1
东南大学远程教育
基 础 工 程
第一章
主讲教师 童小东
2
本课程的教材
高等学校推荐教材
地基及基础
（第三版）
华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学编，
中国建筑工业出版社,1998
3
本课程的主要内容
第 1章 绪论；
第 2章 土的物理性质及分类；
第 3章 地基的应力和沉降；
第 4章 土的抗剪强度；
第 5章 土压力、地基承载力和土坡稳定性；
第 6章 地基勘察；
第 7章 浅基础常规设计；
第 8章 桩基础；
第 9章 软弱土地基处理
4
第 1章 绪 论
一、地基及基础的概念
二、本学科的发展概况
三、本课程的特点和学习要求
5
一、地基及基础的概念
建筑物的全部荷载均由其下的地层来
承担 。 受建筑物影响的那一部分地层称为
地基 ；建筑物向地基传递荷载的下部结构
称为 基础 。
建筑物
上部结构
基 础
地 基
6
基 础
上部结构
地 基
建筑物三部分示意图
7
建筑物的上部结构, 基础和
地基三部分, 功能不同, 研究方
法各异, 但它们又是建筑物的有机组成部分,
缺一不可, 彼此联系, 相互制约 。 所以, 科
学的, 理想的方法 是将 三部分统一 起来进行
设计计算 。
依目前的理论水平, 还很难做到这一点 。
尽管如此, 我们在处理地基基础问题时, 头
脑里一定要有 地基 -基础 -上部结构相互作用
的整体概念, 尽可能全面地加以考虑 。
8
建筑物的地基和基础是建筑物
的根本, 它们一旦出现问题, 建筑
物的安全和正常使用必然受到影响 。 建筑物
的事故, 绝大多数都与 地基 和 基础 有关 。
组成地层的 土 或岩石是自然界的产物 。
建筑物建造在地层上面, 所以建筑物场地的
工程地质条件是决定地基基础设计和施工的
先决条件 。
9
研究土体的应力, 变形, 强度,
渗流及稳定性的一门力学分支学科
称为 土力学 。
土力学是本课程的理论基础。
土力学所要研究的两大基本问题是土体
的 变形 和 强度 。
10
※ 地基基础设计必须满足
的基本条件
建筑物的建造使地基中原有的 应力状态
发生变化, 所以地基基础的设计必须满足：
a.作用于地基的荷载不超过地基的承载
能力 （ 地基土的强度问题 ） ；
b.控制基础沉降使之不超过允许值 （ 地
基土的变形问题 ） 。
11
基础
浅基础
深基础
地基
天然地基
人工地基
12
二、本学科发展概况
作为 工程技术, 基础工程是一项古老的
工艺 。 如前所述, 只要建造建筑物, 注定离
不开地基和基础, 因此, 作为一项工程技术,
基础工程的历史源远流长 。 但人们只能依赖
于实践经验的不断积累和能工巧匠的技艺更
新来发展这项技术, 囿于当时生产力发展水
平, 基础工程还未能提炼成为系统的科学理
论 。
13
作为 应用科学, 基础工程
又是一门年轻的学科 。
作为本学科理论基础的土力学的发展历
史可以划分为 古典土力学 和 现代土力学 两个
阶段 。
14
土力学
古典土力学
现代土力学
一个原理
两个理论
一个模型
三个理论
四个分支
(1923~1960)
(1963~? )
15
在土建, 水利, 桥隧, 道路,
港口等有关工程中, 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, 已发展融合成为一个自
成体系的专业 ——“岩土工程, 。 它的研究
方法是由三种基本手段 （ 数学模拟, 物理模
拟 和 原位观测 ） 综合而成 。
所谓 岩土工程, 即为 土力学, 工程地质
学, 水文地质学 和 岩体力学 的结合 。
16
三, 本课程的特点和
学习要求
1.特点,本课程涉及水文地质学, 工程地
质学, 土力学等几个学科领域, 内容广泛,
综合性强 。
2.学习要求,牢固掌握土力学中的基本概
念和基本原理, 做到能够应用这些基本概念
和基本原理, 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 。
17
童小东
南京东南大学土木工程学院
P.C.,210096
Tel,025-3792461(O),3791829(O)，
025-3794969(H)
E-mail,tongxiaodong@263.net
18
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基 础 工 程
第二章
主讲教师 童小东
19
第 2章 土的物理性质及
分类
第 1节 概述
第 2节 土的组成
第 3节 土的三相比例指标
第 4节 无粘性土的密实度
第 5节 粘性土的物理特征
第 6节 土的渗透性
第 7节 地基土（岩）的分类
20
第 1节 概述
※ 土是岩石风化的产物。
风
化
作
用
物理作用：岩石产生 量 的变化
化学作用
生物作用
岩石产生 质 的变化
21
※ 土是三相体。
土 液相 （水）
气相 （气）
固相 （土颗粒）
土
残积土
运积土
风成沉积土
水成沉积土
冰川沉积土
22
※ 饱和土中的孔隙均被水所充填，
所以饱和土为二相体。
23
第 2节 土的组成
一, 土的固相
（ 一 ） 土的颗粒级配
※ 按土颗粒粒径 （ d） 大小将土颗粒分组,
称为 粒组 。 划分粒组的分界尺寸称为 界限
粒径 。
巨粒, >60mm
粗粒, 0.075~60mm
细粒, ≤0.075mm
土的粒组
24
※ 土颗粒的大小及其组成情况,
通常以土中土颗粒各个粒组的相
对含量 （ 各粒组占土粒总量的百分数 ） 来表
示, 称为 土的颗粒级配 。
※ 土的颗粒级配可由 土的颗粒大小分析试
验 （ 简称 颗分试验 ） 测定 。
筛析法
密度计法d<0.075mm
移液管法
d>0.075mm颗
分
试
验
25
根据颗粒大小分析试验结果,
可以绘制 颗粒级配累积曲线 （ 横
坐标为 粒径, 用 对数坐标 表示；纵坐标为 小
于某粒径的土重含量, 用 常数坐标 表示 ） 。
颗粒级配曲线的 坡度 可以大致反映土的
均匀程度 。
曲线陡, 表示粒径大小相差不多, 土颗
粒比较均匀；曲线缓, 表示粒径大小相差悬
殊, 土颗粒不均匀, 级配良好 。
26
※ 几个特殊粒径,d10,d30,d60
小于某粒径的土颗粒质量累积
百分数为 10%时，相应的粒径称为 有效粒径
d10。 与之类似可以得到 d30和 d60（ 限定粒径 ）。
※ 土颗粒的级配指标：
不均匀系数
Cu= d60/ d10
曲率系数
Cc=(d30)2/(d60× d10)
27
Cu反映大小不同粒组的分布情况。
Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围
越大，其级配良好。
Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线
的整体形状。
在一般情况下，
Cu
<5,均粒土，为级配不良
>10,级配良好
28
Cu≥5
Cc=1~3
级配良好
砾
类
土
或
砂
类
土
单独用 Cu来确定土的级配情况是
不够的，需同时参考 Cc。
29
（二）土粒的矿物成分
矿物成分对土的性质有着重要
影响, 其中以细粒组的矿物成分最为重要 。
原生矿物,包括石英、长石和云母等。
为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较
为稳定。
次生矿物,为原生矿物化学风化的产物。
土颗粒的矿物成分
原生矿物
次生矿物
30
次生矿物主要是 粘土矿物 。
由于晶片结合的情况不同, 便形成了具
有不同性质的各种粘土矿物, 主要有蒙脱石,
伊里石和高岭石 。
硅氧四面体 硅氧晶片
铝氢氧八面体 铝氢氧晶片
的
基
本
单
元
粘
土
矿
物
结
构
31
蒙脱石：亲水性强 （ 吸水膨胀, 脱水收缩 ）
伊里石：亲水性中等
高岭石：亲水性差
32
二, 土的液相
土中水
结合水
自由水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
※ 土的含水量试验所测定的为土中的 自由
水 和 弱结合水 。
33
三, 土的气相
土孔隙中未被水所占据的部位
由气体充填 。
土中的气体若 与大气相通, 则对土的力
学性质影响不大 ;若 与大气隔绝, 使土的压缩
性提高, 透水性减小 。
34
四, 土的结构和构造
土的结构是指由土粒单元的
大小, 形状, 相互排列及其联结关系等因素
形成的综合特征 。
土
的
结
构 絮状结构, d<0.005mm（粘粒在海水中）
蜂窝结构, d=0.005~0.075mm（粉粒）
单粒结构, d>0.075mm
分散结构, d<0.005mm（粘粒在淡水中）
紧密
疏松
35
第 3节 土的三相比例指标
※ 土的三相比例指标定量反映了土的三
相的组成情况，有助于理解土的基本物理
性质。
土 液相 （水）
气相 （气）
固相 （土颗粒）
※ 土是三相体。
36
为了对土的基本物理性质有所
了解, 需要对土的三相的组成情况
进行定量研究 。 表示土的三相组成比例关系
的指标, 称为土的三相比例指标, 包括 土粒
比重 ds,含水量 w,密度 ρ, 孔隙比 e,孔隙
率 n和 饱和度 Sr。
※ 土粒比重 ds：土粒质量与同体积的 4℃ 时
纯水的质量之比 。 在数值上等于土粒密度,
但无量纲 。 在试验室用, 比重瓶法, 测定,
一般土粒比重的变化幅度不大 。
37
※ 土的含水量 w：土中水的质量
与土粒质量之比 。 在试验室一般用
,烘干法, 测定 。 一般来说, 同一类土, 当
含水量增大时, 其强度就降低 。
土
的
密
度
干密度
饱和密度
有效密度
干重度
饱和重度
有效重度
※ 土的密度 ρ,土单位体积的质量 。 在试
验室一般用, 环刀法, 测定 。
38
※ 土的孔隙比 e：土中孔隙体积
与土粒体积之比。可以用来评价
天然土层的密实程度。
※ 土的孔隙率 n：土中孔隙体积与土体总体
积之比。
※ 土的饱和度 Sr：土中被水充满的孔隙体积
与孔隙总体积之比。
39
第 4节 无粘性土的密实度
※ 无粘性土的密实度与其工程性质有着密
切的关系 。 呈密实状态时, 为良好地基；
呈疏松状态时, 为不良地基 。
※ 无粘性土的最小孔隙比 emin：处于最紧
密状态的孔隙比 。 在试验室可用, 振击法,
测定 。
※ 无粘性土的最大孔隙比 emax：处于最疏
松状态的孔隙比 。 在试验室可用, 漏斗法,
或, 量筒法, 测定 。
40
无粘性土的相对密实度 Dr：
无粘性土的最大孔隙比与天然孔隙比之
差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值 。
Dr=(emax-e)/( emax - emin )
相对密实度的值介于 0~1之间, 值越大,
表示越密实 。
41
第 5节 粘性土的物理特征
一, 粘性土的界限含水量
同一种粘性土随着含水量的不同, 可
分别处于 固态, 半固态, 可塑状态 和 流动
状态 。 粘性土由一种状态转到另一种状态
的分界含水量, 称为 界限含水量 。
0
固态 半固态 可塑状态 流动状态
缩限 ws 塑限 wp 液限 wl
w
42
液
限
仪
锥式液限仪
碟式液限仪
塑限,搓条法
液限
塑限
液限,
液塑限
联合测定仪
横坐标：土样含水量
纵坐标：圆锥入土深度
43
二, 粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数 Ip为液限和塑限的差
值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。
塑性指数在一定程度上综合反映了影响
粘性土特征的各种重要因素 (土的颗粒组成，
土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度
等 )。
液性指数 Il为粘性土的天然含水量和塑
限的差值与塑性指数的比值。
44
液性指数可以表示粘性土
所处的软硬状态 。 液性指数的
值越大, 表示土质越软 。
三, 粘性土的灵敏度和触变性
土的灵敏度,原状土的强度与同一土经
重塑 （ 含水量不变, 土的结构被彻底破坏 ）
后的强度之比 。
土的灵敏度越高, 其结构性越强, 受扰
动后土的强度降低就越多 。 施工中要尽量减
少对土结构的扰动 。
45
土的触变性,粘性土的结构
遭到破坏, 其强度就会降低, 但
随着时间发展土体的强度会逐渐恢复, 这种
胶体化学性质称为土的触变性 。
46
第 6节 土的渗透性
土的渗透性,水流通过土中孔隙难易
程度的土体性质。
达西定律,土中渗流速度 v与水力梯度
i之间呈线性比例关系 （ 比例常数 k称为渗
透系数 ） 。 公式表示为,v=ki
在砂性土中水的流动满足达西定律。
47
在粘性土中只有当水头梯度
超过起始梯度（临界梯度，梯度
阈值）才开始发生渗流。
48
第 7节 地基土（岩）
的分类
一, 岩石的工程分类
（ 一 ） 岩石按坚硬程度分类
1.硬质岩石 （ qu≥ 30MPa）
2.软质岩石 （ qu< 30MPa）
（ 二 ） 岩石的风化程度
1.微风化
2.中等风化
3.强风化
49
二、土的工程分类
一般土 粗粒土
细粒土
砾类土,2~60mm
砂类土,0.075~2mm
粉土,<0.075mm
粘土,<0.075mm
巨粒土,>60mm
特殊土：软土、黄土、膨胀土等
工
程
用
土
50
※ 土按有机质含量（ Wu）的分类
土
无机土,Wu <5%
有机质土,10% ≥ Wu ≥ 5%
泥炭质土,60%≥ Wu > 10%
泥炭,Wu > 60%
注：有机质含量 Wu按烧失量试验确定。
【 引自 中华人民共和国国家标准, 岩土工程勘察
规范, （ GB 50021-94） 】
51
※ 软土：指在静水或非常缓慢
的流水环境中沉积，经生物化学
作用下形成的软弱土。
物
理
力
学
特
性
软
土
的
天然孔隙比大, e>1
天然含水量高, w≥wl
压缩系数高
渗透系数小
抗剪强度低
灵敏度高
52
淤泥,e≥1.5
淤泥质土,1.5 > e≥1.0
软
土
53
三、细粒土按塑性图分类
※ 粗、细粒组的分界粒径,0.075mm。
土
粗粒土,按颗粒大小及级配分类
细粒土,按塑性图分类
土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好
指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的
含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑
限却可能完全不同，土性也可能很不相同。
54
细粒土的科学合理的分类，应综合
考虑塑性指数和液限（或塑限）。
0
I p
wl
Ⅲ
Ⅰ
ML
MH
CH
CL
40
Ⅰ, Ip=0.63(wl-20)
Ⅱ, Ip=10
Ⅲ, wl=40% Ⅱ
55
有机质土可在相应的土类
代号之后缀以代号 O，如 CHO，
MHO等。
,土的分类标准,,
1.粗粒土 （试样中粗粒组质量 ≥总质量的
50%）；
2.细粒土 （试样中细粒组质量 ≥总质量的
50%）；
3.含粗粒的细粒土 （试样中粗粒组质量
为总质量的 25~50%）。
56
※ 关于几个问题的讨论
1.,含水量”的名称：
一个指标的名称应能准确地反映其所表
示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，
,??量”应为一量词，是有量纲（或单位）
的，如“质量”（单位为 g或 kg）、“重量”
（单位为 N或 kN）等。
而从,含水量,的定义看，它是两个质
量之比，是无量纲的。
57
所以从名称的科学化、规范
化的角度，从不至于造成混淆、
便于理解的意义上，本人认为“含水量”的
名称需更改。
现有学者将含水量改称为, 含水率,,
从无量纲上与定义是符合了, 但本人认为似
乎还不确切, 因为, 率, 一般反映某相关部
分占整体的比例 （ 与时间有关的名词排除在
外, 如速率 ）, 如, 升学率,,, 效率,,
,孔隙率, 等；而, 含水量, 的定义却是整
体中部分与部分的比值, 所以称, 含水率,
58
似也不妥, 建议称为, 含水比,
或, 水比, 。, 水比, 似更好
一些, 亦可与, 孔隙比, 相比照 。
2.,液性指数, 的名称：
,塑性指数, 为两个含水量 （ 液限和塑
限 ） 之差, 而, 液性指数, 却为两个含水量
之差的比值, 完全不同的概念名称却都用
,指数, 的称谓, 似欠妥, 不便于理解 。 可
否改为, 相对可塑度,, 与, 液性指数, 的
定义相符, 也可与无粘性土的, 相对密实度,
相比照 。
59
3.有机质含量与烧失量：
现行的中华人民共和国
国家标 准, 岩土工程勘察 规范, （ GB
50021-94） 在按, 有机质含量, 对土进行分
类时注明, 有机质含量 Wu按烧失量试验确
定, 。
,中国国家标准汇编, （ GB 7876-87）
中是这样定义, 烧失量, 的,烧失量不包括
吸湿水, 仅包括有机质和水合水, 石灰性土
壤中还包括二氧化碳 。
60
由烧失量的定义可知：有
机质含量高，烧失量就高；烧
失量高，有机质含量却并不一定高。也就是
说,烧失量的高低并不一定能准确地反映土
中的有机质含量水平 。因此,烧失量与有机
质含量是两个不能相等同的概念，二者之间
既有联系又存在着区别。
而现行的规范却把两个不同的概念混同
了。
61
由此可见,以与有机质含量
不同概念的烧失量作为判定是否
为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。
本人建议应当及时地修订现行规范中的有关
条款和内容，制定以真正的有机质含量作为
衡量指标的科学的判定标准。
4.,孔隙率”：
从实用价值上看，在土力学中，,孔隙
率,这个指标的实用意义不大，况且与,孔
隙比,的关系过于简单，两者保留一个即可。
这不是原则问题。
62
第 2章 内容勘误
1.p24：从上向下第 8行, 单位土体积 ……
扣除同体积水的质量后,
2.p27：从上向下第 5行, 是因为它所具有
的单 粘 结构决定的,
3.p33,表 1-18从上向下第 3行, 粒径大于
20mm的颗粒超过全重 50%”
4.p35：表 1-21第 1行, 粉质粘 上,
土粒
粒
60mm
土
63
第 2章 重点内容
1.土的颗粒级配, 级配指标
2.土中水的分类
3.土的结构
4.土的三相比例指标的定义
5.相对密实度
6.粘性土的灵敏度和触变性
7.土的工程分类原则
8.软土的物理力学特性
64
第 2章 作业
p39：
1-2,1-4,1-6,1-7
65
东南大学远程教育
基 础 工 程
第三章
主讲教师 童小东
66
第 3章 地基的应力和沉降
第 1节 概述
第 2节 土中自重应力
第 3节 基底压力
第 4节 地基附加应力
第 5节 地基沉降的弹性力学公式
第 6节 土的压缩性
第 7节 地基的最终沉降量
67
第 8节 应力历史对地基沉降的影响
第 9节 地基最终沉降计算问题综述
第 10节 饱和土的有效应力和渗透固结
第 11节 地基沉降发展三分量
68
第 1节 概述
※ 自重应力,地基中源于土体自身重量
的应力 。
※ 基底压力,建筑物的荷载通过基础传
递给地基, 在基础底面与地基之间产生的
接触应力 。
※ 附加应力,建筑物的荷载在土体中产
生的在原有应力基础上的应力的增量 。
69
附加应力造成了地基土的
变形 （ 处于欠固结状态的土,
自重应力也是变形产生的因素之一 ）, 从
而导致了地基中各点的竖向和侧向位移 。
本章主要讨论地基中的 应力 和 竖向位移
（ 沉降 ）。
要保证建筑物的安全和正常使用必须控
制其 沉降量 和 不均匀沉降差值 （ 差异沉降量 ）
不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物
尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之
一。
70
沉降量的大小主要取决于
土体产生变形的原因 和 土体本
身的性状 两个方面。
土体产生变形的原因主要是土体中 应力
状态的改变 （如地面荷载引起地基中应力场
的改变，在地基中产生附加应力）。
土体本身的性状主要指 土的压缩性 （或
应力 ~应变关系 ），是指土体在附加应力作
用下产生的效应。
71
土体的应力 ~应变关系十分
复杂, 常呈 弹, 粘, 塑性, 并且
呈 非线性, 各向异性, 还受 应力历史 的影响 。
地基土中附加应力的正确计算 和 地基土
体性状的正确描述 是提高沉降计算精度的两
个关键问题 。
经典的沉降计算方法对上述两个问题是
这样处理的：在荷载作用下地基中附加应力
场是根据 半无限空间各向同性, 均质, 线弹
72
性体 理论计算的, 土体压缩性是根据 一维压
缩试验 测定的, 并采用 分层总和法 来计算沉
降 。 显然, 沉降计算模型与地基沉降的真实
性状存在不少差距 。
73
第 2节 土中自重应力
在荷载作用之前, 地基中存在 初始应
力场 。 初始应力场常与 土体自重, 地基土
地质历史 以及 地下水位 有关 。 在工程应用
上, 计算初始应力场时常假设天然地基为
水平, 均质, 各向同性 的 半无限空间, 土
层界面为 水平面 。 于是在任意竖直面和水
平面上均 无剪应力 存在 。
74
地基中的初始应力, 即地基
中任一点的 自重应力, 只需用
竖向应力和水平向应力表示 。 天然地面下任
意深度 z处水平面上的竖向自重应力为
?cz=? z
竖直面上的水平向自重应力为
?cx=K0 ?cz = K0 ? z
K0为静止侧压力系数 。
75
土中竖向和侧向的自重应力
一般均指 有效自重应力, 计算
时, 对地下水位以下土层必须以 有效重度 ? '
代替 天然重度 。 为简便起见, 常把竖向有效
自重应力 ?cz简称为自重应力, 并以符号 ?c表
示 。
成层地基中第 n层土底面的自重应力的
计算公式为
?
?
?
n
i
iic h
1
??
76
第 3节 基底压力
建筑物荷载通过基础传递
给地基, 在基础底面与地基之间必然产生
接触应力 。 基底压力分布与 基础的大小 和
刚度, 作用于基础上 荷载的大小 和 分布,
地基土的力学性质 以及 基础的埋深 等因素
有关 。
77
根据 圣维南原理,基础下
与其底面距离大于基底尺寸的
土中应力分布主要取决于荷载 合力的大小 和
作用点位臵,基本上不受基底压力分布形式
的影响。
因此, 对于具有一定刚度以及尺寸较小
的柱下单独基础和墙下条形基础, 其基底压
力可近似按直线分布的图形计算 。
78
一、基底压力的简化计算
1.中心荷载下的基底压力
2.偏心荷载下的基底压力
二、基底附加压力
建筑物建造之前，地基土中已存在自重
应力。一般天然土层在自重作用下的变形早
已结束，因此只有 基底附加压力 才能引起地
基的 附加应力 和 变形 。
基底附加压力为建筑物建造后的 基底压
力 与基底标高处原有的 自重应力 之差。
79
第 4节 地基附加应力
地基附加应力是指建筑物荷重在土体
中引起的附加于原有应力之上的应力 。
其计算方法一般假定地基土是 半无限空间
内的各向同性, 均质, 线弹性 变形体, 采
用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答 。
80
一、竖向集中力下的地基附加应力
采用 Boussinesq解答,竖向正
应力 ?z和竖向位移 w最为常用。如果地基中
某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面
尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局
部荷载，采用 Boussinesq解答。
二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力
1.均布的矩形荷载
先以积分法求矩形荷载面角点下的地基
附加应力，然后运用 角点法 求得矩形荷载下
任意点的地基附加应力。
81
2.三角形分布的矩形荷载
以积分法求三角形分布的
矩形荷载面角点下的地基附加应力。
注意 b是沿三角形分布荷载方向的边长。
3.梯形分布的矩形荷载
已知均布和三角形分布的矩形荷载角点
下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形
分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加
应力 。
82
4.均布的圆形荷载
可以积分法求得均布圆形
荷载面中点下任意深度的地基附加应力。
三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力
属平面应力问题。
四、非均质地基中的附加应力
1.变形模量随深度增大的地基（ 应力集中 ）
2.双层地基
a.上软下硬 （ 应力集中 ）
b.上硬下软 （ 应力扩散 ）
83
第 5节 地基沉降的弹性
力学公式
柔性荷载下的地基沉降（ Boussinesq
解答）
84
第 6节 土的压缩性
※ 土的 压缩性,土在压力作用下体积缩小
的特性 。
由于在一般的压力作用下，土粒（土
的固相）和水（土的液相）的压缩量与土
的总压缩量相比十分微小，故可近似认为
土粒和水是不可压缩的。
85
土的压缩源于土中孔隙体积
的减少（ 气体压缩, 气体排出,
孔隙水的排出 ）。
饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，
随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。
在荷载作用下，饱和土体中产生 超静孔
隙水压力,在排水条件下，随着时间发展，
土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，
土体中 有效应力 逐步增大，直至超静孔隙水
压力完全消散，这一过程称为 固结 。
86
一、土的压缩曲线和压缩性指标
1.土的 压缩曲线是室内土的
压缩试验得出的成果，是土的 孔隙比 与土所
受 压力 的关系曲线。压缩曲线可按两种方式
绘制，一种为 e~p曲线；一种为 e~lgp曲线。
2.土的压缩性指标
(1)土的压缩系数 a
由 e~p曲线得到。
a.切线斜率 的 绝对值 （理论上的，反映
某压力下土的压缩性）。
87
b.割线斜率 的 绝对值 （实用上
的，反映某一压力范围内土的压
缩性）。为了便于应用，通常采用压力由
p1=100kPa增加到 p2=200kPa时所得到的压缩
系数 a1-2。
※ 压缩系数越大，反映土的压缩性越高。
(2)土的压缩指数 Cc
由 e~lgp曲线得到。
土的 e~lgp曲线的后段接近直线，直线的
斜率的 绝对值 。
88
※ 压缩指数越大，反映土的
压缩性越高。
3.压缩模量 Es
压缩模量,土在 完全侧限条件 下的 竖向
附加应力增量 与相应的 应变增量 之比。
a
eE
s
11 ??
※ Es越小，表示土的压缩性越高。
89
4.回弹曲线和再压缩曲线
在室内压缩试验过程中，
如加压到某一值 pi后，逐级进行卸压,则可
观察到土样的回弹。若测得其回弹稳定后的
孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关
系曲线，即 回弹曲线 。由于回弹曲线与原来
的压缩曲线并不重合，说明土的压缩变形是
由可以恢复的 弹性变形 和不可恢复的 塑性变
形 两部分组成的，并以塑性变形为主。
90
如重新逐级加压，则可测得
土样在各级荷载下再压缩稳定后
的孔隙比, 从而绘制 再压缩曲线 。
91
东南大学远程教育
基 础 工 程
第七讲
主讲教师 童小东
92
二、土的变形模量
1.以载荷试验测定土的
变形模量 E0
根据载荷试验的观测数据，绘制荷载与
稳定沉降的关系曲线（ p~s曲线）。曲线的
开始部分往往接近于直线，与直线段终点对
应的荷载称为地基的 比例界限荷载 。
93
一般的 地基承载力设计值
取接近于或稍超过此比例界限
值, 所以通常地基的变形处于直线变形阶段,
因而可以利用弹性力学公式来反求地基土的
变形模量 。
用载荷试验来测定土的变形模量，费时、
费力，且费用较高，对于深层土的试验结果
可靠性较差。现应着重发展现场快速测定变
形模量的方法（旁压试验、触探试验等）。
94
2.变形模量与压缩模量
※ 土的 变形模量 E0是土体在
无侧限条件下 的应力与相应的应变的比值 。
※ 土的 压缩模量 Es是土体在 完全侧限条件
下 的有效应力与相应的应变的比值 。
由侧向不允许膨胀的条件，可以得到土
的静止侧压力系数 K0与泊松比 ?的关系
?
?
?? 10K
95
由竖向的应力, 应变关系以及压缩模量
的定义可得到土的变形模量与压缩模量换算
的 理论关系公式
sEKE )21( 00 ???
96
第 7节 地基的最终沉降量
在荷载作用下，地基土体发生变形，
地基产生沉降。地基沉降是随时间而发展
的。主要介绍两种计算地基最终沉降量的
方法,传统的分层总和法 和 规范推荐的分
层总和法 。如果沉降计算的分层总和法所
采用的土的压缩性指标源自压缩仪的测定
成果，则可称为 单向压缩分层总和法 。
97
一, 传统的分层总和法
采用分层总和法计算地基的
最终沉降量时，将压缩层范围内的土层分成
n个分 层，应用弹性理论计算在荷载作用下
各分层中的附加应力，采用单向压缩条件下
的压缩性指标，分别计算各分层的压缩量，
然后求和得到总沉降。
各分层压缩量的计算方法与薄压缩层地
基的沉降计算方法相同。
98
单向分层总和法假设,
1.基底附加压力为局部柔性荷载，
对非均质地基, 由其引起的附加应力分布可
按均质地基计算；
2.只须计算竖向附加应力作用下的土层压
缩变形导致的地基沉降，剪应力可忽略不计；
3.土层压缩时不发生侧向变形。
由于以上假设，各分层的土就处于单向
压缩状态，应采用 侧限条件 下得到的压缩性
指标来计算各分层的压缩量。
99
地基土的压缩性随着深度的
增大而降低，局部荷载引起的附
加应力又随深度的增大而减少，所以超过一
定深度的土，其变形对沉降量的贡献小到可
忽略不计。沉降时应考虑其土体变形的深度
范围内的土层称为 地基压缩层,该深度称为
地基沉降计算深度 （ 地基压缩层厚度 ）。
100
地基沉降计算深度的下限，
一般取在地基附加应力等于自
重应力的 20%处，如在该深度以下有高压缩
性土层，则计算深度下限取在一般取在地基
附加应力等于自重应力的 10%处。
这种确定沉降计算深度的传统方法称为
应力比法 。
101
地基压缩层厚度范围内的
分层厚度一般取 0.4b（ b为基底
宽度）或 1~2m，不同土层之间的分界面和地
下水面是当然的分层面。
计算地基最终沉降量 s的分层总和法的
公式如下：
??
??
???
n
i
ii
n
i
i Hss
11
?
102
二, 规范推荐的分层总和法
与传统的分层总和法 相同
之处,也采用单向压缩条件下的压缩性指标 ;
与传统的分层总和法 不同之处,
1.采用平均附加应力系数；
2.规定了地基沉降计算深度的标准，考虑
了基础大小这一因素，比应力比法更为合理；
3.提出了地基的沉降计算经验系数，使得
计算结果接近于实测值。
103
地基沉降计算深度就是第 n
分层层底深度 zn，确定 zn的规范
方法称为 变形比法 。
规范规定须将地基计算沉降量 s′乘以沉
降计算经验系数 ?s加以修正，沉降计算经验
系数根据地区沉降观测资料及经验确定。
104
第 8节 应力历史对
地基沉降的影响
一、沉积土层的应力历史
天然土层在历史上所经受过的包括自
重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有
效固结压力，称为 先期（前期）固结压力,
常用 pc表示。
通常将地基中土体的先期固结压力与
现有上覆土层压力之比定义为 超固结比
OCR。
105
根据 OCR的大小, 可对土所处的不同固结状
态进行划分 。
0p
pO C R c?
