第一章土力學(xué)與基礎(chǔ)工程概論

1、地基基礎(chǔ)的重要性地基基礎(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)的變形問題一、與土或土體有關(guān)的變形問題 二、與土或土體有關(guān)的強度問題二、與土或土體有關(guān)的強度問題 三、與土或土體有關(guān)的滲透變形問題三、與土或土體有關(guān)的滲透變形問題是意大利比薩城大教堂的是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓，是比薩城的標志。獨立式鐘樓，是比薩城的標志。 比薩斜塔是舉世聞名的建比薩斜塔是舉世聞名的建筑物傾斜的典型實例。筑物傾斜的典型實例。 在建筑的過程中就已出現(xiàn)在建筑的過程中就已出現(xiàn)傾斜，原

2、本是一個建筑敗筆，傾斜，原本是一個建筑敗筆，卻因禍得福成為世界建筑奇觀。卻因禍得福成為世界建筑奇觀。 伽利略的自由落體試驗更伽利略的自由落體試驗更使其蜚聲世界，成為世界著名使其蜚聲世界，成為世界著名旅游觀光圣地。旅游觀光圣地。 一、變形問題一、變形問題意大利比薩斜塔意大利比薩斜塔 始建于始建于1173年，年，60米高。米高。1271年建成。年建成。平均沉降平均沉降2米，最大沉米，最大沉降降4米。傾斜米。傾斜5.5 ，頂，頂部偏心部偏心5.27米米 但隨著時間的推移，但隨著時間的推移，斜塔傾斜角度的逐漸斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個世紀九加大，到上個世紀九十年代，已瀕于倒塌。十年代，已瀕于倒塌。

3、比薩斜塔-不均勻沉降的典型原因：原因：地基持力層為粉砂，下地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強面為粉土和粘土層，強度低，變形大。度低，變形大。比薩斜塔-不均勻沉降的典型原因：是由于它地基下原因：是由于它地基下面土層的特殊性造成的。面土層的特殊性造成的。其下有好幾層不同材質(zhì)其下有好幾層不同材質(zhì)的土層，各種軟質(zhì)粉土的土層，各種軟質(zhì)粉土的沉淀物和非常軟的粘的沉淀物和非常軟的粘土相間形成，而在深約土相間形成，而在深約一米的地方則是地下水一米的地方則是地下水層。最新的挖掘表明，層。最新的挖掘表明，鐘樓建造在了古代的海鐘樓建造在了古代的海岸邊緣，岸邊緣， 因此土質(zhì)在建造時因此土質(zhì)在建造時便已經(jīng)沙化和下

4、沉。便已經(jīng)沙化和下沉。 1838-18391838-1839：挖環(huán)形基坑卸載：挖環(huán)形基坑卸載1933-19351933-1935：基坑防水處理：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固19901990年年1 1月月: : 封閉封閉19921992年年7 7月：加固塔身，用壓重月：加固塔身，用壓重 法和取土法進行地法和取土法進行地 基處理基處理 目目 前前 : : 已向游人開放。已向游人開放。 19861986年：開工年：開工19901990年：人工島完成年：人工島完成19941994年：機場運營年：機場運營面積：面積：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：180180101

5、06 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m世界最大的人工島世界最大的人工島日本日本 關(guān)西機場關(guān)西機場問題：沉降大且不均勻問題：沉降大且不均勻 設(shè)計沉降：設(shè)計沉降：5.7-7.5 m 完成時完成時(1990年年)實際沉降：實際沉降：8.1 m，5cm/月月 預(yù)測主固結(jié)需：預(yù)測主固結(jié)需：20年年 比設(shè)計多超填：比設(shè)計多超填：3m上海展覽中心上海展覽中心地基嚴重下沉地基嚴重下沉墨西哥市藝術(shù)宮墨西哥市藝術(shù)宮地基土為超高壓縮性土。地基土為超高壓縮性土。天然孔隙比天然孔隙比712，天，天然含水量然含水量150600，為世界罕見的軟弱為世界罕見的軟弱土，層厚土，層厚25m。下沉達下沉達4m，旁邊的

6、道，旁邊的道路下沉路下沉2m。廣州地鐵三號線廣州地鐵三號線附近居民樓傾斜附近居民樓傾斜一、強度問題一、強度問題加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 事故：事故：19131913年年9 9月裝谷物，月裝谷物，1010月月17 17 日裝了日裝了3182231822谷物時，谷物時，1 1小時豎向沉降達小時豎向沉降達30.5cm30.5cm2424小時傾斜小時傾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 東端上抬東端上抬1.52m1.52m上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損概況：長概況：長59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565個

7、圓筒倉。個圓筒倉。 鋼混筏板基礎(chǔ)，厚鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 19111911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 原因：原因：地基土事先未進行調(diào)查，只根地基土事先未進行調(diào)查，只根據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗結(jié)果，計算地基承載力應(yīng)用驗結(jié)果，計算地基承載力應(yīng)用到此谷倉。到此谷倉。19521952年經(jīng)勘察試驗?zāi)杲?jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。于谷倉破壞時發(fā)

