1、第一章 緒論1、土力學：利用力學知識和土工實驗技術來研究土的特性及其受力后強度和體積變化規律的一門學科。換句話講，它是以力學為基礎，研究土的滲流、變形和強度特性，并據此進行土體的變形和穩定性計算的學科。2、地基：支承基礎的土(巖)體。受到上部荷載的影響會產生壓縮變形。（天然地基人工地基）3、基礎：埋入土層一定深度的建筑物最下部結構。 淺基礎：擴大基礎 深基礎：樁基礎4、持力層：位于基底下的第一層土。5、下臥層：在地基范圍內持力層以下的土層。6、軟弱下臥層：強度低于持力層的下臥層。 7、基礎工程：地基與基礎是建筑物的根本，其設計計算和施工統稱為基礎工程。8、基礎工程在土木工程中的重要作用：1）使

2、用上：屬地下隱蔽工程，一旦失事難以發現，補救困難，并會危及整個建筑物的安全使用，損失巨大。2）技術上：在地下或水下施工，難度大，其勘察、設計和施工質量的好壞直接影響整個建筑物的安危、經濟和正常使用。 3）經濟上：所占比例很大，一般高層建筑中占總造價的25%，工期占總工期的25%30%。9、由于地基基礎方面的費用較大，對設計方案的安全性、可行性和經濟性要全面考慮。10、地基與基礎設計必須滿足的條件：（1）地基的強度條件：要求建筑物地基保持穩定性，不發生滑動破壞，必須有一定的地基強度安全系數。（2）地基的變形條件：要求建筑物地基的變形不得超過地基變形允許值；第二章 土的物理性質及工程分類第一節 土

3、的生成與特性1、土是地球表層巖石經過風化、剝蝕、搬運、沉積，形成的古亭礦物顆粒、水和氣體的集合體。1、 土的風化作用：物理風化、化學風化、生物風化（機械作用、化學作用）。2、 土的結構：單粒結構、蜂窩結構、絮狀結構。3、 土的構造：層狀構造、分散構造、裂隙構造。4、 土的特性（是指同一土層中成分和大小都相近的顆粒或顆粒集合體的相互關系特征）：壓縮性大、強度低、透水性大。5、 土的工程性質：是指土與水的相互作用表現出來的一些性質（如塑性、脹縮性、崩解性等）、土的體積變化、土的強度、應力應變性能、土的滲透性。6、 土的工程性質取決于成分因素和環境因素。7、 土的生成條件與特殊的關系：搬運沉積條件沉

4、積年代沉積的自然地理環境。第二節 土的三相組成1、 土(體) = 固相 + 液相 + 氣相2、 土的礦物成分：無機礦物（原生礦物、次生礦物），有機質3、 固體顆粒粒組及其劃分。土粒的大小通常以其平均直徑d來表示，簡稱粒徑，單位mm。介于一定粒徑范圍的土粒，其大小相近，性質相似，成為粒組。土中各粒組的相對百分含量，成為土的粒度成分。4、 粒度成分的分析方法：篩析法、靜水沉降法（細粒土d0.075mm）5、 粒度成分的表示方法：列表法、累計曲線法、三角坐標法6、 級配土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各粒組占土粒總量的百分數）來表示，稱為土的顆粒級配（或粒度成分）。不均勻系數C

5、u= 曲率系數Cc=當u, c級配良好，為不均勻土，表明土中大小顆粒混雜，累計曲線顯得平緩；若不滿足則級配不良，為均勻土，表明土中某一個或幾個粒組含量較多，累計曲線中段顯得陡直。7、 土中的水：結合水（強結合水和弱結合水），非結合水（毛細水、重力水、水蒸氣、冰）8、 土中的氣體：游離氣體、封閉氣體 第三節 土的物理性質指標1、 土的三相草圖2、 土的物理性指標第四節 土的物理狀態指標一、無黏性土的密實度砂土、碎石土統稱無黏性土，反映這類土工程性質的主要指標是密實度。砂土的密實狀態可以分別用孔隙比e、相對密度Dr、和標準貫入錘擊數N進行評價。1.天然孔隙比e 采用天然孔隙比e 的大小來判別砂土的

6、密實度，是一種較簡單的方法。但不足之處是它不能反映砂土的級配和顆粒形狀的影響。2.用相對密實度Dr表示砂土的密實程度: 討論： eemax時, Dr0 ; eemin時, Dr1.03.標準貫入試驗錘擊數N二、黏性土的稠度 黏性土最主要的物理狀態特征是它的稠度。 稠度-是指黏性土在某一含水率下對外力引起的變形或破壞的抵抗能力。 黏性土在含水率發生變化時，它的稠度也隨之而變，含水率越大土越軟，通常用堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑等術語來描述。界限含水率土從一種狀態過渡到另一種狀態之間的分界含水率。液限L：液限儀測定 塑限p ：搓條法測定 縮限s三、黏性土的塑性指數和液性指數1、塑性指數 ： Ip=