OCR
>1 超固结状态
=1 正常固结状态
<1 欠固结状态
106
将室内压缩曲线修正后得到
原始压缩曲线，并可确定土的压
缩性指标。只要在地基沉降计算通常采用的
分层总和法中，将土的压缩性指标改从原始
压缩曲线确定，就可考虑应力历史对地基沉
降的影响。
107
正常固结状态的土其原始的
e~lgp曲线为一条直线（压缩指数
为 Cc）；
超固结状态的土 其原始的 e~lgp曲线由两
条斜率不同的直线构成 （ 压缩指数分别为 Ce
和 Cc ） ；
欠固结状态的土其原始的 e~lgp曲线为一
条直线（压缩指数为 Cc ）
108
第 9节 地基最终沉降
计算问题综述
一、各种分层总和法的共同假设
共同假设,荷载作用下的非均质地基
中的附加应力分布，可以用均质弹性半空
间的理论解答来代替。
分层总和法以均质弹性半空间的应力
来计算非均质地基的变形，在理论上显然
不协调。
109
但是，实践表明，地基沉降
计算的准确与否，更直接地取决
于方法本身能否反映地基的成层性和非均质
性、能否考虑到土的应力 -应变关系的非线
性，应力计算精确度的影响毕竟还居其次。
110
第 10节 饱和土的有效
应力和渗透固结
一、饱和土中的有效应力
有效应力原理：对于饱和土
u??? ??
二、太沙基一维固结理论
土的固结是土力学学科中最根本的课
题之一。
111
土的固结过程的两种特性,
1.随着土中水的排出，土体
孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小；
2.随着超静孔隙水压力的消散，有效应
力逐渐增大，土体的抗剪强度得到提高。
工程中常应用固结过程的这两种特性，
通过排水固结法对软粘土地基进行改良，达
到减小工后沉降、提高地基承载力的目的 。
112
※ 固结模型：弹簧代表土颗粒
骨架，水代表孔隙水，活塞
上的小孔象征土的渗透性和排水条件（孔的
大小代表渗透性的强弱）。
113
一维固结理论研究土体在
荷载作用下土中水的流动和土
体的变形仅发生在一个方向的土体固结问题。
一维固结理论的基本假设：
1.土是均质、各向同性和完全饱和的；
2.土粒和孔隙水都是不可压缩的；
3.土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；
4.土中水的渗流服从达西定律；
114
5.在渗透固结中，土的渗透
系数 k和压缩系数 a都是不变
的常数；
6.外荷载是一次瞬时施加的，且在固结过
程中保持不变；
7.土体的固结变形是微小变形。
115
根据 达西定律, 固结渗流
的连续条件, 应力 -应变关系
的侧限条件 和 有效应力原理,可推导出饱和
土的一维固结微分方程
t
u
z
uc
v ?
???
?
?
2
2
结合 初始条件 和 边界条件,可求得上述
方程的解答。
116
理论上可以根据孔隙水压力
的解答，求得相应的有效应力的
大小和分布，再算出任意时刻基础的沉降量。
但是这样求解不甚方便。所以引入固结度的
概念，使问题得到简化。
所谓固结度，是指在某一固结应力作用
下，经某一时间 t后，土体发生固结或孔隙水
应力消散的程度。
0
1 uuUssU
c
ct ??? 或
117
东南大学远程教育
基 础 工 程
第九讲
主讲教师 童小东
118
第 11节 地基沉降发展
三分量
一、三维应力状态下土的变形和地基沉降
的发展
地表局部荷载作用下，地基土处于三
维应力状态，土中孔隙水的排出也是三维
的。
饱和土单元体在受荷一瞬间，孔隙水
来不及排出，故土的体积不会发生变化。
119
但是剪应力增量却使单元
体发生 剪切畸变 。随着时间的
消逝，土中孔隙水排出使土体产生 固结变形 。
当孔隙水压力完全消散，固结过程完成之后，
土体在不变的有效应力作用下，产生 蠕变变
形 。
三维应力状态下，按变形机理，地基土
体的总沉降可以分成三部分,瞬时沉降, 固
结沉降, 次固结沉降 。
120
目前关于 瞬时沉降, 固结
沉降 和 次固结沉降 的计算结果，
与实际情况尚存在较大差距。
从实用上看，可采用信息化施工，利用
沉降观测资料来推算后期沉降量（ 双曲线法,
对数曲线法 等）。
121
第 3章 内容勘误
1.p42,图 2-3中第 2层土的竖向自重应力计
算公式, ?1h1-?2h2”
+
2.p43：从上向下第 3行式（ 2-4）
应为
?
?
?
n
i
iic h
1
??
?
?
?
n
i
iic h
1
??
122
3.p51,从上向下第 1行“为 P0”
4.p58：倒数第 1行式（ 2-26）中,?z”
p0
?x
5.p72：倒数第 5行“限条件下的竖向附加
应力与相应的应变增量之比值。”
增量
123
6.p76,倒数第 4行“土的测压力 ….,
侧
7.p82：从上向下第 4行“可以引入一个系
数 a,….”,式（ 2-73b） 也做相应改正。
?
8.p93,从上向下第 9行式（ 2-88）中的
,pei”应为,pci”
9.p97,从上向下 第 14行,… 上作用着法向
力 p（图 2-48）,…”
P
124
10.p102：倒数第 6行式 （ 2-107）
,”
应为,,
?
?
??
H
z
H
tz
dz
dzu
0
2
0
,
1
?
?
?
??
H
z
H
tz
dz
dzu
0
0
,
1
?
125
第 3章 重点内容
1.土中自重应力的计算
2.地基附加应力的计算方法
3.土的压缩性指标
4.计算地基最终沉降的传统的分层总和法
和规范推荐的分层总和法
126
第 3章 作业
p111：
2-1,2-5,2-6,2-8
127
东南大学远程教育
基 础 工 程
第四章
主讲教师 童小东
128
第 4章 土的抗剪强度
第 1节 概述
第 2节 库伦公式和莫尔 -库伦强度理论
第 3节 抗剪强度的测定方法
第 4节 饱和粘性土的抗剪强度
第 5节 无粘性土的抗剪强度
129
第 1节 概述
土的抗剪强度 是土体抵抗 剪切 破坏的
极限能力 。
土的抗剪强度对地基承载力、挡土墙
土压力和土坡稳定等问题产生直接影响。
130
土的抗剪强度一般可分为
两部分：一部分与颗粒间的法
向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是
摩擦力 ；另一部分是与法向应力无关的土粒
之间的粘结力，通常称为 粘聚力 。
131
第 2节 库伦公式和莫尔 -
库伦强度理论
一, 库伦公式
??? tgcf ??
?
c
f?
?
132
c和 ?称为 抗剪强度指标 。
影
响
因
素
土
的
抗
剪
强
度
的
内在因素
外在因素,试验时的排水条件等因素
颗粒间的有效法向应力
土的孔隙比
133
表
达
方
法
土
的
抗
剪
强
度
的
总应力法,总应力强度指标
有效应力法,有效应力强度指标
134
二、莫尔 -库伦强度理论
莫尔提出：材料的破坏为
剪切破坏,当任一平面上的 剪应力 等于材料
的 抗剪强度 时该点就发生破坏，破坏面上的
剪应力 ?f是该面上法向应力 ?的函数
)(?? ff ?
此函数在 ?f-?坐标中是一条曲线，称为
莫尔包线（抗剪强度包线）,如下图实线所示。
135
?
c
f?
?
莫尔包线表示材料在不同应力作用下达
到 极限状态 时，滑动面上法向应力 ?与剪应
力 ?f 的关系。
莫尔包线
136
理论分析和实践都证明，
莫尔理论对土比较合适，土
的莫尔包线通常可以近似地用 直线 代替（如
上图的虚线所示），该直线的方程就是 库伦
公式 表示的方程。
用库伦公式表示莫尔包线的强度理论称
为 莫尔 -库伦强度理论 。
当土体中任意一点在某一平面上的剪应
力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏。
137
?
?0 3? 1??
?
A
莫尔圆可以表示土体中一点的应力状
态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点
在相应平面上的 正应力 和 剪应力 。
138
如果给定了土的抗剪强度
指标 c和 ?以及土中某点的应力
状态，则可将 抗剪强度包线 与 莫尔应力圆 画
在同一张坐标图上，抗剪强度包线与莫尔应
力圆的关系可能有：
1.整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方。
说明该点在任何平面上的剪应力都小于土的
抗剪强度，所以不会发生剪切破坏；
139
2.莫尔圆与抗剪强度包线
相切，切点为 A。说明在 A点
所代表的平面上，剪应力正好达到抗剪强度，
该点就处于 极限平衡状态 。这时的莫尔圆称
为 极限应力圆 。
3.抗剪强度包线是莫尔圆的一条 割线,
实际上这种情况是不可能出现的，因为该点
任何方向上的剪应力都不可能超过土的抗剪
强度。因为 土的抗剪强度是土体抵抗剪切破
坏的 极限能力 。
140
?
?0
A
c
?
莫尔圆与抗剪强度之间的关系
141
由极限应力圆当中的几何
关系，可以推导得出：
1.粘性土的极限平衡条件为
)
2
45(2)
2
45(
)
2
45(2)
2
45(
2
13
2
31
??
??
??
??
?????
?????
??
??
tgctg
tgctg
或
142
2.无粘性土的极限平衡条件为
?
??
??
?
??
?
??
s i n
)
2
45(
)
2
45(
31
31
2
13
2
31
?
?
?
??
??
或
或
?
?
tg
tg
143
3.破坏面与大主应力面的夹角为
。)
245(
???
144
第 3节 抗剪强度的
测定方法
※ 测定土的抗剪强度的方法有多种 。
的
室
内
方
法
测
定
土
抗
剪
强
度
直接剪切试验
三轴压缩试验
无侧限抗压强度试验
145
一、直接剪切试验
应变控制式直剪仪的试验原理：
对同一种土至少取 4个平行试样，分别在不
同垂直压力 ?下剪切破坏，将试验结果绘制
抗剪强度 ?f与相应垂直压力 ?的关系图。试验
结果表明，对于粘性土 ?f ~ ?基本上呈直线关
系，直线方程可用库伦公式表示；对于无粘
性土,?f ~ ?则是通过原点的直线。
146
直接剪切仪的 优点
构造简单
操作方便
限定剪切面不一定是最薄弱面
剪切面上剪应力分布不均匀的缺
点
直
接
剪
切
仪
剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的
不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力
147
二、三轴压缩试验
三轴压缩仪的试验原理：
对同一种土至少取 3个平行试样，分别在不
同周围压力 ?3下剪切破坏，将试验结果绘制
为若干个 极限应力圆 。根据莫尔 -库伦理论，
这一组极限应力圆的公共切线即为土的 抗剪
强度包线,可近似取为一条直线，直线的方
程即为 库伦公式 所表示的方程。
148
?
?0
c
?
??? tgcf ??
三轴压缩试验原理
149
的
优
点
三
轴
压
缩
仪
能较严格地控制排水条件
能量测试样中孔隙水压力的变化
剪切破坏面为最薄弱面
的
缺
点
三
轴
压
缩
仪
试验设备、试验过程相对复杂
试样的受力状态为轴对称情况，
与实际土体的受力状态未必相符
150
直接剪切试验和三轴压缩
试验按 剪切前 的 固结程度 和 剪
切时 的 排水条件,可以分为三种试验方法：
1.不固结不排水试验；
2.固结不排水试验；
3.固结排水试验；
151
三、无侧限抗压强度试验
无侧限抗压强度试验可以
看作围压 ?3=0的三轴不排水剪切试验，试件
剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力 qu
称为 无侧限抗压强度 。根据试验结果，只能
作一个极限应力圆（ ?1= qu, ?3=0）,对于
一般粘性土就无法作出破坏包线。
152
而对于饱和粘性土，根据
三轴不固结不排水试验的结果，
其破坏包线接近于一条 水平线,即 ?u=0。 如
仅需测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就
可以利用比较简单的无侧限抗压强度试验代
替三轴试验。
153
?
?0
cu
0?u?
无侧限抗压强度试验
qu
154
2
u
uf
qc ???
无侧限抗压强度试验所得的
极限应力圆的 水平切线 就是破坏包线。
155
第 4节 饱和粘性土的
抗剪强度
一, 不固结不排水抗剪强度
不固结不排水试验（ UU试验 ）是在 施
加周围压力时 不排水 （不固结），且在 施
加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程
中 也 不允许排水 （不排水）。
156
如果有一组饱和粘性土试件，
都先在某一周围压力下固结至稳
定，试件中的初始孔隙水压力为零，然后分
别在不排水条件下施加周围压力和轴向压力
直至剪切破坏。试验结果见下图。
157
?
?0
cu
0?u?
饱和粘性土的不固结不排水试验
158
图中三个实线圆分别表示
三个试件在不同的围压作用下
破坏时的总应力圆，虚线表示有效应力圆。
试验结果表明，虽然三个试件的围压不同，
但破坏时的 主应力差相等,所以三个总应力
圆的直径相同，所以破坏包线是一条 水平线,
可得
0?u?
)(21 31 ??? ??? uf c
159
由于在不排水条件下，试样
在试验过程中 含水量 不变, 体积
不变,改变周围压力增量只能引起 孔隙水压
力 的变化，并不会改变试样中的 有效应力,
各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪
强度不变。
如果在较高的剪前固结压力下进行不固
结不排水试验，就会得到较大的不排水抗剪
强度。
160
由于只能得到一个有效应力
圆，所以不能得到有效应力破坏
包线，不固结不排水试验只用于测定饱和土
的不排水强度，所以可以用无侧限抗压强度
试验代替三轴压缩试验来测定饱和土的不排
水抗剪强度。
161
※ 不固结不排水试验的,不固
结,是在保持试样原来有效应
力不变的情况下，在三轴压力室的周围压力
下不再排水固结。如果饱和粘性土从未固结
过，则其中的有效应力为零（先期固结压力
也为零），表现为一种泥浆状土，其抗剪强
度必然也等于零。
162
二、固结不排水抗剪强度
固结不排水试验（ CU试验 ）
是在 施加周围压力时 充分排水 （固结），而
在 施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过
程中 不允许排水 （不排水）。
饱和粘性土的固结不排水抗剪强度受 应
力历史 的影响，所以首先要区分试样是处于
什么样的 固结状态 。
163
如果试样所受到的周围固结
压力 ?3大于它所曾受到的最大固
结压力 pc（ 先期固结压力 ），则称试样处于
正常固结状态 ；而如果 ?3 < pc,则称试样处
于 超固结状态 。
不同固结状态的试样，其抗剪强度性状
是不同的。
164
正常固结状态的试样在
剪切过程中体积有减小的趋
势（ 剪缩 ），但由于不允许排水，故产生 正
的孔隙水压力 ；而强超固结状态的试样在剪
切过程中，先表现为剪缩（产生正的孔隙水
压力），然后转为 剪胀 （产生负的孔隙水压
力）。
165
东南大学远程教育
基 础 工 程
第十二讲
主讲教师 童小东
166
1.正常固结状态的土样
下图表示正常固结状态的
饱和粘性土的固结不排水试验结果，图中用
实线 表示的为 总应力圆和总应力破坏包线,
用 虚线 表示的为 有效应力圆和有效应力破坏
包线, uf为剪切破坏时的孔隙水压力。因为
剪切过程中不排水，根据有效应力原理可知，
有效应力圆与总应力圆 直径相等, 位臵不同 。
167
?
?0
cu?
正常固结状态饱和粘性土
固结不排水试验结果
fu
??
168
因为正常固结状态的试样在
剪切破坏时产生 正的孔隙水压力,
故有效应力圆在总应力圆的 左边 。
总应力破坏包线和有效应力破坏包线都
通过原点, 说明固结压力为零的土不会具有
抗剪强度 。
169
2.超固结状态的土样
超固结状态的饱和粘性土
的固结不排水剪切试验得到的总应力破坏包
线如下图所示，是一条略平缓的曲线，可近
似以直线 ab代替，与正常固结状态土的固结
不排水破坏包线 bc相交,bc的延长线通过原
点。实用上将 abc折线取为一条直线。
170
?
?0
ccu
超固结状态土的固结不排水试验
a b
c超固结状态 正常固结状态
171
有效应力圆和有效应力破坏
包线如下图中虚线所示。由于 超
固结状态 的土样在剪切破坏时，产生 负的孔
隙水压力,有效应力圆在总应力圆的 右边 ；
正常固结状态 的土样在剪切破坏时，产生 正
的孔隙水压力,故有效应力圆在总应力圆的
左边 。
172
?
?0
超固结状态土的固结不排水试验
超固结状态 正常固结状态
c?
??
173
三、固结排水抗剪强度
固结排水试验（ CD试验 ）
是在 施加周围压力时 充分排水 （固结），而
在 施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过
程中 允许排水 （排水）。
所以在整个试验过程中，土样中的孔隙
水压力始终为零，总应力最后完全转化为有
效应力,所以总应力圆就是有效应力圆，总
应力破坏包线就是有效应力破坏包线 。
174
?
?0
正常固结状态土的固结排水试验
d? 其
破
坏
包
线
通
过
原
点
。
正
常
固
结
状
态
的
土
，
175
?
?0
超固结状态土的固结排水试验
超固结状态 正常固结状态
d?
dc
取
为
一
条
直
线
。
包
线
略
弯
曲
，
实
用
上
近
似
超
固
结
状
态
的
土
，
其
破
坏
176
试验结果表明，对于同一
种土，固结排水试验得到的 cd、
?d与固结不排水试验得到的 c',?'很接近，
由于固结排水试验所需的时间太长，故实用
上用 c',?'代替 cd,?d 。
177
对同一种饱和粘性土，
分别在三种不同的排水条件
下进行剪切试验。如果用总应力表示，将得
到完全不同的试验结果，而以有效应力表示，
则不论采用哪种试验方法，都得到近乎同一
条有效应力破坏包线。
所以说,抗剪强度与总应力没有唯一的
对应关系，而与有效应力有唯一的对应关系 。
178
?
?0
cu?
正常固结状态饱和粘性土在三种
不同不排水条件下的剪切试验结果
??
0?u?
d?
179
四、抗剪强度指标的选择
饱和粘性土的抗剪强度
性状是很复杂的，它不仅与 剪切条件 有关，
还与 土的应力历史 等因素有关。由于实际工
程条件的复杂性，用实验室的试验条件去完
全模拟现场条件是不可能的。所以针对具体
的工程问题，确定土的抗剪强度指标的方法
只能是尽可能地模拟实际工况来进行试验。
180
一般认为：由三轴固结
不排水试验确定的有效应力
强度指标 c',?'宜用于分析地基的长期稳定
性；而对于饱和软粘土地基的短期稳定问题，
则宜采用不固结不排水试验的强度指标，以
总应力法进行分析。
181
对于一般的工程问题多
采用总应力分析法，其指标
和测试方法的选择原则如下：
1.若建筑物施工速度较快，而地基土的
透水性和排水条件不良时，可采用 三轴不固
结不排水试验 或 直剪的快剪试验 结果；
2.若地基上荷载的增加速率较慢，而地
基土的透水性较高且排水条件较佳时，则可
以采用 固结排水 或 慢剪试验 的结果；
182
3.若实际工况介于上两种
情况之间，可用 固结不排水 或
固结快剪 的试验结果；
4.由于实际加荷条件和土性的复杂性，
而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历
不同的固结状态，因此,确定强度指标还应
结合工程经验 。
183
东南大学远程教育
基 础 工 程
第十三讲
主讲教师 童小东
184
第 5节 无粘性土的
抗剪强度
不同初始孔隙比 e0的同一种砂土在相
同的周围压力 ?3下 受剪，其应力 ~应变关系
表明：
1.密实的紧砂，其初始孔隙比较小，
应力 ~应变关系具有明显的峰值，超过峰值
后，随应变的增加，应力逐步降低，呈 应
变软化型,体积变化主要表现为 剪胀 。
185
2.松砂的应力 ~应变关系呈
应变硬化型,对同一种土，紧
砂和松砂的强度最终趋向同一值。松砂受剪
其体积减小（ 剪缩 ）。
3.在 高周围压力 下，不论砂土的松紧如
何，受剪时都将 剪缩 。
186
?0
? 1
-?
3
砂土受剪时的应力 ~应变关系
紧砂
松砂
187
由不同初始孔隙比 e0的试样
在 同一压力 ?3下进行剪切试验，
可以得出初始孔隙比 e0与体积变化 之间
的关系，相应于 体积变化为零 的 初始孔隙比
称为 临界孔隙比 ecv。
临界孔隙比是与 侧压力 （ 围压 ） ?3有关
的,不同的 ?3可以得出不同的 ecv 。
V
V?
188
V
V?
0
e0
2-2
ecv
砂土的临界孔隙比
189
若饱和砂土的初始孔隙比
e0大于临界孔隙比 ecv，在剪应
力作用下由于剪缩必然使孔隙水压力增高，
有效应力相应降低，导致砂土的抗剪强度
降低。
190
当饱和松砂受到动荷载
作用，由于孔隙水来不及排
出，孔隙水压力不断增加，就有可能造成
土体结构的破坏，有效应力降低为零，使
得砂土象流体那样完全失去抗剪强度，这
种现象称为砂土的 液化 。
※ 临界孔隙比 ecv对研究砂土液化具有重
要意义。
191
1.p124,倒数第 9行“常固
结不排水强度,..”
2.p125：第 11行, … 有效应力破坏包线都
通原点,
状态土的
过
3.p130：第 11行“不同的 ?3可以得出不同
的 eev值。”文中其余 地方作相应替换。
ecv
第 4章 内容勘误
192
4.p127：例题 3-1。由例题的
已知条件知只对 一个 饱和粘
性土试样进行了固结不排水试验，所以只
能得到一个总应力表示的极限应力圆和一
个有效应力表示的极限应力圆。例题中说
“整理试验结果得到 …”,由于试样土处于
超固结状态（由 知），所以仅由一个
有效应力表示的极限应力圆是无法得到有
效应力破坏包线的。
0??c
193
因此有效应力强度参数,
根本无法从一个试样的试验
结果的整理得到。（本人认为,例题的出
题内容的 描述 有问题 ）
c?
??
194
解题的过程存在 概念 问题。
我们在前面已经了解到，同样
一个固结不排水的试验结果，分别用总应力
和有效应力来表述，得到的强度指标是不同
的。
而例题的解答过程中，应力采用总应力，
却使用有效应力的强度指标来计算，是一种
概念的混淆 。由于本题已知的条件仅为有效
应力强度指标，所以本题的解答，应力只能
采用有效应力，然后应用 有效应力原理 得到
总应力的解答。所以本例题的完整过程如下：
195
【 例题 3-1】 一组 饱和粘性土
试样在三轴仪中进行固结不
排水试验，整理试验结果得有效内摩擦角 ?'
=24°, c'=80kPa。其中对一个试样施加的
周围压力 ?3 =200kPa，试样破坏时的主应力
差 ?1 - ?3 =280kPa，测得的孔隙水压力
uf=180kPa。 试求破坏面上的法向应力和剪
应力以及试样中的最大剪应力。
196
【 解 】 有效的主应力分别为
k P a300
180)200280(
)280( 31
?
???
???? fu??
k P a20
180200
33
?
??
??? fu??
197
剪切破坏面与大主应力作用面
的夹角为
?? 57
245 ?
??? ??
f
由式（ 3-5）计算破坏面上的法向有效应力 ?'
和剪应力 ?：
k P a103
114c o s)20300(
2
1
)20300(
2
1
2c o s)(
2
1
)(
2
1
3131
?
????
?????????
?
f
??????
198
k P a1 2 7
1 1 4s i n)203 0 0(
2
1
2s i n)(
2
1
31
?
??
????
?
f
????
破坏面上的法向应力 ?为
k P a2 8 3
1 8 01 0 3
?
??
??? fu??
199
最大剪应力发生在 ?=45° 的
平面上，所以
k P a1 4 0
90s i n)203 0 0(
2
1
2s i n)(
2
1
31m a x
?
??
????
?
????
200
第 4章 重点内容
1.抗剪强度的含义
2.莫尔 -库伦强度理论
3.测定抗剪强度的直接剪切试验
4.饱和粘性土在不同排水条件下描述抗剪
强度的总应力法和有效应力法
5.临界孔隙比
201
第 4章 作业
p130：
3-1,3-2,3-5,3-8
202
东南大学远程教育
基 础 工 程
第五章
主讲教师 童小东
203
第 5章 土压力、地基承载
力和土坡稳定性
第 1节 概述
第 2节 挡土墙上的土压力
第 3节 朗肯土压力理论
第 4节 库伦土压力理论
第 5节 挡土墙设计
第 6节 地基破坏型式和地基承载力
第 7节 土坡的稳定性分析
204
第 1节 概 述
挡土墙 是防止土体坍塌的
构筑物，在工程建设领域得到广泛应用。
挡土墙的结构型式可以分为 重力式,
悬臂式 和 扶壁式 。
土压力 是指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。
205
土压力是挡土墙的主要外
荷载，所以设计挡土墙时首先
要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。
土
压
力
主动土压力
静止土压力
被动土压力
206
地基承载力 是指地基承受
建筑物荷载的能力。地基在建
筑物荷载作用下，如果发生剪切破坏，就会
对建筑物的稳定性产生不利的影响。因此，
在地基计算中，应验算地基的承载力。
土
坡
天然土坡
人工土坡
207
由于内在或外在因素的影响，
土坡可能发生局部土体的滑动失
稳，造成事故并危及人身安全。因此，应验
算边坡的稳定性，必要时应采取适当的工程
措施来保证边坡的稳定性。
208
第 2节 挡土墙上的
土压力
挡土墙上的土压力的大小和分布受到
墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、
填土面的形式等因素的影响。
根据墙的 位移情况 和墙后土体所处的
应力状态,土压力可分为以下三种：
209
1.主动土压力,当挡土墙 向
离开土体方向 偏移至土体达到 极
限平衡状态时,作用在墙上的土压力，一般
用 Ea表示。
2.被动土压力,当挡土墙 向土体方向 偏
移至土体达到 极限平衡状态时,作用在挡土
墙上的土压力，用 Ep表示。
3.静止土压力,当挡土墙静止不动，土
体处于 弹性平衡状态时,土对墙的压力，用
E0表示。
210
Ea
主动土压力
211
Ep
被动土压力
212
E0
静止土压力
213
试验研究表明：在相同条件
下，静止土压力大于主动土压力
而小于被动土压力，即有
Ea<E0<Ep
在相同条件下，产生被动土压力时所需
的位移量远远大于产生主动土压力时所需的
位移量。
214
※ 静止土压力的计算
在填土表面下任意深度 z处
的静止土压力强度可按下式计算：
0
2
0 2
1 KHE ??
由上式可知，静止土压力沿墙高呈三角
形分布。作用在单位墙长上的静止土压力为：
zK 00 ?? ?
215
E0H
3
H
静止土压力的分布
216
第 3节 朗肯土压力理论
朗肯土压力理论 是根据 半空间的应力
状态 和 土的极限平衡条件 而得出的土压力
计算方法。
研究一表面为水平面的半空间（土体
向下和沿水平方向都伸展至无穷）。当整
个土体都处于静止状态时，各点都处于 弹
性平衡状态 。
217
竖直截面上的法向应力为：
zz ?? ?
zKx 0?? ?
在离地表为 z深度处取一单
元体，单元体水平截面上的法
向应力等于该处土的 自重应力,即
218
由于为半空间，所以土体内
每一竖直面都是 对称面,因此竖
直截面和水平截面上的剪应力都等于零，因
而相应截面上的法向应力 ?z和 ?x都是 主应力,
此时的应力状态可用莫尔圆表示。由于该点
处于弹性平衡状态，所以莫尔圆位于抗剪强
度包线（破坏包线）的下方。
219
?
?0
? zK0? z
??? tgcf ??
弹性平衡状态时的莫尔圆
220
如果使整个土体在水平方
向均匀 伸展 （ ?x减小 ） 或 压缩
（ ?x增大 ），直到土体由弹性平衡状态转为
塑性平衡状态 。
1.土体在水平方向伸展
上述单元体在水平截面上的法向应力 ?z
不变，而竖直截面上的法向应力 ?x却逐渐 减
小,直至满足极限平衡条件为止（称为 主动
朗肯状态 ）。
221
此时,?x达到最低限值 ?a，
?a是小主应力,?z是大主应力，
莫尔圆与抗剪强度包线（破坏包线） 相切 。
剪切破坏面与 水平面 的夹角为 。
245
???
222
?
?0
? zK0? z?a
??? tgcf ??
主动朗肯状态时的莫尔圆
223
2.土体在水平方向压缩
上述单元体在水平截面上的
法向应力 ?z不变而竖直截面上的法向应力 ?x
却逐渐 增大,直至满足极限平衡条件为止
（称为 被动朗肯状态 ）。此时,?x达到最高
限值 ?p,?p是大主应力,?z是小主应力，莫
尔圆与抗剪强度包线（破坏包线） 相切 。剪
切破坏面与 竖直面 的夹角为 。
245
???
224
?
?0
? zK0? z ?p
??? tgcf ??
被动朗肯状态时的莫尔圆
225
?
?0
? zK0? z?a ?p
??? tgcf ??
三种状态时的莫尔圆
226
朗肯将上述原理应用于
挡土墙的土压力计算中，设
想用 墙背直立 的挡土墙代替半空间左边的土。
如果墙背与土的接触面上满足 剪应力为零 的
边界应力条件 以及产生主动或被动朗肯状态
的 边界变形条件,由此可推导出主动和被动
土压力计算公式。而如果挡土墙静止不动，
则墙后土体的应力状态不变。
227
※ 朗肯土压力理论的假设：
1.挡土墙背面竖直；
2.墙背光滑；
3.墙后填土面水平。
一、主动土压力
由莫尔 -库伦强度理论知，当土体中某
点处于极限平衡状态时，大主应力 ?1和小主
应力 ?3之间满足：
228
1.无粘性土
?
??
??
?
??
?
??
s i n
)
2
45(
)
2
45(
31
31
2
13
2
31
?
?
?
??
??
或
或
?
?
tg
tg
229
2.粘性土
)
2
45(2)
2
45(
)
2
45(2)
2
45(
2
13
2
31
??
??
??
??
?????
?????
??
??
tgctg
tgctg
或
230
当挡土墙偏离土体时，由
于墙后土体中离地表深度 z处
的竖向应力（大主应力） 不变，而水
平应力 ?x却逐渐减小直至进入 主动朗肯状态,
此时 ?x为小主应力 ?a，由极限平衡条件公式
可得
aa
a
zK
z t g
??
?
??
?
??
或
)
2
45(
2 ?
zz ?? ?
1.无粘性土
231
2,粘性土
aaa
a
KczK
tgcz t g
2
)
2
45(2)
2
45(
2
??
?????
??
??
??
或
??
232
由以上公式可知：
1.无粘性土的主动土压力
强度与 z成正比，沿墙高的压力呈三角形分
布。如取单位墙长，则主动土压力为：
aa
a
KHE
tgHE
2
22
2
1
)
2
45(
2
1
?
?
?
?
??
或
?
233
EaH
3
H
无粘性土的主动土压力强度分布图
aHK?
234
2.粘性土的主动土压力
强度包括两部分：一部分是
由自重引起的土压力强度,另一部分是
由粘聚力引起的负侧压力强度,这
两部分土压力叠加的结果如下图所示。
azK?
aKc2?
235
Ea
H
3 0zH?
粘性土的主动土压力强度分布图
aHK?
a
d e
b c
0z
236
其中 ade部分是负侧压力，
对墙背而言是 拉力,但实际上
墙与土在很小的拉力作用下就会分离，从而
造成土压力为零。所以粘性土的土压力分布
仅是 abc部分。
a点离填土面的的深度 z0称为 临界深度,
在填土面无荷载的条件下，可令 ?a=0求得 z0
的值，可得
237
如取单位墙长计算，主动土压力 Ea为：
?
?
?
2
2
0
22
2
1
)2)((
2
1
c
KcHKH
KcHKzHE
aa
aaa
???
???
aK
cz
?
