土力学与基础工程-第六章-地基承载力
《土力学与地基基础》教案
《土力学与地基基础》教案第一章：土的性质与分类1.1 教学目标了解土的组成、性质和分类，掌握土的三相指标及土的密度、含水率和塑性指数的概念。
学会使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
理解土的工程特性及其对地基基础的影响。
1.2 教学内容土壤的组成与结构土壤的物理性质：密度、含水率、塑性指数土壤的力学性质：抗剪强度、压缩性、渗透性土的分类与工程特性土工试验：密度试验、含水率试验、塑性指数试验1.3 教学方法课堂讲授：讲解土壤的性质、分类和工程特性。
实验教学：指导学生使用土工试验仪器进行土的物理性质试验。
案例分析：分析实际工程案例，理解土壤性质对地基基础的影响。
第二章：土力学基本理论2.1 教学目标掌握土力学的基本概念、原理和定律，包括剪切强度理论、压缩理论和小应变弹性理论。
学会运用土力学理论分析土壤的力学行为。
土力学的基本概念：应力、应变、应力路径剪切强度理论：抗剪强度、库仑定律、莫尔-库仑准则压缩理论：压缩性、压缩系数、压缩模量小应变弹性理论：弹性模量、泊松比、弹性应变2.3 教学方法课堂讲授：讲解土力学的基本概念、原理和定律。
数值分析：运用数值方法分析土壤的力学行为。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学理论解决问题。
第三章：地基基础设计原理3.1 教学目标掌握地基基础的设计原理和方法，包括浅基础、深基础和地下工程的设计。
学会运用土力学和结构力学的知识进行地基基础的设计。
3.2 教学内容浅基础设计原理：承载力计算、基础尺寸确定、沉降计算深基础设计原理：桩基础、沉井基础、地下连续墙地下工程设计原理：隧道、地铁、地下室3.3 教学方法课堂讲授：讲解地基基础的设计原理和方法。
数值分析：运用数值方法分析地基基础的设计问题。
案例分析：分析实际工程案例，运用土力学和结构力学的知识进行地基基础设计。
第四章：地基承载力与稳定性分析掌握地基承载力和稳定性的分析方法，包括极限平衡法、数值方法和实验方法。
学会运用地基承载力和稳定性分析方法解决实际工程问题。
土力学第六章 土压力计算
第六章 挡土结构物上的土压力第一节 概述第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。
一、挡土结构类型对土压力分布的影响定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。
常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。
挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。
1．刚性挡土墙指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。
由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。
墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。
2．柔性挡土墙当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。
3．临时支撑边施工边支撑的临时性。
二、墙体位移与土压力类型墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。
墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。
1.静止土压力（0E ）墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力0E 。
2.主动土压力（a E ）挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。
3.被动土压力（p E ）挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。
此时的土压力称为被动土压力p E 。
同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系：p E >0E > a E在工程中需定量地确定这些土压力值。
Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。
土力学-第六章土压力、地基承载力和土坡稳定
土楔在三力作用下，静力平衡
E 1 2 h Ka 2
滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得 到一系列土压力E，E是q的函数，E 的最大值Emax，即为墙背的主动土压 力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑 动面
1 2 Ea h 2 cos 2 ( ) sin( )sin( ) 2 cos cos( ) 1 cos( ) cos( )
36.6kPa
paB下 1h1K a 2 2c2 K a 2＝ .2kPa － 4 paC ( 1h1 2 h2 ) K a 2 2c2 K a 2 36.6kPa
＝ 主动土压力合力 Ea 10.4 2 / 2 (4.2 36.6) 3 / 2 71.6kN / m
hKp ＋2c√Kp
1.粘性土被动土压力强度不存在负侧压力区 2.合力大小为分布图形的面积，即梯形分布图形面积 3.合力作用点在梯形形心
hp
四、例题分析 【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土
面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下 图所示 ，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力 分布图
pa zKa 2c K a
pa zK a
h
hKa
1.无粘性土主动土压力强度与z成正比，沿墙高呈三角形分布 2.合力大小为分布图形的面积，即三角形面积 3.合力作用点在三角形形心，即作用在离墙底h/3处
h/3
Ea
(1/ 2)h2 Ka
当c＞0, 粘性土
pa zKa 2c K a
z0 ≤0说明不存在负侧压力区，
2.成层填土情况（以无粘性土为例）
h1
h2 h3
A B
土力学
目录第一章土的物理性质 (1)第二章土的渗透性和水的渗流 (11)第三章土中应力和地基应力分布 (14)第四章土的压缩性及地基沉降计算 (23)第五章土的抗剪强度 (34)第六章天然地基承载力 (43)第七章土压力 (51)第一章土的物理性质一、内容简介土的力学性质由其物理性质所决定，而土的物理性质又取决于土的成分、结构和形成过程等。
在本章中将介绍土的生成、矿物组成、结构及其联结、三相含量指标、土体状态、土（岩）的工程分类等。
二、基本内容和要求1 ．基本内容（ 1 ）土的形成；（ 2 ）土的粒径组成及物质成分；（ 3 ）土中的水及其对土性的影响（粘粒与水的表面作用）；（ 4 ）土的结构及联结；（ 5 ）土的三相含量指标及换算关系；（ 6 ）土的物理状态及有关指标；（ 7 ）土（岩）的工程分类。
2 ．基本要求★ 概念及基本原理【掌握】土的粒径组成（或颗粒级配、粒度成分）；粒组划分；粒径分析；粒径分布曲线（级配曲线）及其分析应用；土的三相含量指标；砂土及粘性土的物理状态及相应指标；砂土的相对密实度及状态划分；粘性土的稠度和可塑性；稠度和稠度界限；塑性指数及液性指数；【理解】土的形成过程；粒径分析方法（筛分法、比重计法）；不均匀系数；曲率系数；土的矿物成分及相应的物理性质；土中水的形态及相应的性质；粗粒土、粉土、粘性土的结构及对土性的影响；重塑土；粘性土的灵敏度及触变性；标准贯入试验及标贯数；塑限及液限的确定方法；土（岩）的工程分类★ 计算理论及计算方法【掌握】土的三相含量指标关系的推导；土的三相含量指标的计算；相对密实度的计算；塑性指数及液性指数的计算；★ 试验【掌握】三个基本指标容重、比重、含水量的确定方法；塑限及液限的确定（搓条法及锥式液限仪法）三、重点内容介绍1 ．土的生成土的多相性、分布不均匀性的主要原因就是因为其生成的原因和历史不同。
总的来说，土是由地壳表层的岩石（完整的）经长期的变为碎屑，原地堆积或经风力水流等搬运后沉积而形成。
土力学与基础工程_赵成刚_学习指导书与习题
2.3 内容辅导
2.3.1 本章重点和难点解析 1．把粒径小于 0.002mm 的土粒称为粘土粒组。组成粘土粒组的矿物成分有：粘土矿物
(如高岭石、蒙脱石和伊利石等)、非粘土矿物(如石英、长石、云母等)、有机矿物。大多数 粘土矿物都是薄片状的，所以具有很大的比表面。粘性土的工程性质，如塑性、压缩性， 胀缩性、强度等，主要受粒间的各种相互作用力所制约，而粒间的相互作用力又与矿物颗 粒本身的结晶格架特征有关，亦即与组成矿物的原子和分子的排列有关，与原子分子间的 键力有关。
