清华大学-土力学-桩的承载机理
青理研究生复试科目土木工程综合Ⅰ
研究生复试笔试考试大纲一、课程名称：土木工程综合Ⅰ包括: ①地基基础/混凝土结构/钢结构/桥梁工程/道路工程（5选1）,②土木工程施工,③土力学,④土木工程材料二、适用专业：土木工程三、总体要求：1、土力学及地基基础：课程的考试目的在于测试考生对以下内容的掌握程度：土的物理力学性质概念和有关计算，土的强度和变形概念和计算，土坡稳定性分析方法和计算，地基承载力概念及确定方法，基础类型的设计基本原理、方法和设计思路，针对不同构筑物、上部结构形式和工程地质条件等独立进行基础选型和设计计算等。
2、钢筋混凝土结构设计原理：熟悉和掌握钢筋和混凝土的材料性能、钢筋混凝土轴心受拉构件、轴心受压构件、受弯构件、偏心受压构件、受扭构件和预应力混凝土构件的受力性能、计算方法、配筋构造以及钢筋混凝土构件的变形、裂缝的基本要求3、钢结构：要求考生熟练掌握与钢结构有关的基本概念、构造细节和构件设计原理，具有一定的利用基本概念和原理解决实际问题的能力。
4、桥梁工程：主要考察考生对桥梁工程专业的基础知识、基本概念以及桥梁结构计算基本理论的掌握程度。
包括：桥梁的基本概念、组成和结构体系；钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥、拱式桥、斜拉桥及悬索桥的构造设计；梁式桥和拱桥的计算理论和方法；检验考生灵活运用所学知识分析问题、解决问题的能力。
5、道路工程：掌握道路工程设计及施工的基本内容，为进一步学习、提高相关领域的科研能力打好基础。
主要考核方向以《道路勘测设计》为主，以《路基路面工程》为辅。
6、土木工程施工：土木工程施工主要包括施工技术和施工组织设计两大部分内容。
施工技术部分由土方、桩基础、砌筑、混凝土结构、结构吊装、脚手架、防水、装饰工程等内容组成；施工组织部分由施工组织概论、流水施工基本原理、网络计划技术、单位工程施工组织设计、施工组织总设计等内容组成。
要求掌握本专业的基础知识、基本概念以及基本计算，检验考生灵活运用所学知识分析问题、解决问题的能力。
墩基础受力机理及承载力计算方法探讨
霾智城建设46智能城市INTELLIGENT CITY NO.072020墩基础受力机理及承载力计算方法探讨赵立景（合肥工业大学设计院（集团）有限公司，安徽合肥230009）摘要：墩基础的设计既不同于浅基础也不同于桩基,力机理和破坏模式等方面进行分析，并提出一些设计建议。
关键词：墩基础；地基承载力；最小埋置深度1墩基础的概念墩基础作为在人工或机械成孔中浇筑混凝土而形成的基础，一般直径较大（>800mm）,相对埋深（H/B）介于浅基础和桩基础之间，因此，墩基础在土中的受力机理有其独特的地方，不能简单地套用浅基础或桩基在极限荷载作用下的破坏模式。
文献［1］指出：桩长小于6mSL/DW3时按墩基础设计。
文献［2］根据相对埋深将基础分为浅基础（H/ BW2）、墩基础（2<H/B<4）和深基础（H/BM4）。
墩基础目前最具代表性的定义为通过人工或机械成孔而形成的埋深大于3m、直径不小于800mm、且埋深与墩身直径的比小于6或埋深与扩底直径的比小于4的独立刚性基础，墩身有效长度不宜超过5皿2基础埋置深度对地基承载力的影响梅耶霍夫在考虑了基础底面以上土体对抗剪强度的影响后，进一步指出了深基础和浅基础建造方法的差异对承载WB的影响。
浅基础采用敞开対的方法，先浇軀文章根据现行规范并结合相关文献资料，从施工方法、受础然后回填基坑土，基础周边的原状土完全被扰动了。
因此，不能考虑基础周边的土对基础产生的侧摩阻。
深基础采用机械成挖孔，然后在孔中浇筑混或者采用挤压的方法将深基础直接置入土中，侧向土层对基础的约束作用非常明显。
因此深基础的侧面可以传递剪应力，而浅基础则不能考虑侧向摩阻力的作用。
这是深基础设计计算方法不同于浅基础的最主要原因叫3深基础的受力机理及最小埋置深度地基模型试验表明，在荷载作用下基础向下移动，基底下的土体形成一个刚性核（见图1）,与基础成为整体，竖直向下移动。
下移的刚性核挤压两侧土体，使地基破坏，形成滑动面。
土力学复习
填空：土体一般由固相固体颗粒、液相土中水和气相气体三部分组成,简称“三相体系”; 常见的粘土矿物有：蒙脱石、伊利石和高岭石;由曲线的形态可评定土颗粒大小的均匀程度;如曲线平缓则表示粒径大小相差很大,颗粒不均匀,级配良好；反之,则颗粒均匀,级配不良;颗粒分析试验方法：对于粒径大于的粗粒土,可用筛分法；对于粒径小于的细粒土,可用沉降分析法水分法;土的颗粒级配评价：根据颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好;粒径级配曲线：的越陡,说明颗料粒径比较一致,级配不良;相反,颗粒级配曲线的越缓,说明颗粒不均匀,级配良好;土中水按存在形式分为：液态水、固态水和气态水;土中液态水分为结合水和自由水两大类；结合水可细分为强结合水和弱结合水两种;含水量试验方法：土的含水量一般采用“烘干法”测定；在温度100～105℃下烘至恒重;塑性指数Ip越大,表明土的颗粒愈细,比表面积愈大,土的粘粒或亲水矿物含量愈高,土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大;塑性指数定名土类按塑性指数：Ip﹥17为粘土；10﹤Ip≦17为粉质粘土;液性指数：I L=ω-ωp/ωL-ωp=ω-ωp/ Ip;当土的天然含水量ω﹤ωp时,I L﹤0,土体处于坚硬状态；当ω﹥ωL时,I L﹥0,土体处于流动状态；当ω在ωp和ωL之间时,I L=0～1,土体处于可塑状态;粘性土根据液性指数可划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑五种软硬状态;土的结构和构造有三种基本类型：单粒结构、蜂窝结构及絮凝结构;影响土的击实压实特性的因素：含水量影响、击实功能的影响、土类及级配的影响;人工填土按组成物质分类：素填土、杂填土和冲填土三类;有效应力原理,即有效应力等于上层总压力减去等效孔隙压力；其中,等效孔隙压力等于孔隙压力与等效孔隙压力系数之积,等效系数介于0和1之间;饱和的有效应力原理：1体内任一平面上受到的总应力等于有效应力加之和；2土的强度的变化和变形只取决于土中的变化;压缩系数a1-2给土分类：1；a1-2< MPa-1 