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1、土的物理性质及工程分类1.1土的组成1.2土的结构构造1.3土的物理性质指标1.4土的物理状态指标1.5土的工程分类 固体矿物颗粒（固相）土中气体（气相）土中水（液相）1.1土的组成 1.1.1土的固体颗粒土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。1.土粒的矿物成分（1）原生矿物（2）次生矿物（3）腐植质 次生矿物蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石 1.土颗粒的大小与形状基本概念粒度、粒组粘粒粉粒砂粒圆粒碎石块石0.0050.075260200巨粒粗粒细粒 3.土的粒径级配（1）定义工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法筛分法（d>0.075mm的土）密度计法（d<0.075mm的土） 筛分法（d>0.075mm的土） 密度计法（d<0.075mm的土） （3）颗粒级配的表示方法表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600 1.1.2土中水（1）结合水强结合水、弱结合水（2）自由水重力水、毛细水（3）气态水（4）固态水 双电层结合水概念强结合水、弱结合水双电层概念 1.1.3土中气体土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。（1）自由气体（2）封闭气体 1.1.1土的结构1.2土的结构构造单粒结构蜂窝结构絮状结构 1.1.2土的构造层状构造分散构造结核状构造裂隙状构造 1.3.1土的三相比例指标概述土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。三相指标的定义1.3土的物理性质指标固相液相气相土颗粒土中水土中气 土颗粒水气体气体 1.3.2三相指标－三个基本试验指标土的天然密度公式：ρ=m/v测定：环刀法土的含水量公式：w=mw/ms×100％测定：烘干法土粒相对密度（土粒比重）公式：ds=ms/mw测定：比重瓶法 1.3.3其它指标土的干密度公式：ρd=Ms/V饱和密度公式：ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V土的浮密度（有效密度）公式：ρ’=ρsat-ρw土的孔隙比公式：e=Vv/Vs土的孔隙率公式：N=Vv/V×100％土的饱和度公式：Sr=Vw/Vv×100％ 1.3.4指标的换算土的密度、含水量、土粒比重是通过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得到。 无粘性土——密实度粘性土的物理特征——含水量1.4土的物理状态指标 1.4.1无粘性土的密实度划分标准（1）孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散中密密实稍密 （2）相对密度Dr定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin的测定受人为的影响较大。 （3）标准贯入试验击数N为标准30157松散中密密实稍密 1.4.2粘性土的物理特征液限、塑限、缩限塑性指数液性指数灵敏度 液限、塑限、缩限一、定义液限WL、塑限Wp、缩限Ws二、测定方法液塑限联合测定法wSWpWL液态固态塑态半固态0 测试结果整理 粘性土的可塑性指标塑性指数IP液性指数IL>1.00.75L/6,应力重新分布 2.2.4基底附加压力 2.3地基附加应力2.2.1基本概念1、定义附加应力是由于外荷载作用，在地基中产生的应力增量。2、基本假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的。 2.2.2竖向集中力作用时的地基附加应力布辛奈斯克解答xyPyzxrRMqdsxdsydszdtxydtxzdtyxdtzxdtyzdtzy 2.2.3矩形和圆形荷载下地基附加应力计算——积分法 1、均布的矩形荷载——均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点应力系数，可查表得到。 对于均布矩形荷载附加应力计算点不位于角点下的情况：(1)o点在荷载面边缘(2)o点在荷载面内(3)o点在荷载面边缘外侧(4)o点在荷载面角点外侧 (1)o点在荷载面边缘σz＝（αcⅠ＋αcⅡ）p0(2)o点在荷载面内σz＝(αcⅠ＋αcⅡ＋αcⅢ＋αcⅣ)p0o点位于荷载面中心，因αcⅠ=αcⅡ=αcⅢ=αcⅣσz=4αp0(3)o点在荷载面边缘外侧σz＝(αcⅠ－αcⅡ＋αcⅢ－αcⅣ)p0(4)o点在荷载面角点外侧σz＝(αcⅠ－αcⅡ－αcⅢ＋αcⅣ)p0 2.三角形分布的矩形荷载 2.均布的圆形荷载 2.2.4平面问题（线荷载和条形荷载）1、平面问题概念： 2、均布线荷载作用下土中应力计算 3、均布条形荷载作用下土中应力计算 均布条形荷载下地基中附加应力的分布规律：(1)地基附加应力的扩散分布性；(2)在离基底不同深度处各个水平面上，以基底中心点下轴线处最大，随着距离中轴线愈远愈小；(3)在荷载分布范围内之下沿垂线方向的任意点，随深度愈向下附加应力愈小。 4、三角形分布条形荷载 2.4土的压缩性土的压缩性高低，常用压缩性指标定量表示。压缩性指标，通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样，进行室内压缩试验测定。 2.4.1室内压缩试验(1)试验仪器(2)试验方法：侧限压缩试验 (3)试验结果（土的压缩曲线图片） (4)试验结果（孔隙比）的推导 2.4.2土的压缩性指标(1)土的压缩系数 为了便于比较，通常采用压力段由p1=100kPa增加到p2=200kPa时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性如下：0.10.5高压缩性中压缩性低压缩性 (2)土的压缩指数 (3)土的压缩模量 (4)土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量 2.4.3土的压缩性原位测试原位测试方法适用于：地基土为粉、细砂、软土，取原状土样困难。