7、L-p （省去百分號） Ip表示土處于可塑狀態的含水率變化的范圍，是衡量土的可塑性大小的重要指標。土粒越細，Ip越大。2、液性指數（又稱稠度指標）： IL表征土的天然含水率與界限含水率之間的相對關系。第三章 土中水的滲透規律第一節 概述1.滲透：由于土體本身具有連續的孔隙，如果存在水位差的作用時，水就會透過土體孔隙而發生孔隙內的流動。2.土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。3.土的滲透性問題，一方面是指由于水的滲透引起水頭損失或基坑積水，影響工程效益和進度；另一方面將引起土體內部應力狀態的變化或土體、地基本身的結構、強度等狀態的變化，從而影響建筑物或地基的穩定性或產生有害變形的問題。第二節 D

8、arcy定律一、滲流模型1.滲流的簡化不考慮路徑的迂回曲折，只是分析它的主要流向；不考慮土體中顆粒的影響，認為孔隙和土粒所占的空間之和均為滲流所充滿。作了這種簡化后的滲流其實只是一種假想的土體滲流，被稱為滲流模型。2.為了使滲流模型在滲流特性上與真實的滲流相一致，它還應該符合以下要求：在同一過水斷面，滲流模型的流量等于真實滲流的流量；在任一界面上，滲流模型的壓力與真實滲流的壓力相等；在相同體積內，滲流模型所受到的阻力與真實滲流所受到的阻力相等。二、達西（Darcy）定律由于土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動狀態大多屬于層流著名的達西滲透定律： 滲透

9、速度：v=ki (m/s) 滲透流量：q=kiF (m3/s) K-滲透系數，m/s i-水頭梯度（或水力坡度、水力坡降），i=H/L適用條件：(1)只有當滲流為層流的時候才能適用達西滲透定律,故達西定律也稱作土的層流滲透定律。一般中砂、細砂、粉砂等細顆粒土中水的流速滿足層流條件。(2)對于滲透系數很小的粘土，存在起始水頭梯度i0,故達西定律修正為v=k(i-i0)第三節 滲透系數的測定滲透系數K的大小是直接衡量土的透水性強弱的一個重要的力學性質標，K大土的透水性強，K小土的透水性弱。一、實驗室內測定滲透系數1.常水頭法：適用于透水性大的粗顆粒土，在整個試驗過程中，水頭保持不變 2.變水頭法：

10、適用于滲透系數較小的細砂及粉砂，在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的。 3.成層土的滲透系數水平滲流 豎直向滲流第五節 影響土的滲透性的因素一、土的粒度成分及礦物成分 土的顆粒大小、形狀及級配，影響土中孔隙大小及形狀，從而影響土的滲透性。土顆粒越粗、越渾圓、越均勻時，滲透性就越大。砂土中有較多粉土及黏土顆粒時，其滲透性就大大降低。二、結合水膜的厚度黏性土中若結合水膜厚度較大時，會減小土的孔隙、降低土的滲透性。三、土的結構構造 天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。例如，黃土具有豎直方向的大孔隙，所以豎直方向的滲透系數要比水平方向大得多。 四、水的粘滯度水在土中的滲流速度與水

11、的密度及粘滯度有關。水的密度一般隨溫度變化很小，可忽略不計，但水的動力粘滯系數隨溫度變化而變化。五、土中氣體當土孔隙中存在密閉氣泡時，會阻止水的滲流，從而降低土的滲透性。第六節 滲透作用對土的影響一、滲透力： 單位體積內土骨架所受到的水推力稱為滲透力（或動水壓力） GD=wi(kN/m3) 方向與滲流方向一致二、流砂、管涌現象1.流砂：在向上的滲透水流作用下，土顆粒之間的壓力等于零，土顆粒將處于懸浮狀態而失去穩定的現象。 位置：土體表面滲流逸出處 土質：細砂、粉砂及輕亞粘土 臨界水頭梯度 24流砂的判別： iicr 土產生流砂現象在設計時，為保證建筑物的安全，通常要求水頭梯度i限制在容許梯度i

12、之內 ii=icr/FS流砂現象的防治措施：減少或消除水頭差，如采取基坑外的井點降水法降低地下水位；增長滲流路徑如打板樁；在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡滲流力；土層加固處理，如凍結法、注漿法等。2.管涌：在滲流作用下土體中的細土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發生移動并被帶出的現象。管涌可以發生在滲流逸出處，也可能發生于土體內部。管涌現象防治措施：改變幾何條件，在滲流溢出部位鋪設反濾層是防止管涌破壞的有效措施。改變水力條件，降低水力梯度，如打板樁。第四章 地基土中的應力計算第一節 概述一、地基土中應力分類1. 地基應力計算的目的： 計算土體變形，比如建筑物地基的沉降； 土體承載力與穩定