为低压缩性土；2 MPa-1≤a1-2< MPa-1 为中压缩性土；3a1-2≥ MPa-1 属高压缩性土;分层厚度抗剪强度指标的测定方法选用：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验、十字板剪切试验;剪切破坏面位置：抗剪强度指标c、φ值的确定：粗粒混合土的抗剪强度c、φ值通过现场剪切试验确定;地基破坏形式分为：整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏;荷载效应组合：1作用短期效应组合；2作用长期效应组合;地基基础方案类型：浅基础和深基础;浅基础进行稳定性验算内容：1.基础倾覆稳定性验算；2.基础滑动稳定性验算;摩擦桩的传力机理：大部分荷载传给桩周土层,小部分传给桩端下的土层水中基坑的围堰工程类型：土围堰、草麻袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰、地下连续墙围堰;桩基础组成：多根桩组成的群桩基础;桩按受力承载性状分类：竖向受荷桩、横向受荷桩、桩墩;桩基础按设置效应分类：挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩;桩基础按承台位置分类：高桩承台基础和低桩承台基础;我国主要的区域性特殊土类型：湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土;名词解释：土的颗粒级配：土中所含各粒组的相对含量,以土粒总量的百分数表示,称为土的颗粒级配;结合水：是指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面成薄膜状的水;土的重度：单位体积土的重力密度;土的饱和度Sr：土中水的体积与孔隙体积的比值;Sr=Vw/Vv×100%;土粒比重：土中固体矿物的质量与同体积4℃时纯水质量的比值;土的孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比用百分数表示称为土的孔隙率;n=Vv/V ×100%;土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比用百分数表示称为土的含水量;ω=m w/m s×100%;土的不均匀系数:是指工程上用来反映颗粒级配的不均匀程度的一个量用Cu或C C 表示;曲率系数：是反映土的粒径级配累计曲线的斜率是否连续的指标系数液限：土由可塑状态变化到流动状态的界限含水量称为液限或流限,用ωL表示; 塑限：土由半固态变化到可塑状态的界限含水量称为塑限,用ωp表示;塑性指数Ip：液限与塑限之差值定义为塑性指数Ip;Ip=ωL-ωp;土的结构：是指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列形式以及它们之间的连接特征;构造：是指土层的层理、裂缝和大孔隙等宏观特征,亦称宏观结构;触变性：粘性土结构遭到破坏,强度降低,但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性;灵敏度St:来衡量粘性土结构对强度的影响;最优最佳含水量：在一定的压实功能下使土最容易压实,并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优最佳含水量,用ωop表示;最大干密度：在一定的压实功能下使土最容易压实,并能达到最大密实度时的干密度称为土的最大干密度,用ρdmax表示;土的渗透性：土体本身具有连续的孔隙,如果存在水位差作用,水就会透过土体孔隙发生孔隙内的流动,这种具有被水透过的性能称为土的渗透性;达西定律：层流条件下,土中水渗透速度与能量水头损失之间关系的渗流规律,即达西定律;表达式：Q/t=q=kA△h/L=kAi或q/A=v=ki.q单位渗水量；i水力梯度或水力坡降,i=h1-h2/L；v=渗透速度；k土的渗透系数动水力：流动的水对单位体积土骨架作用的力,称为动水力;流砂流土现象：当动水力G D的数值等于或大于土的浮重度γ’时即向上的动水力克服了土粒向下的重力时,土体发生浮起而随水流动,这种现象称为流砂或流土;防治流砂的原则：治砂先治水;①减少或消除基坑内外地下水的水头差；②增长渗流路径；③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力此法多用于闸坝下游处;管涌：在地下水流动的水力坡降i很大时,水流由层流变为紊流,此时渗流力将土体粗粒孔隙中充填的细粒土带走最终导致土体内形成贯通的渗透管道,造成土体坍陷,这种现象称为管涌;基底附加应力：是指作用于地基表面的附加应力称为基底附加应力;地基：是由建构筑物荷载在土体中引起的应力增量称为地基;现象：是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围显着增大的现象;应力集中是指接头局部区域的最大应力值比平均值高的现象;在设计脆性材料构件时,应考虑应力集中的影响;在研究塑性材料构件的静强度问题时,通常不考虑应力集中的影响;角点法：法的实质是利用角点下的应力计算公式和应力推求地基中任意点的的方法,称为角;土的有效应力原理：控制饱和土体体积变形和强度变化的不是土体承担的总应力σ,而是总应力与水压力σw之差,即土骨架的应力;有效应力：土体产生压缩变形的有效因素,就是;孔隙水压力：土体中由所传递的压力称为压力;压缩模量：土体在完全侧限的条件下,竖向附加应力σz与其相应的应变增量εz 