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地基与基础教案本

江苏省职业学校

理论课程教师教案本

(学年第学期)

专业名称建筑工程

课程名称地基与基础

授课教师

学校

课题序号

1

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

项目一:

地基计算部分模块

(1):

土的物理性质及分类

任务1:

土的成因、组成

使用教具

板书

教学目的

1、掌握地基与基础相关概念

2、了解地基基础设计的基本要求

3、理解土的三相体系

教学重点

地基与基础相关概念

教学难点

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

复习题(P2)0.1、0.2

教学后记

授课主要内容或板书设计

0绪论

一、地基与基础的概念

重点掌握相关名词:

基础、地基、持力层、下卧层、埋置深度、软弱下卧层、人工地基、天然地基

二、地基与基础在建筑工程中重要性

地基与基础质量的好坏关系到建筑物的安全、经济和正常使用。

例如意大利的比萨斜塔、加拿大特朗斯康谷仓均为地基中含有不良地基土造成结构失稳得典型。

莲花河畔景苑小区在建的一栋13层楼整体倒塌的事故分析。

桩基础、防讯墙、堆土、开挖基坑。

三、基础的分类

按照材料分类:

砖基础、毛石基础、素混凝土基础、钢筋混凝土基础

按照构造形式:

独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础、桩基础、箱型基础

按照埋置深度:

浅基础、深基础

四、地基基础设计的基本要求

均需满足强度、刚度和耐久性的要求。

1.1土的成因

土的概念及成因

残积土和运积土

1.2土的组成

课题序号

2

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务2:

土的物理性质指标

使用教具

板书

教学目的

1、熟练掌握土的物理性质指标的概念及个指标的作用

2、会进行物理性质指标的换算

教学重点

物理指标的概念及换算

教学难点

物理指标的换算

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

复习题(P16)1.4、1.7

教学后记

复习:

相关名词:

基础、地基、持力层、下卧层、埋置深度、软弱下卧层、人工地基、天然地基

新课:

一、土的三相关系示意图

体积关系:

V=Vs+Vw+Va

质量关系:

M=Ms+Mw+Ma(Ma=0)

明确气体有体积无质量。

二、室内土工试验指标

1、土的质量密度和重力密度

采用环刀法测定

2、土的含水量

采用烘干法测定

3、土粒相对密度

采用比重瓶法测定

掌握三种指标的测定方法

三、计算指标

1、干密度和干重度:

干密度:

单位体积中固体颗粒部分的质量。

干重度:

单位体积中固体颗粒部分的重量。

推导公式:

2、饱和密度和饱和重度:

饱和密度:

土孔隙中完全充满水时的密度。

饱和重度:

土孔隙中完全充满水时的重度。

3、土的有效重度:

在地下水位以下,单位土体积中土粒的重量扣除浮力后,即为单位土体积中土粒的有效重量。

4、土的空隙比:

土中孔隙体积与土粒体积之比。

此指标是反映土的密实程度的物理指标。

5、土的空隙率

土中孔隙所占体积与总体积之比

6、饱和度

土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比

此指标是反映土潮湿程度的物理指标。

饱和度值愈大,表明土孔隙中充水愈多。

孔隙完全为水充满时,Sr=100%,土处于饱和状态;孔隙中全是气体,没有水分,Sr=0%,土处于干燥状态(这种状态自然界实际很少)。

四、明确各个指标的作用,比较重力密度、干密度、饱和密度、有效重度的大小关系。

 

课题序号

3

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

练习:

土的物理性质指标计算

使用教具

板书

教学目的

1、会推导土的物理性质指标的换算公式

2、会求解土的物理性质指标

教学重点

土的物理性质指标的计算

教学难点

土的物理性质指标的计算

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

复习题(P16)1.8

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

室内土工试验指标

土的质量密度和重力密度、土的含水量、土粒相对密度

计算指标

干密度和干重度、饱和密度和饱和重度、土的有效重度、土的空隙比、土的空隙率、饱和度

新课:

一、土的物理性质指标公式的换算

二、例题求解

例1某一块试样在天然状态下的体积为60cm3,称得其质量为108g,将其烘干后称得质量为96.43g,根据试验得到的土粒比重Gs为2.7,试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。

例2某饱和土样重0.4N,体积为21.5cm3。

放入烘箱内烘一段时间后取出,称得其重量为0.33N,体积减小至15.7cm3,饱和度为75%。

试求该土样烘烤前的含水量w、孔隙比e及干容重γd。

例3实验测得某土样的孔隙比e=0.72,土颗粒的比重Gs=2.61。

求:

(1)孔隙率、干密度及饱和密度;

(2)若该土样的饱和度为60%,计算其天然重度。

课题序号

4

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务3:

无粘性土的密实度

粘性土的物理特征,土的分类

使用教具

板书

教学目的

1、掌握粘性土的物理特征

2、了解工程土的分类

教学重点

粘性土的物理指标

教学难点

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

土的物理性质指标

新课:

一、无粘性土的密实度

无粘性土的范畴:

砂石、碎石土

砂土密实度的评定:

天然孔隙比

标准贯入试验:

在土层钻孔中,利用重63.5kg的锤击贯入器,根

据每贯入30cm所需锤击数来判断土的性质,估算土层强度的一种动力触探试验。

二、粘性土的物理特征

1、界限含水量

液限、塑限、缩限

2、界限含水量的测定

搓条法、锥式液限仪

3、两个指数

(1)塑性指数:

液限和塑限之差的百分数值(去掉百分号),用Ip表示。

粘性土的分类《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

(2)液性指数

三、地基土的工程分类

岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土

其中岩石、碎石土、砂土可用砂石筛分析试验评定,

粉土、粘性土课用塑性指数评定

人工填土分类

 

课题序号

5

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

模块

(2):

土中应力计算

任务1:

土的自重应力

使用教具

板书

教学目的

1、掌握土的自重应力的计算方法

教学重点

土的自重应力的计算方法

教学难点

土的自重应力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

无粘性土的密实度、粘性土的物理特征、地基土的工程分类

新课:

一、自重应力的概念

由于土体本身自重引起的应力。

注意:

土体在自重作用下,在漫长的地质历史时期,已经压缩稳定,因此,土的自重应力不再引起土的变形。

但对于新沉积土层或近期人工充填土应考虑自重应力引起的变形。

二、一般情形下自重应力的计算方法:

1、匀质土层

2、多层土层

土的自重应力曲线的绘制

三、地下水存在时自重应力的计算

计算时注意水下土的重度采用浮重度

四、不透水层存在时自重应力的计算

岩石或者只含强结合水时的坚硬粘土层可认为是不透水层,不透水层面自重应力取以上土和水的总重。

 

课题序号

6

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

练习:

土的自重应力计算

使用教具

板书

教学目的

1、掌握土的自重应力的计算方法

教学重点

土的自重应力的计算方法

教学难点

土的自重应力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

复习题(P30)2.7

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

自重应力的概念、一般情形下自重应力的计算方法、不透水层存在时自重应力的计算

新课:

例1、一地基由多层土组成,地质剖面如下图所示,试计算并绘制自重应力σcz沿深度的分布图。

 

例2、某土层及其物理性质指标如图所示,地下水位在地表下1.0m,计算土中自重应力并绘出分布。

 

课题序号

7

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务2:

基底压力计算

使用教具

板书

教学目的

1、掌握基底压力的概念

2、掌握轴心受压基础的基底压力的计算方法

教学重点

轴心受压基础的基底压力的计算方法

教学难点

轴心受压基础的基底压力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

土中自重应力的计算方法

新课:

一、基底压力的概念

建筑物荷载通过基础传递给地基的压力称基底压力,又称地基反力。

基底压力和地基反力为作用力和反作用力的关系。

二、研究基底压力的意义

研究基底压力是确定地基强度的前提条件。

三、基底压力的分布

基底压力的分布与基础的刚度、地基土的性质、基础埋深及荷载的大小等有关。

基础刚度的影响:

柔性基础:

基底压力与荷载分布相同,变形为中间大两边小。

刚性基础:

基底压力为马鞍形,变形后仍保持平面。

随荷载增大,地基反力分布:

马鞍形→抛物线形→倒钟形。

其他因素的影响:

四、基底压力的简化计算

工程上大多假定基底压力按直线分布

1、轴心受压基础

式中——F作为基础底面形心的竖向荷载,kN;

——A基础底面积,

——G基础及其台阶上回填土的总重,kN;

其中

为基础及回填土的平均重度,一般取20kN/m3,但在地下水位部分应扣去浮力;d为基础埋深,当室内外标高不同时取平均高度。

2、偏心受压基础

基本公式:

当e

当e=l/6时,基底压力呈三角形分布;

当e>l/6时,基底压力,表明基底出现拉应力,此时,基底与地基间局部脱离,而使基底压力重新分布。

 

任务3:

土的附加应力计算

 

课题序号

8

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务3:

土的附加应力计算

使用教具

板书

教学目的

1、掌握土中附加应力的概念

2、熟练掌握竖向集中力作用下土中附加应力的计算方法

教学重点

竖向集中力作用下土中附加应力的计算方法

教学难点

竖向集中力作用下土中附加应力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

基底压力的概念

轴心荷载作用下基底压力的计算方法

新课:

一、附加应力的概念

在外荷载作用下,土中各点均产生附加应力,且通过土料之间的传递向水平与深度方向扩散,附加应力逐渐减小。

二、竖向集中力作用下土中附加应力计算

公式:

令:

则上式改写为:

式中:

k-----集中力作用下的地基竖向附加应力系数,简称集中应力系数。

可查表2.1

三、分布特点

1、集中力作用线上

2、在任一水平线上

3、在r>0的竖直线上

 

课题序号

9

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务3:

土的附加应力计算

使用教具

板书

教学目的

1、熟练掌握均布矩形荷载作用下土中附加应力的计算方法

教学重点

均布矩形荷载作用下土中附加应力的计算方法

教学难点

均布矩形荷载作用下土中附加应力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

复习题(P30)2.8

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

一、附加应力的概念

二、竖向集中力作用下土中附加应力计算

三、分布特点

新课:

一、均布矩形荷载角点下的附加应力

设矩形荷载面长度和宽度分别为l和b,作用于地基上的竖向均布荷载为P0,角点O下任意深度Z的M点的竖向附加应力:

Kc---均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数。

简称角点应力系数。

按照m=l/b、n=z/b查表2.2可得。

二、均布矩形荷载任意点下地附加应力

(a)O点在荷载面边缘。

(b)O点在荷载面内。

(c)O点在荷载面边缘外侧。

荷载面abcd可看成由Ⅰ(ofbg)与Ⅱ(ofah)之差和Ⅲ(oecg)与Ⅳ(oedh)之差合成的。

(d)O点在荷载面角点外侧。

荷载面abcd可看成由Ⅰ(ohce)与Ⅳ(ogaf)两个面积中扣除Ⅱ(ohbf)和Ⅲ(ogde)而成。

课题序号

10

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

练习:

土的附加应力计算

使用教具

板书

教学目的

熟练掌握均布矩形荷载作用下土中附加应力的计算方法

教学重点

教学难点

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

一、附加应力的概念

二、竖向集中力作用下土中附加应力计算

三、分布特点

新课:

【例题1】今有均布荷载p=200kN/m2,荷载面积为2×1m2,如下图所示,求荷载面积上角点A、边点E、中心点O以及荷载面积外F点和G点等各点下z=1m深度处的附加应力。

并利用计算结果说明附加应力的扩散规律。

1、A点下的附加应力:

A点是矩形ABCD的角点,且m=L/B=2/1=2;n=z/B=1,查表3-2得ac=0.1999,故

2、E点下的附加应力:

通过E点将矩形荷载面积划分为两个相等的矩形EADI和EBCI。

求EADI的角点应力系数ac:

查表3-2得ac=0.1752,故

3、O点下的附加应力:

通过O点将原矩形面积分为4个相等的矩形OEAJ,OJDI,OICK和OKBE。

求OEAJ角点的附加应力系数ac:

查表3-2得ac=0.1202,故

4、F点下的附加应力:

过F点作矩形FGAJ,FJDH,FGBK和FKCH。

假设acI为矩形FGAJ和FJDH的角点应力系数;acII为矩形FGBK和FKCH的角点应力系数。

求acI:

查表3-2得acI=0.1363

求acII:

查表3-2得acII=0.0840故

5、G点下的附加应力:

通过G点作矩形GADH和GBCH分别求出它们的角点应力系数acI和acII。

求acI:

查表3-2得acI=0.2016求acII:

查表3-2得acII=0.1202故

 

 

课题序号

11

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

模块(3):

地基的变形

任务:

土的室内压缩试验及沉降观测

使用教具

板书

教学目的

1、熟悉室内压缩试验及指标

2、掌握建筑物沉降观测的意义及方法步骤

教学重点

建筑物沉降观测的意义及方法步骤

教学难点

建筑物沉降观测的意义及方法步骤

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

新课:

一、室内压缩试验

室内压缩试验是取原状土样放入压缩仪内进行试验,压缩仪的构造如图4-1所示。

由于土样受到环刀和护环等刚性护壁的约束,在压缩过程中只能发生垂向压缩,不可能发生侧向膨胀,所以又叫侧限压缩试验.

二、土的压缩性指标

1、压缩系数用表示,定义为某一压力增量下土样孔隙比的改变量。

低压缩性土:

a1-2<0.1MPa-1

中等压缩性土:

0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1

高压缩性土:

a1-2≥0.5MPa-1

2、压缩模量Es:

指土在侧限条件下受压时压应力σz与相应的应变εz之间的比值(单位为MPa或kPa),即

3、土的变形模量是指土在无侧限压缩条件下,压应力与相应的压缩应变的比值,单位也是MPa,它是通过现场载荷试验求得的压缩性指标,能较真实地反映天然土层的变形特性。

压缩模量指土在侧限压缩条件下竖向附加压应力与应变增量之比。

而变形模量指土在无侧限条件下附加压应力与压缩应变之比。

三、沉降观测

1、观测意义

2、沉降观测方法与步骤

课题序号

12

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

模块(4):

土的抗剪强度及地基承载力任务1:

土的抗剪强度计算

任务2:

土的极限平衡条件

使用教具

板书

教学目的

1、掌握库伦定律的相关内容

2、了解土的极限平衡条件

教学重点

库伦定律

教学难点

库伦定律

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

新课:

一、土的抗剪强度

1.土的抗剪强度

土的强度破坏通常是指剪切破坏,即:

在某一个面上的剪应力达到了该面所具有的抵抗剪切破坏的极限能力。

这一极限能力称为土的抗剪强度,通常用s表示。

2.库仑抗剪强度定律

1776年,法国科学家Coulomb在试验的基础上,提出土的强度计算公式,称为库仑抗剪强度定律,即:

砂土:

粘性土:

上式中:

s为抗剪强度,

为破坏面上的法向应力,

为土的粘聚力,

为土的内摩擦角,它们是反映土的抗剪能力的两个指标,称为抗剪强度指标。

二、极限平衡条件

实际应用中,常需判断土中一点是否破坏。

但在同一点处,不同的作用面上的作用力不同,若其中某一个面上的切向力、法向力满足了式(5-1),则认为该点发生了剪切破坏,并称该点处于极限平衡状态。

1、应力圆Ⅰ与强度包线相离,即剪应力

,该点处于弹性状态。

2、应力圆Ⅱ与强度包线在A点相切,即

,该点处于极限平衡状态;应力圆Ⅱ称为极限应力圆。

3、应力圆Ⅲ与强度包线相割,即

,该点处于破坏状态。

在实际的受力状态中,当

时,已发生剪切破坏,故这种应力状态不可能在土体的实际受力状态中出现。

课题序号

13

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务3:

地基承载力的修正及地基勘察

使用教具

板书

教学目的

1、掌握地基承载力的修正方法

2、熟悉地基勘察的相关内容

教学重点

地基承载力的修正方法

教学难点

地基承载力的修正方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

一、室内压缩试验

二、土的压缩性指标

新课:

一、承载力值的修正:

由规范中的表格所查得的一般为地基承载力基本值f0或标准值fk

经过查表及修正后的承载力标准值fk是指基础宽度小于3m,埋置深度等于0.5m时的承载力。

承载力的设计值f是由宽度和深度修正后得到。

宽度和深度的修正公式为:

式中:

f——地基承载力设计值;

fk——地基承载力标准值;

γ1——基底以下土的天然容重,地下水位以下用浮容重;

γ0——基底以上土的加权平均容重,地下水位以下取浮容重。

B——基础宽度(m),当宽度小于3m时按3m计,大于6m时按6m计;

D——基础埋置深度;

ηB,ηD——相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数,按表8-13查用。

可以认为,承载力的设计值就是地基容许承载力的初值。

按f设计基础,经过地基变形验算若满足要求,它就是地基的容许承载力。

课题序号

14

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

项目二:

边坡稳定及挡土墙

模块

(1):

挡土墙

任务1:

土压力的类型,静止土压力

的计算

使用教具

板书

教学目的

1、熟悉挡土墙的类型及土压力的类型

2、掌握土压力的计算方法

教学重点

挡土墙的类型及土压力的类型

教学难点

土压力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

新课:

一、挡土墙的概念及类型

房屋建筑、铁路桥梁以及水利工程中,地下室的外墙,重力式码头的岸壁,桥梁接岸的桥台,以及地下硐室的侧墙等都支持着侧向土体。

这些用来侧向支持土体的结构物,统称为挡土墙。

而被支持的土体作用于挡土墙上的侧向压力,称为土压力。

二、挡土墙的类型

从图中可以看出根据挡土墙发生位移的方向,土压力可以分为以下三种:

(一)静止土压力:

墙后土体不向任何方向发生位移和转动时,作用在墙背上的土压力称为静止土压力。

(二)主动土压力当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动时,这时作用在挡土墙上的土压力减至最小,称为主动土压力。

(三)被动土压力当挡土墙在外力作用下(如拱桥的桥台)向墙背填土方向转动或移动时,墙挤压土,这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大,称为被动土压力。

三、静止土压力的计算

水平向应力为原来土体内部应力变成土对墙的应力,即为静止土压力强度p0:

式中K0称为静止土压力系数,静止土压力强度p0的单位为kPa。

静止土压力沿墙高呈三角形分布,作用于墙背面单位长度上的总静止土压力(P0):

P0的作用点位于墙底面往上1/3H处,单位[kN/m]。

课题序号

15

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务2:

朗肯土压力计算

使用教具

板书

教学目的

1、掌握朗肯土压力理论的基本假设

2、掌握朗肯土压力理论下的主动土压力的计算方法

教学重点

朗肯土压力理论下的主动土压力的计算方法

教学难点

朗肯土压力理论下的主动土压力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

一、挡土墙的概念

二、挡土墙的类型

三、静止土压力的计算

新课:

一、郎肯土压力基本假设:

1、挡土墙为刚体2、墙背垂直、光滑3、填土面水平,其上无超载

二、剪切破坏面所成的角度

三、郎肯主动土压力的计算

1、基本公式:

式中:

Ka—朗肯主动土压力系数,r—土的重度;对于无粘性土:

2、合力的计算:

式中:

课题序号

16

授课班级

授课课时

2

授课形式

讲授

授课章节

名称

任务2:

朗肯土压力计算

使用教具

板书

教学目的

掌握朗肯土压力理论下的被动土压力的计算方法

教学重点

朗肯土压力理论下的被动土压力的计算方法

教学难点

朗肯土压力理论下的被动土压力的计算方法

更新、补

充以、删节

内容

课外作业

复习题(P140)6.2、6.8

教学后记

授课主要内容或板书设计

复习:

一、郎肯土压力基本假设

二、郎肯主动土压力的计算

新课:

朗肯被动土压力:

一、计算公式:

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