第一章土力學(xué)與基礎(chǔ)工程概論

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程SoilMechanicsandFoundationEngineering

地基基礎(chǔ)的重要性地基與基礎(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!

與土有關(guān)的典型工程失敗案例一、與土或土體有關(guān)的變形問(wèn)題二、與土或土體有關(guān)的強(qiáng)度問(wèn)題三、與土或土體有關(guān)的滲透變形問(wèn)題——是意大利比薩城大教堂的獨(dú)立式鐘樓，是比薩城的標(biāo)志。比薩斜塔是舉世聞名的建筑物傾斜的典型實(shí)例。在建筑的過(guò)程中就已出現(xiàn)傾斜，原本是一個(gè)建筑敗筆，卻因禍得福成為世界建筑奇觀。伽利略的自由落體試驗(yàn)更使其蜚聲世界，成為世界著名旅游觀光圣地。

一、變形問(wèn)題——意大利比薩斜塔

始建于1173年，60米高。1271年建成。平均沉降2米，最大沉降4米。傾斜5.5，頂部偏心5.27米但隨著時(shí)間的推移，斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個(gè)世紀(jì)九十年代，已瀕于倒塌。比薩斜塔-不均勻沉降的典型原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度低，變形大。比薩斜塔-不均勻沉降的典型原因：是由于它地基下面土層的特殊性造成的。其下有好幾層不同材質(zhì)的土層，各種軟質(zhì)粉土的沉淀物和非常軟的粘土相間形成，而在深約一米的地方則是地下水層。最新的挖掘表明，鐘樓建造在了古代的海岸邊緣，因此土質(zhì)在建造時(shí)便已經(jīng)沙化和下沉。1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進(jìn)行地基處理目前:已向游人開(kāi)放。處理措施比薩斜塔蘇州虎丘塔概況：建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。問(wèn)題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線達(dá)2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn)建筑物。原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層，產(chǎn)生不均勻沉降。處理：在四周建造圈樁排式地下連續(xù)墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和打設(shè)樹(shù)根樁加固塔身。1986年：開(kāi)工1990年：人工島完成1994年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工島日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)關(guān)西機(jī)場(chǎng)問(wèn)題：沉降大且不均勻設(shè)計(jì)沉降：5.7-7.5m完成時(shí)(1990年)實(shí)際沉降：8.1m，5cm/月預(yù)測(cè)主固結(jié)需：20年比設(shè)計(jì)多超填：3m上海展覽中心地基嚴(yán)重下沉墨西哥市藝術(shù)宮地基土為超高壓縮性土。天然孔隙比7～12，天然含水量150％～600％，為世界罕見(jiàn)的軟弱土，層厚25m。下沉達(dá)4m，旁邊的道路下沉2m。廣州地鐵三號(hào)線附近居民樓傾斜一、強(qiáng)度問(wèn)題——加拿大特朗斯康谷倉(cāng)事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822Ｔ谷物時(shí)，1小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm24小時(shí)傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m

東端上抬1.52m上部鋼混筒倉(cāng)完好無(wú)損概況：長(zhǎng)59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個(gè)圓筒倉(cāng)。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。

1911年動(dòng)工，1913年完工，自重20000T。加拿大特朗斯康谷倉(cāng)加拿大特朗斯康谷倉(cāng)原因：地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，只根據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開(kāi)挖取土試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算地基承載力應(yīng)用到此谷倉(cāng)。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉(cāng)破壞時(shí)發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉(cāng)地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。處理：事后在下面做了70多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩。使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉(cāng)體逐漸糾正過(guò)來(lái)。但其位置比原來(lái)降低了４米。2653失事后1913.10.181952.10.5

試驗(yàn)孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3試驗(yàn)孔加拿大特朗斯康谷倉(cāng)1940年在軟粘土地基上的某水泥倉(cāng)的傾覆某水泥倉(cāng)的傾覆藍(lán)粘土石頭和粘土地基土可能的滑動(dòng)方向巖石辦公樓外墻黃粘土水泥倉(cāng)地基

整體破壞PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港寶城滑坡原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過(guò)一幢高層住宅--寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角。死亡６7人。Early1972滑坡前July1972滑坡后阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振動(dòng)荷載作用下喪失強(qiáng)度變成流動(dòng)狀態(tài)的一種現(xiàn)象神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷地基液化造成的路面塌陷阪神大地震中的地基液化1964年日本新瀉地震地基的大面積液化土壩，高90m，長(zhǎng)1000m，1975年建成次年6月失事Teton壩（美國(guó)）損失直接8000萬(wàn)美元，起訴5500起，死14人，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路被沖三、滲透問(wèn)題——Teton壩滲流破壞過(guò)程原因

