土力学与地基基础专科.doc

土力学及地基基础教学大纲适用于建筑工程技术专科理论教学内容绪论土力学与地基基础课程简介。正确处理土力学与地基基础问题的重要性。本课程的特点和学习要求。土的物理性质与工程分类土的概念与基本特征。土的生成。土的组成。土的三相量比例指标。无粘性土的密实度。粘性土的稠度。土的压实原理。地基土（岩）的工程分类。土中应力计算土中应力形式。土中自重应力。基底压力。土中附加应力。地基变形计算土的压缩性。地基最终变形计算。地的渗透性与渗透变形。饱和粘性土的单向渗透固结理论。建筑物沉降观测与地基变形容许值。土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与极限平衡理论。土的剪切试验。土的剪切特性。地基破坏过程及按塑性区发展范围确定地基承载力。按极限荷载确定地基承载力。土压力及土坡稳定挡土墙的作用与土坡的划分。挡土墙的土压力类型。朗肯土压力理论。库仑土压力理论。特殊情况下的土压力计算方法。挡土墙的设计。土坡稳定分析。地基勘察地基勘察的基本概念。地基勘察方法。地基勘察报告书。验槽。天然地基上的浅基础设计基础的划分。基础材料。浅基础的类型及构造。基础埋置深度的选择。地基承载力的确定。浅基础的设计与计算。上部结构、基础和地基共同作用的概念。减轻不均匀沉降的措施。桩基础及其他深基础桩基础的应用范围。桩的类型。单桩竖向承载力的确定。群桩承载力计算。单桩水平承载力。桩及桩承台的设计与计算。其他深基础。地基处理地基处理的基本概念。换填法。预压法。强夯法。挤密桩法。化学加固法。加筋法。托换法。大纲说明课程的性质和任务本课程包括土力学（专业基础课）和基础工程（专业课）两部分，是建筑工程类专业的一门主课，它的理论性和实践性都很强。本课程的主要任务是：学习土力学的基本原理和概念，运用这些原理和概念，结合有关结构设计理论，分析和解决地基基础问题。课程的基本要求1. 土力学是本课程的理论基础，要求掌握土力学中土的物理性质、地基的应力、变形、抗剪强度、地基承载力和土压力的基本概念、基本理论和计算方法。2. 根据建筑物的要求和地基勘察资料，会选择一般地基基础方案。3. 运用土力学的原理进行一般建筑的地基基础设计。课程内容说明1、绪论建立土力学、地基、基础的基本概念。了解本课程的特点和在本专业中的地位，了解本学科的学习方法及发展概况。2、土的物理性质和地基土工程分类重点：土的三相指标，土的物理特征和地基的工程分类。必须掌握土的物理性质指标（三相指标和判别土的物理特征的指标）的定义、测定、换算和应用，熟悉地基土的工程分类方法。了解粒径级配对无粘性土性质的影响。3、地基的应力和变形重点：矩形和条形荷载面积下的附加应计算。土的压缩性及其指标的确定和最终沉降量的计算。熟练掌握土的自重力计算，基底附加压力的计算，运用角点法计算地基中的附加应力。用固结试验测定土的压缩性指标，按分层总和法和规范法计算最终沉降量。能够正确使用教材给出的图表计算附加应力。了解地基中附加应力分布规律和载荷试验确定变形模量的方法，了解土的应力历史对土的压缩性的影响。掌握土的渗透规律、有效应力原理，了解饱和土在固结过程中土的骨架和孔隙水对压力的分担作用及变形和时间的关系。4、土的抗剪强度与地基承载力重点：抗剪强度定律，土的极限平衡条件。抗剪强度指标的测定和取值方法。正确理解土的抗剪强度定律和极限平衡条件。应掌握用直剪仪和三轴仪测定土抗剪强度指标的方法。正确理解排水条件对确定饱和粘性土的抗剪强度指标的影响。明确地基临塑、临界荷载、极限荷载的意义及应用，对其计算公式推导过程只作一般了解。5、土压力、地基土坡稳定重点：朗金土压力的概念，并应掌握静止土压力与主动土压力的计算方法，会设计重力式挡土墙。对其它类型挡土墙只作一般了解。土坡稳定要求一般了解。6、工程地质勘察学会阅读使用工程地质报告。7、浅基础设计重点：地基承载力的确定，基础底面积确定。