【正文】 水流是鹽類遷 移和重新分布的主要因素。當(dāng)土中的硫酸鈉含量超過(guò)某一定值(約 2％ )時(shí)，在低溫或含水率下降時(shí)，硫酸鈉發(fā)生結(jié)晶膨脹，對(duì)于無(wú)上覆壓力的地面或路基，膨脹高度可達(dá)數(shù)十至幾百毫米，這成了鹽漬土地區(qū)的一個(gè)嚴(yán)重的工程問(wèn)題。 多年凍土在我國(guó)主要分布在青藏高原和東北大小興安嶺，在東部和西部地區(qū)一些高山頂部也有分布。 雜填土是由含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。 1. 均質(zhì)土的自重應(yīng)力 土體在自身重力作用下任一豎直切面均是對(duì)稱面，切面上都不存在剪應(yīng)力。對(duì)剛性基礎(chǔ) (如箱形基礎(chǔ)或高爐基礎(chǔ)等 )，在外荷載作用下，基礎(chǔ)底面基本保持平面，即基礎(chǔ)各點(diǎn)的沉降幾乎是相同的，但基礎(chǔ)底面的地基反力分布則不同于上部荷載的分布情況。 Boussinesq， 1885)解計(jì)算，其任意點(diǎn)豎向正應(yīng)力 及地表上距集中力為 r處的豎向位移凹 (沉降 )可表示成如下形式： 供查用。當(dāng)上層土的壓縮性比下層土的壓縮性低時(shí) (即硬殼層情況 )，即 ElE2，則土中附加應(yīng)力將發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。值與土所受的荷載大小有關(guān)。 ～ p曲線直線段的斜率 B. e～ p曲線割線的斜率 ～ 1gp曲線直線段的斜率 D. e～ 1gp曲線割線的斜率 答案： C 4. 回彈指數(shù) Ce 卸載段和再壓縮段的平均斜率稱為回彈指數(shù)或再壓縮指數(shù) Ce。該參數(shù)常用于用彈性理論公式估算建筑物的初始瞬時(shí)沉降。 對(duì)矩形均布荷載下的角點(diǎn)沉降、中心點(diǎn)沉降和平均沉降以及圓形均布荷載下的剛性基礎(chǔ)沉降可歸納成下式表示： 式中 e— 合力的偏心距 K— 計(jì)算系數(shù)，可按 l／ b由有關(guān)圖表查得。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時(shí)間的關(guān)系。 用面上的法向應(yīng)力方向與坐標(biāo)軸的正方向相同時(shí)，則剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)軸正方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)，若剪應(yīng)力作用面上的法向應(yīng)力方向與坐 標(biāo)軸正方向相反時(shí)，則剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)軸正方向相反時(shí)為正，反之為負(fù)。土中應(yīng)力過(guò)大時(shí)，會(huì)使土體因強(qiáng)度不夠發(fā)生破壞，甚至使土體發(fā)生滑動(dòng)失去穩(wěn)定。 【例題 19】某矩形基礎(chǔ)底面寬度為 8m，當(dāng)采用分層總和法進(jìn)行地基變形驗(yàn)算時(shí)，地基土的分層厚度不宜超過(guò)（ ）。 A. 正常固結(jié)土 B. 超固結(jié)土 C. 欠固結(jié)土 答案： B 【例 題 17】某地層自地表以下 10m范圍內(nèi)均為粉土，其天然重度為 ,地下水位在 16m 處，已知該土層在 10m 處受到的先期固結(jié)壓力為 200 kpa，則該處粉土屬于（ ）。該參數(shù)將用于地基最終沉降量計(jì)算的分層總和法、應(yīng)力面積法等方法中。在 e～ 1gp 曲線中可以看到，當(dāng)壓力較大時(shí)， e～ 1gp 曲線接近直線。 根據(jù)壓縮過(guò)程中土樣變形與土的三相指標(biāo)的關(guān)系，可以導(dǎo)出試驗(yàn)過(guò)程孔隙比與壓縮量 H的關(guān)系，即 這樣，根據(jù)式 (1561)即可得到各級(jí)荷載 P 下對(duì)應(yīng)的孔隙比 e，從而可繪制出土樣壓縮試驗(yàn)的 e～p曲線及 e～ lgp曲線等。 