教 案
2008 -2009 学年第一学期
课 程 名 称： 地基与基础 课 程 编 号：
系别、专业、年级： 建工0701-06 任 课 教 师： 张营
教 师 所 在 单 位： 建筑工程系-结构教研室
济南工程职业技术学院
课程及教材简介
教研室负责人签字
年 月 日
教学大纲
授课时间 9 月 15 日 第 1 次课 授课章节 绪论 方法：讲授法、谈话法、讨论法、案例教学法 任课教师 及职称 张营（助教） 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、 使学生了解地基基础这门课主要讲授的内容和所要掌握的理论知识及实践技能 2、 使学生了解地基与基础在工程中的应用及重要性 3、 通过讲解一些基础工程的例子，让学生对这门课产生浓厚的兴趣，提高学生主动学习的积极性 4、 掌握土力学及地基基础一些基本概念 5、 了解一些典型的基础工程实例 教学重点、难点： 1、 理解掌握土力学与地基基础的关系 2、 重点理解土力学及地基基础的基本概念 3、 掌握本门课所要学习的重点及知识点 课时分配计划 1、对课程描述，课程的学习目标介绍（15分钟） 2、列举基础工程实例（20分钟） 3、讲授本节主要内容 （40分钟） 4、列举课本工程实例（10分钟） 5、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 1、 地基的概念 2、 基础的概念及分类 下次课预习要点： 1、 土的成因与结构 2、 土的组成
实施情况及课后教学效果分析 通过列举基础工程实例，学生对本门课产生了浓厚的兴趣，并且对一些简单的基础工程施工有所了解，能使学生在今后的学习中有的放矢，提高了学生自主学习的积极性。教学效果较好。
教学内容与过程： 英文名称：Soil Mechanics and Foundation Engineering 千里之行始于足下，万丈高楼平地起。 一、课程描述 1、本课程是工民建、公路与桥梁类专业的一门实践性较强的技术基础课。 2、本课程主要内容是讲授土质、土力学及基础工程中的基本理论知识，以土力学地基基础为重点。从土的成因出发，分析土的本质特征，强度，变形机理，对其工程性质作出定性评价；在此基础上研究各种常见的分散体由荷载作用引起的力学方向的变化规律，包括土中应力，强度稳定性，应力应变关系。并运用于地基处理、天然地基上浅基础的设计和计算，桩基础的计算原理及桩基础承载能力的计算中，介绍浅基础，桩基础、沉井基础的施工方法。本课程的任务是使学生具有地基土的基本物理性质及土力学的基本知识；了解地基处理各种方法；能进行桥梁浅基础设计；学会基本土工试验的操作技能。 3、根据本课程所需力学知识，并以岩土知识为依托，应安排在学完《工程力学》、《工程地质学》课程后进行。 二、课程目标 学习本课程后，学生能够达到下列课程目标： 1、知识目标：认识土的三相组成及工程性质，了解土的工程分类和各基础的初步设计，以及地基基础的处理方法；掌握土力学的基本理论，基础施工的工序步骤。 2、技能目标：进行 “天然地基浅基础”或 “桩基础”课程设计，并做相应的土质土力学实验。具备操作土工试验的技能与能力。 实训： 土的密度和土样含水量的测定 粘性土的液塑限测定 击实实验 固结实验 直接剪切实验 天然地基上浅基础设计 桩基础设计
本学科发展概况
《土力学》学科发展概况
? 18世纪 土力学理论的产生和发展
? 1773年 法国的库仑（Coulomb）--砂土抗剪强度理论 与土压力理论 ? 1857年 英国朗肯—朗肯土压力理论
? 1885年 法国布新奈斯克（Boussinesq）—弹性半空间解 ? 1925年 美国太沙基—《土力学》专著与有效应力原理 本学科研究领域
20世纪60年代～70年代 区域性土分布和特性
地基处理技术 水利、铁道和矿井等工程建设 70年代～80年代
基础工程、围护体系的稳定和变形
复合地基新技术的开发和应用 建筑工程、市政工程和交通工程建设 地基基础施工质量检测及岩土工程测试技术 90年代后
岩土工程计算机分析
岩土工程可靠度分析 城市地铁、越江越海地下隧道、超高层建筑超深基础及特大桥超
深基坑工程建设等
环境岩土工程 特殊岩土工程问题 近年来
随着工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺、新测试技术等研究和应用进展以及有关基础工程各种设计与施工、质量检测的规范规程日臻完善，为我国基础工程设计与施工做到技术先进、经济合理、确保质量提供了理论与实践依据。 与本课程有关的工程问题 1、土三个方面的应用 建筑物地基
土作为构筑物的环境 土工建筑材料
2、与土有关的工程 建筑 桥梁 地铁隧道 边坡 道路 大坝
绪论
1、土的物理性质及工程分类 2、土中应力计算
3、土的压缩性和地基沉降计算 土力学部分 4、土的抗剪强度和地基承载力 5、土压力和土坡稳定
6、建筑场地的工程地质勘察 7、天然地基上浅基础设计
8、桩基础设计 基础工程部分 9、地基处理 10、区域性地基
一、 土力学、地基及基础概念
土——
是地壳岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是各种矿物颗粒组成的松散集合体，是由固体颗粒水和空气组成的三相体系。
无粘性土：颗粒间互不连接、完全松散
粘性土：颗粒间虽有连接，但连接远小于颗粒本身强度
土的主要特点：松散性和三相组成，这是它在强度和变形等力学性质上与其他连续固体介质根本不同的内在原因。 土力学——
是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的生成、组成、密度或软硬状态等物理性质以及土的应力、变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科。（简单说 ：就是用力学的观点研究土各种性能一门科学。）
土与其他连续固体介质不同，仅靠具备系统理论和严密的公式的力学知识，尚不能描述土体在受力后所表现的性状及由此引起的工程问题。必须借助经验、现场实验、室内试验辅助理论计算，因此土力学是一门依赖实践的科学。
地基——
土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层。承受建筑荷载并受其影响的该部分地层 。 地基分类
天然地基：未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基 。 人工地基：经过人工加工处理才能作为地基的。 基础—
把埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构。 基础作用
1、承受上部结构荷载
2、向地基 传递压力 起承上传下作用 3、调整地基变形 基础分类
浅基础
——用普通（常规）方法施工的基础 。一般基础埋深 d≤5m。
深基础
——需要一定的 机械设备建造的基础。如桩基、墩基、和地下连续墙等。 埋深 d≥5m。 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叫～。 持力层：直接与基础地面接触的土层。（基础直接坐落的土层） 下卧层：地基内持力层下面的土层叫～。
软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层叫～。 地基与基础设计的基本条件
强度条件 ：作用在基础底面的压力必须小于等于地基承载力特征值。 变形条件 ：基础沉降不得超过地基变形容许值。也就是说将地基变形值必须限制在建筑所允许的范围内。 二、地基基础在建筑工程中的重要性
地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危! 实践证明，建筑物的事故很多是与地基基础有关的。 基础工程失败的例子… 1
加拿大Transcona谷仓，南北长，东西宽，高。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚2m，埋深。谷仓1911年动工，1913年秋完成。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重的 %。1913年9 月装谷物，发现谷仓 1 小时内竖向沉降达 ，并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷，东侧抬高，倾斜27°。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。
事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，不了解埋藏有厚达16m的软粘土层，而采用了邻近建筑地基 352kPa 的承载力，建成后初次储藏谷物吗，使基底平均压力达到了320kPa。事后1952年的勘察试验与计算表明，该地基的实际承载力为 ～ ，远小于谷仓地基破坏时的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。
基础工程失败的例子… 2
意大利比萨(Pisa)斜塔自 1173年9月8日 动工，至1178年建至第4层中部，高度29m 时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高 48m，再次停工中断82年。1360年再次复工1370年竣工，前后历经近200年。
该塔共8层，高 55m，全塔总荷重145MN，相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差 ，塔顶离中心线已达 ，倾斜°，成为危险建筑。
比萨斜塔能闻名于世，至少有以下原因：一、倾斜超极限却巍然屹立；二、它是意大利伟大科学家伽利略自由落体运动的实验室；三、意大利政府投巨资拯救斜塔而产生的新闻效应。比萨斜塔1174年开始兴建，由意大利著名建筑师那诺·皮萨诺主持，从动工到建成用了将近200年时间。建筑用材料全是意大利上等大理石，塔身墙壁底厚4米，顶部厚1米多，总重量为14553吨。这座8层圆柱形建筑高约60米（原设计高100米），整座塔身洁白如玉，高耸入云，建成后倾斜度，而建筑学教科书上的倾斜极限是度。塔身虽然倾斜，但它历经风雨侵蚀几百年，依然挺拔屹立而不倒，故曰建筑“奇迹”。不过，人们不要以为这是建筑师们精心设计的，甚至有人开玩笑说：这是800多年前“豆腐渣工程”。当时，建主教堂、洗礼堂施工都很顺利，唯独钟楼一开工就遇到了难题———费了蛮大的劲挖不到硬地基，工程师们又缺乏对地基土质层的勘查钻探，致使塔体奠基没有完全到
位。动工建筑到第三层钟楼开始倾斜，加上用的是大理石，其不断增加的重量导致偏差越来越大，找遍了专家，想尽了办法，得不到解决，不得已停止施工。这一停就是近百年！重新开工后，工程师们想尽办法扭转倾斜的塔身，比如，增加倾斜相反方向的重量试图“扶正重心”，但终因“先天不足”落下“终身残疾”。不过说来也奇，建到顶层时居然不斜了！
为了确保游客安全，为了保护这座世界知名斜塔，避免其过度倾斜而坍塌，意大利当局决定于1990年1月关闭斜塔，着手加固纠偏工作，并邀请国内外专家对该塔进行拯救性“纠偏扶正”。1998年7月底，我国著名纠偏专家曹教授，应意中友好协会主席奥纳多·兰西奥的邀请，飞往意大利为比萨斜塔纠偏当参谋、出主意。经科学家们反复论证、实验、比对，采取有效措施，硬是把斜塔成功“扶正”了近50厘米，塔顶偏离中心的距离，由5米缩小到米，其稳定性已经达标。意大利专家称，这座斜塔至少还可以矗立300年。 基础工程失败的例子… 3
苏州虎丘塔，建于五代周显德六年至北宋建隆二年(公元959～961) ，7级八角形砖塔，塔底直径，高，重63000kN。 其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。1956～1957年间对上部结构进行修缮，但使塔重增加了2000kN，加速了塔体的不均匀沉降。1957年，塔顶位移为，到1978年发展到，重心偏离基础轴线，砌体多处出现纵向裂缝，部分砖墩应力已接近极限状态。 后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。 基础工程失败的例子… 4
这两个筒仓是农场用来储存饲料的，建于加拿大红河谷的Lake
Agassiz粘土层上，由于两筒之间的距离过近，在地基中产生的应力发生叠加，使得两筒之间地基土层的应力水平较高，从而导致内侧沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。
基础工程失败的例子… 5
除满足承载力的要求外，还要求地基不能发生过大的变形。图示为墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650％，液限500% ，塑性 指数350 ，孔隙比为15 ，具有极高的压缩性。
基础工程失败的例子… 6 南京地铁火车站基坑施工现场 07年5月28日滑坡事故，两人死亡。
发生土方坍塌的工作面位于基坑的东端，坍塌的土质大多为淤泥质土和杂填土。
据专家介绍，茶亭站所在的南京城西属于滨江带，地质条件为河漫滩地质，土壤的含水量超过60%。仅仅集庆门大街站、所街站、元通站这三站，每天抽水量就高达80000立方米，工程
期间抽取的地下水足可以形成一个小湖泊。记者在河西这几个站的开挖现场看到，挖下去四五层楼那么深，地下仍然是黑乎乎的淤泥。
基础工程成功的例子
赵州桥位于河北赵州，隋代公元595～605年修建，净跨 。基础建于粘性土地基，基底压力500～600kPa，但地基并未产生过大变形 ，按照现在的规范检算，地基承载力和基础后侧被动土压力均正好满足要求，且经无数次洪水和地震的考验而无恙。
台北101 目前为世界上最高建筑，高508m，共101层，位于台北信义区。
阿联酋迪拜正兴建一幢全球最高的“迪拜大厦”，楼高至少690米，预计于2008年完工。迪拜大厦不仅是全球最高建筑物，也将是最高的人工塔。
润阳江阴大桥润扬大桥，一座新桥，一座新的长江大桥，如同蛟龙，横跨长江南北，连接镇江扬州两地。润扬大桥由悬索桥和斜拉桥结合而成，跨江长度公里，总
长公里。长桥卧波，刚柔相济。
润扬长江公路大桥为目前我国第一大跨径的组合型桥梁，其建设过程中攻克多项世界性技术难题 ，创造出8项全国第一。 第一大跨径：大桥南汊主桥为主跨径长1490米的单孔双铰钢梁悬索桥，是目前中国第一、世界第三的特大跨径悬索桥。 第一大锚碇：大桥北锚碇要承受万吨的主缆拉力，锚体由近6万立方米混凝土浇筑而成，国内第一、世界罕见。 第一特大深基坑：为了给巨大的锚体安个“家”，开挖了世界罕见的特大深基坑，开挖土方近17万立方米，是我国第一特大深基坑。
第一高塔：大桥南汊悬索桥索塔高达米，相当于73层楼的高度，是目前国内桥梁中最高的索塔。
第一长缆：悬索桥主缆缠丝采用的是国内首次使用的“S”型钢丝，两根主缆每根长2600米，为国内第一长缆。 第一重钢箱梁：大桥悬索桥桥面钢箱梁宽米，高3米，钢箱梁共有93节，总重量为21000余吨，最大一节钢箱梁重达506吨，是目前国内最重的。
第一大面积钢桥面铺装：在全国首次全部采用环氧沥青铺装，铺装总长度2248米，铺装总面积达70800平方米。 第一座刚柔相济的组合型桥梁：润扬长江公路大桥由北接线、北汊斜拉桥、世业洲互通、南汊悬索桥、南接线、南接线延伸段6个部分组成，其中南汊主桥是柔性悬索桥，北汊主桥是刚性斜拉桥，是我国第一座刚柔相济的组合型桥梁。 国际桥梁协会主席伊藤学赞叹不已：“这是我见到的最漂亮的混凝土”。
