《土力学与地基基础》第5章 地基变形计算
《土力学与地基基础》教案
整体教学方案设计
课程名称 《土力学与地基基础》 授课对象 建工14级1~3班
教材选用 《土力学与地基基础》（哈尔滨工业大学出版社 邵正胜主编 2014年版）
课程教学 目标设计 地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科 领域，所以内容广泛、综合性强，学习时应该突出重点，兼顾全面。从本 专业的要求出发，学习本课程时，应该重视工程地质的基本知识，培养阅 读和使用工程地质勘察资料的能力，同时必须牢固地掌握土的应力、变形， 强度和地基计算等土力学基本原理，从而能够应用这些基本概念和原理， 结合有关建筑结构理论和施工知识，分析和解决地基基础问题。 。
课程教学
组织说明 每章上课时，我会首先提出问题，让学生思考，然后提出解决该问题 需要用到本章的知识，弓1起学生对本章内容的兴趣，然后引入本章的教学 目标，重点、难点。其次是本章的具体内容，最后留作业，进行反思、总 结。运用的比较多的教学方法，一是多媒体讲授法，二是工程实例结合法。 由老师教授，然后为了调动学习学习的积极性和进行实践，会安排分组讨 论，每组之间相互评论。
模块一对土的物理性质与工程分类进行介绍，模块二土中的应力学习， 分析土的力学性质，模块三地基沉降计算，重点讲解，模块四是土的抗剪 去强度及地基承载力研究，模块五是压力与边坡稳定学习，模块六是对天 然地基上的浅基础的介绍，模块七是桩基础及其他深基础，模块八是地基 处理的学习
课程教学 内容与时 间分配 模块零绪论 2 课时 模块一 土的物理性质与工程分类 8课时 模块二 土中的应力 6课时 模块三地基沉降计算 6课时 模块四 土的抗剪去强度及地基承载力 6课时 模块五压力与边坡稳定 8课时
模块六天然地基上的浅基础 6课时 模块七桩基础及其他深基础 4课时 模块八地基处理 2 课时
课程教学 条件要求 为加强实践性教学环节，例题和作业选型上，要注意工程实际。土地的相 关力学性质的学习，可以进行现场教学，以增强学生对土地力学性质的理 解，更能加深印象。基础的设计可以结合实际工程实例，观察如何建造， 再结合工程图纸进行讲解。从工程实际出发，有实践知识引导理论知识的 学习有理论知识加强实践能力的培养，从而达到理论和实践的有机结合， 并确保学生完成一定数量的作业和习题。
《土力学》知识点总结
第一章 土的物理性质
一 思考题
1 土是如何生成的？它与其他材料的最大区别是什么？
答：土是地壳岩石经受强烈风化的产物，是各种矿物颗粒的集合体。
与其他材料的最大区别是：
①一般的建筑材料可由设计人员指定品种或型号，品种或型号一旦确定，力学性质参数也就确定；土则不同，建筑物以天然土层作为地基。拟建地点是什么土，设计人员就以这种土作为设计对象，且由于土是自然历史的产物，性质很不均匀，而且复杂多变。
②土的应力-应变关系是非线形的，而且不唯一；
③土的变形在卸荷后一般不能完全恢复；
④土的强度也是变化的；
⑤土对扰动特别敏感。
2 土是由哪几部分组成的？
答：自然界的土体由固相（固体颗粒）、液相（土中水）和气相（土中气体）组成，通常称为三相分散体系。
3 什么叫土粒的颗粒级配？如何从级配曲线的陡缓判断土的工程性质？
答：天然土体中包含大小不同的颗粒，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
根据曲线的坡度和曲率可判断土的级配情况。如果曲线平缓，表示土粒大小都有，即级配良好；如果曲线较陡，则表示颗粒粒径相差不大，粒径较均匀，即级配不良。级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的密实度较好。
4 何谓土的结构？土的结构有几种？
答：土的结构是指土在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。一般可归纳为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。
5 土的物理性质指标有几个？哪些是直接测定的？如何测定？
答：土的物理性质指标有：土的密度、土粒相对密度、土的含水量、土的干密度、土的饱和密度、土的有效密度、土的孔隙比和孔隙率等。
