第3章

土的壓縮性與地基變形計算

3.1土的壓縮性3.2基礎(chǔ)最終沉降量計算主要內(nèi)容教學目標知道土的壓縮特性會計算基礎(chǔ)的最終沉降量重點土的壓縮特性基礎(chǔ)最終沉降量計算難點

基礎(chǔ)最終沉降量計算3.1土的壓縮性

土在壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性

固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出壓縮量的組成

注：在一般壓力作用下，土粒和水的壓縮量與土的總壓縮量相比是很微小的，可以忽略不計。因此，可以認為，土的壓縮就是土中孔隙體積的減小。

土的壓縮性指標可通過室內(nèi)試驗或原位試驗來測定。試驗時力求試驗條件與土的天然狀態(tài)及其在外荷載作用下的實際應(yīng)力條件相適應(yīng)。3.1.1土的壓縮性試驗和壓縮曲線

1．壓縮試驗

在一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形的室內(nèi)壓縮試驗(又稱側(cè)限壓縮試驗或固結(jié)壓縮試驗)來測定土的壓縮性指標，其試驗雖未能完全符合土的實際工作情況，但操作簡便，試驗時間短，故有實用價值。

三聯(lián)固結(jié)儀注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形。或

只要測定土樣在各級壓力作用下的穩(wěn)定壓縮量，就可算出相應(yīng)的孔隙比e。2．土的壓縮曲線

壓縮曲線有兩種繪制方式

圖2-18土的壓縮曲線

a）e-p曲線b）e-lgp曲線

3.1.2土的壓縮性指標

1．壓縮系數(shù)a

壓縮性不同的土，其e-p曲線的形狀是不一樣的。由圖2-18可見，密實砂土的e-p曲線比較平緩，而壓縮性較大的軟黏土的e-p曲線則較陡。曲線越陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減少越顯著，因而土的壓縮性越高。土的壓縮性可用圖2-19中割線MlM2的斜率來表示，即《地基規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價土的壓縮性a1-2＜0.1MPa-1低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中壓縮

a1-2≥0.5MPa-1高壓縮性土2．壓縮模量Es

土在完全側(cè)限條件下的豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的豎向應(yīng)變的比值

Es

Es=(1+e1)/a

用壓縮模量來表示土的壓縮性高低

Es<4Mpa高壓縮性土4MPa≤Es≤15Mpa中等壓縮性土Es>15MPa低壓縮性土3．土的變形模量E0

土的變形模量E0是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，可以由室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗得到的壓縮模量求得，也可通過靜載荷試驗確定。

地基土的泊松比

3.2基礎(chǔ)最終沉降量計算

地基變形的主要外因是建筑物荷載在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，在附加應(yīng)力作用下土層的孔隙體積發(fā)生壓縮減小，引起基礎(chǔ)沉降。常用的計算基礎(chǔ)最終沉降的方法有分層總和法及《地基規(guī)范》推薦方法。

3.2.1分層總和法

采用分層總和法計算基礎(chǔ)最終沉降量時，通常假定地基土壓縮時不發(fā)生側(cè)向變形，即采用側(cè)限條件下的壓縮指標。為了彌補這樣計算得到的變形偏小的缺點，通常取基底中心點下的附加應(yīng)力進行計算。

將地基變形計算深度范圍的土劃分為若干個分層(見圖2-20)，按側(cè)限條件分別計算各分層的壓縮量，其總和即為基礎(chǔ)最終沉降量。

具體計算步驟1)計算基底壓力及基底附加壓力

2)按分層厚度將基底下土層分成若干薄層

3)計算基底中心點下各分層界面處自重應(yīng)力和附加應(yīng)力

4)確定地基壓縮層深度

5)計算壓縮層深度內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值和平均附加應(yīng)力。6)從e-p曲線上查得與p1i、p2i相對應(yīng)的孔隙比e1i和e2i

7)計算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量

8)計算基礎(chǔ)的最終沉降量s(mm)