对于表征土的状态指标的相对密度和稠度等，除了解其定义外，应着重掌握如何利用 这些指标对土的状态作出判断。粘性土的稠度有三个界限含水量，即液限、塑限、缩限， 此外，对于塑性指数、液性指数的定义及其用途也应明确。
5．土的工程分类。 首先应了解土的分类目的和步骤；其次要搞清符号及其组合的意义；再就是学会利用 级配曲线和塑性图对土进行分类定名的方法。此外，还应注意根据不同的目的和不同的规 范可以有不同的分类方法。 土的分类体系，主要有两种。共同点是：对粗粒土按粒度成分来分类；对细粒土按土 的 Atterberg 界限来分类。其主要区别是：对于粗粒土，第一种体系按大于某一粒径的百分 数含量超过某一界限来定名，并按从粗到细的顺序以最先符合为准；第二种体系则按两个 粒组相对含量的多少，以含量多的来定名。对于细粒土，第一种体系按塑性指数分类；第 二种体系按塑性图分类。从各部门的分类体系来说，不同的行业、不同的部门都有自己的 分类标准。 6．用塑性图对细粒土进行分类的优点及注意的问题 土的塑性指数 IP 是划分细粒土的良好指标，而且还能综合反映土的颗粒组成、矿物成 分以及土粒表面吸附阳离子成分等方面的特性。但是不同的液限塑限可给出相同的塑性指 数，而土性却可能很不一样。可见，细粒土的合理分类应兼顾塑性指数和液限两方面。 近年来，国外在土的工程分类方面有了很大进展，许多国家的分类体系，不仅在国内 已经制订了统一标准，而且在国家之间，也基本上趋于统一。塑性图分类法现已普遍用于 各国对细粒土的土质分类。这就为促进国际技术交流提供了有利条件。
土力学讲课第六章地基土承载力
例题分析
有一条形基础，宽度 b = 3m ，埋深 h = 1m ，地基土内摩擦角 j =30 °，黏聚力 c =20kPa ，天然重度 =18kN/m 3 。试求：
（ a ）地基临塑荷载； （ b ）当极限平衡区最大深度达到 0.3 b 时的均布荷载数值。 解
：
（ a ）计算公式：
（b）临界荷载：
（1）原位测试
（1） 静载荷试验
fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)
fak :静载荷试验确定的承载力-特征值（标准值） fa ：深宽修正后的承载力特征值（设计值）
（2）承载力公式法：
fa=Mbb+Md md+Mcck fa :承载力特征值（设计值）
——相当与
p1/4=NB /2+Nq d+Ncc
时，有：
化简后，得到：
p
0.3b
=333.8kPa
总结上节课的内容 极限承载力理论界和半理论解 1 Prantl解 假设和滑裂面形状 2 太沙基解，一般解形式 3 极限承载力的影响因素 , c, ，D, B,
pu
B
2
N cNc qNq
B
p 实际地面 D I 45o－/2 III II E F
• 合力= 1， 3 • 设k0 =1.0 • 弹性区的合力：
图6.5 条形均布荷载作用下地基主应力
p D (a)无埋置深度 (b)有埋置深度 1,3 ( 0 sin 0 ) ( D z ) （ 1）
允许地基中有一定的塑性区，作为设计承载力
--考察地基中塑性区的发展
D
D
I区：朗肯主动区
垂直应力pu为大主应力，
土力学与基础工程
土力学与基础工程1. 引言土力学是研究土壤力学性质及其变形、稳定性的科学，是基础工程领域中不可或缺的一门学科。
土力学的研究成果及应用可以有效指导和支撑基础工程的设计、施工和维护，保障工程的安全性和可靠性。
本文将重点介绍土力学的基本概念、基础原理，以及土力学在基础工程中的应用。
通过深入探讨土壤的力学性质、土壤的变形特征以及土壤的稳定性问题，读者可以更好地理解土力学在基础工程中的重要作用。
2. 土力学基本概念和原理2.1 土力学的定义土力学是研究土壤在静力学和动力学作用下的力学性质和变形规律的学科。
它主要研究土壤的强度、变形和稳定性等力学性质。
2.2 土壤力学性质土壤的力学性质包括固结特性、压缩特性、剪切特性和渗透特性等。
固结特性描述土壤在外力作用下随时间发生压缩变形的过程；压缩特性描述土壤在不同应力条件下的变形规律；剪切特性描述土壤在剪切应力下发生剪切破坏的规律；渗透特性描述土壤中水分运动的规律。
2.3 土壤的变形特征土壤在外界力的作用下会发生各种变形，主要包括压缩变形、剪切变形和孔隙变形等。
压缩变形是指土壤颗粒在外力作用下随时间逐渐向压实状态过渡的过程；剪切变形是指土壤在剪切应力作用下发生沿一定面内的位移；孔隙变形是指土壤中的孔隙在外力作用下发生变化。