参与建设的同济大学土木学院徐伟教授说:“这个桥能够这么快，这么高质量的造好，我们可以扬眉吐气的说，中国桥梁的建设水平位居世界前列。”
润扬大桥作为长江干流上的第36座大桥，刷新了中国桥梁史上八项记录，其中悬索桥主跨达到1490米，位居中国第一，世界第三。交通部总工程师凤懋润说：它是中国桥梁工程的品牌。他说:“这座大桥是我们中国应用自己的技术、自己的材料、自己的专家建成的零缺陷、零事故死亡率、无缝隙的管理，这样一座世界级的桥梁。”
三、课程的基本内容与特点
本课程是土木工程专业的一门主干专业课程，其任务是保证各类建筑物安全可靠，使用正常，不发生各种地基基础工程质量事故。
1、基本内容：工程地质、土力学、建筑力学、建筑结构、建筑材料、施工技术等 2、本课程特点：
土力学部分：主要是土的物理性质、力学性质（土的压缩性、土中应力、变形、土压力、挡土结构及边坡稳定性验算等）。
基础工程部分：天然地基浅基础、桩基础设计及 软土地基处理。 3、相关知识：
地基与基础是属于隐蔽工程（即看不见的结构）因此在学习过程中必须灵活运用相关知识因地制宜进行地基基础设计。
授课时间 9 月 18 日 第 2 次课 授课章节 1-1土的成因 1-2土的组成与结构 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教）
教学目的与要求： 1、 使学生了解土的成因 2、 使学生了解掌握土的三种结构及其特点与区别 3、 重点掌握土的三相组成，理解颗粒级配 4、 掌握判断土的级配情况 教学重点、难点： 1、 理解掌握土的结构与构造 2、重点理解土的三相组成，土的颗粒级配 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （70分钟） 3、练习题（10分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后复习思考题6 下次课预习要点： 1、土的物理性指标定义 2、 相关例题 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第一章 土的物理性质及工程分类
主要内容:
介绍土的形成及物质组成,从定性和定量两个方面描述土体的物质组成\\密实程度及工程应用 知识要点：
1、 掌握土体的三相组成、三相比例指标之间的换算及 土的基本指标测试方法。 2、 了解无粘性土的密实度概念及判别方法。
3、 掌握粘性土的塑性指数和液性指数的作用和用途，以及粘性土的物理状态评价。
4、 掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法。
第一节 土的成因
一、土体的生成
土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物，是由固体颗粒水和空气组成的三相体系。
风化作用分类
物理风化---岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎--原生矿物---无粘性土(矿物成分未变)
化学风化---母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物---次生矿物---粘性土(矿物成分改变)
生物风化---动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化---有 机 质
二、土的结构和构造
1、定义：土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排列及其形式。
土的成分 形成条件
单粒结构
反映 土的结分类
构 影响 力学特性 蜂窝结构 絮状结构
2、单粒结构---粗粒土的结构
指粗砂粒或更粗大的颗粒在水或空气中沉积形成。 (颗粒的自重大于颗粒之间的引力，每个颗粒在自 重作用下单独下沉到达稳定状态。
粒间作用力--重力、毛细力
可否作天然地基--密实的单粒结构是良好的天然地基 矿物成分--原生矿物
3、细粒土的结构
松散 密实
示意图 蜂窝结构 (分散结构) 是指由粉粒（粒径 ~）在水中下沉时形的。
絮状结构 (凝聚结构) 是指由粘粒（粒径≤）
集合体组成。
形成环境 淡水中沉积 海水中沉积 粒间作用力 颗粒间的引力、自重力 水中的悬浮力、自重力 （粒间引力占优势） （斥力减小引力增加）可否作为天然地基 不可 不可 矿物成分 次生矿物 次生矿物
后两种结构土，在干扰破坏天然结构后，强度很低、压缩性大。不可作为天然地基。
注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。 颗粒形状
原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 次生矿物 针状、片状、扁平状
土的构造：是指土体中各结构单元之间的关系，是从宏观角度研究土的组成，其主要特点是土的成层性和裂缝性。
土的构造 影响 力学特性 类型
层状构造 分散构造 裂隙构造 结核状构
通常分散构造土的工程性质最好是理性地基，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙构造不连续的裂缝破坏土的整体性故土的工程性质最差。
三、土的工程特性
土与其他具有连接固体介质的建筑材料相比，具有压缩性高、强度低、透水性打大三个显著的工程特点。 1、 土的压缩性，主要是在压力作用下，土颗粒位置发生重新排列，导致土孔隙体积减小和孔隙中水和空气排
出的结果。
2、 土的强度，是指土的抗剪强度。
无粘性土的强度来源于土表面粗糙不平产生的摩擦力。黏性土的强度除摩擦力以为还有黏聚力。无论是摩擦力还是黏聚力，其强度都小于建筑材料本身强度，因此土的强度比其他建筑材料都低很多。 3、 材料的透水性，土的透水性大，尤其是粗颗粒的卵石或粗砂，其透水性更大。 4、 还有土的沉积年代越长，则土的工程性质越好。
第二节 土的组成
土体
固相 + 液相 + 气相 构成土骨架，起主体作用
重要影响
次要作用
土体三相组成示意图
一、土中的固体颗粒(固相)
粒组的划分
土的颗粒级配 土粒的矿物成分 物理状态 力学特性
1. 粒组的划分 土粒粒组的划分 粒组统称 粒组名称 粒径范围(mm) 一 般 特 征 漂石、块石颗粒 ≥200 巨粒 透水性很大，无粘性，无毛细水 卵石、碎石颗粒 60＜d ≤200 粗 20＜d ≤60 圆砾、 透水性很大，无粘性，毛细水上升高度中 5＜d ≤20 角砾颗粒 不超 过粒径大小 细 2＜d ≤5 粗粒 易透水，（当混入云母等杂质时透水性粗 0.5＜d ≤2 减小，而压缩性增加）；无粘性，遇水膨胀小，砂 粒 中 0.25＜d ≤0.5 干燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径细 0.075＜d ≤0.005 变小而增大。 透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，粉 粒 0.005＜d ≤0.075 干时稍有收缩，毛细水上升高度较大较快， 极易出现冻胀现象。 细粒 透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇≤0.005 水膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度2、土颗粒的配级 粘 粒 大，但速度较慢。 ——通常将各粒组的相对含量，用质量百分数来表示 确定方法 筛分法：适用于粒径在 ~ 60mm 的土㎜～～ 密度计法：适用于粒径小于 mm 的土
表述方法 粒径级配累积曲线
200 P
10
%
10
95
16
87
18
78
24
66
22
55
38
36
72
典型颗分级配曲线 筛分法原理图
109876543210
筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、、、、、、、，
将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。
密度计法(也称比重计法) ：是沉降分析法的一种，另外还有移液管法(也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比
小于某粒径之土质量百分数P（％）
沉降分析结果 粒径(mm) 百分数P(%) 26
10
粒径(mm)
特征粒径:
d60 —控制粒径 d10 —有效粒径 d30 —中值粒径
粗细程度： 用平均粒径d50 表示 不均匀程度：— 不均匀系数 Cu = d60 / d10 Cu ≥5,级配不均匀
连续程度: — 曲率系数 Cc = d302 / (d60 ×d10 )
d60 d10 d30 Cu Cc 66
小10于某9
8粒7径
6之
5土
4质
3量
2百
1分0 数10 （％） 较大颗粒缺少 较小颗粒缺少
土的粒径级配累积曲线
粒径(mm)
Cc 减小 Cc 增大
C c = 1 ~ 3, 级配连续性好
粒径级配累积曲线及指标的用途：
1）、粒组含量用于土的分类定名； 2）、工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
3）、曲率系数Cc用于判定土的连续程度：
C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土 4）、不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 当 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 时 ， 为级配 良好的土； 当 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1时 , 为级配 不良的土 3、土粒的矿物成分——决定于母岩的矿物成分及风化作用
粗粒土主要是原生矿物（石英、长石、云母等）的产物，一般碎石、砂都属于此类。
细粒土主要是次生矿物的产物 ，主要是粘土矿物，包括三种类型高岭石、伊利石、蒙脱石。三种粘土矿物的亲水性依次减弱。
粘土矿物:由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成 二 、土中水(液相)
—其含量及性质影响土的性质
1、土中水分类
液态水、固态水、气态水
根据土体中水分子受到电场力的作用大小,土体中的液态水主要可以分为: 结合水 借助于电分子引力牢固—强结合水 吸附在土颗粒表面的水—弱结合水
自由水 电场引力作用范围之外的水--重力水和毛细水 2、水的性质 强结合水
排列致密、定向性强 密度>1g/cm3
冰点处于零下几十度 具有固体的的特性
温度高于100°C时可蒸发
强结合水性质稳定 弱结合水
位于强结合水之外，以水膜的形式包围着土粒 外力作用下可以移动
对黏性土的物理力学性质影响较大 不因重力而移动，有粘滞性
重力水——是位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或压力作用下流动。其性质能传递静水压力并产生浮力。
毛细水——分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管。 三、土中气体(气相)
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分, 存在形式有两种: 土体中气体
自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大 封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性
授课时间 9 月 22 日
3 次课
第 授课章节 教学方法 与手段 1-3土的物理性质指标 方法：讲授法、讨论法、练习法 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、 使学生重点理解土的六组物理指标的意义 2、 使学生能理解性掌握各种指标的定义及其应用 3、 使学生了解各种指标的工程含义，及在工程中的应用 4、 通过讲解直接指标的试验方法，使学生了解获取各种直接指标的方法 教学重点、难点： 1、使学生重点理解土的六组物理指标的意义 2、使学生能理解性掌握各种指标的定义及其应用 3、熟练掌握相关例题的做法 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （60分钟） 3、练习题（20分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题1-1，1-2 下次课预习要点： 1、 砂土的密实度 2、 黏性土的塑、液性指标 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
§ 土物理性质指标
土的物理性质指标 (三相间的比例关系) 表示 土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态 影响
力学特性
一. 土的三相图
Wa=0 气 水 Va Vv W Ww Vw V Ws 土 粒 Vs 质量 体积
二.土的物理性质指标确定
土的物理性质指标共有9个：e、n、ω、Sr、γ、ds、 γd、 γsat、 γ/ 1、土的重度
有时也称土的天然密度
Wa=0 Air Va 定义: 土单位体积的质量
Vv Ww Ws?WwWWater Vw ?表达式: ??W V VVs?Vw?Va
单位: kN/m3 或 g/cm3
Ws Soil 一般范围: 16 — 22 kN/m3 Vs 相关指标: 土的密度
质量 体积 γ=ρg
单位: kN/m3
工程上更常用于计算土的自重应力 三相草图有助于直观理解物性指标的概念 各种密度容重之间的大小关系：
W土的重度
?? ?sat????d???V干重度 W
?d?sV
饱和重度
?W??wVvWa=0 Air sat?s
VWw 浮容重
W Water ???WS?WW?V?WV??sat??w
天然容重
???gWs Soil ?sat≥?≥?d干容重 ?d??dg
质量 饱和容重 ?sat??satg
2、土粒相对密度
定义: 土粒的密度与4?C时纯蒸馏水的密度的比值
表达式: dW1s?s
V单位: 无量纲 s?w?w：4?C时纯蒸馏水的密度
γs: 土粒的密度，单位体积土粒的质量 土粒比重一般范围: 粘性土 — 砂 土 —
?3
w= kg/m土粒比重在数值上等于土粒的密度 3、饱和度
定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值,用百分数表示。
表达式: SVr?w
V?100%v饱和度表示孔隙中充满水的程度 Sr=0 : 干土
Sr=100% : 饱和土 4、土的含水量
定义: 土中水的质量与土粒重量之比, 用百分数表示
表达式: ??WwW?Ws
W?100%?W?100%ss注意: 一般用含水量衡量黏性土潮湿程度。
5、孔隙比、孔隙率(孔隙度)常用来反映土的密实程度 孔隙比定义: 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲
表达式:
e?VvVs孔隙率定义: 土中孔隙体积与土的总体积之比, 用百分数表示
表达式: n?Vv?
