【正文】 1 本課程的主要內(nèi)容 第 1章 緒論； 第 2章 土的物理性質(zhì)及分類； 第 3章 地基的應(yīng)力和沉降； 第 4章 土的抗剪強(qiáng)度； 第 5章 土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定性；第 6章 地基勘察； 第 7章 淺基礎(chǔ)常規(guī)設(shè)計(jì)； 第 8章 樁基礎(chǔ)； 第 9章 軟弱土地基處理 2 第 1章 緒 論 一、地基及基礎(chǔ)的概念 二、本學(xué)科的發(fā)展概況 三、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求 3 一、地基及基礎(chǔ)的概念 建筑物的全部荷載均由其下的地層來(lái)承擔(dān) 。 受建筑物影響的那一部分地層稱為地基 ；建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)稱為 基礎(chǔ) 。 建筑物 上部結(jié)構(gòu) 基 礎(chǔ) 地 基 4 基 礎(chǔ) 上部結(jié)構(gòu) 地 基 建筑物三部分示意圖 5 建筑物的上部結(jié)構(gòu) 、 基礎(chǔ)和 地基三部分 ， 功能不同 ， 研究方 法各異 ， 但它們又是建筑物的有機(jī)組成部分 ，缺一不可 、 彼此聯(lián)系 、 相互制約 。 所以 ， 科學(xué)的 、 理想的方法 是將 三部分統(tǒng)一 起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 。 依目前的理論水平 ， 還很難做到這一點(diǎn) 。盡管如此 ， 我們?cè)谔幚淼鼗A(chǔ)問(wèn)題時(shí) ， 頭腦里一定要有 地基 基礎(chǔ) 上部結(jié)構(gòu)相互作用的整體概念 ， 盡可能全面地加以考慮 。 6 建筑物的地基和基礎(chǔ)是建筑物 的根本 ， 它們一旦出現(xiàn)問(wèn)題 ， 建筑 物的安全和正常使用必然受到影響 。 建筑物的事故 ， 絕大多數(shù)都與 地基 和 基礎(chǔ) 有關(guān) 。 組成地層的 土 或巖石是自然界的產(chǎn)物 。建筑物建造在地層上面 ， 所以建筑物場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件是決定地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的先決條件 。 7 研究土體的應(yīng)力 、 變形 、 強(qiáng)度 、 滲流及穩(wěn)定性的一門力學(xué)分支學(xué)科 稱為 土力學(xué) 。 土力學(xué)是本課程的理論基礎(chǔ)。 土力學(xué)所要研究的兩大基本問(wèn)題是土體的 變形 和 強(qiáng)度 。 8 ※ 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足 的基本條件 建筑物的建造使地基中原有的 應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化 ， 所以地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)必須滿足： 能力 （ 地基土的強(qiáng)度問(wèn)題 ） ； （ 地基土的變形問(wèn)題 ） 。 9 基礎(chǔ) 淺基礎(chǔ) 深基礎(chǔ) 地基 天然地基 人工地基 10 二、本學(xué)科發(fā)展概況 作為 工程技術(shù) ， 基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)古老的工藝 。 如前所述 ， 只要建造建筑物 ， 注定離不開(kāi)地基和基礎(chǔ) ， 因此 ， 作為一項(xiàng)工程技術(shù) ，基礎(chǔ)工程的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng) 。 但人們只能依賴于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和能工巧匠的技藝更新來(lái)發(fā)展這項(xiàng)技術(shù) ， 囿于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力發(fā)展水平 ， 基礎(chǔ)工程還未能提煉成為系統(tǒng)的科學(xué)理論 。 11 作為 應(yīng)用科學(xué) ， 基礎(chǔ)工程 又是一門年輕的學(xué)科 。 作為本學(xué)科理論基礎(chǔ)的土力學(xué)的發(fā)展歷史可以劃分為 古典土力學(xué) 和 現(xiàn)代土力學(xué) 兩個(gè)階段 。 12 土力學(xué) 古典土力學(xué) 現(xiàn)代土力學(xué) 一個(gè)原理 兩個(gè)理論 一個(gè)模型 三個(gè)理論 四個(gè)分支 (1923~1960) (1963~ ? ) 13 在土建 、 水利 、 橋隧 、 道路 、 港口等有關(guān)工程中 ， 以巖土體的 利用 、 改造與整治問(wèn)題為研究對(duì)象的科技領(lǐng)域 ， 因其區(qū)別于結(jié)構(gòu)工程的特殊性和各專業(yè)巖土問(wèn)題的共同性 ， 已發(fā)展融合成為一個(gè)自成體系的專業(yè) ——“巖土工程 ” 。 它的研究方法是由三種基本手段 （ 數(shù)學(xué)模擬 、 物理模擬 和 原位觀測(cè) ） 綜合而成 。 