本书为本科院校土木工程专业的专业课教材，主要针对石油类院校土木工程专业培养需求与现有教材内容无法良好匹配的现状而编写。本书在章节布局上注意体现“专业基础+行业特色”的特点，在保留经典理论和应用内容的同时，适度增加石油、石化设备基础设计等内容，希望读者不仅能系统地学习和领会土木工程学科中常见的土力学、基础工程等的基本原理和计算方法，而且能够了解石油、 石化行业常见的储罐和动力设备等基础设施的设计要点和设计流程，同时也能够学习到土木工程学科中常用的地基处理方法和处理原则。
本书共分11章，主要内容有土的物理性质及工程分类、土的应力计算与地基沉降计算、土的抗剪强度与地基承载力、土压力与土坡稳定、浅基础、深基础、桩基础、地基处理、储罐基础、动力设备基础等。各章均附有相应的思考题和习题，书中涉及的实例均为真实案例。本书部分章节可以作为课外学习内容。
本书获西安石油大学校级教学改革项目立项。
本书可作为本科院校尤其是石油石化类院校土木工程专业教材，也可供相关专业工程技术人员参考。
“土力学与地基基础”是高等院校土木工程有关专业的一门重要课程。随着国家经济建设的发展和超高层建筑与特殊设备的兴建与投产，土力学与基础工程的现实意义已显得尤为重要。在目前的土木工程专业高等教育改革中，原“土力学”与“基础工程”两门专业课程已经被整合为“土力学与地基基础”一门课程。为了适应新形势下高等院校本科教学的要求，我们编写了本教材。
本教材参考了有关高等院校编写的同类教材。在编写过程中，我们把重点放在理论紧密联系实际上，努力做到语言通俗易懂，文字简明扼要，例题典型明确，力求深入浅出，便于理解，便于自学。在每一章开始均设置有本章要点，并在各章节末尾配有思考题和习题，便于学生进行学习和自测。
从内容和体系上来讲，本教材分为三部分：第一部分是土力学，第二部分是基础工程，第三部分是地基处理。本教材的编写原则是：
（1） 讲清基本原理、理论和方法，不拘泥于推导过程。突出基本概念、原理和计算公式的应用条件，减少公式推导，加强工程应用内容，强调学生一线实用能力的培养。
（2） 力求体现国家和行业的最新规范与标准。
（3） 在每章前面列出章节要点，便于学生学习和掌握。
（4） 在编写过程中根据石油院校土木工程专业特点和课改的需要，对内容进行了适当删减，增加了石油石化行业常见的结构和设备基础设计，突出实用性和石油类高校土木工程专业的培养特色，做到够用为度。
本教材获西安石油大学校级教学改革项目立项资助。教材参编人员均为教学一线教师，承担相关专业课程教学多年，经验丰富。本教材的主适人群定位为国内高等院校土木工程学科相关专业的本科学生，同时在内容的编排上突出应用，教材中涉及的实例均为真实案例，因此也可供广大石油行业油建单位的工程技术人员参考。教材中“游梁式抽油机基础”、“动力设备基础”、“储罐基础”等章节内容和成果均来源于作者主持或参与的研究课题，在一定程度上体现了学科的前沿应用。
本教材由西安石油大学的崔莹担任主编，西安石油大学的张煜敏、代建波和朱熹育担任副主编，长安大学的赵均海教授担任主审。崔莹负责统稿、定稿工作。具体编写分工如下：崔莹编写前言及第一、三、十一章，张煜敏编写第七、八、九章，代建波编写第六、十章，朱熹育编写第二、四、五章。长江大学的计飞翔和成都理工大学的高涌涛参与了第三、十一章部分内容的编写。西安建筑科技大学的梅源参与了第二、五章部分内容的编写。长安大学的王凌波参与了第八章部分内容的编写。
在本教材的编写过程中，引用和参考了一些教材、文献及论著，在此特向作者们表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中不足和疏漏在所难免，恳请读者批评指正。
编 者
2016.5
1.1 概述 1
1.1.1 土与土力学 1
1.1.2 地基与基础 2
1.2 土力学及基础工程学科的发展概况 3
1.2.1 发展的脉络 3
1.2.2 土力学与基础工程的关系 5
1.3 本课程的主要内容 5
1.3.1 教材的编写特点 5
1.3.2 课程的学习要求 6
思考题 6
第二章 土的物理性质及工程分类 7
2.1 土的生成 7
2.1.1 残积土 8
2.1.2 坡积土 8
2.1.3 洪积土 9
2.1.4 冲积土 9
2.1.5 湖泊沉积土 11
2.1.6 海洋沉积土 11
2.1.7 冰积土 11
2.1.8 风积土 11
2.2 土的组成 12
2.2.1 土中的固体颗粒 12
2.2.2 土中的水 15
2.2.3 土中的气体 17
2.3 土的结构与构造 17
2.3.1 土的结构 17
2.3.2 土的构造 19
2.4 土的三相比例指标 20
2.4.1 土的试验指标 20
2.4.2 土的换算指标 22
2.5 土的物理性质指标 25
2.5.1 无黏性土的物理性质指标 25
2.5.2 黏性土的物理性质指标 26
2.6 土的压实性 30