13、性分析。2.按引起的原因分為自重應力和附加應力；按作用原理或應力傳遞方式分為有效應力和孔隙應（壓）力有效應力：土粒所傳遞的粒間應力，它是控制土的體積（或變形）和強度變化的土中應力。孔隙應（壓）力：由土孔隙中的水和氣體所傳遞的應力。3.視地基土體為 連續體 半無限的線彈 均質各向同性體二、基本假設：連續性假設、半無限假設、線彈性假設、各向同性假設三、土中一點的應力狀態土力學中，法向應力以壓應力為正，拉應力為負。這與彈性力學或材料力學等一般固體力學中的規定有所不同。剪應力的正負號規定是：1.當剪應力作用面上的法向應力方向與坐標軸的正方向一致時，則剪應力的方向與坐標軸正方向一致為正，反之為負。2.當

14、剪應力作用面上的法向應力方向與坐標軸的正方向相反時，則剪應力的方向與坐標軸正方向相反為正，反之為負。第二節 自重應力的計算1.豎向自重應力 2.水平向自重應力3.地基為不同土層且無地下水4.通常認為水下的砂土、粉土均是透水性土，應該考慮浮力作用；黏性土是否透水則要視黏性土的性質而定，但是偏砂性的亞粘土一般都視為透水性土，考慮其浮力。液性指數IL1時考慮浮力，取浮重度計算；液性指數IL 0時不考慮浮力，取天然重度計算。液性指數0IL 1時依最不利原則考慮。5.當地下水位下降時，會引起有效自重應力的增加；6.地下水位的升降，使地基土中自重應力也相應發生變化。當地下水位長期下降時，地基中有效應力增加

15、，從而引起地面大面積沉降；當地下水位長期上升時，會引起地基承載力減少、濕陷性土的塌陷等現象。第三節 基底壓力和基底附加壓力計算地基-建筑物影響范圍內的有限土層。基礎-建筑物向地基傳遞荷載的最下部結構。基底壓力-基礎作用于地基表面的壓力，而地基支承基礎的反力稱為基底反力，它們是一對作用力與反作用力。一、基底壓力1.柔性基礎（如土壩）：剛度較小，垂直荷載作用下沒有抵抗彎曲變形的能力，將隨地基一起變形。基底壓力與其上的荷載大小及分布相同。2.剛性基礎（如混凝土基礎）：剛度較大，受荷后基礎不出現撓曲變形。基底壓力分布隨上部荷載的大小、基礎的埋深及土的性質而異。二、基底壓力的簡化計算1、中心荷載 P=N

16、/A2.單向偏心荷載 討論：當e 00,基底壓力呈梯形分布；當e 0=b/6時，pmin=0,基底壓力呈三角形分布；當e 0b/6時，pmin1，即PCPO ，該土是超固結土；當OCR=1，即PC =PO ，該土是正常固結土；當OCR1，即PC PO ，該土是欠固結土，但欠固結土現有的有效應力即為歷史上曾經受到過的最大有效應力，所以OCR=1，PC =PO，該土實際上也屬于正常固結土。第五節 飽和土體滲流固結理論一、有效應力原理認為土中應力可表示為：=+u式中：為有效應力，u為孔隙水壓力。 當土體不受附加荷載作用，只受自重作用時，為有效自重，u僅為靜水壓力； 當土體受到附加荷載作用，為有效自重

17、與附加應力之和，u為靜水壓力與超靜水壓力之和。二、太沙基一維固結理論基本假設1.土是均質、各向同性且飽和的；2.土粒和孔隙水是不可壓縮的，土的壓縮完全由孔隙體積的減小引起；3.土的壓縮和固結僅在豎直方向發生；4.孔隙水的向外排出符合達西定律，土的固結快慢決定于它的滲流速度；5.在整個固結過程中，土的滲透系數K、壓縮系數a等均視為常數；6.地面上作用著連續均布荷載并且是一次施加的。三、固結度-地基在任一時間t的固結沉降量St與其最終沉降量S之比。相關公式：若兩土層的土質相同（即CV相等），附加應力的分布及排水條件也相同，只是土層厚度不同，則兩土層要達到相同的固結度，其時間因數TV應相等，可得t1