掌握地基基础设计三原则，建筑物的安全等级，地基变形特征值。浅基础的类型和适用条件；基础埋置深度的选择；熟练掌握用规范确定地基承载力的方法和步骤；基础底面尺寸的确定；软弱下卧层地基承载力的验算。8、桩基础和深基础重点：单桩轴向承载力的确定和桩基础设计，特别是群桩中的单桩承载力的验算。了解基础的类型及适用条件，掌握确定单桩竖向承载力的方法。掌握负摩擦力和群桩承载力的概念。9、软弱地基处理了解软弱地基的特性及常用处理方法。习题课和课外习题各教学班的辅导教师应对重点章节（如第一章、第二章、第三章、第四章、第五章、第七章、第八章）适当安排习题课，并检查学生课外习题完成情况。土工试验掌握所作试验的原理和方法，写出试验报告。大纲中的密度、含水量试验可结合液、塑限试验、直剪试验或固结试验进行，本课程只做三次试验（液塑限试验、直剪试验或固结试验）。学时分配章 节面授课时自学课时习 题备 注绪论12第一章土的物理性质与工程分类571，2，6，7第二章土中应力计算451，4，7第六节不作要求第三章地基变形计算451，2，3，4第四章土的抗剪强度与地基承载力561，2，3，5第五章土压力及土坡稳定561，2，5第六章地基勘察2.54第七章天然地基上浅基础设计571，5，6第八章桩基础及其他深基础571，2第十章地基处理2.53总复习1土力学地基基础练习题（一）（专科）一、 填充题1、最常见的三种黏土矿物是 、 和 、其中 是最亲水且膨胀性很强的不稳定矿物。2、反映土颗粒级配好坏的参数是 ，它是 与 的比值，工程上常将 的土看作级配良好的土。3、黏性土是指 的土，它又可分为 和 两个亚类，前者是指 的土。4、在一定的夯击能量下，使得土最易压实并能达到最大密实度时的含水量称 ，相应土的干重度称 。5、当垂直向上的渗透力等于土的 时，土的 消失，土颗粒处理悬浮状态，开始发生 。6、饱和粘性土的三轴剪切试验按排水条件可分为 、 和 试验三种。7、天然土层在形成历史上受到过的最大固结压力称 ，当它大于现有土的上覆有效土压力时，该土称 。8、倒梁法计算柱下条形基础的内力使用条件是在 的基础上，上部结构刚度 ，荷载分布 ，且条形基础梁的高度 。如不符合上述条件，则应采用 。二、 判断题1、 甲土的饱和度比乙土高，所以甲土的含水量比乙土高。2、 挡土墙后面填土越密实，作用在挡土墙上的主动 土压力越小，被动土压力越大，而挡土墙背越粗糙，作用在挡土墙上的主动土压力越大，被动土压力越小。3、 在进行建筑物地基变形验算时，荷载取标准值，不考虑荷载，但应考虑地震作用。4、 当=0时，剪切破坏面是最大剪应力作用面。5、 震动水冲法提高饱和松沙的抗震液化能力的机理是：a ）振动使饱和松动砂强行挤密；b ）碎石桩形成排水通道，有效地加速空隙水压力的消散；c ）振冲使砂基产生预振效应，有利于提高抗液化能力。土力学地基基础练习题（二）一、 填空1、工业与民用建筑工程勘察一般分为 、 和 三个阶段，在需要时还可进行 。2、常用的土的颗粒分析方法是 法和 法，其中后者适用于 的颗粒。3、三种代表性的黏土矿物是 、 和 ，其中 的比表面积最小。4、某土的空隙比e=0.70，则其孔隙率为 。5、判定砂土密实程度的指标有 、 和 。6、土力学中有效应力原理可归纳为（1） ，（2） 。7、地基沉降一般包括 沉降、 沉降和 沉降三部分，其中 沉降由土中水的排出所产生。8、三类挡土墙土压力中， 土压力值最大，产生 土压力所需的墙位移最小。9、无粘性土坡的稳定条件是 。10、地基计算的原则是 和 和 。11、对刚性基础，其台阶的宽高比应 。二、 问答题1、 试述塑性界限荷载P1/4的基本理论，它与哪些参数有关；2、 试述倒梁法的计算方法三、计算题1、欲制备一直径d=3.8m，长度l=8cm的饱和粘土圆柱试验，其含水量为25%，假定土粒的相对密度ds=2.70，求需要用干土和水各多少。