2.7 地基土的工程分类 32
2.7.1 按土的颗粒级配或塑性指数分类 32
2.7.2 按土的特殊性质分类 34
2.7.3 细粒土按塑性图分类 35
思考题及习题 36
第三章 土的应力计算与地基沉降计算 37
3.1 土的变形特性 37
3.2 有效应力原理 37
3.3 地基中的应力分布 38
3.3.1 均质土中的自重应力 38
3.3.2 成层土中的自重应力 39
3.3.3 基础底面附加压力 40
3.3.4 地基中的附加应力 43
3.4 地基的最终沉降量 58
3.4.1 分层总和法 59
3.4.2 相邻荷载对地基沉降的影响 65
3.4.3 应力历史对地基沉降的影响 66
3.4.4 正常固结、超固结和欠固结的概念 66
3.4.5 正常固结土、超固结土与欠固结土的沉降计算 66
3.5 地基沉降与时间的关系 69
3.5.1 地基沉降与时间关系计算目的 69
3.5.2 地基沉降与时间关系的计算 69
3.5.3 地基沉降与时间经验估算法 70
3.5.4 地基瞬时沉降、主固结沉降与次固结沉降 72
思考题及习题 75
第四章 土的抗剪强度与地基承载力 77
4.1 概述 77
4.2 土的极限平衡条件 78
4.2.1 土体中任一点的应力状态 78
4.2.2 莫尔-库仑破坏理论 79
4.2.3 土的极限平衡条件 80
4.3 抗剪强度指标的测试方法 83
4.3.1 直接剪切试验 83
4.3.2 三轴压缩试验 86
4.3.3 无侧限抗压强度试验 88
4.3.4 十字板剪切试验 89
4.4 影响抗剪强度指标的因素 91
4.4.1 抗剪强度的来源 91
4.4.2 影响抗剪强度指标的各种因素 91
4.5 地基的承载力 92
4.5.1 地基变形的三个阶段 92
4.5.2 地基破坏的三种形式 93
4.5.3 地基承载力概念 94
4.6 地基的临塑荷载和临界荷载 94
4.6.1 地基的临塑荷载 94
4.6.2 地基的临界荷载 97
4.6.3 临塑荷载及临界荷载公式说明 97
4.7 地基的极限承载力 98
4.7.1 普朗德尔极限承载力理论 99
4.7.2 太沙基极限承载力理论 102
4.7.3 汉森极限承载力理论 104
思考题及习题 104
第五章 土压力与土坡稳定 107
5.1 概述 107
5.1.1 挡土墙的应用与分类 107
5.1.2 土压力的分类 109
5.1.3 影响土压力的因素 110
5.2 静止土压力的计算 110
5.2.1 产生条件 110
5.2.2 计算公式 110
5.2.3 静止土压力的应用 111
5.3 朗肯土压力理论 112
5.3.1 无黏性土的土压力 112
5.3.2 黏性土的土压力 115
5.3.3 几种常见情况下土压力的计算 116
5.4 库仑土压力理论 122
5.4.1 无黏性土主动土压力 122
5.4.2 无黏性土被动土压力 127
5.5 挡土墙设计 128
5.5.1 挡土墙类型的选择 128
5.5.2 挡土墙初定尺寸 129
5.5.3 挡土墙的稳定性验算 129
5.5.4 墙后回填土的选择 131
5.5.5 墙后排水措施 131
5.6 土坡稳定性分析 132
5.6.1 土坡稳定的作用 132
5.6.2 影响土坡稳定的因素 133
5.6.3 简单土坡稳定性分析计算 134
思考题及习题 137
第六章 浅基础 139
6.1 概述 139
6.2 浅基础的类型 142
6.2.1 扩展基础 142
6.2.2 柱下条形基础 144
6.2.3 筏板基础 144
6.2.4 箱形基础 145
6.3 基础的埋置深度 145
6.3.1 与建筑物有关的条件 145
6.3.2 工程地质和水文地质条件 146
6.3.3 相邻建筑物的基础埋深 147
6.3.4 地基土冻胀和融陷的影响 147
6.4 地基承载力验算 148
6.4.1 地基承载力设计值的确定 148
6.4.2 地基承载力特征值的修正 150
6.5 地基变形验算 151
6.5.1 地基变形验算的范围 151
6.5.2 地基变形量计算 153
6.6 基础底面尺寸的确定 155
6.6.1 按地基持力层的承载力计算基底尺寸 155
6.6.2 软弱下卧层承载力验算 158
6.7 扩展基础设计 160
6.7.1 无筋扩展基础设计 160
6.7.2 钢筋混凝土扩展基础设计 161
6.8 柱下条形基础设计 168
6.8.1 柱下条形基础的构造要求 168
6.8.2 柱下条形基础的内力计算 169
6.8.3 柱下交叉条形基础 174
6.9 筏形基础与箱形基础 178
6.9.1 筏形基础的特点和构造要求 178
6.9.2 筏形基础的内力计算 179
6.9.3 箱形基础的特点和构造要求 180
思考题及习题 181
第七章 深基础 183