国家一级工程、规模大或建筑物对沉降有严格要求的工程。原位测试方法包括：载荷试验、静力触探试验、旁压试验等 载荷试验示意图 反压重物反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表 载荷试验结果分析图－地基土的变形模量 土的弹性模量定义:土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力应变比值。如果在动荷载（如车辆荷载、风荷载、地震荷载）作用时，都是可恢复的弹性变形。 变形模量、压缩模量的关系σx=σy=K0σz变形模量压缩模量无侧限条件完全侧限条件换算关系 1.地基的最终沉降量：是指地基在建筑物等其它荷载作用下，地基变形稳定后的基础底面的沉降量。沉降与时间的关系最终沉降量2.5地基最终沉降量计算 2.地基沉降的原因：外因：主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。（宏观分析）内因：土的三相组成。（微观分析） AAgz0pNetstressincreaseA)地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。 B)内因:土由三相组成，具有碎散性，在附加应力作用下土层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。h 3.计算目的：预知该工程建成后将产生的最终沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜，判断地基变形是否超出允许的范围，以便在建筑物设计时，为采取相应的工程措施提供科学依据，保证建筑物的安全。S<[S]满足设计要求S>[S]不满足设计要求 （墨西哥城）地基的沉降及不均匀沉降 计算方法：分层总和法（道路工程）《规范》法（建筑工程）弹性力学公式有限单元法 1.基本假设地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力。在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标。为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降2.单一压缩土层的沉降计算在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。2.5.4分层总和法 3.定义：先将地基土分为若干土层，各土层厚度分别为h1,h2,h3,……,hn。计算每层土的压缩量s1,s2,s3,….,sn。然后累计起来，即为总的地基沉降量s。 2.计算原理p1p2p3p4e4e3e2e1epP1=自重应力P2=自重应力+附加应力 确定基础沉降计算深度一般σz=0.2σc确定地基分层1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面2.每层厚度hi≤0.4b计算各分层沉降量根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量软土σz=0.1σc（若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止）计算基础最终沉降量d地基沉降计算深度σc线σz线5.计算步骤 6.公式解释：σZiσZ(i-1)Hi 由《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）提出分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数附加应力面积深度z范围内的附加应力面积附加应力通式σz=Kp0代入引入平均附加应力系数因此附加应力面积表示为因此2.5.2《规范》法 zi-1地基沉降计算深度znzi△zzi-1534612b12345612aip0ai-1p0p0p0第n层第i层ziAiAi-1 沉降计算深度zn应该满足当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止当无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算地基最终沉降量修正公式 地基沉降计算中的有关问题1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况假定地基无侧向变形计算结果偏小采用基础中心点下土的附加应力和沉降计算结果偏大2.分层总和法中附加应力计算应考虑:土体在自重作用下的固结程度、相邻荷载的作用3.基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况回弹再压缩影响的变形量计算深度取至基坑底面以下5m，当基坑底面在地下水位以下时取10m 沉降分析中的若干问题1.土的回弹与再压缩pe弹性变形塑性变形adbcb压缩曲线回弹曲线再压缩曲线土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低2.地基沉降的三个组成部分sd——瞬时沉降sc——固结沉降ss——次固结沉降 3.土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力pc：土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力讨论：对试样施加压力p时，压缩曲线形状ppc正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力pc与现时的土压力p0的比值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类1.正常固结土先期固结压力等于现时的土压力pc＝p02.超固结土先期固结压力大于现时的土压力pc>p03.超固结土先期固结压力小于现时的土压力pc