緒論1(土力學與地基基礎)

1、土力學與地基基土力學與地基基礎礎東北大學東北大學資源與土木工程學院資源與土木工程學院 土木工程研究所土木工程研究所王述紅主講教師主講教師王述紅 博士/教授東北大學資源與土木工程學院土木工程研究所實驗中心317電話:+86-24-83672576（o）mail:實驗教學老師: 孫春明東北大學資源與土木工程學院實驗教學中心電話論緒論基本內容：基本內容： 建立土力學、地基、基礎的基本概念。了解本課程的特點建立土力學、地基、基礎的基本概念。了解本課程的特點和在本專業(yè)中的地位。和在本專業(yè)中的地位。 了解本學科的學習方法及發(fā)展概況。了解本學科的學習方法及

2、發(fā)展概況。學習基本要求：學習基本要求： 掌握基礎、淺基礎、深基礎、天然地基、人工地基的概掌握基礎、淺基礎、深基礎、天然地基、人工地基的概念；念； 地基基礎設計應滿足的兩個基本要求。地基基礎設計應滿足的兩個基本要求。1土力學土力學是從力學與工程的角度研究土的一門學科。即：土力學是利用力學的一般原理，研究土的物理、化學和力學性質及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性質的應用科學。它主要研究土的應力、變形與強度、穩(wěn)定性。也研究土結相互作用的規(guī)律，也是工程力學的一個分支。一土力學及基礎工程的基本概念一土力學及基礎工程的基本概念0 -1 土力學與基礎工程土力學與基礎工程緒緒 論論-土力學及其相關學

3、科土力學及其相關學科2 2基礎工程基礎工程：基礎工程學涵蓋各種類型建筑物、構筑物的各類基礎及地基處理的設計與施工技術，其研究領域非常廣泛?；A工程服務于各種類型建筑物與結構物，包括建筑工程、橋梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平臺等各種陸上、水上、水下和地下的結構物?；A工程的研究內容包括淺基礎淺基礎、深基深基礎和樁基礎礎和樁基礎、地基處理、支擋結構物、基坑工程以及現場監(jiān)測技術、地基與基礎的共同作用分析技術等，幾乎囊括了所有與土有關的結構工程的設計、計算技術，以及實施設計意圖的施工技術和施工組織管理。 土是礦物或巖石碎屑物構成的松軟集合體。是巖石經過風化、剝蝕、搬運沉積等過程后，形成的各種松

4、散的沉積物。在建筑工程中稱之為“土”。這是土的狹義概念。廣義的概念也包括巖石在內。3.3.土的定義：土的定義：4.4.建筑物的地基：建筑物的地基：受建筑物影響的那部分地層稱為地基。地基又分為：天然地基、人工地基兩類。5 .5 .基礎：基礎：由于土的強度低，壓縮性大，故上部結構的荷載不能通過墻、柱直接傳遞給地基，必須在墻、柱與地基的接觸處適當擴大尺寸，作為建筑物的下部結構。從而把建筑物荷載分散后再傳給地基。因此，與地基接觸的具有較大尺寸的建筑物的下部結構稱為基礎。6 6地基基礎必須保證的兩個條件：地基基礎必須保證的兩個條件：（1）要保證作用在地基上的荷載不超過地基的承載能力，保證地基具有足夠的防

5、止 整 體 破 壞 的 安 全 儲 備 。 即 ： p f (pmax1.2f)； (2) 控制基礎沉降，使之不超過地基的允許變形值。保證建筑物不因地基變形而損壞或影響正常使用。巖石風化巖石風化的產物的產物分散性分散性非連續(xù)介質非連續(xù)介質復雜性復雜性易變形易變形分散性分散性土有哪些特點土有哪些特點?三相體系固相(土顆粒)液相(孔隙水)氣相(孔隙氣)多孔介質受力后土顆粒和孔隙介質承受 土顆粒與土介質體相互作用 孔隙流體流動緒論 土有哪些特點土有哪些特點自然歷史的產物 相系組合體 分散體系 多礦物組合體 非均勻性非均勻性各向異性各向異性結構性結構性時空變異性時空變異性1. 天然介質：種類多 ，變化

6、大，分布形態(tài)復雜。2. 三相體：顆粒、水、空氣，性質復雜。3. 研究方法：理論試驗經驗。土質學與土力學有何特點?學科學科研究對象研究對象理論力學理論力學質點或剛體質點或剛體材料力學材料力學單個彈性桿件（桿、軸、梁）單個彈性桿件（桿、軸、梁）連續(xù)固體連續(xù)固體結構力學結構力學若干彈性桿件組成的桿件結構若干彈性桿件組成的桿件結構彈性力學彈性力學彈性實體結構或板殼結構彈性實體結構或板殼結構水力學水力學不可壓縮的連續(xù)流體（水）不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體連續(xù)流體天然三相松散堆積物天然三相松散堆積物松散材料松散材料土的形成與演化連續(xù)介質力學的理論與方法分散介質力學的理論與計算三大特性的理論和參數土質學