圖2-20地基最終沉降的分層總和法

【例3-1】

試以分層總和法計算圖2-21所示柱下方形單獨基礎(chǔ)的最終沉降量。自地表起各土層的重度為：粉土＝18kN／m3；粉質(zhì)黏土=19kN/m3，＝19.5kN／m3；黏土＝20kN／m3。分別從粉質(zhì)黏土層和黏土層中取土樣做室內(nèi)壓縮試驗，其e-p曲線見圖2-22。柱傳給基礎(chǔ)的軸心荷載標準值F＝2000kN，方形基礎(chǔ)底邊長為4m。【解析】（1）計算基底壓力和基底附加壓力

（2）分層，取分層厚度為1m

（3）計算各分層層面處土的自重應(yīng)力

計算結(jié)果見表2-8

（4）計算基底中心點下各分層面處的附加應(yīng)力

（5）確定壓縮層深度z在6m深度處（點6）

不滿足要求

在7m深度處

滿足要求

壓縮層深度z

n為7m

（6）計算壓縮層深度內(nèi)各分層的自重應(yīng)力平均值和平均附加應(yīng)力

計算結(jié)果見表3-1（7）從e-p曲線上查得與p1i、p2i相對應(yīng)的孔隙比e1i和e2i

（8）計算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量

計算結(jié)果見表2-8

（9）計算基礎(chǔ)的最終沉降量

例3-1計算結(jié)果

點角點下任意深度z/m/kPa/kPa分層hi/mP1i/kPaΔpi/kPap2i/kPae1ie2iΔsi/mm00271280-11.0371241610.9600.85852.011.0461191-21.0561051610.9350.85839.822.065902-31.070761460.9210.86429.733.075623-41.080531330.9120.87320.444.084434-51.089371260.7770.75711.355.094315-61.099271260.7720.7578.566.0104236-71.0109211300.7650.7546.277.0114183.2.2規(guī)范法

《地基規(guī)范》推薦一種計算基礎(chǔ)最終沉降量的方法，其實質(zhì)是在分層總和法的基礎(chǔ)上，采用平均附加應(yīng)力面積的概念，按天然土層界面分層(以簡化由于過多分層所引起的繁瑣計算)，并結(jié)合大量工程沉降觀測的統(tǒng)計分析，以沉降計算經(jīng)驗系數(shù)對地基最終沉降量結(jié)果加以修正。【基本思路】1．采用平均附加應(yīng)力系數(shù)計算地基變形的基本公式

2．確定壓縮層深度3．計算基礎(chǔ)最終沉降量

謝謝！第4章

土的抗剪強度主要內(nèi)容4.1土的抗剪強度與極限平衡條件4.2抗剪強度的確定及試驗方法4.3地基承載力

教學目標知道土的抗剪強度庫侖定律知道土的極限平衡條件會確定土的抗剪強度的一般試驗方法知道地基承載力的概念及確定方法重點土的抗剪強度庫侖定律土的極限平衡條件土的抗剪強度的一般試驗方法地基承載力的概念及確定方法關(guān)鍵點土的極限平衡條件地基承載力的概念及確定方法

土的抗剪強度是指在外力作用下，土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力時，土對剪切破壞的極限抵抗能力。

4.1土的抗剪強度與極限平衡條件4.1.1抗剪強度的庫侖定律

1773年，庫侖（Coulomb，C.A.）通過砂土的剪切試驗，得到砂土的抗剪強度的表達式為

以后通過對黏性土樣進行試驗，得出黏性土的法向應(yīng)力與抗剪強度之間仍成直線關(guān)系

抗剪強度

黏聚力內(nèi)摩擦角剪切面上的法向應(yīng)力

f

f=tan

f

f=c+tanc

黏性土無黏性土庫侖定律：土的抗剪強度是剪切面上的法向總應(yīng)力

的線性函數(shù)

討論:影響土體抗剪強度因素1.摩擦力的兩個來源

1)滑動摩擦：剪切面土粒間表面的粗糙所產(chǎn)生的摩擦。

2)咬合摩擦：土粒間相互嵌入所產(chǎn)生的咬合力。2.粘聚力：是由于土粒之間的膠結(jié)作用、結(jié)合水膜以及水分子引力作用等形成的。3.抗剪強度影響因素

