土力學與基礎工程

前言

“土力學與基礎工程”是高等院校土木工程專業(yè)一門重要的技術基礎課程，廣泛應用于建筑、交通、水利、港口等工程領域。隨著科學技術的不斷發(fā)展和超高層建筑與重型設備廠房的增多，土力學理論與基礎工程技術顯得更為重要。因此，本課程是各有關專業(yè)的大學生和工程技術人員必須掌握的一門專業(yè)課程。本書是根據(jù)高等學校土建類專業(yè)應用型本科人才培養(yǎng)的教學要求，結(jié)合應用型本科院校教學的實際情況編寫的。為了加強學生對土力學與基礎工程基本原理、基本理論、基本方法的理解和應用，進一步培養(yǎng)和訓練學生分析問題、解決問題的能力，每章均設置有一定量的例題、思考題與習題。全書共分12章，由河南理工大學王有凱擔任主編，河南理工大學陳昌祿、湖北工業(yè)大學商貿(mào)學院萬鳳鳴擔任副主編。具體編寫分工如下：河南理工大學王有凱（第l、6章）、河南理工大學王輝（第2、10章）、河南理工大學陳昌祿（第3、7章）、華中科技大學武昌分校凌平平（第4章）、湖北工業(yè)大學商貿(mào)學院萬鳳鳴（第5、12章）、河南理工大學馮文媧（第8、11章）、武漢科技大學中南分校侯琴（第9章）。全書由陳昌祿負責統(tǒng)稿審核。本書的編寫借鑒了諸多前輩的成果和智慧，融匯了編者多年的教學經(jīng)驗，也吸取了同類教材的優(yōu)點，在內(nèi)容取舍、編寫順序等方面做了精心的安排。對書中所引用文獻和研究成果的諸多作者表示誠摯的謝意，對在編寫過程中各作者及作者單位的大力支持和幫助表示感謝。由于編者水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請廣大讀者不吝賜教和批評指正，以便再版時加以修改、充實和提高。

內(nèi)容概要

　　本書是根據(jù)全國高等學校土木工程專業(yè)指導委員會對土木工程專業(yè)的培養(yǎng)要求和目標，結(jié)合土力學與基礎工程學科近年來國內(nèi)外的發(fā)展以及應用型本科院校教學的實際情況而編寫的。本書系統(tǒng)闡述了土力學的基本理論，介紹了地基基礎的基本原理。全書共分12章，包括緒論、土的物理性質(zhì)及工程分類、土的滲透性及滲流、土中應力、土的壓縮性及地基沉降量計算、土的抗剪強度、土壓力理論、地基承載力、土坡穩(wěn)定性分析、淺基礎設計、樁基礎及其他深基礎、地基處理。本書內(nèi)容簡明扼要、重點突出、圖文并茂，在強調(diào)基本原理的應用的同時，加強分析與處理具體問題的能力。
　　本書除可作為各類應用型本科院校土建、交通、地質(zhì)、冶金、石油、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等相關專業(yè)的教材或教學參考書外.還可供其他相關專業(yè)和工程技術人員參考使用。

