昆明理工大学土力总结

昆明理工大学 土力学与基础工程 学习报告 课程基本内容总结 通过本课程的学习，使我了解土的成因和分类方法，熟悉土的基本物理力学性质，掌握地基沉降、地基承载力、土压力计算方法和土坡稳定方法，掌握一般土工试验方法，能应用土力学的基本原理和方法解决实际工程中稳定、变形和渗流等问题。 一、土的物理性质及工程分类 ㈠、土的成因和组成 1．成因：土是坚硬岩石经过破坏、搬运和沉积等一系列作用和变化后形成的，它是第四纪以来地壳层最新的、未胶结成岩的松散堆积物。 2．组成：固体颗粒、颗粒间孔隙中的水和气体 ㈡、土的物理性质和物理状态指标 1．土的三相体系：即固态相、液态相与气态相，有时是二相的（干燥或饱水）。 固体部分（土颗粒）一般由矿物质组成，有时含有机质（腐植质及动物残骸等），其构成土的骨架主体，是最稳定、变化最小的部分。液体部分实际上是化学溶液而不是纯水。 2．三相之间：相互作用，固体相一般居主导地位，而且还不同程度地限制水和气体的作用如不同大小土粒与水相互作用，水可呈不同类型。 从本质上讲，土的工程地质特性主要取决于组成的土粒大小和矿物类型，即土的颗粒级配与矿物成分，水和气体一般是通过其起作用的。当然，土中液体相部分对土的性质影响也较大，尤其是细粒土，土粒与水相互作用可形成一系列特殊的物理性质。 ㈢、无粘性土：一般是指碎石和砂土 ㈣、粘性土的物理性质 粘性土最主要的特性是稠度 1．稠度：粘性土在某一含水量下的软硬程度和土体对外力的抵抗能力。 2．稠度界限：土从一种状态变成另一种状态的含水量界限值 ㈤、土的结构性 1．土的结构：指组成土的土粒大小、形状、表面特征，土粒间的连结关系和土粒的排列情况，其中包括颗粒或集合体间的距离、孔隙大小及其分布特点。 2．土的结构是土的基本地质特征之一，也是决定土的工程性质变化趋势的内在依据。土的结构是在成土过程中逐渐形成的，不同类型的土，其结构是不同的，因而其工程性质也各异，土的结构与土的颗粒级配，矿物成分、颗粒形状及沉积条件有关。 ㈥、土的工程分类 根据有机质的含量把土分成有机土和无机土两大类。无机土中，再根据土中各粒组的相对含量把土再分为：巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土。 二、土的渗透性与渗流 ㈠、土的渗透性 1．土的渗透性：是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。 2．渗透：水透过土体孔隙的现象。 3．影响：水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程都有非常重要的影响 ㈡、达西定律 1896年，法国学者达西（Darcy,H.）根据砂土渗透实验（图3-2），发现水的渗透速度与水力坡降成正比，即达西定律： v—渗透速度； h—水头差 （m）； L—渗径（m）； k—土的渗透系数（m/s）。 当i=1时，v=k。这表明渗透系数k是单位水力坡降的渗透速度，它是表示土的渗透性强弱的指标，一般由渗透试验确定。   ㈢、渗透系数及测定方法 1．土的渗透系数可用室内渗透试验和现场抽水试验来确定。 2．室内渗透试验分为：常水头试验和变水头试验两种，前者适用于透水性强的无粘性土，后者适用于透水性弱的粘性土。 ①常水头：渗流场常水头法就是在整个试验过程中，水头保持不变，用量筒和秒表测出某一时刻t内流经试样的水量V，即可求出流过土体的流量，再根据达西定律求解渗透系数. ②变水头：变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，试样的一端与细玻璃管相接，在试验过程中测出某一时段内细玻璃管中水位的变化，就可根据达西定律求出水的渗透系数。 ㈣、有效应力 1．方程式：σ =σ′+μ 式中:σ为平面上法向总应力, kPa； σ′为平面上有效法向应力, kPa； μ为孔隙水压力, kPa。 有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力—应变关系上的重大区别,有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。 ㈤、二维渗流 一维渗流，可用达西定律进行渗流计算；而边界复杂围堰、堤坝等工程的渗流问题就不能用一维渗流的来求解。因此引入了多维渗流方程。 1．二维渗流方程的适用条件：稳定渗流，即渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间而改变。2．二维渗流方程　 ①各向异性土 ， ②各向同性的均质土 ㈥、流网 1．定义：平面稳定渗流基本微分方程的解可以用渗流区平面内两簇相互正交的曲线来表示。