1)摩擦力：剪切面上的法向總應(yīng)力、土的初始密度、土粒級配、土粒形狀以及表面粗糙程度。

2)粘聚力：土顆粒越細，塑性越大，其黏聚力也越大。

太沙基有效應(yīng)力原理

認為只有土粒間傳遞的有效應(yīng)力才能引起抗剪強度摩擦分量，因此，認為土的抗剪強度應(yīng)由下式來表示

無黏性土：

黏性土：

抗剪強度

有效黏聚力孔隙水壓力有效內(nèi)摩擦角剪切面上的法向有效應(yīng)力4.1.2土中一點的應(yīng)力狀態(tài)

由材料力學可知，該點的大、小主應(yīng)力為任意截面上的應(yīng)力

土中任意截面上的應(yīng)力莫爾應(yīng)力圓描述土中某點的應(yīng)力狀態(tài)莫爾應(yīng)力圓方程圓心坐標[1/2(

1+

3)，0]應(yīng)力圓半徑r＝1/2(

1－3

)4.1.3土的極限平衡條件

土體受荷后，任意截面mn上將同時產(chǎn)生法向應(yīng)力與剪應(yīng)力，對與抗剪強度進行比較：通過土體中一點有無數(shù)的截面，當所有截面上都滿足τ＜，該點就處于穩(wěn)定狀態(tài)；當所有截面之中有且只有一個截面上的τ=時，該點處于極限平衡狀態(tài)。

根據(jù)莫爾應(yīng)力圓與抗剪強度曲線的關(guān)系可以判斷土中某點M是否處于極限平衡狀態(tài)

不會發(fā)生剪切破壞

極限平衡狀態(tài)

從理論上講該點早已破壞，因而這種應(yīng)力狀態(tài)是不會存在

莫爾－庫侖破壞準則

3

1c

f2

fM

cctg1/2(1+3)根據(jù)極限應(yīng)力圓與抗剪強度線的幾何關(guān)系

黏性土的極限平衡條件

注意:無粘性土取c=0

土體處于極限平衡狀態(tài)時，破壞面與大主應(yīng)力作用面的夾角為

f

f2

f

3

1c

M

cctg1/2(

1+

3)

說明：剪破面并不產(chǎn)生于最大剪應(yīng)力面，而與最大剪應(yīng)力面成

/2的夾角，可知，土的剪切破壞并不是由最大剪應(yīng)力τmax所控制

max

【

例4-1

】

地基中某一點的大主應(yīng)力kPa，小主應(yīng)力kPa。通過試驗測得土的抗剪強度指標c=18kPa、，問最大主應(yīng)力面是否破壞？該點處于什么狀態(tài)？小主應(yīng)力減小時，該點狀態(tài)如何變化？

【解答】（1）最大剪應(yīng)力為剪應(yīng)力最大面上的正應(yīng)力=300.4kPa

該面上的抗剪強度因為在剪應(yīng)力最大面上，所以不會沿該面發(fā)生剪破。

（2）地基中一點所處狀態(tài)的判別:設(shè)達到極限平衡狀態(tài)時所需小主應(yīng)力為，則由式（3-9）得

=180.7kPa

因為等于該點的實際小主應(yīng)力，因此該點處于極限平衡狀態(tài)，相應(yīng)的摩爾應(yīng)力圓與強度包絡(luò)線相切，如圖3-6中的圓A。

（3）當小主應(yīng)力變小時，摩爾圓直徑變大，與強度包絡(luò)線相割，如圖3-6中的B圓，該點已破壞。

小主應(yīng)力變小時，摩爾圓直徑變大4.2抗剪強度的確定及試驗方法

4.2.1直剪試驗

直剪試驗的目的是用直剪儀測定土的抗剪強度指標c、值

直剪試驗原理

對某一種土體而言，一定條件下抗剪強度指標c、值為常數(shù)，所以，τf與為線性關(guān)系，試驗中，通常采用4個試件，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力進行剪切，使試件沿人為制造的水平面剪壞，得到4組數(shù)據(jù)（τ，），其中，τ為剪壞面上所受最大剪應(yīng)力，為相應(yīng)正應(yīng)力，這4組數(shù)據(jù)（τ，）對應(yīng)以τf為縱坐標，為橫坐標的坐標系中的4個點，根據(jù)4點繪一直線，直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，縱軸截距為土的黏聚力c，見圖3-8