2.4 土壤的稳定性问题土壤的稳定性是指土体在外力作用下保持其原有结构完整性的能力。
土壤的稳定性问题包括坡体稳定性、基坑稳定性、边坡稳定性等。
通过研究土壤的稳定性问题，可以指导工程设计和施工，防止土体滑坡、坍塌等灾害的发生。
3. 土力学在基础工程中的应用3.1 基础工程的定义基础工程是指建筑物或其他工程结构的地下部分，包括基础底板、基础墙、地基、地下室等。
基础工程起着承担和传递上部结构和外部荷载的作用。
3.2 土力学在基础工程中的作用土力学在基础工程中的应用主要包括以下几个方面：3.2.1 地基承载力计算地基承载力是指地基土壤能够承受的最大荷载。
通过土力学的理论和实验研究，可以计算地基土壤的承载力，从而确定基础工程的设计参数，保证基础的稳定性和安全性。
华南理工大学-土力学与基础工程随堂练习2019年
华南理工大学-土力学与基础工程随堂练习第二章土的性质及工程分类1。
(单选题）土中所含“不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为( )。
A.结合水；B.自由水； C。
强结合水； D.弱结合水.答题: A。
B. C。
D。
（已提交）参考答案：D问题解析：2。
（单选题) 由某土颗粒级配曲线获得d60=12.5mm，d10=0.03mm,则该土的不均匀系数Cu为（）。
A。
416.7； B。
4167； C。
2。
4×10-3； D.12.53。
答题: A. B. C. D。
（已提交）参考答案:A问题解析：3.(单选题) 具有更好的分选性和磨圆度的土是（）。
A。
残积土； B。
坡积土； C. 洪积土； D。
冲积土。
答题： A. B。
C. D. （已提交）参考答案:D问题解析:4.（单选题) 对无粘性土的工程性质影响最大的因素是（）。
A。
含水量； B.密实度； C.矿物成分； D。
颗粒的均匀程度.答题: A。
B。
C。
D。
（已提交）参考答案：B问题解析：5.(单选题) 处于天然状态的砂土的密实度一般用哪一种试验方法测定（ ).A.载荷试验;B.十字板剪切试验；C.标准贯入试验; D。
轻便触探试验。
答题：A。
B。
C。
D。
（已提交）参考答案：C问题解析:6.(单选题）某粘性土的液性指数=0.6，则该土的状态（ )。
A.硬塑；B. 可塑；C. 软塑； D。
流塑。
答题: A。
B。
C。
D. （已提交）参考答案：B问题解析：7.(单选题) 粘性土的塑性指数越大，表示土的（）。
A.含水量w越大；B.粘粒含量越高; C。
粉粒含量越高； D. 塑限Wp 越高。
答题: A. B。
C。
D。
（已提交)参考答案：B问题解析：8。
（单选题）淤泥属于（）。
A.粉土;B.粘性土；C. 粉砂；D. 细砂。
答题: A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析:9.（单选题）粘性土的塑性指数越大，说明（ )。
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剪切破剪坏切的破型式坏的形式
局部剪切破坏
静荷载曲线没有明显的直线段，地基破坏的曲线也不呈现冲剪破坏那样 的明显的陡降。当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时，基础两 侧微微隆起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形 成延伸至底面的连续滑动面。
3 1 2
密砂上由于动力荷载 引起的冲剪破坏
三、地基承载力
地基承载力：指地基承受荷载的能力。
临塑荷载： pcr 极限荷载： p u
容许承载力： pa pu /K
P-S曲线
地基的临塑荷载
一、基本假定
1、地基受条形均布荷载；
2、各向的自重应力相等。
二、塑性区边界方程
1、无埋深情况下M点的 大小主应力
1
p0 π
0
sin 0 γz
3
p0 π
0
在软粘土上的密砂 地基的冲剪破坏
剪切破剪坏切的破型式坏的形式
地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤其是与压缩 性质有关。 较坚硬或密实的土，具有较低的压缩性，通常呈现整 体剪切破坏。 软弱粘土或松砂土地基，具有中高压缩性，常常呈现 局部剪切破坏或者冲剪破坏。 与基础埋埋深有关。
P-S曲线
