【文章內(nèi)容簡介】 隨深度而變?nèi)?，但作為天然地基時，對一 般建筑物而言，其基底附加應(yīng)力隨深度的衰弱幅度大于強(qiáng)度減小的幅度，因此在多數(shù)的情況下滿足了持力層也就滿足了對下臥層承載力驗(yàn)算的要求。 2. 土層的不均勻性 紅粘土厚度不均勻特性主要表現(xiàn)在以下兩方面： 1)母巖巖性和成土特性決定了紅粘土厚度不大。尤其在高原山區(qū)，分布零星，由于石灰?guī)r和白云巖巖溶化強(qiáng)烈，巖面起伏大，形成許多石筍石芽，導(dǎo)致紅粘土厚度水平方向上變化大。常見水平相距 1m，土層厚度可相差 5m 或更多。 2)下伏碳酸鹽巖系地層中的巖溶發(fā)育，在地表水和地下巖溶水的單獨(dú)或聯(lián)合作用下，由于水的沖蝕、吸蝕等作用，在紅 粘土地層中可形成洞穴，稱為土洞。只要沖蝕吸蝕作用不停止，土洞可迅速發(fā)展擴(kuò)大。由于這些洞體埋藏淺，在自重或外荷作用下，可演變?yōu)榈乇硭荨? 3. 土體結(jié)構(gòu)的裂隙性 自然狀態(tài)下的紅粘土呈致密狀態(tài)，五層理，表面受大氣影響呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)。當(dāng)失水后土體發(fā)生收縮，土體中出現(xiàn)裂縫，接近地表的裂縫呈豎向開口狀，往深處逐漸減弱，呈網(wǎng)狀微裂隙且閉合。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。 【例題 29】紅粘土的液限一般為（ ）。 A. ＞ 50% B. ＞ 45% C. ＞ 60% D. ＞ 70% 答案： A 五、鹽漬土 (一 )鹽漬土的成因及其分布 當(dāng)土體中易溶鹽含量超過 ％，這種土就稱為鹽漬土。鹽漬土的成因主要取決于鹽源、遷移和積聚這三個方面。 1. 鹽源 鹽漬土中鹽的來源主要有三種：第一是巖石在風(fēng)化過程中分離出少量的鹽；第二是海水侵入、倒灌等將鹽滲入土中；第三是工業(yè)廢水或含鹽廢棄物，使土體中含鹽量增高。 2. 鹽的遷移和積聚鹽的遷移積聚主要靠風(fēng)力或水流完成的。在沙漠干旱地區(qū)，大風(fēng)常將含鹽的土?；螓}的晶體吹落到遠(yuǎn)處，積聚起來，使鹽重新分布。 水流是 鹽類遷移和重新分布的主要因素。地表水和地下水在流動過程中把所溶解的鹽分帶到低洼處，有時形成大的鹽湖。在含鹽量 (礦化度 )很高的水流經(jīng)過的地區(qū)，如遇到干旱的氣候環(huán)境，由于強(qiáng)烈蒸發(fā)，鹽類析出并積聚在土體中形成鹽漬土。在濱海地區(qū)，地下水中的鹽分，通過毛細(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。有些地區(qū)長期大量開采地下水，農(nóng)田灌溉不當(dāng)，也會造成鹽分積聚。 鹽漬土在世界各地均有分布。我國的鹽漬土主要分布在西北干旱地區(qū)的新疆、青海、西藏北部、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等地勢低洼的盆地和平原中，其次 分布在華北平原、松遼平原等地。另外在濱海地區(qū)的遼東灣、渤海灣、萊州灣、杭州灣以及包括臺灣在內(nèi)的諸島嶼沿岸，也有相當(dāng)面積的鹽漬土存在。 有些鹽漬土中以含碳酸鈉或碳酸氫鈉為主，堿性較大， pH 值一般為 8～ ，這種土稱為堿土，或堿性鹽漬土，農(nóng)業(yè)上稱為蘇打土。這種土零星分布于我國東北的松遼平原以及華北的黃、淮、海河平原。 (二 )鹽漬土地基的評價 對鹽漬土地基的評價，主要考慮鹽漬土地基的溶陷性、鹽脹性和腐蝕性三個方面。 1. 溶陷性 天然狀態(tài)下鹽漬土在自重壓力或附加壓力下，受水浸濕時所產(chǎn)生的附加變形稱作鹽漬土的 溶陷變形。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。鹽漬土的溶陷性可以用單一的有荷載作用時的溶陷系數(shù) 來衡量。 2. 鹽脹性 鹽漬土地基的鹽脹性一般可分為兩類，即結(jié)晶膨脹和非結(jié)晶膨脹。結(jié)晶膨脹是由于鹽漬土因溫度降低或失去水分后，溶于孔隙水中的鹽濃縮并析出結(jié)晶所產(chǎn)生的體積膨脹。當(dāng)土中的硫酸鈉含量超過某一定值 (約 2％ )時，在低溫或含水率下降時，硫酸鈉發(fā)生結(jié)晶膨脹，對于無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)的一個嚴(yán)重的工程問題。 非結(jié)晶膨脹是指由于鹽 漬土中存在著大量吸附性陽離子，特別是低價的水化陽離子與粘土膠粒相互作用，使擴(kuò)散層水膜厚度增大而引起土體膨脹。最具代表性的是碳酸鹽漬土，含水率增加時，土質(zhì)泥濘不堪。 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、臺階、花壇，室外球場，機(jī)場跑道等。