試驗儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）百分表剪切盒量力環(huán)根據(jù)試驗時剪切速率和排水條件的不同

快剪

固結(jié)快剪

慢剪

在試件上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力

在試件上施加垂直壓力，待排水固結(jié)穩(wěn)定后，施加水平剪切力

在試件上施加垂直力及水平力的過程中均應(yīng)使試件排水固結(jié)

快剪試驗用于模擬在土體來不及固結(jié)排水就較快加載的情況，對實際工程中，對滲透性差，排水條件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡穩(wěn)定分析時，可采用快剪；固結(jié)快剪用于模擬建筑場地上土體在自重和正常荷載下作用下達到完全固結(jié)，而后遇到突然施加荷載的情況例如地基土受到地震荷載的作用屬于此情況；慢剪指標用于模擬在實際工程中，土的排水條件良好（如砂土層中夾砂層）、地基土透水性良好（如低塑性黏土）且加荷速率慢的情況。因此，應(yīng)根據(jù)實際的工程情況選擇合適的試驗方法。直剪試驗的優(yōu)缺點優(yōu)點：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作。缺點：①剪切破壞面固定為上下盒之間的水平面不符合實際情況，不一定是土樣的最薄弱面。②試驗中不能嚴格控制排水條件，對透水性強的土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。③上下盒的錯動，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。4.2.2三軸剪切試驗

三軸試驗是根據(jù)摩爾庫侖破壞準則測定土的黏聚力c和內(nèi)摩擦角。常規(guī)的三軸試驗是取三個性質(zhì)相同的圓柱體試件，分別先在其四周施加不同的圍壓（即小主應(yīng)力），隨后逐漸增大大主應(yīng)力直到破壞為止

在三軸剪切試驗中，根據(jù)試件排水條件的不同，可分為不固結(jié)不排水剪(UU)，固結(jié)不排水剪（CU）和固結(jié)排水剪（CD）3種試驗方法。

對于飽和黏性土，在不同圍壓下測得不固結(jié)不排水剪的破損摩爾圓直徑相等，其包絡(luò)線為水平線，

固結(jié)不排水剪試驗（測孔壓）確定c′和的方法

將所得的總應(yīng)力摩爾圓（圖中各實線圓）向坐標原點平移一相應(yīng)的孔隙水壓力u值，圓的半徑保持不變

【

例4-2

】對某飽和土做固結(jié)不排水試驗，4個試樣破壞時的、和相應(yīng)的孔隙水壓力u列表于3-1中。試確定該試樣、和、。表3-1三軸試驗成果

試樣編號

/kPa

/kPa

u/kPa

1234

145218310405

60100150200

21386284

【解答】（1）采用直角坐標系，在橫坐標上，按適當比例尺繪制，繪制、點，以-為直徑，（，0）為圓心繪制摩爾圓，4組試樣共4個圓，如圖3-13中實線所示，然后作此4圓的公切線，即為土的抗剪強度包線。量得=17kPa，=17°

（2）采用表3-2的數(shù)據(jù)作有效應(yīng)力圓，如圖3-13中虛線所示，方法同上，然后作此4圓的公切線，量得=12kPa，=25°

表3-2三軸試驗成果（有效應(yīng)力）(單位：

kPa)

試樣編號

1234124391806224888321116圖3-13例3-2

4.2.3無側(cè)限壓縮試驗

無側(cè)限抗壓強度試驗是三軸剪切試驗的特例，對試樣不施加周圍壓力，即

3=0，只施加軸向壓力直至發(fā)生破壞，試樣在無側(cè)限壓力條件下，剪切破壞時試樣承受的最大軸向壓力qu，稱為無側(cè)限抗壓強度

飽和軟粘土土的靈敏度

粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值反映土的結(jié)構(gòu)受撓動對強度的影響程度

