水量wp和液限含水量wl，塑性指数Ip和液性指 数IL 。
二、土的三相比例指标 三个基本指标的定义（ 、、Gs ）； 三、了解地基土的工程分类方法
换算指标（ 、 、 sat、 d、 、d、sat 、e、n、Sr）及其定义。
第四章 土压力与土坡稳定—6 三、挡土墙的验算
挡土墙在土压力作用下产生变形： 抗倾覆力矩 抗倾覆稳定性验算： K 1.5
t
倾覆力矩
抗滑力 K 1.3 滑动力 1 地基承载力验算： 2 ( max min ) f
m2/ kN 单向压缩试验 kN/m2 --kN/m2 单向压缩试验或三轴 压缩试验 载荷试验
Cc Cs
Ed Et Eo
Chapter 1 Physical Characteristics & classification of Soil
第一章 土的物理性质及其分类
第一章 土的物理性质及其分类
重点掌握： 一.无粘性土和粘性土的工程性质及其分类方法。
Wl Wp d10 d60
压 实 最优含水率 Wop 性 指标 最大干密度 Ρmax γmax
土力学
分类 指标名称 符号 量纲 cm/s 测定方法 砂土可直接测定 固结试验测定
备 注
渗 透 渗透系数 性 指标 固结系数
K
Cv, Ch cm2/s
压缩系数 a
力 学 性 指 标
压缩模量 Es
变 压缩指数 形 回弹指数 指 标 弹性指数 切线模量 变形模量
第三章 土的抗剪强度与地基承载力—3
④ 十字板剪切试验(vane shear test)

是一种原位试验（in situ testing）。属不排水剪切试验，其 结果与无侧限抗压强度试验接近。
第三章 土的抗剪强度与地基承载力—5 四.饱和粘性土(Saturated Soil)的抗剪强度
1
' ' ①UU试验（软粘土） u 0, f Cu ( 1 3 ) ( 1 3 ) 2 2 ②CU试验 正常固结：剪缩 超固结：剪胀产生负的孔隙水压力 f Cu tg cu 通常有 C Cu , cu f C tg
i 1
Esi
第二章 地基的应力和沉降—4 二、掌握应力历史对地基沉降的影响
前期固结压力(pre-consolidated pressure)
超固结 (overconsolidation)
正常固结(normally consolidated soil) 欠固结(underconsolidated)
2 2
第三章 土的抗剪强度与地基承载力—2 二.抗剪强度指标的确定
① 直剪试验（direct shear test）慢剪、固结快剪、快剪）。 σ=100，200，300，400→τf ② 三轴压缩试验(triaxial compression test; 围压σ3、轴压 σ1=σ3+Δσ1） 特点：在整个试验过程中，可控制排水并量测孔隙水压力的 大小。 不固结不排水试验（UU） 固结不排水试验（CU） 固结排水试验（Cd） ③ 无侧限抗压强度试验（Unconfined compression test） qu σ3 =0，只能作一个极限应力圆，当 0 f cu 。 2
1.无粘性土（粗颗粒土），按颗粒含量百分比。 2.粉土：指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%、IP≤10的 土。 3.粘性土：IP>10。粉质粘土10< IP≤17；粘土IP>17。
第一章 土的物理性质及其分类—2 四、 地下水
1.达西定律(Darcy’Law)
v k i Q Av t A k i t Q k Ai t
Chapter 4 Earth pressure & slope stability 第四章 土压力与土坡稳定
第四章 土压力与土坡稳定
（Earth pressure & slope stability）
1. 静止土压力
一、三种土压力（静止土压力、主动土压力、被动土压力）
0 K0 z
土力学
土力学
土的物理性质及分类 地基沉降 土的抗剪强度 边坡稳定
分 类 物 理 指 标
指标名称
符号
量纲
测定方法
备注
土体天然重度 颗粒比重 含水率
γρ
Gs w
kN/m3 -%
环刀法 比重瓶法 烘干法
土力学
分类 物理 指标 指标名称 液限 塑限 有效粒径 限定粒径 符号 量纲 % % mm mm % kN/m3 测定方法 落锥法或碟式 仪法 搓条法 砂土用筛分法 粘土用比重计 法 击实试验 备注 适用于粘 性土 适用于粘 性土 在颗分粒 径级配曲 线上定出 在击实曲 线上定出
2. 动水力：流动的水对单位体积土的骨架作用力。 GD i w
3. 流砂：当动水力GD的数值等于或大于土的浮重度γ’时,砂土 随水流动，称为流砂。 ——称为临界水力梯度。 i 0 icr

Chapter 2 Stress and subsidence of the Ground
2

3. 库仑（ Coulomb ）土压力理论 （挡土墙向前位移：密砂
δ=5%H；粘土：δ=10%H）。 考虑墙后滑动楔体达到极限平衡状态时，用静力平衡方程 解出作用于强背上的土压力。
第四章 土压力与土坡稳定—4
以无粘性土条件进行推导。
C
A