2、某矩形均布荷载角点下4m深处点的附加应力z为20kPa，求中心点以下2m深处点的附加应力z值，要求说明求值的方法。3、在无限大均布荷载作用下，压缩土层的平均孔隙比由eo=0.889减到e1=0.702，土层厚5m，求最终压缩量？如果一年后土中孔隙水应力平均消散70%，求一年以后的沉降量St=1年。4、砂土中一点的大、下主应力分别为1=500kPa和3=180kPa，其内摩擦角=36，求：（1） 最大剪应力和最大剪应力作用面上的法向应力值；（2） 此点是否已达极限平衡状态？为什么？（3） 如果未达极限平衡，假定1不变，3应为多少才能达到极限平衡？5、用Rankine土压力理论计算图示挡土墙的主动土压力，绘出主动土压力强度分布图，并求出总土压力的大小和作用点。 C=25kPa =26 =20KN/m3 6m土力学地基基础练习题（三）一、 填充题1、单桥静力触探试验提供的指数是 ，双桥静力触探试验提供的指标是 和 。2、对经常承受 荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在 的建筑物和构筑物，应该验算地基的稳定性。3、为避免地表自然和人为的影响，浅基础的埋深不应小于 cm ，基础顶面应低于室内外地面不小于 cm。4、扩展式基础通常是指 基础和 基础；浙江的无筋扩展基础常用材料有 基础和 基础（要求写出两种）。5、砌体承重结构的地基特 变形值是 ；而高耸结构基础的主要特征变形值是 6、沉降缝设置在 、 、 部位。7、为减少不均匀沉降的影响，可拉开相邻建筑物间的净距，对于影响建筑物应考虑 ，对于被影响建筑物，则应考虑 。8、上部结构的刚度越大，调整地基变形的能力 ，在上部结构内部会产生 ，此时上部结构构件应满足 要求。9、支承在非岩土类土层中承受负摩擦阻力的桩，随着时间的推延，其中性点位置 ，作用在桩身上的负摩擦阻力 。10、做桩身埋设量测元件的单桩静载荷试验，测得该桩的极限荷载为1920KN，相应的总桩侧摩擦阻力为625KN，则总桩端阻力为 KN，该桩为 型桩。二、 选择题1、 为减少地基不均匀沉降的影响，a）只能增加上部结构的刚度， b）只能减少上部结构的刚度， c）视不同情况可以增加上部结构刚度，也可以减少上部结构刚度。 （ ）2、 按建筑桩基技术规范JGJ9494，对于桩侧可能产生负摩擦型桩基，在验算桩的承载力时，a）将中性点以上的摩擦阻力视为零， b）不考虑负摩擦力的影响， c）应考虑负摩擦阻力引起的下拉荷载。 （ ）3、 交叉条形基础节点荷载的简化分配方法中，力矩荷载常常不分配，由作用力向上的地基梁承受。此时： a）另一方向的梁可以不考虑扭距作用， b）另一个方向的梁仍应考虑扭距作用，按计算配置抗扭钢筋， c）另一方向的梁仍应考虑扭距作用，按构造设置抗扭钢筋。 （ ）4、 支承在岩基上的端承型桩，你认为 a）采用比较大直径好， b）采用较小直径好，c）两者无区别。（ ）土力学地基基础练习题（四）一、填空题1、地基计算的原则 、 和 。2、粘性土是指 的土，它又可分为 和 两类。3、有两种土，土A的IP=20，土B的IP=4，那么土 的粘粒含量相对较高。4、当垂直向上的渗流力等于土的 时，土的自重应力消失，土粒处于悬浮状态，这种现象为 。5、位于土质地基上的高层建筑，由于竖向荷载大，其基础埋深应随建筑高度而适当 ，才能满足稳定性要求。二、选择题1、利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标。