根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：低靈敏度土1<St≤2中靈敏度土2<St≤4高靈敏度土St>44.2.4十字板剪切試驗

適用于現(xiàn)場測定粘性土的不排水強度，尤其適用于均勻的飽和軟粘土十字板剪切破壞扭力矩

十字板現(xiàn)場試驗強度

4.3地基承載力

地基承載力是指地基單位面積上所能承受荷載的能力。通常把地基土單位面積上所能承受的最大荷載稱為極限荷載或極限承載力。地基基礎(chǔ)設(shè)計和施工中，為保證荷載作用下地基不破壞，《地基規(guī)范》規(guī)定地基承載力必須滿足相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均總壓力

修正后地基承載力的特征值建筑物對地基的要求1.變形要求2.穩(wěn)定要求

地基承載力：地基所能承受荷載的能力。4.3.1地基的破壞形式

試驗研究表明，在荷載作用下，建筑物地基的破壞通常是由承載力不足而引起的剪切破壞，地基剪切破壞的形式可分為整體剪切破壞、局部剪切破壞和沖剪破壞三種形式

整體剪切破壞

局部剪切破壞

沖剪破壞1.整體剪切破壞1)p-s曲線上有兩個明顯的轉(zhuǎn)折點，可區(qū)分地基變形的三個階段

2)地基內(nèi)產(chǎn)生塑性變形區(qū)，隨著荷載增加塑性變形區(qū)發(fā)展成連續(xù)的滑動面

3)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)急劇下沉，并可能向一側(cè)傾斜，基礎(chǔ)兩側(cè)地面明顯隆起2.局部剪切破壞1)p-s曲線轉(zhuǎn)折點不明顯，沒有明顯的直線段。

2)塑性變形區(qū)不延伸到地面，限制在地基內(nèi)部某一區(qū)域內(nèi)。

3)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面微微隆起。3.沖剪破壞1)p-s曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點。

2)地基不出現(xiàn)明顯連續(xù)滑動面。

3)荷載達到極限荷載后，基礎(chǔ)兩側(cè)地面不隆起，而是下陷。

整體剪切破壞的曲線1有兩個轉(zhuǎn)折點a和b，相應(yīng)于a點的荷載稱為臨塑荷載pcr，指地基土即將出現(xiàn)剪切破壞時的基礎(chǔ)底面的壓力；相應(yīng)于b點壓力稱為極限荷載pu，是地基承受基礎(chǔ)荷載的極限壓力，當基底壓力達到Pu時，地基就會發(fā)生整體剪切破壞。臨塑荷載pcr和極限荷載pu稱為地基的兩個臨界荷載。

4.3.2理論公式法確定地基承載力

1．按塑性區(qū)的深度確定地基承載力

按塑性區(qū)開展深度確定地基承載力的方法，就是將地基中的剪切破壞區(qū)限制在某一范圍，確定地基土所能承受多大的基底壓力，該壓力即為所求的地基承載力。（1）臨塑荷載

是指地基土即將出現(xiàn)剪切破壞時的基礎(chǔ)底面的壓力。設(shè)條形基礎(chǔ)的寬度為b，埋置深度為d，均布垂直壓力為p，按彈性理論可推導出地基的臨塑荷載計算公式為

其中Md，Mc為承載力系數(shù)

（2）臨界荷載p1/4和p1/3

理論計算和工程實踐表明，用臨塑荷載作為地基特征承載力特征值比較保守，也不夠經(jīng)濟。國內(nèi)某些地區(qū)的經(jīng)驗認為，塑性區(qū)的最大開展深度zmax可達到基礎(chǔ)寬度b的1/4或1/3，并把這時的基底壓力稱為臨界荷載p1/4和p1/3

。

中心受壓基礎(chǔ)可取，其臨界荷載為

偏心受壓基礎(chǔ)可取，其臨界荷載為

承載力系數(shù)

提示：上述公式是在條形基礎(chǔ)承受均布荷載條件下推導出來的，可以直接作為地基承載力特征值使用，對于矩形、圓形基礎(chǔ)可近似應(yīng)用，結(jié)果偏于安全