W

c

N1
Pa
a

W
Z
H
ZK
a
H
第三章 土的抗剪强度与地基承载力
第三章 土的抗剪强度与地基承载力
土体的破坏往往是剪切破坏。 一. 土的强度理论
①库仑抗剪强度理论（Coulomb’s Equation for shear strength）：
f tg
f tg c
②摩尔强度理论（Mohr-Coulomb’s theory）。 ③土的极限平衡条件 2 1 3 tg ( 45 ) 无粘性土（cohesionless soil） 2
k0 1 sin
砂土：k0=0.34~0.45
粘性土：k0=0.5~0.7；
第四章 土压力与土坡稳定—2
2. 朗肯（ Rankine ）土压力理论 （挡土墙向前位移：密砂
δ=0.5%H；粘土：δ=1~2%H。） 假设条件：表面水平的半无限土体，处于极限平衡状态。 适合条件：挡土墙的墙背垂直、光滑；挡土墙后填土面水平。
N 2 Pa
DБайду номын сангаас
R
b

B
R

HK
180 [ ( )]
a
图 5 . 18
库仑土压力计算图
1 2 Ea H 2
1 2 H K a 2 2 sin( ) sin( ) 2 cos cos( ) 1 cos( ) cos( )
第二章 地基的应力和沉降
第二章 地基的应力和沉降
地基的应力和沉降（地基的沉降计算）
地基固结 沉降量 分层总 和法 规范方 法
地基附加应 力计算 地基变形参 数的确定
E E s s
第二章 地基的应力和沉降—2
地基总沉降量由固结沉降、瞬时沉降和次固结沉降三 部分组成： s sc s d s s ① 固结沉降计算：掌握土层的变形参数：a、cc、ES ②瞬时沉降（弹性变形） ③次固结沉降（蠕变变形）根据蠕变曲线的变化规律 计算。
1
Cd , d 与C ， 很接近 ③CD试验，

五.抗剪强度指标的选择
①用 C ， 分析地基长期稳定性或透水性，或透水性和排水性 较好的地基； ② Cu , u ：土的透水性差和排水条件不良的地基；
第三章 土的抗剪强度与地基承载力—7
七.地基承载力(Bearing Capacity of Ground)的确定
3 1 tg ( 45 )
2

粘性土(clayey soil, cohesive soil)： 1 3 tg 2 (45 ) 2c tg (45 ) 2 2
2
3 1 tg 2 (45 ) 2c tg (45 )
第二章 地基的应力和沉降—3
重点掌握：
一、地基附加应力计算
1.基底附加应力的分布形式：假设为线性分布； p0 p d 2.基底附加应力计算： 3.用角点法计算地基中任意点的附加应力 z c p0
二、掌握土的压缩性
1. 压缩试验和压缩性指标的关系：a、cC、ES=（1+e1）/a 2. 分层总和计算法：
n a e1 e2 S s hi ( )i iz hi ( )i hi i 1 i 1 Esi i 1 1 e1 i 1 1 e1 n n n
iz
计算中注意的问题：分层（0.4B）、附加应力的确定、计算深度； 如果采用变形参数计算应注意e1为自重应力作用下，e2为自重应力 和附加应力共同作用下； n 3. 规范法 S s S s p0 ( zii zi 1i 1 )
cos2 ( )
第四章 土压力与土坡稳定—5 二、常见情况下的土压力
1.填土表面作用有均布荷载（将均布荷载按竖向荷载计入自重 应力）； a ka z q 无粘性土： 粘性土： a ka z q 2c k a 2.墙后填土分层。注意各土层的土压力系数不同； 无粘性土： k h h q
地基承载力：地基承受荷载的能 力（容许承载力，极限承载力）。 确定方法：荷载试验；理论计算。 1.荷载试验 (Bearing Test ,Loading Plate Test)： 地基从变形到失稳的发展过程 见图。 临塑荷载（pcr） 临界荷载(p1/3, p1/4) 极限荷载(pu)。
第三章 土的抗剪强度与地基承载力—8


a
a
1 1
2 2
a ka 1h1 2 h2 q 2c k a 粘性土： 3.粘性土应用土压力公式： 采用等值内摩擦角法（用等值抗剪强度代替粘性土的抗剪强度） c c tgd tg c tgd tg d tg 1 tg
2.理论计算（土的强度理论）

对条形基础下土体内的应力进行分析，并根据土的极 限平衡条件建立塑性区计算公式，从而得到临塑荷载 和临界荷载。
Pcr N d d N c C P1 N d d N c C N 1 b
4 4




假设破裂面的不同形式，用极限平衡法、刚体平衡法 进行静力平衡分析，得到不同的地基承载力计算公式。 太沙基（Terzaghi）k≥3； Skempton 主要适用于饱和软粘土、浅基础和矩形基 础的情况k=1.1~1.5; Hansen J.B.主要适用于倾斜荷载作用 k≥2