之比,称为土的压缩模量或侧限压缩模量,用符号Es表示;土的压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性;固结概念：土壤中由若干单粒粘结在一起形成为团聚体的一种;地基的固结度U：指地基在荷载作用下,经历时间t的固结沉降量Sct与最终沉降量Sc之比称为固结度,即Ut=Sct/Sc;固结时间因数：次固结沉降：指土中孔隙水已经消散,有效应力增长基本不变之后变形随时间缓慢增长所引起的沉降;土的抗剪强度:是指土体抵抗剪切破坏的极限能力;库仑定律：库仑定律阐明,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向在它们的连线上,同号电荷相斥,异号电荷相吸;库伦定律土压力理论：墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论;库伦公式：τf=σtanφ超固结土：指土体现有的上覆有效压力小于先期固结压力的土;是大于现有自重压力的土Pc>Po;剪胀性：由于在常规三轴压缩试验中,平均主应力增量在加载过程中总是正的,不可能是体积的弹性回弹,因而这种体应变只能是由剪应力引起的,被称为剪胀性;主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时,作用在墙背上的土压力称为主动土压力,一般用Ea表示;被动土压力：当挡土墙在外力作用下,向土体方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时,作用在墙背上的土压力称为被动土压力,一般用Ep表示;静止土压力：当挡土墙静止不动,墙后土体处于弹性平衡状态时,作用在墙背上的土压力为静止土压力,一般用Eo表示;地基承载力：是指地基承受荷载的能力;地基：将承受建筑物各种作用的地层称为地基;基础:将建筑物与地基接触的最下部分,也就是将建筑物的各种作用传递至地基的结构物称为基础;天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基;刚性基础：当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力, a-a断面不会出现裂缝,这时,基础内不需配置受力钢筋,这种基础称为刚性基础;柔性基础：是指用抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好的钢筋混凝土材料做基础;基底的核心半径：基底受压区范围的半径ρ=W/A ; W:相应于应力较小基底边缘截面模量A:基底截面积摩擦桩：在竖向荷载作用下,基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时,统称为摩擦桩;端承桩：在竖向荷载作用下,基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时,称为端承桩或柱桩;负摩阻力：当桩的周围土体因某种原因发生下沉,其沉降变形大于桩身的沉降变形时,在桩侧表面将出现向下的摩阻力;“M”法：考虑土的弹性抗力在地面或最大冲刷线处为零,随深度成直线比例增长的计算算法;挤土桩：在成桩过程中,造成大量挤土,使桩周围土体受到严重挠动,土的工程性质有很大改变的桩,挤土过程引起的挤土效应主要是地面隆起和土体侧移,导致对周边环境影响较大;这类桩主要有实心的预制桩,下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或振入的过程中都要将桩位处的土大量排挤开;刚性桩：当桩的入土深度h＜＝a 则桩的相对刚度较大;视为刚性桩;弹性桩：对αh>且计算σymax发生在y>h/3处的桩,可验算y=h/3处的σy;则也可以根据变形系数α判别,此时桩身抗弯刚度较小,此灌注桩判为弹性桩;群桩效应：摩擦型群桩基础受竖向荷载后,由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同,这种群桩不同于单桩的工作形状所产生的效应,称其为群桩效应;复合地基：是指天然地基在地基处理中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基;软土地基：强度低,压缩量较高的软弱土层.多数含有一定的有机物质;人工地基：经过人工加固或处理后的地基;淤泥质土：是指天然孔隙比小于但大于等于的粘性土;简答题：地下水在土中渗流速度的影响因素：答：1影响砂性土渗透性的主要因素有：颗粒大小、级配、密度以及土中封闭气泡；2影响粘性土渗透性的主要因素有：土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造以及土中气体;流砂定义及防治原则答：定义：当动水力G D的数值等于或大于土的浮重度γ’时即向上的动水力克服了土粒向下的重力时,土体发生浮起而随水流动,这种现象称为流砂或流土;防治流砂的原则：治砂先治水;①减少或消除基坑内外地下水的水头差；②增长渗流路径；③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力此法多用于闸坝下游处;动水力定义及影响因素答：定义：流动的水对单位体积土骨架作用的力,称为动水力；影响因素：简述地下水位变化对土中自重应力、地基沉降的影响;答：1当地下水位发生下降时,土中的自重应力会增大;地下水位下降后,新增加的自重应力会引起土体本身产生压缩变形;由于这部分自重应力的影响深度很大,故所引起的地面沉降往往是可观的;2地下水位上升时,土中自重应力会减小;地下水位的上升会导致基坑边坡坍塌,或使新浇筑、强度尚低的基础底板断裂;一些地下结构可能因水位上升而上浮; 基底压力的分布假设附加应力扩散特性地基附加应力分布特点是答：1、在地面下同一深度的水平面上的附加应力不同,沿力的作用线上的附加应力最大,向两边则逐渐减小;2、距地面愈深,应力分布范围愈大,在同一铅直线上的附加应力不同, 