【正文】 又如曲率系數(shù)用下式表示： 不均勻系數(shù) 反映大小不同粒組的分布情況，越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級配越良好，作為填方工程的土料時，則比較容易獲得較大的密實(shí)度．曲率系數(shù)描寫的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。 表 l8提供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法。 (一 ) 土的顆粒級配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。 1平原河谷沖積物 平原河谷除河床外，大多數(shù)都有河漫灘及階地等地貌單元(圖 1— 7)。 由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群 圖 l— 5)。 2．坡積物 坡積物是雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地洗刷剝蝕、順著斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。 在地質(zhì)學(xué)中，根據(jù)地層對比和古生物學(xué)方法把地質(zhì)相對年代劃分為五大代 (太古代、元古代、古生代、中生代和新生代 )，每代又分為若干紀(jì)，每紀(jì)又細(xì)分為若干世及期。 巖石的構(gòu)造 巖石中礦物的排列方式及填充方式。 礦物按生成條件可分為原生礦物和次生礦物兩大類。 3）風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)及沉積 外力地質(zhì)作用過程中的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)及沉積，是彼此密切聯(lián)系的。它包括氣溫變化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、風(fēng)、生物等的作用。 2)地殼運(yùn)動 地殼的升降運(yùn)動和水平運(yùn)動。 2地質(zhì)作用 導(dǎo)致地殼成分變化和構(gòu)造變化的作用。因此，土是由顆粒 (固相 )、水 (液相 )和氣 (氣相 )所組成的三相體系。 6 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的型式： 7 地基類型 8 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的選取原則 9 地基及基礎(chǔ)的重要性 二、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求 1 課程的特點(diǎn)： （ 1）地基及基礎(chǔ)課程涉及工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工幾個學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容廣泛、綜合性強(qiáng)； （ 2）課程理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)。 2 地基 — 支撐建筑物荷載、且受建筑物影響的那一部分地層稱為地基。 3 基礎(chǔ) 建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)就是基礎(chǔ) (參看圖 0— 1)。 2學(xué)習(xí)要求： (1)學(xué)習(xí)和掌握土的應(yīng)力、變形，強(qiáng)度和地基計(jì)算等土力學(xué)基本原理； (2)學(xué)習(xí)和掌握淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法； (3)熟悉土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位測試技術(shù)以及室內(nèi)土工試驗(yàn)方法； （ 4）重視工程地質(zhì)基本知識的學(xué)習(xí)，了解工程地質(zhì)勘察的程序和方法，注意閱讀和使用工程地質(zhì)勘察資料能力的培養(yǎng)。 1— 2 土 的 生 成 一 、地質(zhì)作用的概念 1地球的圈層構(gòu)造： 外圈層：大氣圈、水圈、生物圈； 內(nèi)圈層：地殼、地幔、地核。 根據(jù)地質(zhì)作用的能量來源的不同，可分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用 (1)內(nèi)力地質(zhì)作用 : 由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能和放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱能等，引起地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造以及地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用。升降運(yùn)動表現(xiàn) 為地殼的上拱和下拗，形成大 型的構(gòu)造隆起和拗陷：水平運(yùn)動表現(xiàn)為地殼巖層的水平移動，使巖層產(chǎn)生各種形態(tài)的褶皺和斷裂．