緒論土、土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念

1、 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)第一章 緒論一、 土、土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念 土力學(xué)是主要研究地基土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性，研究基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論的一門(mén)學(xué)科。 1.土是巖石經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物等風(fēng)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(yùn)、沉積 風(fēng)化巖石因物理風(fēng)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(fēng)蝕蘑菇土的類(lèi)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(xué)中的土(1)土的固體顆粒之間是分散的，無(wú)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(qiáng)度比顆粒

2、本身的強(qiáng)度要小的多，土具有壓縮性和土顆粒之間具有相對(duì)可移動(dòng)性。土有以下幾個(gè)特性：2.土力學(xué)的概念 土力學(xué)是用力學(xué)知識(shí)和土工測(cè)試技術(shù)、研究土的物理力學(xué)性質(zhì)，研究土的變形及強(qiáng)度規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。 由于土具有復(fù)雜的工程特性，目前在解決土工問(wèn)題時(shí)，是靠現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)輔助理論計(jì)算。因此在土力學(xué)中有大量的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和許多近似計(jì)算方法，還不能像其它學(xué)科一樣，有系統(tǒng)的理論和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)公式，土力學(xué)是來(lái)源于實(shí)踐的學(xué)科。 研究巖石力學(xué)特性的學(xué)科稱(chēng)為巖石力學(xué);土力學(xué)和巖石力學(xué)又統(tǒng)稱(chēng)為巖土力學(xué)。環(huán)境土力學(xué)（主要研究環(huán)境問(wèn)題如沙漠土、滑坡、海岸災(zāi)害、火山、地震等），海洋土力學(xué)（研究海洋采油鉆井平臺(tái)的修建、海底采礦、海岸

3、工程以及水上水下建筑），凍土力學(xué)、土動(dòng)力學(xué)。 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(dāng) d5m 或db（基礎(chǔ)寬度）為淺基礎(chǔ)。 當(dāng)d5m或d（45）b為深基礎(chǔ)。 淺基礎(chǔ)的形式有很多，如單獨(dú)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(chēng)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(jì)不盡要使基礎(chǔ)本身滿足強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求；還要滿足地基對(duì)承載力和變形的要求，即地基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并不產(chǎn)生過(guò)大的沉降和不均勻沉降，因此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)又統(tǒng)稱(chēng)為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

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(jì)，不僅與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)有關(guān)，還與力學(xué)特別是土力學(xué)有密切關(guān)系。深基礎(chǔ)（樁基礎(chǔ)）下面為常見(jiàn)的幾種基礎(chǔ)形式條形基礎(chǔ)獨(dú)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(guò)加固處理，直接支承基礎(chǔ)的土層叫天然地基。 經(jīng)過(guò)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(duì)于支承整個(gè)建筑荷載的地基應(yīng)滿足兩個(gè)條件：1作用在地基上的壓力不超過(guò)地基的承載力（強(qiáng)度條件）；2地基沉降量不允許超過(guò)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(chēng)為地基。位于基礎(chǔ)底面下方的土層稱(chēng)為持力層。持力層以下的土層稱(chēng)為下臥層，強(qiáng)度低于持力層的下臥層稱(chēng)為軟弱下臥層?；A(chǔ)應(yīng)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(yīng)滿足的兩個(gè)基本條件：地基的強(qiáng)度條件。要求建筑物的地基應(yīng)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(guò)大的變形（包括沉降、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜），保證建筑物正常使用。 某一工程地基二、 本課程的特點(diǎn)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法1、 特點(diǎn) 土力學(xué)的三相體系為研究對(duì)象。（研究對(duì)象復(fù)雜性） 地基土質(zhì)條件不以人的愿望來(lái)選擇.(場(chǎng)地土復(fù)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(jì)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(jià)一般占土建總造價(jià)的1030%。舉例說(shuō)明地基基礎(chǔ)的重要性重大工程質(zhì)量事故概況 谷倉(cāng)平面呈矩形，共65個(gè)圓形筒倉(cāng)，自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的42.5% ，谷倉(cāng)的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基。 1913年9月起往谷倉(cāng)裝谷物，仔細(xì)地裝載，使谷物均勻分布、10月當(dāng)谷倉(cāng)裝了90%谷物時(shí)，發(fā)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)垂直沉降達(dá)30.5cm，并在24小時(shí)間谷倉(cāng)傾倒，西端下沉7.32m，東端上抬1.52m。建筑物地基滑動(dòng)加拿大特朗斯康谷倉(cāng) 破壞原因 對(duì)地基土層事先未作勘察、試驗(yàn)，采用的設(shè)計(jì)荷載超過(guò)地基土的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致這一嚴(yán)重事故。處理方法 為修復(fù)筒倉(cāng)，在

