地基基础与土力学期末复习基础

地基：通常把承受建筑物荷载的地层称为地基。基础：它是建筑物的下部结构，它将建筑物承受的各种荷载传递到地基上，属于建筑物的组成部分。粒度:土粒的大小。工程上把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。颗粒级配(粒度成分):工程上常用土中各种不同粒组的相对含量来描述土的颗粒组成情况,这种指标称为土的颗粒级配.土的结构一般分为：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。界限含水率：粘性土从一种状态变化到另一种状态的含水率。分为：液限WL(用锥式液限法测定，美国日本用蝶式液限仪测定）、塑限Wp（搓条法测定）、缩限Ws。液限WL——粘性土从可塑状态转变到流塑状态时含水量的分界值，称为粘性土的液限，记为WL。塑限Wp——粘性土从可塑状态转变到半固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的塑限，记为Wp缩限Ws——从半固体状态转变到固体状态时含水量的分界值，称为粘性土的缩限，记为Ws。相对密度Dr:用天然孔隙比与同一种砂的最松状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比，比较e靠近emax或靠近emin的程度，以此来判别它的密实度。这个指标就是相对密度Dr,即Dr=(emax-e)/(emax-emin);Dr0.67为密实的；0.67=Dr0.33为中密的；0.33~0.22为稍松的；0.2~0为极松的土的渗透性：土允许水透过的性质称为土的渗透性。渗流：土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象。达西定律：水在土中的渗透速度与土的水力梯度成正比ν=k·i或q=kiA水力梯度i=(H1-H2)/L土的渗透系数测定方法：室内常水头渗透试验、变水头渗透试验、现场抽水试验。击实试验的目的：确定最大干密度和最优含水率。影响土压实效果的因素：土类及级配的影响、击实功能和含水率。粉土：介于砂土与粘性土之间，塑性指数Ip≤10，且d0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土。粘性土：塑性指数大于10的土。10~17为粉质粘土；17及以上为粘土。土中应力是指土体在自身重力、建筑物荷载及其他因素作用下，土中所产生的应力。分为自重应力和附加应力。压缩系数a：土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值.a=-de/dp=（e1-e2)/(p2-p1)；a1-20.1MPa-1为低压缩性土，0.1~0.5为中压缩性土，0.5及以上为高压缩性土。压缩指数Cc:其值的大小同样反映了土体压缩性的高低Cc=(e1-e2)/(lgp2-lgp1)；Cc0.2为低压缩性土，0.2~0.4为中压缩性土，0.4以上为高压缩性土。压缩模量ES::完全侧限条件下，土中竖向附加应力Δp与其相应应变增量Δε的比值称为土的压缩模量，记为ES=Δp/(ΔH/H1).现场载荷试验：现场载荷试验是通过承压板把施加的荷载传到地层中。其实验装置由加荷装置，反力装置和沉降量测装置。其中加荷装置包括承压板、千斤顶及稳压器等，反力装置常用平台堆载或地锚。沉降装置包括百分表和基准短桩、基准梁等。三个变形阶段：直线变形阶段，局部剪裂阶段，完全破坏阶段。分层总和法（地基最终沉降量的计算）：是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出地基最终沉降量。计算原理：（1）地基土受荷后不能发生侧向变形；（2）按基础底面中心点下附加应力计算土层分层的压缩量；（3）基础最终沉降量等于基础底面下压缩层范围内各土层分层压缩量的总和。我们将基础底面下压缩层范围内的土层划分为若干分层，现分析第i分层的压缩量的计算方法.在建筑物建造以前，第i分层仅受到土的自重应力作用，在建筑物建造以后，该分层除受自重应力外，还受到建筑物荷载所产生的附加应的作用。如前所述，在一般情况下，土的自重应力产生的变形过程早已完结，而只有附加应力（新增加的）才会产生土层新的变形，从而使基础沉降。