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土力学与地基基础（考试要点，占90%）
第一章
1.1 土的三相组成
当土是由土粒、空气和水组成时，土体为固相、气相和液相组成的三相体系。
1. 土的固体颗粒
原生矿物是岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如粘土矿物及碳酸盐矿物等。
土中的有机质对土的性质也有影响。有机质含量高的土通常具有较大的压缩性。在工程应用中，规定有机质含量大于5%的土不宜用作填筑材料。
2. 土中的水：在自然条件下，土中总是含水的。土中水可处于液态、固态或气态。
3. 土中的气体：土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。
4.土的结构是指土粒之间的相互排列及其联结形式形成的综合特征。土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。
5.从地层中取出能保持原有结构及含水率的土样称为原状土。
6.粘性土结构遭到破坏，强度降低，但土体强度随时间发展有所恢复的性质，称为土的触变性。如在饱和软粘土中打桩施工完成后，不能立即检测承载力，而是要求经过25天后才能进行桩基承载力检测，就是考虑了土的触变性。
1.2 土的三相比例指标（重点）
土的松密程度和软硬程度主要取决于组成土的三种成分在数量上所占的比例。
Va，Vw，Vs——土中气体体积、水体积、颗粒体积，cm³；
Vv——土中孔隙体积，Vv=Va+Vw，cm³
V——土的体积，V=Vs+Vv，cm³
mw，ms——土中水的质量、颗粒的质量，g；
ma ——土中气体的质量，相对甚小，可以忽略不计，g；
m ——土的总质量，m=mw+ms，g。
天然土单位体积的质量称为土的天然密度（单位为g/cm³），即

土中水的质量与土颗粒质量之比，称为土的含水率w，以百分数计，即

单位体积土颗粒质量与4℃纯水单位体积的质量之比称为土粒相对密度（或土粒比重）ds，即

砂土的土粒相对密度为2.65~2.69；粘性土：粉质粘土2.72~2.73，粘土2.74~2.76。
土单位体积中固体颗粒的质量，称为土的干密度，并以ρd表示：

土空隙中全部被水充满时单位体积土体质量叫土的饱和密度ρsat：

土中孔隙体积与土粒体积之比叫土的孔隙比，即

孔隙比可以用来评价天然土层的密实程度。孔隙比e＜0.6的土是密实的，具有低压缩性，e＞1.0的土是疏松的高压缩性土。
土的孔隙率n是土中空隙体积与总体积之比：

土空隙中被水充满的体积与空隙总体积之比，称为土的饱和度Sr：

Sr =1.0为完全饱和，Sr =0为完全干燥的土；按饱和度可以把砂土划分为三种状态：0＜Sr≤0.5为稍湿；0.5＜Sr≤0.8潮湿（很湿的）；0.8＜Sr≤1.0饱和。
1.3
我们把粘性土从一种状态变化到另一种状态的含水率称为界限含水率，界限含水率分为液限、塑限和缩限。
土由可塑状态变到流动状态的界限含水率称为液限，用wL表示；土由半固态变到可塑状态的界限含水率称为塑限，用wP表示；由固态变到半固态的界限含水率称为缩限wS
塑性指数用IP表示：IP =wL-wP
液性指数用IL表示：

1.4 无粘性土的密实度
1. 据孔隙比e判断
2. 据相对密度Dr判断
相对密度Dr，即

Dr＞0.67 密实的
0.67≥Dr＞0.33 中密的
0.33≥Dr＞0.20 稍松的
0.20≥Dr＞0 极松的
1.6
影响土压实性的因素主要是土的性质、击实功能和含水率。（填空题）
当土为偏干时，增加击实功能对提高干密度的影响较大，偏湿时则收效不大，故对偏湿的土企图用增大击实功能的办法提高它的密度是不经济的。所以在压实工程中，土偏干时提高击实功能比偏湿时效果好。
压实度用K表示：

式中：ρd——现场碾压时的干密度，g/cm³；
ρ'd——室内试验得到的最大干密度，g/cm³
1.7
塑性指数大于10的土称为粘性土。按塑性指数IP的指标值粘性土又可以分为粉质粘土（10＜IP≤17）和粘土（IP＞17）。（判断题）