愈深则愈小;土的渗透系数对固结的影响答：试验表明,土在固结过程中其渗透系数随固结度的增大而逐渐减小,在相同的固结时间内,考虑土的渗透系数变化和不考虑土的渗透系数变化所计算得到的孔隙压力, 其值可相差达 2 倍以上;计算结果表明,考虑渗透系数随固结应力的变化,其表面沉降要比渗透系数保持不变的沉降量小,固结过程较慢,相应的固结时间要长;前期固结压力越大,表面沉降将越小,达到相同固结度时所需固结时间也越长;基础宽度对地基压缩层厚度影响什么是土的压缩性土体压缩变形的原因是什么答：土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性;原因：土的压缩变形主要是由于外荷载增加,导致地基中附加应力增加,导致地基土中产生附加的有效应力,有效应力导致土颗粒之间相互错动而产生压缩变形,孔隙水压力不引起压缩变形,但孔隙水压力转化为有效应力后会产生压缩变形;沉降计算经验系数ψs的影响因素按分层总和法计算地基的最终沉降量有那些基本假设和步骤答：基本假设： 1地基土是均质、的半无限线性体； 2地基土在外荷载作用下,只产生竖向压缩变形 , 侧向不发生膨胀变形；3采用基底中心点下的附加应力计算地基变形量;步骤：1、根据有关要求和土体性质进行地基分层；2、计算基底压力p及基底附加应力p0； 3、计算各分层面上土的自重应力σczi和附加应力σzi,,并绘制分布曲线；4、确定沉降计算深度Zn；5、计算各分层土的平均自重应力σczi=σcz i-1+ σczi/2和平均附加应力σzi=σz i-1+ σzi/2.并设p2i=σczi+σzi；6、计算各分层的变形量Δsi；7、计算地基最终沉降量s;太沙基一维固结理论的基本假设和适应条件答：固结理论的基本假设如下： 1. 土中水的渗流只沿竖向发生,而且渗流服从达西定律,土的渗透系数k为常数；2. 相对土的孔隙、土颗粒和土中水都是不可压缩的,因此,土的变形仅是孔隙体积压缩的结果,而土的压缩服从式a=-de/dp和式a≈tanα=Δe/Δp=e1-e2/p2-p1所表达的压缩定律；3.土是完全饱和的,土的体积压缩量同土孔隙中排出的水量相等,而且压缩变形速率取决于土中水的渗流速率;适应条件：荷载面积远大于压缩土层的厚度,地基中孔隙水主要沿竖向渗流;土渗透固结过程答：1土体孔隙中自由水逐渐排出；2土体孔隙体积逐渐减小；3由孔隙水承担的压力逐渐转移到土骨架来承受,成为有效应力;固结度影响因素地基最终沉降量构成无侧限抗压强度试验适用性及结果整理适用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度;三轴压缩试验按排水条件的不同的试验方法及选择答：三轴压缩试验按排水条件的不同,可分为：不固结不排水剪UU剪、固结不排水剪CU 剪、固结排水剪CD剪三种试验方法;当地基土的透水性和排水条件不良而施工速度较快时,可选用不固结不排水剪切试验指标；当地基土的透水性和排水条件较好而施工速度较慢时,可选用固结排水剪切试验指标；当地基土的透水性和排水条件及施工速度界于两者之间时,可选用固结不排水剪切试验指标当建筑物停工或竣工较久之后又突然加层,可选用固结不排水剪切试验指标;比较朗肯土压力理论与库伦土压力理论的基本假定和适用条件朗肯土压力理论基本假定：挡土墙结构,墙背竖直、光滑,其后填土表面水平并无限延伸;适用于墙背垂直光滑而墙厚填土坡度比较简单的情况;库伦土压力理论基本假设：挡土墙和滑动土契体视为刚体,墙后填土为无粘性砂土,当墙身向前或向后偏移时,墙后滑动土契体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动;适用于砂土或碎石填料的挡土墙计算,可考虑墙背倾斜、填土面倾斜以及墙背与填土间的摩擦等多种因素的影响;分析时,一般沿墙长度方向取1m考虑;墙后积水对挡土墙的危害答：1增加土体的重力,直接加大了侧压力倾覆力矩；2土颗粒间得到充分润滑而减少了土的粘聚力；3墙基础的滑动力也增加；4.使填土的抗剪强度降低,并产生水压力的作用,使作用在挡土墙上的侧压力增大,使挡土墙失稳;地基承载力定义及影响其大小的因素有哪些答：地基承载力是指地基承受荷载的能力;影响因素：1.地下水对承载力的影响；2.地基的破坏形式；3.地基土的强度指标；4.基础设计的尺寸；5.荷载作用;地基的加载变形过程p1/4公式的适用情况简单的无粘性土坡稳定性分析答：1无渗流作用时：无粘性土坡稳定性与坡高无关,仅取决于坡角β；2有渗流作用时,无粘性土坡稳定性系数约降低1/2;可以这么答：一般来说,无粘性土坡稳定性与坡高无关,只和坡角、土的内摩擦角有关,且只要坡角小于土的内摩擦角就稳定；当无粘性土坡有渗流时,除以上因素,还和土体本身的重度有关;粘性土坡稳定性分析中条分法的基本原理答：将混动土体划分为一条条的小块体,分别以各小块体为研究对象,考虑它们自身重力,体块间作用力,反土体对条块的作用力等等,这些力必须使各条块同时处于极限平衡状态,根据里的大小和方向列出方程组求解未知量,但要真正求出各未知量需作一定假设,对不同条分法有不同的假设;地基基础设计计算的原则答：1基础底面的压力小于地基承载力容许值；2地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；3地基及基础的整体稳定性有足够保证；4基础本身的强度、耐久性满足要求;基承载力修正系数为1k 和2k 的确定因素答：与土的类别、标准值、、、含水比有关;刚性台阶宽高比的决定因素相邻墩台间的不均匀沉降差值要求天然地基浅基础设计计算的主要内容答：1.确定基础埋置深度；2.拟定刚性扩大基础尺寸；3.验算地基承载力；4.基底合力偏心距验算；5.