滲透破壞：沖蝕——水力劈裂造成土體管涌或直接對(duì)槽底松土產(chǎn)生管涌1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開(kāi)始沖擊壩趾處的設(shè)施。12：00過(guò)后坍塌口加寬失事現(xiàn)場(chǎng)目前的狀況加拿大特朗斯康谷倉(cāng)地基失穩(wěn)香港寶城滑坡阪神等大地震中地基液化強(qiáng)度問(wèn)題案例總結(jié)意大利比薩斜塔蘇州虎丘塔日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)變形問(wèn)題美國(guó)Teton壩失事滲透問(wèn)題目錄1、緒論2、土的物理性質(zhì)及工程分類3、土中應(yīng)力計(jì)算4、土的壓縮性和地基沉降計(jì)算5、土的抗剪強(qiáng)度6、土壓力和土坡穩(wěn)定7、淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)8、樁基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)1、緒論1.1

土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的定義1.2

本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和要求1.3

本學(xué)科發(fā)展概況1.4

與土力學(xué)有關(guān)的工程問(wèn)題1.1

土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)概念土力學(xué)——工程力學(xué)的一個(gè)分支，用于研究土體的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度、滲流和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的一門學(xué)科。地基種類天然地基

——未經(jīng)人工處理就可滿足設(shè)計(jì)要求的地基。

人工地基

——地層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行加固處理的地基。

基礎(chǔ)種類淺基礎(chǔ)

——埋深3～5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)

——借助于特殊施工方法建造的基礎(chǔ)。如樁基、墩基、沉井和地下連續(xù)墻。

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本條件

作用于地基上的荷載效應(yīng)不得超過(guò)地基容許承載力值?；A(chǔ)沉降不得超過(guò)地基變形容許值。具有足夠防止失穩(wěn)破壞的安全儲(chǔ)備。1.2

本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和要求

本課程是土木工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，涉及地質(zhì)學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工等幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。相關(guān)知識(shí)：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)研究對(duì)象：各向異性土體研究重點(diǎn)：土的變形、強(qiáng)度、穩(wěn)定性研究?jī)?nèi)容研究與工程建筑有關(guān)的土的變形和強(qiáng)度特性，并據(jù)此計(jì)算土體的固結(jié)與穩(wěn)定，為各項(xiàng)專門工程服務(wù)。

注意土的基本特點(diǎn)：通過(guò)與其它材料對(duì)比注重理論聯(lián)系實(shí)際：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察與試驗(yàn)注重正確學(xué)習(xí)方法-概念，原理，方法

-內(nèi)容間聯(lián)系

-要記憶，但不能死記學(xué)習(xí)方法土力學(xué)的研究必須注意土的本質(zhì)特性。土力學(xué)的研究必須注意實(shí)踐性。土力學(xué)的研究必須注意工程實(shí)用性。土力學(xué)是一門偏于計(jì)算的學(xué)科。學(xué)習(xí)方法牢固掌握有效應(yīng)力原理的本質(zhì)及其在土力學(xué)中的應(yīng)用。重點(diǎn)掌握三大理論的實(shí)質(zhì)及其應(yīng)用。掌握土體變形與強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定方法及在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。掌握土的動(dòng)力特性的基本概念。學(xué)習(xí)要求1.3

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(guó)的庫(kù)侖（Coulomb）--砂土抗剪強(qiáng)度理論與土壓力理論1857年英國(guó)朗肯—朗肯土壓力理論1885年法國(guó)布新奈斯克（Boussinesq）—彈性半空間解1925年美國(guó)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)展概況本學(xué)科研究領(lǐng)域20世紀(jì)60年代～70年代區(qū)域性土分布和特性地基處理技術(shù)水利、鐵道和礦井等工程建設(shè)70年代～80年代基礎(chǔ)工程、圍護(hù)體系的穩(wěn)定和變形復(fù)合地基新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測(cè)及巖土工程測(cè)試技術(shù)建筑工程、市政工程和交通工程建設(shè)90年代后巖土工程計(jì)算機(jī)分析巖土工程可靠度分析環(huán)境巖土工程城市地鐵、越江越海地下隧道、超高層建筑超深基礎(chǔ)及特大橋超深基坑工程建設(shè)等特殊巖土工程問(wèn)題隨著工程地質(zhì)勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)、地基處理、新設(shè)備、新材料、新工藝、新測(cè)試技術(shù)等研究和應(yīng)用進(jìn)展以及有關(guān)基礎(chǔ)工程各種設(shè)計(jì)與施工、質(zhì)量檢測(cè)的規(guī)范規(guī)程日臻完善，為我國(guó)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與施工做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量提供了理論與實(shí)踐依據(jù)。近年來(lái)1.4

與土力學(xué)有關(guān)的工程問(wèn)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)的工程臺(tái)北101目前為世界上最高建筑，高508m，共101層，位于臺(tái)北信義區(qū)。

迪拜大廈阿聯(lián)酋迪拜正