V100%
Va Vv Vw V Vs 体积
关系:
n?en1? ee?1?n注: 以上9项物理性质指标，其中
土的天然重度γ 三个指标最基本物理指标，
土的相对密度ds 可直接通过实验测定得出
天然含水量反映土的密度指标有五个：ω
γ γd γsat γ’ ds 反映土的湿度指标有两个：ω sr 反映土的土的孔隙特征有两个：e n
常用的物理性质指标间的换算关系 换算步骤:
①:假设Vs=1(V=1或ms=1),并画出三相草图; ②:解出各相物质的质量和体积的换算指标;
③:利用换算指标按基本定义列出所求的物理指标换算公式 共有九个参数:
V Vv Vs Va Vω / Ws W ω Wa W
已知关系五个: 由式e?VVV?e Air 0 V得VS所以V?1?e Vv 1+e Water WsV 由式ds?V?1得Ws?Vs?ds??w?ds??ws?wWw1 由式???100%得Ww?Ww???dSoil Vs Ws??w??s所以W?Ws?Ww?ds??w??1???质量 体积
物性指标是比例关系:可假设任一参数为1 对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量 例题分析
【例1-1】某土样，重量为，体积为100cm3，烘干后，烘干土质量为。已知土粒的相对密度ds为，试求：ω 、e、sr、d 、sat和 【解】
W1.87×10_3ω=Wω1.87-1.67W×100%=.67=11.98%γ===1.87kN/m3s1V100×10_6γγ1+ω=18.7d=1+0.1198=16.7kN/m3e=ds(1+ω)γωγ-1=2.66(1+0.1198)18.7×10-1=0.593Sωdsr=e=0.1198×2.660.593=53.7%γ′=γsatγw=20.410=10.4kN/m3
、
授课时间 9 月 25 日 第 4 次课 授课章节 1- 4无粘性土的特征 1-5粘性土的特征 任课教师 及职称 张营（助教）
方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、 使学生掌握砂土的密实度底含义及工程意义 2、 使学生黏性土的塑性、液性指数含义及工程意义 3、 使学生了解黏性土灵敏度及触变性在工程中的意义 4、 使学生了解性的掌握土的压实性在工程中的意义 教学重点、难点： 1、 使学生掌握砂土的密实度底含义及工程意义 2、 使学生黏性土的塑性、液性指数含义及工程意义 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （60分钟） 3、练习题（20分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题1-3 下次课预习要点： 地基岩土的工程分类标准 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
§ 土的物理状态指标
无黏性土密实度 黏性土物理特性 物理状态 力学特性
一、无黏性土的密实度
定义: 指具有单粒结构的碎石土与砂土，土粒之间无粘结力，呈松散状态
影响 工程性质 无粘性土的 密实程度
土密实：结构稳定、强度高、压缩性低变形小 土松散：结构不稳定、强度低、压缩性高变形大
如何评定无粘性土密实度
碎石土用触探锤击数Ｎ 砂土用相对密度Dr
现场标准贯入试验锤击数Ｎ
①孔隙比e或孔隙率n 优点：简单方便
缺点：不能反映级配的影响且只能用于同一种土
密实度土的名称密实中密稍密松散e＞0.85 e＞0.95 砾砂、粗砂、e＜0.60中砂细砂、粉砂e＜0.70 0.60≤e≤0.75 0.70≤e≤0.85 0.75＜e≤0.850.85＜e≤0.95
e?e②相对密度
Dr?maxDr = 1 , 最密状态 emax?emin Dr = 0 , 最松状态
Dr≤ , 疏松状态 emax与emin ：最大与最小孔隙比
< Dr≤ , 中密状态 优点：把土的级配因素考虑在内，
Dr > , 密实状态 理论上较为完善
缺点：e、emin、 eman难以准确测定
③根据现场标准贯入试验锤击数Ｎ判定
标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为的锤头，提升到76cm的高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数，记为，这是一种简便的测试方法。N的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国《岩土工程勘查规范》（GB50021－94）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数进行划分。 标准贯入试验≤5 垂击数 密实度
5＜≤10 稍密 10 ＜≤20 中密 ＞20 密实 松散
二、 粘性土的物理特性
粘性土的物理状态可以用稠度表示。
稠度是反映粘性土处于不同含水量时的软硬程度或浠稠程度。
粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。
粘性土随含水量变化可改变土的物理形态 一、界限含水量的测定方法 1、液限ωL
a、锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应的含水量。
b、碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应的含水量。
锥式液限仪 碟式液限仪
2、塑限ωp a、滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。 b、液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限。 二、塑性指数Ip和液性指数IL 塑性指数Ip I????pLp
——塑性指数的数值大小可反映粘性土可塑范围的大小，塑性指数越大，表明粘性性土粘性和塑性越好（与粘粒含量有关，粘粒含量越多，吸附水的能力越大）； 工程上常用塑性指数作为粘性土与粉土定名分类的依据 不同的粘土矿物吸服水的能力不同 缺点：
不能充分反映粘土颗粒含量 液性指数IL ???p注意：仅适用于重塑土 IL?
?L??p
——反映粘性土天然状态的软硬程度 工程上作为确定粘性土承载力的重要指标 坚硬状态 硬塑 IL<0 可塑状态 ~ 可塑 IL=0 ~ 1 流 态软塑 ~ IL>1 ~
结构性 原状土
三、黏性土的灵敏度和触变性 相同含水量
粉碎 重塑 密度 重塑土 强度降低
1. 粘性土的灵敏度— St 原状土的无侧限抗压强度
quSt?重塑土的无侧限抗压强度
qu 粘性土 St 低灵敏 中等灵敏 1-2 高灵敏 2-4 >4
2. 粘性土的触变性
含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，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。
授课时间 9 月 29 日 第 5 次课 授课章节 1-6土的工程分类 任课教师 及职称 张营（助教）
方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、 使学生了解性掌握土的工程分类 2、 使学生重点掌握如何确定土的类别及土的物理状态 3、 使学生能熟练处理本次课相关习题 4、 对本章内容做一次小结，使学生能更好的掌握本章节的重点及难点 教学重点、难点： 使学生重点掌握如何确定土的类别及土的物理状态 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （55分钟） 3、练习题（25分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题1-3，1-4 下次课预习要点： 土的自重应力公式及计算方法 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
§ 地基岩土的工程分类
分类目的：评价岩土的工程性质以及为地基基础的设计与施工提供依据
分类依据：粘性土按塑性指数和沉积条件
无粘性土按粒径及相对含量
本节主要介绍建筑地基基础设计规范-GB5007-2002分类法
土：岩 石分类 见表１－８至表１－１１
碎石土分类 见表１－１２ 砂 土分类 见表１－１３
粉 土分类 塑性指数≤１０，粒径＞０.０７５颗粒含量不超过５０％ 粘性土分类 塑性指数≥１０的土表１－１４ 人工填土分为杂填土，素填土，冲填土 1、岩石
按成因分类：岩浆岩、沉积岩、变质岩 按坚硬程度分类
坚硬程度类别饱和单轴抗压强度标准值frk(MPa)按完整程度分类
坚硬岩frk>60较硬岩60≥frk＞30较软岩30≥frk＞15软岩15≥frk＞5极软岩frk≤5
完整程度等级完整性指数完整>0.75较完整0.75~0.56较破碎0.55~0.35破碎0.35~0.15极破碎<0.15
2、碎石土
土的名称 颗粒形状 粒组含量
漂石 块石 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒径大于200mm的颗粒超过全质
量50%
卵石 碎石 圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒径大于20mm的颗粒超过全质
量50% 粒径大于2mm的颗粒超过全质
量50%
圆形及亚圆形为
主
棱角形为主
3、砂土
土的名称 粒组含量
砾砂 粗砂 中
粒径大于2mm的颗粒占全质量25 -- 50% 粒径大于的颗粒超过全质量50% 粒径大于的颗粒超过全质量50% 粒径大于的颗粒超过全质量85% 粒径大于的颗粒超过全质量50%
4、粉土
粒径大于的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip≤10的土 5、粘性土
塑性指数Ip>10的土
10
由于人类活动而推填土。其物质成分杂乱，均匀性差
素按其组成和成因分类 填压实填杂填土 冲填土
细粒土按塑性图分类
细粒土是指粒组小于者超过50 ％时的土。
在塑性图中，以塑性指数IP为纵轴、液限wL横轴。 根据细粒土在坐标图上的位置，就可方便地进行细粒土地分类 三、例题分析
【例】A、B两种土样，试验结果见表，试确定该土的名称及软硬状态。 土天然含水量塑限ω液限ω土天然含水量塑限液限
p(%) A A
【解答】
A 土
塑性指数：Ip=ωL－ωP=47.9－25.4=22.5ω－ωpIP40.4－25.4=0.6722.5
液性指数：IL==因 IP ＞17，＜IL≤，所以该土为黏土，可塑状态：
B 土
塑性指数：Ip=ωL－ωP=31.2－21=10.2液性指数：IL=ω－ωpIP=23.2－21=0.2210.2
因 10＜IP≤17 ，0＜IL≤，所以该土为粉质黏土，硬塑状态。
授课时间 10 月 6 日 第 6 次课 授课章节 2-1土中自重应力 方法：讲授法、讨论法、案例教学法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、 使学生了解土的自重应力确定方法 2、 使学生了解地下水位变化对自重应力的影响 3、使学生熟练掌握土的自重应力计算方法 教学重点、难点： 熟练掌握土的自重应力计算方法 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （60分钟） 3、练习题（20分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题2-1，2-2 下次课预习要点： 1、 理解基底压力的计算公式 2、 理解地基附加压力 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第二章 地基中应力计算
基本内容：
掌握土中两种应力（自重应力以及各种荷载条件下的土中附加应力）计算方法。 学习基本要求
◆掌握土中自重应力计算；
◆掌握基底压力和基底附加压力分布与计算； ◇掌握矩形面积均布荷载、 矩形面积三角形分布荷载以及条形荷载等条件下的土中竖向附加应力计算方法；
? 土自重应力的计算 ? 基底压力的计算
? 荷载作用下地基附加应力计算
§ 土自重应力的计算
一、竖向自重应力
假设地表面是无限延伸的水平面，在深度z水平面上各点的自重应力相等且均匀地无限分布，任何竖直面和水平面上均无剪力存在，故地基中任意深度z处的竖向自重应力就等于单位面积上的土柱重量。
竖向自重应力： sz = z
自重应力数值大小与土层厚度成正比