验算基础稳定性和地基稳定性；6验算基础沉降; 在地基基础设计中必须同时满足的条件答：为了保证建筑物的正常使用与安全,地基与基础必须具有足够的强度,稳定性和耐久性,变形也应在允许范围之内;基础的埋置深度应主要考虑的因素答：确定基础埋置深度应综合考虑以下因素:地基的地质和地形条件,河流的冲刷程度,当地的冻结深度,上部结构形式以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件,造价等因素;桩基础的特点及适用条件答：特点：设计正确,施工得当,承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀,耗用材料少、施工简便;适用条件：①荷载较大,地基上部土层软弱,适宜的地基持力层位置较深,采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；②河床冲刷较大,河道不稳定或冲刷深度不易计算正确的施工；③当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时；④建筑物承受较大的水平荷载的施工；⑤水位或地下水位较高施工；⑥地震区,在可液化地基中,采用桩基础可增加建筑物抗震能力;灌注桩的缺点答：1桩身质量不易控制,轻易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象；2桩身直径较大,孔底沉积物不易清除干净,因而单桩承载力变化较大；3一般不宜用于水下桩基;护筒的作用是答：1.固定桩位,并作钻孔导向；2.保护孔口,防止孔口土层坍塌；3.隔离孔内孔外表层水,并保持钻孔内水位高出施工水位,以稳定孔壁;泥浆的作用答：1.在孔内产生较大的静水压力,可防止坍孔；2.泥浆向孔外土层渗漏,在钻进过程中,由于钻头的活动,孔壁表面形成层胶泥,具有护壁作用,同时将孔内外水流切断,能稳定孔内水位；3.泥浆相对密度大,具有挟带钻渣的作用,利于钻渣的排出,此外,还有冷却机具和切土润滑作用,降低钻具磨损和发热程度;负摩阻力概念及产生的原因答：定义：当桩的周围土体因某种原因发生下沉,其沉降变形大于桩身的沉降变形时,在桩侧表面将出现向下的摩阻力;原因：1.在桩附近地面大量堆载,引起地面沉降；2.土层中抽取地下水或其他原因,地下水位下降,使土层产生自重固结下沉；3.桩穿过欠压密土层如填土进入硬持力层,土层产生自重固结下沉；4. 桩数很多的密集群桩打桩时,使桩周土中产生很大的超孔隙水压力,打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；5.在黄土、冻土中的桩,因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉; 中性点深度影响因素负摩擦桩轴力分布规律确定单桩竖向承载力最可靠的方法单桩竖向承载力定义及确定方法单桩轴向荷载传递机理和特点答：桩在轴向压力荷载作用下,桩顶将发生轴向位移沉降=桩身弹性压缩+桩底土层压缩之和置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的,当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作用的桩侧摩阻力;桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中,必须不断地克服这种摩阻力,桩身轴向力就随深度逐渐减小,传至桩底轴向力也即桩底支承反力,桩底支承反力=桩顶荷载—全部桩侧摩阻力;桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻力传递给土体; 土对桩的支承力=桩侧摩阻力+桩底阻力桩的极限荷载或称极限承载力=桩侧极限摩阻力+桩底极限阻力桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变形性态有关,并各自达到极限值时所需要的位移量是不相同的;弯矩计算公式参数含义旋转钻机按泥浆循环程序的分类影响群桩基础承载力和沉降的因素答：有：土的性质、桩长、桩距、桩数、群桩的平面排列和承台尺寸大小等因素;。
清华大学高等土力学复习题完整版
清华大学高等土力学复习题集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]高等土力学第一章土的物质构成及分类1蒙脱石和伊利石晶胞结构相同，但蒙脱石具有较大的胀缩性，为什么？2用土的结构说明为什么软粘土具有较大流变特性，原生黄土具湿陷性？3试述非饱和土中水的迁移特征及控制迁移速率的主要因素？4非饱和土中水的运移规律与饱和土中水的渗透规律有什么不同？试述非饱和土和饱和土中孔隙水迁移规律的异同点？5X射线衍射法是怎样分析粘土矿物成份的？6粘土表面电荷来源有哪几方面利用粘粒表面带电性解释吸着水（结合水）形成机理7非饱和土中土水势以哪种为主如何测定非饱和土的土水势大小8非饱和土中的土水势主要由哪个几个部分组成非饱和土中水的迁移速率主要与哪几种因素有关9请用粘性土的结构解释粘性土具有可塑性而砂土没有可塑性的机理。
10试简明解说土水势的各分量？11土的结构有哪些基本类型各有何特征12分散土的主要特征是什么为什么有些粘性土具有分散性13粘性土主要有哪些性质，它们是如何影响土的力学性质的？14为什么粘土颗粒具有可塑性、凝聚性等性质，而砂土颗粒却没有这些性质？15非饱和粘性土和饱和的同种粘性土（初始孔隙比相同）在相同的法向应力作用下压缩，达到稳定的压缩量和需要的时间哪个大，哪个小，为什么？16粘土的典型结构有哪几种，它们与沉积环境有什么联系，工程性质方面各有何特点？17粘性土的结构与砂土的结构有什么不同？18为什么粘性土在外力作用下具有较大流变特性？19粘土矿物颗粒形状为什么大都为片状或针状，试以蒙脱石的晶体结构为例解释之。
