【導讀】黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土、填土；土的抗剪強度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應力的極限抵抗能力。時，土就沿著剪應力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。工程實踐和室內(nèi)試。的強度問題實質(zhì)上就是土的抗剪強度問題。Coulomb)提出了土的抗剪強度表達形式：?？辜魪姸鹊膸靵龉綖椋ǎ?。隨著土中應力狀態(tài)的改變，應力圓與強度包線之。正好等于土的抗剪強度，此時該點處于極限平衡狀態(tài)，相應的應力圓稱為極限應力圓。力圓所代表的應力狀態(tài)并不存在)；試樣分級施加水平剪應力，同時測定相應的位移。試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試樣施加某一法向應力，然后。不剪切破壞，可將試驗結(jié)果繪制成抗剪強度f與法向應力之間的關(guān)系。定強度指標的試驗方法應與現(xiàn)場的施工加荷條件一致。的抗剪強度指標用表示。3)在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計算；

　　

【正文】 也不是常數(shù)，而是隨著壓力大小而變化。因此，在運用到沉降計算中時，比較合理的做法是根據(jù)實際豎向應力的大小在壓縮曲線上取相應的孔隙比計算這些指標。 【例題 10】某土樣的壓縮系數(shù)為 ，其天然孔隙比為 ，則該土的壓縮模量為（ ）。 A. B. C. D. 答案： C 3. 壓縮 指數(shù) Cc 當采用半對數(shù)的直角坐標來繪制室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗 e～ p 關(guān)系時，就得到了 e～lgp 曲線 (見圖 1562)。在 e～ 1gp 曲線中可以看到，當壓力較大時， e～ 1gp 曲線接近直線。 將 e～ 1gp 曲線直線段的斜率用 Cc來表示，稱為壓縮指數(shù)，它是無量綱量： 壓縮指數(shù) Cc與壓縮 系數(shù) 不同，它在壓力較大時為常數(shù)，不隨壓力變化而變化。 Cc值越大，土的壓縮性越高，低壓縮性土的 Cc一般小于 ，高壓縮性土的 Cc 值一般大于 。 【例題 11】下列關(guān)于壓縮指數(shù)的敘述，正確的是（ ）。 ～ 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。通常 CeCc，一般粘性土的 Ce≈( ～ )Cc。 5. 彈性模量 彈性模量是指正應力 與彈性正應變 (即 可恢復應變 )的比值。一般采用三軸儀進行三軸重復壓縮試驗，得到的應力 — 應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。在計算飽和粘性土地基上瞬時加荷所產(chǎn)生的瞬時沉降時，一般應采用彈性模量。 【例題 12】計算飽和粘性土地基上瞬時加荷所產(chǎn)生的瞬時沉降時，一般應采用的模量為（ ）。 A. 壓縮模量 B. 變形模量 C. 彈性模量 D. 切線模量 答案： C 【例題 13】當需測定土的彈性模量時，所采用的儀器為（ ）。 A. 直剪儀 B. 三軸儀 C. 旁壓儀 D. 載荷試驗 靜壓儀 答案： B 二、現(xiàn)場載荷試驗及變形模量 1. 載荷試驗 現(xiàn)場載荷試驗是在工程現(xiàn)場通過千斤頂逐級對置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測記錄沉降隨時間的發(fā)展以及穩(wěn)定時的沉降量 s，將上述試驗得到的各級荷載與相應的穩(wěn)定沒降量繪制成 p～ s 曲線，即獲得了地基土載荷試驗的結(jié)果。 2. 變形模量 在 p～ s 曲線中，當荷載 p 小于某數(shù)值時，荷載 p 與載荷板沉降之間基本呈直線關(guān)系。在這段直線關(guān)系內(nèi)，可根據(jù)彈性理論計算沉降的公式反求地基的變形模量 E0 式中 p— 直線段的荷載強度， kPa； s— 相應于 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)，對剛性載荷板取 w=(方形板 )； w=(圓形板 )。 【例題 14】利用載荷試驗所測得的指標為（ ）。 A. 壓縮模量 B. 變形模量 C. 彈性模量 D. 切線模量 答案： B 三、關(guān)于三種模量的討論 壓縮模量 Es，是土在完全側(cè)限的條件下得到的，為豎向正應力與相應的正應變的比值。該參數(shù)將用于地基最終沉降量計算的分層總和法、應力面積法等方法中。 