2
0 ?
238
二、被动土压力
当墙受到外力作用而推向
土体时，填土中任意一点的竖向应力
仍不变，而水平向应力 ?x却逐渐增大，直至
出现 被动朗肯状态 。此时,?x达最大限值
?p,因此 ?p是大主应力，也就是被动土压
力强度，而 ?z则是小主应力。由极限平衡条
件公式可得
zz ?? ?
239
1,无粘性土
pp
p
zK
z t g
??
?
??
?
??
或
)
2
45(
2 ?
2,粘性土
ppp
p
KczK
tgcz t g
2
)
2
45(2)
2
45(
2
??
?????
??
??
??
或
??
240
从以上公式可知：无粘性土
的被动土压力强度呈 三角形分布 ；
粘性土的被动土压力强度呈 梯形分布 。如取
单位墙长计算，则被动土压力可由下式计算：
1.无粘性土
pp KHE
2
2
1 ??
241
2.粘性土
ppp KcHKHE 22
1 2 ?? ?
242
Ep
无粘性土的被动土压力强度分布图
pHK?
3
H
H
243
Ep
pp KcHK 2??
pKc2
粘性土的被动土压力强度分布图
244
※ 当填土面有均布荷载时的
土压力计算：
当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用
时，土压力的计算方法是 将均布荷载换算成
当量的土重 。当填土面水平时，当量的土层
厚度为
?
qh ?
245
Ea
填土面有均布荷载的土压力计算
aKHh )( ??
H
?qh ?
q
246
第 4节 库伦土压力理论
库伦土压力理论 是根据墙后土体处于
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。
※ 库伦土压力理论的基本假设：
1.墙后的填土是理想的散粒体（粘聚
力 c=0）；
2.滑动破坏面为一通过 墙踵 的平面。
247
一、主动土压力
一般挡土墙的计算属于
平面问题,故可沿墙的长度方向取 1m进行分
析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某
一破坏面破坏时，土楔向下滑动而处于主动
极限平衡状态。此时，作用于土楔上的力有：
248
按库伦理论求主动土压力
W
RE
W
R
E
A
C
B
?
249
1.土楔体的自重 ；
2.破坏面上的反力 R；
3.墙背对土楔体的反力 E；
土楔体在上述三个力的作用下处于 静力
平衡状态,必然构成一个闭合的力矢三角形，
由正弦定律便可得到 E的值。
???? ABCW
)s i n (
)s i n (
???
??
??
?? WE
250
与 E大小相等、方向相反的
作用力就是墙背上的土压力。
)s i n ()s i n (c o s
)s i n ()c o s ()c o s (
2
1
2
2
??????
???????
?????
?????? HE
在上式中，除了滑动面与水平面的倾角
?外，其余量都是已知的常量。
假定不同的滑动面可以得到不同的倾角
?，从而得到一系列相应的土压力 E。
251
一、主动土压力
一般挡土墙的计算属于
平面问题,故可沿墙的长度方向取 1m进行分
析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某
一破坏面破坏时，土楔向下滑动而处于主动
极限平衡状态。此时，作用于土楔上的力有：
252
按库伦理论求主动土压力
W
RE
W
R
E
A
C
B
?
253
1.土楔体的自重 ；
2.破坏面上的反力 R；
3.墙背对土楔体的反力 E；
土楔体在上述三个力的作用下处于 静力
平衡状态,必然构成一个闭合的力矢三角形，
由正弦定律便可得到 E的值。
???? ABCW
)s i n (
)s i n (
???
??
??
?? WE
254
与 E大小相等、方向相反的
作用力就是墙背上的土压力。
)s i n ()s i n (c o s
)s i n ()c o s ()c o s (
2
1
2
2
??????
???????
?????
?????? HE
在上式中，除了滑动面与水平面的倾角
?外，其余量都是已知的 常量 。
假定不同的滑动面可以得到不同的倾角
?，从而得到一系列相应的土压力 E。
255
可以看出 E是 ?的函数。
E的最大值 Emax即为墙背的
主动土压力。其所对应的滑动面即为土楔最
危险的滑动面。
为求得 Emax,可采用微分学中求极值的
方法求 E的极大值，可令
0??ddE
256
解上式可以得到 Emax，
并得到 Emax所对应的挡土墙
后填土的破坏角 ?cr，即为真正滑动面的倾
角。
257
整理后可得到库伦主动土
压力的一般表达式
2
2
2
2
)c o s ()c o s (
)s i n ()s i n (
1)c o s (c o s
)(c o s
2
1
?
?
?
?
?
?
???
???
???
?
?
????
????
???
??
? HE a
或
aa KHE
2
2
1 ??
258
库伦主动土压力强度沿墙高
呈 三角形分布,主动土压力的作
用点在 距墙底 H/3处 。
当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库
伦主动土压力的一般表达式成为
)245(21 22 ?? ?? ?tgHE a
可见，在上述条件下，库伦主动土压力
公式和朗肯公式相同。
259
二、被动土压力
当挡土墙受外力作用推向
填土，直至土体沿某一破裂面 BC破坏时，土
楔 ABC向上滑动，并处于 被动极限平衡状态 。
此时土楔 ABC在其自重 W和反力 R和 E的作用
下平衡。
260
按库伦理论求被动土压力
W
RE W
R
E
A
C
B
?
261
按求主动土压力同样的原理
可求得被动土压力的库伦公式为：
2
2
2
2
)c o s ()c o s (
)s i n ()s i n (
1)c o s (c o s
)(c o s
2
1
?
?
?
?
?
?
???
???
???
?
?
????
????
???
??
? HE p
或
pp KHE
2
2
1 ??
262
库伦被动土压力强度沿墙高
呈 三角形分布,被动土压力的作
用点在 距墙底 H/3处 。
被动土压力强度可按下式计算：
)245(21 22 ?? ?? ?tgHE p
当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库
伦被动土压力的一般表达式成为
pp zK?? ?
263
可见，在上述条件下，库伦
被动土压力公式和朗肯公式相同。
三、朗肯理论与库伦理论的比较
朗肯理论与库伦理论建立在不同的假设
基础上，用不同的分析方法计算土压力，只
有在最简单的情况下，采用这两种理论的计
算结果才相同，否则便得出不同的结果。
264
1.朗肯土压力理论：
（ 1）是根据半空间的应力
状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计
算方法。
（ 2）朗肯土压力理论假设：
a.挡土墙背面竖直；
b.墙背光滑；
c.墙后填土面为水平面。
265
（ 3）对于粘性土和无粘性土
都可以直接用理论公式进行计算；
（ 4）朗肯土压力理论概念明确，计算
简单，使用方便。但由于其假设条件，造成
使用范围有局限性。另外，由于忽略了墙背
与填土之间的摩擦，计算出的主动土压力偏
大，被动土压力偏小。
266
2.库伦土压力理论：
（ 1）是根据挡土墙后的
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。
（ 2）库伦土压力理论假设：
a.挡土墙后的填土是理想的散粒体
（粘聚力 c=0）；
b.滑动破坏面为一通过墙踵的平面。
267
（ 3）对于无粘性土可以直
接用理论公式进行计算，对于
粘性土则不能用理论公式直接计算粘性土的
土压力；
（ 4）库伦土压力理论考虑了墙背与土
之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面
倾斜的情况。库伦理论假设墙后填土破坏时，
破裂面是一平面，但实际情况却是一曲面，
采用库伦理论的计算结果与按滑动面为曲面
的计算结果有出入。
268
第 5节 挡土墙设计
一、挡土墙的类型
挡土墙按结构型式可分为三种主要类
型：
1.重力式挡土墙
重力式挡土墙是以挡土墙自身重力来
维持挡土墙在土压力作用下的稳定。
269
重力式挡土墙通常由块石或
素混凝土砌筑而成，因而墙体抗
拉强度较小，作用于墙背的土压力所引起的
倾覆力矩全靠墙身自重产生的抗倾覆力矩来
平衡，因此，墙身必须做成厚而重的实体才
能保证其稳定，这样，墙身的体积和重量都
比较大。
重力式挡土墙具有结构简单，施工方便，
能够就地取材等优点，是工程中应用较广的
一种型式。
270
2.悬臂式挡土墙
悬臂式挡土墙一般用钢筋
混凝土建造，由三个悬臂板组成,立壁, 墙
趾悬臂 和 墙踵悬臂 。墙的稳定性主要靠墙踵
底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋
承担。这类挡土墙的优点是能充分利用钢筋
混凝土的受力特性，墙体截面较小。
271
3.扶壁式挡土墙
当挡土墙后的填土比较高
时，为了增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性
能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁，
故称为扶壁式挡土墙。
272
二、挡土墙的计算
挡土墙的截面一般按试算法确定，即先
根据挡土墙所处的条件凭经验初步拟定截面
尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要
求，则应改变截面尺寸或采取其他措施。
273
挡土墙的计算通常包括下列
内容：
1.稳定性验算：包括抗倾覆和抗滑移稳
定验算；
2.地基的承载力验算；
3.墙身强度验算。
274
1.稳定性验算
挡土墙的稳定性破坏通常
有两种形式，一种是在主动土压力作用下外
倾，对此应进行 倾覆稳定性验算 ；另一种是
在土压力作用下沿基底外移，需进行 滑动稳
定性验算 。
a.倾覆稳定性验算：绕墙趾的抗倾覆力
矩与倾覆力矩之比称为 抗倾覆安全系数
Kt≥1.6。
275
b.滑动稳定性验算：抗滑力
与滑动力之比称为 抗滑安全系数
Ks ≥ 1.3。
2.地基承载力验算
地基的承载力验算，要求同时满足基底
平均应力 p≤f和基底最大压应力 pmax≤1.2f（ f
为地基承载力设计值）。
276
3.墙身强度验算
墙身强度验算应根据墙身
材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋
混凝土结构的有关计算方法进行。
277
三、重力式挡土墙的体型选择
和构造措施
（一）墙背的倾斜型式
重力式挡土墙按墙背倾斜方向可分为 仰
斜, 直立 和 俯斜 三种型式。
278
仰斜墙背重力式挡土墙
279
直立墙背重力式挡土墙
280
俯斜墙背重力式挡土墙
281
对于不同倾斜方向墙背的
挡土墙，如用相同的计算方法
和计算指标进行计算，其主动土压力以仰斜
为最小，直立居中，俯斜最大。因此，就墙
背所受的主动土压力而言,仰斜墙背 较为合
理。
如在开挖临时边坡以后筑墙，采用仰斜
墙背可与边坡紧密贴合，而俯斜墙背则需在
墙背回填土，因此仰斜墙背比较合理。
282
如果在填方地段筑墙，仰斜
墙背填土的夯实比俯斜墙背
或直立墙背困难，此时，俯斜墙背和直立墙
背比较合理。
从墙前地形的陡缓看，当墙前地形较为
平坦时，用仰斜墙背较为合理。如果墙前地
形较陡，则宜用直立墙背。因为俯斜墙背的
土压力较大，而用仰斜墙背时，为了保证墙
趾有一定的入土深度，就要加高墙身，使砌
筑工程量增加。
283
仰斜与俯斜墙背重力式
挡土墙的比较
284
因此，墙背的倾斜型式应
根据使用要求、地形和施工等
情况综合考虑确定：
1.仰斜墙背 主动土压力最小，墙身截面
经济，墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，
但墙后填土的压实较为困难，因此多用于支
挡挖方工程的边坡；
285
2.俯斜墙背 主动土压力
最大，但墙后填土施工较为
方便，易于保证回填土质量而多用于填方工
程；
3.直立墙背 介于前两者之间，且多用于
墙前原有地形较陡的情况，如山坡上建墙，
因此时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则
土压力较大。
286
（二）填土质量要求
挡土墙的回填土料应尽量
选择透水性较大的土，因为这类土的抗剪强
度较稳定，且易于排水。
※ 填土压实质量 是挡土墙施工中的一个关
键问题。填土时应分层夯实。
287
第 6节 地基破坏型式
和地基承载力
一、地基破坏型式
在荷载作用下，建筑物地基的破坏通
常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，
地基剪切破坏的型式可分为 整体剪切破坏,
局部剪切破坏 和 冲剪破坏 三种。
288
1.整体剪切破坏
整体剪切破坏的特征是，
当基础上的荷载较小时，基底压力 p与沉降 s
基本上呈 直线关系,属于 线性变形阶段 。当
荷载增加到某一数值时，在基础边缘处的土
开始发生剪切破坏，随着荷载的增加，剪切
破坏区逐渐扩大，这时压力与沉降之间呈 曲
线关系,属 弹塑性变形阶段 。
289
整体剪切破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
p
s
0
290
如果基础上的荷载继续增
加，剪切破坏区不断扩大，最
终在地基中形成一连续的滑动面，基础急剧
下沉或向侧面倾倒，同时基础周围的地面隆
起，此时属 塑性破坏阶段,地基发生 整体剪
切破坏 。
291
整体剪切破坏
292
2.局部剪切破坏
局部剪切破坏是介于整体
剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏型式。
剪切破坏也从基础边缘开始，但滑动面不发
展到地面，而是限制在地基内部某一区域，
基础四周地面也有隆起现象，但不会有明显
的倾斜和倒塌。压力和沉降关系曲线从一开
始就呈现 非线性关系 。
293
s
p
局部剪切破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
0
294
局部剪切破坏
295
3.冲剪破坏
冲剪破坏先是由于基础下
软弱土的压缩变形使基础连续下沉，如荷载
继续增加到某一数值时，基础可能向下“切
入”到土中，基础侧面附近的土体因垂直剪
切而破坏。冲剪破坏时，地基中没有出现明
显的连续滑动面，基础四周的地面不隆起，
基础没有很大的倾斜，压力与沉降的关系曲
线与局部剪切破坏的情况类似，不出现明显
的转折现象。
296
p
s
冲剪破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
0
297
地基剪切破坏的型式，主要与 土的压缩
性质有关 。一般地说，对于 坚硬 或 密实 的土，
地基将发生 整体剪切破坏 ；而对于松软土，
将出现 局部剪切破坏 或 冲剪破坏 。
298
二、地基承载力
地基承载力 是指地基承受
荷载的能力。在压力与沉降的关系曲线中，
整体剪切破坏的曲线有两个转折点，相应于
a点的荷载称为 临塑荷载 pcr，为地基土开始
出现剪切破坏时的基底压力；相应于 b点的
压力称为 地基极限承载力 pu,是地基承受基
础荷载的极限压力，当基底压力达到 pu时，
地基就发生整体剪切破坏。
299
p
s
0
a
b
pupcr
整体剪切破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
300
工程上，为了保证建筑物
的安全可靠，在基础设计时，
必须把基底压力限制在某一范围之内，称为
地基容许承载力,以 pa表示，可由地基极限
承载力 pu除以安全系数 K确定，即 pa 是具有
一定安全储备的地基承载力。
301
第 7节 土坡的稳定性
分析
土坡的 滑动 是指土坡在一定范围内整
体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失
其稳定性。
土坡的失稳往往存在 外在 和 内在 两方
面的因素。
302
的
因
素
造
成
土
坡
失
稳
内在因素,土体自身抗剪强度
的降低
外在因素,剪应力的增加
※ 简单土坡,土坡的顶面和底面都是水平
的，并伸至无穷远，土坡由均质土组成。
303
坡底 坡脚
坡肩 坡顶
坡高
简单土坡
坡角
304
简单土坡的稳定性分析：
1.无粘性土坡稳定性分析
假设有一坡角为 ?的均质无粘性土坡，
坡体和地基都是同一种土，无粘性土的内摩
擦角为 ?，不考虑渗流的影响。
由于无粘性土颗粒之间没有粘聚力，只
有摩擦力，只要坡面不滑动，土坡就能保持
稳定。设在斜坡上的土颗粒 M，其自重为 W。
305
?
W
T
无粘性土的简单土坡
306
抗滑力为
?? tgc o sWT ??
抗滑力与滑动力之比称为 稳定安全系数 K
?
?
tg
tg???
T
TK
滑动力为
?s inWT ?
一般要求 K>1.25~1.30。
307
2.粘性土的土坡稳定分析
粘性土坡由于剪切破坏而产
生的滑动面多数为曲面，一般在破坏前，坡
顶先产生张力裂缝，继而沿某一曲面产生整
体滑动。滑动体在纵向也有一定范围，并且
也是曲面。为了简化，稳定分析中常假设滑
动面为圆筒面，并按平面问题进行分析。粘
性土坡的稳定性分析常采用 条分法 来进行分
析。
308
大量计算结果表明，最危险
滑弧两端距坡肩和坡脚各为 0.1nH
处，且最危险滑弧中心在 ab线的垂直平分线
上。
1
n
0.1nH
0.1nH
a
b
H
309
1.p135,第 10行,…,则墙后
土体的应力状态不变。 由此可以推导出主
动和被动土压力计算公式。,
而如果挡土墙静止不动，
第 5章 内容勘误
310
2.p137：公式（ 4-13）和（ 4-14）
中的 K应为 H。
3.p146：公式（ 4-30） +
pp
p
p zKKzdz
d
dz
dE
??? ??
?
??
?
? ??? 2
2
1
311
4.p150：第 1行“的一种形式”。
型
312
第 5章 重点内容
1.朗肯土压力理论与库伦土压力理论的
比较
2.重力式挡土墙的体型选择原则
313
第 5章 作业
p170：
4-2,4-3
314
东南大学远程教育
基 础 工 程
第六章
主讲教师 童小东
315
第 6章 地基勘察
第 1节 概述
第 2节 水文地质条件
第 3节 土中渗流的影响
第 4节 地基勘察方法
316
第 1节 概述
地基勘察的 目的 在于以各种勘察手段
和方法，调查研究和分析评价建筑场地和
地基的工程地质条件,为设计和施工提供
所需的工程地质资料 。
317
地基勘察工作应该做在设计
和施工前面，采取必要的勘察手
段和方法，提供准确无误的地基勘察报告。
地基勘察的 任务, 认识场地的地质条件，
分析场地条件与建筑物之间的相互影响 。
318
第 2节 水文地质条件
存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙
或溶洞中的水叫做 地下水 。
建筑场地的 水文地质条件 主要包括 地
下水的埋藏条件, 地下水化学成分及其对
混凝土的腐蚀 等。
319
一、地下水的埋藏条件
地下水按其埋藏条件可分为：
上层滞水, 潜水 和 承压水 三种类型。
1.上层滞水,指埋藏在地表浅处，局部
隔水透镜体的上部，且具有自由水面的地下
水。上层滞水地带只有在融雪或大量降水后
才能聚集较多的水，因而只能作为季节性的
或临时性的水源。
320
2,潜水,指埋藏在地表以下
第一个稳定隔水层以上的具有自
由水面的地下水。潜水直接受雨水渗透或河
流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸
发或流入河流而排泄。因此，潜水位的变化
直接受气候条件变化的影响。
321
3.承压水,指充满于两个
连续的稳定隔水层之间的含水
层中的地下水。它承受一定的静水压力。由
于承压水的上面存在隔水顶板，它的埋藏区
与地表补给区不一致。因此，承压水的动态
变化，受局部气候因素影响不明显。
322
二、地下水的腐蚀性
地下水中含有多种化学成
分，当某些成分含量过多时，会对混凝土等
材料产生危害。
1.地下水中的 含量过多时，将与水
泥水化生成的 发生作用，生成生石
膏 。生石膏再与水泥的水化产
物水化铝酸钙发生反应，生成硫铝酸钙（水
泥杆菌）。
?24SO
? ?2OHCa
O2HC a S O 24 ?
323
硫铝酸钙的体积比化合前
膨胀了许多，可以使混凝土产
生膨胀破坏。
2.pH<7的酸性地下水对混凝土中的
和 可以起到溶解破坏作用。
3.地下水中的游离的 CO2可与混凝土中
的 Ca(OH)2化合生成 CaCO3硬壳，对混凝土
可起到保护作用。
? ?2OHCa 3C a C O
324
但 CO2含量过多时，又会
与 CaCO3化合，生成可溶于水
的 Ca(HCO3 )2。这种过多的、能与 CaCO3
起作用的那一部分游离 CO2称为腐蚀性
CO2 。
325
第 3节 土中渗流的影响
地下水在渗流过程中受到土骨架的阻
力，作为反作用力，水对土骨架的作用力
称为 渗流力 。
竖向渗流的作用可使土的 有效重度 发
生变化。
326
向下渗流使有效应力增加，
增大土的抗剪强度；向上渗流
则使有效应力减少，降低土的抗剪强度 。
向上渗流的水力梯度增加到使有效应力减
少为零的某一数值 icr，此时，土中的有效
应力降低为零，砂土因抗剪强度丧失而
,液化,。这种渗透液化现象称为 流砂 。
327
流砂出现时的水力梯度
icr称为 临界水力梯度 。
流砂是一种不良的工程地质现象，所
以在地基勘察中应对可能出现的流砂现象
的条件及其危害性作出评估。
328
基坑工程防治流砂的原则
主要是：
1.减小基坑内外地下水的水头差；
2.增大渗流路径；
3.在向上渗流出口处地表用透水材料
覆盖压重以平衡渗流力。
329
当土中渗流的水力梯度
小于临界水力梯度时，虽不
致诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可
能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而去，
如果这种现象发生的时间比较长，在土层
中将形成管状空洞，使土体强度降低，压
缩性增大，这种现象称为,管涌,。
330
※ 渗流对土坡和挡土墙都会
产生不利于其稳定性的影响。
1.渗流对土坡稳定性的不利影响主要
是渗流力的 促滑作用,其次是静水浮托力
的 减重作用 。
2.渗流对挡土墙稳定性的不利影响表
现在渗流会使处于主动、静止或被动三者
中任何状态的 土压力明显增大 。
331
第 4节 地基勘察方法
工业与民用建筑工程的设计分为 可行
性研究, 初步设计 和 施工图 三个阶段。
为了提供各设计阶段所需的工程地质
资料，勘察工作也相应分为 可行性研究勘
察, 初步勘察 和 详细勘察 三个阶段。
332
一、勘探工作
勘探是地基勘察过程中
查明地质情况的一种必要手段，它是在地
面的工程地质测绘和调查所取得的各项定
性资料的基础上，进一步对场地的工程地
质条件进行定量的评价。
勘探工作包括 坑探, 钻探, 触探 和 地
球物理勘探 等。
333
下面对触探和地球物理
勘探进行简要介绍。
1.触探
触探是通过探杆用静力或动力将金属
探头贯入土层，并测得能表征土对触探头
贯入的阻抗能力的指标，从而 间接 地判断
土层及其性质的一类勘探方法和原位测试
技术。
334
作为勘探手段，触探可用
于划分土层；作为测试技术，
则可估计地基承载力和土的变形指标等。
a.静力触探
静力触探试验凭借静压力将触探头压
入土层，利用电测技术测得 贯入阻力 来判
定土的力学性质。与常规的勘探手段比较，
静力触探有其独特的优越性。它能快速、
连续地探测土层及其性质的变化。
335
单桥探头可以测得包括
锥尖阻力和侧壁摩阻力在内
的总贯入阻力 P（ kN），通常用 比贯入阻
力 ps（ kPa）表示。
双桥探头可以分别测得锥尖总阻力 Qc
（ kN）和侧壁总摩阻力 Pt（ kN），通常以
锥尖阻力 qc（ kPa）和 侧壁摩阻力 fs（ kPa）
表示。根据锥尖阻力 qc （ kPa）和侧壁摩
阻力 fs （ kPa），可以计算同一深度处的 摩
阻比 Rs。
336
地基的承载力取决于地
基土本身的力学性质，而静
力触探所测得的比贯入阻力等指标在一定
程度上也反映了土的某些力学性质。根据
静力触探资料可间接地按地区性的经验关
系估算 地基的承载力, 土的压缩性指标 和
单桩承载力 等。
337
b.动力触探
动力触探一般是将一定
质量的穿心锤，以一定的落距自由下落，
将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度
所需的锤击次数，并以此判断土的性质。
动力触探包括 标准贯入试验 和 轻便触
探 两种方法。
338
由标准贯入试验测得的
锤击数 N，可用于确定地基
的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的
变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密
实度以及估计地震时砂土液化的可能性。
应用轻便触探试验测得的锤击数 N10，
可确定粘性土地基和素填土地基的承载力，
并可按不同位臵的值的变化情况判定地基
土层的均匀程度。
339
2.地球物理勘探
地球物理勘探（物探）
是一种兼有 勘探 和 测试 双重功能的技术。
物探之所以能够被用来研究和解决各种地
质问题，主要是因为不同的岩石、土层和
地质构造往往具有不同的物理性质，通过
专门的物探仪器的量测，就可区别和推断
有关地质问题。
340
对地基勘探的下列方面
宜应用物探：
a.作为钻探的先行手段，了解隐蔽的
地质界限、界面或异常地带，为经济合理
确定钻探方案提供依据；
b.作为钻探的辅助手段，在钻孔之间
增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、
外推提供依据；
341
c.测定岩土体某些特性
参数，如波速、动弹性模量等。
常用的物探方法主要有电阻率法、声
波法等。
342
二、土性指标的统计整理
测试 是地基勘察工作的重
要内容。通过在土工实验室或现场原位进
行的测试工作，可以取得土和岩石的物理
力学性质和地下水的水质等定量指标，以
供设计计算时使用。
343
由于岩石和土自身的不
均匀性，取样和运输过程的
扰动，实验仪器及操作方法差异等原因，
同类土层测得的土性指标值是 离散的 。
在勘察中，若取得足够多的数据，可
按工程地质单元及层次分别进行统计整理，
以便求得 具有代表性的指标 。
344
统计整理时，应在合理
分层的基础上，对每层土的
有关测试项目，根据指标测试次数、地层
均匀性和建筑物等级等因素选择合理的数
理统计方法。
地基勘察中所测得的指标，是直接用
来计算土体强度和变形的，如抗剪强度指
标 c,?值等 。
345
当须提供室内试验的
抗剪强度指标时，对于甲
级建筑物，应在基础底面以下一倍基坑宽
深度的土层内，对同一类土至少取 6组原状
试样进行室内剪切试验。室内剪切试验取
消了直接剪切试验，而应选择三轴不固结
不排水试验或固结不排水试验。
346
1.p176,第 7行,…,将与水泥 硬 化后生成
的 Ca(OH)2起作用,…, 水
第 6章 内容勘误
2.p187：倒数 第 15行,地基土 的承载力取
决于土本身的力学性质,…,
地基
347
3.p187：倒数 第 13行“按地区性的经验关
系估算 土 的承载力,...”
地基
348
第 6章 重点内容
1.流砂的产生及防治原则
2.不同地基勘察方法的工作原理
349
第 6章 作业
p203：
5-1,5-3
350
东南大学远程教育
基 础 工 程
第七章
主讲教师 童小东
351
第 7章 浅基础常规设计
第 1节 概述
第 2节 浅基础的类型
第 3节 基础埋臵深度
第 4节 地基承载力
第 5节 按地基承载力确定基础底面尺寸
第 6节 防止不均匀沉降损害的措施
352
第 1节 概 述
建筑物地基可分为 天然地基 和 人工地
基,基础可分为 浅基础 和 深基础 。
深基础埋深较大，其主要作用是把所
承受的荷载相对集中地传递到地基深部；
而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散
分布于浅部地层。
353
浅基础不同于深基础主要
表现在,
1.从施工角度看，开挖基坑过程中降
低地下水位（当地下水位较高时）和保证
坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；
2.从设计角度来看，浅基础的埋臵深
度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以
下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的
竖向承载力。
354
浅基础的设计，不能离开
地基条件孤立地进行，故常称
为 地基基础设计 。
地基基础设计是建筑物结构设计的重
要组成部分。基础的型式和布臵，要合理
地配合上部结构的设计，满足建筑物整体
的要求，同时要做到便于施工、降低造价。
355
天然地基上结构较简单的
浅基础，最为经济，如能满足
要求，宜优先选用。天然地基、人工地基
上浅基础设计的原则和方法基本相同，只
是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需
对选择的 地基处理方法 进行设计，并处理
好人工地基与浅基础的相互影响。
356
天然地基上浅基础的设计，
包括下述各项内容：
1.选择基础的材料、类型和平面布臵；
2.选择基础的埋臵深度；
3.确定地基承载力；
4.确定基础尺寸；
5.进行地基变形与稳定性验算；
6.进行基础结构设计；
7.绘制基础施工图，提出施工说明。
357
上述浅基础设计的各项
内容是相互关联的，设计时
可按上述顺序，首先选择基础材料、类型
和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前
面的选择不妥，则需修改设计，直至各项
计算均符合要求，各数据前后一致为止。
358
必须强调的是：地基基础
问题的解决，不宜单纯着眼于
地基基础本身，按常规设计时，更应把 地
基、基础与上部结构 视为一个 统一的整体,
从三者相互作用的概念出发考虑地基基础
方案。
359
第 2节 浅基础的类型
一、扩展基础
上部结构通过墙、柱等承重构件传递
的荷载，在其底部横截面上造成的压强通
常远远大于地基的承载能力。这就要求在
墙、柱之下设臵水平截面向下扩大的基础 -
360
扩展基础,以使从墙或柱传递
下来的荷载扩散分布于扩大后
的基础底面，使之满足地基承载力和变形
的要求。
1.无筋扩展基础
无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝
土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形
基础或柱下独立基础。
361
无筋扩展基础
362
无筋扩展基础的特点是：
材料具有较好的抗压性能，
稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，
所以只需地基承载力能满足要求，适用于
多层民用建筑和轻型厂房。
当基础较厚时，可在纵横两个剖面上
都做成台阶形，以减少基础自重，节省材
料。
363
无筋扩展基础的主要
缺点是自重大，并且当持
力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一
定限制，需要对地基进行处理或加固后才
能采用，否则会因所受的荷载压力超过地
基承载力而影响结构物的正常使用。
所以对于荷载大或上部结构对差异沉
降较敏感的结构物，当持力层土质较差又
较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适
宜的。
364
无筋扩展基础的材料虽具
有较好的抗压性能，但其抗拉、
抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在
基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材
料强度值。这种保证通常是通过对基础构
造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽
度与其高度之比（ 宽高比 ）都不得超过规
范规定的台阶宽高比的允许值。
365
基础在基底反力作用下，
在 a-a断面产生的弯曲 拉应力
和 剪应力 若超过了基础建材的强度值，为
防止基础在 a-a断面开裂甚至断裂，必须在
基础中配臵足够数量的钢筋。
366
扩展基础
367
2.扩展基础
扩展基础系指柱下钢筋
混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基
础。
扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，
其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较
大、地基承载力不高以及承受水平力和力
矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不
受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽
基浅埋”的场合下采用。
368
二, 独立基础
独立基础是配臵于整个结
构物之下的无筋或配筋的单个基础。
独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用
的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑
为 台阶式,但柱下独立基础用石或砖砌筑
时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。
369
独立基础
370
三, 联合基础
当为了满足地基土的强度
要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结
果与相邻的单个基础在平面上相接甚至重
叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。
371
联合基础
372
第 3节 基础埋置深度
确定基础的 埋臵深度 是地基基础设计
中的重要内容，它涉及到结构物建成后的
牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础
埋臵深度时，必须考虑把基础设臵在变形
较小，而强度又比较大的 持力层 上，以保
证地基强度满足要求，而且不致产生过大
的沉降或沉降差。
373
此外，还要使基础有足够
的埋臵深度，以保证基础的稳
定性，确保基础的安全。确定基础埋臵深
度时，必须综合考虑地基的地质、地形、
水文条件，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。
374
对于某一个具体工程来
说，往往是其中一、两种因
素起决定性作用，所以在设计时，必须从
实际出发，抓住主要因素进行分析研究，
确定合理的埋臵深度。
375
一, 与建筑物有关的条件
包括建筑物的用途，有
无地下室、设备基础和地下设施，基础的
型式和构造等。
二, 作用在地基上的荷载大小和性质
三, 工程地质条件和水文地质条件
合理 选择地基持力层。另外，选择基
础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。
（ 渗流力, 浮托力 ）
376
四, 相邻建筑物的基础埋深
当存在相邻建筑物时，
新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑
物的基础埋深。
当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，
两基础之间应保持一定净距，其数值应根
据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质
情况而定。
377
如上述要求不能满足时，
应采取分段施工，设临时加固
支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，
或加固原有建筑物的地基。
五, 地基土冻胀和融陷的影响
378
第 4节 地基承载力
地基承载力是指地基土单位面积上承
受荷载的能力，以 kN／ m2或 kPa计。在建
筑工程中，必须使建筑物基础底面压力不
超过规定的地基承载力，以保证地基土不
致破坏，即丧失稳定性。同时也要使建筑
物不会产生建筑物不容许的沉降和沉降差，
以满足建筑物的使用要求。
379
地基承载力和边坡稳定
性问题在本质上是一致的。
它们都是考虑土中的剪应力与土的抗剪强
度之间的关系。
地基基础设计首先必须保证在荷载作
用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方
面，应具有足够的安全度。为此，建筑物
浅基础的地基承载力验算均应满足下列要
求：
380
ak fp ?