第二章土的本构关系及土工有限元分析1中主应力对土体强度和变形有什么影响？分别在普通三轴仪上和平面应变仪上做试验，保持σ3为常量，增加σ1－σ3所得应力应变关系曲线有何不同所得强度指标是否相同2屈服面和硬化规律有何关系？3弹塑性柔度矩阵[C]中的元素应有哪三点特征？4剑桥弹塑性模型应用了哪些假定欲得到模型参数应做哪些试验5广义的“硬化”概念是什么什么叫硬化参数6什么是流动规则什么叫塑性势流动规则有哪两种假定7弹塑性模型中，为什么要假定某种型式的流动法则，它在确定塑性应变中有何作用？8根据相适应的流动规则，屈服面和塑性应变增量的方向有何特征？9试解释为什么球应力影响塑性剪应变？10什么叫土的变形“交叉效应”“交叉效应”对土的刚度矩阵[D]或柔度矩阵[C]有何影响？11什么叫应力路径什么叫应力历史试结合图示说明它们对土的变形的影响12什么叫土的“各向异性”考虑“各向异性”对土的刚度矩阵[D]或柔度矩阵[C]有何影响？13哪些因素影响土的变形或土体变形有哪些特征14什么叫剪缩什么叫剪胀什么样的土表现为剪胀，怎样的土表现为剪缩邓肯双曲线模型能否反映剪胀，剪缩为什么修正剑桥模型能否反映15试结合图示描述线弹性、非线性、弹塑性的应力应变关系（有图）16试解释为什么剪应力影响塑性体应变？17试解释为什么球应力影响塑性剪应变？18增量形式非线性弹性模量是如何定义的？19增量形式非线性泊松比是如何定义的？20什么叫回弹模量什么条件下用之21围压对土的变形和强度有何影响？22什么叫屈服轨迹？试在p-q平面绘出“开口型”和“帽子型”屈服轨迹？23试用屈服面理论说明加载、卸载和中性变载情况？24什么叫破坏准则什么是破坏面25什么叫屈服准则什么叫屈服函数什么叫屈服面有哪两种类型的屈服面各有何特点在反映土体变形特性方面有何不同屈服面和硬化规律有何关系26土的弹塑性模型包含哪几方面的假定各有何意义27用普通三轴仪如何做试验来说明剪应力会引起土体的体积应变这种体积应变是弹性的，塑性的，还是包含弹性和塑性两部分为什么28初始应力状态σ1＝40Kpa,σ3＝15Kpa,加荷后达到σ1＝45Kpa,σ3＝25Kpa。
土力学课后习题答案(清华大学出版社)
三角形荷 载p K 0.5 0.498 0.498 0.441 0.378 0.321 0.275 0.239 0.21 0.153
16.8
σ 8.4 8.3664 8.3664 7.4088 6.3504 5.3928 4.62 4.0152 3.528 2.5704
水平附 加应力
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
故单位时间内抽水量为 1.875*10 6 m3 / s
2-5：解：
sat
Gs e
w
Gs
e ，而 icr
1e
1e
Gs 1 1e
i cr Gs e (1 e) Gs e 1
1e
1e
sat 1
又
sat粘土
sat砂层 ，故只考虑 sat粘土 就可以
i cr
sat粘土 1 2.04 1 1.04g / cm3
3-2：解： 偏心受压：
e 0.2m
p 6e
pmax
(1 )
BB
pmin 61.6kN
700 6*0.2
(1
)
10
10
78.4kN
由于是中点，故 Fs
H cos tan Fc 1.097 H sin J
z(m)
0.1 1 2 4 6 8 10 12 14 20
n=z/B
0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8
1-4： 甲：
I p wL wP 40 25 15 设 Vs 1则 ms s * Vs 2.7g mw 2.7*30% 0.81g 又因为 Sr 100%
VV mw 0.81
w
ms mw 2.7 0.81 1.94g / cm3 Vs Vw 1 0.81 g 19.4KN / m3
【精品课件】土力学与地基基础完整版 全套ppt
1925年，太沙基归纳发展了以往的成就，发表了《土 力学》一书，接着，于1929年又与其他作者一起发表了 《工程地质学》这些比较系统完整的科学著作的出现， 带动了各国学者对本学科各个方面的探索。从此，土力 学及地基基础就作为独立的科学而取得不断的进展。时 至今日，土建，水利、桥梁、隧道、道路、港口、海洋 等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研 究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各 专业岩土问题的共同性，已融合为一个自成体系的新专 业—“岩土工程”。 它的工作方法就是：调查勘察、试验测定、分析计算、 方案论证，监测控制、反演分析，修改定案；
“第四纪沉积物(层)”或“土”。 五、第四纪沉积物(层) 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律 和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。 (一)残积物、坡积物和洪积物 1、残积物 残积物是残留在原地未被搬运的那 一部分原岩风化剥蚀后的产物，而 另一部分则被风和降水所带走。 2、坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢 地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡 上而形成的沉积物。
Байду номын сангаас