由于假定土层受荷后不产生侧向变形，所以它的受力状态与压缩试验时土样一样，故第i层的压缩量可按下式计算：Si=Δεihi,其中Δεi=（e1i-e2i)/(1+e1i),代入上式，得：Si=（e1i-e2i)hi/(1+e1i),则地基总沉降量：S=S1+S2+...式中：S—地基最终沉降量；e1i—第i分层在建筑物建造前，在土的平均自重应力作用下的孔隙比；e2i—第i分层在建筑物建造后，在土的平均自重应力和平均附加应力作用下的孔隙比；hi—第i分层的厚度，为了保证计算的精确性，一般取hi≤0.4b（b为基础宽度）；n—压缩层范围内土层分层数目。地基最终沉降量分层总和法计算步骤:(1）按比例尺绘出地基剖面图，划分计算薄层；（2）计算基底的附加应力和自重应力；（3）确定地基压缩层厚度；（4）将压缩层范围内各土层划分成厚度为hi≤0.4b（b为基础宽度）的薄土层；（5）绘出自重应力和附加应力分布图（各分层的分界面应标明应力值）；（6）按公式ΔSi=（e1i-e2i)hi/(1+e1i)=σzihi/Esi计算各分层的压缩量；（7）按公式算出地基总沉降量。地基变形的特征:建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等。防止建筑物有害变形的措施：1、减小地基沉降量：内因方面,可在修建之前预先对地基进行加固处理;外因方面可减小基础地面的附加应力。2、减小沉降差：尽量避免复杂的平面布置并避免同一建筑物各组成部分的高度以及作用荷载相差过多；在可能产生较大差异沉降的位置设置沉降缝；设计尽量使上部荷载中心受压，均匀分布；加强基础的刚度和强度；增加上部结构对基础不均匀沉降的调整作用；预留吊车轨道高程调整余地；妥善安排施工顺序；防止施工开挖、降水不当，恶化地基土的工程性质；控制大面积地基堆载的高度、分布和堆载速率；人工补救措施。土的极限平衡强度理论：ττf时，该平面处于弹性平衡状态；τ=τf时，处于极限平衡状态；若继续加载，则土体不能承受更大的剪应力，此时土体已经发生剪切破坏。直剪试验（土的抗剪强度试验方法）：快剪试验；固结快剪试验；慢剪。直接剪切仪优点：具有构造简单、操作方便等。缺点：剪切面限定在上下盒之间的平面上；剪切过程中试样内的剪应变分布不均匀，应力条件复杂；剪切过程中试样面积逐渐减小，且垂直荷载会发生偏心，而在计算抗剪强度时仍按试样的原截面计算；试验时不能严格控制排水条件，无法量测孔隙水压力。地基的破坏类型：整体剪切破坏，局部剪切破坏，刺入剪切破坏。地基承载力的确定方法：1.原位试验2.理论公式.土压力：挡土墙后的填土因自重或荷载作用对墙背产生的侧向压力称为土压力。分为主动土压力Ea，被动土压力Ep，静止土压力Eo.EaEoEp.土坡分类：按形成原因（天然土坡，人工土坡）；按组成材料（无粘性土坡，粘性土坡，岩坡）；按断面形状（简单土坡，复杂土坡）。影响土坡稳定的因素：土坡坡度，土坡高度，土的性质，土层结构，气象条件，地下水的渗透，地震，人为影响。防治土坡失稳的措施：1土坡设计:土坡设计应保护和整治土坡环境,土坡水系应因势利导,设置排水设施.营造植被.建筑物的布局应依山就势,防止大挖大填.场地平整时,应采取确保周边建筑物安全的施工顺序和工作方法.2土坡开挖:土坡的坡度允许值应根据当地经验参照同类土层的稳定坡度确定.采取排水设施,又上往下开挖,依次进行.开挖后立即对土坡进行防护处理.3产生滑坡时应采取的措施:排水,卸载,当没有条件进行上述措施时就需要使用结构性工程措施对土坡进行加固.工程地质勘察常用的主要方法：1、工程地质测绘；2、工程地质勘探；3、工程地质原位测试；4、工程地质现场监测。工程地质勘察报告的基本内容：勘察目的、任务要求和依据的技术标准；拟建工程概况；勘察方法和工作布置；场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；各项岩土性质指标、岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；地下水埋藏情况、类型、水位及其变化；土和水对建筑材料的腐蚀性；可能影响工程稳定的不良地质作用等描述和工程危害程度的评价；场地稳定性和适宜性的评价。浅基础的类型：浅基础按结构形式及组成材料可分为无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础及岩层锚杆基础等。