式中 pk——相应于荷载效应标准组合时,
基础底面处的 平均压力值 ；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
1.当轴心荷载作用时
381
ak ma x 2.1 fp ?
式中 pkmax——相应于荷载效应标准组合时,
基础底面边缘处的最大压力值；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
2.当偏心荷载作用时
除了应满足上式外，还应满足
382
地基承载力特征值可由
载荷试验或其他原位测试、
公式计算并结合工程实践经验等方法综合
确定。
当基础宽度大于 3m或埋臵深度大于
0.5m时，从载荷试验或原位测试、经验值
等方法确定的地基承载力特征值，尚应按
下式修正：
383
)5.0()3( mdbaka ????? dbff ????
式中 fa—修正后的地基承载力特征值；
fak—地基承载力特征值；
?b,?d—基础宽度和埋深的地基承载力修
正系数；
b—基础底面宽度（ m），当基宽小
于 3m按 3m考虑，大于 6m按 6m考
虑；
384
?m—基础底面以上土的加
权平均重度，地下水
位以下取浮重度；
d—基础埋臵深度（ m），一般自室外
地面标高算起。
385
当地基受力层范围内有软
弱下卧层时，应按下式验算：
azczz fpp ??
式中 pz—相应于荷载效应标准组合时，软
弱下卧层顶面处的附加应力值；
pcz—软弱下卧层顶面处土的自重应力
值；
faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后
的地基承载力特征值。
386
※ 按地基载荷试验确定地基
的承载力特征值：
在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动
较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的
成果一般能反映相当于 1~2倍载荷板宽度的
深度以内土体的平均性质。
387
按载荷试验成果确定
地基承载力特征值
p
s
0
388
承载力特征值的确定：
1.当 p~s曲线上有 比例界限
时，取该比例界限所对应的荷载值；
2.当极限荷载小于对应比例界限的荷
载值的 2倍时，取 极限荷载值的一半 ；
3.当不能按上述二点确定时，如压板
面积为 0.25~0.50m2，可取 s/b=0.01~0.015所
对应的荷载，但其值不应大于 最大加载量
的一半 。
389
同一土层参加统计的试验点
不应少于 3点,各试验实测值的
极差不得超过其平均值的 30%，取此平均
值作为该土层的地基承载力特征值 fak。
390
第 5节 按地基承载力
确定基础底面尺寸
一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸
设计浅基础时，一般先确定埋深 d并初
步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的
修正后的承载力特征值，再按下列条件验
算并调整尺寸直至满足设计要求为止。
391
ak fp ?
式中 pk——相应于荷载效应标准组合时,
基础底面处的 平均压力值 ；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
1.当轴心荷载作用时
392
A
GFp kk
k
??
式中 Fk——相应于荷载效应标准组合时,
上部结构传至基础顶面的竖向
力值；
Gk——基础自重和基础上的土重；
A——基础底面面积 。
基础底面的压力，可按下列
公式确定：
393
ak ma x 2.1 fp ?
式中 pkmax——相应于荷载效应标准组合
时，基础底面边缘处的最大
压力值；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
2.当偏心荷载作用时
除了应满足上式外，还应满足
394
式中 Mk——相应于荷载效应标准组合
时，作用于基础底面的力矩
值；
W ——基础底面的抵抗力矩；
基础底面的压力，可按下列
公式确定：
W
M
A
GFp kkk
k m a x ?
??
395
由于以上公式中的 pk、
pkmax和 fa都与基底尺寸有关，
所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺
寸才能取得满意的结果。
二、软弱下卧层的验算
当地基受力层范围内有 软弱下卧层
（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）
396
时，按持力层土的承载力计算
得出基础底面所需的尺寸后，
还必须对软弱下卧层按下式进行验算
azczz fpp ??
397
第 6节 防止不均匀沉降
损害的措施
地基的过量变形将使建筑物损坏或影
响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀
土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基
上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不
均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不
均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真
考虑的问题。
398
一、建筑措施
1.建筑物的体型力求简单
2.在应力突变处，宜设臵沉降缝
3.相邻建筑物基础间的净距
地基中附加应力的向外扩散，使得相
邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，
两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产
生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的
开裂或互倾。
399
为了避免相邻影响的损害，
软弱地基上的建筑物基础之间
要有一定的净距。
4.调整建筑物某些组成部分的标高
a.室内地坪和地下设施的标高，应根
据预估沉降量予以提高。建筑物各部分
（或设备之间）有联系时，可将沉降较大
者标高提高。
400
b.建筑物与设备之间，应
留有足够的净空。当建筑物有
管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或
采用柔性的管道接头等。
二、结构措施
1.减轻建筑物的自重（减小基底压力）
2.设臵圈梁（增加建筑物的整体性）
3.减小或调整基底附加压力
401
第 7章 内容勘误
本章有数处将,地基承载力,称为
,地基强度,，希更正。再次强调：强度
是用来描述 土体 抵抗破坏（ 剪切破坏 ）的
能力；而承载力是用来描述 地基 对荷载的
承受能力。
402
第 7章 重点内容
1.浅基础的概念, 类型
2.防止不均匀沉降损害的措施 （ 建筑措
施, 结构措施 ）
403
第 7章 作业
p246：
6-1
404
东南大学远程教育
基 础 工 程
第八章
主讲教师 童小东
405
第 8章 桩基础
第 1节 概述
第 2节 桩的分类
第 3节 单桩轴向荷载的传递
第 4节 单桩竖向承载力的确定
第 5节 桩基础设计
406
第 1节 概 述
如果建筑场地浅层的土质不能满足建
筑物对 地基承载力 和 变形 的要求、而又不
宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下
部坚实土层或岩层作为持力层的 深基础 方
案。 桩基础 是应用最为广泛的一类深基础。
407
※ 桩基础：是由基桩和连接于
桩顶的承台共同组成。承台把
桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后
通过桩传递到地基中去。
※ 桩是垂直或微斜埋臵于土中的受力杆件，
它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是
将上部结构的荷载传递给土层或岩层。
408
※ 桩基础设计也应注意满足
地基承载力 和 变形 这两项基本
要求。
按行业标准, 建筑桩基技术规范,
（ JGJ94－ 94），建筑桩基设计与建筑结
构设计一样，应采用以概率理论为基础的
极限状态设计法，并按极限状态设计表达
式计算。桩基的极限状态分为下列两类：
409
1.承载能力极限状态
对应于桩基受荷达到最大
承载能力导致整体失稳或发生不适于继续
承载的变形；
2.正常使用极限状态
对应于桩基变形达到为保证建筑物正
常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要
求的某项限值。
410
第 2节 桩的分类
一、按桩的使用功能分类
1.竖向抗压桩
主要承受竖向下压荷载（简称 竖向荷
载 ）的桩，应进行竖向承载力计算，必要
时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的
承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。
411
2.竖向抗拔桩
主要承受竖向上拔荷载的
桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔
承载力验算。
3.水平受荷桩
主要承受水平荷载的桩，应进行桩身
强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验
算。
412
4.复合受荷桩
承受竖向、水平荷载均较
大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水
平受荷桩的要求进行验算。
413
二, 按桩承载性能分类
1.摩擦桩
当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层
或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩
身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖
处土层反力很小，可忽略不计。
414
2.端承桩
桩穿过软弱土层，桩端支承
在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载
主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支
承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。
3.摩擦端承桩
桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻
力共同承担，但主要由桩端阻力承受。
415
4.端承摩擦桩
桩顶的极限荷载由桩侧阻力
和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力
承受。
三, 按桩身材料分类
可分为 木桩, 混凝土桩, 钢桩, 组合
桩 等。
416
四、按设臵效应分类
1.非挤土桩
包括 干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）
孔桩，套管护壁灌注桩等。
这类在成桩过程中基本对桩相邻土不
产生挤土效应的桩，称为 非挤土桩 。其设
备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输
等可能会对周围环境造成影响。
417
2.部分挤土桩
当挤土桩无法施工时，可
采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩
的施工方法, 也可打入敞口桩。
3.挤土桩
挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥
浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法
得当时，其单方混凝土材料所提供的承载
力较非挤土桩及部分挤土桩高。
418
五, 按桩径大小分类
1.小桩
桩径 d≤250mm。由于桩径小，施工机
械，施工场地及施工方法一般较为简单。
小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压
桩）及复合桩基础。
2.中等直径桩
250mm<d<800mm。这类桩长期以来
在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方
法和工艺繁多。
419
3.大直径桩
桩径 d≥800mm。近年来的
发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径
大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力
较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为
钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重
型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单
桩的结构型式。正因为如此，也决定了大
直径桩施工质量的重要性。
420
第 3节 单桩轴向荷载
的传递
孤立的一根桩称为 单桩,群桩中性能
不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。
单桩工作性能的研究是单桩承载力分
析理论的基础。通过桩土相互作用分析，
了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构
成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，
对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指
导意义。
421
一, 单桩轴向荷载的传递
1．桩身轴力和截面位移
在轴向荷载作用下，桩身将发生 压缩
变形 ；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到
桩底，致使桩底土层发生 压缩变形,这两
部分压缩变形之和构成 桩顶轴向位移 。
由于 桩与桩周土体的紧密接触，当桩
相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向
上的 摩阻力 。
422
在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，故桩身截面的轴向力随深度
逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶
荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承
反力（即 桩端阻力 ）大小相等、方向相反。
桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传
递给土体，即土对桩的支承力由 桩侧阻力
和 桩端阻力 两部分组成。
423
由桩底土层的压缩变形导
致的桩端位移加大了由于桩身
的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并
促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，
靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层
发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出
来。
单桩在轴向荷载作用下，桩身的 截面
位移, 桩侧的摩阻力 分布以及 轴力 分布见
下图。
424
S
0
S
Z d
s
S
b
d
z
S 0
L
Z
??zQ
? ? ? ?zdQzQ ?
bQ
bS
??zS ??zqs
??zQ
0Q
bQ SQ
0Q
425
二, 桩侧摩阻力和桩端阻力
桩侧摩阻力是桩截面对桩
周土的相对位移的函数 [ qs= f(s)]，可用下
图中的曲线 OCD表示，且常简化为折线
OAB。 AB段表示一旦桩土界面相对滑移超
过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不
变。
426
桩截面位移
桩侧摩阻力
O
C D
A B
427
极限摩阻力可用类似于土
的抗剪强度的库伦表达式：
vsx ?? ?? K
v??
axau t a n ???? cq
式中 ca和 ?a为桩侧表面与土之间的 附
着力 和 摩擦角, ?x为深度 z处作用于桩侧
表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效
应力 成正比例，即：
428
式中 Ks为桩侧土的侧压力
系数，对 挤土桩, K0<Ks<Kp；
对 非挤土桩,因桩孔中土被清除，而使
Ka<Ks<K0 。此处,Ka, K0和 Kp分别为主
动、静止和被动土压力系数。
采用上述公式计算深度 z处的单位侧阻
时，如取
zv ?? ???
429
则侧阻将随深度线性增大。然
而砂土中的模型桩试验表明，
当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就
不随深度增加了，这个现象称为 侧阻的深
度效应 。
综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的
深度、土的类别和性质、成桩方法等许多
因素有关。
430
但是，桩侧摩阻力达到极
限值所需的桩土滑移极限值则
与土的类别有关、而与桩径大小无关，根
据试验资料约为 4~6mm（对 粘性土 ）或
6~10mm（对 砂类土 ）。
431
单桩受荷过程中桩端阻力
的发挥不仅滞后于桩侧阻力,
而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧
摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大
的多 。 根据小型桩试验所得的桩底极限位
移值, 对砂类土约为 d/12~d/10,对粘性土
约为 d/10~d/4（ d为桩径 ） 。 因此, 对工作
状态下的单桩, 其桩端阻力的安全储备一
般大于桩侧摩阻力的安全储备 。
432
单桩静载荷试验所得的
荷载 —沉降（ Q~s）关系曲线
可大体分为 陡降型 （ A）和 缓变型 （ B）两
类形态。
433
u
A B
u u
/
单桩荷载－沉降曲线图5 - 3
Q
s
O
Q
s
Q
A - 陡降型； B －缓变型
单桩的荷载 —沉降曲线
434
对桩底持力层不坚实, 桩
径不大, 破坏时桩端刺入持力
层的桩, 其曲线多呈, 急进破坏, 的陡降
型, 相应于破坏时的特征点明显, 据之可
确定单桩极限承载力 。
对桩底为非密实砂类土或粉土、清孔
不净残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区
435
随荷载增长逐渐扩展的桩, 则
呈, 渐进破坏, 的缓变型, 其曲
线不具有表示变形性质突变的明显特征点,
因而较难确定极限承载力 。 为了发挥这类
桩的潜力, 其极限承载力宜按建筑物所能
承受的最大沉降确定 。 换句话说, 这类桩
的承载力极限状态是受, 不适于继续承载
的变形, 制约的 。
436
第 4节 单桩竖向承载力
的确定
单桩极限承载力 Qu由总极限侧阻力 Qsu
和总极限端阻力 Qpu组成，若忽略二者间的
相互影响，可表示为：
? ???? pups u iiipusuu qAqlUQQQ
437
式中 li, Ui——桩周第 i层土厚
度和相应的桩
身周长；
Ap——桩底面积；
qsui,qpu——第 i层土的极限侧阻力和持
力层极限端阻力 。
Qu, qsui, qpu的确定通常采用下列
几种方法：
438
一、原型试验法
原型静载荷试验是传统的
也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅
可确定桩的极限承载力，而且通过埋设各
类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、
桩端阻力、荷载 —沉降关系等诸多资料。
439
由于土体因打桩扰动而降
低的强度有待随时间而恢复，
在桩身强度达到设计要求的前提下，桩设
臵后开始载荷试验所需的间歇时间：对于
砂类土 不得少于 10天 ； 粉土和粘性土 不得
少于 15天, 饱和软粘土 不得少于 25天 。
440
在同一条件下，进行静载
荷试验的桩数不宜少于总桩数
的 1%，工程桩总桩数在 50根以内时 不应少
于 2根,其他情况不应少于 3根 。
关于单桩竖向静载（抗压）试验的方
法、终止加载条件以及单桩竖向承载力标
准值的确定详见, 建筑桩基技术规范,
JGJ94—94。
441
二, 静力学计算法
根据桩侧阻力, 桩端阻力的
破坏机理, 按静力学原理, 分别对桩侧阻
力和桩端阻力进行计算 。 由于计算模式,
强度参数实际的某些差异, 计算结果的可
靠性受到限制, 往往只用于一般工程或重
要工程的初步设计阶段, 或与其他方法综
合比较来确定承载力 。
442
三, 原位测试法
对地基土进行原位测试，
利用桩的静载荷试验与原位测试参数间的
关系，确定桩的侧阻力和端阻力。常用的
原位测试法有 静力触探法 (CPT),标准贯
入试验法 (SPT),旁压试验法 (PMT)。
443
第 5节 桩基础设计
和浅基础一样, 桩基的设计也应符合
安全, 合理和经济的要求 。 对桩和承台来
说, 应有足够的强度, 刚度和耐久性；对
地基来说, 要有足够的承载力和不产生过
量的变形 。
444
一, 基本设计资料
设计桩基之前必须具备各种
资料：建筑物类型及其规模、岩土工程勘
察报告、施工机具和技术条件、环境条件
及当地桩基工程经验。勘察报告应符合勘
察规范的一般规定和桩基工程的专门勘察
要求。
445
二, 桩型, 截面和桩长的选择
桩基设计的第一步就是根
据结构类型及层数、荷载情况、地层条件
和施工能力，选择 桩型 （预制桩或灌注
桩）,桩的截面尺寸 和 长度 。
确定桩长的关键，在于选择 桩端持力
层 。坚实土（岩）层（可用触探试验或其
它指标作为坚实土层的鉴别标准）最适宜
作为桩端持力层。
446
对于 10层以下的房屋, 如
在桩端可达的深度内无坚实土
层时, 也可选择中等强度的土层作为持力
层 。
对于桩端进入坚实土层的深度和桩端
下坚实土层的厚度, 应该有所要求 。 一般
可以这样考虑：
1.对 粘性土、粉土 进入的深度不宜小
于 2倍桩径, 砂类土 不宜小于 1.5倍桩径 ；
447
2.对 碎石类土 不宜小于 1倍
桩径 。
3.桩端以下坚实土层的厚度，一般不
宜小于 4倍桩径 。穿越软弱土层而支撑在倾
斜岩层面上的桩，当风化层厚度小于 2倍桩
径时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。端
承桩嵌入微风化或中等风化岩体的深度不
宜小于 0.5m，以确保桩端与岩体接触。
448
嵌岩桩或端承桩桩底下 3倍
桩径 范围内应无软弱夹层、断
裂带、洞穴、和空隙的分布。
在确定桩长之后，施工时桩的设臵深
度必须满足设计要求。如果土层比较均匀，
坚实土层层面比较平坦，那么桩的实际长
度常与设计桩长比较接近；当场地土层复
杂，或者桩端持力层层面起伏不平时，桩
的实际长度常与设计桩长不一致。
449
打入桩的入土深度应按所
设计的桩端标高 和 最后贯入度
两方面控制。最后贯入度是指打桩结束以
前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵
（ 10击）的平均贯入量表示。一般要求最
后二、三阵的平均贯入量为 10～ 30mm/阵
（锤重、桩长者取大值，质量为 7t以上的
单动蒸汽锤、柴油锤可增至 30～ 50mm/
阵）；振动沉桩者，可用 1min作为一阵。
450
在确定桩的类型和几何尺
寸后, 应初步确定承台底面标
高 。 一般情况下, 主要从结构要求和方便
施工的角度来选择承台深度 。 季节性冻土
上的承台埋深, 应根据地基土的冻胀性考
虑, 并应考虑是否需要采取相应的防冻害
措施 。 膨胀土的承台, 其埋深选择与此类
似 。
451
三, 桩的根数和布臵
1.桩的根数
初步估计桩数时，先不考虑群桩效应，
在确定了 单桩承载力设计值 R后，可对桩
数进行估算。当桩基为轴心受压时，桩数 n
应满足下式要求：
R
GFn ??
452
式中 F—作用在承台上的轴向
压力设计值；
G—承台及其上方填土的重力。
偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，
如果桩的布臵使得群桩横截面的重心与荷
载合力作用点重合，则仍可按上式估算桩
数，否则，桩的根数应按上式确定的增加
10%～ 20%。
453
对桩数超过 3根的非端承群
桩基础，在求得基桩承载力设
计值后应重新估算桩数，如有必要，还要
通过桩基软弱下卧层承载力和桩基沉降验
算才能最终确定。
454
应当指出，在层厚较大的
高灵敏度流塑粘性土（如我国
东南沿海的 淤泥, 淤泥质土 ）中，不宜采
用间距小而桩数多的打入式桩基，否则，
对这类土的结构破坏严重，致使土体强度
明显降低。如果加上相邻各桩的相互影响，
这类桩基的沉降和不均匀沉降都将显著增
加。这时宜采用承载力高而桩数较少的桩
基。
455
2.桩的间距
桩的间距（中心距）一般
采用 3～ 4倍桩径 。间距太大会增加承台的
体积和用料，太小则将使桩基（摩擦型桩）
的沉降量增加，且给施工造成困难。
3.桩在平面上的布臵
桩在平面内可以布臵成方形（或矩形）
网格或三角形网格（梅花式）的形式，也
可采用不等距排列。
456
为了使桩基中各桩受力比较
均匀, 群桩横截面的重心应与
荷载合力的作用点重合或接近 。 当上部结
构的荷载有几种不同的组合时, 承台底面
上的荷载合力作用点将发生变化, 此时,
可使群桩横截面重心位于合力作用点变化
范围之内, 并应尽量接近最为不利的合力
作用点位臵 。
457
第 8章 内容勘误
1.p314：倒数第 4行,… 。在 O1点之下的土
层相对向 下 位移,…”
上
458
第 8章 重点内容
1.桩的分类 （ 按设臵效应分类, 按承载
性能分类, 按桩径分类 ）
2.单桩竖向承载力的确定方法
459
第 8章 作业
p350：
8-1,8-2
460
东南大学远程教育
基 础 工 程
第九章
主讲教师 童小东
461
第 9章 软弱土地基处理
第 1节 概述
第 2节 夯实法及碾压法
第 3节 换土垫层法
第 4节 排水固结预压法
第 5节 挤密法和振冲法
第 6节 强夯法
第 7节 深层搅拌法
第 8节 高压喷射注浆法
462
第 1节 概 述
软弱土 系指淤泥、淤泥质土和部分冲
填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱
土组成的地基称为 软弱土地基 。
淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，
其具有特殊的物理力学性质，从而导致了
其特有的工程性质。
463
※ 软土：指在静水或非常缓慢
的流水环境中沉积，经生物化学
作用下形成的软弱土。
物
理
力
学
特
性
软
土
的
天然孔隙比大, e>1
天然含水量高, w≥wl
压缩系数高
渗透系数小
抗剪强度低
灵敏度高
具有明显的流变性
464
淤泥,e≥1.5
淤泥质土,1.5 > e≥1.0
软
土
工
程
特
性
软
土
地
基
的
地基承载力低
建筑物的沉降和差异沉降较大
建筑物沉降历时长
※ 流变：在应力不变的情况下，
土体的剪应变和体应变仍随时间
而增长的现象。
465
由于软土地基的上述工程
特性，所以在软土地基上修建
建筑物，必须重视地基的 变形 和 稳定 问题。
由于软土地基的承载力较低，如果不做任
何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。
因此在软土地基上建造建筑物，要求对软
土地基进行处理。
466
地基处理的目的 主要是改
善地基的工程性质，包括改善
地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪
强度等。
467
地基处理的原则,地基处
理有许多方法，各种方法都有
各自的特点和作用机理。没有哪一种方法
是万能的，对于每一个工程都必须进行综
合考虑，通过几种可能采用的地基处理方
案的比较，选择一种 技术可靠, 经济合理,
施工可行 的方案，既可以是单一的地基处
理方法，也可以是多种地基处理方法的综
合。
468
第 2节 夯实法及碾压法
通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、
疏松土层，使其 孔隙体积减少, 密实程度
提高,这种作用称为 压实 。压实能降低土
的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透
水性，使经过处理的表层弱土成为能承担
较大荷载的地基持力层。
469
一、土的压实原理
大量工程实践和试验研究
表明，控制土的压实效果的主要因素是：
土的含水量, 压实机械 及其 压实功能 等。
土的压实效果常用 干密度 ?d（单位土体积
内土粒的质量）来衡量。
470
1.最优含水量
对粘性土，当压实功能和
条件相同时，土的含水量过大或过小，土
体都不易压实，只有把土的含水量调整到
某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。
在一定压实机械的功能条件下,土最
易于被压实，并能达到最大密度时的含水
量，称为 最优含水量 wop，相应的干密度则
称为 最大干密度 ?dmax。
471
w
? d
0
? d
ma
x
wop
472
试验统计表明：最优含水量
wop与土的塑限 wp有关，大致为
wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最
优含水量大。
2.压实功能
对于同类土，随着压实功能的变化，
最大干密度和最优含水量也随之变化。当
压实功能较小时，土压实后的最大干密度
较小，对应的最优含水量则较大；反之，
干密度较大，对应的最优含水量则较小。
473
第 3节 换土垫层法
当建筑物基础下的持力层比较软弱、
不能满足上部荷载对地基的要求时，常采
用 换土垫层法 来处理软弱土地基，即将基
础下一定深度内的土层挖去，然后回填以
强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密
实。
474
实践证明：换土垫层可以
有效地处理某些荷载不大的建
筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料
可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。
※ 砂垫层的主要作用：
1.提高浅基础下地基的承载力；
2.减少沉降量；
3.加速基底下软弱土层的排水固结；
4.防止冻胀；
5.消除膨胀土的胀缩作用。
475
第 4节 排水固结预压法
排水固结预压法 是利用地基土排水固
结的特性，通过施加预压荷载，并增设各
种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），
以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地
基处理方法。
476
?'c
e
a
bc
e0
?e
?'b?'a
?e'
477
土层的排水固结效果和它
的排水边界条件 有关 。 当土层
厚度相对于荷载宽度比较小时, 土层中孔
隙水向上下面透水层排出而使土层发生固
结, 称为 竖向排水固结 。 根据固结理论,
粘性土固结所需时间与排水距离的平方成
正比 。 因此, 为了加速土层的固结, 最有
效的方法是增加土层的排水途径, 缩短排
水距离 。
478
竖向排水情况 砂井地基排水情况
479
排水固结预压法主要适用
于处理淤泥、淤泥质土及其他
饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透
水性良好，无需用此法处理。
一、堆载预压法
二、砂井堆载预压法
三、真空预压法
480
第 5节 挤密法和振冲法
在砂土中，通过机械振动挤压或加水
振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是
利用这个原理发展起来的两种地基加固方
法。
481
一、挤密法
挤密法的加固机理主要靠
桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，
在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，
小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，
孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。
所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改
善土的强度和变形特性。
482
二, 振冲法
振冲法是利用一个振冲器，
在高压水流的作用下边振边冲, 使松砂地
基变密；或在粘性土地基中成孔, 在孔中
填入碎石制成一根根的桩体, 这样的桩体
和原来的土构成复合地基 。
在砂土中和粘性土中振冲法的加固机
理是不同的。在砂土中主要是 振动挤密 和
振动液化作用 ；在粘性土中主要是 振冲臵
换作用,臵换的桩体与土组成复合地基。
483
第 6节 强夯法
强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高
处落下，反复多次夯击地面，对地基进行
强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产
生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横
波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和
深处产生不同程度的加固作用。
484
第 7节 深层搅拌法
深层搅拌法（ Deep Mixing Method──DMM）
是一种化学加固地基的方法。它通过特制
机械 ──各种深层搅拌机，沿深度将固化剂
（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的
添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固
化剂自身及其与地基土之间所产生的一
485
系列物理, 化学反应, 使地基
土硬结成为具有整体性, 水稳
定性, 较低渗透性和一定强度的复合土桩
（ 体 ）, 或与地基土构成复合地基, 从而
提高软土地基的承载力, 减小地基的变形 。
486
(a)定位 (b)喷浆 (粉 )搅拌下沉 (c)搅拌上升
(d)重复喷浆 (粉 )搅拌下沉 (e)重复搅拌上升 (完毕 )
(a) (b) (c) (d) (e)
487
深层搅拌法按固化主剂的
不同可分为水泥系深层搅拌法
和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分
