《土力学与地基基础教学教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与地基基础教学教案.docx（22页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、第一章土的物理性质与工程分类第一节土的物理性质一、士的但成（一）上的成因土是岩石风化后的产物，即股靛在地表上松散的、没有胶结或胶结很弱的煤粒堆积物.风化作用有物理风化和化学风化，土的沉积类型：残积、坡枳或崩枳、洪积、冲积、冰积、粉积、风积等.公路桥涵地基和基础设计现范（JTJD6320072将士分为岩石、碎石土、砂土、粉土和豺性土。此外，还有软土、膨张土、红黏土、盐泄土和黄土等特殊土（二）士的蛆成是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系。当孔隙完全被水充满时,土处于泡和状态.称为饱和土：当土中一部分被水占据，另一部分被气体占据时，称为非饱和匕当孔健完全被气体充满时，就称为干土.1. Ia体号啦固体
2、颗粒构成上什架，它对土的物理力学性质起决定性的作用.研究固体颇粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分比，称为上的粒径级配。（1）颗粒的矿物成分和颗粒分组颗粒粒径的大小称为粒度，把粒度相近的敕粒合为一组.称为粒组.（:公路桥涵地理和基础设计规范（JTG）63-2007）对粒组的划分见表1一2。1 2）用蜥析法作土的颗粒大小分析各粒加的质量占干样总贷瑙的百分数叫做颗粒级配。对土的颗粒大小分析试验成果，可刖下列两种方式表达：1）表格法列我说明土样中各粒组的士质Jit占土样总质ht的百分数.2）颗粒级配曲线法.在半对数坐标系上，纵坐标用普通比例尺表示小于某粒径的土筋戊百分数，横坐标用对数比例尺表示粒
3、径，绘制颗粒大小级配曲践.若做粒级配曲战平缓，表示土中各种粒径的土粒都有，颗粒不均匀，娘配良好：若曲找舱岐，则表示土粒较均匀，级配不好.不均匀系数Ct=%曲率系数C=-（1-2）4uxdu3不均匀系数CI意大,表示级配曲线意平援.级配良好.曲率系数c.用以描述颗粒大小分布的范阳,公路路施埴土压实技术观则规定，当C1135I1.Cr=I-3,可认为土的级配良好；当C,薄膜水（弱结合水）.（2）非结合水1）毛细水2）武力水3 .土中,体二、土的结构与构造（一）的结构土粒或土粒集合体的大小、形状,相互排列与联结等综合特征.称为土的结构.通常土的结构可分为三种基本类型：总粒结构、蟀总结构和黑状结构.1
4、 .单粒结构2 .蜂窝结构3 .架状结构（二）的构造土的构造是指同一土层中物质成分和籁粒大小等相近的各部分之间的相互位置与果性指教表示黏性土处于可聚状态时含水收的变化范H九公路桥涵地基和基础设计娩范2（JTJD63-2007果用塑性指数作为黏性土的分类指标，2）液性指数(1-28)公路桥涵地基和基础设计规范（JTJ1.）63-2007）对黏性上的潮湿（软硬程度按液性指数划分。第三节土的工程分类公路地基的土（岩）可分为岩石、碎石土、砂土粉土、拈性土和特殊性土等几大类.按公路桥涵地施与坛础设计规范介绍对岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土的分类。一、岩石岩石为瑕粒间具有连接牢固、呈整体或具
5、有节理裂隙的地质体.作为公路桥涵地基，除应确定岩石的地质名称外,尚应按规定划分我坚硬程度、完整程度、节理发行程度、软化程度和特殊性岩石。1 .根掘强僮进行至理程度分级2 .根据完整程度分级3 .根据节理发行程度分类4 .岩石按物化系数分类二、碎石土碎石为粒径大于2mm的颗粒含辰超过总质量50%的土，1 .碎石土按颗粒粒形状与粒组含址分为6类.2 .碎石土按密实程度分类三、砂土砂上为粒径大于2mm的服粒含晶不超过总质50%、粒径大于0.075mm的颗粒合力En的方向水平，作用点在矩墙底/3高度处.第三节朗金土压力理论一、茶秋念朗金理论是从半无限土体的极限平衡应力状态出发，假定崎是刚性的.培背登直