18、/t2=H12/H22 ,所以當單面排水改為雙面排水，達到相同固結度所需時間縮短為單面排水的1/4。第六章 土的抗剪強度理論第一節 概 述1.基本概念 土的抗剪強度-是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。2.工程中的強度問題土作為建筑材料土壩、路堤、填方邊坡、挖方邊坡穩定性問題。土作為構筑物的環境擋土墻、地下連續墻、地下結構物土壓力問題。土作為建筑物地基承載力問題。第二節 土的抗剪強度理論一、庫侖定律 1.粘性土： 砂土： 砂土的抗剪強度由內摩阻力構成，而黏性土的抗剪強度則由內摩阻力和黏聚力兩部分構成。2.土的抗剪強度有兩種表示方法，一種是總應力法，另一種為有效應力法。三、 摩爾庫侖強度條件 土體的

19、破壞主要是由于某一截面上的剪應力達到一定程度，并且與該截面上的正應力有關,即：=f =f()，此時土體處于極限平衡狀態。 在三向應力狀態下,土體的破壞只與大小主應力1和3有關而與中主應力2無關。1.土體中任一點的應力狀態 當土體中某點任一平面上的剪應力等于土的抗剪強度時，該點瀕于破壞，將此臨界狀態稱為“極限平衡狀態”。表征該狀態下各種應力之間的關系稱為“極限平衡條件”。 f 安全狀態 =f 臨界狀態 f 破壞狀態2.摩爾應力圓3. 摩爾庫侖強度條件1）圓與直線相離，f ，破壞，實際上該應力圓所代表的應力狀態不存在極限平衡條件式（極限平衡狀態）：破裂角：破壞面與最大主應力1作用面之間的夾角 f破

20、壞面與最小主應力3作用面之間的夾角 f4.按極限平衡條件式判斷土中一點的狀態 1j 11j 安全狀態 1=1j 極限平衡狀態 11j 破壞狀態 3j 33j 安全狀態第三節 土的抗剪強度指標的測定一、直接剪切試驗1.按剪切前的固結程度、剪切時的排水條件及加荷速率，把直接剪切試驗分為： 快剪：Cq q 固結快剪:Ccq cq 慢剪:Cs s2.直剪試驗存在的缺點：剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；剪切面上剪應力分布不均勻，且豎向荷載會發生偏轉（上下盒的中軸線不重合），主應力的大小及方向都是變化的；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

21、算；試驗時不能嚴格控制排水，并且不能量測孔隙水壓力；試驗時上下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒，使試驗結果偏大。二、三軸壓縮試驗1.三軸試驗的基本原理 3-周圍壓力（小主應力） 1-偏應力（q）或軸向應力增量 1-軸向應力（大主應力） 1=3+ 12.三軸試驗方法1）不固結不排水剪（UU試驗）抗剪強度指標 Cu u2）固結不排水剪（CU試驗）抗剪強度指標Ccu cu3）固結排水剪（CD試驗）抗剪強度指標Cd d3.三軸試驗結果的整理與表達有效應力與抗剪強度的關系抗剪強度的有效應力法由于考慮了孔隙水壓力的影響，因此對同一種土，不論采取哪一種試驗方法，只要能準確量測出土樣破壞時的孔隙水壓力，均可用上式表示

22、土的強度關系，所得的有效抗剪強度指標是相同的。把總應力圓中的對應點向左移動一個坐標值uf，圓半徑保持不變即可得到有效應力園第七章 土壓力計算理論第一節 概 述一、擋土結構物1.定義：是用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌，保持土體穩定的一種建筑物，廣泛用于房屋建筑、水利、鐵路以及公路和橋梁工程。在工程中把這種建筑物稱為“擋土墻”。2.作用：擋住墻后填土并承受來自填土側向的壓力。3. 土壓力-是指擋土墻后填土因自重或外荷載作用對墻背產生的側向壓力。設計擋土墻時首先要確定土壓力的性質、大小、方向和作用點。4.土壓力的種類：根據擋土墻的位移方向、大小及墻后填土所處的應力狀態，將土壓力分為靜止土壓力、主動土

23、壓力、被動土壓力三種。二、土壓力靜止土壓力當擋土墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態時，作用在墻背上的土壓力。 E0靜止土壓力合力，單位KN/m p0靜止土壓力強度，單位KPa主動土壓力當擋土墻在墻后土壓力作用下，背離填土方向移動時，墻后土體因自重具有沿某一滑動面向下滑動的趨勢，在土體將滑而尚未滑動的極限平衡瞬間，土體施加于擋土墻上的最小土壓力 Ea主動土壓力合力，單位KN/m pa 主動土壓力強度，單位KPa 被動土壓力擋土墻在某外力作用下,向著填土方向移動,使墻內土體沿某一滑動面產生滑動破壞。在土體向上滑動而尚未滑動的極限平衡瞬間，土體作用于擋土墻上的最大土壓力。 EP被動土壓力合力， 單