为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅
拌法。
水泥系深层搅拌法所形成的固化土称
为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强
度的主要因素有：
1.水泥掺入比
488
水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入
比的增大而增大。当 aw<5%时,由于水泥
与土的固化反应过弱,对于提高地基土的
强度效果不明显。工程上常用的 aw约为
7~25%。
%1 0 0?? 被加固的软土重量 掺加的水泥重量wa
489
水泥土的强度增长率在不
同的掺入量区域、不同的龄期
时段内是不相同的，而且原状土不同，水
泥土的强度增长率也不同。
490
0
1
2
3
4
5
7 14 28 60 90 150
a
w
= 5%
a
w
=10%
a
w
=15%
a
w
=20%
a
w
=25%
q
u
(M
P
a)
T (d)
491
2.龄期
水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的
增长而增大，其强度增长规律不同于混凝
土，一般在 T＞ 28d后强度仍有较大增长。
直到 90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，
以龄期 90天作为标准强度。
492
0
1
2
3
4
5
7 14 28 60 90 150
a
w
= 5%
a
w
=10%
a
w
=15%
a
w
=20%
a
w
=25%
q
u
(M
P
a)
T (d)
493
3.地基土的含水量
当水泥掺入比相同时，水
泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低
而增大。含水量的降低使水泥土的密实性
得到增强，从而提高了强度。
4.水泥标号
水泥土的强度随水泥标号的提高而增
大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标
号每提高 100号，水泥土的无侧限抗压强度
约增大 20％～ 30％。
494
5.添加剂
不同的添加剂对水泥土强度
有着不同的影响，选用合适的添加剂可以
提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥
系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、
石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥
土强度的影响程度可通过试验来确定。
495
6,土中的有机质含量
由于有机质使土壤具有较大
的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透
性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻
碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固
化，从而降低水泥土的强度。因此，有机
质含量的增高将会明显地降低水泥土的强
度。
496
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 3 6 9 12 15
有机质含量为 1.30%
有机质含量为10.01%
a
w
(% )
q
u
(k
P
a)
497
第 8节 高压喷射注浆法
高压喷射注浆法 （ High Pressure Jet
Grouting）是利用高压射流技术，喷射化
学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学
浆液混合，形成具有一定强度的加固体，
来处理软弱地基的一种方法。
498
按注浆喷射形式的不同,
加固体的形状不同 。 喷射形
式主要有：
1.旋转喷射注浆 ；
2.定向喷射注浆 ；
3.摇摆喷射注浆 。
499
高压喷射注浆法在工程上
的应用主要有两方面：
1.加固地基，提高建筑物地基的承载
力，改善地基的变形性质，既可应用于拟
建建筑物的地基处理，又可应用于已建建
筑物的事故处理。
2.地基或土体的防渗处理，形成防渗
帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。
500
第 9章 内容勘误
1.p359：倒数第 13行“砂垫层底面的附加
应力由式 （ 9-3a） 得”
（ 6-25）
2.p360,9-4节下第 4行“固结预压法的基
本原理可用图 9-6来说明”
9-5
501
3.p373：倒数第 4行“土粒便向低 垫 能位臵
转移,...” 势
4.p386：倒数第 11行“（ 1）按 土 泥土配方
的原理,...” 水
502
第 9章 重点内容
1.软土的物理力学性质及其工程特性
2.各种地基处理方法的基本原理
东南大学远程教育
基 础 工 程
第一章
主讲教师 童小东
2
本课程的教材
高等学校推荐教材
地基及基础
（第三版）
华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学编，
中国建筑工业出版社,1998
3
本课程的主要内容
第 1章 绪论；
第 2章 土的物理性质及分类；
第 3章 地基的应力和沉降；
第 4章 土的抗剪强度；
第 5章 土压力、地基承载力和土坡稳定性；
第 6章 地基勘察；
第 7章 浅基础常规设计；
第 8章 桩基础；
第 9章 软弱土地基处理
4
第 1章 绪 论
一、地基及基础的概念
二、本学科的发展概况
三、本课程的特点和学习要求
5
一、地基及基础的概念
建筑物的全部荷载均由其下的地层来
承担 。 受建筑物影响的那一部分地层称为
地基 ；建筑物向地基传递荷载的下部结构
称为 基础 。
建筑物
上部结构
基 础
地 基
6
基 础
上部结构
地 基
建筑物三部分示意图
7
建筑物的上部结构, 基础和
地基三部分, 功能不同, 研究方
法各异, 但它们又是建筑物的有机组成部分,
缺一不可, 彼此联系, 相互制约 。 所以, 科
学的, 理想的方法 是将 三部分统一 起来进行
设计计算 。
依目前的理论水平, 还很难做到这一点 。
尽管如此, 我们在处理地基基础问题时, 头
脑里一定要有 地基 -基础 -上部结构相互作用
的整体概念, 尽可能全面地加以考虑 。
8
建筑物的地基和基础是建筑物
的根本, 它们一旦出现问题, 建筑
物的安全和正常使用必然受到影响 。 建筑物
的事故, 绝大多数都与 地基 和 基础 有关 。
组成地层的 土 或岩石是自然界的产物 。
建筑物建造在地层上面, 所以建筑物场地的
工程地质条件是决定地基基础设计和施工的
先决条件 。
9
研究土体的应力, 变形, 强度,
渗流及稳定性的一门力学分支学科
称为 土力学 。
土力学是本课程的理论基础。
土力学所要研究的两大基本问题是土体
的 变形 和 强度 。
10
※ 地基基础设计必须满足
的基本条件
建筑物的建造使地基中原有的 应力状态
发生变化, 所以地基基础的设计必须满足：
a.作用于地基的荷载不超过地基的承载
能力 （ 地基土的强度问题 ） ；
b.控制基础沉降使之不超过允许值 （ 地
基土的变形问题 ） 。
11
基础
浅基础
深基础
地基
天然地基
人工地基
12
二、本学科发展概况
作为 工程技术, 基础工程是一项古老的
工艺 。 如前所述, 只要建造建筑物, 注定离
不开地基和基础, 因此, 作为一项工程技术,
基础工程的历史源远流长 。 但人们只能依赖
于实践经验的不断积累和能工巧匠的技艺更
新来发展这项技术, 囿于当时生产力发展水
平, 基础工程还未能提炼成为系统的科学理
论 。
13
作为 应用科学, 基础工程
又是一门年轻的学科 。
作为本学科理论基础的土力学的发展历
史可以划分为 古典土力学 和 现代土力学 两个
阶段 。
14
土力学
古典土力学
现代土力学
一个原理
两个理论
一个模型
三个理论
四个分支
(1923~1960)
(1963~? )
15
在土建, 水利, 桥隧, 道路,
港口等有关工程中, 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, 已发展融合成为一个自
成体系的专业 ——“岩土工程, 。 它的研究
方法是由三种基本手段 （ 数学模拟, 物理模
拟 和 原位观测 ） 综合而成 。
所谓 岩土工程, 即为 土力学, 工程地质
学, 水文地质学 和 岩体力学 的结合 。
16
三, 本课程的特点和
学习要求
1.特点,本课程涉及水文地质学, 工程地
质学, 土力学等几个学科领域, 内容广泛,
综合性强 。
2.学习要求,牢固掌握土力学中的基本概
念和基本原理, 做到能够应用这些基本概念
和基本原理, 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 。
17
童小东
南京东南大学土木工程学院
P.C.,210096
Tel,025-3792461(O),3791829(O)，
025-3794969(H)
E-mail,tongxiaodong@263.net
18
东南大学远程教育
基 础 工 程
第二章
主讲教师 童小东
19
第 2章 土的物理性质及
分类
第 1节 概述
第 2节 土的组成
第 3节 土的三相比例指标
第 4节 无粘性土的密实度
第 5节 粘性土的物理特征
第 6节 土的渗透性
第 7节 地基土（岩）的分类
20
第 1节 概述
※ 土是岩石风化的产物。
风
化
作
用
物理作用：岩石产生 量 的变化
化学作用
生物作用
岩石产生 质 的变化
21
※ 土是三相体。
土 液相 （水）
气相 （气）
固相 （土颗粒）
土
残积土
运积土
风成沉积土
水成沉积土
冰川沉积土
22
※ 饱和土中的孔隙均被水所充填，
所以饱和土为二相体。
23
第 2节 土的组成
一, 土的固相
（ 一 ） 土的颗粒级配
※ 按土颗粒粒径 （ d） 大小将土颗粒分组,
称为 粒组 。 划分粒组的分界尺寸称为 界限
粒径 。
巨粒, >60mm
粗粒, 0.075~60mm
细粒, ≤0.075mm
土的粒组
24
※ 土颗粒的大小及其组成情况,
通常以土中土颗粒各个粒组的相
对含量 （ 各粒组占土粒总量的百分数 ） 来表
示, 称为 土的颗粒级配 。
※ 土的颗粒级配可由 土的颗粒大小分析试
验 （ 简称 颗分试验 ） 测定 。
筛析法
密度计法d<0.075mm
移液管法
d>0.075mm颗
分
试
验
25
根据颗粒大小分析试验结果,
可以绘制 颗粒级配累积曲线 （ 横
坐标为 粒径, 用 对数坐标 表示；纵坐标为 小
于某粒径的土重含量, 用 常数坐标 表示 ） 。
颗粒级配曲线的 坡度 可以大致反映土的
均匀程度 。
曲线陡, 表示粒径大小相差不多, 土颗
粒比较均匀；曲线缓, 表示粒径大小相差悬
殊, 土颗粒不均匀, 级配良好 。
26
※ 几个特殊粒径,d10,d30,d60
小于某粒径的土颗粒质量累积
百分数为 10%时，相应的粒径称为 有效粒径
d10。 与之类似可以得到 d30和 d60（ 限定粒径 ）。
※ 土颗粒的级配指标：
不均匀系数
Cu= d60/ d10
曲率系数
Cc=(d30)2/(d60× d10)
27
Cu反映大小不同粒组的分布情况。
Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围
越大，其级配良好。
Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线
的整体形状。
在一般情况下，
Cu
<5,均粒土，为级配不良
>10,级配良好
28
Cu≥5
Cc=1~3
级配良好
砾
类
土
或
砂
类
土
单独用 Cu来确定土的级配情况是
不够的，需同时参考 Cc。
29
（二）土粒的矿物成分
矿物成分对土的性质有着重要
影响, 其中以细粒组的矿物成分最为重要 。
原生矿物,包括石英、长石和云母等。
为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较
为稳定。
次生矿物,为原生矿物化学风化的产物。
土颗粒的矿物成分
原生矿物
次生矿物
30
次生矿物主要是 粘土矿物 。
由于晶片结合的情况不同, 便形成了具
有不同性质的各种粘土矿物, 主要有蒙脱石,
伊里石和高岭石 。
硅氧四面体 硅氧晶片
铝氢氧八面体 铝氢氧晶片
的
基
本
单
元
粘
土
矿
物
结
构
31
蒙脱石：亲水性强 （ 吸水膨胀, 脱水收缩 ）
伊里石：亲水性中等
高岭石：亲水性差
32
二, 土的液相
土中水
结合水
自由水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
※ 土的含水量试验所测定的为土中的 自由
水 和 弱结合水 。
33
三, 土的气相
土孔隙中未被水所占据的部位
由气体充填 。
土中的气体若 与大气相通, 则对土的力
学性质影响不大 ;若 与大气隔绝, 使土的压缩
性提高, 透水性减小 。
34
四, 土的结构和构造
土的结构是指由土粒单元的
大小, 形状, 相互排列及其联结关系等因素
形成的综合特征 。
土
的
结
构 絮状结构, d<0.005mm（粘粒在海水中）
蜂窝结构, d=0.005~0.075mm（粉粒）
单粒结构, d>0.075mm
分散结构, d<0.005mm（粘粒在淡水中）
紧密
疏松
35
第 3节 土的三相比例指标
※ 土的三相比例指标定量反映了土的三
相的组成情况，有助于理解土的基本物理
性质。
土 液相 （水）
气相 （气）
固相 （土颗粒）
※ 土是三相体。
36
为了对土的基本物理性质有所
了解, 需要对土的三相的组成情况
进行定量研究 。 表示土的三相组成比例关系
的指标, 称为土的三相比例指标, 包括 土粒
比重 ds,含水量 w,密度 ρ, 孔隙比 e,孔隙
率 n和 饱和度 Sr。
※ 土粒比重 ds：土粒质量与同体积的 4℃ 时
纯水的质量之比 。 在数值上等于土粒密度,
但无量纲 。 在试验室用, 比重瓶法, 测定,
一般土粒比重的变化幅度不大 。
37
※ 土的含水量 w：土中水的质量
与土粒质量之比 。 在试验室一般用
,烘干法, 测定 。 一般来说, 同一类土, 当
含水量增大时, 其强度就降低 。
土
的
密
度
干密度
饱和密度
有效密度
干重度
饱和重度
有效重度
※ 土的密度 ρ,土单位体积的质量 。 在试
验室一般用, 环刀法, 测定 。
38
※ 土的孔隙比 e：土中孔隙体积
与土粒体积之比。可以用来评价
天然土层的密实程度。
※ 土的孔隙率 n：土中孔隙体积与土体总体
积之比。
※ 土的饱和度 Sr：土中被水充满的孔隙体积
与孔隙总体积之比。
39
第 4节 无粘性土的密实度
※ 无粘性土的密实度与其工程性质有着密
切的关系 。 呈密实状态时, 为良好地基；
呈疏松状态时, 为不良地基 。
※ 无粘性土的最小孔隙比 emin：处于最紧
密状态的孔隙比 。 在试验室可用, 振击法,
测定 。
※ 无粘性土的最大孔隙比 emax：处于最疏
松状态的孔隙比 。 在试验室可用, 漏斗法,
或, 量筒法, 测定 。
40
无粘性土的相对密实度 Dr：
无粘性土的最大孔隙比与天然孔隙比之
差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值 。
Dr=(emax-e)/( emax - emin )
相对密实度的值介于 0~1之间, 值越大,
表示越密实 。
41
第 5节 粘性土的物理特征
一, 粘性土的界限含水量
同一种粘性土随着含水量的不同, 可
分别处于 固态, 半固态, 可塑状态 和 流动
状态 。 粘性土由一种状态转到另一种状态
的分界含水量, 称为 界限含水量 。
0
固态 半固态 可塑状态 流动状态
缩限 ws 塑限 wp 液限 wl
w
42
液
限
仪
锥式液限仪
碟式液限仪
塑限,搓条法
液限
塑限
液限,
液塑限
联合测定仪
横坐标：土样含水量
纵坐标：圆锥入土深度
43
二, 粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数 Ip为液限和塑限的差
值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。
塑性指数在一定程度上综合反映了影响
粘性土特征的各种重要因素 (土的颗粒组成，
土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度
等 )。
液性指数 Il为粘性土的天然含水量和塑
限的差值与塑性指数的比值。
44
液性指数可以表示粘性土
所处的软硬状态 。 液性指数的
值越大, 表示土质越软 。
三, 粘性土的灵敏度和触变性
土的灵敏度,原状土的强度与同一土经
重塑 （ 含水量不变, 土的结构被彻底破坏 ）
后的强度之比 。
土的灵敏度越高, 其结构性越强, 受扰
动后土的强度降低就越多 。 施工中要尽量减
少对土结构的扰动 。
45
土的触变性,粘性土的结构
遭到破坏, 其强度就会降低, 但
随着时间发展土体的强度会逐渐恢复, 这种
胶体化学性质称为土的触变性 。
46
第 6节 土的渗透性
土的渗透性,水流通过土中孔隙难易
程度的土体性质。
达西定律,土中渗流速度 v与水力梯度
i之间呈线性比例关系 （ 比例常数 k称为渗
透系数 ） 。 公式表示为,v=ki
在砂性土中水的流动满足达西定律。
47
在粘性土中只有当水头梯度
超过起始梯度（临界梯度，梯度
阈值）才开始发生渗流。
48
第 7节 地基土（岩）
的分类
一, 岩石的工程分类
（ 一 ） 岩石按坚硬程度分类
1.硬质岩石 （ qu≥ 30MPa）
2.软质岩石 （ qu< 30MPa）
（ 二 ） 岩石的风化程度
1.微风化
2.中等风化
3.强风化
49
二、土的工程分类
一般土 粗粒土
细粒土
砾类土,2~60mm
砂类土,0.075~2mm
粉土,<0.075mm
粘土,<0.075mm
巨粒土,>60mm
特殊土：软土、黄土、膨胀土等
工
程
用
土
50
※ 土按有机质含量（ Wu）的分类
土
无机土,Wu <5%
有机质土,10% ≥ Wu ≥ 5%
泥炭质土,60%≥ Wu > 10%
泥炭,Wu > 60%
注：有机质含量 Wu按烧失量试验确定。
【 引自 中华人民共和国国家标准, 岩土工程勘察
规范, （ GB 50021-94） 】
51
※ 软土：指在静水或非常缓慢
的流水环境中沉积，经生物化学
作用下形成的软弱土。
物
理
力
学
特
性
软
土
的
天然孔隙比大, e>1
天然含水量高, w≥wl
压缩系数高
渗透系数小
抗剪强度低
灵敏度高
52
淤泥,e≥1.5
淤泥质土,1.5 > e≥1.0
软
土
53
三、细粒土按塑性图分类
※ 粗、细粒组的分界粒径,0.075mm。
土
粗粒土,按颗粒大小及级配分类
细粒土,按塑性图分类
土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好
指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的
含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑
限却可能完全不同，土性也可能很不相同。
54
细粒土的科学合理的分类，应综合
考虑塑性指数和液限（或塑限）。
0
I p
wl
Ⅲ
Ⅰ
ML
MH
CH
CL
40
Ⅰ, Ip=0.63(wl-20)
Ⅱ, Ip=10
Ⅲ, wl=40% Ⅱ
55
有机质土可在相应的土类
代号之后缀以代号 O，如 CHO，
MHO等。
,土的分类标准,,
1.粗粒土 （试样中粗粒组质量 ≥总质量的
50%）；
2.细粒土 （试样中细粒组质量 ≥总质量的
50%）；
3.含粗粒的细粒土 （试样中粗粒组质量
为总质量的 25~50%）。
56
※ 关于几个问题的讨论
1.,含水量”的名称：
一个指标的名称应能准确地反映其所表
示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，
,??量”应为一量词，是有量纲（或单位）
的，如“质量”（单位为 g或 kg）、“重量”
（单位为 N或 kN）等。
而从,含水量,的定义看，它是两个质
量之比，是无量纲的。
57
所以从名称的科学化、规范
化的角度，从不至于造成混淆、
便于理解的意义上，本人认为“含水量”的
名称需更改。
现有学者将含水量改称为, 含水率,,
从无量纲上与定义是符合了, 但本人认为似
乎还不确切, 因为, 率, 一般反映某相关部
分占整体的比例 （ 与时间有关的名词排除在
外, 如速率 ）, 如, 升学率,,, 效率,,
,孔隙率, 等；而, 含水量, 的定义却是整
体中部分与部分的比值, 所以称, 含水率,
58
似也不妥, 建议称为, 含水比,
或, 水比, 。, 水比, 似更好
一些, 亦可与, 孔隙比, 相比照 。
2.,液性指数, 的名称：
,塑性指数, 为两个含水量 （ 液限和塑
限 ） 之差, 而, 液性指数, 却为两个含水量
之差的比值, 完全不同的概念名称却都用
,指数, 的称谓, 似欠妥, 不便于理解 。 可
否改为, 相对可塑度,, 与, 液性指数, 的
定义相符, 也可与无粘性土的, 相对密实度,
相比照 。
59
3.有机质含量与烧失量：
现行的中华人民共和国
国家标 准, 岩土工程勘察 规范, （ GB
50021-94） 在按, 有机质含量, 对土进行分
类时注明, 有机质含量 Wu按烧失量试验确
定, 。
,中国国家标准汇编, （ GB 7876-87）
中是这样定义, 烧失量, 的,烧失量不包括
吸湿水, 仅包括有机质和水合水, 石灰性土
壤中还包括二氧化碳 。
60
由烧失量的定义可知：有
机质含量高，烧失量就高；烧
失量高，有机质含量却并不一定高。也就是
说,烧失量的高低并不一定能准确地反映土
中的有机质含量水平 。因此,烧失量与有机
质含量是两个不能相等同的概念，二者之间
既有联系又存在着区别。
而现行的规范却把两个不同的概念混同
了。
61
由此可见,以与有机质含量
不同概念的烧失量作为判定是否
为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。
本人建议应当及时地修订现行规范中的有关
条款和内容，制定以真正的有机质含量作为
衡量指标的科学的判定标准。
4.,孔隙率”：
从实用价值上看，在土力学中，,孔隙
率,这个指标的实用意义不大，况且与,孔
隙比,的关系过于简单，两者保留一个即可。
这不是原则问题。
62
第 2章 内容勘误
1.p24：从上向下第 8行, 单位土体积 ……
扣除同体积水的质量后,
2.p27：从上向下第 5行, 是因为它所具有
的单 粘 结构决定的,
3.p33,表 1-18从上向下第 3行, 粒径大于
20mm的颗粒超过全重 50%”
4.p35：表 1-21第 1行, 粉质粘 上,
土粒
粒
60mm
土
63
第 2章 重点内容
1.土的颗粒级配, 级配指标
2.土中水的分类
3.土的结构
4.土的三相比例指标的定义
5.相对密实度
6.粘性土的灵敏度和触变性
7.土的工程分类原则
8.软土的物理力学特性
64
第 2章 作业
p39：
1-2,1-4,1-6,1-7
65
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基 础 工 程
第三章
主讲教师 童小东
66
第 3章 地基的应力和沉降
第 1节 概述
第 2节 土中自重应力
第 3节 基底压力
第 4节 地基附加应力
第 5节 地基沉降的弹性力学公式
第 6节 土的压缩性
第 7节 地基的最终沉降量
67
第 8节 应力历史对地基沉降的影响
第 9节 地基最终沉降计算问题综述
第 10节 饱和土的有效应力和渗透固结
第 11节 地基沉降发展三分量
68
第 1节 概述
※ 自重应力,地基中源于土体自身重量
的应力 。
※ 基底压力,建筑物的荷载通过基础传
递给地基, 在基础底面与地基之间产生的
接触应力 。
※ 附加应力,建筑物的荷载在土体中产
生的在原有应力基础上的应力的增量 。
69
附加应力造成了地基土的
变形 （ 处于欠固结状态的土,
自重应力也是变形产生的因素之一 ）, 从
而导致了地基中各点的竖向和侧向位移 。
本章主要讨论地基中的 应力 和 竖向位移
（ 沉降 ）。
要保证建筑物的安全和正常使用必须控
制其 沉降量 和 不均匀沉降差值 （ 差异沉降量 ）
不超过一定范围，对软粘土地基上的建筑物
尤为重要。沉降分析是土力学的基本课题之
一。
70
沉降量的大小主要取决于
土体产生变形的原因 和 土体本
身的性状 两个方面。
土体产生变形的原因主要是土体中 应力
状态的改变 （如地面荷载引起地基中应力场
的改变，在地基中产生附加应力）。
土体本身的性状主要指 土的压缩性 （或
应力 ~应变关系 ），是指土体在附加应力作
用下产生的效应。
71
土体的应力 ~应变关系十分
复杂, 常呈 弹, 粘, 塑性, 并且
呈 非线性, 各向异性, 还受 应力历史 的影响 。
地基土中附加应力的正确计算 和 地基土
体性状的正确描述 是提高沉降计算精度的两
个关键问题 。
经典的沉降计算方法对上述两个问题是
这样处理的：在荷载作用下地基中附加应力
场是根据 半无限空间各向同性, 均质, 线弹
72
性体 理论计算的, 土体压缩性是根据 一维压
缩试验 测定的, 并采用 分层总和法 来计算沉
降 。 显然, 沉降计算模型与地基沉降的真实
性状存在不少差距 。
73
第 2节 土中自重应力
在荷载作用之前, 地基中存在 初始应
力场 。 初始应力场常与 土体自重, 地基土
地质历史 以及 地下水位 有关 。 在工程应用
上, 计算初始应力场时常假设天然地基为
水平, 均质, 各向同性 的 半无限空间, 土
层界面为 水平面 。 于是在任意竖直面和水
平面上均 无剪应力 存在 。
74
地基中的初始应力, 即地基
中任一点的 自重应力, 只需用
竖向应力和水平向应力表示 。 天然地面下任
意深度 z处水平面上的竖向自重应力为
?cz=? z
竖直面上的水平向自重应力为
?cx=K0 ?cz = K0 ? z
K0为静止侧压力系数 。
75
土中竖向和侧向的自重应力
一般均指 有效自重应力, 计算
时, 对地下水位以下土层必须以 有效重度 ? '
代替 天然重度 。 为简便起见, 常把竖向有效
自重应力 ?cz简称为自重应力, 并以符号 ?c表
示 。
成层地基中第 n层土底面的自重应力的
计算公式为
?
?
?
n
i
iic h
1
??
76
第 3节 基底压力
建筑物荷载通过基础传递
给地基, 在基础底面与地基之间必然产生
接触应力 。 基底压力分布与 基础的大小 和
刚度, 作用于基础上 荷载的大小 和 分布,
地基土的力学性质 以及 基础的埋深 等因素
有关 。
77
根据 圣维南原理,基础下
与其底面距离大于基底尺寸的
土中应力分布主要取决于荷载 合力的大小 和
作用点位臵,基本上不受基底压力分布形式
的影响。
因此, 对于具有一定刚度以及尺寸较小
的柱下单独基础和墙下条形基础, 其基底压
力可近似按直线分布的图形计算 。
78
一、基底压力的简化计算
1.中心荷载下的基底压力
2.偏心荷载下的基底压力
二、基底附加压力
建筑物建造之前，地基土中已存在自重
应力。一般天然土层在自重作用下的变形早
已结束，因此只有 基底附加压力 才能引起地
基的 附加应力 和 变形 。
基底附加压力为建筑物建造后的 基底压
力 与基底标高处原有的 自重应力 之差。
79
第 4节 地基附加应力
地基附加应力是指建筑物荷重在土体
中引起的附加于原有应力之上的应力 。
其计算方法一般假定地基土是 半无限空间
内的各向同性, 均质, 线弹性 变形体, 采
用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答 。
80
一、竖向集中力下的地基附加应力
采用 Boussinesq解答,竖向正
应力 ?z和竖向位移 w最为常用。如果地基中
某点与局部荷载的距离比局部荷载的荷载面
尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局
部荷载，采用 Boussinesq解答。
二、矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力
1.均布的矩形荷载
先以积分法求矩形荷载面角点下的地基
附加应力，然后运用 角点法 求得矩形荷载下
任意点的地基附加应力。
81
2.三角形分布的矩形荷载
以积分法求三角形分布的
矩形荷载面角点下的地基附加应力。
注意 b是沿三角形分布荷载方向的边长。
3.梯形分布的矩形荷载
已知均布和三角形分布的矩形荷载角点
下的附加应力系数，即可用角点法求算梯形
分布的矩形荷载下地基中任一点的地基附加
应力 。
82
4.均布的圆形荷载
可以积分法求得均布圆形
荷载面中点下任意深度的地基附加应力。
三、线荷载和条形荷载下的地基附加应力
属平面应力问题。
四、非均质地基中的附加应力
1.变形模量随深度增大的地基（ 应力集中 ）
2.双层地基
a.上软下硬 （ 应力集中 ）
b.上硬下软 （ 应力扩散 ）
83
第 5节 地基沉降的弹性
力学公式
柔性荷载下的地基沉降（ Boussinesq
解答）
84
第 6节 土的压缩性
※ 土的 压缩性,土在压力作用下体积缩小
的特性 。
由于在一般的压力作用下，土粒（土
的固相）和水（土的液相）的压缩量与土
的总压缩量相比十分微小，故可近似认为
土粒和水是不可压缩的。
85
土的压缩源于土中孔隙体积
的减少（ 气体压缩, 气体排出,
孔隙水的排出 ）。
饱和土由土粒和水组成，当其被压缩时，
随着孔隙体积的减少，土中孔隙水被排出。
在荷载作用下，饱和土体中产生 超静孔
隙水压力,在排水条件下，随着时间发展，
土体中水被排出，超静孔隙水压力逐步消散，
土体中 有效应力 逐步增大，直至超静孔隙水
压力完全消散，这一过程称为 固结 。
86
一、土的压缩曲线和压缩性指标
1.土的 压缩曲线是室内土的
压缩试验得出的成果，是土的 孔隙比 与土所
受 压力 的关系曲线。压缩曲线可按两种方式
绘制，一种为 e~p曲线；一种为 e~lgp曲线。
2.土的压缩性指标
(1)土的压缩系数 a
由 e~p曲线得到。
a.切线斜率 的 绝对值 （理论上的，反映
某压力下土的压缩性）。
87
b.割线斜率 的 绝对值 （实用上
的，反映某一压力范围内土的压
缩性）。为了便于应用，通常采用压力由
p1=100kPa增加到 p2=200kPa时所得到的压缩
系数 a1-2。
※ 压缩系数越大，反映土的压缩性越高。
(2)土的压缩指数 Cc
由 e~lgp曲线得到。
土的 e~lgp曲线的后段接近直线，直线的
斜率的 绝对值 。
88
※ 压缩指数越大，反映土的
压缩性越高。
3.压缩模量 Es
压缩模量,土在 完全侧限条件 下的 竖向
附加应力增量 与相应的 应变增量 之比。
a
eE
s
11 ??
※ Es越小，表示土的压缩性越高。
89
4.回弹曲线和再压缩曲线
在室内压缩试验过程中，
如加压到某一值 pi后，逐级进行卸压,则可
观察到土样的回弹。若测得其回弹稳定后的
孔隙比，则可绘制相应的孔隙比与压力的关
系曲线，即 回弹曲线 。由于回弹曲线与原来
的压缩曲线并不重合，说明土的压缩变形是
由可以恢复的 弹性变形 和不可恢复的 塑性变
形 两部分组成的，并以塑性变形为主。
90
如重新逐级加压，则可测得
土样在各级荷载下再压缩稳定后
的孔隙比, 从而绘制 再压缩曲线 。
91
东南大学远程教育
基 础 工 程
第七讲
主讲教师 童小东
92
二、土的变形模量
1.以载荷试验测定土的
变形模量 E0
根据载荷试验的观测数据，绘制荷载与
稳定沉降的关系曲线（ p~s曲线）。曲线的
开始部分往往接近于直线，与直线段终点对
应的荷载称为地基的 比例界限荷载 。
93
一般的 地基承载力设计值
取接近于或稍超过此比例界限
值, 所以通常地基的变形处于直线变形阶段,
因而可以利用弹性力学公式来反求地基土的
变形模量 。
用载荷试验来测定土的变形模量，费时、
费力，且费用较高，对于深层土的试验结果
可靠性较差。现应着重发展现场快速测定变
形模量的方法（旁压试验、触探试验等）。
94
2.变形模量与压缩模量
※ 土的 变形模量 E0是土体在
无侧限条件下 的应力与相应的应变的比值 。
※ 土的 压缩模量 Es是土体在 完全侧限条件
下 的有效应力与相应的应变的比值 。
由侧向不允许膨胀的条件，可以得到土
的静止侧压力系数 K0与泊松比 ?的关系
?
?
?? 10K
95
由竖向的应力, 应变关系以及压缩模量
的定义可得到土的变形模量与压缩模量换算
的 理论关系公式
sEKE )21( 00 ???
96
第 7节 地基的最终沉降量
在荷载作用下，地基土体发生变形，
地基产生沉降。地基沉降是随时间而发展
的。主要介绍两种计算地基最终沉降量的
方法,传统的分层总和法 和 规范推荐的分
层总和法 。如果沉降计算的分层总和法所
采用的土的压缩性指标源自压缩仪的测定
成果，则可称为 单向压缩分层总和法 。
97
一, 传统的分层总和法
采用分层总和法计算地基的
最终沉降量时，将压缩层范围内的土层分成
n个分 层，应用弹性理论计算在荷载作用下
各分层中的附加应力，采用单向压缩条件下
的压缩性指标，分别计算各分层的压缩量，
然后求和得到总沉降。
各分层压缩量的计算方法与薄压缩层地
基的沉降计算方法相同。
98
单向分层总和法假设,
1.基底附加压力为局部柔性荷载，
对非均质地基, 由其引起的附加应力分布可
按均质地基计算；
2.只须计算竖向附加应力作用下的土层压
缩变形导致的地基沉降，剪应力可忽略不计；
3.土层压缩时不发生侧向变形。
由于以上假设，各分层的土就处于单向
压缩状态，应采用 侧限条件 下得到的压缩性
指标来计算各分层的压缩量。
99
地基土的压缩性随着深度的
增大而降低，局部荷载引起的附
加应力又随深度的增大而减少，所以超过一
定深度的土，其变形对沉降量的贡献小到可
忽略不计。沉降时应考虑其土体变形的深度
范围内的土层称为 地基压缩层,该深度称为
地基沉降计算深度 （ 地基压缩层厚度 ）。
100
地基沉降计算深度的下限，
一般取在地基附加应力等于自
重应力的 20%处，如在该深度以下有高压缩
性土层，则计算深度下限取在一般取在地基
附加应力等于自重应力的 10%处。
这种确定沉降计算深度的传统方法称为
应力比法 。
101
地基压缩层厚度范围内的
分层厚度一般取 0.4b（ b为基底
宽度）或 1~2m，不同土层之间的分界面和地
下水面是当然的分层面。
计算地基最终沉降量 s的分层总和法的
公式如下：
??
??
???
n
i
ii
n
i
i Hss
11
?
102
二, 规范推荐的分层总和法
与传统的分层总和法 相同
之处,也采用单向压缩条件下的压缩性指标 ;
与传统的分层总和法 不同之处,
1.采用平均附加应力系数；
2.规定了地基沉降计算深度的标准，考虑
了基础大小这一因素，比应力比法更为合理；
3.提出了地基的沉降计算经验系数，使得
计算结果接近于实测值。
103
地基沉降计算深度就是第 n
分层层底深度 zn，确定 zn的规范
方法称为 变形比法 。
规范规定须将地基计算沉降量 s′乘以沉
降计算经验系数 ?s加以修正，沉降计算经验
系数根据地区沉降观测资料及经验确定。
104
第 8节 应力历史对
地基沉降的影响
一、沉积土层的应力历史
天然土层在历史上所经受过的包括自
重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有
效固结压力，称为 先期（前期）固结压力,
常用 pc表示。
通常将地基中土体的先期固结压力与
现有上覆土层压力之比定义为 超固结比
OCR。
105
根据 OCR的大小, 可对土所处的不同固结状
态进行划分 。
0p
pO C R c?
OCR
>1 超固结状态
=1 正常固结状态
<1 欠固结状态
106
将室内压缩曲线修正后得到
原始压缩曲线，并可确定土的压
缩性指标。只要在地基沉降计算通常采用的
分层总和法中，将土的压缩性指标改从原始
压缩曲线确定，就可考虑应力历史对地基沉
降的影响。
107
正常固结状态的土其原始的
e~lgp曲线为一条直线（压缩指数
为 Cc）；
超固结状态的土 其原始的 e~lgp曲线由两
条斜率不同的直线构成 （ 压缩指数分别为 Ce
和 Cc ） ；
欠固结状态的土其原始的 e~lgp曲线为一
条直线（压缩指数为 Cc ）
108
第 9节 地基最终沉降
计算问题综述
一、各种分层总和法的共同假设
共同假设,荷载作用下的非均质地基
中的附加应力分布，可以用均质弹性半空
间的理论解答来代替。
分层总和法以均质弹性半空间的应力
来计算非均质地基的变形，在理论上显然
不协调。
109
但是，实践表明，地基沉降
计算的准确与否，更直接地取决
于方法本身能否反映地基的成层性和非均质
性、能否考虑到土的应力 -应变关系的非线
性，应力计算精确度的影响毕竟还居其次。
110
第 10节 饱和土的有效
应力和渗透固结
一、饱和土中的有效应力
有效应力原理：对于饱和土
u??? ??
二、太沙基一维固结理论
土的固结是土力学学科中最根本的课
题之一。
111
土的固结过程的两种特性,
1.随着土中水的排出，土体
孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小；
2.随着超静孔隙水压力的消散，有效应
力逐渐增大，土体的抗剪强度得到提高。
工程中常应用固结过程的这两种特性，
通过排水固结法对软粘土地基进行改良，达
到减小工后沉降、提高地基承载力的目的 。
112
※ 固结模型：弹簧代表土颗粒
骨架，水代表孔隙水，活塞
上的小孔象征土的渗透性和排水条件（孔的
大小代表渗透性的强弱）。
113
一维固结理论研究土体在
荷载作用下土中水的流动和土
体的变形仅发生在一个方向的土体固结问题。
一维固结理论的基本假设：
1.土是均质、各向同性和完全饱和的；
2.土粒和孔隙水都是不可压缩的；
3.土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；
4.土中水的渗流服从达西定律；
114
5.在渗透固结中，土的渗透
系数 k和压缩系数 a都是不变
的常数；
6.外荷载是一次瞬时施加的，且在固结过
程中保持不变；
7.土体的固结变形是微小变形。
115
根据 达西定律, 固结渗流
的连续条件, 应力 -应变关系
的侧限条件 和 有效应力原理,可推导出饱和
土的一维固结微分方程
t
u
z
uc
v ?
???
?
?
2
2
结合 初始条件 和 边界条件,可求得上述
方程的解答。
116
理论上可以根据孔隙水压力
的解答，求得相应的有效应力的
大小和分布，再算出任意时刻基础的沉降量。
但是这样求解不甚方便。所以引入固结度的
概念，使问题得到简化。
所谓固结度，是指在某一固结应力作用
下，经某一时间 t后，土体发生固结或孔隙水
应力消散的程度。
0
1 uuUssU
c
ct ??? 或
117
东南大学远程教育
基 础 工 程
第九讲
主讲教师 童小东
118
第 11节 地基沉降发展
三分量
一、三维应力状态下土的变形和地基沉降
的发展
地表局部荷载作用下，地基土处于三
维应力状态，土中孔隙水的排出也是三维
的。
饱和土单元体在受荷一瞬间，孔隙水
来不及排出，故土的体积不会发生变化。
119
但是剪应力增量却使单元
体发生 剪切畸变 。随着时间的
消逝，土中孔隙水排出使土体产生 固结变形 。
当孔隙水压力完全消散，固结过程完成之后，
土体在不变的有效应力作用下，产生 蠕变变
形 。
三维应力状态下，按变形机理，地基土
体的总沉降可以分成三部分,瞬时沉降, 固
结沉降, 次固结沉降 。
120
目前关于 瞬时沉降, 固结
沉降 和 次固结沉降 的计算结果，
与实际情况尚存在较大差距。
从实用上看，可采用信息化施工，利用
沉降观测资料来推算后期沉降量（ 双曲线法,
对数曲线法 等）。
121
第 3章 内容勘误
1.p42,图 2-3中第 2层土的竖向自重应力计
算公式, ?1h1-?2h2”
+
2.p43：从上向下第 3行式（ 2-4）
应为
?
?
?
n
i
iic h
1
??
?
?
?
n
i
iic h
1
??
122
3.p51,从上向下第 1行“为 P0”
4.p58：倒数第 1行式（ 2-26）中,?z”
p0
?x
5.p72：倒数第 5行“限条件下的竖向附加
应力与相应的应变增量之比值。”
增量
123
6.p76,倒数第 4行“土的测压力 ….,
侧
7.p82：从上向下第 4行“可以引入一个系
数 a,….”,式（ 2-73b） 也做相应改正。
?
8.p93,从上向下第 9行式（ 2-88）中的
,pei”应为,pci”
9.p97,从上向下 第 14行,… 上作用着法向
力 p（图 2-48）,…”
P
124
10.p102：倒数第 6行式 （ 2-107）
,”
应为,,
?
?
??
H
z
H
tz
dz
dzu
0
2
0
,
1
?
?
?
??
H
z
H
tz
dz
dzu
0
0
,
1
?
125
第 3章 重点内容
1.土中自重应力的计算
2.地基附加应力的计算方法
3.土的压缩性指标
4.计算地基最终沉降的传统的分层总和法
和规范推荐的分层总和法
126
第 3章 作业
p111：
2-1,2-5,2-6,2-8
127
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基 础 工 程
第四章
主讲教师 童小东
128
第 4章 土的抗剪强度
第 1节 概述
第 2节 库伦公式和莫尔 -库伦强度理论
第 3节 抗剪强度的测定方法
第 4节 饱和粘性土的抗剪强度
第 5节 无粘性土的抗剪强度
129
第 1节 概述
土的抗剪强度 是土体抵抗 剪切 破坏的
极限能力 。
土的抗剪强度对地基承载力、挡土墙
土压力和土坡稳定等问题产生直接影响。
130
土的抗剪强度一般可分为
两部分：一部分与颗粒间的法
向应力有关，通常呈正比例关系，其本质是
摩擦力 ；另一部分是与法向应力无关的土粒
之间的粘结力，通常称为 粘聚力 。
131
第 2节 库伦公式和莫尔 -
库伦强度理论
一, 库伦公式
??? tgcf ??
?
c
f?
?
132
c和 ?称为 抗剪强度指标 。
影
响
因
素
土
的
抗
剪
强
度
的
内在因素
外在因素,试验时的排水条件等因素
颗粒间的有效法向应力
土的孔隙比
133
表
达
方
法
土
的
抗
剪
强
度
的
总应力法,总应力强度指标
有效应力法,有效应力强度指标
134
二、莫尔 -库伦强度理论
莫尔提出：材料的破坏为
剪切破坏,当任一平面上的 剪应力 等于材料
的 抗剪强度 时该点就发生破坏，破坏面上的
剪应力 ?f是该面上法向应力 ?的函数
)(?? ff ?
此函数在 ?f-?坐标中是一条曲线，称为
莫尔包线（抗剪强度包线）,如下图实线所示。
135
?
c
f?
?
莫尔包线表示材料在不同应力作用下达
到 极限状态 时，滑动面上法向应力 ?与剪应
力 ?f 的关系。
莫尔包线
136
理论分析和实践都证明，
莫尔理论对土比较合适，土
的莫尔包线通常可以近似地用 直线 代替（如
上图的虚线所示），该直线的方程就是 库伦
公式 表示的方程。
用库伦公式表示莫尔包线的强度理论称
为 莫尔 -库伦强度理论 。
当土体中任意一点在某一平面上的剪应
力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏。
137
?
?0 3? 1??
?
A
莫尔圆可以表示土体中一点的应力状
态，莫尔圆圆周上各点的坐标就表示该点
在相应平面上的 正应力 和 剪应力 。
138
如果给定了土的抗剪强度
指标 c和 ?以及土中某点的应力
状态，则可将 抗剪强度包线 与 莫尔应力圆 画
在同一张坐标图上，抗剪强度包线与莫尔应
力圆的关系可能有：
1.整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方。
说明该点在任何平面上的剪应力都小于土的
抗剪强度，所以不会发生剪切破坏；
139
2.莫尔圆与抗剪强度包线
相切，切点为 A。说明在 A点
所代表的平面上，剪应力正好达到抗剪强度，
该点就处于 极限平衡状态 。这时的莫尔圆称
为 极限应力圆 。
3.抗剪强度包线是莫尔圆的一条 割线,
实际上这种情况是不可能出现的，因为该点
任何方向上的剪应力都不可能超过土的抗剪
强度。因为 土的抗剪强度是土体抵抗剪切破
坏的 极限能力 。
140
?
?0
A
c
?
莫尔圆与抗剪强度之间的关系
141
由极限应力圆当中的几何
关系，可以推导得出：
1.粘性土的极限平衡条件为
)
2
45(2)
2
45(
)
2
45(2)
2
45(
2
13
2
31
??
??
??
??
?????
?????
??
??
tgctg
tgctg
或
142
2.无粘性土的极限平衡条件为
?
??
??
?
??
?
??
s i n
)
2
45(
)
2
45(
31
31
2
13
2
31
?
?
?
??
??
或
或
?
?
tg
tg
143
3.破坏面与大主应力面的夹角为
。)
245(
???
144
第 3节 抗剪强度的
测定方法
※ 测定土的抗剪强度的方法有多种 。
的
室
内
方
法
测
定
土
抗
剪
强
度
直接剪切试验
三轴压缩试验
无侧限抗压强度试验
145
一、直接剪切试验
应变控制式直剪仪的试验原理：
对同一种土至少取 4个平行试样，分别在不
同垂直压力 ?下剪切破坏，将试验结果绘制
抗剪强度 ?f与相应垂直压力 ?的关系图。试验
结果表明，对于粘性土 ?f ~ ?基本上呈直线关
系，直线方程可用库伦公式表示；对于无粘
性土,?f ~ ?则是通过原点的直线。
146
直接剪切仪的 优点
构造简单
操作方便
限定剪切面不一定是最薄弱面
剪切面上剪应力分布不均匀的缺
点
直
接
剪
切
仪
剪切面在剪切过程中是逐渐缩小的
不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力
147
二、三轴压缩试验
三轴压缩仪的试验原理：
对同一种土至少取 3个平行试样，分别在不
同周围压力 ?3下剪切破坏，将试验结果绘制
为若干个 极限应力圆 。根据莫尔 -库伦理论，
这一组极限应力圆的公共切线即为土的 抗剪
强度包线,可近似取为一条直线，直线的方
程即为 库伦公式 所表示的方程。
148
?
?0
c
?
??? tgcf ??
三轴压缩试验原理
149
的
优
点
三
轴
压
缩
仪
能较严格地控制排水条件
能量测试样中孔隙水压力的变化
剪切破坏面为最薄弱面
的
缺
点
三
轴
压
缩
仪
试验设备、试验过程相对复杂
试样的受力状态为轴对称情况，
与实际土体的受力状态未必相符
150
直接剪切试验和三轴压缩
试验按 剪切前 的 固结程度 和 剪
切时 的 排水条件,可以分为三种试验方法：
1.不固结不排水试验；
2.固结不排水试验；
3.固结排水试验；
151
三、无侧限抗压强度试验
无侧限抗压强度试验可以
看作围压 ?3=0的三轴不排水剪切试验，试件
剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力 qu
称为 无侧限抗压强度 。根据试验结果，只能
作一个极限应力圆（ ?1= qu, ?3=0）,对于
一般粘性土就无法作出破坏包线。
152
而对于饱和粘性土，根据
三轴不固结不排水试验的结果，
其破坏包线接近于一条 水平线,即 ?u=0。 如
仅需测定饱和粘性土的不排水抗剪强度，就
可以利用比较简单的无侧限抗压强度试验代
替三轴试验。
153
?
?0
cu
0?u?
无侧限抗压强度试验
qu
154
2
u
uf
qc ???
无侧限抗压强度试验所得的
极限应力圆的 水平切线 就是破坏包线。
155
第 4节 饱和粘性土的
抗剪强度
一, 不固结不排水抗剪强度
不固结不排水试验（ UU试验 ）是在 施
加周围压力时 不排水 （不固结），且在 施
加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程
中 也 不允许排水 （不排水）。
156
如果有一组饱和粘性土试件，
都先在某一周围压力下固结至稳
定，试件中的初始孔隙水压力为零，然后分
别在不排水条件下施加周围压力和轴向压力
直至剪切破坏。试验结果见下图。
157
?
?0
cu
0?u?
饱和粘性土的不固结不排水试验
158
图中三个实线圆分别表示
三个试件在不同的围压作用下
破坏时的总应力圆，虚线表示有效应力圆。
试验结果表明，虽然三个试件的围压不同，
但破坏时的 主应力差相等,所以三个总应力
圆的直径相同，所以破坏包线是一条 水平线,
可得
0?u?
)(21 31 ??? ??? uf c
159
由于在不排水条件下，试样
在试验过程中 含水量 不变, 体积
不变,改变周围压力增量只能引起 孔隙水压
力 的变化，并不会改变试样中的 有效应力,
各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪
强度不变。
如果在较高的剪前固结压力下进行不固
结不排水试验，就会得到较大的不排水抗剪
强度。
160
由于只能得到一个有效应力
圆，所以不能得到有效应力破坏
包线，不固结不排水试验只用于测定饱和土
的不排水强度，所以可以用无侧限抗压强度
试验代替三轴压缩试验来测定饱和土的不排
水抗剪强度。
161
※ 不固结不排水试验的,不固
结,是在保持试样原来有效应
力不变的情况下，在三轴压力室的周围压力
下不再排水固结。如果饱和粘性土从未固结
过，则其中的有效应力为零（先期固结压力
也为零），表现为一种泥浆状土，其抗剪强
度必然也等于零。
162
二、固结不排水抗剪强度
固结不排水试验（ CU试验 ）
是在 施加周围压力时 充分排水 （固结），而
在 施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过
程中 不允许排水 （不排水）。
饱和粘性土的固结不排水抗剪强度受 应
力历史 的影响，所以首先要区分试样是处于
什么样的 固结状态 。
163
如果试样所受到的周围固结
压力 ?3大于它所曾受到的最大固
结压力 pc（ 先期固结压力 ），则称试样处于
正常固结状态 ；而如果 ?3 < pc,则称试样处
于 超固结状态 。
不同固结状态的试样，其抗剪强度性状
是不同的。
164
正常固结状态的试样在
剪切过程中体积有减小的趋
势（ 剪缩 ），但由于不允许排水，故产生 正
的孔隙水压力 ；而强超固结状态的试样在剪
切过程中，先表现为剪缩（产生正的孔隙水
压力），然后转为 剪胀 （产生负的孔隙水压
力）。
165
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第十二讲
主讲教师 童小东
166
1.正常固结状态的土样
下图表示正常固结状态的
饱和粘性土的固结不排水试验结果，图中用
实线 表示的为 总应力圆和总应力破坏包线,
用 虚线 表示的为 有效应力圆和有效应力破坏
包线, uf为剪切破坏时的孔隙水压力。因为
剪切过程中不排水，根据有效应力原理可知，
有效应力圆与总应力圆 直径相等, 位臵不同 。
167
?
?0
cu?
正常固结状态饱和粘性土
固结不排水试验结果
fu
??
168
因为正常固结状态的试样在
剪切破坏时产生 正的孔隙水压力,
故有效应力圆在总应力圆的 左边 。
总应力破坏包线和有效应力破坏包线都
通过原点, 说明固结压力为零的土不会具有
抗剪强度 。
169
2.超固结状态的土样
超固结状态的饱和粘性土
的固结不排水剪切试验得到的总应力破坏包
线如下图所示，是一条略平缓的曲线，可近
似以直线 ab代替，与正常固结状态土的固结
不排水破坏包线 bc相交,bc的延长线通过原
点。实用上将 abc折线取为一条直线。
170
?
?0
ccu
超固结状态土的固结不排水试验
a b
c超固结状态 正常固结状态
171
有效应力圆和有效应力破坏
包线如下图中虚线所示。由于 超
固结状态 的土样在剪切破坏时，产生 负的孔
隙水压力,有效应力圆在总应力圆的 右边 ；
正常固结状态 的土样在剪切破坏时，产生 正
的孔隙水压力,故有效应力圆在总应力圆的
左边 。
172
?
?0
超固结状态土的固结不排水试验
超固结状态 正常固结状态
c?
??
173
三、固结排水抗剪强度
固结排水试验（ CD试验 ）
是在 施加周围压力时 充分排水 （固结），而
在 施加轴向压力直至剪切破坏的整个试验过
程中 允许排水 （排水）。
所以在整个试验过程中，土样中的孔隙
水压力始终为零，总应力最后完全转化为有
效应力,所以总应力圆就是有效应力圆，总
应力破坏包线就是有效应力破坏包线 。
174
?
?0
正常固结状态土的固结排水试验
d? 其
破
坏
包
线
通
过
原
点
。
正
常
固
结
状
态
的
土
，
175
?
?0
超固结状态土的固结排水试验
超固结状态 正常固结状态
d?
dc
取
为
一
条
直
线
。
包
线
略
弯
曲
，
实
用
上
近
似
超
固
结
状
态
的
土
，
其
破
坏
176
试验结果表明，对于同一
种土，固结排水试验得到的 cd、
?d与固结不排水试验得到的 c',?'很接近，
由于固结排水试验所需的时间太长，故实用
上用 c',?'代替 cd,?d 。
177
对同一种饱和粘性土，
分别在三种不同的排水条件
下进行剪切试验。如果用总应力表示，将得
到完全不同的试验结果，而以有效应力表示，
则不论采用哪种试验方法，都得到近乎同一
条有效应力破坏包线。
所以说,抗剪强度与总应力没有唯一的
对应关系，而与有效应力有唯一的对应关系 。
178
?
?0
cu?
正常固结状态饱和粘性土在三种
不同不排水条件下的剪切试验结果
??
0?u?
d?
179
四、抗剪强度指标的选择
饱和粘性土的抗剪强度
性状是很复杂的，它不仅与 剪切条件 有关，
还与 土的应力历史 等因素有关。由于实际工
程条件的复杂性，用实验室的试验条件去完
全模拟现场条件是不可能的。所以针对具体
的工程问题，确定土的抗剪强度指标的方法
只能是尽可能地模拟实际工况来进行试验。
180
一般认为：由三轴固结
不排水试验确定的有效应力
强度指标 c',?'宜用于分析地基的长期稳定
性；而对于饱和软粘土地基的短期稳定问题，
则宜采用不固结不排水试验的强度指标，以
总应力法进行分析。
181
对于一般的工程问题多
采用总应力分析法，其指标
和测试方法的选择原则如下：
1.若建筑物施工速度较快，而地基土的
透水性和排水条件不良时，可采用 三轴不固
结不排水试验 或 直剪的快剪试验 结果；
2.若地基上荷载的增加速率较慢，而地
基土的透水性较高且排水条件较佳时，则可
以采用 固结排水 或 慢剪试验 的结果；
182
3.若实际工况介于上两种
情况之间，可用 固结不排水 或
固结快剪 的试验结果；
4.由于实际加荷条件和土性的复杂性，
而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历
不同的固结状态，因此,确定强度指标还应
结合工程经验 。
183
东南大学远程教育
基 础 工 程
第十三讲
主讲教师 童小东
184
第 5节 无粘性土的
抗剪强度
不同初始孔隙比 e0的同一种砂土在相
同的周围压力 ?3下 受剪，其应力 ~应变关系
表明：
1.密实的紧砂，其初始孔隙比较小，
应力 ~应变关系具有明显的峰值，超过峰值
后，随应变的增加，应力逐步降低，呈 应
变软化型,体积变化主要表现为 剪胀 。
185
2.松砂的应力 ~应变关系呈
应变硬化型,对同一种土，紧
砂和松砂的强度最终趋向同一值。松砂受剪
其体积减小（ 剪缩 ）。
3.在 高周围压力 下，不论砂土的松紧如
何，受剪时都将 剪缩 。
186
?0
? 1
-?
3
砂土受剪时的应力 ~应变关系
紧砂
松砂
187
由不同初始孔隙比 e0的试样
在 同一压力 ?3下进行剪切试验，
可以得出初始孔隙比 e0与体积变化 之间
的关系，相应于 体积变化为零 的 初始孔隙比
称为 临界孔隙比 ecv。
临界孔隙比是与 侧压力 （ 围压 ） ?3有关
的,不同的 ?3可以得出不同的 ecv 。
V
V?
188
V
V?
0
e0
2-2
ecv
砂土的临界孔隙比
189
若饱和砂土的初始孔隙比
e0大于临界孔隙比 ecv，在剪应
力作用下由于剪缩必然使孔隙水压力增高，
有效应力相应降低，导致砂土的抗剪强度
降低。
190
当饱和松砂受到动荷载
作用，由于孔隙水来不及排
出，孔隙水压力不断增加，就有可能造成
土体结构的破坏，有效应力降低为零，使
得砂土象流体那样完全失去抗剪强度，这
种现象称为砂土的 液化 。
※ 临界孔隙比 ecv对研究砂土液化具有重
要意义。
191
1.p124,倒数第 9行“常固
结不排水强度,..”
2.p125：第 11行, … 有效应力破坏包线都
通原点,
状态土的
过
3.p130：第 11行“不同的 ?3可以得出不同
的 eev值。”文中其余 地方作相应替换。
ecv
第 4章 内容勘误
192
4.p127：例题 3-1。由例题的
已知条件知只对 一个 饱和粘
性土试样进行了固结不排水试验，所以只
能得到一个总应力表示的极限应力圆和一
个有效应力表示的极限应力圆。例题中说
“整理试验结果得到 …”,由于试样土处于
超固结状态（由 知），所以仅由一个
有效应力表示的极限应力圆是无法得到有
效应力破坏包线的。
0??c
193
因此有效应力强度参数,
根本无法从一个试样的试验
结果的整理得到。（本人认为,例题的出
题内容的 描述 有问题 ）
c?
??
194
解题的过程存在 概念 问题。
我们在前面已经了解到，同样
一个固结不排水的试验结果，分别用总应力
和有效应力来表述，得到的强度指标是不同
的。
而例题的解答过程中，应力采用总应力，
却使用有效应力的强度指标来计算，是一种
概念的混淆 。由于本题已知的条件仅为有效
应力强度指标，所以本题的解答，应力只能
采用有效应力，然后应用 有效应力原理 得到
总应力的解答。所以本例题的完整过程如下：
195
【 例题 3-1】 一组 饱和粘性土
试样在三轴仪中进行固结不
排水试验，整理试验结果得有效内摩擦角 ?'
=24°, c'=80kPa。其中对一个试样施加的
周围压力 ?3 =200kPa，试样破坏时的主应力
差 ?1 - ?3 =280kPa，测得的孔隙水压力
uf=180kPa。 试求破坏面上的法向应力和剪
应力以及试样中的最大剪应力。
196
【 解 】 有效的主应力分别为
k P a300
180)200280(
)280( 31
?
???
???? fu??
k P a20
180200
33
?
??
??? fu??
197
剪切破坏面与大主应力作用面
的夹角为
?? 57
245 ?
??? ??
f
由式（ 3-5）计算破坏面上的法向有效应力 ?'
和剪应力 ?：
k P a103
114c o s)20300(
2
1
)20300(
2
1
2c o s)(
2
1
)(
2
1
3131
?
????
?????????
?
f
??????
198
k P a1 2 7
1 1 4s i n)203 0 0(
2
1
2s i n)(
2
1
31
?
??
????
?
f
????
破坏面上的法向应力 ?为
k P a2 8 3
1 8 01 0 3
?
??
??? fu??
199
最大剪应力发生在 ?=45° 的
平面上，所以
k P a1 4 0
90s i n)203 0 0(
2
1
2s i n)(
2
1
31m a x
?
??
????
?
????
200
第 4章 重点内容
1.抗剪强度的含义
2.莫尔 -库伦强度理论
3.测定抗剪强度的直接剪切试验
4.饱和粘性土在不同排水条件下描述抗剪
强度的总应力法和有效应力法
5.临界孔隙比
201
第 4章 作业
p130：
3-1,3-2,3-5,3-8
202
东南大学远程教育
基 础 工 程
第五章
主讲教师 童小东
203
第 5章 土压力、地基承载
力和土坡稳定性
第 1节 概述
第 2节 挡土墙上的土压力
第 3节 朗肯土压力理论
第 4节 库伦土压力理论
第 5节 挡土墙设计
第 6节 地基破坏型式和地基承载力
第 7节 土坡的稳定性分析
204
第 1节 概 述
挡土墙 是防止土体坍塌的
构筑物，在工程建设领域得到广泛应用。
挡土墙的结构型式可以分为 重力式,
悬臂式 和 扶壁式 。
土压力 是指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。
205
土压力是挡土墙的主要外
荷载，所以设计挡土墙时首先
要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。
土
压
力
主动土压力
静止土压力
被动土压力
206
地基承载力 是指地基承受
建筑物荷载的能力。地基在建
筑物荷载作用下，如果发生剪切破坏，就会
对建筑物的稳定性产生不利的影响。因此，
在地基计算中，应验算地基的承载力。
土
坡
天然土坡
人工土坡
207
由于内在或外在因素的影响，
土坡可能发生局部土体的滑动失
稳，造成事故并危及人身安全。因此，应验
算边坡的稳定性，必要时应采取适当的工程
措施来保证边坡的稳定性。
208
第 2节 挡土墙上的
土压力
挡土墙上的土压力的大小和分布受到
墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、
填土面的形式等因素的影响。
根据墙的 位移情况 和墙后土体所处的
应力状态,土压力可分为以下三种：
209
1.主动土压力,当挡土墙 向
离开土体方向 偏移至土体达到 极
限平衡状态时,作用在墙上的土压力，一般
用 Ea表示。
2.被动土压力,当挡土墙 向土体方向 偏
移至土体达到 极限平衡状态时,作用在挡土
墙上的土压力，用 Ep表示。
3.静止土压力,当挡土墙静止不动，土
体处于 弹性平衡状态时,土对墙的压力，用
E0表示。
210
Ea
主动土压力
211
Ep
被动土压力
212
E0
静止土压力
213
试验研究表明：在相同条件
下，静止土压力大于主动土压力
而小于被动土压力，即有
Ea<E0<Ep
在相同条件下，产生被动土压力时所需
的位移量远远大于产生主动土压力时所需的
位移量。
214
※ 静止土压力的计算
在填土表面下任意深度 z处
的静止土压力强度可按下式计算：
0
2
0 2
1 KHE ??
由上式可知，静止土压力沿墙高呈三角
形分布。作用在单位墙长上的静止土压力为：
zK 00 ?? ?
215
E0H
3
H
静止土压力的分布
216
第 3节 朗肯土压力理论
朗肯土压力理论 是根据 半空间的应力
状态 和 土的极限平衡条件 而得出的土压力
计算方法。
研究一表面为水平面的半空间（土体
向下和沿水平方向都伸展至无穷）。当整
个土体都处于静止状态时，各点都处于 弹
性平衡状态 。
217
竖直截面上的法向应力为：
zz ?? ?
zKx 0?? ?
在离地表为 z深度处取一单
元体，单元体水平截面上的法
向应力等于该处土的 自重应力,即
218
由于为半空间，所以土体内
每一竖直面都是 对称面,因此竖
直截面和水平截面上的剪应力都等于零，因
而相应截面上的法向应力 ?z和 ?x都是 主应力,
此时的应力状态可用莫尔圆表示。由于该点
处于弹性平衡状态，所以莫尔圆位于抗剪强
度包线（破坏包线）的下方。
219
?
?0
? zK0? z
??? tgcf ??
弹性平衡状态时的莫尔圆
220
如果使整个土体在水平方
向均匀 伸展 （ ?x减小 ） 或 压缩
（ ?x增大 ），直到土体由弹性平衡状态转为
塑性平衡状态 。
1.土体在水平方向伸展
上述单元体在水平截面上的法向应力 ?z
不变，而竖直截面上的法向应力 ?x却逐渐 减
小,直至满足极限平衡条件为止（称为 主动
朗肯状态 ）。
221
此时,?x达到最低限值 ?a，
?a是小主应力,?z是大主应力，
莫尔圆与抗剪强度包线（破坏包线） 相切 。
剪切破坏面与 水平面 的夹角为 。
245
???
222
?
?0
? zK0? z?a
??? tgcf ??
主动朗肯状态时的莫尔圆
223
2.土体在水平方向压缩
上述单元体在水平截面上的
法向应力 ?z不变而竖直截面上的法向应力 ?x
却逐渐 增大,直至满足极限平衡条件为止
（称为 被动朗肯状态 ）。此时,?x达到最高
限值 ?p,?p是大主应力,?z是小主应力，莫
尔圆与抗剪强度包线（破坏包线） 相切 。剪
切破坏面与 竖直面 的夹角为 。
245
???
224
?
?0
? zK0? z ?p
??? tgcf ??
被动朗肯状态时的莫尔圆
225
?
?0
? zK0? z?a ?p
??? tgcf ??
三种状态时的莫尔圆
226
朗肯将上述原理应用于
挡土墙的土压力计算中，设
想用 墙背直立 的挡土墙代替半空间左边的土。
如果墙背与土的接触面上满足 剪应力为零 的
边界应力条件 以及产生主动或被动朗肯状态
的 边界变形条件,由此可推导出主动和被动
土压力计算公式。而如果挡土墙静止不动，
则墙后土体的应力状态不变。
227
※ 朗肯土压力理论的假设：
1.挡土墙背面竖直；
2.墙背光滑；
3.墙后填土面水平。
一、主动土压力
由莫尔 -库伦强度理论知，当土体中某
点处于极限平衡状态时，大主应力 ?1和小主
应力 ?3之间满足：
228
1.无粘性土
?
??
??
?
??
?
??
s i n
)
2
45(
)
2
45(
31
31
2
13
2
31
?
?
?
??
??
或
或
?
?
tg
tg
229
2.粘性土
)
2
45(2)
2
45(
)
2
45(2)
2
45(
2
13
2
31
??
??
??
??
?????
?????
??
??
tgctg
tgctg
或
230
当挡土墙偏离土体时，由
于墙后土体中离地表深度 z处
的竖向应力（大主应力） 不变，而水
平应力 ?x却逐渐减小直至进入 主动朗肯状态,
此时 ?x为小主应力 ?a，由极限平衡条件公式
可得
aa
a
zK
z t g
??
?
??
?
??
或
)
2
45(
2 ?
zz ?? ?
1.无粘性土
231
2,粘性土
aaa
a
KczK
tgcz t g
2
)
2
45(2)
2
45(
2
??
?????
??
??
??
或
??
232
由以上公式可知：
1.无粘性土的主动土压力
强度与 z成正比，沿墙高的压力呈三角形分
布。如取单位墙长，则主动土压力为：
aa
a
KHE
tgHE
2
22
2
1
)
2
45(
2
1
?
?
?
?
??
或
?
233
EaH
3
H
无粘性土的主动土压力强度分布图
aHK?
234
2.粘性土的主动土压力
强度包括两部分：一部分是
由自重引起的土压力强度,另一部分是
由粘聚力引起的负侧压力强度,这
两部分土压力叠加的结果如下图所示。
azK?
aKc2?
235
Ea
H
3 0zH?
粘性土的主动土压力强度分布图
aHK?
a
d e
b c
0z
236
其中 ade部分是负侧压力，
对墙背而言是 拉力,但实际上
墙与土在很小的拉力作用下就会分离，从而
造成土压力为零。所以粘性土的土压力分布
仅是 abc部分。
a点离填土面的的深度 z0称为 临界深度,
在填土面无荷载的条件下，可令 ?a=0求得 z0
的值，可得
237
如取单位墙长计算，主动土压力 Ea为：
?