地殼運(yùn)動的結(jié)果，形成了各種類型的地質(zhì)構(gòu)造和地球表面的基本形態(tài)。 1)風(fēng)化作用 外力 (包括大氣、水、生物 )對原巖發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)變化的作用。風(fēng)化作用為剝蝕作用創(chuàng)造了條件，而風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)又為沉積作用提供了物質(zhì)的來源。 區(qū)分礦物可以礦物的形狀、顏色、光澤、硬度、解理、比重等特征為依據(jù)。 巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖是按成因劃分的三大巖類，其亞類劃分列于表 1表 1表 15。在每一個地質(zhì)年代中，都劃分有相應(yīng)的地層（參見表 16） 在新生代中最新近的一個紀(jì)稱為第四紀(jì)，由原巖風(fēng)化產(chǎn)物（碎屑物質(zhì)），經(jīng)各種外力地質(zhì)作用 (剝蝕、搬運(yùn)、沉積 )形成尚未膠結(jié)硬化的沉積物 (層 )，通稱 “第四紀(jì)沉積物 (層 )”或 “ 土 ” 。 3．洪積物 (Q”) 如果逐漸擴(kuò)大以至連接起來， 則形成洪積沖積平原的地貌單元。 2．山區(qū)河谷沖積層 在山區(qū)，河谷兩岸陡削，大多僅有河谷階地 (圖 18)。 土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化，例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無粘性變化到有粘性。表中根據(jù)界限粒徑 200、 0． 05和 0． 005mm把土粒分為六大粒組：漂石 塊石 )顆粒、卵石 (碎石 )顆粒、圓礫 (角礫 )顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。 顆粒級配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。 粘土礦物的比表面 由于粘土礦物是很細(xì)小的扁平顆粒，顆粒表面具有很強(qiáng)的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強(qiáng)。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。因?yàn)樗肿邮菢O性分子 (氫原子端顯正電荷，氧原子端顯負(fù)電荷 )， 它被土粒表面電荷或水溶液中離子電荷的吸引而定向排列(圖 1— 13)。 自由水按其移動所受作用力的不同，可以分為重力水和毛細(xì)水。 當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時，毛細(xì)水的彎液面和土粒接觸處的表面引力反作用于土粒上，使土粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊 (圖 1— 14)，土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì)粘聚力。一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型 。但是為了對土的基本物理性質(zhì)有所了解，還需要對土的三相 —— 土粒(固相 )、土中水 (液相 )和土中氣 (氣相 )的組成情況進(jìn)行數(shù)量上的研究。 以下介紹與無粘性土的最大和最小孔隙比、相對密實(shí)度等有關(guān)密實(shí)度的指標(biāo)。 ppll p pw w w wIw w I????? 用液性指數(shù)可表示粘性土的軟硬狀態(tài)，見表 414 三、粘性土的靈敏度和觸變性 天然狀態(tài)下的粘性土、通常都具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)受到外來因素的擾動時，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)以及土粒，離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強(qiáng)度降低和壓縮性增大．土的結(jié)構(gòu)性對強(qiáng)度的這種影響，一般用靈敏度來衡量。粘性土的這種抗剪強(qiáng)度隨時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。 土 (巖 )的合理分類具有很大的實(shí)際意義，例如根據(jù)分類名稱可以大致判斷土 (巖 )的工程特性、評價土 (巖 )作為建筑材料的適宜性以及結(jié)合其他指標(biāo)來確定地基的承載力等等。應(yīng)變關(guān)系曲線就不是一根直線 (圖 2— 1)，亦即土的變形具有明顯的非線性特征。 cz z???0c x c y c zK? ? ???0x y y x zx? ? ?? ? ? 必須指出，只有通過土粒接觸點(diǎn)傳遞的粒間應(yīng)力，才能使土粒彼此擠緊，從而引起土體的變形，而且粒間應(yīng)力又是影響土體強(qiáng)度的 — 個重要因素，所以粒間應(yīng)力又稱為有效應(yīng)力。 cz?z? 地基土往往是成層的，成層土自重應(yīng)力的計(jì)算公式： 1nc i iih???? ? 自然界中的天然土層，一般形成至今已有很長的地質(zhì)年代，它在自重作用下的變形早巳穩(wěn)定。