地基與基礎(chǔ)-緒論

1、目 錄緒論1、土的物理性質(zhì)及工程分類2、土中應(yīng)力計(jì)算3、土的壓縮性和地基沉降計(jì)算4、土的抗剪強(qiáng)度和地基承載力5、土壓力和土坡穩(wěn)定6、建筑場地的工程地質(zhì)勘察7、天然地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)8、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)9、地基處理10、特殊土地基及山區(qū)地基土力學(xué)部分基礎(chǔ)工程部分緒論0.1 土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念 0.2 地基基礎(chǔ)在建筑工程中的重要性0.3 本課程的基本內(nèi)容與特點(diǎn)0.4 本學(xué)科的發(fā)展概況0.5 與本課程相關(guān)的工程問題0.6 學(xué)習(xí)方法一、 土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)概念 是運(yùn)用力學(xué)基本原理和土工測(cè)試技術(shù)，研究土的生成、組成、密度或軟硬狀態(tài)等物理性質(zhì)以及土的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等靜力、動(dòng)力性狀及其規(guī)律的一門學(xué)科

2、。（簡單說 ：就是用力學(xué)的觀點(diǎn)研究土各種性能一門科學(xué)。） 土力學(xué)土 是地殼巖石經(jīng)過物理、化學(xué)、生物等風(fēng)化作用的產(chǎn)物，是各種礦物顆粒組成的松散集合體，是由固體顆粒水和空氣組成的三相體系。承上傳下、壓力擴(kuò)散 土層中附加應(yīng)力和變形所不能忽略 的那部分土層。承受建筑荷載并受其影響的該部分地層 。地基分類未經(jīng)人工處理就可直接利用天然土層的的地基 。 經(jīng)過人工加工處理才能作為地基的。人工地基：天然地基：地基 把埋入土層一定深度的建筑物向地基傳遞荷載的下部承重結(jié)構(gòu)。淺基礎(chǔ) 用普通（常規(guī)）方法施工的基礎(chǔ) 。一般基礎(chǔ) 埋深 d5m。深基礎(chǔ) 需要一定的 機(jī)械設(shè)備建造的基礎(chǔ)。如樁 基、沉井基、和地下連續(xù)墻等。 埋深

3、 d5m?；A(chǔ)分類基礎(chǔ)作用 1、承受上部結(jié)構(gòu)荷載2、向地基 傳遞壓力3、調(diào)整地基變形 起承上傳下作用 基礎(chǔ)基礎(chǔ)埋深：從設(shè)計(jì)地面（一般從室外地面 ）到 基礎(chǔ)底面的垂直距離叫。持力層：直接與基礎(chǔ)地面接觸的土層。（基礎(chǔ)直接坐落的土層） 下臥層：地基內(nèi)持力層下面的土層叫。軟弱下臥層：地基承載力低于持力層的下臥層叫。地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本條件 強(qiáng)度條件 ：作用在基礎(chǔ)底面的壓力必須小于等于地基承載力特征值。 變形條件 ：基礎(chǔ)沉降不得超過地基變形容許值。也就是說將地基變形值必須限制在建筑所允許的范圍內(nèi)。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在地基反力作用下不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞。二、地基基礎(chǔ)在建筑工程中的重要性 地基與

4、基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的安危! 實(shí)踐證明，建筑物的事故很多是與地基基礎(chǔ)有關(guān)的。萬丈高樓平底起！ 時(shí)，發(fā)現(xiàn)谷倉 1 小時(shí)內(nèi)豎向沉降達(dá) 30.5cm，并向西傾斜，24小時(shí)后傾倒，西側(cè)下陷7.32m，東側(cè)抬高1.52m，傾斜27。地基雖破壞，但鋼筋混凝土筒倉卻安然無恙，后用388個(gè)50t千斤頂糾正后繼續(xù)使用，但位置較原先下降4m。 事故的原因是：設(shè)計(jì)時(shí)未對(duì)谷倉地基承載力進(jìn)行調(diào)查研究，而采用了鄰近建筑地基 352kPa 的承載力，事后1952年的勘察試驗(yàn)與計(jì)算表明，該地基的實(shí)際承載力為193.8 276.6kPa，遠(yuǎn)小于谷倉地基破壞時(shí)329.4kP

