tlxdjjc1《土力學與地基基礎》-緒論省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎課件

.091/48第一章引言(introduction)

本章提要與學習目標土力學與地基基礎是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)一門主要技術基礎課，它由兩個主要部分組成：一是相關土物理力學性質以及土強度理論、滲透理論和變形理論知識，即處理土力學各種課題基本理論和試驗研究方法；二是關于地基基礎設計與施工知識，即基礎工程學內(nèi)容。前者為后者提供處理工程問題試驗方法和理論基礎；后者含有極強技術性和應用性。所以，土力學與地基基礎是一門實踐性和理論性都比較強技術基礎課。.092/48本章學習土力學、地基及基礎概念，地基工程事故類別及特征，學科發(fā)展概況，本課程特點、內(nèi)容與學習要求。要求掌握土力學、地基及基礎概念，初步了解地基工程事故類別及特征，了解本課程特點，熟悉本課程學習內(nèi)容與要求。.093/48第一節(jié)

土力學、地基及基礎概念土（soil）—礦物或巖石碎屑組成松軟集合體。土力學（soilmechanics）—利用力學普通原理，研究土物理、化學和力學性質及土體在荷載、水、溫度等外界原因作用下工程性狀應用科學。地基與基礎（foundation）.094/48地基與基礎地基-直接承受建筑物荷載影響那一部分地層。地基-人工地基、天然地基基礎-將建筑物荷載傳遞給地基地下結構部分.095/48地基與基礎設計必須滿足兩個基本條件:①要求作用于地基荷載不超出地基承載能力，確保地基含有足夠預防整體破壞安全貯備；.096/48②控制基礎沉降使之不超出地基變形允許值;確保建筑物不因地基變形而損壞或影響其正常使用。在荷載作用下，建筑物地基、基礎和上部結構三部分彼此聯(lián)絡、相互制約。設計時應依據(jù)地質勘察資料，綜合考慮地基—基礎—上部結構相互作用與施工條件，經(jīng)過經(jīng)濟、技術此較，選取安全可靠、經(jīng)濟合理、技術先進和施工簡便地基基礎方案。.097/48地基與基礎統(tǒng)稱為基礎工程，他們是建筑物根本，其勘察、設計和施工質量好壞將直接影響到建筑物安危、經(jīng)濟和正常使用。因為基礎工程是在地下或水下進行，施工難度大，在普通高層建筑中，其造價約占總造價25%，工期約占總工期25%~30%，當需采取深基礎或人工地基時，其造價和工期所占百分比更大。.098/48巖土工程（geotechnicalengineering）以土力學、巖石力學、工程地質學和地基基礎工程學為理論基礎，處理和處理在建設過程中出現(xiàn)全部與巖土體相關工程技術問題。是一門地質與工程緊密結合新專業(yè)學科，屬于土木建筑工程范圍.099/48第二節(jié)地基工程事故類別及特征

擬建建筑物場地一旦確定，人們對其地質條件便沒有選擇余地，只能是盡可能認識它，并合理地利用或處理它。為了確保工程安全，地基土體必須滿足承載力和穩(wěn)定性要求，還必須滿足其變形（沉降和不均勻沉降）不超出建筑物允許值要求。若不滿足上述要求，就可能發(fā)生嚴重工程事故。.0910/48建筑物事故發(fā)生，不少與地基問題相關。地基過量變形或不均勻變形，使上部結構出現(xiàn)裂縫、傾斜，減弱和破壞了結構整體性，并影響到建筑物正常使用，嚴重者地基失穩(wěn)造成建筑物坍毀。地基事故可分為天然地基事故和人工地基事故兩大類。.0911/48

一、地基失穩(wěn)事故

在建筑工程中，地基失穩(wěn)后果常很嚴重，有時甚至是災難性，比如，1913年建造加拿大特朗斯康谷倉(圖1-2)，由65個圓柱形筒倉組成，高31m，寬23.5m，其下為筏板基礎，因為事前不了解基礎下埋藏有厚達16m軟粘土層，建成后首次貯存谷物時，基底壓力(320kPa)超出了地基極限承載力。致使谷倉西側突然陷入土中8.8m，東側則抬高1.5m，倉身整體傾斜26。53’。這是地基發(fā)生整體滑動、建筑物喪失穩(wěn)定性經(jīng)典范例。.0912/48加拿大谷倉.0913/48二、地基變形事故