其中一簇为流线，它代表水流的流动路径，另一簇为等势线，在任一条等势线上，各点的测压水位或总水头都在同一水平线上。工程上把这种等势线簇和流线簇交织成的网格图形。 2．特性：①流线与等势线两两正交。 ②对均匀土而言，在流网网格中，网格的长度z与宽度6之比通常取为定值，一般取1.0，使方格网成为曲边正方形。 ③两相邻等势线间的水头差相等。 ④任意两相邻流线间的单位渗流量相等。相邻流线间的渗流区域称为流槽，每一流槽的单位渗流量与该流槽的等势线水头差h、渗透系数k等有关，与流槽位置无关。 3.流网的工程应用：正确绘制流网后，可用其计算各点的水力梯度、渗透速度、渗流区的孔隙水压力，供稳定分析和渗流控制设计之用。 ㈦、渗透力与渗透破坏 1．渗透破坏的类型 ①流砂或流土:在上升流作用下，动水压力超过土重度时，土体的表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象称为流土。流土主要发生在渗流出口无任何保护的部位。流土可使土体完全丧失强度，危及建筑物的安全。 ②管涌:在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象称为管涌。主要发生在内部结构下稳定的砂砾石层中。 ③接触流失:在土层分层较分明且渗透系数差别很大的两土层中，当渗流垂直于层面运动时，将细粒层的细颗粒带入粗粒层的现象称为接触流失。包括接触管涌和接触流土两种类型。 ④接触冲刷:渗流沿着两种不同粒径组成的土层层面发生带走细颗粒的现象。在自然界中，沿两种介质界面诸如建筑物与地基、土坝与涵管等接触面流动促成的冲刷，均属此破坏类型。 2．渗透变形产生的条件 ①动水压力和土体结构——必要条件； ②是地质条件和工程因素——充分条件。 只有当土具备充分必要条件时，才发生渗透破坏。 三、土中应力和地基沉降计算 ㈠地基中的自重应力 1．定义：由土体本身有效重量产生的应力称为自重应力。一般而言，土体在自重作用下，在漫长的地质历史上已压缩稳定，不再引起土的变形（新沉积土或近期人工充填土除外）。 ①竖直向自重应力：土体初始应力，指由土体自身的有效重力产生的应力。 假定 ②水平向自重应力：根据弹性力学广义虎克定律和土体的侧限条件，推导得 ㈡、基底附加压力 1． 定义：作用在基础底面的压力与基底处建前土中自重应力之差，即导致地基中产生附加应力的那部分基底压力。 2． 基底压力均匀分布时： ——基底处土中自重应力，kPa； ——基底标高以上天然土层的加权平均重度； ，其中地下水位下的重度取有效重度， 一般，为了考虑坑底的回弹和再压缩而增加沉降，取 3．基底压力呈梯形分布时，基底附加压力为： 式中  P0――基底附加压力设计值，kPa； P――基底压力设计值，kPa； d――从天然地面起算的基础埋深，m。 ㈢、地基附加应力 1．定义：新增外加荷载在地基土体中引起的应力。地基附加应力主要是针对竖向正应力 而言。 2．假定：地基土是连续、均匀、各项同性的半无限完全弹性体。 3．竖直线荷载作用下的附加应力 沿无限长直线上作用的竖直均布荷载称为竖直线荷载，设线荷载沿y轴均匀分布，因此与y轴垂直的任何平面上的应力状态相同，属平面问题，则 4．均布条形荷载下地基中附加应力 分布规律： ① 不仅发生在荷载面积之下，而且分布在荷载面积以外相当大的范围之下，即地基附加应力的扩散分布； ② 在离基础底面不同深度 处处个水平面上，以基底中心点下轴线处的 最大，随着距离中轴线愈远愈小； ③ 在荷载分布范围内任意点沿垂线的 值，随深度愈向下愈小。 ④ 的影响范围较浅，所以基础下地基土的侧向变形主要发生于浅层；而 的最大值出现于荷载边缘，所以位于基础边缘下的土容易发生剪切滑动而出现塑性变形区。 5．非均质和各向异性地基中的附加应力 非均质或各向异性地基与均质各向同性地基相比较，竖向应力 将有两种情况：①应力集中现象；②应力扩散现象。 ㈣、按分层总和法计算最终沉降量 1．单向压缩基本公式 适用条件：基础以下不可压缩的基岩埋藏较浅，基上可压缩土层厚度H<0.5b（b为基底宽度）。 2．单向压缩分层总和法 基本假设 3．规范修正公式 地基最终沉降量s基本公式： 地基沉降计算深度 ： ㈤、地基沉降随时间变化规律的分析 1．饱和土的渗透固结 固结模型： 弹簧——土骨架（ ） 容器水——土孔隙水（ ） 活塞小孔——土体排水条件 加荷瞬间 ， 当t＝0时， ＝ u= ， ＝ 0 当t﹥0时，＝u＋， ≠ 0 当t＝∞时， ＝= ，u＝0 结论：饱和土的固结过程就是孔隙水压力的消散和有效应力相应增长的过程。 2．一维固结理论 1）基本假定 ① 土层是均匀的、各向同性和完全饱和的； ② 土粒和孔隙水是不可压缩的； ③ 土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的（水的渗出和水的压缩只沿竖向发生）； ④ 土中水的渗流服从达西定律； ⑤ 在渗透固结中，土的渗透系数k和压缩系数a保持不变； ⑥ 外荷一次瞬时施加。 ⑦ 土体变形完全是孔隙水压力消散引起的。 2）一维固结微分方程及其解析解 应用原理 主要公式： ①       ②   孔隙水压力  正奇数；    自然对数的底 求出 分布就可求 ，即可求得沉降量 四、土的抗剪强度与浅基础的地基承载力 ㈠、土的抗剪强度 1．定义：指土体抵抗剪切破坏的极限能力。 2．意义：为工程构筑物的设计和验算提供理论依据和抗剪强度指标，提供安全保证。 3．应用于：①土坡的稳定性问题  ②土工建筑物的安全问题  ③地基的承载力问题。 ㈡、库仑定律和极限平衡条件 1．库仑定律：在一般的荷载范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系，即 ，式中 分别为土的粘聚力和内摩擦角。 2．极限平衡条件：当土中某点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点就发生剪切破坏，并处于极限平衡状态。极限平衡状态时该点各种应力的相互关系，称为土的极限平衡条件。 ㈢、土的抗剪强度试验 ①直接剪切试验；②三轴压缩试验；③无侧限抗压强度试验；④十字板剪切试验。 ㈣、土的抗剪强度与抗剪强度指标及测定方法 1．抗剪强度试验 ①快剪试验：在试样施加竖向压力后，立即快速施加水平应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，要求在3～5分钟内将土体剪坏。 ②固结剪切试验：是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，要求在3～5分钟内将土体剪坏。 ③慢剪试验：是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，再缓慢的施加水平剪应力使试样剪切破坏的直接剪切试验，为了保证剪切过程中土样内不产生孔隙水压力，施加水平剪应力使式样剪切破坏历时较长，对粘性土一般历时4～6小时。 ④不固结不排水试验:试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水,自始至终关闭排水阀门的三轴压缩试验。 ⑤固结不排水试验:施加周围压力,打开排水阀门.允许排水固结.固结完成后关闭排水阀门,再施加竖向应力,使式样在不排水的条件下进行剪切破坏的三轴压缩试验。 ⑥固结排水试验: 试样在施加周围压力后允许排水固结.固结完成后再在排水条件下施加竖向应力至式样剪切破坏的三轴压缩试验。 ⑦无侧限抗压强度试验：将圆柱形土样放在无侧限抗压仪中，在不加任何侧向压力的情况下施加竖直压力，直到使土样剪切破坏，剪切破坏时试样所能承受的的最大轴向压力称为无侧限抗压强度。 2．适用条件： ①不排水剪或快剪：适用于地基土较软，含水量较多，施工期很短，荷载快速施加的情况。 ② 固结不排水剪或固结快剪：适用于地基土较软，含水量较多，施工期很长，荷载缓慢施加的情况。 ③ 排水剪或慢剪：施工期很长，荷载缓慢施加的情况 3．直剪试验与三轴试验的优缺点 ①直剪试验 优点：直剪仪构造简单，操作方便，试验原理较易理解，在一般工程中应用广泛。 缺点：a.不能严格控制排水条件，不能量测试验过程中试样的孔隙水压力的变化； b.剪切面不一定沿土样最薄弱的面剪切破坏； c.剪切过程中剪切面上的剪应力分布不均匀； d剪切面积随剪切位移的增加而减小,而且竖向应力发生偏心。 ②三轴试验 优点：a. 能严格控制排水条件，从而量测试验过程中试样的孔隙水压力，以测定获得土中有效应力的变化情况。 b. 试样中的应力分布不均匀； c.没有人为限定的剪切破坏面，破坏发生在最薄弱的截面。 所以，试验效果比直剪试验成果更可靠、准确。 缺点：a.试验仪器较复杂，操作技术要求高，且试样制备比较麻烦。 b.试验是在轴对称情况下进行的。 ㈤、地基承载力和地基破坏模式 1．定义：指地基土在单位面积上承受荷载的能力。 2．地基破坏模式： 整体破坏一般发生在砂类土荷较硬的土层中且基础埋深较浅； 局部破坏一般发生在地基为一般粘性土或中密砂土，基础埋深较浅时，或地基为砂性土或粘性土，基础埋深较大时； 当地基为松砂、饱和软粘土时常常发生冲剪破坏。 ㈥、地基的临塑荷载和临界荷载 1．地基的临塑荷载：是在外荷载作用下，地基中刚开始产生塑性变形时的基础底面压力。 2．临界荷载：在外荷载作用下，地基中塑性变形区最大深度限制在基础宽度的四分之一（或三分之一）时相应的基底应力。 