当地基有多个不同重度的土层组成时，则任意深度处的竖向自重应力可按应力叠加的方法求得： 土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量
天然地面?cz?cz??zσcz= ?z土当地基由多个不同重度的土层（成层土）时：
天然地面
n z1?1?c??1z1??2z2?......??nzn??zii?1 z1 i?1 z2?2水位面?1 z1 + ?2z2说明：
1.地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层考虑浮力
z?cx?cy11
?z 3??3?1 z1 + ?2z2 + ??3z3
作用采用浮重度
2.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布
二、水平向自重应力
静止侧压力系数是小于1的系数，一般在左右
天然地面?cz??z?cx??cy?K0?cz
?cz ?cx
?cy
三、地下水位变化对自重应力的影响
自然界中的天然土层，一般形成至今已有很长的地质年代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期沉积或堆积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。地下水位下降浮力消失自重应力增加该自重应力相当于大面积附加均布荷载能引起下部土体产生新的变形，属于附加应力。
（a)地下水位下降；（b)地下水位上升
例2-1：某地基土层剖面如图所示，试计算各土层自重应力分布图。 2填土层底σ=γz=15.7×0.5=7.85kN/mcz11
地下水位处?cz??1z1??2z2?7.85?17.8?0.5?16.75kN/m2
淤泥层底
2? ?cz??1z1??2z2???z??z?41.05?16.7－10?7?87.95kN/m??3344
?z3粉质黏土层底?cz??1z1??2z2??3 2???16.75?18.1－10?3?41.05kN/m
z不透水层层面?z3??4?z4??w?z3?z4??cz??1z1??2z2??3?87.95?10??3?7??187.95kN/m2钻孔底?cz?187.95?19.6?4?266.35kN/m
授课时间 10 月 9 日 第 7 次课 授课章节 2-2基底压力 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、 使学生了解基底压力的分布规律 2、 使学生重点理解性掌握基底压力的简化计算公式 3、 使学生掌握轴心荷载及偏心荷载作用下基底压力的计算 4、 使学生理解性掌握基底附加压力的计算 教学重点、难点： 掌握轴心荷载及偏心荷载作用下基底压力的计算 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （55分钟） 3、练习题（25分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题2-3 下次课预习要点： 角点法应用方法及计算方法 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
§ 基础底面压力
分析地基中 应力、变形 基地压力：建筑荷载在基础底面上产 大小相等、 方向相反的 作用力与 反作用力
生的压应力，即基础底面与地基接触面上的压应力。 计算基础结 构内力的地基反力：地基支撑基础的反力。 一、基底压力的分布规律
1、（1）基底接触压力的产生
建筑物荷重 基础 地基在地基与基础的接触面上产生的压力（地基作用于基础底面的反力）
地基和基础的刚度
（2）接触压力的大小影响因素
基础埋
深
荷载大地基土性质
2、 基底压力分布形式
（1）柔性基础，基础刚度较小，对地基变形没有抵抗能力。地基与基础二者变形协调一致，因此基底压力分布均匀，按平均压力考虑。
(柔性基础基底压力分布) 例如：油罐 土坝
（2）刚性基础刚度较大， 具有抵抗变形的能力，所以变形不均匀，出现马鞍形、抛物线形、钟形等。 (刚性基础基底压力分布)例如：箱形基础 混凝土坝
二 基底压力的简化计算 1. 轴心荷载下的基底压力 Fk?GkPk?
A
A?L?b
式中 Fk— 作用任基础上的竖向力设计值(kN)；
Gk — 基础自重设计值及其上回填土重标准值的总重(kN)；
Gk=GAd ,G 其中为基础及回填土之平均重度，一般取20kN/m3， 但在地下水位以下部分应扣去浮力，即取10kN/m3；
d —基础埋深，必须从设计地 面或室内外平均设计地面算起(m)；
A — 基底面积(m 2)，对矩形基础A＝lb，l和b分别为其的长 和宽 。对于荷载沿长度方向均匀分布的条形基础，取单位长度进行基底平均压力设计值p(kPa)计算，A改为b(m)，而F及G则为基础截面内的相应值(kN/m)。
2．偏心荷载下的基底压力
pkmax
??Fk?Gk?Mk pkminlbW bl2Mk?(Fk?Gk)eW? 6
pkmax ??Fk?Gk(1?6e)pkminlbl
Mke?
Fk?Gk
e＝L/6, 应力重新分布：基底压力三角形分布 e＜L/6, 应力重新分布:基底压力呈梯形分布 e>L/6, 应力重新分布 2(Fk+Gk)lpkmax=a=－e 3ab2
三 基底附加压力
※基底附加压力是考虑基础有一定埋置深度，对天然地基而言开挖基槽相当于卸去一部分自重应力，即： σcz= γ×d
※一般情况下，建筑物建造前天然土层在自重作用下的变形早已结束。因此，只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。 轴心荷载时： P0?Pk－?cz
偏心荷载时：
P0minP0max=
PkmaxPkmin-
?cz
例2-3：某轴心受压基础底面尺寸l=b=2m，基础顶面作用Fk=450kN，基础埋深d=，已知地质剖面第一层为杂填土，厚,γ1=m3；以下为黏土，γ2=m3，试计算基底压力和基底附加应力。 基础自重及基础上回填土重
G??GAd?20?2?2?1.5?120kN F?GK450?120基底压力pk?K??142.5kPa A2?2 基底处土自重应力?cz??1z1??2z2 ?16.8?0.5?18.5?1.0?26.9kPa
基底附加应力p0=pk－σcz=142.5－26.9=115.6kPa
授课时间 10 月 13 日 第 8 次课 授课章节 2-3土中附加应力 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、 使学生了解集中荷载产生的竖向附加应力在地基中的分布规律 2、 使学生重点掌握竖向均布荷载作用下附加应力的计算 3、 使学生熟练掌握角点法的运用及计算方法 教学重点、难点： 使学生重点掌握竖向均布荷载作用下附加应力的计算 使学生熟练掌握角点法的运用及计算方法 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （55分钟） 3、练习题（25分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题2-2，2-4 下次课预习要点： 土的压缩性概念及土压缩性相关指标 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
§ 土中附加应力
基本概念 1、定义
地基附加应力是由新增加建筑物荷载在地基中产生的应力。是引起地基变形和破坏的主要原因。 2、基本假定
地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的。采用的计算方法是根据弹性理论推导的。
附加应力分布特点 ：
1、在任意深度同一水平面上附加应力不等，中心线上附加 应力最大，向两侧逐渐减小，但扩散的范围越来越广。 2、附加应力随地基土深度增加 其数值逐渐减小。
一、竖向集中力作用下地基附加应力计算 布辛奈斯克用弹性理论解答 建筑荷载主要以竖向荷载为主，故只考虑竖向应力。
P?z?k?2
z
k-集中力作用下的竖向附加应力系数查表2-1。
集中荷载产生的竖向附加应力存在着如下规律： 1.在集中力P的作用线上,沿P作用线上 ?z的分布随深度增加而递减。 2.在r>0的竖直线上，从零逐渐增大，至一定深度后又随着z 的增加而逐渐变小。 ? z3.在z为常数的水平面上，随着深度z的增加，集中力作用线上的 ?z减小，但随r的增加而逐渐减小。
?z?z若在空间将 的点连成曲面，就可以得到 的等值线，其空间曲面的性状如同泡状，所以也称
为应力泡。
土中应力的概念：即集中力P在地基中引起的附加应力，在地基中向下、向四周无限扩散，并在扩散的过程 中应力逐渐降低
叠加原理
由两个集中力共同作用时，地基附加压力扩散产生叠加现象，如下图。
由此可见，相邻荷载距离过近相互之间压力扩散叠加使附加压力增加并重新分布，从而引起相邻建筑产生附加沉降。
二 、 竖向矩形均布荷载下地基附加力
对于矩形基础，基底压力可视为矩形荷载面。在矩形面积(l×b)上作用均布荷载p，计算矩形面积中心点下任意深度z处M点的竖向附加应力σz值，可从下式解得：
lb0?z???03p?2?z3?x2?y2?z522?dxdyKc均布荷载土的附加应力系数，lmKc?f（，）,查表2.2可得；bbp—均布矩形荷载强度，kPa。 1、矩形均布荷载角点下土中附加应力 3dpz33pz3d?z????dxdy 2?R52?x2?y2?z252 ??Kcp z
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，可查表2-2得到
2 角点法的应用 角点法具体做法：
通过M点做一些相应的辅助线，使M点成为几个小矩形的 公共角点，M点以下任意深度z处的附加应力，就等于这 几块小矩形荷载在该深度处所引起的应力之和。 注：M点为地基中任意一点在基底平面上的投影点。
??
(1) M点在矩形荷载面以内 (2) M点在矩形荷载面边缘 (3) M点在矩形荷载面以外 (4) M点在矩形荷载面角点外侧 (1)m点在矩形荷载面以内
σz＝(KcⅠ＋KcⅡ＋KcⅢ＋KcⅣ)p0
(2)m点在矩形荷载面边缘
σz＝（KcⅠ＋KcⅡ）p0
(3)m点在矩形荷载面以外
σz＝(Kcmecg+Kcmgbf- Kcmedh－Kcmhaf)p0
(4)m点在矩形荷载面角点外侧
σz＝(Kcmech－Kcmedg－Kcmfbh＋Kcmfag)p0
2、矩形均布荷载中心点下土中附加应力
将矩形荷载面分成四块，使中心点O成为四块小矩形荷载面的公共角点。然后先求出其中一块矩形荷载，在基础中心点下任意深度处的附加应力，再乘以四倍 。其表达式为：
σz=4kcp0
3、竖向条形均布荷载作用下土中附加应力计算
条形分布荷载下土中应力状计算属于平面应力问题，对路堤、堤坝以及长宽比l／b≥10的条形基础均可视作平面应力问题进行处理。
均布条形荷载作用下 ： b/2?z??b/2?d?z?2pz3b/2??b/2??(x??)12?z22?d??KszpKsz-条形均布荷载作用下竖向附加应力分布系数，查表2-3
均布条形荷载下地基中附加应力的分布规律： (1) 地基附加应力的扩散分布性；
(2) 在离基底不同深度处各个水平面上，以基底中心点下轴 线处最大，随着距离中轴线愈远愈小；
(3) 在荷载分布范围内之下沿垂线方向的任意点，随深度愈 向下附加应力愈小。
例2-4：如图所示，荷载面积2m×1m，p=100kPa，求A，E，O，F，G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展规律。 【解】 （1）A点下的应力
A点是矩形ABCD的角点， 由表2-2查得KcA=，
故A点下的竖向附加应力为：
l2zn==1 m===2,b1b
σ=KcAP=0.1999×100=19.99kPa cA（2）E点下的应力
E点将矩形荷载面积分为两个相等小矩形
EADI和EBCI。任一小矩形m=1,n=1,由表2-2查 得KcE=，故E点下的竖向附加应力为：
σcE=2KcEP=2?0.1752×100=35.04 kPa
（3）O点下的应力
O点将矩形荷载面积分为四个相等小矩形。任一小矩形m=1/=2,n=1/=2,由表2-2查得KcO=，故O点下的竖向附加应力为：
σcO=4KcOP=4?0.1202×100=48.08 kPa
（4）F点下的应力
过F点做矩形FGAJ、FJDH、FKCH和FGBK。设矩形FGAJ和FJDH的角点应力系数为KcⅠ；矩形FGBK和FKCH的角点应力系数为KcⅡ
求KCⅠ：m?2.51?5,n??2,由表查出KCⅠ?0.13630.50.50.51?1,n??2,由表查出KcⅡ?0.0840.50.5求KcⅡ：m?