（一）軟弱地基變形特征軟土地基沉降大且不均勻。上海展覽中心館中央大廳為框架結構，箱形基礎兩層，埋深7.27m。箱基頂面至中央大廳上面塔尖，總高96.63m。地基為淤泥質土，壓縮性很大。該館于1954年5月開工，當年年底實測平均沉降量為600mm。到1979年9月，該館累計平均沉降量為1600mm，逐步趨向穩(wěn)定。建筑物嚴重下沉使室內(nèi)外地坪高差大，行走不便，室外散水倒坡、雨水積聚，尤其是上下水通、照明、通信、動力電纜內(nèi)外連接管網(wǎng)折斷。.0914/48意大利比薩斜塔比如，世界著名意大利比薩斜塔，1173年開工，高約55m，因地基壓縮層不均、排水遲緩，北側下沉lm多，南側下沉近3m。1932年曾灌注1000t水泥，也末奏效，每年仍下沉約lmm。當前正在處理之中。.0915/48

（二）不均勻沉降對上部結構產(chǎn)生影響不均勻沉降對上部結構產(chǎn)生影響表現(xiàn)在以下方面：1．磚墻開裂。2．磚柱斷裂。3．鋼筋混凝土柱傾斜或開裂。4．高聳構筑物傾斜。.0916/48（三）地基濕陷變形對上部結構產(chǎn)生影響地基濕陷變形對上部結構產(chǎn)生影響表現(xiàn)在以下方面：1．基礎及上部結構開裂。黃土地基濕陷性引發(fā)房屋下沉量大，墻體裂縫大，并開展快速。2．傾斜。濕陷變形只出現(xiàn)在受水浸濕部位，而沒有浸水部位則基本不動，從而形成沉降差，因而整體剛度較大房屋和構筑物（如煙囪，水塔等）易發(fā)生傾斜。3．折斷。當?shù)鼗龅蕉嗵帩裣輹r，基礎往往產(chǎn)生較大彎曲變形，引發(fā)房屋基礎和管道折斷，當給排水干管折斷對，對周圍建筑物還會組成更大危害。.0917/48美國紐約水泥倉庫超載傾倒.0918/48日本新瀉1964年大地震3號公寓傾斜.0919/48（四）地基脹縮變形對上部結構產(chǎn)生影響

地基脹縮變形對上部結構產(chǎn)生影響表現(xiàn)在以下方面：1．建筑物開裂破壞普通含有地域性成群出現(xiàn)特征。建筑物大部分是在建成后三五年，甚至一二十年后才出現(xiàn)開裂，也有少部分在施工期就開裂，主要是受地基含水量、場地地形、地貌，工程與水文地質條件、氣候、施工等綜合原因影響。比如，四川成都尤潭區(qū)三級階地上房屋，大多數(shù)在建成五六年后出現(xiàn)了地基干濕改變，造成建筑物開裂、變形，尤其以平房和三層以下建筑物最為普遍和嚴重。.0920/48

2．遇水膨脹、失水收縮引發(fā)墻體開裂。墻體裂縫有正、倒八字形，X形，還有水平縫及局部斜裂縫，伴隨脹縮重復交替出現(xiàn)，墻體可能發(fā)生擠碎或錯位。3．在地質條件相同情況下房屋開裂破壞。這種破壞以單層、二層房屋較多，三層房屋較少、較輕，單層房屋尤以單層民用房屋開裂最為普遍，其破壞率占單層建筑物總數(shù)85%。二層房屋破壞率為２５％～３０％。三層房屋普通略有輕微變形開裂破壞，其破壞率約為５%～１０%，因為基礎形式不一樣，房屋開裂也不一樣，條形基礎破壞較單獨基礎破壞更為普遍。.0921/48

４．外墻與內(nèi)墻交界處破壞。５．室內(nèi)地坪開裂，尤其是空闊房屋或外廊式房屋地坪易出現(xiàn)縱向裂縫。.0922/48（五）地基凍脹、融陷變形對上部結構產(chǎn)生影響