确定地基承载力的方法
（塑性区边界方程）
塑性区最大深度 zmax
dz 0 d 0
0
2
zma x p π 0 d c o tπ 2 tc a n0d
当 zmax 0 时，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性区，
相应的荷载即为临塑荷载 pcr ：
pcrπc0odtccoπt0d
2
如果取 p cr 作为浅基础的地基承载力无疑是偏于保守的。
1924年
apuKa2c Ka pqKp2c Kp
MB 0
pu cNc qNq
Nq
eπt
anta2n45
2
N cN q 1cot
泰勒公式 修正容重
1948年
pu cNcqN q12bN
承载力pu的三个组成部分
pu
dN q
1 2
bNΒιβλιοθήκη cN c二、太沙基承载力理论
（一）整体剪切破坏
b
a
pu
a
E p b E p
z
隔离体
(a)理论滑动面 (b)简化的滑动面
三种情况叠加即得太沙基极限承载力公式：
pu cNcqN q12bN
（二）局部剪切破坏
c 2c 3
arctan 2 tan
3
pu3 2cNcqNq 1 2bN
（三）非条形基础
方形基础： pu 1.2cNc 0dNq 0.4bN 圆形基础： pu 1.2cNc 0dNq 0.6bN
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6.8 地基的极限承载力
一、普朗德尔极限承载力理论
（一）基本假定
（二）塑性区
1、条形均布荷载；
Ⅰ朗肯主动区；
2、基底光滑；
Ⅱ径向剪切区；
3、土体无质量；
Ⅲ朗肯被动区。
4、整体剪切破坏。
普朗德尔极限承载力理论
r r e 条形钢板下的滑动线
tan
0
pu cNc 1920年
雷斯诺 修正埋深
pu cNc qNq
在中心荷载下， zmax 可控制在基础宽度的1/4，相应的荷载
用 p 1 表示：
4
p1
4
π0d
ccot 1b
4
cot π
0d
2
按塑性开展深度确定地基承载力
解答思路 依据弹性理论求出地基任意点自重应力和附加应力的 表达式，再应用极限平衡条件推求塑性区边界方程， 从而通过限定塑性开展区的最大深度获得地基承载力 公式。
sin 0 γz
无埋深
2、有埋深情况下地基中任意 点的大小主应力为：
1 pπ0d0 sin00dz 3 pπ0d0sin00dz
有埋深
当M点达到极限平衡状态时，该点的大、小主应力应满足 极限平衡条件：
13ta2 n 4 5 2 2cta 4 n 5 2
zp 0d ssii n n 00 tcan 0d
容许承载力： pa pu /K
pa
pcr,
pu K
地基承载力的荷载试验法
P-S曲线
至少进行3个试验,分别确定出承载力基本值 fa1 、 fa2 、 fa3………………… fan 其中有fa min、 fa max、 fa
当极差不大于均值的30%时，取均值为 承载力特征值(修正前的容许承载力)
当大于30%时，增加试验。
f f a η b γ b 3 η d γ m d 0 . 5
fa——静载荷试验确定的特征值 f ——深宽修正后的承载力特征值
b ，d ——宽度、深度修正系数 ，m——地基以下、以上的土（平均）容重
规范方法确定地基承载力
规范承载力表是在总结科研成果和工程实 践经验的基础上制定的，利用现场勘查资 料或室内试验资料直接查表得到承载力的 标准值或承载力的基本值。
理论公式方法 静载荷试验或其他原位试验 规范查表方法
三类方法确定地基承载力不可能完全相同，尚需结 合区域地质条件参照经验综合确定。
按塑性开展深度确定地基承载力
假定条件 地基为均质半无限体，将地基中的剪切破坏区即
塑性开展区限制在一定范围内。 允许塑性区有一定的开展范围又保证地基最大限
度的安全承担结构荷载时的基底压力确定地基的设计 承载力。
地基承载力
北京工业大学 建筑工程学院
地基土沉降变形
概述
建筑物基础沉降和沉降差
变形要求
概述
荷载过大超过地基承载力
地基产生滑动破坏
稳定要求
剪切破坏的型式
整体剪切临破塑荷坏载
o
Pcr Pu
P
极限荷载 a
b
S
剪切破坏的型式
冲剪破坏
随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基土的较大压 缩以至于基础呈现连续刺入。地基不出现连续滑动面，基础侧面 地面不出现隆起，因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏。