图3-21正常周结土的变形计算 图3-22超周结土的变形计算 图3-23欠周结土的变形计算 2.3.3土层固结度及与时间有关的固结变形计算 理论分析得到土层的周结度U为 U=1-e (3-2-10) 式中T—一时间因数，无因次量，其值为 (3-2-11) 其中 C,一周结系数，可根据固结实验结果由时间平方根拟合法和时间对数拟合法等半经验方法得 到： 一土层最大排水距离，对双面排水土层，为土层厚度的一半：对单面排水土层，为土层厚度： 一固结时间 由于式(3-2-10)中的级数收敛得很快，故实际上当固结度U>0.3时，可只取其第一项，式(3- 2-10)即简化为 (3-2-12) 由此可见，固结度U为时间因数，的单值函数。 只要算得土层的固结度山，便可由下式算出对应时刻士层的变形量 S,=US (3-2-13) 2.4实验步骤 实验前应根据实验目的要求查阅相关规范资料，确定所需测定的实验指标，制定实验方案和步 骤，明确所使用的实验仪器，具体依据第二篇第3、4、5、10章。 将实验方案交给指导老师批阅，讲行修改完善 进行实验前准备工作，包括准备实验土样，确认固结仪的正常有效 ：按照实验方案进行实验 首先测得含水率、土粒比重、密度这三个土的基本物理性质指标：然后进行固结实验，根据需婴， 进行加载以及卸载回弹固结实验，记录固结变形与时间相关的数据。 实验完成后，根据含水率、土粒比重、密度这三个土的基本指标推算土的其他三相指标（如孔 隙比、饱和度等)：根据固结实验记录数据计算相关量确定士的压缩曲线：进一步由土的压缩曲线计
图 3-2-1 正常固结土的变形计算 图 3-2-2 超固结土的变形计算 图 3-2-3 欠固结土的变形计算 2.3.3 土层固结度及与时间有关的固结变形计算 理论分析得到土层的固结度 U 为 2 2 4 4 v v 9 2 8 1 1 e e ... 9 T T U (3-2-10) 式中 Tv——时间因数，无因次量，其值为 v v 2 C t T H (3-2-11) 其中 Cv ——固结系数，可根据固结实验结果由时间平方根拟合法和时间对数拟合法等半经验方法得 到； H——土层最大排水距离，对双面排水土层，为土层厚度的一半；对单面排水土层，为土层厚度； t——固结时间。 由于式（3-2-10）中的级数收敛得很快，故实际上当固结度 U>0.3 时，可只取其第一项，式（3- 2-10）即简化为 2 4 v 2 8 1 e T U (3-2-12) 由此可见，固结度 U 为时间因数 Tv的单值函数。 只要算得土层的固结度 U，便可由下式算出对应时刻土层的变形量 t S US (3-2-13) 2.4 实验步骤 实验前应根据实验目的要求查阅相关规范资料，确定所需测定的实验指标，制定实验方案和步 骤，明确所使用的实验仪器，具体依据第二篇第 3、4、5、10 章。 将实验方案交给指导老师批阅，进行修改完善。 进行实验前准备工作，包括准备实验土样，确认固结仪的正常有效；按照实验方案进行实验， 首先测得含水率、土粒比重、密度这三个土的基本物理性质指标；然后进行固结实验，根据需要， 进行加载以及卸载回弹固结实验，记录固结变形与时间相关的数据。 实验完成后，根据含水率、土粒比重、密度这三个土的基本指标推算土的其他三相指标（如孔 隙比、饱和度等）；根据固结实验记录数据计算相关量确定土的圧缩曲线；进一步由土的圧缩曲线计
算压缩模量、压缩系数、压缩指数、回弹指数、固结系数等；再通过压缩曲线确定超固结土的先期 周结压力与现场原位压缩曲线等。 基于前述获得的相关参数，结合工程实际和天然土层的固结状态，根据本章2.3节介绍的变形 与固结理论分析计算地基的最终变形量与固结度等。 2.5实验报告撰写 实验报告包括实验目的，实验步漫，实验数据记录和计算整理，实验图表，地基的最终变形量 计算，结度计算以及变形与时间有关的计算，结果讨论以及心得体会等。实验报告格式具体参看 附录B
算压缩模量、压缩系数、压缩指数、回弹指数、固结系数等；再通过圧缩曲线确定超固结土的先期 固结压力与现场原位压缩曲线等。 基于前述获得的相关参数，结合工程实际和天然土层的固结状态，根据本章 2.3 节介绍的变形 与固结理论分析计算地基的最终变形量与固结度等。 2.5 实验报告撰写 实验报告包括实验目的，实验步骤，实验数据记录和计算整理，实验图表，地基的最终变形量 计算，固结度计算以及变形与时间有关的计算，结果讨论以及心得体会等。实验报告格式具体参看 附录 B