當基礎埋深淺于凍結深度對，在基礎側面作用著切向凍脹力，在基底作用著法向凍脹力。假如基礎上荷載F和自重G不足以平衡法向和切向凍脹力，基礎就被抬起來，融化時，凍脹力消失，冰變成水，土強度降低，基礎產(chǎn)生融陷，不論上抬還是融陷，普通都是不均勻，其結果必定造成建筑開裂破壞，比如，河北省崇禮縣某住宅樓，上凍前地下室施工完成，只進行了外側回填，地下室內(nèi)沒有采取任何保溫辦法，第二年開春發(fā)覺大部分有門洞口圈梁出現(xiàn)裂縫，最寬達８mm，最終不得不加固補強，建筑物因地基凍融產(chǎn)生破壞現(xiàn)象.0923/48三、斜坡失穩(wěn)引發(fā)地基事故

（一）斜坡失穩(wěn)特征（１）斜坡失穩(wěn)常以滑坡形式出現(xiàn)，滑坡規(guī)模差異很大，滑坡體積從數(shù)百立方米到數(shù)百萬立方米，對工程危害極大。（２）滑坡能夠遲緩、長久，也能夠是突然發(fā)生，以每秒幾米甚至幾十米速度下滑。古滑坡能夠因外界條件改變而激發(fā)新滑坡。比如某工程，擴建于江岸邊轉角處一個古滑坡體上，因為江水沖刷坡腳以及工廠投產(chǎn)后排水和堆放荷載影響，先后在古滑坡上發(fā)生了十個新滑坡，嚴重影響該廠正常生產(chǎn)。.0924/48香港寶成大廈被滑坡沖垮.0925/48

（二）斜坡上房屋穩(wěn)定性破壞類型因為房屋位于斜坡上位置不一樣，所以斜坡出現(xiàn)滑動，對房屋產(chǎn)生危害也不一樣，大致可分為以下三類：（１）房屋位于斜坡頂部時，從頂部形成滑坡，發(fā)生土從房屋下擠出，地基土松動，房屋出現(xiàn)不均勻沉降，造成開烈損壞或傾斜。.0926/48

（２）房屋位于斜坡上，在滑坡情況下，房屋下土發(fā)生移動，部分土繞過房屋基礎移動，在這種情況下，不論是作用在基礎上滑動土土壓力，還是基礎在平面上不一樣位移都可能引發(fā)房屋所不允許變形，造成房屋破壞。.0927/48

（３）房屋位于斜坡下部，房屋經(jīng)受滑動土體側壓力，對房屋造成危害程度與滑坡規(guī)模，滑動土體相關，事故經(jīng)常是災難性，比如，1972年6月，香港下起了特大暴雨，雨量達1658.6mm。7月18日晨7點，山坡發(fā)生大滑坡，幾萬立方米土體下滑巨大沖擊力經(jīng)過一座位于山坡上高層住宅——寶城大廈。頃刻之間，大廈被沖垮，并砸毀鄰近大樓一角。在此居住銀行界人士120人當場死亡，引發(fā)西方世界極大震驚。.0928/48第三節(jié)本學科發(fā)展概況土力學與基礎工程既是一門古老工程技術，又是一門新型應用科學。因為生產(chǎn)發(fā)展和生活上需要，人類很早就己創(chuàng)造了自己地基基礎工藝。.0929/48遠如我國都江堰水利工程、舉世聞名萬里長城、隋朝南北大運河、黃河大堤、趙州石拱橋以及許許多多遍布全國各地宏偉壯麗宮殿寺院、巍然屹立高塔等等，都是因為奠基牢靠，即使經(jīng)歷了無數(shù)次強震、強風而安然無悉。.0930/48我國木樁基礎使用更是源遠流長。如河姆渡文化遺址中發(fā)覺7000年前錢塘江南岸沼澤地帶木構建筑下木樁為世所罕見，公元前532年在今山西汾水上建成三十墩柱木柱梁橋(《水經(jīng)注》)、以及秦代所建渭橋(公元前221一公元206年，《三輔黃圖》)等也都為木樁基礎，再如鄭州隋朝超化寺打入淤泥塔基木樁《法苑珠林》)、杭州灣五代大海塘工程木樁等都是我國古代樁基礎技術應用典范，雄辯地證實了我國古代勞感人民在工程實踐中積累了豐富土力學與基礎工程知識。.0931/48土力學發(fā)展概況1773年，法國科學家C.A.Coulomb創(chuàng)建砂土抗剪強度公式，提出擋土墻土壓力滑動楔體理論1856年，法國工程師H.Darcy研究砂土透水性，提出層流運動darcy定律1857年，W.J.M.Rankine，從另一路徑研究了擋土墻土壓力理論1867年，捷克E.Winkler提出了鐵軌下任一點接觸壓力與該點沉降成正比假設1885年，法國Boussinesq求得了半無限彈性體在豎向集中荷載作用下應力與變形理論解答.0932/4820世紀20年代后土力學大發(fā)展1915年，瑞典彼得森（Petterson）首先提出，后由瑞典費倫紐斯（Fellenius）及美國泰勒（Taylor）深入發(fā)展了土坡穩(wěn)定分析整體圓弧滑動面法。1920年，法國學者普朗特爾（Prandtl）發(fā)表了地基剪切破壞時滑動面形狀和極限承載力公式1925年，K.Terzaghi出版了《土力學》一書1962年，中國召開第一屆國際土力學與基礎工程會議.0933/48解放后。我國在建筑工程中成功地處理了許多大型和復雜基礎工程。比如，利用電化學加固處理中國歷史博物館地基，處理了施工期短、質量要求高困難；尤其是在萬里長江上建成十多座長江大橋(武漢、南京長江大橋等)及其它巨大工程中，采取管柱基礎、氣筒浮運沉井基礎等，成功地處理了水深流急、地質復雜基礎工程問題；.0934/48