土的密度（通过环刀法测定）、土粒相对密度（通过比重瓶法测定）和土的含水量（通过烘干法测定）是直接测定的物理性质指标。
6 土的物理状态指标有几个？
答：土的物理状态，对于无粘性土是指土的密实程度，对于粘性土则是指土的软硬程度，也称为粘性土的稠度。
土力学与地基基础复习资料
仅供学习参考 土力学复习资料
绪论
一、概念
1土力学： 是利用力学根本原理和土工测试技术等方法，研究地表土的物理、力学特性及其受力后强度和体积变化规律的学科
土力学里的"两个理论，一个原理"是强度理论、变形理论和有效应力原理
土力学中的根本物理性质有哪四个？应力、变形、强度、渗流。
2地基:支撑根底的土体或岩体。分类:天然地基、人工地基
3根底:结构的各种作用传递到地基上的结构组成局部。根据根底埋深分为:深根底、浅根底
4土:连续、巩固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。
二、知识点
1土的工程用途：
（1）建筑物的地基
（2）建筑材料
（3）建筑环境或介质
2地基与根底设计必须满足的三个条件：
①作用于地基上的荷载效应〔基底压应力〕不得超过地基容许承载力特征值，挡土墙、边坡以及地基根底保证具有足够防止失稳破坏的平安储藏。即满足土地稳定性、承载力要求。 ②根底沉降不得超过地基变形容许值。即满足变形要求。
③根底要有足够的强度、刚度、耐久性。
3假设地基软弱、承载力不满足设计要求如何处理？
需对地基进行根底加固处理，例如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处理，称为人工地基。
土的结构组成与物理性质
一、概念
1粒组：工程上常把大小、性质相近的土粒合为一组，称粒组
2土的颗粒级配：土中所含各颗粒的相对含量，以及土粒总重的百分数表示。△
3结合水：指受电分子吸引作用吸附于土粒外表的水
4土的结构：指土粒的原位集合体特征，是由颗粒大小、形状、
外表特征相互排列和联结关系等因素形成的综合特征。
5土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征
6界限含水量：黏性土从一种状态变成另一种状态的分界。〔名词解释4分〕
二、知识点
1三相体系:固相〔固体颗粒〕、液相〔土中水〕、气相〔气体〕三局部组成。
土力学与地基基础
一、名词解释
1 . 土力学：是研究土体在力的作用下的应力-应变或应力-应变-时间关系和强度的应用学科， 是工程力学的一个分支。为工程地质学研究土体中可能发生的地质作用提供定量研究的理论 基础和方法。主要用于土木、交通、水利等工程。
2 .地基：地基是指建筑物下面支承基础的土体或岩体。
3 .基础：是指建筑物地面以下的承重结构，如基坑、承台、框架柱、地梁等。
4 .软弱下卧层：在持力层以下受力层范围内存在软土层，其承载力比持力层承载力小得多， 该软土层称为软弱下卧层。
5 . 土体：土体不是由单一而均匀的土组成的，而是由性质各异、厚薄不等的若干土层以特
定的上下次序组合在一起。因而土体不是简单的土层组合.而是与工程建筑的安全、经济和
正常使用有关的土层组合体。
6 .界限粒径：界限粒组的物理意义是划分粒组的分界尺寸
7 . 土的颗粒级配：又称（粒度）级配。由不同粒度组成的散状物料中各级粒度所占的数量。 常以占总量的百分数来表示。
8 .界限含水量：通常是指土的液限、塑限和缩限。众所周知，液限和塑限是粘性土极为重
要的指标，是粘性土工程分类的主要依据，和天然含水量一起，是估价土的工程特性的主要 参数。
9 . 土的灵敏度：是指原状土强度与扰动土强度之比ST=原状土强度/扰动土强度。
10 .自重应力：是岩土体内由自身重量引起的应力。
11 .基底压力：建筑物的荷载通过自身基础传给地基，在基础底面与地基之间便产生了荷载
效应（接触应力）。
12 .基底附加压力：是指建筑物建造后，基底接触压力与基底处土自重应力之差，一般将其 作为作用于弹性半空间表面上的局部荷载，并根据弹性理论来求算地基中的附加应力。
13 .地基附加应力：是指荷载在地基内引起的应力增量。
14 . 土的压缩性：是指土受压时体积压缩变小的性质。
15 . 土的固结：是指松散沉积物转变为固结岩石的过程。
16 .压缩系数：是描述物体压缩性大小的物理量。
土力学地基基础章节计算题及答案
土力学地基基础章节计算题及答案
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第一章 土的物理性质
1 有一块体积为60 cm3的原状土样，重 N, 烘干后 N。 已只土粒比重（相对密度）sG=。求土的天然重度、天然含水量w、干重度d、饱和重度sat、浮重度’、孔隙比e及饱和度Sr
解：分析：由W和V可算得，由Ws和V可算得d，加上Gs，共已知3个指标，故题目可解。
363kN/m5.1710601005.1VW
363sdkN/m2.1410601085.0VW
3wswskN/m7.261067.2ssGG
%5.2385.085.005.1swWWw
884.015.17)235.01(7.261)1(swe (1-12)
%71884.06.2235.0seGwSr (1-14)
注意：1．使用国际单位制；
2．w为已知条件，w=10kN/m3；
3．注意求解顺序，条件具备这先做；
4．注意各的取值范围。
2 某工地在填土施工中所用土料的含水量为5%，为便于夯实需在土料中加水，使其含水量增至15%，试问每1000 kg 质量的土料应加多少水
解：分析：加水前后Ms不变。于是：
加水前： 1000%5ssMM （1）
加水后： wss1000%15MMM （2）
由（1）得：kg952sM，代入（2）得： kg2.95wM
(完整版)土力学与地基基础习题集与答案第5章
第5章土的压缩性
一简答题
1．通过固结试验可以得到哪些土的压缩性指标？如何求得？【答】压缩系数 压缩指数 压缩模量 , 压缩系数 压缩指数
压缩模量
2．通过现场（静）载荷试验可以得到哪些土的力学性质指标？【答】 可以同时测定地基承载力和土的变形模量
3．室内固结试验和现场载荷试验都不能测定土的弹性模量，为什么？【答】土的弹性模量是指土体在侧限条件下瞬时压缩的应力应变模量。他的变形包括了可恢复的弹性变形和不可恢复的残余变形两部分。而室内固结实验和现场载荷试验都不能提供瞬时荷载，它们得到的压缩模量和变形模量时包含残余变形在内的。和弹性模量由根本区别。
4．试从基本概念、计算公式及适用条件等方面比较压缩模量、变形模量与弹性模量，它们与材料力学中杨氏模量有什么区别？ 5．根据应力历史可将土（层）分为那三类土（层）？试述它们的定义。【答】 正常固结土（层） 在历史上所经受的先期固结压力等于现有覆盖土重。超固结土（层） 历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力。欠固结土（层） 先期固结压力小于现有覆盖土重。
6．何谓先期固结压力？实验室如何测定它？【答】 天然土层在历史上受过最大固结压力（指土体在固结过程中所受的最大竖向有效应力），称为先期固结压力，或称前期固结压力。先进行高压固结试验得到曲线，在用A.卡萨格兰德的经验作图法求得。
7．何谓超固结比？如何按超固结比值确定正常固结土？【答】在研究沉积土层的应力历史时，通常将先期固结压力与现有覆盖土重之比值定义为超固结比。
8．何谓现场原始压缩曲线？三类土的原始压缩曲线和压缩性指标由实验室的测定方法有河不同？【答】现场原始压缩曲线是指现场土层在其沉积过程中由上覆盖土重原本存在的压缩曲线，简称原始压缩曲线。室内压缩试验所采用的土样与原位土样相比，由于经历了卸荷的过程，而且试件在取样、运输、试件制作以及试验过程中不可避免地要受到不同程度的扰动，因此，土样的室内压缩曲线不能完全代表现场原位处土样的孔隙比与有效应力的关系。施黙特曼提出了根据土的室内压缩试验曲线进行修正得到土现场原始压缩曲线。
土力学_柳厚祥_第五章土的压缩性与沉降计算
第五章 土的压缩性与沉降计算
§ 5.1 基本概念
一、地基土在上部结构荷载作用下产生应力和变形形状变形（剪破）体积变形（不破坏）zxyzxyzyx,,,,
地基的竖直方向变形即为沉降
三相土受力后的变形包括排出土孔隙中的水和空气的，相互挤紧）土颗粒压缩（重新排列土体积减小的过程
土体压缩性：指的是在压力作用下体积减小过程的特性，包括两个方面：
1． 1． 压缩变形量的绝对大小（沉降量大）