临塑荷载、临界荷载及极限荷载分别对应地基受荷与变形的不同阶段，临塑荷载对应于地基变形的第一阶段的结束点即刚刚出现塑性变形的情况；临界荷载与其定义有关，常用的P1/4公式是对应于塑性开展区深度为基础宽度的1/4时的荷载大小；极限荷载则是地基完全进入塑性变形阶段的荷载。 ㈦、地基极限承载力 1．地基的容许承载力：指有足够的安全度保证地基稳定而且建筑物基础的沉降量不超过容许值的承载力（即所对应的最大基底压力）。 2．地基的极限承载力：也称极限荷载，指地基土体中的塑性变形区充分发展并形成连续贯通的滑动面时，地基所能承受的最大荷载。 影响其大小的因素：土的抗剪强度指标、土的粘聚力、土的重度、基础埋深、基础宽度。 3．浅基础地基极限承载力的计算方法有：普朗德尔极限承载力理论 太沙基承载力理论 魏锡克极限承载力理论 五、土压力与土坡稳定性 ㈠、概述 1．土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。 2．挡土墙：是防止土体坍塌的构筑物在房屋建筑水利工程铁路工程以及桥梁中得到广泛应用。土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的刚度、高度以及填土的性质有关，还与挡土墙的位移方向、大小密切相关。其中，挡土墙的位移方向和大小是决定性因素。 ㈡、土压力的类型 1．静止土压力：挡土墙为静止不动时，墙后土体处于弹性平衡状态，没有位移和变形。此时作用在每延米挡土墙墙背上的土压力合力被称为静止土压力，用E0表示，单位为kN/m；称分布于每延米挡土墙墙背单位面积上的土压力为静止土压力强度，用σ0表示，单位为kPa。 若墙后填土为均匀体， 则静止土压力强度为： 静止土压力为： ②主动土压力：若挡土墙背离填土方向转动或移动，则随着位移量的逐渐增加，作用于墙背上的土压力将逐渐减小。当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力降为最小值，称此时作用在每延米挡土墙墙背上的土压力合力为主动土压力。用Ea表示，单位为kN/m；称分布于每延米挡土墙墙背单位面积上的土压力为主动土压力强度，用σa表示，单位为kPa。 ③被动土压力：挡土墙向着填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增大.当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力增大为最大值，称此时作用在每延米挡土墙墙背上的土压力合力为被动土压力。用Ep表示，单位为kN/m；称分布于每延米挡土墙墙背单位面积上的土压力为被动土压力强度，用σp表示，单位为kPa。 ㈢、朗肯土压力理论 1．基本原理：该理论认为当墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态.因此,可以根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立有关土压力的计算公式. 2．基本假定：①挡土墙后填土表面水平②挡土墙墙背竖直光滑③挡土墙为刚性体 3．朗肯主动土压力的计算 墙移动使墙后土体达到极限平衡状态： .σx= σxmin= σa ； σz保持不变； 滑裂面与大主应力作用面间的夹角为： 极限平衡条件: 式中： 称为朗肯主动土压力系数。 4．朗肯被动土压力的计算 墙移动使墙后土体达到极限平衡状态：?? σx= σxmax= σp ；?? σz保持不变； 滑裂面与大主应力作用面间的夹角为： ?? 极限平衡条件: 式中： 称为朗肯被动土压力系数。 ㈣、库仑土压力理论 1．基本原理：库仑土压力根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力理论。 2．基本假定：①墙后填土为无粘性土。②挡土墙是刚性体；③墙面粗糙 3．主动土压力 假定条件： ①挡土墙后填土是无粘性土; ②滑动破坏面为平面,设为BC，过墙踵; ③墙前移，滑动土体ABC为刚塑性体下滑。 4．被动土压力 假定条件： ①挡土墙后填土是无粘性土; ②滑动破坏面为平面,设为BC，过墙踵; ③墙推向墙后土体，滑动土体ABC为刚塑性体上移。 ㈤、挡土墙的设计 1．挡土墙的分类：重力式挡土墙②悬臂式挡土墙③扶壁式挡土墙 2．墙背积水对挡土墙的影响：致使墙身承受额外的静水压力；发生季节性冰冻地区填料的冻胀压力；粘性土填料浸水后的膨胀压力。 ㈥、土坡和地基的稳定性分析 1．土坡：是具有倾斜坡面的土体，由自然地质作用所形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等，称为天然土坡。由人工开挖或回填而形成的土坡，如基坑、渠道、土坝、路堤等边坡，则称为人工土坡。 2．滑坡：土体自重以及渗透力等在坡体内引起剪应力，如果剪应力大于土的抗剪强度，就要产生剪切破坏，一部分土体相对于另一部分土体滑动的现象。 