第二章
1.土中应力是指土体在自身重力、建筑物荷载及其他因素（如地下水渗流、地震等）作用下，土中所产生的应力。土中应力会引起地基变形，导致建筑物发生沉降、倾斜或水平位移。
土中应力按引起的原因分为自重应力和附加应力两种。
土中自重应力是指土体受自身重力作用而产生的应力。土中附加应力是指土体受外荷载（如建筑物荷载、交通荷载、地下水渗流和地震等）作用，在土体中产生的应力增量。土中应力是引起土体变形和地基变形的主要原因，也是导致土体强度破坏和失稳的重要原因。

2.基础按刚度可分为柔性基础和刚性基础。
柔性基础的刚度很小EI→0），就像放在地基上的柔性薄膜，在垂直荷载作用下没有抵抗弯曲变形的能力，地基随基础一起变形。可以近似地将土堤、土坝、路基及薄板基础视为柔性基础。
刚性基础是在荷载作用下不变形的基础（EI→∞）。桥梁、墩台的扩大基础、重力式码头、挡土墙、大块墩柱等可视为刚性基础。

第三章
1.地基变形的大小主要取决于两个方面，一个方面是建筑物基底附加力p0，它与建筑物荷载大小、基底面积、基础埋深及基础形状等因素有关，另一个方面取决于土的压缩性质。

2.对于饱和土来说，土体的压缩变形主要是空隙水的排出。孔隙水排出的快慢受到土体渗透特性的影响，从而决定了土体压缩变形的快慢。在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，空隙水排出很快，起压缩过程短；而透水性小的饱和粘性土，因为土中水沿着空隙排出的速度很慢，其压缩过程所需时间较长，几年、十几年、甚至几十年压缩变形才稳定。

3.什么叫沉降？在建筑物荷载作用下，地基土由于压缩而引起的竖向位移称为沉降。从工程意义上来说，地基沉降有均匀沉降和不均匀沉降两类。

3.一些地基加固方案如堆载预压等，也需要考虑地基变形与时间的关系。
粘性土完成固结所需要的时间比较长。通常对低压缩粘性土，可认为施工期间完成最终沉降量的50%~80%；对中压缩粘性土，可认为施工期间完成最终沉降量的20%~50%；对高压缩粘性土，可认为施工期间完成最终沉降量的5%~20%。在厚层的饱和粘性土中，固结变形需要经过几年甚至几十年的时间才能完成。

4.建筑物地基变形的特征，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜四种。

5.减小地基沉降量可从内因和外因两个方面分析：（了解）
（1）内因方面：地基土由三相组成，固体颗粒之间存在空隙，在外荷载作用下空隙发生压缩，产生沉降。因此，为减少地基的沉降量，在修建建筑物之前，可预先对地基进行加固处理。根据地基土的性质、厚度结合上部结构特点和场地环境，可分别采用机械加密、强力夯实、换填垫层、加载预压、砂桩挤密、振冲及化学加固等措施，必要时可采用桩基础或深基础。
（2）外因方面：地基沉降由附加应力产生，因此减小基础底面的附加应力，可相应地减小地基沉降量。通常可采用使用轻型结构、轻型材料，尽量减轻上部结构自重，减少填土，增设地下室等措施减小基础底面附加应力。
减小沉降差的措施通常有以下几种：（问答题）
（1）尽量避免复杂的平面布置，并避免同一建筑物各组成部分的高度以及作用荷载相差过多。
（2）在可能产生较大差异沉降的位置或分期施工的单元连接处设置沉降缝。
（3）设计中尽量使上部荷载中心受压、均匀分布。
（4）加强基础的刚度和强度，如采用十字交叉基础、箱型基础。
（5）增加上部结构对基础不均匀沉降的调整作用；将超静定结构改为静定结构，以加大对不均匀沉降的适应性。
（6）预留吊车轨道高程调整余地
（7）妥善安排施工顺序，对高差较大、重量差异较大的建筑物相邻部位采用不同的施工进度，先施工荷重的部分，后施工荷重小的部分。
（8）防止施工开挖、降水不当，恶化地基土的工程性质。
（9）控制大面积地面堆载的高度、分布和堆载速率。
（10）人工不就措施。当建筑物已发生严重不均匀沉降时，可采取人工挽救措施。