8、生的基底壓力。因此，因此，谷倉地基因超載發(fā)生強谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。度破壞而滑動。處理：處理：事后在下面做了事后在下面做了7070多個支撐于基巖上的混凝土墩。多個支撐于基巖上的混凝土墩。使用使用388388個個50t50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來。千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來。但其位置比原來降低了米。但其位置比原來降低了米。 2653失事后1913.10.181952.10.5 試驗孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 試驗孔加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 19401940年在軟粘年在軟粘土地

9、基上的某土地基上的某水泥倉的傾覆水泥倉的傾覆某水泥倉的傾覆某水泥倉的傾覆藍粘土藍粘土石頭和粘土石頭和粘土地基土可能的滑動方向地基土可能的滑動方向巖石辦公樓外墻辦公樓外墻黃粘土黃粘土水泥倉地基水泥倉地基整體破壞整體破壞原因：原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土土體滑動力超過土的強度的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。，于是山坡土體發(fā)生滑動。Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后液化：液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變成流動狀態(tài)的松砂地基在振動荷載作用下

10、喪失強度變成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象一種現(xiàn)象神戶碼頭：神戶碼頭：地震引起大面積砂地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和很大的側(cè)向變形和沉降，沉降，大量的建筑物倒塌大量的建筑物倒塌或遭到嚴重損傷或遭到嚴重損傷地基液化造成的路面塌陷地基液化造成的路面塌陷TetonTeton壩（美國）壩（美國）損失損失直接直接80008000萬美元，萬美元，起訴起訴55005500起，起，死死1414人，人，受災(zāi)受災(zāi)2.52.5萬人，萬人，6060萬畝土地，萬畝土地，3232公里鐵路被沖公里鐵路被沖三、滲透問題三、滲透問題TetonTeton壩滲流破壞過程壩滲流破壞過程原因原因滲透破壞：沖蝕滲透

11、破壞：沖蝕水力劈裂水力劈裂造成土體管涌或直造成土體管涌或直接對槽底松土產(chǎn)生接對槽底松土產(chǎn)生管涌管涌 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。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。12：00過后坍塌口加寬失事現(xiàn)場目前的狀況F 加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn)加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn)F 香港寶城滑坡香港寶城滑坡F 阪神等大地震中地基液化阪神等大地震中地基液化強度問題強度問題F 意大利比薩斜塔意大利比薩斜塔F 蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔F 日本關(guān)西機場日本關(guān)西機場變形問題變形問題F 美國美國TetonTeton壩失事壩失

12、事滲透問題滲透問題目目 錄錄E1 1、緒論、緒論E2 2、土的物理性質(zhì)及工程分類、土的物理性質(zhì)及工程分類E3 3、土中應(yīng)力計算、土中應(yīng)力計算E4 4、土的壓縮性和地基沉降計算、土的壓縮性和地基沉降計算E5 5、土的抗剪強度、土的抗剪強度E6 6、土壓力和土坡穩(wěn)定、土壓力和土坡穩(wěn)定E7 7、淺基礎(chǔ)設(shè)計、淺基礎(chǔ)設(shè)計E8 8、樁基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)1、緒論緒論E1.1 土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的定義土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的定義E1.2 本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和要求本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和要求E1.3 本學(xué)科發(fā)展概況本學(xué)科發(fā)展概況E1.4 與土力學(xué)有關(guān)的工程問題與土力學(xué)有關(guān)的工程問題1.1 土力學(xué)、地基

13、及基礎(chǔ)概念土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)概念土力學(xué)土力學(xué)工程力學(xué)的一個分支，用于工程力學(xué)的一個分支，用于研究土體的應(yīng)力、變形、強度、滲流和長期研究土體的應(yīng)力、變形、強度、滲流和長期穩(wěn)定性的一門學(xué)科。穩(wěn)定性的一門學(xué)科。地地 基基 種種 類類 天然地基天然地基 未經(jīng)人工處理就可滿足設(shè)計要求的地基。未經(jīng)人工處理就可滿足設(shè)計要求的地基。 人工地基人工地基 地層承載力不能滿足設(shè)計要求，需進行加地層承載力不能滿足設(shè)計要求，需進行加固處理的地基。固處理的地基。 基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 種種 類類 淺基礎(chǔ)淺基礎(chǔ) 埋深埋深35m, ,只需挖槽、排水等普通施工只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基礎(chǔ)。程序即可建造的基礎(chǔ)。 深基礎(chǔ)深基礎(chǔ)