【

例4-3

】某條形基礎(chǔ)，寬度b=3m，埋置深度d=1.0m。地基土為粉質(zhì)黏土，其物理力學性質(zhì)指標為：=18kN/m3，黏聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角=10°，飽和重度kN/m3。試求：①地基承載力、；②當?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時，承載力有何變化。

【解答】（1）由c=10kPa、=10°，根據(jù)承載力系數(shù)計算公式，得、、、，分別代入式（3-19）和式（3-20）得（2）當?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時，若抗剪強度指標c、不變，則承載力系數(shù)也不變，但基底以下土的重度按浮重度計，其值為=78.24kPa<

82.56kPa=80.04kPa<85.8kPa

從計算結(jié)果可知，當?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時，地基承載力將降低。2．按極限荷載確定地基承載力

極限荷載pu是指地基即將出現(xiàn)完全剪切破壞時相應(yīng)基礎(chǔ)底面的壓力。太沙基公式

1）條形基礎(chǔ)公式2）方形基礎(chǔ)公式

3）圓形基礎(chǔ)公式

式中b——條形基礎(chǔ)為寬度，方形基礎(chǔ)為邊長，圓形基礎(chǔ)為半徑(m)；、、——承載力系數(shù)，由表3-3查得

對于局部剪切破壞的松軟土，太沙基建議用修正后的、值來計算，由此得出的承載力系數(shù)、、列入表3-3中供查用。其中，。則修改后的太沙基公式為

實際工程中，用極限荷載除以安全系數(shù)K后，可以作為地基承載力特征值應(yīng)用。對于太沙基極限承載力公式，安全系數(shù)K取3。

【

例4-4

】某條形基礎(chǔ)，寬度b=2m，埋置深度d=1.0m。地基土為粉質(zhì)黏土，其物理力學性質(zhì)指標為：=18.5kN/m3，黏聚力c=10kPa，內(nèi)摩擦角=20°，試按太沙基公式計算地基的極限荷載與地基承載力特征值。

【解答】（1）由=20°查表（3-3）得、、，代入式（3-21）得

=406.4kPa

（2）若取安全系數(shù)K=3時，得地基承載力特征值為

4.3.3按載荷試驗確定地基承載力

地基載荷試驗是在現(xiàn)場天然土層上，通過一定面積的載荷板向地基施加豎向荷載，測定壓力與地基變形關(guān)系，從而確定地基的承載力和變形特性。

載荷試驗裝置的載荷板面積一般采用0.25m2或0.5m2。試驗標高處的試坑寬度不應(yīng)小于載荷板直徑（或相當直徑）的3倍。試坑的深度一般與設(shè)計基礎(chǔ)埋深相同。

對地基進行載荷試驗，整理試驗記錄可以得到圖3-19所示的荷載p與沉降s的關(guān)系曲線，由此來確定地基承載力特征值。對于密實砂土、硬塑黏土等低壓縮性土，其p—s曲線通常有比較明顯的起始直線段和極限值，曲線呈“陡降型”，如圖3-19a，《地基規(guī)范》規(guī)定，取圖中比例荷載對應(yīng)的荷載p1作為承載力特征值。當極限荷載小于2p1時，取極限荷載值的一半作為承載力特征值。

對于有一定強度的中、高壓縮性土，如松砂、填土、可塑黏土等，其p－s曲線無明顯轉(zhuǎn)折，但曲線的斜率隨荷載的增大而逐漸增大，最后穩(wěn)定在某個最大值，即呈漸進破壞的“緩變型”，如圖3-19b，當加載板面積為0.25~0.50m2，可取s／b＝0.01~0.015所對應(yīng)的荷載，但其值不大于最大加載量的一半。

同一土層參加統(tǒng)計的試驗點數(shù)不應(yīng)少于三點，當試驗實測值的極差（即最大值減去最小值）不超過平均值的30%時，取此平均值作為地基承載力特征值。當基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式進行寬度和深度修正修正后的地基承載力特征值