7.1 沉井基础 183
7.1.1 概述 183
7.1.2 沉井的类型及一般构造 184
7.1.3 沉井的施工 188
7.2 地下连续墙 194
7.2.1 概述 194
7.2.2 地下连续墙的类型及适用范围 195
7.2.3 地下连续墙的接头构造 195
7.2.4 地下连续墙的施工 196
思考题 200
第八章 桩基础 201
8.1 概述 201
8.1.1 桩基础的形式及特点 201
8.1.2 桩基础的适用范围 202
8.2 桩及桩基础的分类 204
8.2.1 按桩的承台位置分类 204
8.2.2 按桩身材料分类 205
8.2.3 按桩的受力特性分类 206
8.2.4 按桩的施工方法分类 207
8.2.5 按桩的设置效应分类 210
8.3 桩的承载力计算 211
8.3.1 单桩竖向极限承载力 211
8.3.2 单桩竖向容许承载力 213
8.3.3 单桩水平承载力 222
8.3.4 按桩身材料强度确定单桩承载力 224
8.3.5 桩的负摩阻力 226
8.4 桩基础的设计计算 229
8.4.1 桩基础的设计原则和步骤 229
8.4.2 桩基础类型的选择 229
8.4.3 桩基础规格的拟定 230
8.4.4 桩的根数及平面布置 231
8.4.5 桩基础的设计实例 233
思考题及习题 235
第九章 地基处理 236
9.1 概述 236
9.1.1 地基处理的目的 236
9.1.2 地基处理的对象 237
9.1.3 地基处理的原则 238
9.1.4 地基处理规划程序 239
9.1.5 地基处理的方法 239
9.1.6 复合地基 240
9.2 换填垫层法 242
9.2.1 换填垫层法及其适用范围 242
9.2.2 垫层的主要作用 243
9.2.3 换填垫层的设计 243
9.3 振密、挤密法 246
9.3.1 强夯法 246
9.3.2 挤密砂石桩法 248
9.3.3 土桩、灰土桩、夯实水泥土桩法 250
9.4 排水固结法 252
9.4.1 排水固结法及其适用范围 252
9.4.2 排水固结法的组成及功能 253
9.4.3 排水固结法的类型及应用条件 254
9.4.4 堆载预压法 254
9.5 化学加固法 256
9.5.1 化学浆液的基本特性 256
9.5.2 水泥土搅拌法 257
9.5.3 高压喷射注浆法 262
9.6 加筋法 265
9.6.1 加筋法及适用范围 265
9.6.2 土工合成材料 265
9.6.3 加筋土挡墙 268
9.6.4 锚杆 269
思考题 271
第十章 储罐基础 272
10.1 概述 272
10.1.1 储罐的用途和分类 273
10.1.2 储罐的结构构造特征 276
10.2 储罐基础类型及适用范围 277
10.2.1 储罐基础类型 277
10.2.2 储罐基础设计选型 280
10.3 储罐基础设计 281
10.3.1 储罐基础设计原则 281
10.3.2 储罐环墙基础设计与计算 282
10.3.3 装配式环墙基础 289
10.3.4 护坡式基础 290
10.3.5 护圈式基础 291
10.3.6 储罐基础材料及构造要求 291
10.4 储罐地基承载力计算及变形验算 294
10.4.1 储罐地基承载力计算 294
10.4.2 导致储罐地基变形和倾斜的主要因素 295
10.4.3 地基中的应力分析 296
10.4.4 地基变形计算 298
10.4.5 地基变形允许值 300
思考题及习题 302
第十一章 动力设备基础 304
11.1 概述 304
11.1.1 设计要求 304
11.1.2 动力作用的类型 305
11.2 动力设备基础的类型 306
11.2.1 基本结构类型 306
11.2.2 基础的设计步骤 306
11.3 基础的隔振与加固 307
11.3.1 基础振动的传播 307
11.3.2 隔振的措施 310
11.3.3 常用隔振器 314
11.4 动力设备基础的不均匀沉降 314
11.4.1 饱和砂土的振动液化 315
11.4.2 地基容许承载力的降低 315
11.4.3 基础和上部结构处理 315
11.5 常规游梁式抽油机基础 316
11.5.1 抽油机基础的结构类型 316
11.5.2 基础的安装 318
11.5.3 游梁式抽油机基础设计实例 318
11.6 丛式井联动主机基础 324
11.6.1 基础底面尺寸的确定 325
11.6.2 丛式井联动主机基础设计 326
11.7 丛式井井架基础 334
11.7.1 丛式井井架基础的设计要求 334
11.7.2 丛式井联动采油机构井架
基础设计 334
思考题及习题 342
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