24、位KN/m PP 被動土壓力強度，單位KPa土壓力與擋土墻位移的關系 在相同的墻高和填土條件下EaEoEp四、 土壓力的計算方法靜止土壓力E0屬于彈性狀態土壓力，可用彈性理論計算；主動土壓力Ea和被動土壓力Ep則屬于極限平衡狀態的土壓力，這兩種土壓力的計算仍是以抗剪強度理論和極限平衡理論為基礎的古典土壓力理論，即朗肯土壓力和庫侖土壓力理論。第二節 靜止土壓力一、填土為均質土 1.靜止土壓力強度計算公式： po=Koz 2.合力計算公式： Eo的作用點在距墻底h/3處 Ko-土的側壓力系數或靜止土壓力系數二、成層土和填土表面有無限均布荷載的情況1.成層土Po=Koihi2.有無限均布荷載Po=K

25、o（ihi+q）三、靜止土壓力的計算步驟1.計算靜止土壓力系數Ko2.計算各土層界面上（包括地下水位線）的靜止土壓力強度Poi3.根據計算的Poi繪出土壓力強度分布曲線圖4.計算土壓力強度分布圖的面積即靜止土壓力的合力Eo5.計算土壓力分布圖的形心位置即靜止土壓力的合力作用點第三節 朗肯土壓力理論 基本假設條件：墻背垂直填土面水平墻背與填土之間光滑無摩擦一、主動土壓力1.基本計算公式 粘性土：pa= 無粘性土：Ka=主動土壓力系數Ka=2.主動土壓力強度的分布規律 主動土壓力沿深度呈直線分布。 對無粘性土，主動土壓力合力Ea為對粘性土，墻后受拉區高度：粘性土主動土壓力合力： Eo=3.滑動面：

26、墻后填土滑動面與水平面的夾角：三、被動土壓力1.基本計算公式 粘 性 土：Pp= 無粘性土: Pp= 被動土壓力系數Kp=2.被動土壓力強度的分布規律 被動土壓力沿深度呈直線分布 無粘性土被動土壓力合力Ep=2.被動土壓力強度的分布規律粘性土被動土壓力合力：Ep=合力作用點在梯形的形心位置。3.滑動面: 滑動破壞面與水平面的夾角為:五、 關于朗肯土壓力理論的適用條件的討論1.基本假設條件是：擋土墻墻背豎直,光滑，墻后填土面水平。2.朗肯理論的適用范圍與填土面的形狀、墻背的傾角和粗糙度等因素有關。第四節 庫侖土壓力理論一、基本理論1.假設墻后填土是均質的無黏性土，c=0滑動面為兩個：墻背平面AB

27、以及通過墻腳的土體內的平面AM滑動土楔ABM為剛體，不考慮其內部應力和變形滑動土體ABM處于極限平衡狀態。2.適用砂土或碎石填料墻背傾斜填土面傾斜墻背與填土間有摩擦二、庫侖主動土壓力重力G，由土楔體ABM引起；反力R，為破裂面AM上法向分力與摩擦力的合力，與AM面法線的夾角等于土的內摩擦角；墻背反力E，其與墻背AB法線的夾角等于土與墻體材料之間的外摩擦角，該力與作用在墻背上的土壓力大小相等，方向相反。相關計算公式：三、 關于庫侖土壓力理論的適用條件的討論可用于包括朗肯條件在內的各種傾斜墻背的陡墻（cr ）、填土形式不限、計算面為第二滑裂面，具體計算見相關文獻。數解法一般只用于無黏性土，黏性土的

28、數解法由于表達式過于復雜，目前很少應用。圖解法則對于無黏性土或黏性土均可方便應用。第八章 土坡穩定性分析與計算第一節 概述1.土坡-是指具有傾斜坡面的土體.2.土坡類型按成因分類：天然土坡 人工土坡按形狀分類：簡單土坡-土坡的坡度不變，頂面和底面水平，并延伸至無窮遠，且土質均勻，無地下水。復雜土坡-不符合上述條件的土坡即為復雜土坡。3.滑坡：邊坡喪失其原有穩定性，一部分巖土體相對于另一部分巖土體發生滑動的現象4.影響土坡滑動的因素 影響土坡滑動的因素復雜多變，但其根本原因在于土體內部某個面上的剪應力達到了抗剪強度（=f），使穩定平衡遭到破壞。土坡作用力發生變化；土體抗剪強度降低；水壓力的作用；

29、邊坡巖石的性質及地質構造；邊坡的坡形與坡度；地下水滲流引起的滲流力等。外界荷載作用或土坡環境變化導致土體內部剪應力加大；外界各種因素影響導致土體抗剪強度降低。第二節 無黏性土坡的穩定性分析1.假設坡體及其地基為同一種土，并且完全干燥或完全浸水，即不存在滲流作用。由于無黏性土顆粒間無粘聚力存在，只有摩阻力，因此，只要坡面不滑動，土坡就能保持穩定。2.相關公式：.當=時，K=1，即抗滑力等于滑動力，土坡處于極限平衡狀態。因此土坡穩定的極限坡角等于砂土的內摩擦角，此坡角稱為自然休止角。.無粘性土坡的穩定性與坡高無關，而僅與坡角有關，只要1），土坡就是穩定的。為了保證土坡具有足夠的安全儲備，可取K1.