7、土力學土的變形、強度、穩(wěn)定以及與其有關的工程問題緒論 土質學與土力學有何特點?二、課程的特點、內容及要求：二、課程的特點、內容及要求：1土力學是以土的三相系為研究對象的。2地基土質條件不依人們的愿望來選擇。一旦建筑場地確定，是沒有選擇余地的，我們必須根據地基的土質條件進行合理的設計、處理、使之滿足上部結構對地基的要求。3地基與基礎屬于隱蔽工程，對其技術要求高。對其勘察設計及施工要給予充分的重視，因為一旦出問題，很難補救，損失巨大。一般地基基礎的工程造價約占土建總造價的20%左右。4課程內容多，涉及范圍廣土力學以材力、結力、彈力知識為基礎，同時還涉及到一些工程地質學、土質學的知識。因此，給學習本

8、門課程造成一定困難。5這是一門理論性、實踐性均很強的課程。其內容很廣，主要介紹土的物理、力學性質、地基的應力計算、沉降計算及固結理論、土的抗剪強度以及土壓力理論等內容。三、地基基礎的重要性：三、地基基礎的重要性： 地基與基礎是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設計和施工質量直接關系到建筑物的安危。事實上，并不是每個基礎工程設計都是成功的。許多建筑物的工程質量事故是由于地基基礎事故造成的。而且，一旦造成事故，很難補救，損失極大。因此，工程技術人員必須對地基基礎問題給予足夠的重視。以高度的責任感和科學態(tài)度，對待工程的地基基礎問題。一巖土工程的定義：一巖土工程的定義：巖土工程一詞譯自 Geot

9、eClinipe或Geotechnical Engineering，早期曾譯為“土工學”，后譯為“巖土工程”，這比前者的涵義更為廣泛和確切。自1979年12月，我國巖土工程學報創(chuàng)刊以來的20多年來，巖土工程的學科術語已為我國工程技術界所普遍接受，成為技術交流的通用術語，并已有一些以巖土工程命名的標準、規(guī)范頒布，如巖土工程勘察規(guī)范等，巖土工程學科已被確認為土木工程學科的一個重要分支學科。中華人民共和國國家標準巖土工程基本術語標準（GB/T50279-98）的頒布使巖土工程一詞成為法定的術語。在巖土工程基本術語標準中將巖土工程定義為“土木工程中涉及巖石、土的利用、處理或改良的科學技術”，這是高度概

10、括的一種提法。02 巖土工程及其相關學科巖土工程及其相關學科綜合各家思想，巖土工程可定義為：巖土工程就是根據工程地質、土力學及巖體力學理論、觀點與方法，為了整治、利用和改造巖土體，使其為實現某項工程目的服務而進行的系統(tǒng)工作。即：巖土工程學科是以巖體、土體的利用，改造與整治問題為研究對象的科技領域。可以概括為三個層次：1巖土工程是以土力學與基礎工程、巖石力學與工程為基礎，并和工程地質學密切結合的綜合性學科。由于巖土工程涉及土和巖石兩種性質不同的材料，解決土和巖石的工程問題不僅需要應用數學和力學，而且還需要運用地質學的知識，因此巖土工程并不是一門單一的學科，任何單一學科都不足以覆蓋巖土工程豐富的內

11、涵。2巖土工程以巖石和土的利用、整治或改造作為研究內容。有許多學科都以土或巖石作為其研究對象，例如，地質學、土壤學等，其研究內容各不相同；巖土工程研究土和巖石并不是從地學或農業(yè)的角度，而是從工學的角度，以工程為目的研究巖石和土的工程性質。當巖土的工程性質或巖上環(huán)境不能滿足工程要求時，就需要采取工程措施對巖土進行整治和改造，不僅涉及對巖土性質的認識，而且需要研究如何采用有效的、經濟的方法實現工程目的。3巖土工程服務于各類主體工程的勘察、設計與施工的全過程，是這些主體工程的組成部分。巖土工程學是土木工程的重要分支，是一門涵蓋工程地質、土力學、巖石力學、基礎工程和地下工程的綜合性學科，是在20世紀發(fā)

12、展并不斷成熟起來的。1925年太沙基出版了第一部經典著作土力學，被公認為是近代土力學的開端。第二次世界大戰(zhàn)以后，許多國家都致力于振興經濟，大規(guī)模的工程建設實踐推動了土力學的進步，巖石力學也相應地在這個時期形成與發(fā)展。因而，推動了以土力學和巖石力學為基礎理論的基礎工程和地下工程的設計理論與施工技術的發(fā)展。1948年英國巖土工程雜志創(chuàng)刊及以后1974年美國土木工程師協(xié)會的土力學與基礎工程雜志更名為巖土工程雜志，被視為巖土工程學科逐步得到工程界和學術界公認的標志。在新中國成立以來的50多年中，我國巖土工程建設事業(yè)從小到大，得到了迅速的發(fā)展，在現代化建設中發(fā)揮了重要作用，取得了許多重大的技術成果。特別

13、在1979年創(chuàng)刊了巖土工程學報和1982年相繼創(chuàng)刊巖石力學與工程學報以來的20多年中，我國巖土力學與工程界的學術水平和技術成就更為舉世所矚目，在國際交流中獲得了同行的普遍贊譽。二巖土工程的發(fā)展二巖土工程的發(fā)展巖土工程的基本學科包括土力學與基礎工程學、巖石力學與工程以及工程地質學等。土力學又分為不同的分支，從不同的研究角度，形成不同的分支。有的以土的類型劃分；有的以研究方法劃分；有的以土的特性劃分。近20年，在土力學領域中，形成了土動力學、計算土力學、實驗土力學、非飽和土力學、凍土力學以及隨機土力學等分支學科。三巖土工程及相關學科三巖土工程及相關學科基礎工程學涵蓋各種類型建筑物、構筑物的各類基礎

14、及地基處理的設計與施工技術，其研究領域非常廣泛。基礎工程服務于各種類型建筑物與結構物，包括建筑工程、橋梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平臺等各種陸上、水上、水下和地下的結構物。以土作為材料的工程和以土作為結構物環(huán)境的工程，如堤壩、土中隧道等的設計與施工方法，也是土力學與基礎工程基本原理的具體應用基礎工程的研究內容包括淺基礎、深基礎和樁基礎、地基處理、支擋結構物、基坑工程以及現場監(jiān)測技術、地基與基礎的共同作用分析技術等，幾乎囊括了所有與土有關的結構工程的設計、計算技術，以及實施設計意圖的施工技術和施工組織管理?，F代的經濟建設和社會發(fā)展離不開對巖土的整治、利用和改造。巖土工程是建設工程成敗的關

15、鍵，為社會可持續(xù)發(fā)展提供必要的保證。由巖層和土層所構成的廣袤大地是工程建設的基地，是建筑物的地基，是地下建筑的環(huán)境，為土工構筑物提供填筑材料，因此巖層和土層的構造與工程性質直接影響工程建設的質量與造價，對巖土條件認識的偏差可能會導致巨大的損失或事故。人類在與大自然斗爭的歷史長河中，從正、反兩個方面學會了認識巖土、利用巖土和改造巖土的本領，也逐步懂得了巖土工程的作用與重要性，在工程實踐的推動下，對巖土工程的研究和應用日益發(fā)展。1959年法國67m高的馬爾帕塞薄拱壩因壩基失穩(wěn)而毀于一旦，死亡380人。4年后，意大利265m高的瓦昂拱壩上游托克山左岸發(fā)生大規(guī)模的滑坡，滑坡體從大壩附近的上游擴展長達1

16、800m，并橫跨峽谷滑移300400m，估計有23億立方米的巖塊滑入水庫，沖到對岸形成100150m高的巖堆，致使庫水漫過壩頂，沖毀了下游的朗格羅尼鎮(zhèn)，死亡約2500人，但大壩卻未遭破壞。這兩起震驚世界的特大災害給這兩起震驚世界的特大災害給人們敲響了警鐘，在巖石工程中必須重視巖石力學人們敲響了警鐘，在巖石工程中必須重視巖石力學。四、巖土工程在經濟建設與社會發(fā)展中的作用四、巖土工程在經濟建設與社會發(fā)展中的作用 地基的強度條件：地基有足夠的強度，在荷載作用下，地基的強度條件：地基有足夠的強度，在荷載作用下，地基土不發(fā)生剪切破壞或失穩(wěn)。地基土不發(fā)生剪切破壞或失穩(wěn)。 地基的變形條件：不使地基產生過大的

17、沉降或不均勻沉地基的變形條件：不使地基產生過大的沉降或不均勻沉降，保證建筑物正常使用。降，保證建筑物正常使用。 基礎結構本身應有足夠的強度和剛度，在地基反力作用基礎結構本身應有足夠的強度和剛度，在地基反力作用下不會產生過大強度破壞，并具有改善沉降與不均勻沉降的下不會產生過大強度破壞，并具有改善沉降與不均勻沉降的能力。能力。 綜上所述：地基種類分綜上所述：地基種類分 人工地基：經過處理而達到設計要求的地基。人工地基：經過處理而達到設計要求的地基。 天然地基：不需處理而直接利用的地基。天然地基：不需處理而直接利用的地基。2006年4月5日，一位居民從斜塔下經過。 位于遼寧省葫蘆島市綏中縣前衛(wèi)鎮(zhèn)的斜

18、塔始建于遼代，現存塔身高10米，塔身向東北方向傾斜12度，超過比薩斜塔。這座塔建成之后雖幾經地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒。有關專家呼吁，應加強對斜塔的保護。2006年4月5日，一位居民從斜塔下經過。1975年8月，淮河板橋石漫灘水庫因老化而垮壩決口，狂瀉的大水奪走了萬余條猝不及防的性命。垮壩的重大事故提醒人們，必須重視對巖土工程結構物生命周期與老化規(guī)律的研必須重視對巖土工程結構物生命周期與老化規(guī)律的研究究。1985年6月12日凌晨，在長江西陵峽上段，兵書寶劍峽出口處發(fā)生總體積為2107m3的新攤滑坡。新灘古鎮(zhèn)滑入長江，古鎮(zhèn)全部被毀。由于自1968年以來對該滑坡進行了深入的研究與地表位移的長期

19、監(jiān)測，在滑坡發(fā)生以前及時發(fā)出臨滑警報，由于緊急疏散人員而全鎮(zhèn)1371人無一傷亡。這一大災無人員傷亡的事例說明只要重視巖土工程工作，加強監(jiān)測和預重視巖土工程工作，加強監(jiān)測和預報，地質災害是可以預測、預報，可以減少損失的報，地質災害是可以預測、預報，可以減少損失的。1995年12月，武漢市整體爆破一幢18層的高層建筑。該建住高度655m，采用336根錘擊沉管擴底灌注樁，樁長175m，樁端進入中密粉細砂持力層l4m。爆破拆除的原因是該高層建筑結構到頂后3個月內產生很大的傾斜，頂部水平位移達2884mm，傾斜超過5，且發(fā)展速度很快，如不及時拆除，有整體傾覆的危險。這一樁基失穩(wěn)的事故告訴人們采用事故告訴

20、人們采用樁基礎并不是萬無一失的，應當重視樁基礎安全度的研究樁基礎并不是萬無一失的，應當重視樁基礎安全度的研究。1996年9月，?？谑薪浭?2級颶風襲擊，伴有400mm以上的大暴雨，在濱海大道旁的某商住小區(qū)內，一座停工中的體積達30000m3的巨型地下室突然竄出地面56m，整體傾斜，猶如平地出現一艘水泥船，停泊在兩幢高樓的中間。雖然經過降水、牽引、歸位等工程措施處理，但因地下室兩端高差仍有900mm無法扶正，且頂板和外墻均已開裂，不能繼續(xù)利用而報廢。這一典型的傾覆失穩(wěn)的事故再次告誡人們，粘性土中的巨大浮力不容忽視這一典型的傾覆失穩(wěn)的事故再次告誡人們，粘性土中的巨大浮力不容忽視。1998年長江全流

21、域特大洪水時，萬里長江堤防經受了嚴峻的考驗，一些地方的大堤垮塌，大堤地基發(fā)生嚴重管涌，洪水淹沒了大片土地，人民生命財產遭受巨大的威脅。僅湖北省沿江段就查出4974處險情，其中重點險情540處中，有320處屬地基險情；潰口性險情34處中，除3處是涵閘險情外，其余都是地基和堤身的險情?？梢?，長江防洪工程的重點在巖長江防洪工程的重點在巖土工程土工程。上述事故實例說明，巖土工程方面的事故具上述事故實例說明，巖土工程方面的事故具有突發(fā)性、災害性和全局性的特點，不僅使有突發(fā)性、災害性和全局性的特點，不僅使工程全軍覆沒，而且常殃及四鄰，危害環(huán)境。工程全軍覆沒，而且常殃及四鄰，危害環(huán)境。為了防止工程事故的產生，在重要工程的各為了防止工程事故的產生，在重要工程的各個階段都應十分重視巖土工程的勘察、設計、個階段都應十分重視巖土工程的勘察、設計、施工和檢測。施工和檢測。 土力學之父土力學成為一門獨立學科的重要標志Terzaghi是土力學的奠基人(18831963)1776 Coulomb 強度定律，土壓力理論強度定律，土壓力理論(17361806)1856 Darcy 定律定律1857 Rankine 新的土壓力理論新的土壓力理論1925 Terzaghi 有效應力原理及滲透固結理論有效應力原理及滲透固結理論1936 第一屆國際土力學及基礎工程會議第一屆國際土力學及基礎工程會議1