如圖 1557所示，在土體表面作用分布寬度為 b 的均布條形荷載 p時(shí)，土中任一點(diǎn)的豎向應(yīng)力 可采用彈性理論中的弗拉曼 (Flamant)公式在荷載分布寬度范圍內(nèi)積分得到： 六、成層地基中附加應(yīng)力的分布規(guī)律 在柔性荷載作用下，將土體視為均質(zhì)各向同性彈性土體時(shí)土中附加應(yīng)力的計(jì)算與土的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 【例題 5】某條形基礎(chǔ)寬度為 ，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載為 120KN/m，基礎(chǔ)埋深為 2m，持力層及以上土的天然重度為 ，求基底處的附加壓力 p0。 【例題 1】某土層及其物理性質(zhì)指標(biāo)如圖 1552 所示，地下水位在地表下 ，計(jì)算土中 a、 b、 c、 d各點(diǎn)處的自重應(yīng)力。 土是三相體，具有明顯的各向異性和非線性特征。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土和沖填土三類。凍土按其凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)短可分為三類：瞬時(shí)凍土、季節(jié)性凍土和多年凍土。根據(jù)大量研究表明，只有干燥和稍濕的鹽漬土才具有溶陷性，且大多為自重溶陷。鹽漬土的成因主要取決于鹽源、遷移和積聚這三個(gè)方面。因此反映出具有高塑性的特征，特別是液限 WL比一般粘性土高，都在 50％以上。 A. 黃土 B. 填土 C. 不均勻 D. 膨脹土 答案： D 【例題 28】膨脹土地區(qū)房屋損壞具有的特點(diǎn)為（ ）。 4. 超固結(jié)性膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比小，密實(shí)度大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。 3)施工階段的防水措施 施工場(chǎng)地應(yīng)平整，做好臨時(shí)性防洪、排水措施。黃土受水浸濕時(shí)，結(jié)合水膜增厚楔入顆粒之間，可溶性鹽類溶解和軟化，骨架強(qiáng)度降低，土體在上覆土層的自重壓力或附加壓力共同作用下土的結(jié)構(gòu)迅 速破壞，土粒滑向大孔隙，粒間孔隙減少，這就是黃土濕陷的機(jī)理。 淤泥是指在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形 成，天然含水量大于液限、天然孔隙比e≥ 的粘性土。然而，直剪試驗(yàn)中只是用剪切速率的 “ 快 ” 與 “ 慢 ” 來(lái)模擬試驗(yàn)中的 “ 不排水 ” 和 “ 排水 ” ，對(duì)試驗(yàn)排水條件的控制是很不嚴(yán)格的，因此在有條件的情況下應(yīng)盡量采用三軸試驗(yàn)方法。在剪切過(guò)程中，試樣沒(méi)有任何體積變形。 3)慢剪。將抗剪強(qiáng)度線延長(zhǎng)與軸相交于 B點(diǎn)，由直角三角形 ABO1可知： 5. 土的極限平衡條件的應(yīng)用 采用應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線相互位置關(guān)系來(lái)評(píng)判的圖解法也可以得到相同的結(jié)果。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪 強(qiáng)度時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。 A. 穩(wěn)定平衡狀態(tài) B. 極限平衡狀態(tài) C. 剪切破壞 答案： A 【例題 7】隨著土中應(yīng)力狀態(tài)的改變，土中將出現(xiàn)三種平衡狀態(tài)，其中不包括（ ）。 2)固結(jié)快剪。 (2)三軸試驗(yàn)方法 通過(guò)控制土樣在周圍壓力作用下固結(jié)條件和剪切時(shí)的排水條件，可形成如下三種三軸試驗(yàn)方法： 不固結(jié)不排水剪 (UU 試驗(yàn) )：試樣在施加周圍壓力和隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中都不允許排水，即從開(kāi)始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不會(huì)消散。 3. 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法與指標(biāo)的選用 在實(shí)際工程中，地基條件與加荷情況不一定非常明確，如加荷速度的快慢、土層的厚薄、荷載大小以及加荷過(guò)程等都沒(méi)有定量的界限值，而常規(guī)的直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)是在理想化的室內(nèi)試驗(yàn)條件下進(jìn)行，與實(shí)際工程之間 存在一定的差異。