7、基礎(chǔ)下設(shè)置了70多個(gè)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(cāng)糾正。補(bǔ)救工作是在傾斜谷倉(cāng)底部水平巷道中進(jìn)行，新的基礎(chǔ)在地表下深10.36m。經(jīng)過(guò)糾傾處理后,谷倉(cāng)于1916年起恢復(fù)使用。修復(fù)后位置比原來(lái)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(dá)712，天然含水量高達(dá)150%600%，為世界罕見(jiàn)的軟弱土，層厚達(dá)25m。因此，這座藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(dá)4m，臨近的公路下沉2m。參觀者需步下9級(jí)臺(tái)階，才能從公路進(jìn)入藝術(shù)宮。地基沉降意大利比薩斜塔1173：動(dòng)工；1178：至4層中，高約29m，因

8、傾斜停工；1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工；1360：再?gòu)?fù)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(shí)驗(yàn)；目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)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(duì)地面的平均壓強(qiáng)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?chē)?/p>

9、開(kāi)挖一個(gè)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(duì)環(huán)型基坑做防水處理，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)四周用水泥漿加強(qiáng)。 為防止比薩斜塔散架，于1992年7月開(kāi)始對(duì)塔身加固。 比薩斜塔貴在斜，如果把塔扶正，實(shí)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(dòng)地基避免危險(xiǎn)，還要加固地基，使斜塔安然無(wú)恙，處理難度大。 有志之土如能研究出一個(gè)切實(shí)可行的方案則是一大貢獻(xiàn)。蘇州虎丘塔中國(guó)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(biāo)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(kāi)始傾斜，據(jù)初步測(cè)量，塔頂部中心點(diǎn)距中心垂直線偏離已達(dá)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(mén)和研究保護(hù)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(duì)塔周?chē)c塔基進(jìn)行鉆孔注漿和打設(shè)樹(shù)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(fēng)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(zhǎng)1000m，建于1972-75年，1976年6月失事?lián)p失：直接8000萬(wàn)美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路原因：滲透破壞水力劈裂碰頭的筒倉(cāng) 這兩個(gè)筒倉(cāng)是農(nóng)場(chǎng)用來(lái)儲(chǔ)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(guò)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(cāng)筒向內(nèi)傾斜。 這場(chǎng)官司誰(shuí)打贏 廣州某百貨公司，將原來(lái)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(guó)外老華僑的三層樓房。當(dāng)百貨公司的職工宿舍樓建到四層的時(shí)候，老華僑的樓房先后出現(xiàn)地面沉降，樓面傾斜，墻身開(kāi)裂等現(xiàn)象。老華僑找百貨公司的基建負(fù)責(zé)人反映問(wèn)題并提出賠償，遭到了拒絕。他們認(rèn)為老華僑的樓房年久失修，出現(xiàn)沉降和開(kāi)裂是正?，F(xiàn)象，與他們沒(méi)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(huì)出現(xiàn)沉降和裂縫，問(wèn)題究竟在哪里呢？2.老華僑能否打贏這場(chǎng)官司？3.在工程建設(shè)中，我們應(yīng)該遵循哪些工程原則？ 大量事故充分表明，必須慎重對(duì)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(guò)精心設(shè)計(jì)與施工，才能保證基礎(chǔ)工程經(jīng)濟(jì)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(xué)、土力學(xué)的基本理論。地基的勘察、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工方面知識(shí)。本書(shū)分兩大部分第一章第七章為土力學(xué)部分第八章第十二章為地基基礎(chǔ)的勘探、設(shè)計(jì)和施工方法。運(yùn)用土力學(xué)理論解決工程設(shè)計(jì)的地基問(wèn)題。 基礎(chǔ)和先導(dǎo) 土的物理性質(zhì) 土中應(yīng)力計(jì)算工程應(yīng)用 土壓力 土坡穩(wěn)定 地基承載力 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)核心理論變形特性強(qiáng)度特性滲透特性土力學(xué)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)包含哪些內(nèi)容？土力學(xué)與地基基礎(chǔ)包含哪些內(nèi)容？基礎(chǔ)設(shè)計(jì)獨(dú)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(qiáng)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(lèi)4 地基應(yīng)力5 地基變形性質(zhì)及地基沉降計(jì)算6 土的抗剪強(qiáng)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(jì)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(xué)與地基基礎(chǔ)的主要內(nèi)容土力學(xué)與基礎(chǔ)工程包含哪些內(nèi)容？3、方法 理論實(shí)踐相結(jié)合，因?yàn)檫@門(mén)課是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，僅僅有書(shū)本上知識(shí)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須在實(shí)踐鍛煉中才能真正提高。三、本學(xué)科的發(fā)展概況 國(guó)內(nèi)早期： 2、學(xué)習(xí)本課程的任務(wù) 學(xué)習(xí)土力學(xué)的基本原理和主要概念，運(yùn)用這些原理和概念并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和施工知識(shí)，會(huì)分析和計(jì)算地基基礎(chǔ)問(wèn)題。都江堰水利工程趙州石拱橋隋朝南北大運(yùn)河萬(wàn)里長(zhǎng)城應(yīng)縣木塔故宮 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程既是一門(mén)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(lèi)很早就已創(chuàng)造了自己的