为地壳的上拱和下拗，形成大 型的构造隆起和拗陷：水平运 动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱 和断裂．地壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地 球表面的基本形态。 3)变质作用：在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩 (原来生 成的各种岩石)在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生 成分、结构、构造变化的地质作用。 (2)外力地质作用： 由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它 包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、 生物等的作用。 1)风化作用：外力(包括大气、水、生物)对原岩发生机械破 碎和化学变化的作用。 2)沉积岩和土的生成：原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪 水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等
桩基础国内外研究现状
桩基础国内外研究现状
桩基础是土木工程中常用的基础形式，其研究涉及地质、土力学、结构力学等领域。
国内外学者对桩基础的研究取得了很多进展，主要包括以下几个方面：
1. 桩基础的设计和施工技术：国内外研究人员通过大量的实验
研究和工程实践，提出了各种桩基础的设计和施工方法，如钻孔灌注桩、挤密桩等，同时也对桩基础的受力性能和变形特性进行了深入研究。
2. 桩基础的荷载机理：国内外研究人员对桩基础的荷载机理进
行了深入研究，包括桩的承载力、桩与土体的相互作用等，建立了一系列桩基础的分析模型和计算方法，为桩基础的设计提供了理论基础。
3. 桩基础的可靠性研究：国内外研究人员通过实验模拟和现场
观测等方法，对桩基础的可靠性进行了研究，探讨了桩基础的损伤机理和失效模式，为提高桩基础的可靠性提供了技术支持。
4. 桩基础的新材料应用：近年来，新型材料的应用为桩基础的
研究和应用带来了新的机遇和挑战。
国内外研究人员利用新型材料如高性能混凝土、纤维增强材料等，提高了桩基础的承载力和抗震性能，为桩基础的实用化应用提供了新的途径。
总的来说，桩基础的研究是一个不断发展的领域，国内外学者在桩基础的设计、荷载机理、可靠性和新材料等方面进行了广泛深入的研究，为桩基础的实用化应用提供了重要的理论和技术支持。
- 1 -。
清华大学版土力学课后答案详解
e VV hV 0.89 0.8 Vs h 1.11
1-8 ： 甲： I L
w wp wL wp
45 25 1.33 40 25
流塑状态
乙： I L
w wp wL wp
20 25 40 25
0.33
坚硬（半固态）
I p wL wp 15 属于合作天然地基
则可得： d 1.78g / cm3
d min 1.46g / cm3
1-7 ： 设 S=1 ， 则 Vs Sh h 则压缩后：
ms VsGs 2.7h mw msw 2.7h *28%
则 Vw mw 2.7h *28%
w
Vs Vw 2.7h *28% h 1.95 则 h 1.11cm
hV 2.0 1.11 0.89cm
1-9 ：
A甲
I p甲
P0.002甲
53 36 55
0.31 0.75
属非活性粘土
A乙
I p乙 P0.002乙
70 35 1.3 1.25 27
属活性粘土
乙土活动性高，可能为伊利石，及少量的高岭石，工程性质乙土的可能较
精彩文案
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2-1 解：
第二章
根据渗流连续原理，流经三种土样的渗透速度
v 应相等，即 vA vB vC
7
85000m3
1-4 ： 甲：
I p wL wP 40 25 15 设 Vs 1则 ms s * Vs 2.7 g mw 2.7*30% 0.81g 又因为 Sr 100%
VV mw 0.81
w
ms mw 2.7 0.81 1.94 g / cm3 Vs Vw 1 0.81 g 19.4 KN / m3
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2 桩侧摩阻力
单位侧摩阻力qs的分布
N
S0 S0
Q
qs
qs
Sp
Sp 各点位移
轴向力N
侧摩阻力 u为桩的周长
N+
dN dz
dz
qs=
1 u
dN dz
dz
桩的承载机理
Q/kN
一 竖向受压桩承载力机理
竖向承载力的组成
Q= Qs + Qp Qu= Qsu + Qpu
•摩阻力所需位移很小 •端阻力需要较大位移; •不同阶段二者分担比不同 •影响承载力的因素：土类、土性、成桩工艺
《土力学2》第六章
桩基础
Pile foundation
本章主要内容
• 桩的功能及类型 Pile foundation • 桩的承载机理 Mechanism • 单桩承载力 Capacity of a single pile • 桩基础设计 Design of pile foundation
桩的功能及类型
摩擦桩 P
s
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法 1） 预制桩 Prefabricated pile 2） 现场灌注桩 Cast in place
挤土桩 非挤土桩
预制桩
离心,预应力, 工厂
入 气锤打入
桩 方
振动沉桩
法 静压桩
引孔,部分挤土, 不引孔,挤土桩
现场灌注桩
经济,灵活 泥皮,虚土,断桩
Q
Qs
Qp
桩的承载机理
第2节 桩的承载力机理及确定方法
Bearing capacity of a single pile
一 竖向受压桩承载力机理
桩基础的作用是将荷载传递到下部 土层，通过桩与桩周土的相互作用 进行的 1 竖向承载力的组成
Q = Qs+Qp Qu = Qsu+Qpu
Qs 桩侧摩阻力 Skin, Shaft friction Qp 桩端阻力 Point,end resistance
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
非挤土桩
人工挖孔桩
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
非挤土桩
