《土力学与地基基础》复习总结.docx
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《土力学与地基基础》复习总结
第1章绪论
1、基本概念
土力学:
是用力学的观点研究土各种性能一门科学
地基:
直接承受建筑物荷载的那一部分土层
基础:
将上部结构的荷载传递到地基中的结构的一部分,通常称为下部结构
持力层:
直接与基础地面接触的土层
下卧层:
地基内持力层下面的土层
软弱下卧层:
地基承载力低于持力层的下卧层
天然地基:
未经人工处理就可满足设计要求的地基
人工地基:
地层承载力不能满足设计要求,需进行加固处理的地基
基础埋深:
从设计地面(一般从室外地面)到基础底面的垂直距离
浅基础:
埋深小于5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础
深基础:
借助于特殊施工方法建造的基础。
如桩基、墩基、沉井和地下连续墙
2、地基与基础设计的基本条件
(1)作用于地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力值。
(2)基础沉降不得超过地基变形容许值。
(3)具有足够防止失稳破坏的安全储备。
第2章土的物理性质和工程分类
1、土的结构:
(1)单粒结构;
(2)蜂窝结构;(3)絮状结构
2、土的构造
(1)层状构造;
(2)分散构造;(3)裂隙构造(4)结核状构造
3、土的工程特性
(1)压缩性高;
(2)强度低;(3)透水性大
(2)不均匀程度:
Cu=d60/d10—不均匀系数
Cu≥5,级配不均匀
4、土的颗粒级配
(1)土的粒径:
d60—控制粒径
d10—有效粒径
d30—中值粒径
(3)连续程度:
Cc=d302/(d60×d10)—曲率系数
5、土的物理性质
(1)土的物理性质指标
1)土的密度、有效密度、饱和密度、干密度
土的重度、有效重度、饱和重度、干重度
2)土粒的比重
3)土的饱和度
4)土的含水量
5)土的孔隙比和空隙率
(2)无粘性土的密实度:
(3)粘性土的物理性质:
(4)液性指数和塑性指数
(5)粘性土的灵敏度
(6)粘性土的触变性
饱和粘性土受到扰动后,结构产生破坏,土的强度降低。
当扰动停止后,土的强度随时间又会逐渐恢复的现象,称为触变性。
土的触变性是土的结构联结形态发生变化引起的,是土微观结构随时间变化的宏观表现
第3章土的渗透性与工程降水
1、水在土中任意一点的水头:
如果忽略速度水头,上式可以写成:
2、水力坡降i:
单位渗流长度上的水头损失
3、达西定律
4、动水力J土体中渗流的水对单位体积土体的骨架作用的力,是水流对土体施加的体积力,kN/m3。
水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用,使水头逐渐损失。
同时,水的渗透将对土骨架产生拖曳力,导致土体中的应力与变形发生变化。
这种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为动水压力。
在工程计算中,将土的临界水力坡降除以某一安全系数Fs(2~3),作为允许水力坡降[i]
设计时,为保证建筑物的安全,将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]:
5、流土和管涌
A:
流土:
地下水流动时,若水流的方向由上向下,此时动水力的方向与重力方向一致,使土颗粒压得更紧,对工程有利。
如果地下水水流方向相反,动水力的方向与重力方向相反。
当动水力足够大时,会将土体冲起,造成破坏。
当动水力GD的数值等于或者大于土的浮重度时,土体被水冲起的现象,称为流土。
icr称为临界水力坡降,即将产生流土
B:
管涌
当土体颗粒级配不连续时,水流可将土体粗粒孔隙中充填的细粒土冲走,破坏土的结构,这种作用称作管涌。
长期管涌的结果,形成地下土洞,土洞由小变大,可导致地表塌陷。
C:
流土与管涌的区别
a:
流土发生时水力梯度i大于临界水力梯度icr,而管涌可以发生在任何的情况下
b:
流土发生的部位在渗流逸出处,而管涌发生的部位可在渗流逸出处,也可在土体内部;
c:
流土破坏往往是突发的,而管涌破坏一般有一个时间发展过程,是一种渐进性质的破坏;
d:
流土发生时水流方向向上,而管涌发生时则没有此限制;
e:
只要水力梯度达到一定数值,任何类型的土都可以发生流土破坏;而管涌只发生在有一定级配(如不均匀系数Cu>10)的无粘性土中,且土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径。
第4章土的应力与有效应力原理
1、土中的自重应力
(1)竖向自重应力
由σcz分布可知竖向自重应力的分布规律为:
1)土的自重应力分布线是一条折线,折点在土层
交界处和地下水位处,在不透水层面处分布线有突变;
2)同一层土的自重应力按直线变化;
3)自重应力随深度增加而增大;
4)在同一平面自重应力各点相等。
(2)水平向的自重应力
(3)地下水位的变化对自重应力的影响
2、基础底面的压力
(1)轴心荷载下的基底压力
(2)偏心荷载下的基底压力
3、基底附加压力
4、地基中的附加应力
第5章土的压缩和固结
1、有关概念:
固结:
饱和土压缩的全过程叫做土的固结
瞬时沉降:
施加荷载后,土体在很短时间内产生的沉降
主固结沉降:
依赖于孔隙水压力变化而产生的固结
次固结沉降:
指孔隙水压力完全消散,主固结沉降完成后的那部分沉降
压缩系数:
一般取压缩曲线上M1M2两点切线的斜率值,称为土的压缩系数
压缩指数:
压缩模量:
土在完全侧限条件下竖向应力增量与相应的应变增量的比值
变形模量:
指的是土体在无侧限的情况下单轴受压时的应力和应变之比
体积压缩系数:
先期固结压力:
土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力
正常固结土:
先期固结压力等于现时的土压力pc=p1
超固结土:
先期固结压力大于现时的土压力pc>p1
欠固结土:
先期固结压力小于现时的土压力pc固结度(Ut):
土的固结过程中某一时间t的固结沉降量s1与固结稳定的最终沉降量s之比
2、地基沉降量计算的分层总和法
1)划分薄层hi
①不同土层界面;
②地下水位标高处;
③每层厚度≤0.4b(基础宽度);
2)分别计算每分层界面处的自重应力和附加应力,并画出应力图形
3)确定地基中压力层厚度zn。
采用应力比:
①一般土层:
σz/σsz≤0.2;
②软粘土层:
σz/σsz≤0.1;
4)计算每薄层土沉降量Si
5)计算地基最终沉降量,实际就是将各薄层土沉降量之和s=Si
3、地基变形分类
(1)沉降量
(2)沉降差(3)倾斜(4)局部倾斜
第6章土的抗剪强度
1、土的抗剪强度
第7章土压力
1、土压力的种类
2、土压力的计算
(1)
(2)
3、朗肯土压力理论
4、库伦土压力理论库伦土压力理论的基本假设:
(1)墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c=0);
(2)滑动楔体为刚体;
(3)楔体沿着墙背及一个通过墙踵的平面滑动。
5、特殊情况下土压力的计算
(1)填土表面有均布荷载
(2)墙后填土分层(c=0)
(3)墙后有地下水
第8章地基的承载力
地基变形的三个阶段:
压缩阶段;剪切阶段;塑性流动阶段
地基破坏的三个模式:
整体剪切破坏;局部剪切破坏;冲切剪切破坏
(1)临塑荷载:
指在外荷载作用下,地基中刚刚开始产生塑性变形(局部剪切破坏)时基础底面单位面积上所承受的荷载。
对应荷载——沉降曲线上的Pcr的值。
(2)临界荷载:
地基中塑性变形达到一定深度时,基础底面的压力。
(3)极限荷载:
地基在外荷载作用下产生的应力达到极限平衡时的荷载。
对应荷载——沉降曲线上的pu值。
地基的容许承载力:
第9章土坡稳定分析
简单土坡的稳定分析:
第10章浅基础
1、确定基础埋置深度应考虑的因素
2、无筋扩展基础的设计
(1)基础底面积的确定
1)中心受压:
2)偏心受压:
(2)基础高度的确定——刚性角
(3)软弱下卧层承载力的验算
3、扩展基础的设计
(1)墙下条形基础
(2)柱下独立基础设计
4、减轻建筑物有害变形的措施
(1)建筑措施
(2)结构措施
(3)施工措施
第11章桩基础
1、桩基础的分类(摩擦型桩和端承桩)
按实用功能分:
(1)竖向抗压桩(摩擦型桩和端承桩);
(2)竖向抗拔桩;(3)水平受荷桩;(4)复合受荷桩
按桩身材料分;
(1)混凝土桩;
(2)钢桩;(3)组合材料桩
按施工方法分:
(1)灌注桩(沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩);
(2)预制桩
按成桩过程的挤土效应分:
(1)非挤土桩;
(2)挤土桩;(3)部分挤土桩
2、桩基础的构造要求
3、单桩承载力的确定
(1)单桩竖向极限承载力标准值
(2)单桩竖向特征值
4、桩的负摩阻力
定义:
土和桩身发生相对位移时,土对桩侧的摩擦力才能发挥出来。
若桩的沉降大于周围土体的沉降,土就产生向上的支承桩的摩擦力,称正摩擦力。
反之,若桩周上体的沉降大于桩身沉降,则土就对桩产生向下的摩擦力,此种摩擦力,如同施于桩上的荷载,拉桩下沉,称负摩阻力。
产生条件:
1)欠固结的软土或新填土,由于土层在自重下固结而产生;
2)由于软土表面有大面积堆载或新填土,使桩周的上层产生压缩变形;
3)由于软土层下面透水层中抽水或其它原因,地下水降低,土中有效应力增大而引起桩周土的下沉;
4)在自重湿陷性黄土产生自重湿陷时,也会使桩上产生负摩擦力。
在桩周围的土层相对于桩侧作向下的位移时,土产生于桩侧的摩擦阻力方向向下为负摩擦力。
5)灵敏度较高的饱水粘性土,受打桩等施工扰动(振动、挤压、推移)影响,附加超静孔隙水压力增加,软土触变增强,随后又减弱产生新的固结下沉;
6)大面积软土地区打入挤土桩,使原来地面隆起,桩间土内总应力和孔隙水压力都普遍增高,随后这部分桩间土的固结引起土相对于桩体的下沉;
7)打桩和桩静载荷试验作业过程中,当卸荷和桩身向上回弹时,在桩身上部也可能引起桩表面的负摩擦力。
在上述各种情况下,土的自重和地面上的荷载都将通过负摩擦力传递给桩。
由此可见,桩的负摩擦力问题必定与地基内软弱土层或湿陷性土的存在有关。
这种土层愈厚,负摩擦力的影响也就愈大。
5、桩基础的设计
(1)桩数的计算
对于承受竖向中心荷载的桩基,桩数n:
对于承受竖向偏心荷载的桩基,桩数n:
(2)单桩承载力的验算
(3)承台配筋计算
(4)柱对承台的冲切验算
(5)承台变阶处的冲切验算
(6)角桩对承台的冲切验算
(7)承台的抗剪验算
第12章软弱地基处理
1、软弱地基;不良地基
2、换土垫层法的设计
(1)垫层厚度的验算
(2)垫层宽度