15、地基基礎(chǔ)工藝。 國(guó)外： 18世紀(jì)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(wèn)題，從而促進(jìn)了土力學(xué)理論的產(chǎn)生和發(fā)展。1773年，法國(guó)的庫(kù)侖(Coulomb)根據(jù)試驗(yàn)創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式，提出了計(jì)算擋土墻土壓力的滑楔理論。1857年，英國(guó)的朗金(Rankine)又從另一途徑提出子擋土墻土壓力理論，這對(duì)后來(lái)土體強(qiáng)度理論的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用。法國(guó)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(yīng)力和變形的理論解答；瑞典費(fèi)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(guò)許多研究者的不懈努力、經(jīng)驗(yàn)積累，

16、到1925年，美國(guó)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(xué)(Erdbaumechanik)專(zhuān)著，1929年又與其他作者一起發(fā)表了工程地質(zhì)學(xué)(lngenieurgeologie)。從此土力學(xué)與基礎(chǔ)工程就作為獨(dú)立的學(xué)科而取得不斷的進(jìn)展。從1936年至今，召開(kāi)了多屆“國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議。許多國(guó)家和地區(qū)也都開(kāi)展了類(lèi)似的活動(dòng)，交流和總結(jié)本學(xué)科新的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并定期出版土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的雜志刊物，這些對(duì)本學(xué)科的發(fā)展都起到了推動(dòng)作用。 我國(guó)在工程地質(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、新工藝的研究和應(yīng)用方面，取得了很大的進(jìn)展。在地基處理方面，

17、振動(dòng)碾壓、振動(dòng)水沖、深層攪拌、高壓旋噴、粉體噴射、真空預(yù)壓、強(qiáng)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(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。 隨著電子技術(shù)及各種數(shù)值計(jì)算方法對(duì)各學(xué)科的逐步滲透，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)生了深刻的變化，許多復(fù)雜的工程問(wèn)題相應(yīng)得到了解決，試驗(yàn)技術(shù)也日益提高。我們相信，我國(guó)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)科也必將得到新的更大的發(fā)展。地基設(shè)計(jì)軟件地基設(shè)計(jì)及處理軟件PKPM基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件教學(xué)環(huán)節(jié) 講課+習(xí)題課 (32 次 64學(xué)時(shí))終期考試 出勤、課堂表現(xiàn)及作業(yè) 考核及成績(jī) 70% 30要求1. 必須出席，不定期點(diǎn)名。2. 上課積極回答問(wèn)