30、31.5。.當max=，即土坡最不穩定時，相應的K為最小值Kmin；反之， Kmin相應的面是最危險的滑動面。無論無黏性土坡還是黏性土坡，在進行穩定性分析時，都應該以最危險的滑動面來判斷。當坡面有順坡滲流作用時，無黏性土坡的穩定性系數約降低一半。第三節 黏性土坡的穩定分析1.滑動面假定：圓弧面2. 黏性土坡常用的分析方法：整體圓弧滑動法條分法（瑞典條分法、畢肖普條分法、楊布條分法）不平衡推力傳遞系數法一、整體圓弧滑動法1.假定滑動面為一圓柱面，將滑動面以上土體視為剛體，并處于極限平衡狀態。2.土坡穩定性系數：K= K=3.一般情況下，土的抗剪強度由粘聚力c和摩擦力tan兩部分組成，土體中的法向

31、應力沿滑動面并非常數，因此土的抗剪強度亦隨滑動面的位置不同而變化。但對飽和黏土來說，在不排水的UU試驗條件下，u=0，故f=cu，運用上式很方便求出其穩定系數 K= 此法稱為u=0分析法。二、瑞典條分法1. 將滑動土條分成若干條塊，分析每一條塊上的作用力，然后利用每一條塊上的力和力矩的靜力平衡條件，求出穩定性系數，此法統稱之為條分法，可用于圓弧或非圓弧滑動面。2.假定滑動面為圓柱面（斷面為一圓弧），滑動土體為不變形的剛體，并忽略土條兩側面上的作用力即土條間的內力（土條兩側的合力大小相等、方向相反、作用在一條直線上，其作用相互抵消）。2.基本步驟：按比例繪出土坡剖面圖。任選一點O為圓心，以OC為

32、半徑R作圓弧AC， AC即為滑動圓弧面。將滑動面以上土體分成寬度相等的若干土條并編號。計算土條自重Gi： Gi=忽略土條間內力。計算作用在土條底面的法向力Ni 和切向力 Ti。若以i表示該土條底面中點的法線與豎直線的交角，則有：Ni= Ti=當土坡處于穩定狀態，并假定各土條底部滑動面上的穩定性系數均等于整個滑動面上的穩定性系數時，其抗剪力為：Tfi=若將整個滑動土體內各土條對圓心O取力矩平衡，則瑞典條分法要假定若干可能的滑動面進行試算分析，分別計算相應的K值，其中Kmin所對應的滑動面則為最危險滑動面， 而Kmin 即為土坡的穩定性系數。最危險滑動面圓心的確定目前有費倫紐斯經驗法、電算分析法、

33、簡化的圖表計算法等。當Kmin1時，土坡是穩定的，根據邊坡工程的安全等級，一般可取K=1.201.303.最危險滑動面圓心的確定費倫紐斯的經驗方法：均質黏性土坡當土的內摩擦角=0時，其最危險滑動面常通過坡腳。當土的內摩擦角0時，最危險滑動面的圓心位置可能在EO的延長線上。非均質黏性土坡或坡面形狀及荷載情況比較復雜時，其最危險滑動面圓心位置，有時并不在EO延長線上，而可能在其左右附近，因此還需自Om作OE線的垂直線，并在垂線上再取若干點試算比較，找出最危險滑動面圓心和相應最小穩定性系數。第九章 地基承載力及其確定第一節 概 述1.地基承載力-是指地基土單位面積上承受 荷載的能力，單位KPa。2.

34、地基基礎設計必須滿足的條件： 建筑物基礎的沉降或沉降差必須在該建筑物所允許的范圍之內（變形的要求）； 地基土不會發生剪切破壞而失去穩定（強度穩定性的要求）。一、 地基的破壞模式：1.整體剪切破壞（淺埋基礎下的密砂、硬粘土）2.局部剪切破壞（中等密實的砂土）3.刺入剪切破壞也稱沖剪破壞（松砂及軟土）整體剪切破壞的特征：滑動面與地面貫通，地基土沿滑動面向兩側擠出；基礎下沉，基礎兩側地面顯著隆起PS曲線的開始段接近直線；荷載增加至接近極限荷載時，沉降量急劇增加，有明顯的破壞點。局部剪切破壞的特征：滑動面只在地基中局部區域出現，不與地面貫通；基礎下沉，基礎兩側地面稍有隆起；PS曲線的開始段為直線PS曲