第四章
1.粘性土的抗剪强度一般与土的种类、密实度、含水量以及土的结构等因素有关。
2.什么叫地基承载力？其大小受到什么因素影响？（问答题）
答：地基单位面积上承受荷载的能力称为地基承载力，其大小不仅决定于地基土的性质，还受到基础形状、荷载倾斜与偏心、地基土抗剪强度、地下水位等因素的影响。
3.地基的破坏类型有以下三种：（1）整体剪切破坏；（2）局部剪切破坏；（3）刺入剪切破坏。
4.在地基基础的设计计算中，一般要求建筑物的地基基础必须满足什么条件？（问答题）
答：在地基基础的设计计算中，一般要求建筑物的地基基础必须满足如下两个条件：
（1）建筑物基础的基底压力不能超过地基的承载能力；
（2）建筑物基础在荷载作用下可能产生的变形（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等）不能超过地基的容许变形值。

第五章
1.挡土墙是防止土体发生滑坡和坍塌的支挡构筑物，广泛应用于工业与民用建筑、水利水电、铁路、公路、桥梁、港口及航道等各类建筑工程中。
2.挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力称为土压力。
3.根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，可将土压力分为以下三种：
（1）主动土压力；（2）被动土压力；（3）静止土压力。
4.在相同的墙高河填土条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力。即Ea＜E0＜Ep。
5.挡土墙的类型有：（1）重力式挡土墙（由块石或混凝土组成，强身截面较大，根据墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜，依靠墙身自重抵抗土压力引起的倾覆力矩和滑移力。其结构简单，施工方便，能就地取材，在土建工程中广泛应用）；（2）悬臂式挡土墙；（3）扶壁式挡土墙；（4）锚定板及锚杆式挡土墙；（5）加筋土挡土墙；（6）板桩墙。
6. 挡土墙必须有良好的排水设施，以减小静止土压和主动土压力，并避免墙后填土因积水而造成地基松软，导致承载力不足。若填土冻胀，则会使挡土墙开裂或倒塌。故常沿墙长设置间距为2~3m，直径不小于100mm的泄水孔。墙后做好滤水层和必要的排水盲沟，在强顶地面铺设防水层。当墙后有山坡时，还应在坡上设置截水沟。挡土墙应每隔10~20m设置伸缩缝。

第七章
1. 地基设计必须满足承载力、变形及稳定性要求，以控制地基变形为主要原则；基础设计必须满足强度、刚度及耐久性要求。
2.（了解）根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。（2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。
（3）表7-2所列分为内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算。
3.浅基础按结构形式及组成材料科分为无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础及岩层锚杆基础等。
4.毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成。
5.混凝土基础水泥用量大，造价稍高，当基础体积较大时，可设计成毛石混凝土基础。毛石混凝土基础是浇灌混凝土过程中，掺入少于基础体积30%（公路中掺入25%）的毛石，以节约水泥用量。
6.减轻不均匀沉降危害的建筑措施。（问答题）
答：（1）建筑物体型应力求简单。（2）控制建筑物的长高比及合理布置墙体。（3）设置沉降缝。（4）相邻建筑物基础间应有一定的净距。（5）调整建筑物的标高。
7.减轻不均匀沉降危害的结构措施。（了解）
答：（1）减轻建筑物自重。（2）增强建筑物的整体刚度和强度。（3）减小或调整基底附加压力。（4）选用非敏感性结构。
8.减轻不均匀沉降危害的施工措施。（问答题）
答：（1）遵照先重（高）后轻（低）的施工顺序。（2）注意堆载、沉桩和降水等对邻近建筑物的影响。（3）注意保护坑底土体。