广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
桩的功能及类型
三 桩的t in place
三 桩的分类
Tip resistance(端承力), Skin friction(侧摩阻力)
5 按荷载传递方式 重点
1) 按竖直荷载分：端承桩、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩
Q = Qp+Qs
端承桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬
摩擦桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长,
P
P
s 端承桩
（3）水泥浆渗入土中使桩表面粗糙 使 qs增加
挤土桩
非挤土桩
桩的侧摩阻力
一 竖向受压桩承载力机理
2 桩侧摩阻力 砂土比粘土侧摩阻大，密实土比松散土摩阻大
qs 随着深度增加,砂土中存在临界深度
摩阻力的时效性 超静孔隙水压力消散，土的触变性
挤土桩 （1） 挤密 （2） 残余应力 使qs增加
非挤土桩 （1）泥皮 （2）应力松弛 导致qs减少 （3）水泥浆渗入土中使桩表面粗糙 使 qs增加
人工挖孔
成 螺旋钻
孔 方 法
正反循环—地下水下泥浆护壁 冲击,夯扩,爆破
沉管灌注
浇 水上
注 法
水下 其他
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法 1） 预制桩 挤土桩
接桩
振动沉桩 预制桩长1－13m
桩的类型
三 桩的分类
6 按施工方法 1） 预制桩
离心预应力预制钢筋混凝土
桩的功能及类型
三 桩的分类
桩侧摩阻力-施工
一 竖向受压桩承载力机理 2 桩侧摩阻力 施工因素 低塌落度混凝土
承压水
桩的承载机理
一 竖向受压桩承载力机理
3 桩的端承力 常作为基础承载力问题
很小
qpu= bN /2+ cNc + qNq
qpu= cNc + qNq
太沙基
梅耶霍夫
(1)很难达到整体破坏 (2)端承力与深度有关 (3)存在临界深度
Q
Qs
Qp
桩的承载机理
Q/kN
一 竖向受压桩承载力机理
1 竖向承载力的组成
Q = Qs+Qp Qu = Qsu+Qpu
Qs 桩侧摩阻力 Skin, Shaft friction Qp 桩端阻力 Point,end resistance
对于摩擦为主的桩 •摩阻力所需位移很小 •端阻力需要较大位移; •不同阶段二者分担比不同
Q Qs
Qp
Q Qs
Qp S/mm
桩的承载机理
一 竖向受压桩承载力机理
桩的竖向承载力发挥的特点
上部
• 随着荷载增加，桩身上部侧阻力先
于下部侧阻力的发挥
侧
• 一般摩擦桩，侧阻力先于端阻力发
阻
挥，侧阻发挥的比例明显高于端阻
下部
力
• 对于长桩，即使桩端土很好，工作
荷载下端阻力也很难发挥。
端阻力
桩的承载机理
钻扩桩
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
挤扩桩（支盘桩）
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
挤扩桩（支盘桩）
桩的功能及类型
三 桩的分类
1 按承台
承台:将几个桩结合起来传递荷载
Q Qs
Qp S/mm
桩的侧摩阻力
一 竖向受压桩承载力机理 2 桩侧摩阻力 桩的侧摩阻力影响因素 土类、土性、成桩工艺
n=K z qs= n tg
K 土的侧压力系数，随深度增加, 砂土中存在临界深度
土与桩之间的摩擦角
z (m)
qs kPa
临界深度 qs 接近常数
桩的侧摩阻力
一 竖向受压桩承载力机理 2 桩侧摩阻力
英国
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
爆破扩底桩
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
内夯式扩底桩
钢筋笼
碎石
混凝土
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
非挤土桩
螺旋钻
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
沉管螺旋钻孔灌注桩
非挤土桩
粘性土 砂性土
桩的功能及类型
三 桩的分类
6 按施工方法
1） 预制桩
2） 现场灌注桩 Cast in place
人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法）
0.6-0.9 m
非挤土桩
• 单桩承载力 Capacity of a single pile
竖向承压桩承载力=摩阻力+端阻力
确定单桩承载力的方法
抗拔桩及负摩擦力
桩的承载机理
第2节 桩的承载力机理及确定方法
Bearing capacity of a single pile
一 竖向受压桩承载力机理 二 竖向受压桩承载力确定方法 三 水平荷载作用下桩的承载力
2 材料 3 形状 4 承载机理 5 按尺寸 6 施工方法
竖向受压桩 • 摩擦桩 竖向抗拔桩 • 端承桩 Q = Qp+Qs kN 水平承载桩
• 挤土桩 (打入预制桩) • 非挤土桩 (现场钻孔)
• 桩的承载机理主要内容 可能破坏形式： 超过单桩承载力产生过大位移 超过实体深基础承载力产生过大位移
摩阻力的时效性 预制打入桩 超静孔隙水压力消散,土的触变性
饱和软粘土
预制桩静载试验前 砂土中桩要静置7天 粘性土中静置15天 软粘土中静置25天
桩的侧摩阻力
一 竖向受压桩承载力机理 2 桩侧摩阻力
挤土桩 （1） 挤密 （2） 残余应力 使qs增加 非挤土桩 （1）泥皮 （2）应力松弛 导致qs减少
桩的承载机理
一 竖向受压桩承载力机理
3 桩的端承力 土的极限端阻力影响因素 与土性有关 存在临界深度 与施工方法有关
桩端充填粉土