第3章砂土边坡稳定及地基承载力评价实验 3.1实验目的 初步认识砂土，针对具体工程实例，基于实验得到的参数进行边坡稳定分析和地基承载力确定。 了解现场原位确定砂土密实度的方法，掌握砂土相对密度的实验室测定方法：掌握实验室抗剪 强度参数的测定方法，包括天然休止角实验、直剪实验、三轴剪切实验：掌握无黏性土坡稳定性分 析方法和地基承载力的确定方法。 3.2实验仪器 提供电热烘箱、电子天平两个（最小分度值分别为01g和001▣）、装样土盘若干：量筒（容积 500mL和1000mL)、长颈漏斗、砂面拂平器、金属圆筒（容积250ml ,内径为5cm 容积1000mL, 内径为10cm,高度均为12.7cm,附护筒)、振动又、击锤（锤质量125kg,落高15cm,锤直径5cm): 休止角测试仪、勺子、水槽等：应变控制式直剪仪，包括剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测 力计、位移量测系统等：应变控制式三轴仪，包括由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力 系统、孔隙水压力测量系统、轴向变形和体积变化量测系统等，承膜筒及对开圆模、橡皮膜、透水 板等，二氧化碳，真空泵。 3.3基本原理与计算 3.3.1砂士相对密度的确定 由于砂土属于散粒体，一般现场无法取得原状土样，不能直接采用原状样进行室内抗剪强度实 验。正确的做法是先确定现场密实度D,实验室实验时以现场密实度确定的干密度控制装样。 现场密实度D,可由圆锥动力触探实验、标准贯入实验以及静力触探实验等方法确定。在《工程 地质手册》（第四版）中，给出了标准贯入锤击数N判定砂士密实程度的标准，同时给出了标准贯入 锤击数N与砂土相对密度D,关系的Meyerhof公式 0=210,N V+70 (3-3-10 式中 N 一标准贯入锤击数： -有效上覆压力(kPa)。 此外，利用静力触探的端阻力4值，考虑垂直有效应力，也可以经验确定砂土的相对密度， 具体可参看工程地质手册》（第四版）中静力触探的成果应用部分。 3.3.2砂土装样控制千密度的确定 为确定砂土的实验室装样控制干密度，首先需要确定该砂土的最大干密度P及最小干密度
第 3 章 砂土边坡稳定及地基承载力评价实验 3.1 实验目的 初步认识砂土，针对具体工程实例，基于实验得到的参数进行边坡稳定分析和地基承载力确定。 了解现场原位确定砂土密实度的方法，掌握砂土相对密度的实验室测定方法；掌握实验室抗剪 强度参数的测定方法，包括天然休止角实验、直剪实验、三轴剪切实验；掌握无黏性土坡稳定性分 析方法和地基承载力的确定方法。 3.2 实验仪器 提供电热烘箱、电子天平两个（最小分度值分别为 0.1g 和 0.01g）、装样土盘若干；量筒（容积 500mL 和 1000mL）、长颈漏斗、砂面拂平器、金属圆筒（容积 250mL，内径为 5cm；容积 1000mL， 内径为 10cm，高度均为 12.7cm，附护筒）、振动叉、击锤（锤质量 1.25kg，落高 15cm，锤直径 5cm）； 休止角测试仪、勺子、水槽等；应变控制式直剪仪，包括剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测 力计、位移量测系统等；应变控制式三轴仪，包括由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力 系统、孔隙水压力测量系统、轴向变形和体积变化量测系统等，承膜筒及对开圆模、橡皮膜、透水 板等，二氧化碳，真空泵。 3.3 基本原理与计算 3.3.1 砂土相对密度的确定 由于砂土属于散粒体，一般现场无法取得原状土样，不能直接采用原状样进行室内抗剪强度实 验。正确的做法是先确定现场密实度 Dr ，实验室实验时以现场密实度确定的干密度控制装样。 现场密实度 Dr 可由圆锥动力触探实验、标准贯入实验以及静力触探实验等方法确定。在《工程 地质手册》（第四版）中，给出了标准贯入锤击数 N 判定砂土密实程度的标准，同时给出了标准贯入 锤击数 N 与砂土相对密度 Dr 关系的 Meyerhof 公式 r 210 70 N D (3-3-1) 式中 N——标准贯入锤击数； σ——有效上覆压力（kPa）。 此外，利用静力触探的端阻力 qc 值，考虑垂直有效应力，也可以经验确定砂土的相对密度， 具体可参看工程地质手册》（第四版）中静力触探的成果应用部分。 3.3.2 砂土装样控制干密度的确定 为确定砂土的实验室装样控制干密度，首先需要确定该砂土的最大干密度 dmax 及最小干密度
Pmm,这可以通过前述的砂的相对度实验确定：然后由下式计算得到装样干密度P: A"paa-D,(Pas-po】 (3-3-2) 3.3.3无黏性土坡的稳定分析 3.3.3.1全干或全淹没情况 无黏性士坡的滑动面近似为一通过坡脚的平面，对于坡脚为α、内摩擦角为口的无黏性土坡， 其稳定安全系数为 F=tano (3-3-3) tana 3.33.2有顺坡出流的渗流情况 其稳定安全系数为 F=Y'tno 3-34) Y tan a 式中，y为浮重度，Y为饱和重度。 3.3.4地基承载力的确定 可以按如下两种方法确定地基容许承载力。 3.3.4.1由地基极限承载力理论公式计算 地基极限承载力理论公式为 A,=号N,+.DN,+eN (3-3-5) 式中N,、N。、N为承载力系数，只与士的内摩擦角有关，具体可查太沙基极限承载力系数 图。 P。—极限承载力，kPa B—基础宽度，m:
dmin ，这可以通过前述的砂的相对度实验确定；然后由下式计算得到装样干密度 d dmax dmin d dmax r dmax dmin D ( ) (3-3-2) 3.3.3 无黏性土坡的稳定分析 3.3.3.1 全干或全淹没情况 无黏性土坡的滑动面近似为一通过坡脚的平面，对于坡脚为𝛼、内摩擦角为 的无黏性土坡， 其稳定安全系数为 s tan tan F (3-3-3) 3.3.3.2 有顺坡出流的渗流情况 其稳定安全系数为 s sat tan tan F (3-3-4) 式中， 为浮重度， sat 为饱和重度。 3.3.4 地基承载力的确定 可以按如下两种方法确定地基容许承载力。 3.3.4.1 由地基极限承载力理论公式计算 地基极限承载力理论公式为 u γ m q c 2 B p N DN cN (3-3-5) 式中 Nγ 、 Nq 、 Nc 为承载力系数，只与土的内摩擦角 有关，具体可查太沙基极限承载力系数 图。 u p ——极限承载力，kPa； B——基础宽度，m；
D—基础埋深，m: y—基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度，kNm: Y。一基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，kNm c—基底下土的黏聚力，kPa。 由此可得地基容许承载力 =p.IF (3-3-6 式中F为安全系数，通常可取2.0-3.0。 3.3.4.2按塑性区开展深度理论公式计算 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)以按塑性区开展深度确定的地基临界荷载Pa为 基础理论公式，并结合经验给出地基容许承载力公式。 f=MsyB+MaY-D+M.ce 3-3-7 式中M、M、M一承载力系数，按表3-3-1确定 一地基承载力容许值，kPa: B一基础宽度，m,大于6m按6m计算，砂士小于3m按3m计算： D—基础埋深，m: 基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度，kNm: Ym一基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，kNm: G一基底下一倍短边宽的深度内士的黏聚力值标准值，kPa。 该式适合于偏心距<基础底面宽度3.3%的地基承载力的计算。 表331承载力系数M,M,M ()MMM■()MM 02 000 06 3.44 604 0.03 3.32 24 0.80 6.45 0.06 125 3.51 1.10 4.37 6.90 6 0.10 1.39 3.71 28 1.40 4.93 7.40
D——基础埋深，m； ——基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3； m ——基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3； c ——基底下土的黏聚力，kPa。 由此可得地基容许承载力 a u s f p F / (3-3-6) 式中 Fs 为安全系数，通常可取 2.0~3.0。 3.3.4.2 按塑性区开展深度理论公式计算 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）以按塑性区开展深度确定的地基临界荷载 1/4 p 为 基础理论公式，并结合经验给出地基容许承载力公式。 a b d m c k f M B M D M c (3-3-7) 式中 Mb、Md、Mc——承载力系数，按表 3-3-1 确定； a f ——地基承载力容许值，kPa； B——基础宽度，m，大于 6m 按 6m 计算，砂土小于 3m 按 3m 计算； D——基础埋深，m； ——基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3； m ——基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3； k c ——基底下一倍短边宽的深度内土的黏聚力值标准值，kPa。 该式适合于偏心距<基础底面宽度 3.3％的地基承载力的计算。 表 3-3-1 承载力系数 Mb，Md，Mc φk（°） Mb Md Mc φk（°） Mb Md Mc 0 0.00 1.00 3.14 22 0.61 3.44 6.04 2 0.03 1.12 3.32 24 0.80 3.87 6.45 4 0.06 1.25 3.51 26 1.10 4.37 6.90 6 0.10 1.39 3.71 28 1.40 4.93 7.40