在進(jìn)行建設(shè)時，如果未受用有效的防膨脹措施，造成的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。 3. 腐蝕性 鹽漬土的腐蝕性是一個十分復(fù)雜的問題。鹽漬土中含有大量的無機(jī)鹽，它使土具有明顯的腐蝕性，對建筑物基礎(chǔ)和地下設(shè)施構(gòu)成一種嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境，影響其耐久性和安全使用。 (三 )鹽漬土地 區(qū)施工及防腐措施 在鹽漬土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，首先要注意提高建筑材料本身的防腐能力，如選用優(yōu)質(zhì)水泥，提高密實(shí)性，增大保護(hù)層厚度，提高鋼筋的防腐能力等，同時還可采取在混凝土或磚石砌體表面做防水層和防腐涂層等方法。防鹽類侵蝕的重點(diǎn)部位是在接近地面或地下水干濕交替區(qū)段。 此外，對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 30】對鹽漬土地基的評價，主要考慮的幾個方面中不包括（ ）。 A. 溶陷性 B. 鹽脹性 C. 腐蝕性 D. 崩解性 答案： D 六、凍土 (一 )凍 土的特征及分布凡溫度等于或低于攝氏零度，且含有固態(tài)冰的土稱為凍土。凍土按其凍結(jié)時間長短可分為三類：瞬時凍土、季節(jié)性凍土和多年凍土。瞬時凍土，凍結(jié)時間小于一個月，一般為數(shù)天或幾個小時 (夜間凍結(jié) )，凍結(jié)深度從幾毫米至幾十毫米。 季節(jié)凍土，凍結(jié)時間等于或大于一個月，凍結(jié)深度從幾十毫米至 1～ 2m，它是每年冬季發(fā)生的周期性凍土。 多年凍土，凍結(jié)時間連續(xù)二年或二年以上。 多年凍土在我國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。多年凍土占我國總面積的 20％以上，占世界多年凍土總面積的 10％ 。 (二 )凍土的評價 我國多年凍土地區(qū)，建筑物基底融化深度約 3m 左右，所以對多年凍土融陷性分級評價也按 3m 考慮，根據(jù)計(jì)算融陷量及融陷系數(shù) A0對凍土的融陷性分成 5 級： I— 少冰凍土 (不融陷土 )：為基巖以外最好的地基土，一般建筑物可不考慮凍融問題。 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，建筑物均未遭受明顯破壞。 III— 富冰凍土 (中融陷土 )：這類土不但有較大的融陷量和壓縮量，而且在冬天回凍時有較大的凍脹性，作為地基，一般應(yīng)采取專門措 施，如深基、保溫、防止基底融化等。 Ⅳ — 飽冰凍土 (強(qiáng)融陷土 )：作為天然地基，由于融陷量大，常造成建筑物的嚴(yán)重破壞。這類土作為建筑物地基，原則上不允許發(fā)生融化，宜采用保持凍結(jié)原則設(shè)計(jì)，或采用樁基、架空基礎(chǔ)等。 V— 含土冰層 (極融陷土 )：這類土含有大量的冰，當(dāng)直接作為地基時，若發(fā)生融化將產(chǎn)生嚴(yán)重融陷，造成建筑物極大破壞。如受長期荷載將產(chǎn)生流變作用，所以作為地基應(yīng)專門處理。 【例題 31】多年凍土是指凍結(jié)持續(xù)時間為（ ）的土。 A. ＞ 1 年 B. ≥2 年 C. ≥3 年 D. ≥5 年答案： B 七、填土 填土是 指由人類活動而堆填的土層。填土的物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。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。各類填土可根據(jù)下列特征予以區(qū)別： 素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的填土，其中不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。按主要組成物質(zhì)又可分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性素填土。經(jīng)分層壓實(shí)后則稱為壓實(shí)填土。 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。按其組成物質(zhì)成分可分為建筑垃圾土、工業(yè)廢料土和生活垃圾土。 沖填土是由水力沖填泥沙形成的填土。 填土還可按其堆填 時間 (年代 )分為老填土和新填土，對于粘土以 10 年為界而粉土以 5 年為界。 在工程建設(shè)中所遇到的填土變化較大。在舊城區(qū)，一般都保留有人類活動的遺物或古建筑的碎磚瓦礫 (俗稱房渣土 )，其分布范圍可能很廣，也可能只限于堵塞的渠道、古井或古墓。