土力學與地基基礎

本書為本科院校土木工程專業的專業課教材，主要針對石油類院校土木工程專業培養需求與現有教材內容無法良好匹配的現狀而編寫。本書在章節佈局上注意體現“專業基礎 行業特色”的特點，在保留經典理論和應用內容的同時，適度增加石油、石化設備基礎設計等內容，希望讀者不僅能系統地學習和領會土木工程學科中常見的土力學、基礎工程等的基本原理和計算方法，而且能夠了解石油、 石化行業常見的儲罐和動力設備等基礎設施的設計要點和設計流程，同時也能夠學習到土木工程學科中常用的地基處理方法和處理原則。

本書共分11章，主要內容有土的物理性質及工程分類、土的應力計算與地基沉降計算、土的抗剪強度與地基承載力、土壓力與土坡穩定、淺基礎、深基礎、樁基礎、地基處理、儲罐基礎、動力設備基礎等。各章均附有相應的思考題和習題，書中涉及的實例均為真實案例。本書部分章節可以作為課外學習內容。

本書獲西安石油大學校級教學改革項目立項。

本書可作為本科院校尤其是石油石化類院校土木工程專業教材，也可供相關專業工程技術人員參考。

1.1 概述 1

1.1.1 土與土力學 1

1.1.2 地基與基礎 2

1.2 土力學及基礎工程學科的發展概況 3

1.2.1 發展的脈絡 3

1.2.2 土力學與基礎工程的關係 5

1.3 本課程的主要內容 5

1.3.1 教材的編寫特點 5

1.3.2 課程的學習要求 6

思考題 6

第二章 土的物理性質及工程分類 7

2.1 土的生成 7

2.1.1 殘積土 8

2.1.2 坡積土 8

2.1.3 洪積土 9

2.1.4 沖積土 9

2.1.5 湖泊沉積土 11

2.1.6 海洋沉積土 11

2.1.7 冰積土 11

2.1.8 風積土 11

2.2 土的組成 12

2.2.1 土中的固體顆粒 12

2.2.2 土中的水 15

2.2.3 土中的氣體 17

2.3 土的結構與構造 17

2.3.1 土的結構 17

2.3.2 土的構造 19

2.4 土的三相比例指標 20

2.4.1 土的試驗指標 20

2.4.2 土的換算指標 22

2.5 土的物理性質指標 25

2.5.1 無黏性土的物理性質指標 25

2.5.2 黏性土的物理性質指標 26

2.6 土的壓實性 30

2.7 地基土的工程分類 32

2.7.1 按土的顆粒級配或塑性指數分類 32

2.7.2 按土的特殊性質分類 34

2.7.3 細粒土按塑性圖分類 35

思考題及習題 36

第三章 土的應力計算與地基沉降計算 37

3.1 土的變形特性 37

3.2 有效應力原理 37

3.3 地基中的應力分佈 38

3.3.1 均質土中的自重應力 38

3.3.2 成層土中的自重應力 39

3.3.3 基礎底面附加壓力 40

3.3.4 地基中的附加應力 43

3.4 地基的終沉降量 58

3.4.1 分層總和法 59

3.4.2 相鄰荷載對地基沉降的影響 65

3.4.3 應力歷史對地基沉降的影響 66

3.4.4 正常固結、超固結和欠固結的概念 66

3.4.5 正常固結土、超固結土與欠固結土的沉降計算 66

3.5 地基沉降與時間的關係 69

3.5.1 地基沉降與時間關係計算目的 69

3.5.2 地基沉降與時間關係的計算 69

3.5.3 地基沉降與時間經驗估算法 70

3.5.4 地基瞬時沉降、主固結沉降與次固結沉降 72

思考題及習題 75

第四章 土的抗剪強度與地基承載力 77

4.1 概述 77

4.2 土的極限平衡條件 78

4.2.1 土體中任一點的應力狀態 78

4.2.2 莫爾-庫侖破壞理論 79

4.2.3 土的極限平衡條件 80

4.3 抗剪強度指標的測試方法 83

4.3.1 直接剪切試驗 83

4.3.2 三軸壓縮試驗 86

4.3.3 無側限抗壓強度試驗 88

4.3.4 十字板剪切試驗 89

4.4 影響抗剪強度指標的因素 91

4.4.1 抗剪強度的來源 91

4.4.2 影響抗剪強度指標的各種因素 91