2． 2． 压缩变形随时间的变化（固结问题）
一、一、 工程意义
地基的沉降有均匀沉降与不均匀沉降
1． 1． 均匀沉降对路桥工程的上部结构危害较小，但过量的 均匀沉降也会导致路面标高的降低，桥下净空的减小而影响正常的使用。
2． 2． 不均匀沉降则会造成路堤的开裂，路面不平，超静定结构，桥梁产生较大的附加应力等工程问题，甚至影响其正常使用。沉降计算是地基基础验算的重要内容，也是土力学的重要课题之一
§5.2 研究土体压缩性的方法及变形指标
一、一、 压缩试验与压缩性规律
土体积的变小是孔隙体积变小的结果，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法称为压缩试验。对一般工程情况来说，或在压缩土层厚度比荷载面宽度小很多的情况下常用侧限压缩试验来研究土的压缩性。
试验室用以进行土的侧限压缩试验的仪器称为压缩仪（固结仪），如图5-1 所示 透水石以便土中水的排出传压活塞向土样施加压力。
由于环刀所限，增压或减压是土样只能在铅直方向产生压缩或回胀，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩试验。
试验采用压缩仪进行压缩试验是研究土的压缩性最基本的方法，有上述已知，试样土粒本身体积是假定不变的，即 112211211,11,ehheehehvvss，因此，试样在各级压力pi作用下的变形，常用孔隙比e的变化来表示。
（一）e-p曲线的表示方法
土力学与地基基础(一)X 课程 第五章 土压力与土坡稳定
第五章 土压力与土坡稳定
填空题：
1、挡土墙上的土压力按墙体的位移情况和墙后土体的应力状态可将土压力分为__________、__________和__________。
2、在相同条件下，产生主动土压力所需的墙身位移量△a与产生被动土压力所需的墙身位移量△p的大小关系是__________。
3、在挡土墙断面设计验算中考虑的主要外荷载是__________。
4、根据朗肯土压力理论，当墙后土体处于主动土压力状态时，表示墙后土体单元应力状态的应力圆与土体抗剪强度包线的几何关系是__________。
5、若挡土墙墙后填土抗剪强度指标为c，φ，则主动土压力系数等于__________，被动土压力系数等于__________。
6、墙后为粘性填土时的主动土压力强度包括两部分：一部分是由土自重引起的土压力，另一部分是由__________引起的土压力。
7、当挡土墙墙后填土面有均布荷载q作用时，若填土的重度为γ，则将均布荷载换算成的当量土层厚度为__________。
8、当墙后填土有地下水时，作用在墙背上的侧压力有土压力和__________两部分。
9、当墙后无粘性填土中地下水位逐渐上升时，墙背上的侧压力产生的变化是__________。
10、挡土墙在满足__________的条件下，库仑土压力理论与朗肯土压力理论计算得到的土压力是一致的。
选择题：
1、下列各项属于挡土墙设计工作内容的是（ ）。
（A）、确定作用在墙背上的土压力的性质（B）、确定作用在墙背上的土压力的大小
（C）、确定作用在墙背上的土压力的方向（D）、确定作用在墙背上的土压力的作用点
2、在相同条件下，主动土压力Ea与被动土压力Ep的大小关系是（ ）。
（A）、Ea≤Ep（B）、Ea＜Ep
（C）、Ea＞Ep（D）、Ea≥Ep
3、若挡土墙完全没有侧向变形、偏转和自身弯曲变形时，正确的描述是（ ）。
（A）、墙后土体处于静止土压力状态 （B）、墙后土体处于侧限压缩应力状态
土力学地基基础章节计算题及答案 2
章节习题及答案
第一章土的物理性质
1 有一块体积为60 err?的原状土样，重N,烘干后N。已只土粒比重（相对 密度）G,二。求土的天然重度、天然含水量⑷、干重度°、饱和重度腆、浮 重度'、孔隙比e及饱和度S
标，故题目可解。
人(1 + w) 1 26.7(1 + 0.235)
------------------ —1 = -------------------------------------- / 17.5
w・G 0.235x 2.6 _ Sr = ------ = --------------- = 71% ' e 0.884
注意：1・使用国际单位制；