6、而光滑，即不考虑墙背与填土之间的摩擦力，墙后填土面为无眼延伸的平面，二、筒单情况下的士压力计*简单情况是指堵背短直(即墙背与登直面的倾斜角夕=0),填土面水平(即填土面与水平面的愉斜角=0),塔背光滑.不计堵背与土之间的蟀擦力(即堵背与填土之间的摩擦角5=0)。(一)主动土压力根据土的强度理论,当土体中某点处于极限平衡时,最大主应力与最小主应力之间的关系应满足：1,砂性土f0=ztan*(45o-)=Ka(6-5)Ea=-H2K(6-6)EI的作用点通过压力强度图的形心，距堵底/3处.方向为水平，破裂而与出大主应力作用平面(水平面)间的夹痢为.2.黏性土：1.=ztan,(45e,-)2tta
7、n(450-)-yzK1.2cj,(67)黏性土的主动土压力强度由两部分组成：部分是由土体自引起的恻压力强度广K11,另一部分则是出黏聚力所引起的负(反向)偏长力强度2c.2cZ1.赤(6-8)这就是许多般崎的黏上坡不需支掾能直立不坍塌的原因。因此黏性土的侧压力强度图形仅是(力。部分，其总压力为z=3-z0）（9K“一2。疸）（6-9）E1.jKa-2cHi+（6-10）%的作用点通过三角形分布图。加的形心，即作用在离墙底（H-Z0）/3处，（二）被动土压力1 .砂性土(611)e1.,=7ztan(45o+)=殍KjtJ=%K（6T2）作用点M墙底/3处，方向水平，破裂面与最小主应力作用平面
8、（水平面）成2 .粘性土%=尸K（613）由上式中可以看到,黏性土的被动土压力强度亦分别由土的自取和黏聚力两部分所引起的,强加后的恻压力强变为悌形分布，如图65（c）所示,总被动土压力为EF=别K1.,+2cH而（6-14）合力作用点通过压力强度图的形心在塔背上的投影点，距墙底的距离为：H汨3+6CjKZx=7=（615）3 川K1.,+4CQKIt方向水平，破裂面付置与水平面成45-Z。2第四节库仑土压力理论屋仑士压力理论是库仑在1773年提出的计算上压力的一种经典理论.它是根据墙后土体所形成的滑动枳体的静力平衡条件建立的士J卡力计算方法.我国的土建类规范大多都规定.挡土墙、桥梁墩介所承受的
9、士压力，应按圈仑十.压力理论计算，第五节常见情况下土压力的计算一、用用金理论计算几种常见情况的土压力工程中经常遇到燃土面有超成、分层填土、埴土中有地卜水的情况，当挡土墙酒足朗金上压力简单界面条件时，仍可应用朝行理论计算挡土墙的土压力.-)填土面有满布超载当挡土墙后填土而有连续均布超我“作用时.通常上压力的计算方法是将均布荷我换算成作用在地面上的当债士由以无舜性土为例，其当以土层限度：2Y(6-28)填土面处的主动土压力：。=IK1.I=qK“(6-29)挡土墙墙底处土压力：%=汕K“+汨k“=q+汨)尤(6-30)压力分布如图610（八）所示.实际的土压力分布是梯形月即9部分，土压力方向水平，
10、作用点位置在梯形的形心.，(二)分层塔土填土由不同性质的土分层加筑时,如图610(b),上层土按均匀的土质指标计算土压力.计算第二层十的士压力时，将上层土视为作用在第二层土上的均布荷战.换算成第二层土的性侦指标的当地土层，然后按第：层土的指标计算土压力，但只在第二层土层厚度范阳内有效。由于两种上的内摩擦角不同，因此上压力系数也不相同，所以在土层的分界面上，计算出的士压力强度有两个数位.多层土时计算方法相同(三)填土中有地下水在地下水位以上的土压力仍按土的原来指标计算,在地下水以下土的土的理度取浮无度，抗剪超度指标若无专门测定，则仍用原来的c、,此外由于地下水的存在，将有静水压力作用在塔背上，静
11、水压力从地卜水面起算，这样挡土墙所受的总例压力为土压力和水压力之和.土压力和水压力的合力分别为各自分布图形的面积.它们的合力各自通过其分布图形的形心,方向水平,如图6T0(c).二、用率仑理论计算几种特殊情况的土压力工程上有时会遇到挡土墙并非直立、光滑、埴土面水平，而荷我条件或边界条件较为凝杂的情况，这时可以采用一或近似处理办法进行分析计(-填土而有连续均布荷我(二)成层地上(三)折战形墙背的土压力(四)黏性埴上所谓等侑内摩擦角就是将却聚力C折兑成内摩擦角，经折算后的内摩擦角称为等值内摩擦角,以eO表示.这里仅介绍几种常用的换制方法.1.半羟验数据，不管纵聚力的大小，9“都按3Q35,地下水位
12、以下化,都按253(T：这种方法荷便，墙高用小值，墙低用大值.2 .根据土的抗剪强度相等的原理计算例,值,如图614所示.639)C1.i=arctan(tan(+)用6-40)3 .根据两种土土压力相等的原理计算仍，tan(450-)=tan(450-22H求得,后就可按库伦公式计算舜性填土的主动土压力。第六节土坡稳定r4二、砂性土的土坡定检*工程中称丁为滑动力，丁为抗滑力,以抗滑力与滑动力两者的比值来估计滑坡的可能性,即K_工_Wcos-an)+c/7Wsin夕对无整性坡，c=0,上式将简化成；K_二_卬cos夕Ian_Ian.T7-Uzsin?tan/?(6-42)为了确保土坡的枪定性，
13、K值应大于k三、国孤滑面的条分法分析现场观察和调查资料表明.癌性坡滑塌时.其滑面成曲面，接近于一个网柱面.工程计算中华将它当作一个平面应变问腮，弁假设其断面成圆孤.用酸弧形滑面进行土坡税定分析的具体方法很多。常用的有瑞典即弧法(I.Fc1.icnius.1936),毕肖普法(.I.Bishop.1955).-)瑞典即弧滑面法1.基本原理及假定该法假定土坡稳定分析於一个平面应变问盟.滑面成圆弧形.在具体计算中,弗伦纽斯将滑动土体月腼分成个土条，土条的宽度一皎取24m如用i表示上条的编号，则作用在第1上条上的力如图6-20(W所示.作用在土条上的力.1)土第的自重叱2)滑面上的抗滑力力T,(3)条
14、间的作用力X,、匕、X1.,Ym如符上述各力对滑向的同心。取矩.可得滑动力矩M,和抗潜力矩M,为IZM,=RE(Ch+叱CoSa,tane)I故稳定系数A为.,Z(叱cos,tan+CIJK=%=2M112-Wsina1.I=I(643)当8=0时H,K=-ri=J(6-44)IVSinair-1.K值应大于1.2.如何确定最危险的滑面工程中将最危险的回弧滑面称之为临界&!Bk其相应的圆心为整界圆心，忸伦纽斯通过大量的试售工作总结出下面两条经裟；(1) Q=O的均版黏土,宜城边坡的钻界暝孤一般通过坡脚，其圆心位置U1.用表65给出的数值用图解法确定.图621中的a和b两角的交点O即为临界掰心的
15、位置.(2) 0工0时，随着伊角的增大，具圆心位置从e=0的明心。沿OE.线的上方移动，可用来去示圆心的轨迹线。E点的确定方法如图6-22所示。E点距离坡脚4的水平距离为4.5，1.直距离为。具体试算时，可在。E线上。点以外选择适当的点Q，。,作为可能的滑面圆心，从这些点作泡过坡脚A的阳退6、G.-C,然后按式(7-34)计算相应于各圆弧滑面的检定系数K1.、K.K,伯，并在它们的圆心处垂在于OE戏按比例画出各K1值的长度，然后将它们连接成一条光滑的曲找即K的轨迹线，其中最小K所时应的即心0,可以当作临界圆心.二、毕肖普法瑞典圆弧法珞去了条间力的作用。严格地说，它对好一土条的力的平衡条件是不满
16、足的，对土条本身的力矩平衡也不满足，只涌足整个滑动土体的力矩平衡条件，毕行普于1955年提出/-个考虑条间力的作用来算稳定安全系数K的方法.4S第七章地基与基础概述第一节地基与基础的类型一、地君与基础的概念仔何结构物都建造在一定的地层上,结构物的全部荷载都由它下面的地层来承担。受结构物影响的那一部分地层称为地基,结构物与地基接觥的部分称为基础.二、基&I的类型基础根据其结构形式和施工方法分为以下几种类型:-）明挖基础（二）桩基础）管柱基础（四）沉井基础地础根据其结构特征分为平她和桩班.基础根据其施工作业和场地布以分为以下类型：1 .陆上基础2 .浅水基础3 .深水地础基础根据其建筑材料分为石砌