浅基础的设计内容：1充分的掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料。2根据上部荷载的性质、类型、分布选择基础的类型和平面布置。3选择地基持力层和基础的埋置深度4.确定地基承载力.5.按地基承载力确定基础的底面尺寸。6.进行必要的地基稳定性验算、使地基安全稳定不至于破坏。7.进行基础的结构设计8绘制基础施工图，并提出必要的设计说明。桩基础的适用范围：（1）高层建筑、高耸构筑物及重型厂房等结构荷载很大，若采用浅基础，承载力和变形不能满足要求；（2）天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物；（3）因施工方法、经济条件及工期等因素制约，不适用于进行地基处理的情况；（4）地基存在震陷性、湿陷性、膨胀性等不良土层，或上覆土层为强度低、压缩性高的软弱土层，不能满足建筑物对地基的要求；（5）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；（6）需要减弱其震动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；（7）处于流动水域中的桥梁基础，可能因冲刷深度较大而危机基础稳定的情况；（8）需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础。桩基础的类型：1、按承台位置的高低分(高承台桩基础，低承台桩基础）2、按桩的使用功能分（竖向抗压桩，竖向抗拔桩，水平荷载桩，复合受力桩）按施工方法（沉桩，灌注桩）4、按承载性质不同(摩擦桩，端承型桩）5、按设置效应分（挤土桩，部分挤土桩，非挤土桩）。负摩阻力：桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。在下列环境下应考虑桩侧负摩阻力作用：①在软土地区，大范围地下水位下降，使桩周土中有效应力增大，导致桩侧土层沉降；②桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载(包括填土)时；③桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时；4冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的沉陷。桩的质量检验：（1）开挖检查（2）抽芯法（3）声波检测法（4）动测法（5）静载试验法。建筑物地基变形特征，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜四种。桩基础的设计内容：1、桩的类型和几何尺寸的选择2、单桩竖向承载力的确定3、确定桩的数量、间距和平面布置4、桩基承载力和沉降验算5、桩身结构设计6、承台设计7、绘制桩基施工图。地基处理的对象：软弱地基和特殊不良地基。软弱土地基处理方法：1换填垫层法，2排水固结法，3振密挤密法，4置换及拌入法，5加筋法，6其他方法。地基承受上部建筑物荷载，将会产生变形，从而引起建筑物的沉降或倾斜。粘性土的抗剪强度取决于剪切面上的摩阻力，土的种类密实度，含水量以及土的结构有关。在基础的底面以下承受由建筑物上部传来荷载的那一部分地层称为该结构物的地基。负摩阻力：在ln深度内桩周土相对于桩侧向下位移，桩侧摩阻力朝下，为负摩阻力；在ln深度以下，桩截面相对于桩周土向下位移，桩侧摩阻力朝上，为正摩阻力。a.负摩阻力的存在造成桩侧正摩阻力减小负摩阻力更是对桩身施加的附加荷载从而引起桩基实际荷载的增加和有效承载力的降低b.负摩阻力的出现大大地减少了桩侧土体提供的荷载抗力使桩的承载力依靠中性点以下桩侧和桩端土体来提供使得桩端土体沉降的增加而造成桩基沉降的增加c.负摩阻力形成了对桩基的附加荷载造成桩身轴力的增大并使得桩身最大轴力不出现在桩顶而是出现在中性点处从而降低了桩身强度安全度。竖向荷载下单桩承载力的确定：单桩竖向承载力由两个方面因素所决定：一是地基土对桩的支承能力；二是桩本身材料的强度。一般情况下，单桩的竖向承载力由地基土的支承能力所决定。这是因为正常情况下的桩身材料强度往往不能得到完全发挥，只有对端承桩及少数桩身存在质量缺陷的情况下才可能由桩身强度决定其竖向承载力（通过单桩静载试验确定；按桩身材料强度确定；按地层的支承力确定）。软弱地基的特性：1、淤泥及淤泥质土（其工程特性主要是具有触变性、高压缩性、低透水