4.5 地基的承載力 92

4.5.1 地基變形的三個階段 92

4.5.2 地基破壞的三種形式 93

4.5.3 地基承載力概念 94

4.6 地基的臨塑荷載和臨界荷載 94

4.6.1 地基的臨塑荷載 94

4.6.2 地基的臨界荷載 97

4.6.3 臨塑荷載及臨界荷載公式説明 97

4.7 地基的極限承載力 98

4.7.1 普朗德爾極限承載力理論 99

4.7.2 太沙基極限承載力理論 102

4.7.3 漢森極限承載力理論 104

思考題及習題 104

第五章 土壓力與土坡穩定 107

5.1 概述 107

5.1.1 擋土牆的應用與分類 107

5.1.2 土壓力的分類 109

5.1.3 影響土壓力的因素 110

5.2 靜止土壓力的計算 110

5.2.1 產生條件 110

5.2.2 計算公式 110

5.2.3 靜止土壓力的應用 111

5.3 朗肯土壓力理論 112

5.3.1 無黏性土的土壓力 112

5.3.2 黏性土的土壓力 115

5.3.3 幾種常見情況下土壓力的計算 116

5.4 庫侖土壓力理論 122

5.4.1 無黏性土主動土壓力 122

5.4.2 無黏性土被動土壓力 127

5.5 擋土牆設計 128

5.5.1 擋土牆類型的選擇 128

5.5.2 擋土牆初定尺寸 129

5.5.3 擋土牆的穩定性驗算 129

5.5.4 牆後回填土的選擇 131

5.5.5 牆後排水措施 131

5.6 土坡穩定性分析 132

5.6.1 土坡穩定的作用 132

5.6.2 影響土坡穩定的因素 133

5.6.3 簡單土坡穩定性分析計算 134

思考題及習題 137

第六章 淺基礎 139

6.1 概述 139

6.2 淺基礎的類型 142

6.2.1 擴展基礎 142

6.2.2 柱下條形基礎 144

6.2.3 筏板基礎 144

6.2.4 箱形基礎 145

6.3 基礎的埋置深度 145

6.3.1 與建築物有關的條件 145

6.3.2 工程地質和水文地質條件 146

6.3.3 相鄰建築物的基礎埋深 147

6.3.4 地基土凍脹和融陷的影響 147

6.4 地基承載力驗算 148

6.4.1 地基承載力設計值的確定 148

6.4.2 地基承載力特徵值的修正 150

6.5 地基變形驗算 151

6.5.1 地基變形驗算的範圍 151

6.5.2 地基變形量計算 153

6.6 基礎底面尺寸的確定 155

6.6.1 按地基持力層的承載力計算基底尺寸 155

6.6.2 軟弱下卧層承載力驗算 158

6.7 擴展基礎設計 160

6.7.1 無筋擴展基礎設計 160

6.7.2 鋼筋混凝土擴展基礎設計 161

6.8 柱下條形基礎設計 168

6.8.1 柱下條形基礎的構造要求 168

6.8.2 柱下條形基礎的內力計算 169

6.8.3 柱下交叉條形基礎 174

6.9 筏形基礎與箱形基礎 178

6.9.1 筏形基礎的特點和構造要求 178

6.9.2 筏形基礎的內力計算 179

6.9.3 箱形基礎的特點和構造要求 180

思考題及習題 181

第七章 深基礎 183

7.1 沉井基礎 183

7.1.1 概述 183

7.1.2 沉井的類型及一般構造 184

7.1.3 沉井的施工 188

7.2 地下連續牆 194

7.2.1 概述 194

7.2.2 地下連續牆的類型及適用範圍 195

7.2.3 地下連續牆的接頭構造 195

7.2.4 地下連續牆的施工 196

思考題 200

第八章 樁基礎 201

8.1 概述 201

8.1.1 樁基礎的形式及特點 201

8.1.2 樁基礎的適用範圍 202

8.2 樁及樁基礎的分類 204

8.2.1 按樁的承台位置分類 204

8.2.2 按樁身材料分類 205

8.2.3 按樁的受力特性分類 206

8.2.4 按樁的施工方法分類 207

8.2.5 按樁的設置效應分類 210