位于鄉(xiāng)村農(nóng)田中的建設(shè)場地表層多為素填土，而一般城市市區(qū)所遇到的填土往往是爐渣、建筑垃圾及生活垃圾等雜填土。 【例題 32】對于以粘土為主的填土，當(dāng)其堆填時間超過（ ）時，可認(rèn)為已是老填土。 A. 5 年 B. 10 年 C. 20 年 D. 50 年 答案： B 【例題 33】某種土 以粉土為主，含有砂、粉質(zhì)粘土，局部夾雜少量的碎磚屑，則該土為（ ）。 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。土中應(yīng)力過大時，會使土體因強(qiáng)度不夠發(fā)生破壞，甚至使土體發(fā)生滑動失去穩(wěn)定。此外，土中應(yīng)力的增加會引起土體變形， 使建筑物發(fā)生沉降，傾斜以及水平位移。 土是三相體，具有明顯的各向異性和非線性特征。為簡便起見，目前計(jì)算土中應(yīng)力的方法仍采用彈性理論公式，將地基土視作均勻的、連續(xù)的、各向同性的半無限體，這種假定同土體的實(shí)際情況有差別，但其計(jì)算結(jié)果尚能滿足實(shí)際工程的要求。 用面上的法向應(yīng)力方向與坐標(biāo)軸的正方向 相同時，則剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)軸正方向一致時為正，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，則剪應(yīng)力的方向與坐標(biāo)軸正方向相反時為正，反之為負(fù)。 二、土的自重應(yīng)力 由土體重力引起的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力，自重應(yīng)力一般是自土體形成之日起就產(chǎn)生于土中。 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稱面，切面上都不存在剪應(yīng)力。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。在深度 z 處土的自重應(yīng)力為： 式中 — 土的重度， kN／ m3； F— 土柱體的截面積， m2。 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。 2. 成層 地基土的自重應(yīng)力 地基土通常為成層土。當(dāng)?shù)鼗鶠槌蓪油馏w時，設(shè)各土層的厚度為 ，重度為 ，則在深度 z 處土的自重應(yīng)力計(jì)算公式為： 式中 n— 從天然地面到深度 z 處的土層數(shù)。 3. 土層中有地下水時的自重應(yīng)力 當(dāng)計(jì)算地下水位以下土的自重應(yīng)力時，應(yīng)根據(jù)土的性質(zhì)確定是否需要考慮水的浮力作用。通常認(rèn)為水下的砂性土是應(yīng)該考慮浮力作用的。粘性土則視其物理狀態(tài)而定，一 般認(rèn)為，若水下的粘性土其液性指數(shù) IL1，則土處于流動狀態(tài)，土顆粒之間存在著大量自由水，可認(rèn)為土體受到水浮力作用，若 IL≤0 ，則土處于固體狀態(tài)，土中自由水受到土顆粒間結(jié)合水膜的阻礙不能傳遞靜水壓力，故認(rèn)為土體不受水的浮力作用，若 0IL1，土處于塑性狀態(tài)，土顆粒是否受到水的浮力作用就較難肯定，在工程實(shí)踐中一般均按土體受到水浮力作用來考慮。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。 4. 水平向自重應(yīng)力 土的水平向自重應(yīng)力 ， 可用下式計(jì)算 式中 K0— 側(cè)壓力系數(shù)，也稱靜止土壓力系數(shù)。 K0 值可通過室內(nèi)試驗(yàn)測定。 【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。 三、基礎(chǔ)底面壓力 建筑物荷載通過基礎(chǔ)傳遞給地基的壓力稱基底壓力，又稱地基反力。 (一 )地基反力分布 基底地基反力的分布規(guī)律主要取決于基礎(chǔ)的剛度和地基的變形條件。對柔性基礎(chǔ)，地基反力分布與上部荷載分布基本相同，而基礎(chǔ)底面的沉降分布則是中央大而邊緣小，如由土筑成的路堤，其自重引起的地基反力分布與路堤斷面形狀相同。對剛性基礎(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。剛性基礎(chǔ)在中心荷載作用下，開始的地基反力呈馬鞍形 分布；荷載較大時，邊緣地基土產(chǎn)生塑性變形，邊緣地基反力不再增加，使地基反力重新分布而呈拋物線分布，若外荷載繼續(xù)增大，則地基反力會繼續(xù)發(fā)展呈鐘形分布。 【例題 2】基底地基反力的分布規(guī)律與下列哪些因素有關(guān)（ ）。 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