緒論土、土力學、地基及基礎(chǔ)的概念

1、 土力學與地基基礎(chǔ)第一章 緒論一、 土、土力學、地基及基礎(chǔ)的概念 土力學是主要研究地基土的應力、應變、強度、穩(wěn)定性，研究基礎(chǔ)設(shè)計理論的一門學科。 1.土是巖石經(jīng)過物理、化學、生物等風化作用的產(chǎn)物，是礦物顆粒組成的集合體。是由固體顆粒、水和空氣組成的三相體。巖石地球松散堆積物地球什么是土？搬運、沉積 風化巖石因物理風化作用破碎，在重力作用下堆積到山腳高山下的洪積錐群風蝕蘑菇土的類型（按成因）黃河沖積三角洲 礫石 卵 石 砂 粘性土 （人工破碎）工程與土力學中的土(1)土的固體顆粒之間是分散的，無粘接或弱粘接，因此具有散粒性和孔隙性。 顆粒之間孔隙是連續(xù)的，土具有滲透性。 固體顆粒的連接強度比顆粒

2、本身的強度要小的多，土具有壓縮性和土顆粒之間具有相對可移動性。土有以下幾個特性：2.土力學的概念 土力學是用力學知識和土工測試技術(shù)、研究土的物理力學性質(zhì)，研究土的變形及強度規(guī)律的一門學科。 由于土具有復雜的工程特性，目前在解決土工問題時，是靠現(xiàn)場經(jīng)驗、實驗輔助理論計算。因此在土力學中有大量的經(jīng)驗公式、圖表和許多近似計算方法，還不能像其它學科一樣，有系統(tǒng)的理論和嚴密的數(shù)學公式，土力學是來源于實踐的學科。 研究巖石力學特性的學科稱為巖石力學;土力學和巖石力學又統(tǒng)稱為巖土力學。環(huán)境土力學（主要研究環(huán)境問題如沙漠土、滑坡、海岸災害、火山、地震等），海洋土力學（研究海洋采油鉆井平臺的修建、海底采礦、海岸

3、工程以及水上水下建筑），凍土力學、土動力學。 3.基礎(chǔ) 建筑物的下部結(jié)構(gòu)，位于地面下，起著傳遞上部荷載的作用。 根據(jù)埋置深度的不同，又分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。 當 d5m 或db（基礎(chǔ)寬度）為淺基礎(chǔ)。 當d5m或d（45）b為深基礎(chǔ)。 淺基礎(chǔ)的形式有很多，如單獨基礎(chǔ)、交叉梁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ) 基礎(chǔ)通常將埋入土層一定深度的建筑物下部的承重結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)基礎(chǔ)作用承受上部結(jié)構(gòu)荷載向地基傳遞壓力調(diào)整地基變形 基礎(chǔ)按埋深分為深基礎(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)計不盡要使基礎(chǔ)本身滿足強度、剛度和耐久性的要求；還要滿足地基對承載力和變形的要求，即地基應具有足夠的強度和穩(wěn)定性，并不產(chǎn)生過大的沉降和不均勻沉降，因此基礎(chǔ)設(shè)計又統(tǒng)稱為地基基礎(chǔ)設(shè)計。

4、 淺基礎(chǔ)天然地基淺基礎(chǔ) 深基礎(chǔ)有樁基礎(chǔ)、墩柱基礎(chǔ)、沉井、沉箱基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻樁基等。 基礎(chǔ)的設(shè)計，不僅與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學有關(guān)，還與力學特別是土力學有密切關(guān)系。深基礎(chǔ)（樁基礎(chǔ)）下面為常見的幾種基礎(chǔ)形式條形基礎(chǔ)獨立基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)某一高層基礎(chǔ)CAD圖 4.地基 支承建筑物的土層叫地基。 未經(jīng)過加固處理，直接支承基礎(chǔ)的土層叫天然地基。 經(jīng)過人工加固的地基叫人工地基。 為了保證建筑物或結(jié)構(gòu)物的正常使用，對于支承整個建筑荷載的地基應滿足兩個條件：1作用在地基上的壓力不超過地基的承載力（強度條件）；2地基沉降量不允許超過沉降容許值，以保證建筑物的正常使用。（變形條件）地基建筑物下方承受建筑物全部荷載的

5、地層稱為地基。位于基礎(chǔ)底面下方的土層稱為持力層。持力層以下的土層稱為下臥層，強度低于持力層的下臥層稱為軟弱下臥層?；A(chǔ)應埋置在良好的持力層上。地基與基礎(chǔ)示意圖建筑物地基應滿足的兩個基本條件：地基的強度條件。要求建筑物的地基應有足夠的承載力，在荷載作用下，不發(fā)生剪切破壞或失穩(wěn)。地基的變形條件。要求建筑物的地基不產(chǎn)生過大的變形（包括沉降、沉降差、傾斜和局部傾斜），保證建筑物正常使用。 某一工程地基二、 本課程的特點、任務和學習方法1、 特點 土力學的三相體系為研究對象。（研究對象復雜性） 地基土質(zhì)條件不以人的愿望來選擇.(場地土復雜性） 地基基礎(chǔ)工程是地下隱蔽工程。（重要性）它的勘探、設(shè)計和施工質(zhì)

6、量，直接影響建筑物的安全，一旦發(fā)生事故又較難挽救處理。其造價一般占土建總造價的1030%。舉例說明地基基礎(chǔ)的重要性重大工程質(zhì)量事故概況 谷倉平面呈矩形，共65個圓形筒倉，自重20000t，相當于裝滿谷物后滿載總重量的42.5% ，谷倉的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基。 1913年9月起往谷倉裝谷物，仔細地裝載，使谷物均勻分布、10月當谷倉裝了90%谷物時，發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)垂直沉降達30.5cm，并在24小時間谷倉傾倒，西端下沉7.32m，東端上抬1.52m。建筑物地基滑動加拿大特朗斯康谷倉 破壞原因 對地基土層事先未作勘察、試驗，采用的設(shè)計荷載超過地基土的抗剪強度，導致這一嚴重事故。處理方法 為修復筒倉，在

7、基礎(chǔ)下設(shè)置了70多個支承于深16m基巖上的混凝土墩，使用了388只千斤頂，逐漸將傾斜的筒倉糾正。補救工作是在傾斜谷倉底部水平巷道中進行，新的基礎(chǔ)在地表下深10.36m。經(jīng)過糾傾處理后,谷倉于1916年起恢復使用。修復后位置比原來降低了4m。 地基沉降墨西哥市藝術(shù)宮 地表層為人工填土與砂夾卵石硬殼層，厚度5m；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達712，天然含水量高達150%600%，為世界罕見的軟弱土，層厚達25m。因此，這座藝術(shù)宮嚴重下沉，沉降量竟高達4m，臨近的公路下沉2m。參觀者需步下9級臺階，才能從公路進入藝術(shù)宮。地基沉降意大利比薩斜塔1173：動工；1178：至4層中，高約29m，因

8、傾斜停工；1272：復工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工；1360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m ；1590 ：伽利略在此塔做落體實驗；目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜52116。 比薩斜塔從地基到塔頂高58.36米，從地面到塔頂高55米，鐘樓墻體在地面上的寬度是4.09米，在塔頂寬2.48米，總重約14453噸，重心在地基上方22.6米處。圓形地基面積為285平方米，對地面的平均壓強為497千帕。目前的傾斜約10%，即5.5度，偏離地基外沿2.3米，頂層突出4.5米。1178年首次發(fā)現(xiàn)傾斜。 為了減輕鐘塔地基荷重，在鐘塔周圍

9、開挖一個環(huán)形基坑。北側(cè)深0.9m，南側(cè)深2.7m。處理方法卸荷處理（1838年至1839年）防水與灌水泥漿19331935年 為防止雨水下滲，對環(huán)型基坑做防水處理，同時對基礎(chǔ)四周用水泥漿加強。 為防止比薩斜塔散架，于1992年7月開始對塔身加固。 比薩斜塔貴在斜，如果把塔扶正，實際破壞了珍貴文物。因此，比薩斜塔的加固既要保持鐘塔的傾斜，又要不擾動地基避免危險，還要加固地基，使斜塔安然無恙，處理難度大。 有志之土如能研究出一個切實可行的方案則是一大貢獻。蘇州虎丘塔中國的比薩斜塔概況：蘇州云巖寺塔,俗名虎丘塔,是古城蘇州的標志,位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7層

10、，高47.5m，塔的平面呈八角形。從明代開始傾斜，據(jù)初步測量，塔頂部中心點距中心垂直線偏離已達2.3米（世界著名的意大利比薩斜塔，其塔頂偏離4.4米）。歷經(jīng)千年滄桑,但在政府有關(guān)部門和研究保護人員努力下,至今仍然屹立在虎丘山巔,迎接八方賓客蘇州虎丘塔地基土壓縮層厚度不均處理：在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身，獲得成功。原因：虎丘塔地基為人工地基，由大塊石組成，人工塊石填土層厚12m，西南薄，東北厚。下為粉質(zhì)粘土，呈可塑至軟塑狀態(tài)，也是西南薄，東北厚。底部即為風化巖石和基巖。塔底層直徑13.66m范圍內(nèi)，覆蓋層厚度相差3.0m。地基土壓縮層厚度不均

11、及磚砌體偏心受壓等原因，造成該塔向東北方向傾斜?；⑶鹚刭|(zhì)剖面圖 滲透破壞 Teton壩概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事?lián)p失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路原因：滲透破壞水力劈裂碰頭的筒倉 這兩個筒倉是農(nóng)場用來儲存飼料的，建于加拿大紅河谷的Agassiz （阿加西）粘土層上，由于兩筒之間的距離過近，在地基中產(chǎn)生的應力發(fā)生疊加，使得兩筒之間地基土層的應力水平較高，從而導致內(nèi)側(cè)沉降大于外側(cè)沉降，倉筒向內(nèi)傾斜。 這場官司誰打贏 廣州某百貨公司，將原來二層的職工宿舍拆建后擬建成八層的宿舍

12、樓，鄰近約1米多處有一棟移居國外老華僑的三層樓房。當百貨公司的職工宿舍樓建到四層的時候，老華僑的樓房先后出現(xiàn)地面沉降，樓面傾斜，墻身開裂等現(xiàn)象。老華僑找百貨公司的基建負責人反映問題并提出賠償，遭到了拒絕。他們認為老華僑的樓房年久失修，出現(xiàn)沉降和開裂是正常現(xiàn)象，與他們沒有任何關(guān)系，最后老華僑上訴并委托律師打官司。思考：1.為什么老華僑的樓房會出現(xiàn)沉降和裂縫，問題究竟在哪里呢？2.老華僑能否打贏這場官司？3.在工程建設(shè)中，我們應該遵循哪些工程原則？ 大量事故充分表明，必須慎重對待基礎(chǔ)工程，只有深入地了解地基情況，掌握勘察資料，經(jīng)過精心設(shè)計與施工，才能保證基礎(chǔ)工程經(jīng)濟合理，安全可靠。課程內(nèi)容多、涉及

13、的范圍廣。 需要工程地質(zhì)學、土力學的基本理論。地基的勘察、基礎(chǔ)的設(shè)計和施工方面知識。本書分兩大部分第一章第七章為土力學部分第八章第十二章為地基基礎(chǔ)的勘探、設(shè)計和施工方法。運用土力學理論解決工程設(shè)計的地基問題。 基礎(chǔ)和先導 土的物理性質(zhì) 土中應力計算工程應用 土壓力 土坡穩(wěn)定 地基承載力 基礎(chǔ)設(shè)計核心理論變形特性強度特性滲透特性土力學土力學與地基基礎(chǔ)包含哪些內(nèi)容？土力學與地基基礎(chǔ)包含哪些內(nèi)容？基礎(chǔ)設(shè)計獨立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)深基礎(chǔ)地基處理基礎(chǔ)理論變形特性強度特性滲透特性地基基礎(chǔ)1 緒論2 工程地質(zhì)概述3 土的物理性質(zhì)及工程分類4 地基應力5 地基變形性質(zhì)及地基沉降計算6 土的抗剪強度及地基承載力

14、7 土壓力與土坡穩(wěn)定性8 工程地質(zhì)勘察9 淺基礎(chǔ)設(shè)計10 樁基礎(chǔ)11 軟弱土地基處理12 區(qū)域性地基及其他土力學與地基基礎(chǔ)的主要內(nèi)容土力學與基礎(chǔ)工程包含哪些內(nèi)容？3、方法 理論實踐相結(jié)合，因為這門課是實踐性很強的學科，僅僅有書本上知識還是遠遠不夠的，必須在實踐鍛煉中才能真正提高。三、本學科的發(fā)展概況 國內(nèi)早期： 2、學習本課程的任務 學習土力學的基本原理和主要概念，運用這些原理和概念并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和施工知識，會分析和計算地基基礎(chǔ)問題。都江堰水利工程趙州石拱橋隋朝南北大運河萬里長城應縣木塔故宮 土力學與基礎(chǔ)工程既是一門古老的工程技術(shù)，由于生產(chǎn)的發(fā)展和生活上的需要，人類很早就已創(chuàng)造了自己的

15、地基基礎(chǔ)工藝。 國外： 18世紀工業(yè)革命以后，大規(guī)模的城市建設(shè)和水利、鐵路的興建面臨著許多與土有關(guān)的問題，從而促進了土力學理論的產(chǎn)生和發(fā)展。1773年，法國的庫侖(Coulomb)根據(jù)試驗創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強度公式，提出了計算擋土墻土壓力的滑楔理論。1857年，英國的朗金(Rankine)又從另一途徑提出子擋土墻土壓力理論，這對后來土體強度理論的發(fā)展起了很大的促進作用。法國布辛奈斯克(Boussinesq，1885)求得了在彈性半空間表面作用豎向集中力的應力和變形的理論解答；瑞典費蘭紐斯(Fellenius，1922)為解決鐵路坍方提出了土坡穩(wěn)定分析法。 通過許多研究者的不懈努力、經(jīng)驗積累，

16、到1925年，美國太沙基(Terzaghi)在歸納發(fā)展以往成就的基礎(chǔ)上，發(fā)表了第一本土力學(Erdbaumechanik)專著，1929年又與其他作者一起發(fā)表了工程地質(zhì)學(lngenieurgeologie)。從此土力學與基礎(chǔ)工程就作為獨立的學科而取得不斷的進展。從1936年至今，召開了多屆“國際土力學與基礎(chǔ)工程學術(shù)會議。許多國家和地區(qū)也都開展了類似的活動，交流和總結(jié)本學科新的研究成果和實踐經(jīng)驗，并定期出版土力學與基礎(chǔ)工程的雜志刊物，這些對本學科的發(fā)展都起到了推動作用。 我國在工程地質(zhì)勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場土工試驗、地基處理、新設(shè)備、新材料、新工藝的研究和應用方面，取得了很大的進展。在地基處理方面，

17、振動碾壓、振動水沖、深層攪拌、高壓旋噴、粉體噴射、真空預壓、強夯以及各種土工聚合物和托換技術(shù)等在土建、水利、橋隧、道路、港口、海洋等有關(guān)工程中得到了廣泛應用，并取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)效果。 隨著電子技術(shù)及各種數(shù)值計算方法對各學科的逐步滲透，土力學與基礎(chǔ)工程的各個領(lǐng)域都發(fā)生了深刻的變化，許多復雜的工程問題相應得到了解決，試驗技術(shù)也日益提高。我們相信，我國土力學與基礎(chǔ)工程學科也必將得到新的更大的發(fā)展。地基設(shè)計軟件地基設(shè)計及處理軟件PKPM基礎(chǔ)設(shè)計軟件教學環(huán)節(jié) 講課+習題課 (32 次 64學時)終期考試 出勤、課堂表現(xiàn)及作業(yè) 考核及成績 70% 30要求1. 必須出席，不定期點名。2. 上課積極回答問