17、、混凝土（包括片石混联土）、钢筋混凝上、预应力混凝土和纲等类型.第二节基础的设计原则一、基硼）的设计原则二、茶破工程设计和篇工所雷贵料1.建筑物情况.2 .荷敦作用情况。3 .水文资料.4 .工程地质土质资料.5 .施工条件.三、计算作用的确定I.作用的分类公路梆涵设计通用规范JTGD60-2004）中规定：公路桥涵设计采用的作用第一节天然地基上的浅基础的类型及构造一、浅基础常用类型及适用条件天然地基浅基础,根据受力条件及构造可分为刚性基础和柔性基础两大类.刚性培础常有的材料有：混凝土、粗料石或片石。刚性基础的特点是稳定性好,施工简便,能承受较大的荷我，所以只要地在强度能满足要求，它是桥梁和涵
18、洞等结构初首先考虑的基础形式。它的主要缺点是自电大，柔性基础主要用纲筋混凝土滑策,常见的形式石柱下犷展屉础、条形和十字交叉基础、枝板基础及箱形基础。它的整体性能较好，抗对刚度较大.二、刚性扩大基础的构造第二节基础埋置深度的确定及刚性扩大基础尺寸的拟定在进行浅基础设计时.我们必须先解决两个何起:I、确定於础的埋置深度；2,拟定基础尺寸.一、基础埋置深度的确定基础埋置深度是指天然地面（无冲刷时）或一般冲刷戏（有冲刷时）至基础底面的的距离.-）地基的地旗条件与荷载作用情况（二）上部结构的型式）水流的冲刷影响(8-9)3、基底承受的向或双向偏心受压的/）值可按下式i1.算:8-10)NMxMyA-WW
19、jT小于合力偏心即4=g,Y值愈大.N值愈小,e值将越大.所以对该项5金算N来说，应选择Xtft大.NGi小的荷栽组合为最不利的的荷载组合.四、基磁沉降计算计算班础沉降时，传至基础底面的作用效应应按正常极限状态下作用长期效应殂合采用,坳台的沉降，应符合下列规定：1、相邻地分间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降.不应使桥面形成大于0.2S的附加纵坡（折角），2、超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值，还应满足结构的受力要求。地台基础的最终沉降值按分层总和法计算求得的地基沉降敏乘以沉降计算经验系数确定.五、基础稳定性计算k桥涵烟台域础的抗领取制定，按卜式计算：k0=-8-12）813）2、桥涵烟台里础
20、的抗滑动制定性系数按卜式正算：斗87D第四节刚性扩大基础的施工一、旱地上浅基础的施工(一)基础的定位放样(二)基坑开挖1、不设国护的基坑2、坑壁有围护的法坑基坑网护结构作为加固坑壁的临时性措施,有以下几种：D丹板支撵板桩支撑(三)基坑排水1、表面排水法海水fit的估算估算港水景的方法有两种，是通过抽水试验，另一种是利用经验公式估算，对干放坡开挖的基坑.基坑涔水盘可用式815估算：Q=qF+q(8-15)Xj于有板机用护的基坑，可用式8-16估算港水量：Q=KUHq(8-16)第十章桩基础第一节概述一、桩基础的组成与特点桩电础Ih若干根班和承台两个部分殂成，桩基础具行承我力高、稳定性好、沉降量小
21、而均匀.在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。二、桩基础的适用条件第二节桩和桩基础的类型及构造一、桩和桩基础的类型（一）按承载性状分类按桩的承载性状基机可分为：1、湘承桩2 .摩擦桩（二）按成桩方法分类按成选方法分，桩可以分为：1,非挤土桩3 .部分挤土桩4 .挤土枇挤上桩可分为沉班（镣击、龄压、振动沉入的预制桩及闭口预应力混凝土湃柱等）。以上三种分类结果的基本形式为沉桩（预制桩）和灌注桩.（1）沉枇（预制桩、颈应力混凝土管柱钻（挖）孔潴注板二、桩和桩基础的构造（一）就地灌注钢筋混凝土桩的构造（二）钢筋混凝土预制桩1、普通制筋混凝土板2、钢筋混凝土管桩和管柱3、制桩第三节桩基础的设计及计算