1中。 23基底壓力 (接觸應(yīng)力 ) 建筑物荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基，在基礎(chǔ)底面與地基之間便產(chǎn)生了接觸應(yīng)力?；讐毫俣榫鶆蚍植?(圖 2— 5)，此時基底平均壓力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算： FGpA?? (二 )偏心荷載下的基底壓力 對于單向偏心荷載下的矩形基礎(chǔ)如圖 2一般天然土層在自重作用下的變形早巳結(jié)束，因此只有基底附加壓力才能引起地基的附加應(yīng)力和變形。其計(jì)算方法一般假定地基土是各向同性的、均質(zhì)的線性變形體，而且在深度和水平方向上都是無限延伸的，即把地基看成是均質(zhì)的線性變形半空間，這樣就可以直接采用彈性力學(xué)中關(guān)于彈性半空間的理論解答。 (二 )等代荷載法 CK 對于均布矩形荷載附加應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)不位于角點(diǎn)下的情況，就可利用式 (2— 20)以角點(diǎn) 法求得。必須指出，查表 22時所取用邊長 應(yīng)為任一矩形荷載面的長度，而 為寬度，以下各種情況相同不再贅述。角點(diǎn) 1下深度處的 M點(diǎn)由該集中力引起的附加應(yīng)力 ,按式 (2— 12c)為： 在整個矩形荷載面積進(jìn)行積分后得角點(diǎn) 1下任意深度 z處豎向附加應(yīng)力 : 式中 0pyx,dydx, dxdypbx0zd?302 2 2 5 / 232 ( )zp x zd d x d yb x y z? ?? ??10ztKp? ?? ?21 2 2 2 2 212 11tm n nKm n n m n???????? ? ? ???z?同理，還可求得荷載最大值邊的角點(diǎn) 2下任意深度 z處的豎向附加應(yīng)力為 ： (2— 23) 和 均為 和 的函數(shù)，可由表 2—3查用。條形荷載下的地基附加應(yīng)力為： ??bl? ?? ?220022 2 24 4 4 11 2 1 2a r c ta n a r c ta n22 4 4 1 1 6z szm n mp nnKpmm n m m???? ??????? ? ? ?? ? ???? ?? ?220022 2 24 4 4 11 2 1 2a r c ta n a r c ta n22 4 4 1 1 6x sxm n mp nnKpmm n m m???? ??????? ? ? ?? ? ???? ?20022 2 2324 4 1 1 6s x zp mn Kpn m m???? ? ?xz zx???2－ 5 土的壓縮性 一基本概念 土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。 在荷載作用下，透水性大的飽和無粘性土，其壓縮過程在短時間內(nèi)就可以結(jié)束。 二、壓縮曲線和壓縮性指標(biāo) (一 )壓縮試驗(yàn)和壓縮曲線 為求土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比，利用受壓前后土粒體積不變和土樣橫截面積不變的兩個條件，得出受壓前后土粒體積 (見圖 2— 25)： Ae sHAeHAeHV s ? ?????? 1 )(11 000000(1 )se e eH? ? ? 只要測定土樣在各級壓力戶作用下的穩(wěn)定壓縮量后，就可按上式算出相應(yīng)的孔隙比 e，從而繪制土的壓縮曲線。 k P ap 1001 ?k P ap 2 002 ?21?a (三 )壓縮模量 (側(cè)限壓縮模量 ) 根據(jù) 曲線，可以求算另一個壓縮性指標(biāo) —— 壓縮模量。例如可以通過載荷試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)所測得的地基沉降 (或土的變形 )與壓力之間近似的比例關(guān)系，從而利用地基沉降的彈性力學(xué)公式來反算土的變形模量。 根據(jù)各級荷載及其相應(yīng)的 (相對 )穩(wěn)定沉降的觀測數(shù)值，即可采用適當(dāng)?shù)谋壤呃L制荷載 p與穩(wěn)定沉降 s的關(guān)系曲線 ( 曲線 )，必要時還可繪制各級荷載下的沉降與時間的關(guān)系曲線 ( 曲線 )。所以通常將地基的變形按直線變形階段，以彈性力學(xué)公式，即按式 (2— 52)來反求地基土的變形模量，其計(jì)算公式如下： sp ?tp ?sp ?? ?2 1011 pbE s???? (二 )變形模量與壓縮模量的關(guān)系 如前所述，土的變形模量是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值；而土的壓縮模量則是土體在完全側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。 薄壓縮土層的沉降計(jì)算 當(dāng)基礎(chǔ)底面以下可壓縮土層較薄且其下為不可壓縮的巖層時， — 般當(dāng)可壓縮土層厚度 H小于基底寬度 b的 1／ 2時 (圖 2—34)，由于基底摩阻力和巖層層面摩阻力對可壓縮土層的限制 作用，土層壓縮時只出現(xiàn)很少的側(cè)向變形，因而認(rèn)為它與壓縮儀中土樣的受力和變形條件很相近，地基的最終沉降量 S(m)就可直接利用式 (2— 60b),以 S代替其中的 ，以 H代替 ,即得：