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1、7土的三个物理实验与指标土的密度 定义：土单位体积的质量测定方法：一般用“环刀法”测定，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平地原状土样面上，徐徐削去外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内的土样质量，求得它与环刀容积之比值即为密度。土的相对密度（比重） 土粒密度与4时纯水密度之比在实验室内用比重瓶法测定，使用于粒径小于5mm或含少量5mm颗粒的土。原理是将颗粒放入盛有一定水的比重瓶中，排开的水量即为实验的体积，土粒质量可用精密天平测得。若土中含大量的可溶盐类有机质胶粒，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用排气法排气。土的含水量 土中水的质量与土粒质量之比一般

2、用“烘干法”测定。先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内维持100-105烘至恒重，在称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。8其他物理性质指标孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比孔隙率：土中孔隙所占体积与总体积之比，用百分数表示饱和度：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数计干重度：土粒重力与总体积之比干密度：土粒质量与总体积之比饱和重度：孔隙中全部充满水的总重力与总体积之比，即饱和度为100%时土的重力密度饱和密度：土中孔隙完全被水充满时的密度有效重度（浮重度）：土体淹没在水下时的有效重力与总体积之比有效密度（浮密度）：土粒质量与同体积水的质量之差与总体积

3、之比饱和重度重度干重度有效重度（浮重度）9无黏性土物理状态指标无黏性土一般指砂（类）土和碎石（类）土。其物理状态主要决定于土的密实程度。密实度三个判定标准：孔隙比、相对密实度、现场标准贯入试验标准贯入试验是一种原位测试方法，是用规定的锤重（63.5kg）和落距（76cm）把标准贯入器（带有刃口的对口器，外径50mm，内径35mm）打入土中，记录贯入一定深度（30cm）所需要的锤击数N值的原位测试方法。根据标准贯入锤击数N划分砂土的密实度：N值 密实度N10 松散10N15 稍密15N30 中密N30 密实10黏性土的物理状态指标与物理特征黏性土最主要的物理状态是稠度。稠度是指土的软硬程度或土对

4、外力引起变形或破坏的抵抗能力。稠度界限（界限含水量、阿太堡界限）：稠度状态之间的转变界限。常用稠度界限有液性界限和塑性界限。液限：土从塑性状态转变为液性状态时的含水量（液限仪测定）塑限：土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量（搓条法测定）塑性指数：液限与塑限的差值（去掉百分号）液性指数：黏性土天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数I00I0.250.25I0.750.75I1.0I1.0黏性土软硬状态的划分计算塑性指数与液性指数，判定黏性土状态P2711地基土地基土分成六大类，即岩土、碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土。碎石土：指粒径大于2mm颗粒含来那个超过总

5、质量50%的土砂土：指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50%，而粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的50%的土黏性土：指塑性指数Ip10的土粉土：塑性指数Ip10且粒径大于0.075mm的颗粒不超过总质量的50%的土。土的渗透性与渗流1. 渗透变形（渗透破坏）：土工建筑及地基由于渗透作用而出现变形或破坏。2. 渗透变形的类型流土：指在向上渗流作用下，局部土体表面隆起，或者颗粒群同时启动而流失的现象。主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。基坑或渠道开挖时所出现的流砂现象是流土的一种常见形式。管涌：指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙-涌土。土中应力分布与计算1. 自重应力：

6、指土体受到自重作用所产生的应力2. 附加应力：指由土体受外荷载以及地下渗流、地震等作用下附加 产生的应力增量。土的压缩性与地基沉降计算1 土的压缩性及其指标土的压缩性：土体在压力作用下体积缩小的特性。压缩性指标：压缩系数、压缩指数、压缩模量、土的体积压缩系数压缩系数a：土体在侧限条件下孔隙比缩小量与竖向有效压力增量的比值，即e-p曲线中某一压力段的割线斜率。通常采用压力段由=0.1MPa（100kPa）增加到=0.2MPa（200kPa）时的压缩系数来评定土的压缩性，如下：0.1MPa 低压缩性土0.10.5MPa 中压缩性土0.5MPa 高压缩性土压缩指数C土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向