我國(guó)自然 環(huán)境變化大，世界上幾種主要的特殊性土類在我國(guó)都有分布，包括軟土、黃土、紅粘土、膨脹土、凍土、鹽漬土和填土 一、軟土 軟土是指分布于沿海的濱海相、三角洲相、溺谷相和內(nèi)陸平原或山區(qū)的河流相、湖泊相、沼澤相等主要由細(xì)粒土組成的孔隙比大 (一般大于 )、天然含水量高 (接近或大于液限 )、壓縮性高 ( 1－ 2)和強(qiáng)度低的土層。自重濕陷性黃土是指土層浸水后在土層自重作用下也能發(fā)生濕陷的黃土。 2)單體建筑物的防水措施 建筑物周圍必須設(shè)置具有一定寬度的混凝土散水，以便排泄屋面水。強(qiáng)膨脹土浸水后幾分鐘即完全崩解；弱膨脹土則崩解緩慢且不完全。土體吸水飽和，在重力與滲透壓力作用下，沿坡面向下產(chǎn)生塑流狀溜塌。 根據(jù)紅粘土的成土條件，這類土主要集中分布在我國(guó)長(zhǎng)江以南，即北緯 33176。由于裂隙的存在，土體整體性遭到破壞，總體強(qiáng)度大為減弱，此外，裂隙又促使深部失水，有些裂隙發(fā)展成為地裂。這種土零星分布于我國(guó)東北的松遼平原以及華北的黃、淮、海河平原。 此外，對(duì)攪拌混凝土或砂漿的用水和砂石料的含鹽量也必須嚴(yán)格控制，應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定。 【例題 31】多年凍土是指凍結(jié)持續(xù)時(shí)間為（ ）的土。 A. 粉土 B. 雜填土 C. 沖填土 D. 素填土 答案： D 第五講 土中應(yīng)力分布及計(jì)算和土的壓縮性與地基沉降 一、 內(nèi)容提要： 本講主要講述 ① 土中應(yīng)力分布及計(jì)算部分包括土的自重應(yīng)力、基礎(chǔ)底面壓力、基底附加壓力、土中附加應(yīng)力； ② 土的壓縮性與地基沉降部分包括壓縮試驗(yàn)、壓縮曲線、 壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、壓縮模量、載荷試驗(yàn)、變形模量、高壓固結(jié)試驗(yàn)、土的應(yīng)力歷史、先期固結(jié)壓力、超固結(jié)比正常固結(jié)土、超固結(jié)土、欠固結(jié)土 、沉降計(jì)算的彈性理論法、分層總和法、有效應(yīng)力原理、一維固結(jié)理論、固結(jié)系數(shù)、固結(jié)度； 二、 重點(diǎn)、難點(diǎn)： 基底與土中自重應(yīng)力與附加應(yīng)力的計(jì)算、土的壓縮試驗(yàn)、利用分層總和法進(jìn)行地基變形計(jì)算、有效應(yīng)力原理 三、 內(nèi)容講解： 第一節(jié) 土中應(yīng)力分布及計(jì)算 一、土中應(yīng)力 土中應(yīng)力指土體在自身重力、建筑物和構(gòu)筑物荷載，以及其他因素 (如土中水的滲流、地震等 )作用下，土中產(chǎn)生應(yīng)力。若地下水位以下的土受到水的浮力作用，則水下部分土的重度按有效重度 計(jì)算，其計(jì)算方法同成層土體情況。 A. ①140kpa ； ②120kpa ； ③ B. ①140kpa ； ②120kpa ； ③ C. ①140kpa ； ②130kpa ； ③ D. ①130kpa ； ②120kpa ； ③ 答案： B 四、基底附加壓力 基礎(chǔ)通常是埋置在天然地面下一定深度的。 3. 矩形面積上作用三角形分布荷載時(shí)土中豎向應(yīng)力 計(jì)算 當(dāng)?shù)鼗砻孀饔镁匦蚊娣e (lb) 三角形分布荷載時(shí)，為計(jì)算荷載為零的角點(diǎn)下的豎向應(yīng)力值 可將坐標(biāo)原點(diǎn)取在荷載為零的角點(diǎn)上；若要計(jì)算荷載最大值的角點(diǎn)下的豎向應(yīng)力值 ，則將坐標(biāo)原點(diǎn)取在荷載最大值的角點(diǎn)上。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個(gè)界面。因此，在運(yùn)用到沉降計(jì)算中時(shí)，比較合理的做法是根據(jù)實(shí)際豎向應(yīng)力的大小在壓縮曲線上取相應(yīng)的孔隙比計(jì)算這些指標(biāo)。在這段直線關(guān)系內(nèi)，可根據(jù)彈性理論計(jì)算沉降的公式反求地基的變形模量 E0 式中 p— 直線段的荷載強(qiáng)度， kPa； s— 相應(yīng)于 p的載荷板下沉量； b— 載荷板的寬度或直徑； — 土的泊松比，砂 土可取 ～ ，粘性土可取 ～ ； w— 沉降影響系數(shù)，對(duì)剛性載荷板取 w=(方形板 )； w=(圓形板 )。