書籍目錄

1 緒論
　　1.1 土力學、地基與基礎
　　1.2 本學科的發(fā)展概況
　　1.3 本課程的內(nèi)容、要求和學習方法
2 土的物理性質(zhì)及工程分類
　　學習要點
　　重點和難點
　2.1 概述
　2.2 土的成因和組成
　　2.2.1 土的形成
　　2.2.2 土的組成
　　2.2.3 土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造
　2.3 土的物理性質(zhì)指標
　　2.3.1 土的三相組成
　　2.3.2 土的三相指標的測定和計算
　　2.3.3 土的三相指標換算
　2.4 無黏性土的物理特性
　　2.4.1 無黏性土的密實度
　　2.4.2 無黏性土的密實度指標的測定
　2.5 黏性土的物理特征
　　2.5.1 黏性土的界限含水量
　　2.5.2 黏性土的指標及其工程應用
　2.6 土的壓實性
　　2.6.1 黏性土的壓實性
　　2.6.2 無黏性土的壓實性
　2.7 土的工程分類
　　2.7.1 土的工程分類原則和體系
　　2.7.2 土的工程分類方法
　　思考題與習題
3 土的滲透性及滲流
　　學習要點
　　重點和難點
　3.1 概述
　3.2 地下水運動的基本形式
　　3.2.1 按地下水的流線形態(tài)分類
　　3.2.2 按跡線形態(tài)分類
　3.3 土的滲透性與達西定律
　　3.3.1 水頭及水力坡降
　　3.3.2 達西定律
　　3.3.3 達西定律的適用范圍
　3.4 滲透系數(shù)及其測定
　　3.4.1 滲透系數(shù)的室內(nèi)測定
　　3.4.2 滲透系數(shù)的現(xiàn)場測定
　　3.4.3 成層土的等效滲透系數(shù)
　　3.4.4 影響滲透系數(shù)的因素
　3.5 滲透力及滲透破壞
　　3.5.1 滲透力
　　3.5.2 臨界水力坡降
　　3.5.3 滲透變形的類型和防治措施
　3.6 二維滲流及流網(wǎng)應用
　　3.6.1 二維穩(wěn)定滲流場中的基本微分方程
　　3.6.2 流網(wǎng)的特征及應用
　3.7 有效應力原理
　　3.7.1.基本概念
　　3.7.2 有效應另原理
　　3.7.3 有效應力的計算
　　3.7.4 孔隙壓丸系數(shù)
　　思考題與習題
4土中應力
　　學習要點
　　重點和難點
　4.1 概述
　　4.1.1 研究土中應力的目的
　　4.1.2 土中一點的應力狀態(tài)
　　4.1.3 計算理論
　4.2 土的自重應力
　　4.2.1 豎向自重應力
　　4.2.2 水平向自重應力
　4.3 基底壓力
　　4.3.1 基底壓力分布和計算
　　4.3.2 基底附加壓力
　4.4 地基中的附加應力
　　4.4.1 豎向集中力下地基附加應力
　　4.4.2 分布荷載作用下地基附加應力
　　思考題與習題
5 土的壓縮性及地基沉降量計算
　　學習要點
　　重點和難點
　5.1 概述
　5.2 土的壓縮性
　　5.2.1 土的壓縮性及其影響因素
　　5.2.2 壓縮試驗和壓縮指標
　　5.2.3 土的側(cè)壓力系數(shù)及變形模量
　5.3 地基沉降量的計算
　　5.3.1 概述
　　5.3.2 分層總和法
　　5.3.3 《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2002)法
　　5.3.4 彈性力學方法
　5.4 飽和土體的滲流固結(jié)理論
　　5.4.1 飽和土的固結(jié)
　　5.4.2 太沙基一維固結(jié)理論
　　5.4.3 固結(jié)度
　　5.4.4 地基沉降與時間的關系
　5.5 應力歷史對地基沉降的影響
　　5.5.1 土的回彈與再壓縮
　　5.5.2 正常固結(jié)土、欠固結(jié)土和超固結(jié)土
　　思考題與習題
6 土的抗剪強度
　　學習要點
　　重點和難點
　6.1 概述
　6.2 庫侖公式
　　6.2.1 土體中任一點的應力狀態(tài)
　　6.2.2 土強度理論的庫侖公式
　　6.2.3 莫爾一庫侖強度理論
　　6.2.4 土的極限應力狀態(tài)
　　6.2.5 極限應力狀態(tài)的應用
　6.3 抗剪強度的測試方法
　　6.3.1 直接剪切試驗
　　6.3.2 三軸壓縮試驗
　　6.3.3 無側(cè)限抗壓強度試驗
　　6.3.4 十字板剪切試驗