載荷試驗確定的地基承載力特征值

基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查表3-4得到

謝謝！第5章

工程地質(zhì)勘察

主要內(nèi)容5.1巖土工程勘察階段劃分及技術(shù)要點5.2地基勘察方法及原位測試

5.3工程地質(zhì)勘察報告5.4驗槽

教學目標

知道巖土勘察階段的劃分及勘察技術(shù)要點，能正確閱讀使用工程地質(zhì)勘察報告，知道驗槽的技術(shù)要點和方法。重點巖土工程勘察階段劃分及技術(shù)要點工程地質(zhì)勘察報告難點地基勘察方法及原位測試

巖土地基的工程特性將直接影響建筑物的安全。在工程設(shè)計之前，必須先了解建設(shè)場地的自然環(huán)境及工程地質(zhì)條件，通過各種勘察手段和測試方法，對擬建場地進行巖土工程勘察，為設(shè)計提供詳實、可靠的工程地質(zhì)資料，嚴格貫徹先勘察，后設(shè)計，再施工的建設(shè)程序。本章主要介紹巖土工程勘察的目的，勘察階段的劃分及技術(shù)要點，勘察及現(xiàn)場測試方法，勘察報告的閱讀和驗槽等內(nèi)容。5.1巖土工程勘察階段劃分及技術(shù)要點5.1.1巖土工程勘察的目的及內(nèi)容

工程勘察的目的在于以各種勘察手段和方法，調(diào)查研究和分析評價建筑場地和地基的工程地質(zhì)條件，為設(shè)計和施工提供所需的工程地質(zhì)資料。工程勘察的主要內(nèi)容

1）查明建設(shè)場地與地基的穩(wěn)定性問題。主要查明場地與斷裂構(gòu)造的位置關(guān)系，斷裂地質(zhì)構(gòu)造的活動性以及規(guī)模，地震的基本烈度，砂土液化的可能性，場地有無滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象以及其危害程度。

2）查明場地的地層類別、成分、厚度和坡度變化。

3）查明場地的水文地質(zhì)條件。重點查明地下水的類型、補給來源、排泄條件、埋藏深度及污染程度等。

4）查明地基土的物理力學性質(zhì)指標。

5）確定地基承載力，預(yù)估基礎(chǔ)沉降。

6）提出地基基礎(chǔ)設(shè)計方案的建議。5.1.2巖土工程勘察階段及技術(shù)要點巖土工程勘察階段選址勘察(可行性研究勘察)

初步勘察(初勘)

詳細勘察(詳勘)

施工勘察

選址勘察(可行性研究勘察)

選址勘察的目的在于通過踏勘了解現(xiàn)場地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土工程特性、地下水情況以及不良地質(zhì)現(xiàn)象，是否存在影響建筑物基礎(chǔ)的地下設(shè)施及采空區(qū)等，同時了解場地位置，當?shù)亟ㄖ?jīng)驗及人文、交通等狀況。選址勘察時應(yīng)盡量避開對工程建設(shè)不利的地段及區(qū)域。初步勘察(初勘)

其目的在于通過勘察，判定場地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。根據(jù)初步設(shè)計或擴初設(shè)計提供的方案，對場地進行全面的普查。通過普查，查明擬建場地的以下情況：

1）地層及地質(zhì)構(gòu)造。

2）巖石和土的物理力學性質(zhì)。

3）地下水埋藏條件。

4）土的凍結(jié)深度。

5）不良地質(zhì)現(xiàn)象及地震效應(yīng)。詳細勘察(詳勘)