3．土坡失稳破坏的原因：①土坡所受的作用力发生变化；②土体抗剪强度降低；③静水压力的作用。 4．无粘性土土坡稳定分析 对于均质的无渗透力作用的无粘性土坡，无论干坡或者是完全浸水条件下，由于无粘性土无粘聚力，只有摩擦力，因此只要位于坡面上的土体单元能够保持稳定，则整个土坡就是稳定的。 5．粘性土土坡稳定分析 土坡稳定性分析的方法：圆弧滑动法 、瑞典条分法、毕肖普分法 六、岩土工程 1．基本任务:按照建筑物所处的不同阶段的要求，正确反应工程地质条件，查明不良地质作用和地质灾害，为工程的设计、施工以及岩土治理加固、开挖支护和降水等，提供真实可靠的工程地质资料和必要的技术参数，同时对工程存在的有关岩土工程问题做出论证和评价。 2．岩土工程安全等级： 安全等级 破坏后果 工程类型 一级 很严重 重要工程 二级 严重 一般工程 三级 不严重 次要工程       3．房屋建筑与构筑物安全等级 安全等级 破坏后果 建筑类型 一级 很严重 重要的工业与民用建筑物；20层以上的高层建筑；体型复杂的14层以上的高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑物；单桩承受的荷载在4000kN以上的建筑物 二级 严重 一般的工业与民用建筑 三级 不严重 次要的建筑物       4．场地复杂程度等级 等级 一级 二级 三级 建筑抗震稳定性 危险 不利 有利(或地震设防烈度≤6度) 不良地质现象发育情况 强烈发育 一般发育 不发育 地质环境破坏程度 已经或可能强烈破坏 已经或可能受到一般破坏 基本未受破坏 地形地貌条件 复杂 较复杂 简单         5．岩土工程勘察等级： 甲级、乙级、丙级 6．工程地质勘察的准备工作：收集资料、布置钻孔、现场踏勘定位 7．勘察工作：选址勘察、初步勘察、详细勘察、施工勘察 8．勘察方法：工程地质测绘与调查、勘探和取样、工程地质试验、现场检验及观测、勘察资料的室内整理。 9．原位测试：在土体本来位置，对处于天然状态下的土体所进行观测性质的测试。主要有：载荷试验、十字板剪切试验、灌入实验、静力触探试验、圆锥动力触探试验等。 详细勘察采取土试样和进行原位测试应符合下列要求： ①采取土试样和进行原位测试的勘探点数量，应根据地层结构、地基土的均匀性和设计要求确定，对地基基础设计等级为甲级的建筑物每栋不应少于3 个； ②每个场地每一主要土层的原状土试样或原位测试数据不应少于6 件(组)； ③在地基主要受力层内，对厚度大于0.5m 的夹层或透镜体，应采取土试样或进行原位测试； ④当土层性质不均匀时，应增加取土数量或原位测试工作量。 七、浅基础 ㈠、浅基础：在天然地基上埋置深度小于5米的一般基础以及埋置深度大于5米，但小于基础宽度的大尺寸基础。 ㈡、地基基础设计和计算三项基本原则 ①对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度， ②应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观， ③基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要 求。 ㈢、地基基础设计等级： 设计等级 建筑和地基类型 甲级 重要的工业与民用建筑 30层以上的高层建筑 体型复杂、层数相差超过10层的高低连成一体的建筑物 大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等） 对地基变形有特殊要求的建筑物 复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡） 对原有工程影响较大的新建筑物 场地和地基条件复杂的一般建筑物 位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程 乙级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 丙级 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及一般工业建筑 次要的轻型建筑物     ㈣、浅基础的类型 ①根据基础刚度分：刚性基础和柔性基础。 ②根据形状和大小可分：独立基础、条形基础、十字交叉条形基础、筏形基础、箱形基础及壳体基础。 根据基础所用材料的性能可分：砖砌体、石材及石材砌体、混凝土和毛石混凝土、灰土和三合土和钢筋混凝土。 ㈤、刚性基础 1．定义：由刚性材料制作的基础。 2．