7、有效压力常用对数值增量的比值，即e-lgp曲线中的某一压力段的直线斜率。土的压缩模量（侧限模量）E土体在侧限条件下竖向附加压应力与竖向应变的比值土的体积压缩系数m土体在侧限条件下体积应变与竖向压应力增量之比，即在单位压力作用下土体单位体积的体积变化。压缩指数、压缩系数、体积压缩系数越大，土的压缩性越高。土的压缩模量值越小，土的压缩性越高。2地基沉降随时间的变化规律土中有效力：指土中固体颗粒（土粒）接触点传递的粒间应力饱和土中任意点的总应力总是等于有效应力加上孔隙水压力或有效应力总是等于总应力减去孔隙水压力土的固结度：指地基土在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形（沉降）量与最终固结变形（

8、沉降）量之比3. 地基最终沉降量计算地基最终沉降量：地基变形完全稳定时地基表面的最大竖向变形（一）按分层总和法计算最终沉降量基本假定：（1） 土受压时，只产生土的压缩变形，无侧向位移（即按有侧限压缩公式计算）（2） 地基土中的附加应力按基础中心点的最大值考虑（3） 地基最终沉降量只考虑土受压层范围内各土层的压缩量之和计算步骤（1） 计算基础底面的附加压力。（2） 计算地基土的自重应力、附加应力并绘出分布曲线（3） 按0.2（软土取0.1）确定压缩层厚度（从基地算起）（4） 按0.4b或1-2m（通常为1m）划分地基土为若干层（对于成层土的层面和地下水面应为分层面）（5） 低i层土厚度为h，其压

9、力由P（自重应力平均值）增加到P（自重应力平均值+附加应力平均值），则第i层土的压缩变形量，即沉降量为s，地基最终沉降量（二）按规范修正公式计算地基最终沉降量修正的分层总和法采用侧限条件的压缩指标，但引入了地基平均附加应力系数计算，规定了地基沉降量计算深度的新标准以及提出了地基沉降量计算经验系数，使得计算成果接近于实测值。4. 应力历史对地基沉降的影响先（前）期固结压力：天然土层在历史上受过最大的固结压力根据先期固结压力划分的三类土（主要为黏性土和粉土）：正常固结土 先期固结压力等于现有覆盖土重超固结土（超压密土）先期固结压力大于现有覆盖土重欠固结土 先期固结压力小于现有覆盖土重影响土抗剪强度

10、的因素（1） 土的矿物成分、颗粒形状和级配的影响对黏性土来说，主要是矿物成分的影响。一般情况下，黏性土的抗剪强度随黏粒和黏土矿物含量的增加和增大，随胶体活动性的增强而增大。对砂性土来说，主要是颗粒的形状、大小及级配的影响。一般情况下，在土的颗粒级配中，粗颗粒越多、形状越不规则、表面越粗糙，土内摩擦角越大，抗剪强度也越高。（2） 含水量的影响随含水量的增高土抗剪强度降低，含水量对砂土抗剪强度的影响很小，对黏性土抗剪强度影响很大。影响主要有两方面：一粗颗粒之间的润滑作用，摩阻力减小；二黏土颗粒表面结合水膜的增厚使原始黏聚力减小。（3） 原始密度的影响一般情况下，土原始密度越大，其抗剪强度越高（4）

11、 黏性土触变性的影响触变性：黏性土的强度因受到扰动而削弱，但经过静置可得到一定程度的恢复在黏性土地基中进行钻探取样时，土样受到明显扰动，由于黏性土的触变性，试样不能反映其天然强度，土灵敏度愈大，影响愈明显。（5）土的应力历史的影响土体受力历史不同，影响土体强度的试验结果土压力与挡土墙设计1 土压力类型同样高度的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，被动土压力E静止土压力E主动土压力E影响土压力的因素：（1） 挡土墙的移动方向和位移量（2） 挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式（3） 墙后填土的性质，包括填土的重度、含水量、内摩擦角和黏聚力的大小及填土面的倾斜程度。2 朗肯土压力理论假设条件：（1