詳勘是在初步勘察基礎(chǔ)上，配合施工圖設(shè)計的要求，對建筑地基所作的巖土工程勘察。詳勘階段的主要任務(wù)是：

1）查明建筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)，巖土的物理力學性質(zhì)。

2）對地基的穩(wěn)定性和承載力作出評價。

3）選擇地基基礎(chǔ)設(shè)計方案。

4）提供不良地質(zhì)現(xiàn)象防治措施及地基處理方案。

5）查明有關(guān)地下水的埋藏條件和侵蝕性。施工勘察

配合施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題進行的勘察工作。

5.2地基勘察方法及原位測試5.2.1勘察點的布置地基復雜程度等級勘探點間距復雜10～15中等復雜15～30簡單30～501．勘探點的間距

詳勘階段勘探點的間距應(yīng)滿足表5.1的要求。

表5-1詳細勘察勘探點的間距（單位：m）

詳勘階段勘察點的布置，應(yīng)符合下列規(guī)定:1）勘探點宜按建筑場地周邊線和角點布置。

2）同一建筑范圍內(nèi)的主要受力層或受影響的下臥層起伏較大時，應(yīng)加密察探點，查明其變化。

3）重大設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)單獨布置勘探點，重大的動力機器基礎(chǔ)和高聳構(gòu)筑物，勘探點不宜少于3個。

4）單棟高層建筑勘探點的布置，應(yīng)滿足對地基均勻性的要求，且不應(yīng)少于4個。

5）在復雜地質(zhì)條件及特殊性土建筑場地，宜布置適量探井。2．勘探點的深度

詳細勘察的勘探孔深度自基礎(chǔ)底面算起，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）勘探孔深度應(yīng)能控制地基主要受力層，當基礎(chǔ)底面寬度不大于5m時，勘探孔的深度對條形基礎(chǔ)不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面寬度的3倍，對單獨柱基不應(yīng)小于1.5倍，且不應(yīng)小于5m。

2）對高層建筑和需作變形計算的地基，控制性勘探孔深度應(yīng)超過地基變形計算深度；高層建筑的一般性勘探孔應(yīng)達到基底下0.5~1.0倍的基礎(chǔ)寬度，并深入穩(wěn)定分布的地層。

3）對僅有地下室的建筑或高層建筑的裙房，當不能滿足抗浮設(shè)計的要求，需設(shè)置抗浮或錨桿時，勘探孔深度應(yīng)滿足抗拔承載力評價的要求。

4）當有大面積地面堆載或軟弱下臥層時，應(yīng)適當加深控制性勘探孔的深度。

5）大型設(shè)備基礎(chǔ)勘探孔深度不宜小于基礎(chǔ)底面寬度的2倍。

6）當需進行地基處理和采用樁基時，勘探孔的深度應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。

7）在上述規(guī)定深度內(nèi)當遇基巖或厚層碎石土等穩(wěn)定地層時,勘探孔深度應(yīng)根據(jù)情況進行調(diào)整。5.2.2地基勘察方法地基勘察方法鉆探

井探或槽探

回轉(zhuǎn)式

沖擊式

振動式

沖擊—回轉(zhuǎn)式

每種鉆進方法各有獨自特點，分別適用于不同的地層。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的規(guī)定，鉆進方法可根據(jù)地層類別及勘察要求進行選擇

當用鉆探方法難以查明地下情況時，可采用探井、探槽（見圖5-1）進行勘探，直接觀察地基土層情況，并從探井(槽)中取原狀土樣進行試驗分析。

圖5-1探坑示意圖a)探坑b）在探坑中取原狀土c）原狀土樣5.2.3地基原位測試

原位測試是在巖土原來所處的位置上，基本保持其天然結(jié)構(gòu)、天然含水量及天然應(yīng)力狀態(tài)下進行的測試技術(shù)。常用的原位測試方法

靜荷載試驗

動力觸探試驗

靜力觸探試驗

十字板剪切試驗旁壓試驗

靜荷載試驗

圖5-2靜載荷試驗圖5-3靜載荷試驗成果曲線a)s-t曲線b）p-s曲線

根據(jù)試驗結(jié)果，可繪制如圖5-3a所示的荷載沉降量s與時間t關(guān)系的曲線和圖5-3b所示的壓力p與穩(wěn)定沉降量s的關(guān)系曲線。

在p—s曲線中，A點所對應(yīng)的荷載稱為比例界限荷載pcr；B點所對應(yīng)的荷載為極限荷載pu。利用p—s曲線的特征點，可以確定臨塑荷載與極限荷載，以提供地基承載力標準。直線變形階段局部剪切階段破壞階段靜力觸探試驗

靜力觸探試驗是通過靜壓力將一個內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