5、a的地基壓力，地基因超載而發(fā)生強(qiáng)度破壞。 加拿大Transcona谷倉，南北長59.44m，東西寬23.47m，高31.00m?；A(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，厚2m，埋深3.66m。谷倉1911年動(dòng)工，1913年秋完成。谷倉自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后總重的 42.5%。1913年9 月裝谷物，至 31822m3基礎(chǔ)工程失敗的例子 1 意大利比薩(Pisa)斜塔自 1173年9月8日 動(dòng)工，至1178年建至第4層中部，高度29m 時(shí)，因塔明顯傾斜而停工。94年后，1272年復(fù)工，經(jīng)6年時(shí)間建完第7層，高 48m，再次停工中斷82年。1360年再次復(fù)工1370年竣工，前后歷經(jīng)近200年。 該塔

6、共8層，高 55m，全塔總荷重145MN，相應(yīng)的地基平均壓力約為50kPa。地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層。由于地基的不均勻下沉，塔向南傾斜，南北兩端沉降差 1.8m ，塔頂離中心線已達(dá) 5.27m ，傾斜5.5，成為危險(xiǎn)建筑。 基礎(chǔ)工程失敗的例子 2 蘇州虎丘塔，建于五代周顯德六年至北宋建隆二年(公元959961) ，7級(jí)八角形磚塔，塔底直徑13.66m，高47.5m，重63000kN。 其地基土層由上至下依次為雜填土、塊石填土、亞粘土夾塊石、風(fēng)化巖石、基巖等，由于地基土壓縮層厚度不均及磚砌體偏心受壓等原因，造成該塔向東北方向傾斜。19561957年間對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行修繕，但使塔重增加了

7、2000kN，加速了塔體的不均勻沉降。1957年，塔頂位移為1.7m，到1978年發(fā)展到2.3m，重心偏離基礎(chǔ)軸線0.924m，砌體多處出現(xiàn)縱向裂縫，部分磚墩應(yīng)力已接近極限狀態(tài)。 后在塔周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻，并采用注漿法和樹根樁加固塔基，基本遏制了塔的繼續(xù)沉降和傾斜?；A(chǔ)工程失敗的例子 3 這兩個(gè)筒倉是農(nóng)場用來儲(chǔ)存飼料的，建于加拿大紅河谷的Lake Agassiz粘土層上，由于兩筒之間的距離過近，在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力發(fā)生疊加，使得兩筒之間地基土層的應(yīng)力水平較高，從而導(dǎo)致內(nèi)側(cè)沉降大于外側(cè)沉降，倉筒向內(nèi)傾斜。 基礎(chǔ)工程失敗的例子 4 除滿足承載力的要求外，還要求地基不能發(fā)生過大的變形。圖示為墨

8、西哥城的一幢建筑，可清晰地看見其發(fā)生的沉降及不均勻沉降。該地的土層為深厚的湖相沉積層，土的天然含水量高達(dá)650，液限500% ，塑性指數(shù)350 ，孔隙比為15 ，具有極高的壓縮性。 基礎(chǔ)工程失敗的例子 5南京地鐵火車站基坑施工現(xiàn)場基礎(chǔ)工程失敗的例子 6南京地鐵建成后的盾構(gòu)隧道1原基礎(chǔ)Old foundation基礎(chǔ)托換UNDERPINING新基礎(chǔ)New foundation盾構(gòu)隧道Shield tunnel樓房building南京地鐵基坑施工現(xiàn)場2南京地鐵基坑施工現(xiàn)場3南京地鐵施工現(xiàn)場周圍樓體坍塌3南京地鐵基坑施工現(xiàn)場4大批散裝水泥待命，準(zhǔn)備向坍塌的地方注入水泥成功例子 趙州橋位于河北趙州，隋

9、代公元595605年修建，凈跨37.02m ?；A(chǔ)建于粘性土地基，基底壓力500600kPa，但地基并未產(chǎn)生過大變形 ，按照現(xiàn)在的規(guī)范檢算，地基承載力和基礎(chǔ)后側(cè)被動(dòng)土壓力均正好滿足要求，且經(jīng)無數(shù)次洪水和地震的考驗(yàn)而無恙。 基礎(chǔ)工程成功的例子 6三、課程的基本內(nèi)容與特點(diǎn)3、相關(guān)知識(shí)：土力學(xué)部分：主要是土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)（土的壓縮性、土中應(yīng)力、變形、土壓力、擋土結(jié)構(gòu)及邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算等）?；A(chǔ)工程部分：天然地基淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及 軟土地基處理。 本課程是土木工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，其任務(wù)是保證各類建筑物安全可靠，使用正常，不發(fā)生各種地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量事故。 工程地質(zhì)、土力學(xué)、建筑力學(xué)、建筑結(jié)

10、構(gòu)、建筑材料、施 工技術(shù)等 地基與基礎(chǔ)是屬于隱蔽工程（即看不見的結(jié)構(gòu)）因此在學(xué)習(xí)過程中必須靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)因地制宜進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。1、基本內(nèi)容：2、本課程特點(diǎn)：四、本學(xué)科發(fā)展概況18世紀(jì) 土力學(xué)理論的產(chǎn)生和發(fā)展1773年 法國的庫侖（Coulomb）-砂土抗剪強(qiáng)度理論 與土壓力理論1857年 英國朗肯朗肯土壓力理論1885年 法國布新奈斯克（Boussinesq）彈性半空間解1925年 美國太沙基土力學(xué)專著與有效應(yīng)力原理 土力學(xué)學(xué)科發(fā)展概況土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡介1736.6.14生于法國Angoul，1806.8.23卒于法國巴黎。 Coulomb對(duì)土木工程(結(jié)構(gòu)、水力學(xué)、巖土工程)以及自然科學(xué)

11、和物理學(xué)(包括力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué))等都有重要的貢獻(xiàn)。1774年當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。 被稱為“土力學(xué)之始祖”。 庫侖Charles Augustin de Coulomb(17361806)0.4 土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡介1820.7.2生于蘇格蘭愛丁堡，1872.12.24卒于蘇格蘭格拉斯哥。 Rankine被后人譽(yù)為那個(gè)時(shí)代的天才，他在熱力學(xué)、流體力學(xué)及土力學(xué)等領(lǐng)域均有杰出的貢獻(xiàn)。1855年后，Rankine在格拉斯哥大學(xué)擔(dān)任土木工程和力學(xué)系主任。1853年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他一生論著頗豐，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文 154 篇，并編寫了大量的教科書及手冊(cè)，其中一些直到 20 世紀(jì)還在作為標(biāo)準(zhǔn)教科書使用

12、。朗肯William John Maquorn Rankine(18201872) 0.4 土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡介Henry Darcy 1803.6.10出生于法國第戎(Dijon)。 Darcy的一項(xiàng)杰出成就是第戎供水系統(tǒng)的建造。19世紀(jì)上半葉，大多數(shù)城市都沒有供水和排水系統(tǒng)。18391840年，Darcy設(shè)計(jì)和主持建造了第戎鎮(zhèn)的供水系統(tǒng)，它比巴黎的供水系統(tǒng)早了20年。為了感謝 Darcy 對(duì)家鄉(xiāng)的貢獻(xiàn)，人們將該鎮(zhèn)的中心廣場以他的名字命名。Darcy拒絕了鎮(zhèn)上欲付給他的高額補(bǔ)償，他最終得到的好處是他本人及親屬可免費(fèi)用水。 1856年，發(fā)表了他對(duì)孔隙介質(zhì)中水流的研究成果Darcy定律。達(dá)西Hen

13、ry Philibert Gaspxard Darcy(1803-1858) 0.4 土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡介 Boussinesq是法國著名的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家。1867年獲得博士學(xué)位，1886年當(dāng)選法國科學(xué)院院士。 Boussinesq一生對(duì)數(shù)學(xué)物理中的所有分支(除電磁學(xué)外)都有重要的貢獻(xiàn)。在流體力學(xué)方面，他主要研究渦流、波動(dòng)、固體物對(duì)液體流動(dòng)的阻力、粉狀介質(zhì)的力學(xué)機(jī)理、流動(dòng)液體的冷卻作用等方面。他在紊流方面的成就深得著名科學(xué)家Saint Venant的贊賞，而在彈性理論方面的研究成就受到了Love的稱贊。布辛奈斯克ValentinJoseph Boussinesq (1842-1929) 0.4

14、 土力學(xué)學(xué)科發(fā)展簡介 Terzaghi于1883年10月2日出生于捷克的首都布拉格，1904年畢業(yè)于奧地利的格拉茨(Graz)技術(shù)大學(xué)，1925年在維也納出版了舉世聞名的Erdbaumechanik(土力學(xué))，該書介紹了他所提出的固結(jié)理論以及土壓力、承載力、穩(wěn)定性分析等理論，標(biāo)志著土力學(xué)這門學(xué)科的誕生。1938年德國占領(lǐng)奧地利后，Terzaghi前往美國，并在哈佛大學(xué)任教，直到1956年退休。1963年10月25日，Terzaghi 在馬薩諸塞州的溫徹斯特逝世。Terzaghi被譽(yù)為土力學(xué)之父。太沙基Karl von Terzaghi (18831963) 與本課程有關(guān)的工程問題1、土三個(gè)方面的應(yīng)用 建筑物地基土作為構(gòu)筑物的環(huán)境土工建筑材料土建筑橋梁地鐵隧道邊坡道路大壩2、與土有關(guān)的工