8.3 樁的承載力計算 211

8.3.1 單樁豎向極限承載力 211

8.3.2 單樁豎向容許承載力 213

8.3.3 單樁水平承載力 222

8.3.4 按樁身材料強度確定單樁承載力 224

8.3.5 樁的負摩阻力 226

8.4 樁基礎的設計計算 229

8.4.1 樁基礎的設計原則和步驟 229

8.4.2 樁基礎類型的選擇 229

8.4.3 樁基礎規格的擬定 230

8.4.4 樁的根數及平面佈置 231

8.4.5 樁基礎的設計實例 233

思考題及習題 235

第九章 地基處理 236

9.1 概述 236

9.1.1 地基處理的目的 236

9.1.2 地基處理的對象 237

9.1.3 地基處理的原則 238

9.1.4 地基處理規劃程序 239

9.1.5 地基處理的方法 239

9.1.6 複合地基 240

9.2 換填墊層法 242

9.2.1 換填墊層法及其適用範圍 242

9.2.2 墊層的主要作用 243

9.2.3 換填墊層的設計 243

9.3 振密、擠密法 246

9.3.1 強夯法 246

9.3.2 擠密砂石樁法 248

9.3.3 土樁、灰土樁、夯實水泥土樁法 250

9.4 排水固結法 252

9.4.1 排水固結法及其適用範圍 252

9.4.2 排水固結法的組成及功能 253

9.4.3 排水固結法的類型及應用條件 254

9.4.4 堆載預壓法 254

9.5 化學加固法 256

9.5.1 化學漿液的基本特性 256

9.5.2 水泥土攪拌法 257

9.5.3 高壓噴射注漿法 262

9.6 加筋法 265

9.6.1 加筋法及適用範圍 265

9.6.2 土工合成材料 265

9.6.3 加筋土擋牆 268

9.6.4 錨杆 269

思考題 271

第十章 儲罐基礎 272

10.1 概述 272

10.1.1 儲罐的用途和分類 273

10.1.2 儲罐的結構構造特徵 276

10.2 儲罐基礎類型及適用範圍 277

10.2.1 儲罐基礎類型 277

10.2.2 儲罐基礎設計選型 280

10.3 儲罐基礎設計 281

10.3.1 儲罐基礎設計原則 281

10.3.2 儲罐環牆基礎設計與計算 282

10.3.3 裝配式環牆基礎 289

10.3.4 護坡式基礎 290

10.3.5 護圈式基礎 291

10.3.6 儲罐基礎材料及構造要求 291

10.4 儲罐地基承載力計算及變形驗算 294

10.4.1 儲罐地基承載力計算 294

10.4.2 導致儲罐地基變形和傾斜的主要因素 295

10.4.3 地基中的應力分析 296

10.4.4 地基變形計算 298

10.4.5 地基變形允許值 300

思考題及習題 302

第十一章 動力設備基礎 304

11.1 概述 304

11.1.1 設計要求 304

11.1.2 動力作用的類型 305

11.2 動力設備基礎的類型 306

11.2.1 基本結構類型 306

11.2.2 基礎的設計步驟 306

11.3 基礎的隔振與加固 307

11.3.1 基礎振動的傳播 307

11.3.2 隔振的措施 310

11.3.3 常用隔振器 314

11.4 動力設備基礎的不均勻沉降 314

11.4.1 飽和砂土的振動液化 315

11.4.2 地基容許承載力的降低 315

11.4.3 基礎和上部結構處理 315

11.5 常規遊梁式抽油機基礎 316

11.5.1 抽油機基礎的結構類型 316

11.5.2 基礎的安裝 318

11.5.3 遊梁式抽油機基礎設計實例 318

11.6 叢式井聯動主機基礎 324

11.6.1 基礎底面尺寸的確定 325

11.6.2 叢式井聯動主機基礎設計 326

11.7 叢式井井架基礎 334

11.7.1 叢式井井架基礎的設計要求 334

11.7.2 叢式井聯動採油機構井架

基礎設計 334

思考題及習題 342