材料：通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础，这些材料的抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低。所以刚性基础不能承受拉力。 3．受到刚性角的限制。设计时要求基础的外伸宽度和基础高度的比值在一定的限度内，否则基础会产生破坏。 4．缺陷：当建筑物的荷载较大而地基承载力较小时，基础底面必须加宽，如果仍采用刚性基础，则需加大基础的深度，这样，即增加了挖土工作量，又使材料的用量增加，增长工期和增加造价。 ㈥、柔性基础（钢筋混凝土基础） 1． 定义：用钢筋来承受拉应力的混凝土基础为柔性基础。如果在混凝土基础的底部配以钢筋，利用钢筋来承受拉应力，使基础底部能够承受拉力和较大的弯矩，这种基础称为柔性基础。这时，基础宽度的加大不受刚性角的限制。 2． 优点：柔性基础具有较好的抗剪力和抗弯力。 适用情况：当刚性基础尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，采用柔性基础。 ㈦、基础埋置深度的确定 1．基础埋置深度：基础底面至设计地面（一般指室外地面）的距离。 2．基础埋深选择的意义：是确定对建筑物的安全和正常使用以及对施工工期、造价影响较大。 3．确定浅基础埋深的原则：凡能浅埋的尽量浅埋。但考虑到基础的稳定性、动植物的影响等因素，除岩石地基外，基础最小埋深不宜小于0.5m，并要满足地基稳定和变形条件。 4．相邻建筑物的基础埋深 ①一般新建筑物基础埋深不宜大于相邻原基础的基础。 ②当必须深于原基础时，两基础之间应保持一定净距，数值根据原有建筑荷载大小和土质情况确定。一般取两相邻地面高差的1～2倍。 ③当墙下条形基础有不同埋深时，应沿基础纵向做成台阶形，并由深到浅过渡。 设计时必须综合考虑建筑物自身条件(如使用条件、结构型式、荷载的大小和性质等)以及所处的环境(如水文地质条件、气候条件、相邻建筑的影响等)，寻找一个技术上可靠、经济上合理的埋置深度。 ㈧、补偿性基础 又称浮基础，是指建筑物基础开挖卸去的土重部分抵偿了上部结构传来的荷载的基础。 八、桩基础及其他深基础 ㈠、桩基础及其组成 1． 桩基础：是一种深基础，它由设置于土中的桩和桩顶联结的承台共同组成，或由柱与桩直接联结而成。 2． 桩：桩在平面排列上可成为一排或几排桩身可全部或部分埋入地基土中，当桩身外露在地面上较高时，在桩之间应加设横系梁，以加强各桩的横向连系。 3．承台：承台将所有桩的顶部由联成一整体并传递荷载。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构。 ㈡、桩基础适用条件 ①荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时； ②河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时； ③当地基计算沉降过人或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软(高压缩性)土层，将荷载传到较坚实(低压缩性)土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀； ④当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减小施工困难和避免水下施工； ⑤地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。 ㈢、桩的分类及优点 1．分类;按施工方法:预制桩和灌注桩 按桩的设置效应:大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩 按桩的受力性能：端承桩与摩擦桩。 2．优点：它具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。 ㈣、群桩效应 1． 群桩：由若干根单桩组成，上部用承台连成整体。 2． 群桩效应: 群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和，称其为群桩效应。群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化。 3．群桩效应系数：用以度量构成群桩承载力的各个分量因群桩效应而降低或提高的幅度指标，如侧阻、端阻、承台底土阻力的群桩效应系数。 4．影响群桩效应的因素：①承台刚度；②基土性质；③基桩间距。 ㈤、负摩阻力 桩身周围土由于自重固结、自重湿陷、地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所产生的向下摩阻力。在桩身某一深度处的桩土位移量相等，该处称为中性点。