第10章土力学与基础工程.

土木工程概论第10章土力学与基础工程本章内容10.1引言10.2土的分类和结构10.3土力学理论的应用10.4基基础工程工程基础工程10.5地基不均匀沉降10.6地基处理10.1引言土是什么？对于土壤学家来说，土石一种覆盖于地球表面可以种植植物的介质；10.1引言土—是地壳岩石经过物理风化和化学风化作用后的产物，是各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体，土粒之间的空隙中包含着水和气体，是一种三相体系。10.1引言什么是土力学土力学—是利用力学知识和土工试验技术，来研究土的强度、变形及其规律的一门学科。10.1引言基础工程主要解决建筑结构体中基础、挡墙、桩基础、沉箱基础及其他建筑物结构部分的设计、施工、围护和修复工作。10.1引言将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构称为基础。地基是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。10.2.1土的分类10.2土的分类和结构按照粒径由大到小具体分为：漂石（10cm）,卵石（10~5cm），砾石（5cm~5mm），砾砂（5~2cm），砂（2~0.06cm）以上这些土类均为摩擦型、无粘性土，它们依靠颗粒间的内摩擦阻力维持土体稳定。10.2土的分类和结构对于有黏性土，国际上普遍采用以下分类标准：粉土（0.02~0.002），黏土（0.002mm）其界限并不十分明确，有很多土可以定义为粉质黏土或黏质粉土以上这些土类均为摩擦型、无粘性土，它们依靠颗粒间的内摩擦阻力维持土体稳定。10.2土的分类和结构土体中包含有各种大小的颗粒,为了表示颗粒大小的组成情况,通常以土中各粒组的相对含量来表示,称为土的颗粒级配。测定土粒粒径的方法有筛分法和沉降法两种。对于粒径大于0.1mm的粗颗粒采用筛分法;小于0.1mm的采用沉降法。土的颗粒级配10.2土的分类和结构用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数粗筛：圆孔，孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛：孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、0.075mm。筛分法：颗粒粒径级配曲线纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）10.2土的分类和结构颗粒级配的描述1060ddCu不均匀系数Cu曲率系数Cc6010230dddCc对于砾类土或砂类土，同时满足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好级配砂或良好级配砾10.2土的分类和结构气Va水土粒msmwmVsVwV质量m体积VVv土的三相图3.土的含水量ω：%100%100sssmmmmm测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法直接测定指标1.土的密度ρ：awswsVVVmmVmg重力加速度，近似取10m/s22.土粒相对密度Gs（土粒比重）：ssssVmG土粒相对密度：粘性土一般2.70～2.75；砂土一般为2.65左右。10.2土的分类和结构土的结构土颗粒之间的相互作用及它们在空间上的分布状况。单粒结构粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构土的结构影响和决定着土的工程特性渗透性、承载力、抗剪强度、工作性、导热性和导电性10.2土的分类和结构10.3土力学理论的应用土的抗剪强度土是由于受剪而发生破坏，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。生破坏10.3土力学理论的应用工程问题：土工构筑物的稳定性（如土坝、边坡等）土压力问题地基的承载力问题10.3土力学理论的应用基本概念：土的抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是极限的概念，是土的一种内在特性；其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。破坏准则：破坏时的应力组合关系就称为破坏准则。而生产实践所广泛采用的破坏准则即摩尔-库伦破坏准则。10.3土力学理论的应用10.3土力学理论的应用对于粘性土，可给出更为普遍的表达式：f=c+tan1776年法国科学家库伦（C.A.Coulomb）总结土的破坏现象和影响因素，提出土的破坏公式为：根据砂土试验结果得到:f=tan以上两式统称为库仑定律；也称为总应力抗剪强度公式。10.3土力学理论的应用10.4基础工程基础的作用是在满足以下要求的前提下，将上部结构荷重传递给地基土中。（1）不发生过大的沉降；（2）不产生不均匀沉降；（3）在荷载作用下不发生破坏。10.4基础工程一、浅基础的定义和作用基础竖向尺寸与其平面尺寸相当，侧面摩擦力对基础承载力的影响可忽略不计。包括独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础等。二、浅基础的类型按基础刚度分类：刚性基础、扩展基础1、刚性基础刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。10.4基础工程石基础砖基础素混凝土基础2、扩展基础当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础,亦称延性基础。10.4基础工程扩展基础按构造分类：1、单独基础2、条形基础3、筏板基础4、箱形基础5、壳体基础10.4基础工程1、单独基础在建筑中，柱的基础一般都是单独基础。亦称独立基础。返回柱下单独基础10.4基础工程2、条形基础墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。返回墙下条形基础10.4基础工程3、筏板基础当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。返回10.4浅基础带形基础、十字形基础、筏式基础箱形基础4、箱形基础为了对筏板基础进行加强，增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。返回10.4基础工程箱形基础5、壳体基础为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。返回10.4基础工程壳体基础10.4深基础一、深基础定义位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础。厦门九州花园深基础施工二、深基础的类型桩基础地下连续墙墩基础沉井基础沉箱基础10.4基础工程1、桩基础桩基础的分类：（1）按桩身材料分类木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。10.4基础工程水泥土搅拌桩(2)按施工方法分类预制桩钻孔灌注桩按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。10.4基础工程(3)按承载性状分类:端承型桩和摩擦型桩。端承型桩返回摩擦型桩10.4基础工程2、地下连续墙天津百货大楼地下连续墙返回10.4基础工程3、墩基础在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。返回10.4基础工程墩基础4、沉井基础返回沉井基础10.4基础工程5、沉箱基础沉箱基础返回10.5基础工程10.5地基不均匀沉降一、定义1、一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标；2、差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力3、差异沉降将会产生裂缝，倾斜甚至破坏二、减小地差异沉降的主要措施1、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布；2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝；3、增加上部结构对地基不均匀对地基协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强结构得整体性；4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法。10.5地基不均匀沉降地基沉陷模型动画10.6地基处理大型填海工程地基处理地基处理的主要目的是指提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。一、地基处理方法10.6地基处理二、地基处理的方案选择地基处理的方案选择考虑的因素：1、地基土质条件2、工程要求3、工期4、造价5、料源6、施工机械条件10.6地基处理三、地基处理技术的发展1、土的“加筋法”；2、土工合成材料、砂井预压和塑料排水带；3、“强夯法”和“振动水冲法”等；4、真空预压法；5、高压喷射注浆法。10.6地基处理