變形模量 E0 是根據(jù)現(xiàn)場載 荷試驗得到的，它是指土在側(cè)向自由膨脹條件下正應力與相應的正應變的比值。該參數(shù)將用于彈性理論法最終沉降估算中，但載荷試驗中所規(guī)定的沉降穩(wěn)定標準帶有很大的近似性。 彈性模量 Ei 可通過靜力法或動力法測定，它是指正應力 與彈性 (即可恢復 )正應變 的比值。該參數(shù)常用于用彈性理論公式估算建筑物的初始瞬時沉降。 根據(jù)上述三種模量的定義可看出：壓縮模量和變形模量的應變?yōu)榭偟膽?，既包括可恢復的彈性應變，又包括不可恢復的塑性應變。而彈性模量的應變只包含彈性應變? 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，加上兩種試驗的影響因素較多，使得理論關(guān)系與實測關(guān)系有一定差距。實測資料表明， E0 與 Es 的比值并 不像理論得到的在 0～ 1 之間變化，而可能出現(xiàn) E0/Es 超過 1 的情況，且土的結(jié)構(gòu)性越強或壓縮性越小，其比值越大。 土的彈性模量要比變形模量、壓縮模量大得多，可能是它們的十幾倍或者更大。 【例題 15】在土的彈性模量、變形模量和壓縮模量當中，數(shù)值最大的是（ ）。 A. 彈性模量 B. 變形模量 C. 壓縮模量 答案： A 四、土的應力歷史 目前工程上所謂應力歷史是指土層在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中所形成的先期應力狀態(tài)以及這個狀態(tài)對土層強度與變形的影響。 1. 先期固結(jié)壓力 土層在歷史上所曾經(jīng)承受過的最大固結(jié)壓力，稱為先期固結(jié)壓力，用 Pc 表示。目前對先期固結(jié)壓力 Pc 通常是根據(jù)室內(nèi)壓縮試驗獲得的 e～ lgp 曲線來確定，較簡便明了的方法是卡薩格蘭德 (Cassagrande)1936年提出的經(jīng)驗作圖法。 2. 土的固結(jié)狀態(tài) 工程中根據(jù)先期固結(jié)壓力與目前自重應力的相對關(guān)系，將土層的天然固結(jié)狀態(tài)劃分為三 種，即正常固結(jié)、超固結(jié)和欠固結(jié)。用超固結(jié)比 OCR 作為反映土層天然固結(jié)狀態(tài)的定量指標： 【例題 16】某天然土的 OCR，則該土屬于（ ）。 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（ ）。 A. 正常固結(jié)土 B. 超固結(jié)土 C. 欠固結(jié)土 答案： B 五、地基沉降計算 (一 )彈性理論法 彈性理論法計算地基沉降是基于布辛奈斯克課題的位移解，其基本假定為地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；此外還假定基礎整個底面和地基一直保持接觸。需要指出的是布辛奈斯克課題是研究荷載作用于地表的情形，因此可以近似用來研究荷載作用面埋置深度較淺的情況。當荷載作用位置埋置深度較大時 (如深基礎 )，則應采用明德林課題的位移解進行彈性理論法沉降計算。 對矩形均布荷載下的角點沉降、中心點沉降和平均沉降以及圓形均布荷載下的剛性基礎沉降可歸納成下式表示： 式中 e— 合力的偏心距 K— 計算系數(shù)，可按 l／ b 由有關(guān)圖表查得。 【例題 18】地基 沉降計算時所采用的彈性理論法，其基本假定為 ( )。 A. 地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；基礎整個底面和地基一直保持接觸； B. 地基是不均質(zhì)的、各向異性的、線彈性的半無限體；基礎整個底面和地基一直保持接觸； C. 地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體； D. 地基是均質(zhì)的、各向同性的、線彈性的半無限體；基礎整個底面和地基部分保持接觸； 答案： A (二 )分層總和法 1. 基本假設 分層總和法一般取基底中心點下地基附加應力來計算各分層土 的豎向壓縮量，認為基礎的平均沉降量 s 為各分層土豎向壓縮量 si 之和。在計算出 si 時，假設地基土只在豎向發(fā)生壓縮變形，沒有側(cè)向變形，故可利用室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗成果進行計算。 2. 計算步驟 (1)地基土分層。成層土的層面 (不同土層的壓縮性及重度不同 )及地下水面 (水面上下土的有效重度不同 )是當然的分層界面，分層厚度一般不宜大于 (b 為基底寬度 )。 (2)計算各分層界面處土自重應力。土自重應力應從天然地面起算。 (3)計算各分層界面處基底中心下豎向附加應力。 (4)確定地基沉降計算深度 (或壓縮層厚度 )。一般取地基附加應力等于自重應力的 20％ ( )深度處作為沉降計算深度的限值；若在該深度以下為高壓縮性土，則應取地基附加應力等于自重應力的 10％ ( )深度處作為沉降計算深度的限值。 (5)計算各分層土的壓縮量 si 式中， n 為沉降計算深度范圍內(nèi)的分層數(shù)。 【例題 19】某矩形基礎底面寬度為 8m，當采用分層總和法進行地基變形驗算時，地基土的分層厚度不宜超過（ ）。 A. 2m B. C. 4m D. 6m 答案： B 【例題 20】當確定地基的沉降計算深度時，對于中等壓縮性土的地基，其沉降計算深度為（ ）。 20％深度處作為沉降計算深度； 10％深度處作為沉降計算深度； 下基礎底面寬度的 3 倍處作為沉降計算深度； 3 倍處作為沉降計算深度； 答案： A 六、飽和粘性土地基沉降與時間的關(guān)系 碎石土和砂土的壓縮性小而滲透性大，在受荷后固結(jié)穩(wěn)定所需的時間很短，可以認為在外荷載施加完畢時，其固結(jié)變形就已經(jīng)基本完成。飽和粘性土與粉土地基在建筑物荷載作用下需要經(jīng)過相當長時間才能達到最終沉降，例如厚的飽和軟粘土層，其固結(jié)變形需要幾年甚至幾十年才能完成。因此，工程中一般只考慮粘性土和粉土的變形與時間的關(guān)系。 (一 )飽和土 的有效應力原理 作用于飽和土體內(nèi)某截面上總的正應力 由兩部分組成：一部分為孔隙水壓力u，它沿著各個方向均勻作用于土顆粒上，其中由孔隙水自重引起的稱為靜水壓力，由附加應力引起的稱為超靜孔隙水壓力 (通常簡稱為孔隙水壓力 )；另一部分為有效應力它作用 ，它作用于土的骨架 (土顆粒 )上，其中由土粒自重引起的即為土的自重應力，由附加應力引起的稱為附加有效應力。飽和土中總應力與孔隙水壓力、有效應力之間存在如下關(guān)系： 上式稱為飽和土的有效應力公式，加上有效應力在土中的作用，可以進一步表述成如下的有效應力原理： (1)飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應力等于有效應力與孔隙水壓力之和； (2)土的強度的變化和變形只取決于土中有效應力的變化。 【例題 21】飽和砂層受到外力時，由砂與水共同承擔和傳遞，并符合 ，在地震作用下，下列各敘述正確的是 ( )。 A. 孔隙水壓力可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?，有效應力增大，但總應力保持不變? B. 有效應力部分甚至全部轉(zhuǎn)變?yōu)榭紫端畨毫Γ倯Ρ３植蛔儯? C. 有效應力保持不變，孔隙水壓力增大，使總壓力增大； D. 孔隙水壓力保持不變，有效應力減少，使總壓力減少； 答案： B (二 )太沙基一維滲流固結(jié)理論 太沙基 (K。 Ter2aghi， 1925)一維固結(jié)理論可用于求解一維有側(cè)限應力狀態(tài)下，飽和 粘性土地基受外荷載作用發(fā)生滲流固結(jié)過程中任意時刻的土骨架及孔隙水的應力分擔量，如大面積均布荷載下薄壓縮層地基的滲流固結(jié)等。 1. 基本假設 (1)土是均質(zhì)的、完全飽和的； (2)土粒和水是不可壓縮的； (3)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； (4)土中水的滲流服從達西定律，且土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在滲流過程中保持不變； (5)外荷載是一次瞬時施加的。 2. 固結(jié)微分方程 太沙基一維固結(jié)微分方程可表示為如 下形式： H— 孔隙水的最大滲徑，單面排水條件下為土層厚度，雙面排水條件下為土層厚度之半。 【例題 22】關(guān)于太沙基一維滲流固結(jié)理論的基本假定，不包括的選項為（ ）。 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西定律，但土的滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)在滲流過程中變化； 答案： D (三 )固結(jié)度 土層在固結(jié)過程中， t 時刻土層各點土骨架承擔的有效應力圖面積與起始超孔隙水壓力(或附加應力 )圖面積之比，稱為 t 時刻土層的固結(jié)度，用 Ut 表示，即 由于土層的變形取決于土中 有效應力，故土層的固結(jié)度又可表述為土層在固結(jié)過程中任一時刻的壓縮量 St 與最終壓縮量 Sc 之比，即 為便于實際使用，一般將固結(jié)度計算公式按不同附加應力分布圖形繪制成 Ut～ Tv 關(guān)系曲線。在地基固結(jié)分析中，通常有二類問題：一是已知土層固結(jié)條件時可求出某一時間對應的固結(jié)度，從而計算出相應的地基沉降 St； 二是推算達到某一固結(jié)度 (或某一沉降 St)所需的時間 t。