22、一、桩基础类型的选择（一）承台位置的选定承台底面的标商应根据桩的受力情况，粒的刚.度和地形、地质、水流、施工等条件确定.（二）端承桩桩基和摩擦桩桩基的选定端承桩与摩擦班的选择主要是根据地质和受力情况确定。（三）单排桩基础和多排桩基础的选定总排桩址基础和多排桩桩基础的确定主要是报非受力情况并与桩长、桩数的确定南切相关.（四）施工方式的选择设计时应根据地质情况、上部耕构要求和施工技术设备条件等确定选择打入桃、震动下沉桩、钻（挖）孔灌注枇或许柱桩.（五）承台尺寸的拟定根据受力情况，按照有关设计规范和施工规范,拟定承台平面尺寸和立面尺寸，承台厚度一般为1.02.5m,承台底面尺寸拟定时，要求扩展由不超
23、过刚性角。二、桩径、桩长的拟定（一）植径的拟定（二）班长的拟定（三）单班承栽力容许值的确定I、单桩轴向荷妆传递机理和特点2、机侧摩阻力的影响因素及其分布3、桩底阻力的影响因素及其深度效应摩擦桩总桩轴向受压承我力容许位Ra,可按下列公式计算：（D牯（挖）孔潴注板的承毂力容许值：RJzV4J+44(io-d乙f=1./=?O川力o+02(一3)1O-2)沉枇的承载力容许值值=；(/,/+/&qJi)10-3)3、支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖孔班、沉班的单板轴向受压承载力容许值RJ可按下式计算RJ=GA/+”。2也加+却”Z1.qik106)/=I乙Z=I三、确定基桩的根数及其在平面的布置(一)
24、桩的根数估算1、一个桩基所需桩的根数可根据承办底面上的竖向荷蜕和单桩的承教力容许值按下式估算：NH=-jCoT)2、群桩效应中基桃群与承介组成的桩基础称为群扶基础.工程实践衣明，群桩暴础的承我力常小于各单班承载力之和，但有时也可能会大于或等于各单桩承我力之和.这种群桩不同于胞桩的工作性状所产生的效K,可称为群桩效应，在计算桩的根数时应考虑到群桩效应的影响.(X),定级的平面布一般堪(台)葩础，名以纵向荷我控制设计，控制方向上桩的布翼应尽可能使各桩受力相近,且考虑施工方便.第四节桩基础的施工一、钻孔灌注桩的施工(一)准备工作1、准备场地2、埋置护筒3、制备泥浆Ix安装钻机或钻架(一)站孔1、钻孔
25、方法和粘具旋转钻进成孔冲击钻进成孔冲抓钻进成孔2,钻孔注意事项（三）清孔及吊装钢筋笼*架清孔目的是除去孔底沉淀的怙渣和泥浆中的怙治,以保证潴注的纲筋混凝土质肽.保证桩的承载力。法孔的方法有：1、抽浆清孔2、掏渣清孔3.换浆清孔（四）谓注水下混凝土目前我国多采用直升导笆法漉注水下混凝土.1、滞注方法及有关设爵2、对混凝土材料的要求3、灌注水下混凝上注意事项二、挖孔灌注桩的施工(一)开挖梯孔(一)护量和支摔(三)排水(四)吊芸钢筋骨架及灌注就身混凝土三、预制沉桩的施工(一)植的预制(一)植的吊运(三)预制班的沉植方法及设备1、打入法2、振动法3、射水法4、压入法第五节桩基施工质量检验桃基工程为地下
26、隐板工程，当桩县建成后某些方面就难以检测.为控制和检验加基的质量，从桩基施工一开始就应按工序严格监测,推行全面的痂星管理，SJ道工序均应检粉，及时发现和解决向施，并认口做好施工和桧测记录，以备最后媒合时桩荔而显作出评价.桩的类型和施工方法不同，所需的检险的内容和恻重点也有所不同，通常涉及下述三个方面内容：一、桩的几何受力条件检验板的几何受力条件主要是指有关桩位的平面布置、桩身倾斜衣、桩顶和板底标高等，检测这些内容是否满足设计要求，是否在容许误差的范国之内，二、桩身质量检验被身鲂中的检骁是指对枇的尺寸、构造及其完整性进行检测，验证桩的制作或成桩的质S1.成桩后的钻孔潴注桩桩身完察性检骆，般采用小应变动测法（反射波法）、超声波法（透射声波法）三、桩身强度与单桩承载力检验班的承蚊力取决于桩身强咬和地基强度.