35、線有不太明顯的轉折點，轉折點之后，隨荷載增加，沉降也增加。刺入剪切破壞（或稱沖剪破壞）的特征：地基中無明顯的連續滑動面基礎周圍土體發生豎向剪切破壞，基礎刺入土中；基礎下沉，基礎兩側地面無隆起現象；PS為曲線關系沒有明顯的轉折點。地基的破壞過程：1）壓密階段（PS曲線的直線變形階段，土體處于彈性平衡狀態。）2）剪切階段（基底邊緣的局部塑性變形階段，土中某些點的= f）3）破壞階段（基礎周圍土體被大量擠出隆起，基底下土急速下沉并伴有很大水平位移。）二、確定地基容許承載力的方法1.地基容許承載力在建筑物荷載作用下，保證地基不發生整體失穩，不產生建筑物不容許的沉降量時的最大基底應力。2. 確定方法：

36、現場載荷試驗（P-S曲線） 理論公式計算（臨塑荷載、塑性荷載、極限荷載等的計算） 規范法第二節 臨塑荷載和塑性荷載1.基本概念：臨塑荷載地基剛開始產生塑性變形時的基底壓力。Zmax=0塑性荷載（臨界荷載）地基中塑性變形區發展到一定深度時的基底應力。Zmax0一、地基塑性區邊界方程1.設在地表作用條形均布荷載p，地基中任一點M的最大最小主應力為：2.考慮土體重力的影響并假定土的自重應力在各向相等（K0=1.0 ），地基中任一點M的最大最小主應力為：3.考慮基礎埋深d，由土自重作用在M點產生的主應力為（d+z）4.當M點處于極限平衡狀態時，1、 3滿足極限平衡條件式，代入后整理可得塑性區的邊界方程

37、：二、塑性區發展的最大深度Zmax計算地基中塑性區開展的最大深度Zmax值時，對求導數，并令此導數等于零，即三、 臨塑荷載Pcr令zmax=0 , 得臨塑荷載Pcr=四、塑性荷載（ 臨界荷載）若地基中允許塑性區開展深度 Zmax=b4（b為基礎寬度），代入上式即得相應的塑性荷載P1/4=Nq Nr Nc-地基承載力系數，查表9-1以臨塑、臨界荷載確定地基容許承載力工程實踐表明，即使地基發生局部剪切破壞，地基中塑性區有所發展，只要塑性區范圍不超出某一限度，就不致影響建筑物的安全和正常使用，因此以Pcr作為地基土的承載力偏于保守。塑性荷載（臨界荷載）P1/4可作為地基容許承載力使用，由于限制了塑性

38、區開展深度，使用該值是有一定的安全儲備的。即 fa=P1/4例題9-1第三節 地基的極限承載力地基的極限承載力pu-是地基承受基礎荷載的極限壓應力。求解方法：根據土的極限平衡理論和已知邊界條件，計算出土中各點達極限平衡時的應力及滑動方向，求得基底極限承載力；通過基礎模型試驗，研究地基的滑動面形狀并進行簡化，根據滑動土體的靜力平衡條件求得極限承載力。二、 普朗特爾極限承載力公式假定：1.條形荷載2.基底光滑3.不計基底以下地基土的重度（=0）4.不考慮基礎埋深如果考慮到基礎有一定的埋置深度d，將基底以上土重用均布超載q=d代替，則雷斯諾導得了計入基礎埋深后的極限承載力為：三、 太沙基極限承載力公

39、式假定：基底粗糙，基底土與基底連在一起處于彈性平衡狀態。根據基底土的靜力平衡條件可導得條形荷載下的整體剪切破壞極限荷載計算公式： Pu=局部剪切破壞方形基礎（寬度為b）圓形基礎（半徑為d）太沙基認為從實用考慮，當基礎長寬比L/B5及基礎的埋置深度dB時，就可視為條形淺基礎。矩形基礎可按L/B值在條形基礎與方形基礎之間以內插法求得。用太沙基極限荷載公式計算地基承載力時，其安全系數應取為23，即fa=Pu/23第四節 按規范確定地基容許承載力地基容許承載力-是指在保證地基不發生剪切破壞且基礎沉降量不超過允許值時，地基土單位面積上所能承受荷載的能力，單位KPa，用fa表示。影響因素：土的性質、基礎寬

40、度、基礎埋深規范：公路橋涵地基與基礎設計規范確定地基容許承載力的步驟：1.確定土的分類名稱2.確定土的狀態3.確定地基土的基本容許承載力fa0：當基礎最小邊寬度b2m，埋置深度h 3m時，各類地基土的基本容許承載力fa0，首先考慮由載荷試驗或其他原位試驗取得，對中小橋、涵洞地基，也可以直接自規范查取。4.地基容許承載力fa的確定 ： 當基礎寬度b超過2m，基礎埋置深度h超過3m，且h/b4，地基的容許承載力按下式計算：相關條件限制：第十章 天然地基上的淺基礎設計第一節 概述一、地基與基礎的定義基礎結構物中直接與地層接觸的最下部份。地基受結構物影響的那一部份地層。地基與基礎必須具有：足夠的強度和