第八章
1. 桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀等特点。
得到广泛应用的原因有1）高层建筑、高耸构筑物及重型厂房等结构荷载很大，若采用浅基础，承载力和变形不能满足要求；
（2）天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基础减少沉降的建筑物；
（3）因施工方法、经济条件及（或）工期等因素制约，不适于进行地基处理的情况；
（4）地基存在震陷性、湿陷性、膨胀性等不良土层，或上覆土层为强度低、压缩性高的软弱土层，不能满足建筑物对地基的要求；
（5）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；
（6）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施；
（7）处于流动水域中桥梁基础，可能因冲刷深度较大而危及基础稳定的情况；
（8）需要穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础。
2.桩按施工方法的分类较多，但基本形式有预制桩（沉桩）和灌注桩两大类。
预制桩可按设计要求在地面良好条件下制作，桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。灌注桩是在现场地基内钻挖成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成桩。
3.桩的质量检验方法与技术，常用的有以下几种：（1）开挖检查；（2）抽芯法；（3）声波检测法；（4）动测法；（5）静载试验法。
4.桩基事故处理：（1）接桩法；（2）补沉法；（3）补桩法；（4）钻孔补强法；（5）纠偏法；（6）送补结合法；（7）扩大承台法；（8）复合地基基础法。
5.什么叫单桩承载力？（问答题）
答：单桩承载力是指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围之内，足以保证结构物正常使用前提下所能承受的最大荷载。一般情况下，桩受到竖向力、水平力及弯矩的作用，因此需分别研究和确定单桩在竖向荷载下合水平荷载下的承载力。
土力学与地基基础作业
一、什么叫土中应力？包括哪几种？是如何产生的？（必考）
答：土中应力是指土体在自身重力、建筑物荷载及其他因素（如地下水渗流、地震等）作用下，土中所产生的应力。
土中应力按引起的原因分为自重应力和附加应力两种。
土中自重应力是指土体受自身重力作用而产生的应力。土中附加应力是指土体受外荷载（如建筑物荷载、交通荷载、地下水渗流和地震等）作用，在土体中产生的应力增量。
二、为什么挡土墙后要做好排水设施？为什么要设置沉降缝？
答：挡土墙必须有良好的排水设施，以减小静止土压和主动土压力，并避免墙后填土因积水而造成地基松软，导致承载力不足。若填土冻胀，则会使挡土墙开裂或倒塌。故常沿墙长设置间距为2~3m，直径不小于100mm的泄水孔。墙后做好滤水层和必要的排水盲沟，在强顶地面铺设防水层。当墙后有山坡时，还应在坡上设置截水沟。挡土墙应每隔10~20m设置伸缩缝。
沉降缝是为防止因沉降差异原因引起的过大结构附加应力而设置。
三、桩基础有什么特点？为什么得到广泛应用？
答：桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀等特点。
得到广泛应用的原因有：（1）高层建筑、高耸构筑物及重型厂房等结构荷载很大，若采用浅基础，承载力和变形不能满足要求；
（2）天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基础减少沉降的建筑物；
（3）因施工方法、经济条件及（或）工期等因素制约，不适于进行地基处理的情况；
（4）地基存在震陷性、湿陷性、膨胀性等不良土层，或上覆土层为强度低、压缩性高的软弱土层，不能满足建筑物对地基的要求；
（5）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；
（6）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施；
（7）处于流动水域中桥梁基础，可能因冲刷深度较大而危及基础稳定的情况；
（8）需要穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础。
四、地基设计和基础设计各需满足什么要求？
答：地基设计必须满足承载力、变形及稳定性要求，以控制地基变形为主要原则；基础设计必须满足强度、刚度及耐久性要求。
五、某土样天然密度为1.85g/cm3，含水率为34%，土粒相对密度为2.71，试求该土样的饱和密度、干密度、饱和重度、干重度和有效重度及土的孔隙比。
解：取V=1cm3为研究对象，则土的质量为：m=ρv=1.85×1＝1.85g
因为土的质量m= ms+mw ；
含水量为w=
mw
×100%=34%
ms
联立求解得ms=1.38g；mw=0.47g；
Vw=
mw
=
0.47
=0.47cm3
ρ
1

VS=
mS
=
1.38
=0.51cm3
dS
2.71
孔隙比：
e=
VV
=
1-0.51
=0.961
VS
0.51
饱和密度：
ρsat=
mS+ VVPw
=
1.38+(1-0.51)·1
=1.87g/cm3
V
1
干密度：
ρd=
mS
=
1.38
=1.38g/ cm3
V
1
饱和重度rsat= Psatg=1.87×10=18.7KN/m3
干重度rd=ρdg=1.38×10=13.8KN/m3
有效重度：r’=rsat- rw=18.7-10=8.7KN/m3
土的孔隙率n=
VV
×100%
1-0.51
×100%=49%
V
1

土的饱和度Sr=
Vw
=
0.47
=95.9%
VV
1-0.51

六、某砂土样的天然密度为1.8g/cm3，含水率为9.8%，土粒相对密度为2.68，最小空隙比为0.41，最大空隙比为0.94，试求天然孔隙比e和相对密度Dr，并评定该土的密实度状态。
解：取V=1cm3为研究对象，则土的质量为m=ρv=1.8×1＝1.8g
因为：土的质量m= ms+mw ；含水率mw/ms=9.8%
联立求解得ms=1.64g；mw=0.16g；

VS=
mS
=
1.64
=0.61cm3
dS
2.68
孔隙比：
e=
VV
=
1-0.61
=0.64
VS
0.61

Dr=
emax-e
=
0.94-0.64
=
0.3
=0.57
emax-emin
0.94-0.41
0.53
属于中密的。