　6.4 砂類土的抗剪強度特征
　　6.4.1 砂類土抗剪強度機理
　　6.4.2 砂類土的抗剪強度特征
　　6.4.3 無黏性土的內(nèi)摩擦角
　6.5 黏性土的抗剪強度特征
　　6.5.1 不固結(jié)不排水抗剪強度
　　6.5.2 固結(jié)不排水抗剪強度
　　6.5.3 固結(jié)排水抗剪強度
　6.6 應力路徑
　　6.6.1 應力路徑的概念
　　6.6.2 三軸壓縮試驗中幾種典型的加載應力路徑
　　思考題與習題
7 土壓力理論
　　學習要點
　　重點和難點
　7.1 概述
　　7.1.1 擋土墻的類型
　　7.1.2 土壓力的種類
　　7.1.3 影響土壓力的因素
　7.2 靜止土壓力計算
　　7.2.1 產(chǎn)生條件
　　7.2.2 計算公式
　7.3 朗肯土壓力理論
　　7.3.1 基本原理和假定
　　7.3.2 朗肯主動土壓力
　　7.3.3 朗肯被動土壓力
　　7.3.4 幾種典型情況下的朗肯土壓力
　　7.4 庫侖土壓力理論
　　7.4.1 基本原理與假定
　　7.4.2 庫侖主動土壓力計算
　　7.4.3 庫侖被動土壓力計算
　　7.4.4 幾種特殊情況下的庫侖土壓力計算
　7.5 兩種經(jīng)典土壓力的討論
　7.6 埋管土壓力的計算
　　7.6.1 埋管上的土壓力特點
　　7.6.2 溝埋式埋管項部的垂直土壓力
　　7.6.3 土埋式埋管項部的垂直土壓力
　　7.6.4 埋管側(cè)向土壓力
　7.7 擋土墻設計
　……
8 地基承載力
9 土坡穩(wěn)定性分析
10 淺基礎設計
11 樁基礎及其他深基礎
12 地基處理
參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：3.5.3.2 滲透破壞產(chǎn)生的條件土的滲透變形的發(fā)生和發(fā)展主要取決于三個原因，即：幾何條件、水力條件和滲流的溢出條件。（1）幾何條件土體顆粒在滲流條件下產(chǎn)生松動和懸浮，必須克服土顆粒之間的黏聚力和內(nèi)摩擦力，土的黏聚力和內(nèi)摩擦力與土顆粒的組成和結(jié)構(gòu)有密切關系。滲透變形產(chǎn)生的幾何條件是指土顆粒的組成和結(jié)構(gòu)等特征。例如，對于管涌來說，只有當土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑大于細顆粒的直徑，才可能讓細顆粒在其中移動，這是管涌發(fā)生的必要條件之一。對于不均勻系數(shù)Cu10的土，發(fā)生流土和管涌的可能性都存在，這主要取決于土的級配情況和細粒含量。試驗結(jié)果表明，當細粒含量小于25％時，細顆粒填不滿粗顆粒所形成的孔隙時，滲透變形屬于管涌；而當細粒含量大于35％時，則可能產(chǎn)生流土。（2）水力條件產(chǎn)生滲透變形的水力條件指的是作用在土體上滲透力的大小，這是產(chǎn)生滲透變形的外部因素和主動條件。土體要產(chǎn)生滲透變形，只有在滲流水頭作用下的滲透力即水力坡降大到足以克服土顆粒之間的黏聚力和內(nèi)摩擦力時，也就是說水力坡降大于臨界水力坡降時，才可以發(fā)生滲透變形。應該指出的是，對于流土和管涌來說，滲透力具有不同的意義。對于流土來說，滲透力指的是作用在單位土體上的滲透力，是屬于層流范圍內(nèi)的概念；而對于管涌來說，滲透力則指的是作用在單個土顆粒上的滲透力，已經(jīng)超出了層流的界限。（3）滲流的溢出條件滲流溢出處有無適當?shù)谋Ｗo對滲透變形的產(chǎn)生和發(fā)展有著重要的意義。當溢出處直接臨空，此處的水力坡降是最大的，同時水流方向也有利于土的松動和懸浮，這種溢出處條件最易產(chǎn)生滲透變形，所以工程上一般在滲流溢出處設置反濾層以降低滲流溢出速度和水力坡降。3.5.3.3 滲透破壞的防治措施（1）可以采取降低水頭或增加滲徑的辦法減小水力坡降。（2）在向上滲流溢出處用透水材料覆蓋壓重，以防止土體被滲透力所懸浮。（3）在滲流溢出處部位鋪設層間關系滿足要求的反濾層，以保護土體不被細顆粒帶走，同時具有較大的透水性，使?jié)B流可以暢通。（4）堤壩下游挖減壓溝或打減壓井，貫穿滲透性較小的黏性土層，以降低作用在黏性土層底面的滲透壓力。

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