故G点下的竖向附加应力为：
σ=2?KcⅠ－KcⅡ?P=2??0.1363－0.084?×100=10.64 kPa cF（5）G 点下的应力
过G点做矩形GADH和GBCH。分别求出它们的角点应力系数为KcⅠ KcⅡ
求KCⅠ：m?2.51?2.5,n??1,由表查出KCⅠ?0.20161111?2,n??2,由表查出KcⅡ?0.12020.50.5求KcⅡ：m?
故G点下的竖向附加应力为：
σ=2KcⅠ－KcⅡP=2×(0.2016－0.1202)×100=8.14 kPa cG()
将计算结果绘成图；将点O和点F下不同深度的σz求出 并绘制成图，可以形象的表现出附加应力的分布规律。
授课时间 10 月 16 日 第 9 次课 授课章节 3-1土的压缩性 3-2地基变形特征及地基变形允许值 方法：讲授法、讨论法、案例教学法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、 使学生了解土的压缩性及在基础工程中的意义 2、使学生了解土压缩产生的原因及固结与固结度的含义 3、 使学生重点掌握土的压缩性指标—压缩系数及压缩模量的物理意义 4、 使学生能解决判断土的压缩性高低的相关习题 教学重点、难点： 使学生重点掌握土的压缩性指标—压缩系数及压缩模量的物理意义 使学生能解决判断土的压缩性高低的相关习题 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （60分钟） 3、练习题（20分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题3-1
下次课预习要点： 地基最终沉降量计算方法及计算过程 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第三章 土的压缩性与地基沉降计算
§ 土的压缩性 § 地基最终沉降量
§ 建筑物沉降观测与地基容许变形 主要内容:
荷载作用下土体的压缩性; 土的压缩试验和固结试验; 地基最终沉降量的计算;
土的变形与时间关系(一维固结理论)。 重点：
土的压缩性和压缩性指标的确定;
用分层总和法和规范法计算基础沉降的; 了解固结原理和固结随时间变化的概念. 概述
土具有压缩性 荷载作用 荷载大小
地基发生沉降 土的压缩特性 均匀沉降 不均匀沉降 地基厚度 （沉降差） （沉降量） 建筑物上部结构产生附加应力 影响结构物的安全和正常使用 土的特点：（碎散、三相）——沉降具有时间效应－沉降速率
§ 土的压缩性
一、基本概念
1、压缩性
土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性 土压缩的原因：（1）固体土颗粒本身被压缩
（2）土空隙中水及封闭气体被压缩 （3）水和气体从孔隙中被挤出 2、固结与固结度
固结：土的压缩随时间而增长的过程
作用于饱和土体内某截面上总的正应力s由两部分组成：一部分为孔隙水压力u，它沿着各个方向均匀作用于土颗粒上，其中由孔隙水自重引起的称为静水压力，由附加应力引起的称为超静孔隙水压力（孔隙水压力）；另一部分为有效应力σ’，它作用于土的骨架（土颗粒）上，其中由土粒自重引起的即为土的自重应
力，由附加应力引起的称为附加有效应力。饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系 ：
?????u
或?????u
（1）任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和； （2）土的变形是有效应力引起的。
加荷瞬间， σ=u而σ’=0。随着时间的增长，u下降，而σ’增长。当固结变相稳定时，u=0而σ’=σ，由此可见饱和土压密过程实际上是孔隙水压力逐渐消散，有效压力增加的过程，则饱和土完全固结。 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之比称为固结度ut。
s
Ut?t s当t=0时， st=0，则ut=0，即固结完成0%
当固结稳定时， st=s,则ut=，即固结基本上达到100%完成。
固结度的变化范围为0～1，它表示在某一荷载作用下经过t时间后土体所能达到的固结程度。
二、室内压缩试验与压缩性指标
逐级施加荷载，至变形稳定 试验结果 测定： 竖向压应力 P竖向变形 p2百分表 传压板 水槽 环刀 t
p1tSe0ee1s3e2s2e3s1内环 透水石
试样
1、压缩试验与e-p曲线
研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律
受荷后土样的高度变化: 设初始高度h0,受压后的高度hi,则hi=h0—si, si为每级荷载作用下的变形量 土样体积在受压前后不变 hi?h0?sih0AhiA??VSsi
e?e?(1?e0)1?e01?eii0 e h0VV?VSV其中 e0 压缩曲线 残余 e0＝V???1 VSVSVS 回弹曲线 变形 弹性 由于逐级（一般为6级）施加荷载变形 再压缩曲线 在不同压力p作用下，可得到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标
pe-p曲线
p
表示压力，以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线． 压缩曲线的绘制方式
e - p曲线，e - lgp曲线
试验过程中的两个基本条件:受压前后土粒体积不变和土样横截面面积不变。
2、压缩性指标 1）、压缩系数：
根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条直线来代替。
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。
Δee1－e2 斜率a=tgβ=－=Δpp2－p1
实际工程中，往往用割线斜率表示：
《规范》用p1＝100kPa、 p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性 土的类别 a1-2 (MPa-1)
3)、压缩模量Es： 高压缩性土 ≥ 土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。 中压缩性土 ～
ES??P?? ????1?e1 土的类别 ES (MPa-1)
?e a?? ?p低压缩性土 ≥15 限压缩模量单位： Mpa， Kpa 中压缩性土 4～15 e1-相当于压力p1的孔隙比：
a-相当于压力p1增加至p2时的压缩系数
高压缩性土 ≤4
三.土压缩性的原位测试
现场载荷试验:是在工程现场通过千斤顶逐级对置于地基土上的载荷板施加荷载，观测记录沉降随时间的发展以及稳定时的沉降量s，将上述试验得到的各级荷载与相应的稳定沉降量绘制成p-s曲线，即获得了地基土载荷试验的结果。
?e 1?e1Es?a低压缩性土 <
1－承压板 2－千斤顶 3－百分表 4－平台 5－支墩 6－堆载
地基土现场载荷试验图
试验加荷标准应符合下列要求：
加荷等级应不小于8级，最带加荷量不应小于设计荷载的2倍；
每级加荷后，按间隔10、10、10、15、15min，以后为每30min读一次沉降量，沉降量＜h认为稳定可以加下一次荷载；
除第一次，其后每次加荷，对松软土10～25kPa，对坚硬土50kPa。凭观测累计荷载下的沉降量s，直到达到以下状况终止加载：
1）荷载板周围的土有明显基础；
2）荷载p增量很小，但沉降量s却急剧增大：
3）在某一荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准； 4）沉降量与承压板宽度或直径之比（s /b)≥。
荷载试验p～S曲线
授课时间 10 月 20 日 第 10 次课 授课章节 3-3地基变形的计算 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、 使学生了解性掌握地基最终沉降量的含义 2、 使学生了解分层总和法计算地基最终沉降量的原理及步骤 3、 使学生重点掌握规范法计算地基最终沉降量的原理及步骤 4、 使学生了解建筑物沉降观测方法及地基允许变形值 教学重点、难点： 掌握规范法计算地基最终沉降量的原理及步骤 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题3-2
下次课预习要点： 土的抗剪强度公式推导 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
§ 地基最终沉降量的计算
地基表面的竖向变形，称为地基沉降，或基础沉降。 最终沉降量S∞：
t∞时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。
一、地基最终沉降量分层总和法
1、基本假定和基本原理
（a）假设基底压力为线性分布 ，认为土质是均匀的 （b）采用基础中心点下附加应力为计算依据
（c）不考虑土的侧向变形，因压缩性指标是在侧限条件下测定的 （d）地基最终沉降量等于各层土沉降量之和：
nn eli?e2is?si?hi i?1i?11+eli
理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半经验性方法。 2、计算公式： 各分层沉降量： e1i?e2iai(p2i?p1i)?pi?ziS?h?h?h?hiiiii 1?e1i1?e1iEsiEsi
e1i——由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比
e2i——由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比 最终沉降量： s?s1?s2?s3?????snnnn ?zi??zi?1?zi?s?h?hiii EEi?1i?1i?1sisi
Esi———第i分层土的压缩模量；
???????
σzi———第i层土上下层面所受附加应力的平均值
3、计算步骤： (a)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≤(基础宽度）；
(b)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 (c)确定地基中压力层厚度zn。采用应力比: ① 一般土层：σz/σsz ≤； ② 软粘土层：σz/σsz ≤ ； (d)计算每薄层土沉降量Si S?e1i?e2ih或s??pih??zihi1?e1iiiEsiiEsii (f) 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 二、《建筑地基基础设计规范》方法
在总结大量实践经验的基础上，对分层总和法的计算结果，作必要的修正。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）提出的一种计算方法——简称“规范法”。 《规范》法的要点：
(1)引入平均附加应力系数的概念
(2)引入一个沉降计算经验系数ψs则修正后的地基沉降量为：
沉降计算经验系数 S＝?s?s?
一般情况：软粘土（应力集中）S偏小, Ψs>1
硬粘土（应力扩散）S偏大, Ψs<1
1.计算原理
n?zi设地基土层均质、压缩模量不随深度变化，则： s'?hiEi?1si
?A??Z0?Zdz?p0?0?dz
z
A— 应力面积
A3456?A1234?A1256 :p0z?深度Z范围内竖向附加应力面积A的等代值
:深度Z范围内竖向附加应力系数, nni?nA1234?A1256p0p0 s'??(?izi??i?1zi?1)s??ss???s(zi?i?zi?1?i?1)EEEsissiii?1i?1i?1
《规范法》地基沉降计算简图：
????
2.地基沉降计算深度（地基压缩层厚度）
对于地基的计算深度，即地基压缩层厚度，可分两种情况： ⑴ 有相邻荷载影响:
?sn'?0.025??si'i?1n?s?n
??s?ii?1n?0.025?si?：在计算深度zn范围内，第i层土的变形值
?：在zn处向上取厚度△z土层的计算变形值， △z按规定确定。 ?sn
⑵ 无相邻荷载的基础中点下:
n
式中b-基础宽度，适用于1m～30m范围。 计算层厚度 △z值的选取：
z?b(2.5?lnb)基础宽b(m)≤2△z(m)0.32
在计算地基变形时，应考虑相邻荷载的影响，其值可按应力叠加原理，采用角点法计算。 规范法计算基础沉降量的步骤为： （1） 计算基底附加应力；
（2） 以天然土层作为分层面（即按Es分层）； ?s?n?0.025n（3） 确定压缩层厚度zn，采用变形比
?s?i i?1
p（4） 分别计算每层土的变形量 si?0(zi?i?zi?1?i?1)?