41、穩定性，且變形也必須在允許范圍內 二、地基的分類1.按地質情況分類：巖基：巖石 土基：土體2.按設計施工情況分類：天然地基不需要經過人工加固處理，可以在上面直接修筑基礎的地基。人工地基需要經過人工加固處理后，才能在上面修筑基礎的地基。三、基礎的分類1.根據埋置深度分類淺基礎埋深較淺（5m或者埋深小于基礎的寬度）且施工條件和工藝都比較簡單的基礎。在設計計算時可以忽略基礎側面土體對基礎的影響，如不計基礎側邊與土間的摩阻力深基礎基礎置于較深（5m）的良好土層，且施工條件和工藝都較復雜。設計計算時需考慮基礎側邊與土間的摩阻力。深水基礎在土中埋深較淺，但在水下較深的基礎，如深水中橋墩基礎，設計和施工中有

42、些問題需要作為深基礎考慮。2.按材料分類： 石砌基礎混凝土基礎鋼結構基礎木結構基礎鋼筋混凝土基礎3.按受力情況分類： 剛性基礎 柔性基礎四、基礎工程1.使用上：基礎工程是隱蔽工程，如有缺陷，較難發現，也較難彌補和修復，而這些缺陷往往直接影響整個結構物的使用甚至安全。2.技術上：基礎工程的施工和技術常常控制整個結構物的施工進度和技術構造。3.經濟上：下部工程造價可高達總造價的25%以上，尤其在復雜地質條件下或深水中修筑造價比例更大。因此，對基礎工程必須做到精心設計、精心施工。由于地基基礎方面的費用較大，對設計方案的安全性、可行性和經濟性要全面考慮。五作用與作用效應組合在我國現行的公路橋梁設計規范

43、中，作用分為永久作用、可變作用和偶然作用。1.永久作用（恒載）：是指結構在設計使用期內其值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用。包括結構自重、預應力、土的重力、土側壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力及基礎變位作用等。2.可變作用（可變荷載）：是指結構在設計使用期內其值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可忽略的作用。包括汽車荷載、汽車沖擊力、汽車離心力、汽車引起的土側壓力、人群荷載、汽車制動力、風荷載、流水壓力、冰壓力、溫度作用和支座摩阻力等。3.偶然作用（偶然荷載）：是指結構在設計使用期內不一定出現，但一旦出現，其值很大，且持續時間很短的作用。包括地震作用、船舶或漂浮物的撞擊作

44、用、汽車撞擊作用。六、基礎工程設計計算步驟與原則地基、基礎墩臺和上部結構型式共同工作且相互影響，所以應該把整個結構物作為一個整體，考慮其整體作用和各個組成部分的共同作用。1.基礎工程設計計算的目的： 設計一個安全、經濟和可行的地基基礎，以保證結構物的安全和正常使用。2.基礎工程設計計算的基本原則：基礎底面的應力小于地基的容許承載力；地基基礎的變形值小于結構物要求的沉降值；地基基礎整體穩定有足夠保證；基礎本身的強度滿足要求。3.方案選擇 地基與基礎方案的確定主要取決于地基土層的工程性質與水文地質條件、作用特性、上部結構的結構形式及使用要求，以及材料的供應和施工技術等因素。方案選擇的原則是：力求使

45、用上安全可靠、施工技術上簡便可行和經濟上合理。4.天然地基上淺基礎的設計步驟閱讀和分析建筑物場地的地質勘察資料和建筑物設計資料，開展相應的現場勘察和調查。選擇基礎的結構類型和建筑材料；選擇持力層，確定合適的基礎埋置深度；初步擬定基礎的尺寸，確定地基的承載力和作用在基礎上的作用效應組合；進行地基與基礎的計算，包括地基強度驗算、地基變形和穩定性以及基礎的合力偏心距、基礎的穩定性驗算等。第二節 淺基礎的類型與構造一、淺基礎的類型和適用條件根據受力條件及構造可分為：1.剛性基礎 圬工材料有足夠的截面和強度抵抗地基反力產生的彎曲拉應力和剪應力，不需配置受力鋼筋的基礎。 適用：橋梁、涵洞、房屋、擋墻等。材料：混凝土粗石料或片石 磚優點：穩定性好、施工簡便、能承受較大的豎向荷載。缺點：自重大，并且當持力層為軟弱土時，由于擴大基礎面積有一定限制，需要對地基進行處理或加固后才能采用。2.柔性