目前對(duì)先期固結(jié)壓力 Pc通常是根據(jù)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)獲得的 e～ lgp曲線來(lái)確定，較簡(jiǎn)便明了的方法是卡薩格蘭德(Cassagrande)1936 年提出的經(jīng)驗(yàn)作圖法。 (4)確定地基沉降計(jì)算深度 (或壓縮層厚度 )。 A. 土是均質(zhì)的、完全飽和的； B. 土粒和水是不可壓縮的； C. 土層的壓縮和土中水的滲流只沿豎向發(fā)生，是單向 (一維 )的； D. 土中水的滲流服從達(dá)西定律，但土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在滲流過(guò)程中變化； 答案： D (三 )固結(jié)度 土層在固結(jié)過(guò)程中， t時(shí)刻土層各點(diǎn)土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超孔隙水壓力 (或附加應(yīng)力 )圖面積之比，稱為 t 時(shí)刻土層的固結(jié)度，用 Ut 表示，即 由于土層的變形取決于土中有效應(yīng) 力，故土層的固結(jié)度又可表述為土層在固結(jié)過(guò)程中任一時(shí)刻的壓縮量St與最終壓縮量 Sc之比，即 為便于實(shí)際使用，一般將固結(jié)度計(jì)算公式按不同附加應(yīng)力分布圖形繪制成 Ut～ Tv 關(guān)系曲線。因此，在深度 z處平面上，土體因自身重力產(chǎn)生的豎向應(yīng)力， (稱豎向自重應(yīng)力 )等于單位面積上土柱體的重力 W，如圖 1551所示。 【例題 21】飽和砂層受到外力時(shí)，由砂與水共同承擔(dān)和傳遞，并符合 ，在地震作用下，下列各敘述正確的是 ( )。在計(jì)算出 si 時(shí)， 假設(shè)地基土只在豎向發(fā)生壓縮變形，沒(méi)有側(cè)向變形，故可利用室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)成果進(jìn)行計(jì)算。 從理論上可以得到壓縮模量與變形模量之間的換算關(guān)系： 由于土體不是完全彈性體，加上兩種試驗(yàn)的影響因素較多，使得理論關(guān)系與實(shí)測(cè)關(guān)系有一定差距。一般采用三軸儀進(jìn)行三軸重復(fù)壓縮試驗(yàn)，得到的應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線上的初始切線模量 Ei 或再加荷模量 Er 作為彈性模量。 【例題 7】已知某土樣在進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)獲得如下數(shù)據(jù)： p1=100kpa 時(shí)孔隙比 e1=，在 p2=100kpa時(shí)孔隙比 e1=，則該土樣在 100～ 200kpa 壓力段的壓縮系數(shù)為（ ），并判斷該土的壓縮性屬于（ ）。因土的泊松比因變化不大，其對(duì)應(yīng)力集中和應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象的影響可忽略。當(dāng)基礎(chǔ)底面的形狀及分布荷載都是有規(guī)律時(shí)，則可以通過(guò)積分求解得相應(yīng)的土中應(yīng)力。 A. 基礎(chǔ)的剛度 B. 地基的變形條件 C. 上部荷載大小 D. 基礎(chǔ)面積大小 答案： A、 B 【例題 3】剛性基礎(chǔ)在中心荷載作用下，開(kāi)始的地基反力呈（ ）分布。 從公式 (1551)可知，自重應(yīng)力隨深度 Z線性增加，呈三角形分布圖形。 填土還可按其堆填時(shí)間 (年代 )分為老填土和新填土，對(duì)于粘土以 10年為界而粉土以 5年為界。 II— 多冰凍土 (弱融陷土 )：為多年凍土中較良好的地基土，一般可直接作為建筑物的地基，當(dāng)最大融化深度控制在 3m以內(nèi)時(shí)，建筑物均未遭受明顯破壞。 鹽漬土地基造成的破壞主要表現(xiàn)在，室內(nèi)外地坪、路面、路沿石、臺(tái)階、花壇，室外球場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)跑道等。在濱海地區(qū)，地下水中的鹽分，通過(guò)毛細(xì)作用，將下部的鹽輸送到地表，由于地表的蒸發(fā)作用，將鹽分析出，形成鹽漬土。常見(jiàn)水平相距 1m，土