中性点是正、负摩阻力的分界点。 ㈥、深基础 一般指基础埋深大于基础宽度且深度超过5m的基础。 1．沉井基础 特点：这种基础现采用较少。由于它整体性好、刚度大、传力可靠，在大跨度和深水地区修建桥梁仍被采用。 2．地下连续墙 1）定义：在地面上采用一种挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖一条狭长的深槽，清槽后在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法浇筑混凝土，筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的墙壁。 2）分类： ①按成墙方式：桩排式、壁板式、桩壁组合式； 桩排式地下连续墙：钻孔灌注桩并排连接所形成的地下连续墙。其设计与施工可归类于钻孔灌注桩； 壁板式地下连续墙：采用专用设备，利用泥浆护壁在地下开挖深槽，水下浇筑混凝土，形成地下连续墙； 桩壁组合式地下连续墙：将上述桩排式和壁板式地下连续墙组合起来使用的地下连续墙。 ②按用途：临时挡土墙、防渗墙、用作主体结构兼作临时挡土墙的地下连续墙； ③按填筑的材料：土质墙、混凝土墙、钢筋混凝土墙（现浇和预制）和组合墙（预制钢筋混凝土墙板和现浇混凝土的组合，或预制钢筋混凝土墙板和自凝水泥膨润土泥浆的组合）。 3）功能：防水、防渗、承重、挡土、基础、地下结构的边墙 4）适用范围：坝体防渗、水库地下截流、挡土墙、房屋的深层地下室、矿井地下停车场、地下工程等。 5）地下连续墙在基础工程中的适用条件： ①基坑深度≥10m； ②软土地基或砂土地基 ； ③在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降、建筑物的沉降要求须严格限制； ④围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，对抗渗有较严格要求； ⑤采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。 6）优缺点 优点：①施工时振动小，噪音低，适于在城市施工； ②能够紧邻相邻的建筑物及地下管线施工，对沉降及变位较易控制； ③墙体刚度大、整体性好，结构和地基的变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构； ④其为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般≥60cm，钢筋保护层较大，耐久性好，抗渗性能也较好； ⑤可用于逆作法施工。 缺点：①弃土及废泥浆的处理。除增加工程费用外，若处理不当，会造成新的环境污染； ②地质条件和施工的适应性。其最适应的地层为软塑、可塑的粘性土层。当地层条件复杂时，会增加施工难度和影响工程造价； ③槽壁坍塌。地下水位急剧上升、护壁泥浆液面急剧下降、有软弱疏松或砂性夹层、泥浆的性质不当或已经变质、施工管理不当等，都可引起槽壁坍塌。槽壁坍塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界限，重则引起相邻地面沉降、坍塌，危害邻近建筑和地下管线的安全。 九、地基处理 1．对象：一般是软弱土地基和特殊土地基 2．目的：①提高地基土的抗剪强度，即提高地基承载力； ②改善地基土的压缩特性，增加其密实度，减小基础的沉降和不均匀沉降； ③改善其透水性，消除其它不利因素的影响，达到满足建筑物对地基强度与变形要求的目的。 3．特点：强度低、压缩性高、透水性小，通常无法满足建筑物对地基强度和变形条件的要求，因此工程中常需对此类地基进行加固处理。 4．软弱土地基的主要处理方法有：垫层法、夯实法、挤密法、振冲法、预压法、化学加固法。 ㈠、换土垫层法 1．定义：将基础底面下一定深度范围内的软弱土层挖去，然后分层回填强度较大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯实或振密的一种地基处理方法。 2．适用于：淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层地基处理。 3．作用：①提高地基的承载力；②减少地基的沉降量；③加速软弱土层的排水固结；④防止冻胀；⑤消除冻胀土的冻胀作用。 4．垫层设计 1）垫层厚度： 一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不超过同一标高处软弱土层（经深度修正后）的承载力特征值确定. 