?
?
2
2
0
22
2
1
)2)((
2
1
c
KcHKH
KcHKzHE
aa
aaa
???
???
aK
cz
?
2
0 ?
238
二、被动土压力
当墙受到外力作用而推向
土体时，填土中任意一点的竖向应力
仍不变，而水平向应力 ?x却逐渐增大，直至
出现 被动朗肯状态 。此时,?x达最大限值
?p,因此 ?p是大主应力，也就是被动土压
力强度，而 ?z则是小主应力。由极限平衡条
件公式可得
zz ?? ?
239
1,无粘性土
pp
p
zK
z t g
??
?
??
?
??
或
)
2
45(
2 ?
2,粘性土
ppp
p
KczK
tgcz t g
2
)
2
45(2)
2
45(
2
??
?????
??
??
??
或
??
240
从以上公式可知：无粘性土
的被动土压力强度呈 三角形分布 ；
粘性土的被动土压力强度呈 梯形分布 。如取
单位墙长计算，则被动土压力可由下式计算：
1.无粘性土
pp KHE
2
2
1 ??
241
2.粘性土
ppp KcHKHE 22
1 2 ?? ?
242
Ep
无粘性土的被动土压力强度分布图
pHK?
3
H
H
243
Ep
pp KcHK 2??
pKc2
粘性土的被动土压力强度分布图
244
※ 当填土面有均布荷载时的
土压力计算：
当挡土墙后填土面有连续均布荷载作用
时，土压力的计算方法是 将均布荷载换算成
当量的土重 。当填土面水平时，当量的土层
厚度为
?
qh ?
245
Ea
填土面有均布荷载的土压力计算
aKHh )( ??
H
?qh ?
q
246
第 4节 库伦土压力理论
库伦土压力理论 是根据墙后土体处于
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。
※ 库伦土压力理论的基本假设：
1.墙后的填土是理想的散粒体（粘聚
力 c=0）；
2.滑动破坏面为一通过 墙踵 的平面。
247
一、主动土压力
一般挡土墙的计算属于
平面问题,故可沿墙的长度方向取 1m进行分
析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某
一破坏面破坏时，土楔向下滑动而处于主动
极限平衡状态。此时，作用于土楔上的力有：
248
按库伦理论求主动土压力
W
RE
W
R
E
A
C
B
?
249
1.土楔体的自重 ；
2.破坏面上的反力 R；
3.墙背对土楔体的反力 E；
土楔体在上述三个力的作用下处于 静力
平衡状态,必然构成一个闭合的力矢三角形，
由正弦定律便可得到 E的值。
???? ABCW
)s i n (
)s i n (
???
??
??
?? WE
250
与 E大小相等、方向相反的
作用力就是墙背上的土压力。
)s i n ()s i n (c o s
)s i n ()c o s ()c o s (
2
1
2
2
??????
???????
?????
?????? HE
在上式中，除了滑动面与水平面的倾角
?外，其余量都是已知的常量。
假定不同的滑动面可以得到不同的倾角
?，从而得到一系列相应的土压力 E。
251
一、主动土压力
一般挡土墙的计算属于
平面问题,故可沿墙的长度方向取 1m进行分
析。当墙向前移动或转动而使墙后土体沿某
一破坏面破坏时，土楔向下滑动而处于主动
极限平衡状态。此时，作用于土楔上的力有：
252
按库伦理论求主动土压力
W
RE
W
R
E
A
C
B
?
253
1.土楔体的自重 ；
2.破坏面上的反力 R；
3.墙背对土楔体的反力 E；
土楔体在上述三个力的作用下处于 静力
平衡状态,必然构成一个闭合的力矢三角形，
由正弦定律便可得到 E的值。
???? ABCW
)s i n (
)s i n (
???
??
??
?? WE
254
与 E大小相等、方向相反的
作用力就是墙背上的土压力。
)s i n ()s i n (c o s
)s i n ()c o s ()c o s (
2
1
2
2
??????
???????
?????
?????? HE
在上式中，除了滑动面与水平面的倾角
?外，其余量都是已知的 常量 。
假定不同的滑动面可以得到不同的倾角
?，从而得到一系列相应的土压力 E。
255
可以看出 E是 ?的函数。
E的最大值 Emax即为墙背的
主动土压力。其所对应的滑动面即为土楔最
危险的滑动面。
为求得 Emax,可采用微分学中求极值的
方法求 E的极大值，可令
0??ddE
256
解上式可以得到 Emax，
并得到 Emax所对应的挡土墙
后填土的破坏角 ?cr，即为真正滑动面的倾
角。
257
整理后可得到库伦主动土
压力的一般表达式
2
2
2
2
)c o s ()c o s (
)s i n ()s i n (
1)c o s (c o s
)(c o s
2
1
?
?
?
?
?
?
???
???
???
?
?
????
????
???
??
? HE a
或
aa KHE
2
2
1 ??
258
库伦主动土压力强度沿墙高
呈 三角形分布,主动土压力的作
用点在 距墙底 H/3处 。
当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库
伦主动土压力的一般表达式成为
)245(21 22 ?? ?? ?tgHE a
可见，在上述条件下，库伦主动土压力
公式和朗肯公式相同。
259
二、被动土压力
当挡土墙受外力作用推向
填土，直至土体沿某一破裂面 BC破坏时，土
楔 ABC向上滑动，并处于 被动极限平衡状态 。
此时土楔 ABC在其自重 W和反力 R和 E的作用
下平衡。
260
按库伦理论求被动土压力
W
RE W
R
E
A
C
B
?
261
按求主动土压力同样的原理
可求得被动土压力的库伦公式为：
2
2
2
2
)c o s ()c o s (
)s i n ()s i n (
1)c o s (c o s
)(c o s
2
1
?
?
?
?
?
?
???
???
???
?
?
????
????
???
??
? HE p
或
pp KHE
2
2
1 ??
262
库伦被动土压力强度沿墙高
呈 三角形分布,被动土压力的作
用点在 距墙底 H/3处 。
被动土压力强度可按下式计算：
)245(21 22 ?? ?? ?tgHE p
当墙背垂直、光滑，填土面水平时，库
伦被动土压力的一般表达式成为
pp zK?? ?
263
可见，在上述条件下，库伦
被动土压力公式和朗肯公式相同。
三、朗肯理论与库伦理论的比较
朗肯理论与库伦理论建立在不同的假设
基础上，用不同的分析方法计算土压力，只
有在最简单的情况下，采用这两种理论的计
算结果才相同，否则便得出不同的结果。
264
1.朗肯土压力理论：
（ 1）是根据半空间的应力
状态和土的极限平衡条件而得出的土压力计
算方法。
（ 2）朗肯土压力理论假设：
a.挡土墙背面竖直；
b.墙背光滑；
c.墙后填土面为水平面。
265
（ 3）对于粘性土和无粘性土
都可以直接用理论公式进行计算；
（ 4）朗肯土压力理论概念明确，计算
简单，使用方便。但由于其假设条件，造成
使用范围有局限性。另外，由于忽略了墙背
与填土之间的摩擦，计算出的主动土压力偏
大，被动土压力偏小。
266
2.库伦土压力理论：
（ 1）是根据挡土墙后的
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。
（ 2）库伦土压力理论假设：
a.挡土墙后的填土是理想的散粒体
（粘聚力 c=0）；
b.滑动破坏面为一通过墙踵的平面。
267
（ 3）对于无粘性土可以直
接用理论公式进行计算，对于
粘性土则不能用理论公式直接计算粘性土的
土压力；
（ 4）库伦土压力理论考虑了墙背与土
之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜，填土面
倾斜的情况。库伦理论假设墙后填土破坏时，
破裂面是一平面，但实际情况却是一曲面，
采用库伦理论的计算结果与按滑动面为曲面
的计算结果有出入。
268
第 5节 挡土墙设计
一、挡土墙的类型
挡土墙按结构型式可分为三种主要类
型：
1.重力式挡土墙
重力式挡土墙是以挡土墙自身重力来
维持挡土墙在土压力作用下的稳定。
269
重力式挡土墙通常由块石或
素混凝土砌筑而成，因而墙体抗
拉强度较小，作用于墙背的土压力所引起的
倾覆力矩全靠墙身自重产生的抗倾覆力矩来
平衡，因此，墙身必须做成厚而重的实体才
能保证其稳定，这样，墙身的体积和重量都
比较大。
重力式挡土墙具有结构简单，施工方便，
能够就地取材等优点，是工程中应用较广的
一种型式。
270
2.悬臂式挡土墙
悬臂式挡土墙一般用钢筋
混凝土建造，由三个悬臂板组成,立壁, 墙
趾悬臂 和 墙踵悬臂 。墙的稳定性主要靠墙踵
底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋
承担。这类挡土墙的优点是能充分利用钢筋
混凝土的受力特性，墙体截面较小。
271
3.扶壁式挡土墙
当挡土墙后的填土比较高
时，为了增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性
能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁，
故称为扶壁式挡土墙。
272
二、挡土墙的计算
挡土墙的截面一般按试算法确定，即先
根据挡土墙所处的条件凭经验初步拟定截面
尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要
求，则应改变截面尺寸或采取其他措施。
273
挡土墙的计算通常包括下列
内容：
1.稳定性验算：包括抗倾覆和抗滑移稳
定验算；
2.地基的承载力验算；
3.墙身强度验算。
274
1.稳定性验算
挡土墙的稳定性破坏通常
有两种形式，一种是在主动土压力作用下外
倾，对此应进行 倾覆稳定性验算 ；另一种是
在土压力作用下沿基底外移，需进行 滑动稳
定性验算 。
a.倾覆稳定性验算：绕墙趾的抗倾覆力
矩与倾覆力矩之比称为 抗倾覆安全系数
Kt≥1.6。
275
b.滑动稳定性验算：抗滑力
与滑动力之比称为 抗滑安全系数
Ks ≥ 1.3。
2.地基承载力验算
地基的承载力验算，要求同时满足基底
平均应力 p≤f和基底最大压应力 pmax≤1.2f（ f
为地基承载力设计值）。
276
3.墙身强度验算
墙身强度验算应根据墙身
材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋
混凝土结构的有关计算方法进行。
277
三、重力式挡土墙的体型选择
和构造措施
（一）墙背的倾斜型式
重力式挡土墙按墙背倾斜方向可分为 仰
斜, 直立 和 俯斜 三种型式。
278
仰斜墙背重力式挡土墙
279
直立墙背重力式挡土墙
280
俯斜墙背重力式挡土墙
281
对于不同倾斜方向墙背的
挡土墙，如用相同的计算方法
和计算指标进行计算，其主动土压力以仰斜
为最小，直立居中，俯斜最大。因此，就墙
背所受的主动土压力而言,仰斜墙背 较为合
理。
如在开挖临时边坡以后筑墙，采用仰斜
墙背可与边坡紧密贴合，而俯斜墙背则需在
墙背回填土，因此仰斜墙背比较合理。
282
如果在填方地段筑墙，仰斜
墙背填土的夯实比俯斜墙背
或直立墙背困难，此时，俯斜墙背和直立墙
背比较合理。
从墙前地形的陡缓看，当墙前地形较为
平坦时，用仰斜墙背较为合理。如果墙前地
形较陡，则宜用直立墙背。因为俯斜墙背的
土压力较大，而用仰斜墙背时，为了保证墙
趾有一定的入土深度，就要加高墙身，使砌
筑工程量增加。
283
仰斜与俯斜墙背重力式
挡土墙的比较
284
因此，墙背的倾斜型式应
根据使用要求、地形和施工等
情况综合考虑确定：
1.仰斜墙背 主动土压力最小，墙身截面
经济，墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，
但墙后填土的压实较为困难，因此多用于支
挡挖方工程的边坡；
285
2.俯斜墙背 主动土压力
最大，但墙后填土施工较为
方便，易于保证回填土质量而多用于填方工
程；
3.直立墙背 介于前两者之间，且多用于
墙前原有地形较陡的情况，如山坡上建墙，
因此时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则
土压力较大。
286
（二）填土质量要求
挡土墙的回填土料应尽量
选择透水性较大的土，因为这类土的抗剪强
度较稳定，且易于排水。
※ 填土压实质量 是挡土墙施工中的一个关
键问题。填土时应分层夯实。
287
第 6节 地基破坏型式
和地基承载力
一、地基破坏型式
在荷载作用下，建筑物地基的破坏通
常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，
地基剪切破坏的型式可分为 整体剪切破坏,
局部剪切破坏 和 冲剪破坏 三种。
288
1.整体剪切破坏
整体剪切破坏的特征是，
当基础上的荷载较小时，基底压力 p与沉降 s
基本上呈 直线关系,属于 线性变形阶段 。当
荷载增加到某一数值时，在基础边缘处的土
开始发生剪切破坏，随着荷载的增加，剪切
破坏区逐渐扩大，这时压力与沉降之间呈 曲
线关系,属 弹塑性变形阶段 。
289
整体剪切破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
p
s
0
290
如果基础上的荷载继续增
加，剪切破坏区不断扩大，最
终在地基中形成一连续的滑动面，基础急剧
下沉或向侧面倾倒，同时基础周围的地面隆
起，此时属 塑性破坏阶段,地基发生 整体剪
切破坏 。
291
整体剪切破坏
292
2.局部剪切破坏
局部剪切破坏是介于整体
剪切破坏和冲剪破坏之间的一种破坏型式。
剪切破坏也从基础边缘开始，但滑动面不发
展到地面，而是限制在地基内部某一区域，
基础四周地面也有隆起现象，但不会有明显
的倾斜和倒塌。压力和沉降关系曲线从一开
始就呈现 非线性关系 。
293
s
p
局部剪切破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
0
294
局部剪切破坏
295
3.冲剪破坏
冲剪破坏先是由于基础下
软弱土的压缩变形使基础连续下沉，如荷载
继续增加到某一数值时，基础可能向下“切
入”到土中，基础侧面附近的土体因垂直剪
切而破坏。冲剪破坏时，地基中没有出现明
显的连续滑动面，基础四周的地面不隆起，
基础没有很大的倾斜，压力与沉降的关系曲
线与局部剪切破坏的情况类似，不出现明显
的转折现象。
296
p
s
冲剪破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
0
297
地基剪切破坏的型式，主要与 土的压缩
性质有关 。一般地说，对于 坚硬 或 密实 的土，
地基将发生 整体剪切破坏 ；而对于松软土，
将出现 局部剪切破坏 或 冲剪破坏 。
298
二、地基承载力
地基承载力 是指地基承受
荷载的能力。在压力与沉降的关系曲线中，
整体剪切破坏的曲线有两个转折点，相应于
a点的荷载称为 临塑荷载 pcr，为地基土开始
出现剪切破坏时的基底压力；相应于 b点的
压力称为 地基极限承载力 pu,是地基承受基
础荷载的极限压力，当基底压力达到 pu时，
地基就发生整体剪切破坏。
299
p
s
0
a
b
pupcr
整体剪切破坏型式的
压力 ~沉降关系曲线
300
工程上，为了保证建筑物
的安全可靠，在基础设计时，
必须把基底压力限制在某一范围之内，称为
地基容许承载力,以 pa表示，可由地基极限
承载力 pu除以安全系数 K确定，即 pa 是具有
一定安全储备的地基承载力。
301
第 7节 土坡的稳定性
分析
土坡的 滑动 是指土坡在一定范围内整
体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失
其稳定性。
土坡的失稳往往存在 外在 和 内在 两方
面的因素。
302
的
因
素
造
成
土
坡
失
稳
内在因素,土体自身抗剪强度
的降低
外在因素,剪应力的增加
※ 简单土坡,土坡的顶面和底面都是水平
的，并伸至无穷远，土坡由均质土组成。
303
坡底 坡脚
坡肩 坡顶
坡高
简单土坡
坡角
304
简单土坡的稳定性分析：
1.无粘性土坡稳定性分析
假设有一坡角为 ?的均质无粘性土坡，
坡体和地基都是同一种土，无粘性土的内摩
擦角为 ?，不考虑渗流的影响。
由于无粘性土颗粒之间没有粘聚力，只
有摩擦力，只要坡面不滑动，土坡就能保持
稳定。设在斜坡上的土颗粒 M，其自重为 W。
305
?
W
T
无粘性土的简单土坡
306
抗滑力为
?? tgc o sWT ??
抗滑力与滑动力之比称为 稳定安全系数 K
?
?
tg
tg???
T
TK
滑动力为
?s inWT ?
一般要求 K>1.25~1.30。
307
2.粘性土的土坡稳定分析
粘性土坡由于剪切破坏而产
生的滑动面多数为曲面，一般在破坏前，坡
顶先产生张力裂缝，继而沿某一曲面产生整
体滑动。滑动体在纵向也有一定范围，并且
也是曲面。为了简化，稳定分析中常假设滑
动面为圆筒面，并按平面问题进行分析。粘
性土坡的稳定性分析常采用 条分法 来进行分
析。
308
大量计算结果表明，最危险
滑弧两端距坡肩和坡脚各为 0.1nH
处，且最危险滑弧中心在 ab线的垂直平分线
上。
1
n
0.1nH
0.1nH
a
b
H
309
1.p135,第 10行,…,则墙后
土体的应力状态不变。 由此可以推导出主
动和被动土压力计算公式。,
而如果挡土墙静止不动，
第 5章 内容勘误
310
2.p137：公式（ 4-13）和（ 4-14）
中的 K应为 H。
3.p146：公式（ 4-30） +
pp
p
p zKKzdz
d
dz
dE
??? ??
?
??
?
? ??? 2
2
1
311
4.p150：第 1行“的一种形式”。
型
312
第 5章 重点内容
1.朗肯土压力理论与库伦土压力理论的
比较
2.重力式挡土墙的体型选择原则
313
第 5章 作业
p170：
4-2,4-3
314
东南大学远程教育
基 础 工 程
第六章
主讲教师 童小东
315
第 6章 地基勘察
第 1节 概述
第 2节 水文地质条件
第 3节 土中渗流的影响
第 4节 地基勘察方法
316
第 1节 概述
地基勘察的 目的 在于以各种勘察手段
和方法，调查研究和分析评价建筑场地和
地基的工程地质条件,为设计和施工提供
所需的工程地质资料 。
317
地基勘察工作应该做在设计
和施工前面，采取必要的勘察手
段和方法，提供准确无误的地基勘察报告。
地基勘察的 任务, 认识场地的地质条件，
分析场地条件与建筑物之间的相互影响 。
318
第 2节 水文地质条件
存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙
或溶洞中的水叫做 地下水 。
建筑场地的 水文地质条件 主要包括 地
下水的埋藏条件, 地下水化学成分及其对
混凝土的腐蚀 等。
319
一、地下水的埋藏条件
地下水按其埋藏条件可分为：
上层滞水, 潜水 和 承压水 三种类型。
1.上层滞水,指埋藏在地表浅处，局部
隔水透镜体的上部，且具有自由水面的地下
水。上层滞水地带只有在融雪或大量降水后
才能聚集较多的水，因而只能作为季节性的
或临时性的水源。
320
2,潜水,指埋藏在地表以下
第一个稳定隔水层以上的具有自
由水面的地下水。潜水直接受雨水渗透或河
流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸
发或流入河流而排泄。因此，潜水位的变化
直接受气候条件变化的影响。
321
3.承压水,指充满于两个
连续的稳定隔水层之间的含水
层中的地下水。它承受一定的静水压力。由
于承压水的上面存在隔水顶板，它的埋藏区
与地表补给区不一致。因此，承压水的动态
变化，受局部气候因素影响不明显。
322
二、地下水的腐蚀性
地下水中含有多种化学成
分，当某些成分含量过多时，会对混凝土等
材料产生危害。
1.地下水中的 含量过多时，将与水
泥水化生成的 发生作用，生成生石
膏 。生石膏再与水泥的水化产
物水化铝酸钙发生反应，生成硫铝酸钙（水
泥杆菌）。
?24SO
? ?2OHCa
O2HC a S O 24 ?
323
硫铝酸钙的体积比化合前
膨胀了许多，可以使混凝土产
生膨胀破坏。
2.pH<7的酸性地下水对混凝土中的
和 可以起到溶解破坏作用。
3.地下水中的游离的 CO2可与混凝土中
的 Ca(OH)2化合生成 CaCO3硬壳，对混凝土
可起到保护作用。
? ?2OHCa 3C a C O
324
但 CO2含量过多时，又会
与 CaCO3化合，生成可溶于水
的 Ca(HCO3 )2。这种过多的、能与 CaCO3
起作用的那一部分游离 CO2称为腐蚀性
CO2 。
325
第 3节 土中渗流的影响
地下水在渗流过程中受到土骨架的阻
力，作为反作用力，水对土骨架的作用力
称为 渗流力 。
竖向渗流的作用可使土的 有效重度 发
生变化。
326
向下渗流使有效应力增加，
增大土的抗剪强度；向上渗流
则使有效应力减少，降低土的抗剪强度 。
向上渗流的水力梯度增加到使有效应力减
少为零的某一数值 icr，此时，土中的有效
应力降低为零，砂土因抗剪强度丧失而
,液化,。这种渗透液化现象称为 流砂 。
327
流砂出现时的水力梯度
icr称为 临界水力梯度 。
流砂是一种不良的工程地质现象，所
以在地基勘察中应对可能出现的流砂现象
的条件及其危害性作出评估。
328
基坑工程防治流砂的原则
主要是：
1.减小基坑内外地下水的水头差；
2.增大渗流路径；
3.在向上渗流出口处地表用透水材料
覆盖压重以平衡渗流力。
329
当土中渗流的水力梯度
小于临界水力梯度时，虽不
致诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可
能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而去，
如果这种现象发生的时间比较长，在土层
中将形成管状空洞，使土体强度降低，压
缩性增大，这种现象称为,管涌,。
330
※ 渗流对土坡和挡土墙都会
产生不利于其稳定性的影响。
1.渗流对土坡稳定性的不利影响主要
是渗流力的 促滑作用,其次是静水浮托力
的 减重作用 。
2.渗流对挡土墙稳定性的不利影响表
现在渗流会使处于主动、静止或被动三者
中任何状态的 土压力明显增大 。
331
第 4节 地基勘察方法
工业与民用建筑工程的设计分为 可行
性研究, 初步设计 和 施工图 三个阶段。
为了提供各设计阶段所需的工程地质
资料，勘察工作也相应分为 可行性研究勘
察, 初步勘察 和 详细勘察 三个阶段。
332
一、勘探工作
勘探是地基勘察过程中
查明地质情况的一种必要手段，它是在地
面的工程地质测绘和调查所取得的各项定
性资料的基础上，进一步对场地的工程地
质条件进行定量的评价。
勘探工作包括 坑探, 钻探, 触探 和 地
球物理勘探 等。
333
下面对触探和地球物理
勘探进行简要介绍。
1.触探
触探是通过探杆用静力或动力将金属
探头贯入土层，并测得能表征土对触探头
贯入的阻抗能力的指标，从而 间接 地判断
土层及其性质的一类勘探方法和原位测试
技术。
334
作为勘探手段，触探可用
于划分土层；作为测试技术，
则可估计地基承载力和土的变形指标等。
a.静力触探
静力触探试验凭借静压力将触探头压
入土层，利用电测技术测得 贯入阻力 来判
定土的力学性质。与常规的勘探手段比较，
静力触探有其独特的优越性。它能快速、
连续地探测土层及其性质的变化。
335
单桥探头可以测得包括
锥尖阻力和侧壁摩阻力在内
的总贯入阻力 P（ kN），通常用 比贯入阻
力 ps（ kPa）表示。
双桥探头可以分别测得锥尖总阻力 Qc
（ kN）和侧壁总摩阻力 Pt（ kN），通常以
锥尖阻力 qc（ kPa）和 侧壁摩阻力 fs（ kPa）
表示。根据锥尖阻力 qc （ kPa）和侧壁摩
阻力 fs （ kPa），可以计算同一深度处的 摩
阻比 Rs。
336
地基的承载力取决于地
基土本身的力学性质，而静
力触探所测得的比贯入阻力等指标在一定
程度上也反映了土的某些力学性质。根据
静力触探资料可间接地按地区性的经验关
系估算 地基的承载力, 土的压缩性指标 和
单桩承载力 等。
337
b.动力触探
动力触探一般是将一定
质量的穿心锤，以一定的落距自由下落，
将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度
所需的锤击次数，并以此判断土的性质。
动力触探包括 标准贯入试验 和 轻便触
探 两种方法。
338
由标准贯入试验测得的
锤击数 N，可用于确定地基
的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的
变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密
实度以及估计地震时砂土液化的可能性。
应用轻便触探试验测得的锤击数 N10，
可确定粘性土地基和素填土地基的承载力，
并可按不同位臵的值的变化情况判定地基
土层的均匀程度。
339
2.地球物理勘探
地球物理勘探（物探）
是一种兼有 勘探 和 测试 双重功能的技术。
物探之所以能够被用来研究和解决各种地
质问题，主要是因为不同的岩石、土层和
地质构造往往具有不同的物理性质，通过
专门的物探仪器的量测，就可区别和推断
有关地质问题。
340
对地基勘探的下列方面
宜应用物探：
a.作为钻探的先行手段，了解隐蔽的
地质界限、界面或异常地带，为经济合理
确定钻探方案提供依据；
b.作为钻探的辅助手段，在钻孔之间
增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、
外推提供依据；
341
c.测定岩土体某些特性
参数，如波速、动弹性模量等。
常用的物探方法主要有电阻率法、声
波法等。
342
二、土性指标的统计整理
测试 是地基勘察工作的重
要内容。通过在土工实验室或现场原位进
行的测试工作，可以取得土和岩石的物理
力学性质和地下水的水质等定量指标，以
供设计计算时使用。
343
由于岩石和土自身的不
均匀性，取样和运输过程的
扰动，实验仪器及操作方法差异等原因，
同类土层测得的土性指标值是 离散的 。
在勘察中，若取得足够多的数据，可
按工程地质单元及层次分别进行统计整理，
以便求得 具有代表性的指标 。
344
统计整理时，应在合理
分层的基础上，对每层土的
有关测试项目，根据指标测试次数、地层
均匀性和建筑物等级等因素选择合理的数
理统计方法。
地基勘察中所测得的指标，是直接用
来计算土体强度和变形的，如抗剪强度指
标 c,?值等 。
345
当须提供室内试验的
抗剪强度指标时，对于甲
级建筑物，应在基础底面以下一倍基坑宽
深度的土层内，对同一类土至少取 6组原状
试样进行室内剪切试验。室内剪切试验取
消了直接剪切试验，而应选择三轴不固结
不排水试验或固结不排水试验。
346
1.p176,第 7行,…,将与水泥 硬 化后生成
的 Ca(OH)2起作用,…, 水
第 6章 内容勘误
2.p187：倒数 第 15行,地基土 的承载力取
决于土本身的力学性质,…,
地基
347
3.p187：倒数 第 13行“按地区性的经验关
系估算 土 的承载力,...”
地基
348
第 6章 重点内容
1.流砂的产生及防治原则
2.不同地基勘察方法的工作原理
349
第 6章 作业
p203：
5-1,5-3
350
东南大学远程教育
基 础 工 程
第七章
主讲教师 童小东
351
第 7章 浅基础常规设计
第 1节 概述
第 2节 浅基础的类型
第 3节 基础埋臵深度
第 4节 地基承载力
第 5节 按地基承载力确定基础底面尺寸
第 6节 防止不均匀沉降损害的措施
352
第 1节 概 述
建筑物地基可分为 天然地基 和 人工地
基,基础可分为 浅基础 和 深基础 。
深基础埋深较大，其主要作用是把所
承受的荷载相对集中地传递到地基深部；
而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散
分布于浅部地层。
353
浅基础不同于深基础主要
表现在,
1.从施工角度看，开挖基坑过程中降
低地下水位（当地下水位较高时）和保证
坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；
2.从设计角度来看，浅基础的埋臵深
度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以
下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的
竖向承载力。
354
浅基础的设计，不能离开
地基条件孤立地进行，故常称
为 地基基础设计 。
地基基础设计是建筑物结构设计的重
要组成部分。基础的型式和布臵，要合理
地配合上部结构的设计，满足建筑物整体
的要求，同时要做到便于施工、降低造价。
355
天然地基上结构较简单的
浅基础，最为经济，如能满足
要求，宜优先选用。天然地基、人工地基
上浅基础设计的原则和方法基本相同，只
是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需
对选择的 地基处理方法 进行设计，并处理
好人工地基与浅基础的相互影响。
356
天然地基上浅基础的设计，
包括下述各项内容：
1.选择基础的材料、类型和平面布臵；
2.选择基础的埋臵深度；
3.确定地基承载力；
4.确定基础尺寸；
5.进行地基变形与稳定性验算；
6.进行基础结构设计；
7.绘制基础施工图，提出施工说明。
357
上述浅基础设计的各项
内容是相互关联的，设计时
可按上述顺序，首先选择基础材料、类型
和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前
面的选择不妥，则需修改设计，直至各项
计算均符合要求，各数据前后一致为止。
358
必须强调的是：地基基础
问题的解决，不宜单纯着眼于
地基基础本身，按常规设计时，更应把 地
基、基础与上部结构 视为一个 统一的整体,
从三者相互作用的概念出发考虑地基基础
方案。
359
第 2节 浅基础的类型
一、扩展基础
上部结构通过墙、柱等承重构件传递
的荷载，在其底部横截面上造成的压强通
常远远大于地基的承载能力。这就要求在
墙、柱之下设臵水平截面向下扩大的基础 -
360
扩展基础,以使从墙或柱传递
下来的荷载扩散分布于扩大后
的基础底面，使之满足地基承载力和变形
的要求。
1.无筋扩展基础
无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝
土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形
基础或柱下独立基础。
361
无筋扩展基础
362
无筋扩展基础的特点是：
材料具有较好的抗压性能，
稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，
所以只需地基承载力能满足要求，适用于
多层民用建筑和轻型厂房。
当基础较厚时，可在纵横两个剖面上
都做成台阶形，以减少基础自重，节省材
料。
363
无筋扩展基础的主要
缺点是自重大，并且当持
力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一
定限制，需要对地基进行处理或加固后才
能采用，否则会因所受的荷载压力超过地
基承载力而影响结构物的正常使用。
所以对于荷载大或上部结构对差异沉
降较敏感的结构物，当持力层土质较差又
较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适
宜的。
364
无筋扩展基础的材料虽具
有较好的抗压性能，但其抗拉、
抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在
基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材
料强度值。这种保证通常是通过对基础构
造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽
度与其高度之比（ 宽高比 ）都不得超过规
范规定的台阶宽高比的允许值。
365
基础在基底反力作用下，
在 a-a断面产生的弯曲 拉应力
和 剪应力 若超过了基础建材的强度值，为
防止基础在 a-a断面开裂甚至断裂，必须在
基础中配臵足够数量的钢筋。
366
扩展基础
367
2.扩展基础
扩展基础系指柱下钢筋
混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基
础。
扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，
其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较
大、地基承载力不高以及承受水平力和力
矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不
受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽
基浅埋”的场合下采用。
368
二, 独立基础
独立基础是配臵于整个结
构物之下的无筋或配筋的单个基础。
独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用
的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑
为 台阶式,但柱下独立基础用石或砖砌筑
时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。
369
独立基础
370
三, 联合基础
当为了满足地基土的强度
要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结
果与相邻的单个基础在平面上相接甚至重
叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。
371
联合基础
372
第 3节 基础埋置深度
确定基础的 埋臵深度 是地基基础设计
中的重要内容，它涉及到结构物建成后的
牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础
埋臵深度时，必须考虑把基础设臵在变形
较小，而强度又比较大的 持力层 上，以保
证地基强度满足要求，而且不致产生过大
的沉降或沉降差。
373
此外，还要使基础有足够
的埋臵深度，以保证基础的稳
定性，确保基础的安全。确定基础埋臵深
度时，必须综合考虑地基的地质、地形、
水文条件，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。
374
对于某一个具体工程来
说，往往是其中一、两种因
素起决定性作用，所以在设计时，必须从
实际出发，抓住主要因素进行分析研究，
确定合理的埋臵深度。
375
一, 与建筑物有关的条件
包括建筑物的用途，有
无地下室、设备基础和地下设施，基础的
型式和构造等。
二, 作用在地基上的荷载大小和性质
三, 工程地质条件和水文地质条件
合理 选择地基持力层。另外，选择基
础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。
（ 渗流力, 浮托力 ）
376
四, 相邻建筑物的基础埋深
当存在相邻建筑物时，
新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑
物的基础埋深。
当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，
两基础之间应保持一定净距，其数值应根
据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质
情况而定。
377
如上述要求不能满足时，
应采取分段施工，设临时加固
支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，
或加固原有建筑物的地基。
五, 地基土冻胀和融陷的影响
378
第 4节 地基承载力
地基承载力是指地基土单位面积上承
受荷载的能力，以 kN／ m2或 kPa计。在建
筑工程中，必须使建筑物基础底面压力不
超过规定的地基承载力，以保证地基土不
致破坏，即丧失稳定性。同时也要使建筑
物不会产生建筑物不容许的沉降和沉降差，
以满足建筑物的使用要求。
379
地基承载力和边坡稳定
性问题在本质上是一致的。
它们都是考虑土中的剪应力与土的抗剪强
度之间的关系。
地基基础设计首先必须保证在荷载作
用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方
面，应具有足够的安全度。为此，建筑物
浅基础的地基承载力验算均应满足下列要
求：
380
ak fp ?