所謂 巖土工程 ， 即為 土力學(xué) 、 工程地質(zhì)學(xué) 、 水文地質(zhì)學(xué) 和 巖體力學(xué) 的結(jié)合 。 14 三 、 本課程的特點(diǎn)和 學(xué)習(xí)要求 ：本課程涉及水文地質(zhì)學(xué) 、 工程地質(zhì)學(xué) 、 土力學(xué)等幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域 ， 內(nèi)容廣泛 、綜合性強(qiáng) 。 ：牢固掌握土力學(xué)中的基本概念和基本原理 ， 做到能夠應(yīng)用這些基本概念和基本原理 ， 結(jié)合有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)理論和施工知識(shí) ， 分析和解決地基基礎(chǔ)問(wèn)題 。 15 童小東 南京東南大學(xué)土木工程學(xué)院 .： 210096 Tel： 0253792461(O)， 3791829(O)， 0253794969(H) Email： 16 第 2章 土的物理性質(zhì)及 分類 第 1節(jié) 概述 第 2節(jié) 土的組成 第 3節(jié) 土的三相比例指標(biāo) 第 4節(jié) 無(wú)粘性土的密實(shí)度 第 5節(jié) 粘性土的物理特征 第 6節(jié) 土的滲透性 第 7節(jié) 地基土（巖）的分類 17 第 1節(jié) 概述 ※ 土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。 風(fēng)化作用 物理作用：巖石產(chǎn)生 量 的變化 化學(xué)作用 生物作用 巖石產(chǎn)生 質(zhì) 的變化 18 ※ 土是三相體。 土 液相 （水） 氣相 （氣） 固相 （土顆粒） 土 殘積土 運(yùn)積土 風(fēng)成沉積土 水成沉積土 冰川沉積土 19 ※ 飽和土中的孔隙均被水所充填， 所以飽和土為二相體。 20 第 2節(jié) 土的組成 一 、 土的固相 （ 一 ） 土的顆粒級(jí)配 ※ 按土顆粒粒徑 （ d） 大小將土顆粒分組 ，稱為 粒組 。 劃分粒組的分界尺寸稱為 界限粒徑 。 巨粒 ： 60mm 粗粒 ： ~60mm 細(xì)粒 ： ≤ 土的粒組 21 ※ 土顆粒的大小及其組成情況 ， 通常以土中土顆粒各個(gè)粒組的相 對(duì)含量 （ 各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù) ） 來(lái)表示 ， 稱為 土的顆粒級(jí)配 。 ※ 土的顆粒級(jí)配可由 土的顆粒大小分析試驗(yàn) （ 簡(jiǎn)稱 顆分試驗(yàn) ） 測(cè)定 。 篩析法 密度計(jì)法 d 移液管法 d 顆分試驗(yàn) 22 根據(jù)顆粒大小分析試驗(yàn)結(jié)果 ， 可以繪制 顆粒級(jí)配累積曲線 （ 橫 坐標(biāo)為 粒徑 ， 用 對(duì)數(shù)坐標(biāo) 表示；縱坐標(biāo)為 小于某粒徑的土重含量 ， 用 常數(shù)坐標(biāo) 表示 ） 。 顆粒級(jí)配曲線的 坡度 可以大致反映土的均勻程度 。 曲線陡 ， 表示粒徑大小相差不多 ， 土顆粒比較均勻；曲線緩 ， 表示粒徑大小相差懸殊 ， 土顆粒不均勻 ， 級(jí)配良好 。 23 ※ 幾個(gè)特殊粒徑： d10, d30 , d60 小于某粒徑的土顆粒質(zhì)量累積 百分?jǐn)?shù)為 10%時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為 有效粒徑d10。與之類似可以得到 d30和 d60（ 限定粒徑 ）。 ※ 土顆粒的級(jí)配指標(biāo)： 不均勻系數(shù) Cu= d60/ d10 曲率系數(shù) Cc=(d30)2/(d60 d10) 24 Cu反映大小不同粒組的分布情況。 Cu越大，表示土顆粒大小的分布范圍 越大，其級(jí)配良好。 Cc描寫(xiě)累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。 在一般情況下， Cu 5，均粒土，為級(jí)配不良 10，級(jí)配良好 25 Cu≥5 Cc=1~3 級(jí)配良好 礫類土或砂類土 單獨(dú)用 Cu來(lái)確定土的級(jí)配情況是 不夠的，需同時(shí)參考 Cc。 26 （二）土粒的礦物成分 礦物成分對(duì)土的性質(zhì)有著重要 影響 ， 其中以細(xì)粒組的礦物成分最為重要 。 原生礦物 ：包括石英、長(zhǎng)石和云母等。為巖石物理風(fēng)化的產(chǎn)物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定或較為穩(wěn)定。 次生礦物 ：為原生礦物化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。 土顆粒的礦物成分 原生礦物 次生礦物 27 次生礦物主要是 粘土礦物 。 由于晶片結(jié)合的情況不同 ， 便形成了具有不同性質(zhì)的各種粘土礦物 ， 主要有蒙脫石 、伊里石和高嶺石 。 硅氧四面體 硅氧晶片 鋁氫氧八面體 鋁氫氧晶片 的基本單元 粘土礦物結(jié)構(gòu) 28 蒙脫石：親水性強(qiáng) （ 吸水膨脹 、 脫水收縮 ） 伊里石：親水性中等 高嶺石：親水性差 29 二 、 土的液相 土中水 結(jié)合水 自由水 強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水 重力水 毛細(xì)水 ※ 土的含水量試驗(yàn)所測(cè)定的為土中的 自由水 和 弱結(jié)合水 。 