近年來，我國在巖土工程勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場土工試驗、地基處理、新設備、新材料、新工藝研究和應用方面，取得了很大進展。在地基處理方面，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等在土建、水利、橋隧、道路、港口、海洋等相關工程中得到了廣泛應用，并取得了很好經(jīng)濟技術效果。.0935/48第四節(jié)本課程特點、內(nèi)容與學習要求

本課程包含土力學(專業(yè)基礎)和基礎工程(專業(yè))兩部分，是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)一門主干課程。其包括到工程地質學、土力學、結構設計和施工等幾個學科領域，內(nèi)容廣泛，綜合性、理論性和實踐性很強。從工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)要求出發(fā)，學習時牢靠地掌握土應力、變形、強度和地基計算等土力學基本原理，并能應用這些基本概念和原理，結合相關結構理論和施工知識，分析和處理地基基礎問題。.0936/48全書共分為三篇十三章。第1章為緒論。上篇包含第2章至第6章，介紹了土力學基本原理和計算方法，分別為土物理性質及工程分類、土中應力分布與計算、土壓縮性與地基沉降計算、土滲透性與滲透變形計算、土抗剪強度；.0937/48中篇包含第7章至第9章，介紹了土力學基本原理在工程中應用，分別為土壓力與擋土墻設計、土坡穩(wěn)定分析和地基承載力；.0938/48下篇包含第10章至第13章，介紹了地基基礎設計與施工技術，分別為淺基礎設計、樁基礎及其它深基礎、特殊地基、地基處理。.0939/48在本課程學習中，必須自始至終抓住土變形、強度和穩(wěn)定性問題這一主要線索，并尤其注意認識土多樣性和易變性等特點。另外，還必須掌握相關土工試驗技術及地基勘察知識，對建筑場地工程地質條件作出正確評價，才能利用土力學基本知識去正確處理基礎工程中疑難問題。.0940/48本課程與材料力學、結構力學、彈性理論、建筑材料、建筑結構及工程地質等有著親密關系，本書在包括到這些學科相關內(nèi)容時僅引述其結論，要求了解其意義及應用條件，而不把注意力放在公式推導上。另外，基礎工程幾乎找不到完全相同實例，在處理基礎工程問題時，必須利用本課程基本原理，深入調查研究，針對不一樣情況進行詳細分析。所以，在學習時必須注意理論聯(lián)絡實際，才能提升分析問題和處理問題能力。.0941/48教材.0942/48參考文件[1]王杰，土力學與基礎工程，北京：中國建筑工業(yè)出版社，[2]楊小平，建筑地基基礎，廣州：華南理工大學出版社，[3]周景星，基礎工程，北京：清華大學出版社，[4]席永慧，土力學與基礎工程，上海：同濟大學出版社，[5]趙明華，基礎工程，北京：高等教育出版社，[6]李相然，土力學應試指導，北京：中國建材工業(yè)出版社，[7]孔軍，土力學與地基基礎，北京：中國電力出版社，[8]陳書申，陳曉平主編，土力學與地基基礎，武漢：武漢理工大學出版社，.0943/48[9]陳希哲，土力學地基基礎，北京：清華大學出版社，[10]趙明華，土力學與基礎工程（第2版），武漢：武漢理工大學出版社，[11]中華人民共和國建設部