式中 pk——相应于荷载效应标准组合时,
基础底面处的 平均压力值 ；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
1.当轴心荷载作用时
381
ak ma x 2.1 fp ?
式中 pkmax——相应于荷载效应标准组合时,
基础底面边缘处的最大压力值；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
2.当偏心荷载作用时
除了应满足上式外，还应满足
382
地基承载力特征值可由
载荷试验或其他原位测试、
公式计算并结合工程实践经验等方法综合
确定。
当基础宽度大于 3m或埋臵深度大于
0.5m时，从载荷试验或原位测试、经验值
等方法确定的地基承载力特征值，尚应按
下式修正：
383
)5.0()3( mdbaka ????? dbff ????
式中 fa—修正后的地基承载力特征值；
fak—地基承载力特征值；
?b,?d—基础宽度和埋深的地基承载力修
正系数；
b—基础底面宽度（ m），当基宽小
于 3m按 3m考虑，大于 6m按 6m考
虑；
384
?m—基础底面以上土的加
权平均重度，地下水
位以下取浮重度；
d—基础埋臵深度（ m），一般自室外
地面标高算起。
385
当地基受力层范围内有软
弱下卧层时，应按下式验算：
azczz fpp ??
式中 pz—相应于荷载效应标准组合时，软
弱下卧层顶面处的附加应力值；
pcz—软弱下卧层顶面处土的自重应力
值；
faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后
的地基承载力特征值。
386
※ 按地基载荷试验确定地基
的承载力特征值：
在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动
较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的
成果一般能反映相当于 1~2倍载荷板宽度的
深度以内土体的平均性质。
387
按载荷试验成果确定
地基承载力特征值
p
s
0
388
承载力特征值的确定：
1.当 p~s曲线上有 比例界限
时，取该比例界限所对应的荷载值；
2.当极限荷载小于对应比例界限的荷
载值的 2倍时，取 极限荷载值的一半 ；
3.当不能按上述二点确定时，如压板
面积为 0.25~0.50m2，可取 s/b=0.01~0.015所
对应的荷载，但其值不应大于 最大加载量
的一半 。
389
同一土层参加统计的试验点
不应少于 3点,各试验实测值的
极差不得超过其平均值的 30%，取此平均
值作为该土层的地基承载力特征值 fak。
390
第 5节 按地基承载力
确定基础底面尺寸
一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸
设计浅基础时，一般先确定埋深 d并初
步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的
修正后的承载力特征值，再按下列条件验
算并调整尺寸直至满足设计要求为止。
391
ak fp ?
式中 pk——相应于荷载效应标准组合时,
基础底面处的 平均压力值 ；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
1.当轴心荷载作用时
392
A
GFp kk
k
??
式中 Fk——相应于荷载效应标准组合时,
上部结构传至基础顶面的竖向
力值；
Gk——基础自重和基础上的土重；
A——基础底面面积 。
基础底面的压力，可按下列
公式确定：
393
ak ma x 2.1 fp ?
式中 pkmax——相应于荷载效应标准组合
时，基础底面边缘处的最大
压力值；
fa——修正后的地基承载力特征值 。
2.当偏心荷载作用时
除了应满足上式外，还应满足
394
式中 Mk——相应于荷载效应标准组合
时，作用于基础底面的力矩
值；
W ——基础底面的抵抗力矩；
基础底面的压力，可按下列
公式确定：
W
M
A
GFp kkk
k m a x ?
??
395
由于以上公式中的 pk、
pkmax和 fa都与基底尺寸有关，
所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺
寸才能取得满意的结果。
二、软弱下卧层的验算
当地基受力层范围内有 软弱下卧层
（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）
396
时，按持力层土的承载力计算
得出基础底面所需的尺寸后，
还必须对软弱下卧层按下式进行验算
azczz fpp ??
397
第 6节 防止不均匀沉降
损害的措施
地基的过量变形将使建筑物损坏或影
响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀
土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基
上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不
均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不
均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真
考虑的问题。
398
一、建筑措施
1.建筑物的体型力求简单
2.在应力突变处，宜设臵沉降缝
3.相邻建筑物基础间的净距
地基中附加应力的向外扩散，使得相
邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，
两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产
生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的
开裂或互倾。
399
为了避免相邻影响的损害，
软弱地基上的建筑物基础之间
要有一定的净距。
4.调整建筑物某些组成部分的标高
a.室内地坪和地下设施的标高，应根
据预估沉降量予以提高。建筑物各部分
（或设备之间）有联系时，可将沉降较大
者标高提高。
400
b.建筑物与设备之间，应
留有足够的净空。当建筑物有
管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或
采用柔性的管道接头等。
二、结构措施
1.减轻建筑物的自重（减小基底压力）
2.设臵圈梁（增加建筑物的整体性）
3.减小或调整基底附加压力
401
第 7章 内容勘误
本章有数处将,地基承载力,称为
,地基强度,，希更正。再次强调：强度
是用来描述 土体 抵抗破坏（ 剪切破坏 ）的
能力；而承载力是用来描述 地基 对荷载的
承受能力。
402
第 7章 重点内容
1.浅基础的概念, 类型
2.防止不均匀沉降损害的措施 （ 建筑措
施, 结构措施 ）
403
第 7章 作业
p246：
6-1
404
东南大学远程教育
基 础 工 程
第八章
主讲教师 童小东
405
第 8章 桩基础
第 1节 概述
第 2节 桩的分类
第 3节 单桩轴向荷载的传递
第 4节 单桩竖向承载力的确定
第 5节 桩基础设计
406
第 1节 概 述
如果建筑场地浅层的土质不能满足建
筑物对 地基承载力 和 变形 的要求、而又不
宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下
部坚实土层或岩层作为持力层的 深基础 方
案。 桩基础 是应用最为广泛的一类深基础。
407
※ 桩基础：是由基桩和连接于
桩顶的承台共同组成。承台把
桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后
通过桩传递到地基中去。
※ 桩是垂直或微斜埋臵于土中的受力杆件，
它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是
将上部结构的荷载传递给土层或岩层。
408
※ 桩基础设计也应注意满足
地基承载力 和 变形 这两项基本
要求。
按行业标准, 建筑桩基技术规范,
（ JGJ94－ 94），建筑桩基设计与建筑结
构设计一样，应采用以概率理论为基础的
极限状态设计法，并按极限状态设计表达
式计算。桩基的极限状态分为下列两类：
409
1.承载能力极限状态
对应于桩基受荷达到最大
承载能力导致整体失稳或发生不适于继续
承载的变形；
2.正常使用极限状态
对应于桩基变形达到为保证建筑物正
常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要
求的某项限值。
410
第 2节 桩的分类
一、按桩的使用功能分类
1.竖向抗压桩
主要承受竖向下压荷载（简称 竖向荷
载 ）的桩，应进行竖向承载力计算，必要
时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的
承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。
411
2.竖向抗拔桩
主要承受竖向上拔荷载的
桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔
承载力验算。
3.水平受荷桩
主要承受水平荷载的桩，应进行桩身
强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验
算。
412
4.复合受荷桩
承受竖向、水平荷载均较
大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水
平受荷桩的要求进行验算。
413
二, 按桩承载性能分类
1.摩擦桩
当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层
或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩
身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖
处土层反力很小，可忽略不计。
414
2.端承桩
桩穿过软弱土层，桩端支承
在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载
主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支
承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。
3.摩擦端承桩
桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻
力共同承担，但主要由桩端阻力承受。
415
4.端承摩擦桩
桩顶的极限荷载由桩侧阻力
和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力
承受。
三, 按桩身材料分类
可分为 木桩, 混凝土桩, 钢桩, 组合
桩 等。
416
四、按设臵效应分类
1.非挤土桩
包括 干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）
孔桩，套管护壁灌注桩等。
这类在成桩过程中基本对桩相邻土不
产生挤土效应的桩，称为 非挤土桩 。其设
备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输
等可能会对周围环境造成影响。
417
2.部分挤土桩
当挤土桩无法施工时，可
采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩
的施工方法, 也可打入敞口桩。
3.挤土桩
挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥
浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法
得当时，其单方混凝土材料所提供的承载
力较非挤土桩及部分挤土桩高。
418
五, 按桩径大小分类
1.小桩
桩径 d≤250mm。由于桩径小，施工机
械，施工场地及施工方法一般较为简单。
小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压
桩）及复合桩基础。
2.中等直径桩
250mm<d<800mm。这类桩长期以来
在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方
法和工艺繁多。
419
3.大直径桩
桩径 d≥800mm。近年来的
发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径
大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力
较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为
钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重
型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单
桩的结构型式。正因为如此，也决定了大
直径桩施工质量的重要性。
420
第 3节 单桩轴向荷载
的传递
孤立的一根桩称为 单桩,群桩中性能
不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。
单桩工作性能的研究是单桩承载力分
析理论的基础。通过桩土相互作用分析，
了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构
成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，
对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指
导意义。
421
一, 单桩轴向荷载的传递
1．桩身轴力和截面位移
在轴向荷载作用下，桩身将发生 压缩
变形 ；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到
桩底，致使桩底土层发生 压缩变形,这两
部分压缩变形之和构成 桩顶轴向位移 。
由于 桩与桩周土体的紧密接触，当桩
相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向
上的 摩阻力 。
422
在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，故桩身截面的轴向力随深度
逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶
荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承
反力（即 桩端阻力 ）大小相等、方向相反。
桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传
递给土体，即土对桩的支承力由 桩侧阻力
和 桩端阻力 两部分组成。
423
由桩底土层的压缩变形导
致的桩端位移加大了由于桩身
的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并
促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，
靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层
发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出
来。
单桩在轴向荷载作用下，桩身的 截面
位移, 桩侧的摩阻力 分布以及 轴力 分布见
下图。
424
S
0
S
Z d
s
S
b
d
z
S 0
L
Z
??zQ
? ? ? ?zdQzQ ?
bQ
bS
??zS ??zqs
??zQ
0Q
bQ SQ
0Q
425
二, 桩侧摩阻力和桩端阻力
桩侧摩阻力是桩截面对桩
周土的相对位移的函数 [ qs= f(s)]，可用下
图中的曲线 OCD表示，且常简化为折线
OAB。 AB段表示一旦桩土界面相对滑移超
过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不
变。
426
桩截面位移
桩侧摩阻力
O
C D
A B
427
极限摩阻力可用类似于土
的抗剪强度的库伦表达式：
vsx ?? ?? K
v??
axau t a n ???? cq
式中 ca和 ?a为桩侧表面与土之间的 附
着力 和 摩擦角, ?x为深度 z处作用于桩侧
表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效
应力 成正比例，即：
428
式中 Ks为桩侧土的侧压力
系数，对 挤土桩, K0<Ks<Kp；
对 非挤土桩,因桩孔中土被清除，而使
Ka<Ks<K0 。此处,Ka, K0和 Kp分别为主
动、静止和被动土压力系数。
采用上述公式计算深度 z处的单位侧阻
时，如取
zv ?? ???
429
则侧阻将随深度线性增大。然
而砂土中的模型桩试验表明，
当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就
不随深度增加了，这个现象称为 侧阻的深
度效应 。
综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的
深度、土的类别和性质、成桩方法等许多
因素有关。
430
但是，桩侧摩阻力达到极
限值所需的桩土滑移极限值则
与土的类别有关、而与桩径大小无关，根
据试验资料约为 4~6mm（对 粘性土 ）或
6~10mm（对 砂类土 ）。
431
单桩受荷过程中桩端阻力
的发挥不仅滞后于桩侧阻力,
而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧
摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大
的多 。 根据小型桩试验所得的桩底极限位
移值, 对砂类土约为 d/12~d/10,对粘性土
约为 d/10~d/4（ d为桩径 ） 。 因此, 对工作
状态下的单桩, 其桩端阻力的安全储备一
般大于桩侧摩阻力的安全储备 。
432
单桩静载荷试验所得的
荷载 —沉降（ Q~s）关系曲线
可大体分为 陡降型 （ A）和 缓变型 （ B）两
类形态。
433
u
A B
u u
/
单桩荷载－沉降曲线图5 - 3
Q
s
O
Q
s
Q
A - 陡降型； B －缓变型
单桩的荷载 —沉降曲线
434
对桩底持力层不坚实, 桩
径不大, 破坏时桩端刺入持力
层的桩, 其曲线多呈, 急进破坏, 的陡降
型, 相应于破坏时的特征点明显, 据之可
确定单桩极限承载力 。
对桩底为非密实砂类土或粉土、清孔
不净残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区
435
随荷载增长逐渐扩展的桩, 则
呈, 渐进破坏, 的缓变型, 其曲
线不具有表示变形性质突变的明显特征点,
因而较难确定极限承载力 。 为了发挥这类
桩的潜力, 其极限承载力宜按建筑物所能
承受的最大沉降确定 。 换句话说, 这类桩
的承载力极限状态是受, 不适于继续承载
的变形, 制约的 。
436
第 4节 单桩竖向承载力
的确定
单桩极限承载力 Qu由总极限侧阻力 Qsu
和总极限端阻力 Qpu组成，若忽略二者间的
相互影响，可表示为：
? ???? pups u iiipusuu qAqlUQQQ
437
式中 li, Ui——桩周第 i层土厚
度和相应的桩
身周长；
Ap——桩底面积；
qsui,qpu——第 i层土的极限侧阻力和持
力层极限端阻力 。
Qu, qsui, qpu的确定通常采用下列
几种方法：
438
一、原型试验法
原型静载荷试验是传统的
也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅
可确定桩的极限承载力，而且通过埋设各
类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、
桩端阻力、荷载 —沉降关系等诸多资料。
439
由于土体因打桩扰动而降
低的强度有待随时间而恢复，
在桩身强度达到设计要求的前提下，桩设
臵后开始载荷试验所需的间歇时间：对于
砂类土 不得少于 10天 ； 粉土和粘性土 不得
少于 15天, 饱和软粘土 不得少于 25天 。
440
在同一条件下，进行静载
荷试验的桩数不宜少于总桩数
的 1%，工程桩总桩数在 50根以内时 不应少
于 2根,其他情况不应少于 3根 。
关于单桩竖向静载（抗压）试验的方
法、终止加载条件以及单桩竖向承载力标
准值的确定详见, 建筑桩基技术规范,
JGJ94—94。
441
二, 静力学计算法
根据桩侧阻力, 桩端阻力的
破坏机理, 按静力学原理, 分别对桩侧阻
力和桩端阻力进行计算 。 由于计算模式,
强度参数实际的某些差异, 计算结果的可
靠性受到限制, 往往只用于一般工程或重
要工程的初步设计阶段, 或与其他方法综
合比较来确定承载力 。
442
三, 原位测试法
对地基土进行原位测试，
利用桩的静载荷试验与原位测试参数间的
关系，确定桩的侧阻力和端阻力。常用的
原位测试法有 静力触探法 (CPT),标准贯
入试验法 (SPT),旁压试验法 (PMT)。
443
第 5节 桩基础设计
和浅基础一样, 桩基的设计也应符合
安全, 合理和经济的要求 。 对桩和承台来
说, 应有足够的强度, 刚度和耐久性；对
地基来说, 要有足够的承载力和不产生过
量的变形 。
444
一, 基本设计资料
设计桩基之前必须具备各种
资料：建筑物类型及其规模、岩土工程勘
察报告、施工机具和技术条件、环境条件
及当地桩基工程经验。勘察报告应符合勘
察规范的一般规定和桩基工程的专门勘察
要求。
445
二, 桩型, 截面和桩长的选择
桩基设计的第一步就是根
据结构类型及层数、荷载情况、地层条件
和施工能力，选择 桩型 （预制桩或灌注
桩）,桩的截面尺寸 和 长度 。
确定桩长的关键，在于选择 桩端持力
层 。坚实土（岩）层（可用触探试验或其
它指标作为坚实土层的鉴别标准）最适宜
作为桩端持力层。
446
对于 10层以下的房屋, 如
在桩端可达的深度内无坚实土
层时, 也可选择中等强度的土层作为持力
层 。
对于桩端进入坚实土层的深度和桩端
下坚实土层的厚度, 应该有所要求 。 一般
可以这样考虑：
1.对 粘性土、粉土 进入的深度不宜小
于 2倍桩径, 砂类土 不宜小于 1.5倍桩径 ；
447
2.对 碎石类土 不宜小于 1倍
桩径 。
3.桩端以下坚实土层的厚度，一般不
宜小于 4倍桩径 。穿越软弱土层而支撑在倾
斜岩层面上的桩，当风化层厚度小于 2倍桩
径时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。端
承桩嵌入微风化或中等风化岩体的深度不
宜小于 0.5m，以确保桩端与岩体接触。
448
嵌岩桩或端承桩桩底下 3倍
桩径 范围内应无软弱夹层、断
裂带、洞穴、和空隙的分布。
在确定桩长之后，施工时桩的设臵深
度必须满足设计要求。如果土层比较均匀，
坚实土层层面比较平坦，那么桩的实际长
度常与设计桩长比较接近；当场地土层复
杂，或者桩端持力层层面起伏不平时，桩
的实际长度常与设计桩长不一致。
449
打入桩的入土深度应按所
设计的桩端标高 和 最后贯入度
两方面控制。最后贯入度是指打桩结束以
前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵
（ 10击）的平均贯入量表示。一般要求最
后二、三阵的平均贯入量为 10～ 30mm/阵
（锤重、桩长者取大值，质量为 7t以上的
单动蒸汽锤、柴油锤可增至 30～ 50mm/
阵）；振动沉桩者，可用 1min作为一阵。
450
在确定桩的类型和几何尺
寸后, 应初步确定承台底面标
高 。 一般情况下, 主要从结构要求和方便
施工的角度来选择承台深度 。 季节性冻土
上的承台埋深, 应根据地基土的冻胀性考
虑, 并应考虑是否需要采取相应的防冻害
措施 。 膨胀土的承台, 其埋深选择与此类
似 。
451
三, 桩的根数和布臵
1.桩的根数
初步估计桩数时，先不考虑群桩效应，
在确定了 单桩承载力设计值 R后，可对桩
数进行估算。当桩基为轴心受压时，桩数 n
应满足下式要求：
R
GFn ??
452
式中 F—作用在承台上的轴向
压力设计值；
G—承台及其上方填土的重力。
偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，
如果桩的布臵使得群桩横截面的重心与荷
载合力作用点重合，则仍可按上式估算桩
数，否则，桩的根数应按上式确定的增加
10%～ 20%。
453
对桩数超过 3根的非端承群
桩基础，在求得基桩承载力设
计值后应重新估算桩数，如有必要，还要
通过桩基软弱下卧层承载力和桩基沉降验
算才能最终确定。
454
应当指出，在层厚较大的
高灵敏度流塑粘性土（如我国
东南沿海的 淤泥, 淤泥质土 ）中，不宜采
用间距小而桩数多的打入式桩基，否则，
对这类土的结构破坏严重，致使土体强度
明显降低。如果加上相邻各桩的相互影响，
这类桩基的沉降和不均匀沉降都将显著增
加。这时宜采用承载力高而桩数较少的桩
基。
455
2.桩的间距
桩的间距（中心距）一般
采用 3～ 4倍桩径 。间距太大会增加承台的
体积和用料，太小则将使桩基（摩擦型桩）
的沉降量增加，且给施工造成困难。
3.桩在平面上的布臵
桩在平面内可以布臵成方形（或矩形）
网格或三角形网格（梅花式）的形式，也
可采用不等距排列。
456
为了使桩基中各桩受力比较
均匀, 群桩横截面的重心应与
荷载合力的作用点重合或接近 。 当上部结
构的荷载有几种不同的组合时, 承台底面
上的荷载合力作用点将发生变化, 此时,
可使群桩横截面重心位于合力作用点变化
范围之内, 并应尽量接近最为不利的合力
作用点位臵 。
457
第 8章 内容勘误
1.p314：倒数第 4行,… 。在 O1点之下的土
层相对向 下 位移,…”
上
458
第 8章 重点内容
1.桩的分类 （ 按设臵效应分类, 按承载
性能分类, 按桩径分类 ）
2.单桩竖向承载力的确定方法
459
第 8章 作业
p350：
8-1,8-2
460
东南大学远程教育
基 础 工 程
第九章
主讲教师 童小东
461
第 9章 软弱土地基处理
第 1节 概述
第 2节 夯实法及碾压法
第 3节 换土垫层法
第 4节 排水固结预压法
第 5节 挤密法和振冲法
第 6节 强夯法
第 7节 深层搅拌法
第 8节 高压喷射注浆法
462
第 1节 概 述
软弱土 系指淤泥、淤泥质土和部分冲
填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱
土组成的地基称为 软弱土地基 。
淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，
其具有特殊的物理力学性质，从而导致了
其特有的工程性质。
463
※ 软土：指在静水或非常缓慢
的流水环境中沉积，经生物化学
作用下形成的软弱土。
物
理
力
学
特
性
软
土
的
天然孔隙比大, e>1
天然含水量高, w≥wl
压缩系数高
渗透系数小
抗剪强度低
灵敏度高
具有明显的流变性
464
淤泥,e≥1.5
淤泥质土,1.5 > e≥1.0
软
土
工
程
特
性
软
土
地
基
的
地基承载力低
建筑物的沉降和差异沉降较大
建筑物沉降历时长
※ 流变：在应力不变的情况下，
土体的剪应变和体应变仍随时间
而增长的现象。
465
由于软土地基的上述工程
特性，所以在软土地基上修建
建筑物，必须重视地基的 变形 和 稳定 问题。
由于软土地基的承载力较低，如果不做任
何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。
因此在软土地基上建造建筑物，要求对软
土地基进行处理。
466
地基处理的目的 主要是改
善地基的工程性质，包括改善
地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪
强度等。
467
地基处理的原则,地基处
理有许多方法，各种方法都有
各自的特点和作用机理。没有哪一种方法
是万能的，对于每一个工程都必须进行综
合考虑，通过几种可能采用的地基处理方
案的比较，选择一种 技术可靠, 经济合理,
施工可行 的方案，既可以是单一的地基处
理方法，也可以是多种地基处理方法的综
合。
468
第 2节 夯实法及碾压法
通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、
疏松土层，使其 孔隙体积减少, 密实程度
提高,这种作用称为 压实 。压实能降低土
的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透
水性，使经过处理的表层弱土成为能承担
较大荷载的地基持力层。
469
一、土的压实原理
大量工程实践和试验研究
表明，控制土的压实效果的主要因素是：
土的含水量, 压实机械 及其 压实功能 等。
土的压实效果常用 干密度 ?d（单位土体积
内土粒的质量）来衡量。
470
1.最优含水量
对粘性土，当压实功能和
条件相同时，土的含水量过大或过小，土
体都不易压实，只有把土的含水量调整到
某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。
在一定压实机械的功能条件下,土最
易于被压实，并能达到最大密度时的含水
量，称为 最优含水量 wop，相应的干密度则
称为 最大干密度 ?dmax。
471
w
? d
0
? d
ma
x
wop
472
试验统计表明：最优含水量
wop与土的塑限 wp有关，大致为
wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最
优含水量大。
2.压实功能
对于同类土，随着压实功能的变化，
最大干密度和最优含水量也随之变化。当
压实功能较小时，土压实后的最大干密度
较小，对应的最优含水量则较大；反之，
干密度较大，对应的最优含水量则较小。
473
第 3节 换土垫层法
当建筑物基础下的持力层比较软弱、
不能满足上部荷载对地基的要求时，常采
用 换土垫层法 来处理软弱土地基，即将基
础下一定深度内的土层挖去，然后回填以
强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密
实。
474
实践证明：换土垫层可以
有效地处理某些荷载不大的建
筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料
可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。
※ 砂垫层的主要作用：
1.提高浅基础下地基的承载力；
2.减少沉降量；
3.加速基底下软弱土层的排水固结；
4.防止冻胀；
5.消除膨胀土的胀缩作用。
475
第 4节 排水固结预压法
排水固结预压法 是利用地基土排水固
结的特性，通过施加预压荷载，并增设各
种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），
以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地
基处理方法。
476
?'c
e
a
bc
e0
?e
?'b?'a
?e'
477
土层的排水固结效果和它
的排水边界条件 有关 。 当土层
厚度相对于荷载宽度比较小时, 土层中孔
隙水向上下面透水层排出而使土层发生固
结, 称为 竖向排水固结 。 根据固结理论,
粘性土固结所需时间与排水距离的平方成
正比 。 因此, 为了加速土层的固结, 最有
效的方法是增加土层的排水途径, 缩短排
水距离 。
478
竖向排水情况 砂井地基排水情况
479
排水固结预压法主要适用
于处理淤泥、淤泥质土及其他
饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透
水性良好，无需用此法处理。
一、堆载预压法
二、砂井堆载预压法
三、真空预压法
480
第 5节 挤密法和振冲法
在砂土中，通过机械振动挤压或加水
振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是
利用这个原理发展起来的两种地基加固方
法。
481
一、挤密法
挤密法的加固机理主要靠
桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，
在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，
小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，
孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。
所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改
善土的强度和变形特性。
482
二, 振冲法
振冲法是利用一个振冲器，
在高压水流的作用下边振边冲, 使松砂地
基变密；或在粘性土地基中成孔, 在孔中
填入碎石制成一根根的桩体, 这样的桩体
和原来的土构成复合地基 。
在砂土中和粘性土中振冲法的加固机
理是不同的。在砂土中主要是 振动挤密 和
振动液化作用 ；在粘性土中主要是 振冲臵
换作用,臵换的桩体与土组成复合地基。
483
第 6节 强夯法
强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高
处落下，反复多次夯击地面，对地基进行
强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产
生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横
波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和
深处产生不同程度的加固作用。
484
第 7节 深层搅拌法
深层搅拌法（ Deep Mixing Method──DMM）
是一种化学加固地基的方法。它通过特制
机械 ──各种深层搅拌机，沿深度将固化剂
（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的
添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固
化剂自身及其与地基土之间所产生的一
485
系列物理, 化学反应, 使地基
土硬结成为具有整体性, 水稳
定性, 较低渗透性和一定强度的复合土桩
（ 体 ）, 或与地基土构成复合地基, 从而
提高软土地基的承载力, 减小地基的变形 。
486
(a)定位 (b)喷浆 (粉 )搅拌下沉 (c)搅拌上升
(d)重复喷浆 (粉 )搅拌下沉 (e)重复搅拌上升 (完毕 )
(a) (b) (c) (d) (e)
487
深层搅拌法按固化主剂的
不同可分为水泥系深层搅拌法
和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分
为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅
拌法。
水泥系深层搅拌法所形成的固化土称
为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强
度的主要因素有：
1.水泥掺入比
488
水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入
比的增大而增大。当 aw<5%时,由于水泥
与土的固化反应过弱,对于提高地基土的
强度效果不明显。工程上常用的 aw约为
7~25%。
%1 0 0?? 被加固的软土重量 掺加的水泥重量wa
489
水泥土的强度增长率在不
同的掺入量区域、不同的龄期
时段内是不相同的，而且原状土不同，水
泥土的强度增长率也不同。
490
0
1
2
3
4
5
7 14 28 60 90 150
a
w
= 5%
a
w
=10%
a
w
=15%
a
w
=20%
a
w
=25%
q
u
(M
P
a)
T (d)
491
2.龄期
水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的
增长而增大，其强度增长规律不同于混凝
土，一般在 T＞ 28d后强度仍有较大增长。
直到 90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，
以龄期 90天作为标准强度。
492
0
1
2
3
4
5
7 14 28 60 90 150
a
w
= 5%
a
w
=10%
a
w
=15%
a
w
=20%
a
w
=25%
q
u
(M
P
a)
T (d)
493
3.地基土的含水量
当水泥掺入比相同时，水
泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低
而增大。含水量的降低使水泥土的密实性
得到增强，从而提高了强度。
4.水泥标号
水泥土的强度随水泥标号的提高而增
大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标
号每提高 100号，水泥土的无侧限抗压强度
约增大 20％～ 30％。
494
5.添加剂
不同的添加剂对水泥土强度
有着不同的影响，选用合适的添加剂可以
提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥
系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、
石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥
土强度的影响程度可通过试验来确定。
495
6,土中的有机质含量
由于有机质使土壤具有较大
的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透
性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻
碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固
化，从而降低水泥土的强度。因此，有机
质含量的增高将会明显地降低水泥土的强
度。
496
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 3 6 9 12 15
有机质含量为 1.30%
有机质含量为10.01%
a
w
(% )
q
u
(k
P
a)
497
第 8节 高压喷射注浆法
高压喷射注浆法 （ High Pressure Jet
Grouting）是利用高压射流技术，喷射化
学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学
浆液混合，形成具有一定强度的加固体，
来处理软弱地基的一种方法。
498
按注浆喷射形式的不同,
加固体的形状不同 。 喷射形
式主要有：
1.旋转喷射注浆 ；
2.定向喷射注浆 ；
3.摇摆喷射注浆 。
499
高压喷射注浆法在工程上
的应用主要有两方面：
1.加固地基，提高建筑物地基的承载
力，改善地基的变形性质，既可应用于拟
建建筑物的地基处理，又可应用于已建建
筑物的事故处理。
2.地基或土体的防渗处理，形成防渗
帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。
500
第 9章 内容勘误
1.p359：倒数第 13行“砂垫层底面的附加
应力由式 （ 9-3a） 得”
（ 6-25）
2.p360,9-4节下第 4行“固结预压法的基
本原理可用图 9-6来说明”
9-5
501
3.p373：倒数第 4行“土粒便向低 垫 能位臵
转移,...” 势
4.p386：倒数第 11行“（ 1）按 土 泥土配方
的原理,...” 水
502
第 9章 重点内容
1.软土的物理力学性质及其工程特性
2.各种地基处理方法的基本原理