30 三 、 土的氣相 土孔隙中未被水所占據(jù)的部位 由氣體充填 。 土中的氣體若 與大氣相通 ， 則對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)影響不大 。若 與大氣隔絕 ， 使土的壓縮性提高 ， 透水性減小 。 31 四 、 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的 大小 、 形狀 、 相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征 。 土的結(jié)構(gòu) 絮狀結(jié)構(gòu) ： d（粘粒在海水中） 蜂窩結(jié)構(gòu) ： d=~（粉粒） 單粒結(jié)構(gòu) ： d 分散結(jié)構(gòu) ： d（粘粒在淡水中） 緊密 疏松 32 第 3節(jié) 土的三相比例指標(biāo) ※ 土的三相比例指標(biāo)定量反映了土的三相的組成情況，有助于理解土的基本物理性質(zhì)。 土 液相 （水） 氣相 （氣） 固相 （土顆粒） ※ 土是三相體。 33 為了對(duì)土的基本物理性質(zhì)有所 了解 ， 需要對(duì)土的三相的組成情況 進(jìn)行定量研究 。 表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo) ， 稱為土的三相比例指標(biāo) ， 包括 土粒比重 ds、 含水量 w、 密度 ρ 、 孔隙比 e、 孔隙率 n和 飽和度 Sr。 ※ 土粒比重 ds：土粒質(zhì)量與同體積的 4℃ 時(shí)純水的質(zhì)量之比 。 在數(shù)值上等于土粒密度 ，但無(wú)量綱 。 在試驗(yàn)室用 “ 比重瓶法 ” 測(cè)定 ，一般土粒比重的變化幅度不大 。 34 ※ 土的含水量 w：土中水的質(zhì)量 與土粒質(zhì)量之比 。 在試驗(yàn)室一般用 “ 烘干法 ” 測(cè)定 。 一般來(lái)說(shuō) ， 同一類土 ， 當(dāng)含水量增大時(shí) ， 其強(qiáng)度就降低 。 土的密度 干密度 飽和密度 有效密度 干重度 飽和重度 有效重度 ※ 土的密度 ρ ：土單位體積的質(zhì)量 。 在試驗(yàn)室一般用 “ 環(huán)刀法 ” 測(cè)定 。 35 ※ 土的孔隙比 e：土中孔隙體積 與土粒體積之比?？梢杂脕?lái)評(píng)價(jià) 天然土層的密實(shí)程度。 ※ 土的孔隙率 n：土中孔隙體積與土體總體積之比。 ※ 土的飽和度 Sr：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比。 36 第 4節(jié) 無(wú)粘性土的密實(shí)度 ※ 無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系 。 呈密實(shí)狀態(tài)時(shí) ， 為良好地基；呈疏松狀態(tài)時(shí) ， 為不良地基 。 ※ 無(wú)粘性土的最小孔隙比 emin：處于最緊密狀態(tài)的孔隙比 。 在試驗(yàn)室可用 “ 振擊法 ”測(cè)定 。 ※ 無(wú)粘性土的最大孔隙比 emax：處于最疏松狀態(tài)的孔隙比 。 在試驗(yàn)室可用 “ 漏斗法 ”或 “ 量筒法 ” 測(cè)定 。 37 無(wú)粘性土的相對(duì)密實(shí)度 Dr： 無(wú)粘性土的最大孔隙比與天然孔隙比之差和最大孔隙比與最小孔隙比之差的比值 。 Dr=(emaxe)/( emax emin ) 相對(duì)密實(shí)度的值介于 0~1之間 ， 值越大 ，表示越密實(shí) 。 38 第 5節(jié) 粘性土的物理特征 一 、 粘性土的界限含水量 同一種粘性土隨著含水量的不同 ， 可分別處于 固態(tài) 、 半固態(tài) 、 可塑狀態(tài) 和 流動(dòng)狀態(tài) 。 粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量 ， 稱為 界限含水量 。 0 固態(tài) 半固態(tài) 可塑狀態(tài) 流動(dòng)狀態(tài) 縮限 ws 塑限 wp 液限 wl w 39 液限儀 錐式液限儀 碟式液限儀 塑限 ：搓條法 液限 塑限 液限 ： 液塑限 聯(lián)合測(cè)定儀 橫坐標(biāo)：土樣含水量 縱坐標(biāo)：圓錐入土深度 40 二 、 粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù) Ip為液限和塑限的差 值，表示土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。 塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素 (土的顆粒組成，土的礦物成分以及土中水的離子成分和濃度等 )。 液性指數(shù) Il為粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)的比值。 41 液性指數(shù)可以表示粘性土 所處的軟硬狀態(tài) 。 液性指數(shù)的 值越大 ， 表示土質(zhì)越軟 。 三 、 粘性土的靈敏度和觸變性 土的靈敏度 ：原狀土的強(qiáng)度與同一土