如不均匀d10系数Ku定义为（ ）（1）d302/d10.d60 （2）d302/.d60 （3）d60/ d102、土的最主要的构造特征是 （ ）（1）成层性 （2）裂隙性 （3）孔洞性3、某黏土的塑性指标IP=21，其天然含水量w=39%，塑限含水量Wp=42%，则该黏土处于（ ）（1）可塑状态 （2）软塑状态 （3）流塑状态4、土的天然重度r=18KN/m3，从土层深度5m处取样，试验得到土的前期固结压力是108kPa ，则该土为 （ ）（1）超固结土 （2）正常固结土 （3）欠固结土5、对于膨胀土而言，当土中水分聚集时，土体将（ ）（1）膨胀 （2）收缩 （3）不变形6、有一种土，其压缩系数a1-2=0.3Mpa-1，此土为 （ ）（1）低压缩性土 （2）中压缩性土 （3）高压缩性土三、以直径为75mm，长度为50mm,的环状取土器切取土样，测得土样的重量为317.9克，干土重量为224.4克，土粒比重Gs=2.65，试求天然容器，含水量、干容重，孔隙比及饱和度。 （ ）四、某饱和淤泥质黏土层厚5m，上下均是砂层，假定在建筑物荷载下该土层的平均孔隙比由1.085减少到0.854，求该淤泥质粘土层的粘土压缩量S，若一年后该土层的压缩量为27.7cm，问该土层的固结系数Cv是多大？五、有砼挡土墙，墙后填土和填土图作用超载q，如图所示，砼挡土墙的重度G=24kN/m2。求（1）画出作用在墙背上的Rankine主动土压力分布图 （2）验算挡土墙的稳定性 1m q=20kN/m2 2m =18Kn/m3 C=30kPa =204m 3m七、如图所示承受中心荷载的柱下扩展基础，其地基持力层为粉土，试确定持力层的承载力。（按规范法计算）（度）MrMqMc220.613.446.04240.803.876.45261.104.376.90承载力系数Mr、Mq、Mc 1.8m 0.7m 1.8m2.8m sat=18.9kN/m2 ； Ck=1.2kPaE=1.120； k=23土力学地基基础练习题（五）一、 填空题1、为施工土设计服务的勘察阶段是 勘察，当施工中发现地基土情况与勘察报告有出入时，可以进行 勘察。2、贯标试验提供的试验指标称为 ，用英文大写字母 表示，它是将63.5kg的穿心锤击标贯器使之贯入土层每 cm的击数。3、用架空地坪代替厚填土、设置中空的地下室是采用 原理，在理论上，当建筑物荷载等于被挖取的土重时，建筑物的沉降量为 ，实际过程中，则应考虑由 引起的沉降。4、上部框架相对于基础的刚度很大，各框架柱的沉降量基本相等，此时在柱下条形基础或者筏板基础计算时可将框架柱视为基础的 ，上部框架相对于基础的刚度很小，则应将框架柱视为作用在基础上的 。5、按挤土程度分类，开口管桩是 桩，但应注意 效应可能使挤土量大大增加。二、 计算题1、 有墙下条形基础采用砖大防脚基础（二、一间隔收）和浆砌块石基础（M5砂浆）组合如图，基础埋深为1.5m，墙为一砖墙，在荷载效应标准组合下传至大放脚顶面的荷载为Fk=230kN/m，地基土为均匀粉土，=19kN/m3、fak=140kPa，b=0.3、d=1.5，浆砌体石基础的允许宽高比为1：1.5。要求：计算条形基础宽度；在图中尺寸线上注明适合尺寸（以mm注）。土力学地基基础练习题（六）一、填空题1、 某砂土的天然孔隙比e=0.825，室内试验得到的最大、最小孔隙比分别是max=1.025、min=0.700，已知地震烈度为8度时砂土的临界相对密度为70%，则该砂土的相对密度为 ，在地震烈度8度时 液化。2、 粘粒含量较多的粘性土，土中结合水的可能含量较 ，当粘粒含量相同时，高岭石粘土比蒙脱石的可能结合水含量 。3、 Darcy定律的表达式可写为 ，该式适用于 范围，而对粘性土一般认为存在一个 。4、 反映土结构性的指标为 ，可定义为 与 之比。5、 严重超固结土的土样做剪切试验，如果剪切是在排水条件下进行，则剪切破坏时土样体积 ；如果剪切是在不排水条件下进行，则剪切破坏时土样中产生 。6、 土的压缩模量与变形模量的区别是前者 ，变形模量与弹性模量的区别是前者 。7、 Prandtl极限承载力公式是根据地基的 破坏模式导的，其推得的滑移线场的三个区分别是 区， 区和 区。8、 边坡稳定分析中的圆弧滑动面的简单条分法中，对条间力的考虑是假定 。