Esis??ss???s?Ei?1i?np0si(zi?i?zi?1?i?1)
（5） 计算基础总沉降量
【例】试按规范推荐的方法计算图所示基础Ⅰ的最终沉降量，并考虑基础Ⅱ的影响。已知基础Ⅰ和Ⅱ各承受相应于准永久组合的总荷载值Q=1134KN，基础底面尺寸b×l=2m×3m,基础埋置身度d=2m。其他条件见图。 【解答】
⑴、计算基底压力 基底处总压力 Q1134p===189kN/m3 A2×3 2p=p－p=189－36=153kN/mczcr基底处土的自重压力
=0.153N/mm2
⑵、计算压缩层范围内各土层压缩量 ⑶、确定压缩层下限
在基底下4m深范围内土层的总变形量，在处以（基础宽度 b=2m，查表3-5得 ）厚土层变形值 。
?s?0.88n??0.02?0.025 n37.8?s? i?1i
故所取沉降计算深度 zn =4m 满足规范要求。
⑷、确定沉降计算经验系数
压缩层范围内土层压缩模量的平均值
n
Ai 2.091i=1E===8.47MPasn 1.5220.569Ai+ 810i=1Esi
查表3-3得ψs=。
⑸、计算基础最终沉降量
s=ψss′=0.9×37.8=34.02mm
?∑∑
基础Ⅰ 基础Ⅱ对基础Ⅰ的影响 zi (m) ai n=l/b m=l/b aⅠi n=l/b m=l/b aⅡi 0 0 0 0 2 4 aizi- △si=p0(aizi-ai-1zi-1) zi aizi Esi ∑△sI △sn/ai-1zi-1 /Esi (m) (m) (kPa) (mm) ∑△si (m) (mm) 0 0 8 10 10
三、土的沉降与时间的关系
● 饱和粘性土地基在建筑物荷载作用下要经过相当长时间才能达到最终沉降，不是瞬时完成的。为了建筑物的安全与正常使用，对于一些重要或特殊的建筑物应在工程实践和分析研究中掌握沉降与时间关系的规律性，这是因为较快的沉降速率对于建筑物有较大的危害。例如，在第四纪一般粘性土地区，一般的四、五层以上的民用建筑物的允许沉降仅10cm左右，沉降超过此值就容易产生裂缝；而沿海软土地区，沉降的固结过程很慢，建筑物能够适应于地基的变形。因此，类似建筑物的允许沉降量可达20cm甚至更大。
●碎石土和砂土的压缩性小而渗透性大，在受荷后固结稳定所需的时间很短，可以认为在外荷载施加完毕时，其固结变形就已经基本完成。饱和粘性土与粉土地基在建筑物荷载作用下需要经过相当长时间才能达到最终沉降，例如厚的饱和软粘土层，其固结变形需要几年甚至几十年才能完成。因此，工程中一般只考虑粘性土和粉土的变形与时间的关系。
建筑物沉降观测与地基容许变形值
一、建筑物沉降观测 1.目的
（1）验证工程设计与沉降计算的正确性； （2）判别建筑物施工的质量；
（3）发生事故后作为分析事故原因和加固处理依据。 2.必要性
能够及时发现建筑物变形并防止有害变形的扩大。 3.水准基点的设置
（1）埋设地点要靠近观测对象，但必须在建筑物所产生的压力影响范围以外。 （2）在一个观测区内，水准基点≥3个，埋置深度应与建筑物基础的埋深相应。 4.观测点的设置
（1）根据建筑物的平面形状，结构特点和工程地质条件考虑布置观测点。
（2）一般设置在四周的角点、转角处、纵横墙的中点、沉降缝和新老建筑物的连接处。 （3）数量一般不小于6点，间距一般为6～12米。 5.仪器与精度
沉降观测采用精密水准仪，观测精度为㎜。 6.观测次数和时间
民用建筑每增高一层观测一次；
工业建筑在不同荷载阶段分别进行观测，施工期间不应少于4次； 竣工后第一年不少于3～5次；第二年不少于2次； 以后每年一次，直到稳定。（稳定标准为半年沉降量不超过2㎜） 7.观测资料的整理
减速沉降（沉降速率减少到㎜/d以下时）：认为沉降趋于稳定。 等速沉降：导致地基丧失稳定的危险。
加速沉降：表示地基 已丧失稳定，应及时采取措施，防止发生事故。 二、地基允许变形值 （一）地基变形分类
建筑物地基变形的特征，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜4种。 1.沉降量(mm)
定义:特指基础中心的沉降差，以mm为单位；
作用:若沉降量过大，势必影响建筑物的正常使用。 2.沉降差(mm)
定义:指同一建筑物中相邻两个基础沉降的差值；
作用:若沉降差过大，建筑物将发生裂缝、倾斜和破坏。 3.倾斜（‰）
定义:指独立基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值，以‰表示。
作用:若建筑物倾斜过大，将影响正常使用，遇台风或强烈地震时危及建筑物整体稳定，甚至倾覆。 4.局部倾斜（‰）
定义:指砖石砌体承重结构，沿纵向6m~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值，以‰表示。 作用:若建筑物局部倾斜过大，往往使砖石砌体承受弯矩而拉裂。 （二）地基变形允许值
授课时间 10 月 23 日 第 11 次课 授课章节 习题课 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 教学重点、难点：
课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 土的抗剪强度公式推导 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
授课时间 10 月 27 日 第 12 次课 授课章节 4-1土的抗剪强度及测定方法 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、使学生了解性掌握土的抗剪强度的含义 2、使学生理解掌握库伦理论及库伦摩尔理论的含义 3、使学生重点掌握极限平衡条件，能够根据极限平衡条件判断土的状态 4、使学生了解抗剪强度的测定方法
教学重点、难点： 重点掌握极限平衡条件，能够根据极限平衡条件判断土的状态 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题3-2 下次课预习要点： 土的抗剪强度公式推导 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
概述
土的抗剪强度：是指土体对于外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。主要应用于地基承载力的计算和地基稳定性的分析、边坡稳定性分析、档土墙及地下结构物上的土压力计算等 。
1、变形破坏 沉降、位移、不均匀沉降等超过规定限值(已学)
地基破坏
2、强度破坏 地基整体或局部滑移、隆起， 土工构筑物失稳、 滑坡 土体强度破坏的机理：
在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。
第二节 土的抗剪强度
一、抗剪强度 （一）、库仑定律（剪切定律） 测定方法：
直接剪切试验（直剪试验） 测定仪器：直剪仪
库仑定律：在法向压力 变化范围不大的范围内，抗剪强度τf与法向压力σ之间的关系，可近似的用一条直线代替。
?f??tan??c根据粘性土剪切试验得出 根据砂土剪切试验得出
?f??tan?
c:土的粘聚力 :土的内摩擦角
??tg?:为土的内摩擦力 二）、抗剪强度的构成因素 库伦公式
粘性土抗剪强度构成：主要来源于黏聚力；其次内摩擦力 无粘性土抗剪强度：来源于土的内摩擦力 （三）、抗剪强度的影响因素
①土颗粒的矿物成分、形状、粒径及表面粗糙程度 ②原始密度 ③天然含水量
④土的结构扰动情况 ⑤有效应力大小 ⑥试验条件 ⑦应力历史
二、摩尔—库仑强度理论
最大剪应力理论 材料的剪切破坏主要是由于土中某一截面上的剪应力达到极限值所致，但材料达到破坏时的抗剪强度也与该截面上的正应力有关。 土体的稳定状态 当土中某点的剪应力小于土的抗剪强度时，土体不会发生剪切破坏。 极限平衡状态 当土中剪应力等于土的抗剪强度时，土体式处于极限平衡 破坏状态
当土中剪应力大于土的抗剪强度时理论上属于破坏状态（实际上这种应力状态根本不存在）
摩尔圆可以表示土体中一点的应力状态，摩尔圆圆周上各点的坐标就表示该点在相应平面上的正应力和剪应力。 （一）、土的极限平衡条件
⑴应力圆与强度线相离（圆1）：弹性平衡状态 ⑵应力圆与强度线相切（圆2）：极限平衡状态 ⑶应力圆与强度线相割（圆3）：破坏状态
摩尔－库仑破坏准则
莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则 (目前判别土体所处状态的最常用准则)
土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为
φσcr=45?+ 2说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成 / 2的夹角。因此，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制。
第三节 抗剪强度的测定方法
直接剪切试验 三轴压缩试验
无侧限抗压强度试验 十字板剪切实验
不同试验方法的剪切试验结果 （1）不固结不排水剪（UU） （2）固结不排水剪（CU） （3）固结排水剪（CD） 总结:
对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同
有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系
授课时间 10 月 30 日 第 13 次课 授课章节 4-2地基承载力的确定方法 任课教师 及职称 张营（助教）
方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、使学生了解性掌握平板载荷试验确定地基承载力 2、使学生重点理论公式确定地基承载力，及承载力修正公式 3、使学生了解确定地基承载力的其他方法 4、使学生了解地基破坏阶段和破坏形式 教学重点、难点： 重点理论公式确定地基承载力，及承载力修正公式 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 土的抗剪强度公式推导 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第四节 地基承载力
主要内容
※ 平板载荷试验确定地基承载力 ※ 理论公式确定地基承载力 ※ 确定地基承载力的其他方法 地基破坏的模式
地基破坏主要是由于基础下持力层抗剪强 度不够，土体产生剪切破坏所致，地基的破坏模式可分为： 1.整体破坏 （密实砂土，坚硬粘土） 2.局部剪切破坏 （土质较软）
3.冲剪破坏 （软粘土，深埋） 一、平板载荷试验确定地基承载力
出现下列情况土体被认为已经达到破坏状态： （1）荷载板周围的土有明显侧向挤出；
（2）荷载p增加很小，但沉降量s却急剧增大，荷载沉降曲线出现陡降段； （3）在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准。 （4）沉降量与承压板宽度或直径之比(s/b)大于或等于。 当满足前三种情况之一时，取该比例界限所对应的荷载值； 承载力特征值按载荷试验p～s关系曲线确定，应满足的要求：
（1）当p～s曲线上有比例界限时，取该比较界限所对应的荷载值；
（2）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半； （3）当不能按上诉两款确定时，当压板面积为～,可
s/b=～所对应的荷载，但其值不应大于最大家荷载量的一半。
（4）同一土层参加统计的实验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。 二、理论公式确定地基承载力 当偏心距e≤倍基础底面宽度时： 地基土承载力特征值：
fa=Mbb+Mdmd+Mcck
四、地基承载力特征值的修正 当基础宽度＞3m且埋置深度＞
时，从荷载试验或其他原位测试、
经验值等方法确定的地基承载力特征值，按下式修正： fa=fak+b(b-3)+dm b＜3m和b未知的情况下，都取b=3m 所以上式可写成：f a=fak+dm fak : 静载荷试验确定的承载力特征值（标准值） fa ：修正后的承载力特征值（设计值）
b、 d ：基础宽度和埋深的地基承载力系数，按 基地下土的类别查表4-2曲值。、
： 基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度
m: 基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度
b : 基底宽度，当b＜3m和b未知的情况下，都取b=3m; b＞6m时按6m计算。 d : 基础埋置深度,一般自室外地面标高算起。
授课时间 11 月 3 日 第 14 次课
授课章节 习题课 方法：讲授法、讨论法、练习法 任课教师 及职称 张营（助教） 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 教学重点、难点： 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 基础设计的原则与步骤 浅基础类型 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
授课时间 11 月 6 日 15 次课
第
授课章节 5-1基础设计的原则与步骤 5-2浅基础类型 方法：讲授法、讨论法、练习法 任课教师 及职称 张营（助教） 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、使学生了解性掌握浅基础的设计规范 2、使学生了解浅基础的设计步骤 3、使学生重点掌握浅基础的类型特点及适用环境 教学重点、难点： 重点掌握浅基础的类型特点及适用环境 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 土的抗剪强度公式推导 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第七章 天然地基上浅基础设计
第一节 概述
一、地基基础设计的基本规定
地基基础设计等级 地基基础设 计规定 荷载组合 规定 地基基础方案 建筑物的安全和正常使用 地基基础类型 地基基础 设计内容与步骤 施工条件 建筑场地和地基岩土条件 （一）地基基础设计等级
根据地基的复杂程度、建筑物规模和功能特征，以及由于地基问题可能造成建筑物的破坏或影响正常使用的程度，将地基基础分为三个设计等级：甲级、乙级、丙级 （二）地基基础设计规定
????
（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； （2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。
（3）表7-2所列范围涉及等级为丙级的建筑可不作变形验算，但如有下列情况时，仍应作变形验算： （4）对经常承受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。 ? （5）基坑工程应进行稳定性验算；
? （6）当地下水埋藏比较浅，存在地下水上浮问题时，尚应进行抗浮验算。 （三）荷载效应组合规定
? 1、按地基承载力确定基础底面积及埋深货按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载
效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。
? 2、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态荷载效应的标准永久组合，
不应计入风荷载的地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。
? 3、计算挡土墙压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的
基本组合，但其荷载分项系数均为。
? 4、在确定基础或桩承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度
时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的荷载分项系数。
? 当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。
? 5、基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要
性系数γ0不应小于。
? 3、两种极限状态与承载力计算
? （1）承载力极限状态。保证地基具有足够的强度和稳定性。 ? 当轴心荷载作用时，应符合下式要求：
pk?fa?7?5?? 当偏心荷载作用时，除符合（7-5）要求外，尚应符合下式要求：
pkmax?1.2fa? （2）正常使用极限状态。保证地基的变形值控制在建筑物所允许的范围内。所谓建筑物允许的变形
值是指地基在荷载及其他因素影响下，基础所产生的均匀沉降或不均匀沉降不致于影响建筑物的安全和正常使用；不能妨碍其设计功能的发挥。 ? 地基的变形值应符合下式要求：
S??S?
地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：
1．对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度， 2．应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观，
3．基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。 二、地基基础设计步骤
???????
刚性浅基础设计计算的一般步骤和内容为:
1）·选定基础的材料 (用块石砌筑还是片石混凝土)，初步拟定基础的形状和尺寸; 2）·初步选定基础的埋置深度;
3）·确定地基承载力特征值 (持力层和软弱下卧层); 4）·确定基础底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算;
5）·对设计等级为甲级、乙级的建筑以及不符合表7-2规定的丙级建筑物，进行地基变形验算; 6）·对于建于斜坡上的建筑物和构筑物及经常承受较大水平荷载的高层建筑和高耸结构，进行地基稳定性验算；
? 7）·确定基础的剖面尺寸，进行基础结构计算； ? 8）·绘制基础施工图。
? 验算中如发现某项设计要求得不到满足，或虽然满足，但尺寸或埋深显得过大而不经济，则需适当修
改尺寸或埋置深度，重复各项验算，直到各项要求全部满足，使基础尺寸较为合理为止。 三 浅基础的类型
(一)无筋扩展基础(刚性基础） 适用于多层民用建筑和轻型厂房 1、砖基础 2、毛石基础
3、混凝土毛石混凝土基础
4、灰土基础
(二)扩展基础(柔性基础） 1、墙下钢筋混凝土条形基础
定 义：当上部结构荷载较大而地基土较软弱时
受力性能：抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想 2、柱下独立基础
定 义：独立基础是柱下基础的的基本形式
受力性能：抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想 三）柱下钢筋混凝土条形基础 应用条件：
当柱承受荷载较大而地基土软弱，采用柱下独立基础，基础低面积大的几乎昏相连接。 （四）柱下十字交叉基础 应用条件：
对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在两个方向分布不均，需要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来调整基础的不均匀沉降。 （五）筏形基础 应用条件：
对于地基很软弱，荷载很大，采用十字交叉基础仍不能满足要求；或相邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。 （六）箱型基础 概念：
当柱荷载很大，地基又特软弱，基础可作成由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙及纵横墙组成箱形基础。 优点：整体性好，抗弯刚度大且空腹埋深等特点。
授课时间 11 月 10 日 第 16 次课 授课章节 5-3基础埋置深度 5-4基础底面积的确定 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、使学生理解基础埋深的含义 2、使学生了解影响基础埋深的因素 3、使学生重点掌握基础底面尺寸的确定 4、使学生掌握软弱下卧层承载力验算 教学重点、难点： 重点掌握基础底面尺寸的确定，难点是掌握软弱下卧层承载力验算
课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （30分钟） 3、练习题（50分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 无筋扩展基础设计 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第二节 基础的埋置深度的确定
概念
1、基础埋置深度
基础底面至设计地面（一般指室外地面）的距离。 2、基础埋深选择的意义
是确定对建筑物的安全和正常使用以及对施工工期、造价影响较大。 影响基础埋深的因素
一、工程地质和水文地质条件应该从两方面进行考虑：
1、 合理选择持力层；
2、考虑地下水的水位和水质。 二、建筑物用途及基础构造
1、当有地下室、设备基础和地下设施时，往往要求加大基础埋深； 2、基础的形式和构造有时也对基础埋深起决定作用。
? 基础埋置地表以下的最小埋深为,且基础顶面至少应低于室外地面。 三、作用在地基上的荷载大小和性质
1、对于同一土层而言，荷载小的基础可能是良好的持力层； 2、承受较大水平荷载（如输电塔）需要较大的基础埋深； 四、相邻建筑物的基础埋深
1、一般新建筑物基础埋深不宜大于相邻原基础的基础。
2、当必须深于原基础时，两基础之间应保持一定净距，数值根据原有建筑荷载大小和土质情况确定。一般取两相邻地面高差的1～2倍。
3、当墙下条形基础有不同埋深时，应沿基础纵向做成台阶形，并由深到浅过渡。 3、对于饱和的细粉沙土层，不宜作为承受振动荷载用的基础持力层。 五、 地基土冻胀和融陷的影响
（一）地基土冻胀性分类与基础最小深度 dmin?zd?hmax（二）地基防冻害措施
第三节 基础底面尺寸的确定
一、作用在基础上的荷载
就是上部结构传至基础底面的竖向力值Fk+基础自重和基础上的土重Gk 二、中心荷载作用下的基础
? 1、柱下独立基础
? 在中心荷载作用下，基础底面上的平均压力应小于或等于修正后的地基承载力特征值，即
F??Ad
pk?K?fa A? 由此可得基础底面积为：
FKA?lb??7?10?? 矩形基础 fa??Gd
? 对于柱下矩形基础，如果取基础长边l与短边b的比例为l/b一般取～，例如 ：取l/b=2,则
l=2b,A=2b2.
A b?2? 基底长边 l=2b
FK? 方形基础 b?l??7?12?fa??Gd
2、墙下条形基础
墙下条形基础通常沿墙纵向单位长度（l=1m）为计算单元，Fk 为每延长米的荷载，则条形基础宽度为：
FK
b??7?13? fa??Gd如果计算带有窗口的墙下基础时，应取一个开间为荷载计算单元。 三、偏心荷载作用下的基础 以单层工业厂房的桩基为例： 基底压力呈梯形分布
确定基底尺寸时，只考虑形心处的竖向荷载和单项力矩。
基础底面积通常采用试算的方法确定，步骤如下：
1、先假定基础底宽≤3m，进行承载力深度修正，初步确定地基承载力设计值fa；
2、按中心受压情况用公式（7-10）估算基础面积A0，然后将基底面积A0扩大10%～40%，即
FK
A??1.11.4?A0??1.11.4??7?14? fa??Gd3、对于矩形基础，取基底长短比l/b= ～，初步确定基底尺寸，计算基底边缘，最大压力满足 ，
pkmin ?0最小压力。
平均压力应满足： p?fa
k
如果不瞒足要求，需从新调整尺寸，至符合为止。
四、软弱下卧层承载力验算
? 按式（7-10）～式（7-14）确定基础面积，只考虑基底压力不超过持力层承载力。 ? 要求作用在软弱下卧层顶面的附加应力与自重应力之和不超过下卧层的承载力，即：
pz?pcz?faz7?15
? 对条形基础和矩形基础，式（7-15）中的Pz 值可简化计算： ? 条形基础
b?pk?pc? pz??7?16?b?2ztan?
? 矩形基础 bl?pk?pc?pz??7?17? b?2ztan?l?2ztan?????
下卧层的顶面附加应力等于基底附加应力乘以附加应力扩散前后基底面积之比 例题：见书
??授课时间 11 月 27 日 第 21 次课 授课章节 土压力的类型与影响因素、静止土压力计算 朗肯土压力计算 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、使学生理解土压力的类型与影响因素 2、使学生掌握静止土压力计算 3、使学生重点掌握朗肯土压力计算 教学重点、难点： 重点掌握基础底面尺寸的确定，难点是掌握软弱下卧层承载力验算
课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （30分钟） 3、练习题（50分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 特殊情况下的土压力计算 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。
第五章、 土压力和土坡稳定
学习要求：
掌握土压力的基本概念与常用计算方法，初步具备应用土压力理论处理一般基础工程问题的能力。
1.掌握静止土压力、主动、被动土压力的形成条件；
2.掌握朗肯土压力理论和库仑土压力理论主动压力计算方法 ；特别是有 超载、成层土、及地下水情况的土压力计算；
3.掌握档土墙设计要点及土坡稳定分析的方法。 基本内容：
◇土压力的类型与影响因素 ◇静止土压力计算 ◇朗肯土压力理论 ◇库仑土压力理论 ◇挡土墙设计
◇各种稳定分析问题
第一节 土压力的类型与影响因素
一、土压力类型
土压力
主动土压力Ea、被动土压力Ep、静止压力E0
三种土压力的关系：Ea 土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。 挡土墙(或挡土结构)是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利、铁路工程以及桥梁中得到广泛应用，由于土压力是挡土墙的主要外荷载。因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。 土压力的计算是个比较复杂的问题。它根据挡土墙位移方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。 二、 影响土压力的因素 1、挡土墙的位移方向和位移量 2、挡土墙的形状、墙背的粗糙程度和结构形式 3、墙后填土的性质、填土的厚度 第二节 静止土压力计算 挡土墙完全没有任何位移（平移和倾覆），作用在其上的土压力即为静止土压力。 在墙背取一小单元体，作用于该单元体上的竖直向应力就是为最大主应力因为无外荷载，仅有填土自重产生应力存在，所以 ?1??z??z 自重应力sz=gZ，则水平自重应力随竖向自重应力而变化(静止土压力强度)： ?x??z?K0?z??0 式中，K0—静止土压力系数，0≤K0≤1。见表5-1 作用于单位长度墙上的静止土压力E0为： 1E?K0?h2 02 土压力合力等于土压力强度分布图形的面积，合力作用点位于h/3处，水平方向。 地下室 外墙 ?z??zz E0 h K0?h?x?K0?zh/ 第三节 朗肯土压力计算 基本假定 1挡土墙墙背竖直、光滑。 2填土表面水平并且与挡 土墙等高。 采用这样假定的目的是简化计算。并且将挡土墙和填土视为无限延伸，沿长度方向去单位长度1m。所以土压力合力单位为KN/m 由于为半空间，所以土体内每一竖直面都是对称面，因此竖直截面和水平截面上的剪应力都等于零，因而相应截面上的法向应力z和x都是主应力，此时的应力状态可用莫尔圆表示。由于该点处于弹性平衡状态，所以莫尔圆位于抗剪强度包线(破坏包线)的下方。 如果使整个土体在水平方向均匀伸展(x减小)或压缩(x增大)，直到土体由弹性平衡状态转为塑性平衡状态。 1.土体在水平方向伸展 上述单元体在水平截面上的法向应力z不变，而竖直截面上的法向应力x却逐渐减小，直至满足极限平衡条件为止(称为主动朗肯状态)。 授课时间 12 月 1 日 第 22 次课 授课章节 特殊情况下的土压力计算 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、使学生理解掌握填土表面有均布荷载土压力计算 2、使学生理解掌握墙后填土分层（c=0）土压力计算 3、使学生重点掌握墙后填土有地下水（c=0）土压力计算 教学重点、难点： 重点掌握墙后填土分层（c=0）土压力计算，难点是墙后填土有地下水（c=0）土压力计算 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （60分钟） 3、练习题（20分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 挡土墙设计 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。 第五节 特殊情况下的土压力计算 一、填土表面有均布荷载 假设填土为无粘性土（c=0），而土的主动土压力强度 σa =(γz+q)Ka 即 ：σa 是由垂直向压应力γz与Ka 的乘积组成。 =z+q σa= 3=qKa+zKa =(q+γz)Ka 1 当填土表面作用均布荷载q（KN/m2）时，一般将均布荷载换算成墙后填土的 当量土层作用在填土面上，其等效厚度为： 填土底面处土压力强度为： ?+?h?Ka?a2??q+?h?Ka???h 二、墙后填土分层（c=0） 挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度 三、墙后填土有地下水（c=0） 挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算 一般假设地下水位上下土层采用相同φ值。 水位以下的重度要考虑浮力影响，用有效重度γ’来代替。 h??q?a h1 h h2 b e c 11hKw 授课时间 12 月 4 日 第 23 次课 授课章节 第六节 挡土墙设计 任课教师 及职称 张营（助教） 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、使学生理解挡土墙的作用 2、使学生了解挡土墙的构造要求 3、使学生重点掌握挡土墙稳定性验算 4、使学生掌握握挡土墙稳定性验算计算方法 教学重点、难点： 挡土墙稳定性验算及其计算方法 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （50分钟） 3、练习题（30分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 桩基类型 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。 第六节 挡土墙设计 挡土墙的作用 挡土墙是各类工程建设中常见的支挡结构形式，它具有结构简单、占地少、施工方便和造价低廉等 诸多优点。目前，不仅广泛应用于公路、铁路、城市建设，同时应用于水坝建设、河床整治、港口工程、水土保持、土地规划、山体滑坡防治等领域。 一、挡土墙的分类 1.重力式挡土墙 2.悬臂式挡土墙 3.扶壁式挡土墙 4.锚定板式与锚杆式挡土墙 5、板桩挡土墙。 6 其它形式挡土墙 二、重力式挡土墙的计算与构造 （一）重力式挡土墙的计算 1、作用挡土墙上的荷载 2、稳定性验算 抗滑移稳定验算/抗倾覆稳定验算 3、地基承载力验算 4、墙身强度验算 抗压强度 抗剪强度 （二）挡土墙的稳定性验算 1、挡土墙抗滑移稳定验算 抗滑稳定条件 K?(Gn?Ean)?s E?1.3at?Gt Gn?Gcos?0 Gt?Gsin?0 Ean?Eacos(???0??) Eat?Easin(???0??)2、挡土墙的抗倾覆验算 抗倾覆稳定条件 Gx0?Eazx Kft?E?1.6axzf Eaz?Eacos(???)Eax?Easin(???) xf?b?zcot?zf?z?btan?0 （三）重力式挡土墙的构造 1、挡土墙的高度H Gt Ean GEa n G ?O Eat ?b G Eaz Ea ?OEax ?z zx0 xb 墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。对长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用斜坡连接，以节省工程量。 2、挡土墙的顶宽 挡墙的顶宽为构造要求确定。 对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于，即2块块石加砂浆。对砼重力式挡墙顶宽也不应小于。 3、挡土墙的底宽 挡墙的底宽由整体稳定性确定，初定挡墙底宽B≈1/2H～1/3H，挡墙底面为卵石、碎石时取小值，墙底为粘性土时取高值。 挡墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。 4、挡土墙的坡度 为了增加稳定性将基底做成逆坡。对于土质地基，基底逆坡坡度≤1：10；对于岩质地基，基底逆坡坡度≤1：5。 5、排水设施 沿墙设置间距为2～3m ，直径≥100 ㎜泄水孔。挡土墙应每隔10～20m 设置伸缩缝。 授课时间 12 月 8 日 第 24 次课 授课章节 7-1桩基础的类型 7-2设计原则 7-3单桩竖向承载力 方法：讲授法、讨论法、练习法 任课教师 及职称 张营（助教） 教学方法 与手段 手段：常规 教学目的与要求： 1、使学生理解桩基础的类型的含义 2、使学生了解设计原则 3、使学生重点掌握单桩竖向承载力 4、使学生掌握软弱下卧层承载力验算 教学重点、难点： 重点掌握单桩竖向承载力 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （30分钟） 3、练习题（50分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 机械压实法 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。 7-1概述 一、按承载性状分类 1、摩擦型桩 （1）摩擦桩： （2）端承摩擦型桩： 2、端承型桩 （1）端承桩： （2）摩擦端承桩： 二、按桩的使用功能分类 1、竖向抗压桩： 2、竖向抗拔桩： 3、水平受荷桩： 4、复合受荷桩： 三、按桩身材料分类 1、砼桩： 2、钢桩： 3、组合材料桩： 四、按成桩方法分类 1、非挤土桩： 2、部分挤土桩： 3、挤土桩： 五、按桩径大小分类 1、小桩：d≤250mm 2、中径桩：250mm （1）沉管灌注桩： （2）钻孔灌注桩： （3）钻孔扩底灌注桩： （4）爆扩灌注桩： 七、群桩基础 （一）、桩的布置 1、独立桩基的桩应采用对称布置，常用三桩承台、四桩承台、六桩承台等。 2、柱下条基及墙下条基，桩可采用一排或多排布置，多排布置时可采用行列式或交叉式。 3、整片基础下的桩也采用行列式或交叉式布置。 （二）、桩顶荷载效应计算 1、群桩中复合基桩或基桩桩顶承受的竖向力按下列公式计算： （1)轴心受压：N=（F+G）/n （2）偏心受压：Nmax=(F+G)/n+Mxymax/∑yi2+Myxmax/∑xi2 2、对于主要承受竖向荷载的抗震设防地区低承台桩基，当同时满足下列条件时，桩顶荷载效应计算可不考虑地震作用。 3、桩基中复合基桩或基桩的竖向承载力计算应符合下述极限状态设计表达式： （1）荷载效应基本组合 （2）地震作用效应组合 §8-2单桩竖向承载力 一、确定方法 二、单桩竖向抗压静载试验 1、示意图： 2、步骤： 3、注意事项： 4、承载力确定： 按P~S曲线 单桩承载力的确定 三、按经验公式确定单桩竖向极限承载力标准值 Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp 对大径桩： Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp 四、单桩竖向承载力设计值 1、n≤3时： R=Qsk/rs+Qpk/rp 基桩：R=Quk/rsp 2、n>3时： R=ηcQsk/rs+ηpQpk/rp+ηcQck/rc 复合桩：R=ηspQuk/rsp+ηcQck/rc Qck=qckAc/n 五、按桩身强度验算单桩竖向承载力设计值 预制桩：R=φ(ψcfcA+fc’As’) 灌注桩：R=φψcfcA 授课时间 12 月 11 日 第 25 次课 授课章节 7-4群桩基础 7-5沉井与地下连续墙 8-1机械压实法 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、使学生理解群桩基础含义 2、使学生了解沉井与地下连续墙 3、使学生重点掌握机械压实法 教学重点、难点： 重点掌握基础底面尺寸的确定，难点是掌握软弱下卧层承载力验算 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （30分钟） 3、练习题（50分钟） 4、总结布置作业（5分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 换土垫层法 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。 §8-1机械压实法 一、机械压实法 1、原理： 适用于大面积填土地基的施工。 分层压实的铺填厚度一般为20-30cm，振动碾压可达60-130cm。 压实的质量用压实系数与含水量控制，不符合者，不得作为建筑地基。 2、压实系数： 为土的控制干密度与最大干密度的比值，填土的最大干密度宜用击实试验确定。 3、击实曲线： 通过同一土质不同含水量的若干土样试验，可得到击实曲线，其曲线的峰值即为最大干密度与相应的最优含水量。 当压实填土的最大干密度无试验资料时，可按下式计算： ρdmax=ηρwds/(1+ 二、重锺夯实法 1、原理： 2、评定方法： 3、适用范围：一般适用于地下水位距地面米以上的粘性土、砂土、杂填土及分层填土的地基，夯打时地基土应保持最优含水量，否则不能不夯打密实，对于饱和软土层，在夯打时会出现“橡皮土”应降低地下位后再夯打。 三、振动压实法 1、原理： 2、振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关。 四、强夯法 1、原理： 2、评定方法： 3、强夯的有效加固深度H与强夯的夯击功能大小有关。结合国内外的工程实践，可用下式估算： H=、适用范围：碎石土、砂土、粉土、低饱和度和粘性土、人工填土地基，也可用于湿陷性黄土地基。 小结：重点掌握机械压实法的原理。 授课时间 12 月 15 日 第 26 次课 授课章节 8-2换土垫层法、复习 方法：讲授法、讨论法、练习法 教学方法 与手段 手段：常规 任课教师 及职称 张营（助教） 教学目的与要求： 1、使学生重点掌握换土垫层法使 2、使学生掌握本门课的基本理论知识 3、使学生重点掌握几个重点计算题型的计算方法 4、使学生能系统把握本门课程的，掌握教学大纲 教学重点、难点： 重点掌握基础底面尺寸的确定，难点是掌握软弱下卧层承载力验算 课时分配计划 1、回顾复习，引导新课（5分钟） 2、讲授本节主要内容 （20分钟） 3、练习题（65分钟） 布置作业： 课后习题 下次课预习要点： 实施情况及课后教学效果分析 本次课主要通过对比和讲解例题的方法讲授课程内容，学生能够很好的理解本课程的重点内容，并能掌握本节课相关的习题计算。教学效果较好。 §8-2换土垫层法 适用范围：适用于软弱地基的浅层处理。 垫层材料：可和砂、碎石、素土、灰土等，换置后的垫层因强度较高可作为基础的持力层，基底的附加应力通过垫层向下扩散，以减少作用在垫层底下软弱下卧层土的附加应力。 工程上用得较多的是砂垫层，砂垫层透水性大，软弱土中的水分可以渗至砂层面排出，加速软弱土的固结。 一、砂垫层厚度 Pcz+Pz≤fz 1、计算时可先选定砂垫层的承载力，一般取150-200KN/m2，由此算出基础宽度。 2、再假定砂垫层厚度为1-3m，按上式进行验算，直到满足为止。 3、如垫层厚度小于，则垫层作用不显著，如垫层厚度大于3m，则施工一般较为困难。 4、砂垫层底面处的附加压力，可按压力扩散角方法计算。 二、砂垫层宽度 b’≥b+2ztanθ 1、θ角的确定：查表 2、z的确定：1-3m 3、b的确定： 4、砂垫层的压缩模量可取24000-30000KPa 三、砂垫层施工 1、砂垫层的承载力决定于砂的级配及施工质量，砂垫层以中砂、粗砂为好。 2、压实方法有平振法、夯实法、碾压法、水撼法、插振法等。 3、施工时应分层加水压实。 4、在砂垫层中也可渗入一定数量的碎石或卵石成为砂石垫层，石子的最大粒径不宜大于50mm,且应与砂拌和均匀。 例题8-1 设计砂垫层 §复习1 一、概念 地基与基础设计的基本要求是什么 解释六种土重度的含义，并比较大小关系。 何谓土的压缩性引起土压缩的原因是什么如何评价地基土的压缩性 何谓土的固结及固结度，饱和土的固结过程如何 库仑土压力理论的假定是什么 简述柱下钢筋砼条形基础的设计过程。 简述桩基础的类型。 简述换土垫层法的设计过程。 二、设计 计算1： 已知基础底面积b*l=2*3m2，基底中心作用有Mgd=，轴向力Ngd=600KN，求基底压力及其分布。 计算2： 挡土墙高4米，墙背垂直、光滑、填土面水平，r=18KN/m3，基底磨擦系数u=，砌体重度r=22KN/m3，试验算挡土墙的稳定性。 小结：加强计算过程的理解。 §复习2 计算1： 已知某刚性基础的台阶宽高比的允许值为1：，台阶的高度为300mm时，宽应为多少如台阶的宽度为100mm时台阶的高度应为多少如台阶的宽度为100mm，台阶的高度采用300mm时是否符合刚性角的要求 计算2： 某一砖承重墙（240mm）下条形刚性基础，承受上部结构传来的轴向力设计值N=180KN/m，地基资料如图所示，基础埋深为1m，基底宽为，试验算基础宽度及软弱下卧层强度。 计算3： 挡土墙高6m，墙背α=90o，c=0，β=0，γ=18KN/m3,γsat=19KN/m3,q=5KN/m2,求主动土压力。 计算2图 计算3图 小结：加强计算过程的理解。
地基基础教案1-23