2. w为已知条件，w=10kN/m3;
3. 注意求解顺序，条件具备这先做;
4. 注意各的取值范围。
2某工地在填土施工中所用土料的含水量为5%,为便于夯实需在土料中加水, 解：分析：由〃和可算得,由必和A可算得 加上G,共已知3个指
VV _ 1.05x10」
一厂 60x10" = 17.5kN/m3
叱 _ 0.85x10"
T 60x10" = 14.2kN/m3
:.ys = G 仏=2.67x10 = 26.7kN/m3
Ws 1.05-0.85
0^85 = 23.5%
= 0.884 (1-12)
(1-14) 使其含水量增至15%,试问每1000 kg质量的土料应加多少水
解：分析：加水前后必不变。于是:
加水前：
(1)
加水后：
(2)
由(1)得：= 952kg,代入(2)得：AMW =95.2kg
注意：土料中包含了水和土颗粒，共为1000kg,另外，“=厶。
Ms
3用某种土筑堤，土的含水量w=15%, 土粒比重Gs=。分层夯实，每层先填 0.5m ,其重度等 =16kN/m‘，夯实达到饱和度S『=85%后再填下一层，如夯实 时水没有流失，求每层夯实后的厚度。
解：分析：压实前后濮、必、w不变，如设每层填土的土颗粒所占的高度为人, 则压实前后人不变，于是有：
地基应力计算
根据标准贯入试验锤击数测定各类砂的地基承载力（公斤/平方厘米），一般为：
①当击数大于30时，密实的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均小于）为4公斤/平方厘米；
②当击数小于或等于30而大于15时，中密的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均大于而小于）为3公斤/平方厘米，细砂、粉砂（孔隙比均大于而小于）为—2公斤/平方厘米；
③当击数小于或等于15而大于或等于10时，稍密的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均大于而小于）为2，细砂、粉砂（孔隙比均大于而小于）为1—。对于老和一般粘性土的容许承载力，当锤击数分别为3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23时，则其相应的容许承载力分别为、、、、、、、、、、公斤/平方厘米。
第三章 地基应力计算
第一节 概 述
建（构）筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生了变化，如同其它材料一样，地基土受力后也要产生应力和变形。在地基土层上建造建（构）筑物，基础将建（构）筑物的荷载传递给地基，使地基中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，其垂向变形即为沉降。如果地基应力变化引起的变形量在建（构）筑物容许范围以内，则不致对建（构）筑物的使用和安全造成危害；但是，当外荷载在地基土中引起过大的应力时，过大的地基变形会使建（构）筑物产生过量的沉降，影响建（构）筑物的正常使用，甚至可以使土体发生整体破坏而失去稳定。因此，研究地基土中应力的分布规律是研究地基和土工建（构）筑物变形和稳定问题的理论依据，它是地基基础设计中的一个十分重要的问题。
地基中的应力按其产生的原因不同，可分为自重应力和附加应力。二者合起来构成土体中的总应力。由土的自重在地基内所产生的应力称为自重应力；由建筑物的荷载或其它外荷载(如车辆、堆放在地面的材料重量等)在地基内所产生的应力称为附加应力。因地震而引起的惯性力也属于外荷载的范围。对于形成年代比较久远的土，在自重应力的长期作用下，其变形已经稳定，因此，除了新填土外，一般来说，土的自重不再会引起地基土的变形。而附加应力则不同，因为它是地基中新增加的应力，将引起地基土的变形。地基土的变形导致基础沉降、倾斜和相邻基础出现沉降差。所以，附加应力是引起地基土变形的主要原因。除上述二种应力外，地基土中水的渗流引起的渗透力也是土中的一种应力。当然，环境条件的改变也会引起土中应力的变化。本章重点介绍自重应力和附加应力的计算方法，反映土中应力特点的有效应力原理以及土中应力变化的描述方法，即应力路径等内容。