12、） 挡土墙背垂直（2） 墙后填土表面水平（3） 挡墙背面光滑即不考虑墙与土之间的摩擦力计算（书P152 例1 2 3 4）3 挡土墙设计挡土墙类型：重力式挡土墙 墙体稳定性靠墙身自重。具有结构简单、施工方便、能够就地取材等优点，是工程中应用较广的一种型式悬臂式挡土墙 墙体稳定主要靠墙踵底板上的土重，墙内拉应力由钢筋承担。能充分利用钢筋混凝土的受力特性，墙体截面较小。在市政工程以及厂矿贮库中广泛应用这种挡墙。扶壁式挡土墙 当挡土墙填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙中立臂的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁。锚定板与锚杆式挡土墙 依靠填土与结构的相互作用力而维持其自身稳定。与重力式挡土墙

13、相比，其结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便，特别适用于地基承载力不大的地区。必须保证锚定板的抗拔力大于墙面上的土压力，并满足土的摩擦阻力大于由土自重和超载引起的土压力。其他类型挡土墙 板桩墙式深基坑开挖的一种临时性支护结构。5. 挡土墙稳定性验算：抗倾覆稳定性验算：K1.6抗滑动稳定性验算：1.36墙背倾斜型式仰斜、直立、俯斜对于墙背不同倾斜方向的挡土墙，如用相同的计算方法和计算指标进行计算，其主动土压力以仰斜为最小，直立剧中，俯斜最大。因此就墙背所受的主动土压力而言，仰斜墙背较为合理。如在开挖临时边坡以后筑墙，采用仰斜墙背可与边坡紧密贴合，而俯斜墙则须在墙背回填土，因此仰斜墙比较合理

14、。反之，如果在填方地段筑墙，仰斜墙背填土的夯实比俯斜墙或直立墙困难，此时俯斜墙和直立墙比较合理。从墙前地形的陡缓看，当较为平坦时，用仰斜墙背较为合理。如墙前地形较陡，则宜用直立墙，因为俯斜墙的土压力较大，而用仰斜墙时，为了保证墙趾与墙前土坡面之间保持一定距离，就要加高墙身，时砌筑工程量增加。7排水措施（为什么要设置）挡土墙所在地段往往由于排水不良，大量雨水经墙后填土下渗，结果使墙后土的抗剪强度降低，重度增高，土压力增大，有的还受水的渗流或静水压力影响，在一定条件下，或因土压力过大，或因地基软化，结果造成挡土墙的破坏。并且若填土冻胀，则会使挡土墙开裂或倒塌。因此挡土墙必须有良好的排水设施，以免墙

15、后填土因积水而造成地基松软，从而导致承载力不足。土坡稳定分析1 土坡的稳定安全系数与坡高坡角关系2 瑞典条分法见书P161地基承载力1. 地基剪切破坏的三种模式及特点（1）整体剪切破坏当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角压密区I，这时p-s曲线呈现直线关系。随着荷载增加，压密区向两侧挤压，土中出现塑性区，从基础边缘处逐步扩展为II、III塑性区，这是p-s曲线呈现曲线性状。当荷载大道极限值以后，土中形成连续滑裂面，并延伸到地基土表面，土从基础两侧挤出并隆起，地基沉降量急剧增加，导致地基失稳破坏，如p-s曲线a所示有一个明显的转折点。整体剪切破坏一般出现在浅埋基础下的密砂或者硬黏土等坚实地基中

16、。（2）局部剪切破坏随着荷载的增加，地基中也出现压密区I和塑性区II，但是塑性区的发展被限制在地基中的某一范围内，地基中的滑裂面并不延伸到地基表面，仅在基础两侧地面微微隆起，不出现明显的裂缝。其p-s曲线也有一个拐点，但不像整体剪切破坏那样显著，拐点以后的沉降也没有出现类似整体破坏那样的急剧增加。局部剪切破坏一般发生于中等密砂中。（3）冲剪破坏（刺入剪切破坏）随着荷载增加，基础下土层发生压缩变形，基础随之下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体发生竖向剪切变形，使基础刺入土中。地基的侧向变形较小，基础两侧的土体也没有明显移动以及隆起现象。随着荷载的增大而增加，冲剪破坏的P-S图曲线上没有明显的拐

17、点，没有比例极限和极限荷载。冲剪破坏通常发生在松砂及软土地基中。2地基整体剪切破坏的三个阶段（1）压密阶段（直线变形阶段） p比例界限（临塑荷载）（2）剪切阶段 p地基的极限荷载（3）破坏阶段3地基容许承载力：考虑一定安全储备后的地基承载力临界荷载：把土中塑性区开展到不同深度时所对应的荷载临塑荷载：地基土中将要出现但是尚未出现塑性区，即塑性区开展深度为0时的浅基础基地压力（考题类似：以下哪个荷载最小）浅基础1浅基础：通常将埋置深度较浅（一般在5m以内），且施工简单的基础。2浅基础的类型（考题类似：哪个不是深或浅基础）（1）无筋扩展基础（刚性基础）：指由砖、块石、素混凝土、三合石和灰土等材料建造

18、的基础。（2）扩展基础（柔性基础）：指柱下钢筋混凝土独立基础（现浇台阶形基础、现浇锥形基础和预制柱的杯口形基础）和墙下钢筋混凝土条形基础。（3）柱下钢筋混凝土条形基础和十字交叉钢筋混凝土条形基础（4）筏板基础：有柱下筏板基础（平板式和梁板式（下梁板式、上梁板式）和墙下筏板基础（5）箱型基础3基础埋置深度：一般是指基础底面至设计底面的垂直距离。基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天然地面以下不小于0.5m，基础顶面应低于设计地面0.1m以上。4基础沉降分类沉降量：独立基础或刚性特别大地基础中心的沉降量 对于单层排架结构的桩基，应限制其沉降量，尤其是多跨排架中受荷较大的中排桩基的沉降量，以免支承于其

19、上的相邻屋架发生相对倾斜而使两端部相互碰撞。沉降差：两相邻独立基础中心点沉降量之差 对于框架结构和单层排架结构、砌体墙填充的边排架，设计计算应由沉降差来控制，并要求沉降量不宜过大。倾斜：独立基础在倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值 对于高耸结构物、高层建筑物，控制地基特征变形的主要是整体倾斜局部倾斜：砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值 对于砌体承重结构，房屋的损坏主要是由于墙体挠曲引起的局部弯曲，而引起房屋外墙由拉应变形成的裂缝，故地基变形主要由局部倾斜控制5刚性角：台阶宽度与其高度比值的允许值所对应的角度6减轻建筑物不均匀沉降危害的措施（把握大点即可，可不必展开）一

20、建筑措施（1）建筑物体型应力求简单（2）控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙（3）设置沉降缝（4）控制相邻建筑物基础间的净距（5）调整建筑物的标高：室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量适当提高；建筑物各部分或设备之间有联系式，可将沉降较大者的标高予以提高；建筑与设备之间，应留有猪狗的净空。二结构措施（1）减轻建筑物自重：减少墙体重量；选用轻型结构；减少基础和回填土的重量（2）增强建筑物的整体刚度和强度：对于砌体承重结构房屋，控制长高比以及合理布置纵横墙的措施；设置圈梁；加强基础刚度（3）减小或调整基地附加压力：设置地下室；调整基地尺寸（4）选用非敏感性结构三施工措施（1）合理安排施工顺序（

21、2）注意施工方法深基础设计及其他深基础1桩基础：通过承台把若干根单桩连接成为整体，共同承受动静荷载的一种深基础。2桩的类型：成桩方法对土层的影响划分：挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩桩体材料划分：天然材料桩、混凝土桩、钢桩、水泥土桩、砂浆桩、特种（改良）型桩桩的承载性状和使用功能划分：竖向抗压的桩、侧向受荷桩、抗拔桩、复合受荷桩按施工工艺划分：灌注桩、预制桩3产生桩侧负阻力的条件第一类情况为桩周土在自重作用下固结沉降或浸水导致土体结构破坏、强度降低而下沉（湿陷），例如桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层或进入相对较硬土层等第二类情况为外界荷载作用导致桩周土固结沉降，如桩周存在软弱土层，邻

22、近桩侧底面承受局部较大的长期荷载或大面积地面堆载（包括填土等）第三类情况为因降水导致桩周土中有效应力增大而固结。软土地区由密集桩群施工造成的土隆起和随后的再固结，也会产生桩侧负摩阻力1. 土是由固体颗粒，水和气体组成的三相体系。土中的固体颗粒大小，形状，矿物成分及其组成情况是决定土的物理性质的重要因素。2. 工程上把Cu3. 土粒的矿物成分有两大类：一类是原生矿物，常见的如石英，长石，云母等。另一类是次生矿物，主要是黏土矿物。黏土矿物依硅片和铝片的组叠形式不同，可分成蒙脱石，伊利石和高岭石三种类型。蒙脱石的主要特征是颗粒细微，具有显著的吸水膨胀，失水收缩的特性，或者说亲水能力强。4. 结合水是

23、指附着于土粒表面的水，受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动，其冰点低于零度。5. 土的构造：层状构造，分散构造，结核状构造，裂隙状构造。6. 土的三项指标定义：V-土的总体积；Vv-土的孔隙部分体积；Vs-土的固体颗粒实体的体积；Vw-水的体积；Va-气体体积；m-土的总质量；mw-水的质量；ms-固体颗粒质量。1cm3 水的质量等于1g，故在数值上Vw=mw。7. 土的密度 =m/v =g=9.8；土粒相对密度ds=ms/Vs*1/w1 ;土的含水量 w=mw/ms *100%；孔隙体积与土粒体积之比：e=Vv/Vs.8. 标准贯入锤击数N值确定砂土密实度：

24、N值密实度N=10松散15=30中密1030密实9. 塑性指数。塑性的基本特征是：物体在外力作用下，可被塑造成任何形态，而整体性不破坏，即不产生裂隙。外力除去后，物体能保持变形后的形态，而不恢复原状。Ip=Wl-wP 10. 液性指数。IL=（W-Wp）/IP11. 建筑地基基础设计规范把建筑物的地基土分成六大类：岩石，碎石土，砂土，粉土，黏性土和人工填土。其中，碎石土是指粒径大于2mm颗粒含量超过总质量50%的土；砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量50%，而粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的50%的土。12. 渗透变形：土工建筑及地基由于渗透作用而出现变形或破坏称为渗透变

25、形或渗透破坏。两种基本形式：流土和管涌。流土是指在向上渗流作用下，局部土地表面隆起，或者颗粒群同时起动而流失的现象。管涌是指在渗流作用下土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙道中发生移动并被带走的现象。13. 地基中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力和附加应力。自重应力是指土体受到自重作用所产生的应力。14. 地下水位下降，使地基中自重应力也相应发生变化，即地基中有效自重应力增加，从而引起地面大面积沉降的严重后果。地下水位长期上升会引起地基承载力的减少或湿陷性土的塌陷现象。15. 土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的特性。16. 土的压缩系数的定义是土体在侧限条件下孔隙比减小量与竖向有效压

26、应力增量的比值。17. 设计规范规定，通常采用压力段由P1=0.1Mpa增加到P2=0.2Mpa时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性，如：a1-20.1Mpa-1时，为低压缩性土；0.1=a1-2=0.5Mpa-1时，为高压缩性土。18. 压缩模量:Es=（1+e1）/a19. 土的体积压缩系数：mv=1/Es20. 土中的有效应力是指土中固体颗粒接触点传递的粒间应力。21. 饱和土中任意点的总应力总是等于有效应力加上孔隙水压力，或有效应力总是等于总应力减去孔隙水压力。22. 土的固结度是指地基土在某一压力作用下，经历时间t所产生的固结变形量与最终固结变形量之比，亦称固结百分数，或土层中超孔隙

27、水压力的消散程度，即U=Sct/Sc=（u0-u）/u023. 按分层总和法计算最终沉降量，计算原理：土受压时，只产生土的压缩变形，无侧向位移地基土中的附加应力按基础中心点的最大值考虑地基最终沉降量只考虑土受压层范围内各土层的压缩量之和。24. 天然土层受固结压力可分为：正常固结土，超固结土，欠固结土三类。25. 土压力类型：静止土压力E0：墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或平移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态。主动土压力Ea：挡土墙在填土压力作用下，背离填土方向移动或沿墙根转动，土压力逐渐减小，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。Ep被动土压力：挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力。三者大小关系：EpE0Ea26. 挡土墙类型：重力式挡土墙悬臂式挡土墙扶壁式挡土墙锚定板与锚杆式挡土墙其他类型挡土墙（混合式，构架式，板桩，土钉，内撑）27. 抗倾覆稳定性：Kt=1.6 ；抗滑动稳定性：Ks=1.3 ；28. 排水措施：挡土墙必须有良好的排水措施，以免