二、选择题1、硬素粘土下存在淤泥质黏土层，当建筑物基底附近压力作用在硬塑粘土上时，下述说话中对的是（ 下卧土层顶面附加应力大于均匀淤泥质粘土层；下卧土层顶面附加应力小于均匀淤泥质粘土层；下卧土层顶面附加应力等于均匀淤泥质粘土层）。2、对同一种土样做直剪快剪试验和三轴不排水剪切试验，试验结果相差最小的土类是（ 黏土， 粉土， 粉砂， 粉质粘土）。3、在以下土类中，最易发生发生振动液化的土是（ 饱和疏松粉砂； 非饱和粉土； 软塑的粉质粘土； 饱和疏松中砂； 中密的砾石）。三、判断题（在题后的括号内打或，每题3分）1、 在加荷速度很快、地基土排水条件很差时应该采用总应力法求土强度；在加荷速度很慢、地基土排水条件很好的情况下应该采用有效应力法求土的强度。（ ）2、 三类挡土墙土压力中，最不易充分发挥出来的是被动土压力，因此在实际工程中，常常将被动区的土压力折减考虑。 （ ）3、 成层土的渗透性由渗透性最大的土层控制，因此基坑的阻水帷幕最好能隔断整个透水好的土层，进入不透水土层一定深度。 （ ）四、计算题1、 某天然土体积为1500cm3，质量为2400g，完全烘干后的质量为1840g，如已知土粒的相对密度为2.70，求该土块的孔隙比和饱和度？2、 某土样的天然含水量19.3%，液限含水量40.2%，塑限含水量21.3%，按岩土工程勘测规范的规定确定该土的名称和状态。3、 某粘土层中取样在周围压力60kPa下做三轴固结不排水试验，测得破坏时的轴向压力为150kPa，破坏时的孔隙水压力为20kPa，并量得剪损面与水平面的夹角为56，求该土样的有效应力强度指标c、值。4、 挡土墙高8m，墙背直立，墙后填土为粉质粘土，填土面与墙平齐，填土的土工指标r=18.5KN/m3，c=22Kpa，=17.5，其上分布大面积超载q=25kPa，试按Rankine土压力理论求主动土压力沿墙背的分布（画出分布图），并求土压力的合力。土力学地基基础练习题（七）一、 填空题1.如果蒙脱石粘土和高岭石粘土有相同的塑性指数，则 粘土的粘粒含量百分比高， 粘土遇水不稳定。2.砂土的相对密度Dr= ，当砂土接近最密实状态时，其相对密度接近于 ，相对密度 的砂土抗震动液化的性能较好。3.粘性土的灵敏度定义为 与 之比。它的反映土的 的指标，土的灵敏度越 ，受扰动后强度的减少就越多。4.土的超固结比定义为 与 之比，当超固比小于1时，称为 土，这种土在自重下会 。5.档土墙向着填土位移至极限时，作用在墙背上的土压力称 土压力，如果按从小到大排序，在三种特定的挡土墙压力中，它排在第 。6.Prandt1极限承载力课题的滑移面场的三个区分是 区， 区， 区，其中 区的滑移线与水平线的夹角为45/2。7.地下水按埋藏条件可分为 水、 水、 水三种类型，当地基中埋藏有 水时，应在设计和施工中防止坑底隆起开裂。8.雨水或地面水渗入土中造成土坡失稳的原因可能是 、 、 、等。9.某土料由实验确定的最大干密度为16.2KN/m3，工程要求填土的压实系数为0.96。则现场填土压实后的干密度至少应达到 KN/m3二计算分析题1. 用于土和蒸馏水塑造一个直径为5cm ，高10cm的圆柱状土样，要求图样的含水量为40%，饱和度为80%，如已知土粒的相对密度为2.70，问需要干土和蒸馏水各多少克重？2. 压缩试验中土样的初始高度为203mm，初始孔隙比为0.997，在p=300 kPa下的稳定孔隙比是0.764，求此时土样的高度。3. 从同一土层中取甲、乙两个土样，其中甲土样厚4cm ，乙土样厚2cm，分别进行排水条件相同的压缩试验。如果甲土样达到70%固结度所需时间为24小时，求乙土样达到70%固结度所需的时间。4. 条形基础下某点的应力为：z=225kPa、x=75kPa，=40kPa，如果土的抗剪强度指标为=35.8kPa、=20，通过计算判断该点是否会剪损。11