14、 借助于特殊施工方法建造的基礎(chǔ)。如借助于特殊施工方法建造的基礎(chǔ)。如樁基、樁基、墩基、沉井和地下連續(xù)墻墩基、沉井和地下連續(xù)墻。 地基與基礎(chǔ)設(shè)計的基本條件地基與基礎(chǔ)設(shè)計的基本條件 作用于地基上的荷載效應(yīng)不得超過地基容作用于地基上的荷載效應(yīng)不得超過地基容 許許承載力承載力值。值。 基礎(chǔ)沉降不得超過地基基礎(chǔ)沉降不得超過地基變形變形容許值。容許值。 具有足夠具有足夠防止失穩(wěn)破壞防止失穩(wěn)破壞的安全儲備。的安全儲備。1.2 本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和要求本課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和要求 本課程是土木工程專業(yè)的一門本課程是土木工程專業(yè)的一門主干專業(yè)主干專業(yè)課程課程，涉及地質(zhì)學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工等幾個，涉及地質(zhì)學(xué)、結(jié)構(gòu)

15、設(shè)計和施工等幾個學(xué)科領(lǐng)域。學(xué)科領(lǐng)域。1. 相關(guān)知識：相關(guān)知識：材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、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)、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)工程地質(zhì)2. 研究對象：各向異性土體研究對象：各向異性土體3. 研究重點：土的研究重點：土的變形、強度、穩(wěn)定性變形、強度、穩(wěn)定性研究內(nèi)容研究內(nèi)容 研究與工程建筑有關(guān)的土的變形和強度特性，并據(jù)此計算土體的固結(jié)與穩(wěn)定，為各項專門工程服務(wù)。 應(yīng)力分布理論地基變形計算滲透固結(jié)理論土壓力計算土坡穩(wěn)定性分析地基承載力計算強度破壞理論有效應(yīng)力原理F 注意土的基本特點：通過與其它材料對比注意土的基本特點：通過與其它材料對比F 注重理論聯(lián)系實際

16、：通過現(xiàn)場觀察與試驗注重理論聯(lián)系實際：通過現(xiàn)場觀察與試驗F 注重正確學(xué)習(xí)方法注重正確學(xué)習(xí)方法 - - 概念，原理，方法概念，原理，方法 - - 內(nèi)容間聯(lián)系內(nèi)容間聯(lián)系 - - 要記憶，但不能死記要記憶，但不能死記1.3 本學(xué)科發(fā)展概況本學(xué)科發(fā)展概況 1818世紀世紀 土力學(xué)理論的產(chǎn)生和發(fā)展土力學(xué)理論的產(chǎn)生和發(fā)展 17731773年年 法國的庫侖（法國的庫侖（CoulombCoulomb）-砂土抗剪強度理論砂土抗剪強度理論 與土壓力理論與土壓力理論 18571857年年 英國朗肯英國朗肯朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 18851885年年 法國布新奈斯克（法國布新奈斯克（BoussinesqBous

17、sinesq）彈性半空間解彈性半空間解 19251925年年 美國太沙基美國太沙基土力學(xué)土力學(xué)專著與有效應(yīng)力原理專著與有效應(yīng)力原理 土力學(xué)土力學(xué)學(xué)科發(fā)展概況學(xué)科發(fā)展概況 本學(xué)科研究領(lǐng)域本學(xué)科研究領(lǐng)域20世紀世紀60年代年代70年代年代區(qū)域性土分布和特性區(qū)域性土分布和特性地基處理技術(shù)地基處理技術(shù)水利、鐵道和礦井等工程建設(shè)70年代年代80年代年代基礎(chǔ)工程、圍護體系的穩(wěn)定基礎(chǔ)工程、圍護體系的穩(wěn)定和變形和變形復(fù)合地基新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用復(fù)合地基新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測及地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測及巖土工程測試技術(shù)巖土工程測試技術(shù)建筑工程、市政工程和交通工程建設(shè)90年代后年代后巖土工程巖土工程計算

18、機分析計算機分析巖土工程可靠度分析巖土工程可靠度分析環(huán)境巖土工程環(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)等特殊巖土工程問題特殊巖土工程問題 隨著工程地質(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、新測試技術(shù)等研究和應(yīng)用進展以及有關(guān)基礎(chǔ)工程各種設(shè)計與施工、質(zhì)量檢測的規(guī)范規(guī)程日臻完善，為我國基礎(chǔ)工程設(shè)計與施工做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量提供了理論與實踐依據(jù)。 近年來近年來1 1.4 與土力學(xué)有關(guān)的工程問題與土力學(xué)有關(guān)的工程問題1 1、土三個方面的應(yīng)用、土三個方面的應(yīng)用 建筑物地基建筑物地基土作為構(gòu)筑物的環(huán)境土作為構(gòu)筑物的環(huán)境土工建筑材料土工建筑材料土土建筑建筑橋梁橋梁地鐵隧道地鐵隧道邊坡邊坡道路道路大壩大壩2、與土有關(guān)的工程、與土有關(guān)的工程臺北101 目前為世界上最高建筑，高508m，共101層，位