对条形基础：  对矩形基础：  ――基底附加应力，KPa； L、b  ――分别为矩形基础长度和宽度，m； h    ――基础底面至软弱土层顶面的距离，m；                                                                                                                                                                                                                2）垫层宽度 b′≥b+2htan 原则：①满足应力扩散的要求；②防止垫层向两边挤出。 ㈡、强夯法 1．定义：反复将夯锤（100～40 T）从高处（10～40m）自由落下，给地基冲击和振动能量，强制压实地基，从而提高地基土承载力并降低其压缩性，还可改善地基土抵抗振动液化能力和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。 2．用于：处理松散的碎石土、杂填土、砂土，低饱和度的粉土、粘土、湿陷性黄土；在高饱和度的细粒土地基上应慎重使用。 ㈢、预压法 1．定义：在建筑物建造前，，对天然地基或已设排水体的地基施加预压荷载，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，同时可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性的地基处理方法。 2．加固机理：在饱和软土地基上施加荷载后,孔隙水被缓慢排除，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。 3．适用：淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。 ㈣、高压喷射注浆法 1．定义：通过高压喷射的水泥浆与土混合搅拌，来加固地基的。 2．加固机理：钻机钻至设计深度，插入带特殊喷嘴的注浆管，借助高压设备，使水泥浆或水以20～40Mpa的压力，从喷嘴喷出，冲击破坏土体，然后注浆管边旋转、边上提，浆液与土粒充分搅拌混合并凝固后，土中即形成一固结体，从而使地基加固。 3．特点：适用范围广、施工简便、噪声小、振动小；可控制固结体的形状；可垂直、倾斜和水平喷射；耐久性好；设备简单、速度快、效率高等特点。 4．适用于：处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。地下水流速过大和已涌水的防水工程，应慎重使用。 ㈤、托换法 解决原有建筑物的地基处理、基础加固或改建问题，解决在原有建筑物基础下修建地下工程，以及新建工程临近原有建筑物而影响到原有工程安全等问题的技术总称。分为①补救托换；②预防托换；③维持托换 十、特殊土地基 特殊土是指具有特殊工程性质的土类。特殊土种类较多，主要有软粘土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土及冻土，这些土由于形成的自然地理环境、气候条件、地质成因等因素不同，具有很强的区域性，故亦称作区域性特殊土。 ㈠、湿陷性黄土 1．特性：主要矿物成分为石英、长石、碳酸盐，硫酸盐、粘土矿物，具有肉眼可见的大孔隙，孔隙比e＞1.0，孔隙率n＞45％，天然含水率小于或接近塑限。 由胶结物的凝聚和结晶作用被牢固粘结，天然状态下坚硬、密度高、强度高。  但一旦受水浸湿，可溶性盐溶于水，土的结构被破坏，其强度便迅速降低，产生显著沉陷。这种性质称湿陷性。 2．处理措施 对于湿陷性较小且地下水不会上浸的黄土地基,主要采取地面防渗与表面排水措施。 对于深度不大但有可能浸水的黄土层，可将基础下的湿陷性土层全部或部分挖出，再以粘性土料（或用灰土料）分层回填夯实。也可采用重锤夯实的方法，以消除或减小其湿陷性。 对于较厚的湿陷性黄土层和较重要的建筑物，可在施工以前预先向建筑场地注水并保持一定水深，让水充分浸入土中，使土层产生自重湿陷，该方法称为预浸法。 若土层很厚，可先在土层中钻孔，填以砂砾等作为透水料，然后向填砂砾料的孔中供水，直到湿陷变形稳定为止。预浸完毕后，应妥善封闭钻孔，并将场内软泥全部清除。 除上述处理措施外，必要时还需从上部结构采取适当的措施，以改善建筑物对地基不均匀沉降的适应能力。 ㈡、膨胀土 1．特性：由亲水性强的粘土矿物成分组成的,具有吸水膨胀，失水收缩的性能,成分主要为蒙脱土、伊利石、高岭石等。呈硬塑或坚硬状态，颜色多呈黄、红、灰、白色及斑状。裂隙较为发育，有光滑面及擦痕。 2．处理措施： 在膨胀土地基上修建筑物，应从设计和地基处理两方面采取措施。水利工程上采用预湿法。 工民建中采用设置沉降缝、换土垫层与排水、加大基础埋深、设钢筋混凝土圈梁等措施来消除或减少危害。