土力學(xué)與地基基礎(chǔ)

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四緒論---土力學(xué)及其相關(guān)學(xué)科

§0-1土力學(xué)與基礎(chǔ)工程

第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四一．土力學(xué)及基礎(chǔ)工程的基本概念

1．土力學(xué)土力學(xué)是從力學(xué)與工程的角度研究土的一門學(xué)科。即：土力學(xué)是利用力學(xué)的一般原理，研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性質(zhì)的應(yīng)用科學(xué)。它主要研究土的應(yīng)力、變形與強度、穩(wěn)定性。也研究土——結(jié)相互作用的規(guī)律，也是工程力學(xué)的一個分支。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2．基礎(chǔ)工程：基礎(chǔ)工程學(xué)涵蓋各種類型建筑物、構(gòu)筑物的各類基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計與施工技術(shù)，其研究領(lǐng)域非常廣泛?；A(chǔ)工程服務(wù)于各種類型建筑物與結(jié)構(gòu)物，包括建筑工程、橋梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平臺等各種陸上、水上、水下和地下的結(jié)構(gòu)物?；A(chǔ)工程的研究內(nèi)容包括淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)、地基處理、支擋結(jié)構(gòu)物、基坑工程以及現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)、地基與基礎(chǔ)的共同作用分析技術(shù)等，幾乎囊括了所有與土有關(guān)的結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計、計算技術(shù)，以及實施設(shè)計意圖的施工技術(shù)和施工組織管理。第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四3.土的定義：土是礦物或巖石碎屑物構(gòu)成的松軟集合體。是巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、搬運沉積等過程后，形成的各種松散的沉積物。在建筑工程中稱之為“土”。這是土的狹義概念。廣義的概念也包括巖石在內(nèi)。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四4.建筑物的地基：受建筑物影響的那部分地層稱為地基。地基又分為：天然地基、人工地基兩類。5.基礎(chǔ)：由于土的強度低，壓縮性大，故上部結(jié)構(gòu)的荷載不能通過墻、柱直接傳遞給地基，必須在墻、柱與地基的接觸處適當(dāng)擴大尺寸，作為建筑物的下部結(jié)構(gòu)。從而把建筑物荷載分散后再傳給地基。因此，與地基接觸的具有較大尺寸的建筑物的下部結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四6．地基基礎(chǔ)必須保證的兩個條件：（1）要保證作用在地基上的荷載不超過地基的承載能力，保證地基具有足夠的防止整體破壞的安全儲備。即：p≤f(pmax≤1.2f)；

(2)控制基礎(chǔ)沉降，使之不超過地基的允許變形值。保證建筑物不因地基變形而損壞或影響正常使用。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二、課程的特點、內(nèi)容及要求：1．土力學(xué)是以土的三相系為研究對象的。2．地基土質(zhì)條件不依人們的愿望來選擇。一旦建筑場地確定，是沒有選擇余地的，我們必須根據(jù)地基的土質(zhì)條件進行合理的設(shè)計、處理、使之滿足上部結(jié)構(gòu)對地基的要求。3．地基與基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，對其技術(shù)要求高。對其勘察設(shè)計及施工要給予充分的重視，因為一旦出問題，很難補救，損失巨大。一般地基基礎(chǔ)的工程造價約占土建總造價的20%左右。4．課程內(nèi)容多，涉及范圍廣土力學(xué)以材力、結(jié)力、彈力知識為基礎(chǔ)，同時還涉及到一些工程地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)的知識。因此，給學(xué)習(xí)本門課程造成一定困難。5．這是一門理論性、實踐性均很強的課程。其內(nèi)容很廣，主要介紹土的物理、力學(xué)性質(zhì)、地基的應(yīng)力計算、沉降計算及固結(jié)理論、土的抗剪強度以及土壓力理論等內(nèi)容。第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四三、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。事實上，并不是每個基礎(chǔ)工程設(shè)計都是成功的。許多建筑物的工程質(zhì)量事故是由于地基基礎(chǔ)事故造成的。而且，一旦造成事故，很難補救，損失極大。因此，工程技術(shù)人員必須對地基基礎(chǔ)問題給予足夠的重視。以高度的責(zé)任感和科學(xué)態(tài)度，對待工程的地基基礎(chǔ)問題。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四意大利比薩斜塔舉世聞名的意大利比薩斜塔是建筑物傾斜的典型實例。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四不均勻沉降造成的嚴(yán)重傾斜蘇州市虎丘塔：第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四建筑物地基滑動———加拿大特朗斯康谷倉1．概述加拿大特朗斯康谷倉平面呈矩形，長59.44m,寬23.47m。高31.0m。容積36368m3。谷倉為圓筒倉，每排13個圓筒倉，共5排65個圓筒倉組成。谷倉的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61cm，基礎(chǔ)埋深366m。谷倉于1911年開始施工，1913年秋完工。谷倉自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的425%。1913年9月起往谷倉裝谷物，仔細(xì)地裝載，使谷物均勻分布、10月當(dāng)谷倉裝了31822m3谷物時，發(fā)現(xiàn)1小時內(nèi)垂直沉降達(dá)30.5cm。結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時間谷倉傾倒，傾斜度離垂線達(dá)26o53，。谷倉西端下沉732m，東端上抬1.52m。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四§0–2巖土工程及其相關(guān)學(xué)科第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四一．巖土工程的定義：巖土工程一詞譯自GeoteClinipe或GeotechnicalEngineering，早期曾譯為“土工學(xué)”，后譯為“巖土工程”，這比前者的涵義更為廣泛和確切。自1979年12月，我國《巖土工程學(xué)報》創(chuàng)刊以來的20多年來，巖土工程的學(xué)科術(shù)語已為我國工程技術(shù)界所普遍接受，成為技術(shù)交流的通用術(shù)語，并已有一些以巖土工程命名的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范頒布，如《巖土工程勘察規(guī)范》等，巖土工程學(xué)科已被確認(rèn)為土木工程學(xué)科的一個重要分支學(xué)科。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50279-98）的頒布使巖土工程一詞成為法定的術(shù)語。在《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》中將巖土工程定義為“土木工程中涉及巖石、土的利用、處理或改良的科學(xué)技術(shù)”，這是高度概括的一種提法。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四綜合各家思想，巖土工程可定義為：巖土工程就是根據(jù)工程地質(zhì)、土力學(xué)及巖體力學(xué)理論、觀點與方法，為了整治、利用和改造巖土體，使其為實現(xiàn)某項工程目的服務(wù)而進行的系統(tǒng)工作。即：巖土工程學(xué)科是以巖體、土體的利用，改造與整治問題為研究對象的科技領(lǐng)域?？梢愿爬槿齻€層次：第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1．巖土工程是以土力學(xué)與基礎(chǔ)工程、巖石力學(xué)與工程為基礎(chǔ)，并和工程地質(zhì)學(xué)密切結(jié)合的綜合性學(xué)科。由于巖土工程涉及土和巖石兩種性質(zhì)不同的材料，解決土和巖石的工程問題不僅需要應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，而且還需要運用地質(zhì)學(xué)的知識，因此巖土工程并不是一門單一的學(xué)科，任何單一學(xué)科都不足以覆蓋巖土工程豐富的內(nèi)涵。2．巖土工程以巖石和土的利用、整治或改造作為研究內(nèi)容。有許多學(xué)科都以土或巖石作為其研究對象，例如，地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)等，其研究內(nèi)容各不相同；巖土工程研究土和巖石并不是從地學(xué)或農(nóng)業(yè)的角度，而是從工學(xué)的角度，以工程為目的研究巖石和土的工程性質(zhì)。當(dāng)巖土的工程性質(zhì)或巖上環(huán)境不能滿足工程要求時，就需要采取工程措施對巖土進行整治和改造，不僅涉及對巖土性質(zhì)的認(rèn)識，而且需要研究如何采用有效的、經(jīng)濟的方法實現(xiàn)工程目的。3．巖土工程服務(wù)于各類主體工程的勘察、設(shè)計與施工的全過程，是這些主體工程的組成部分。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二．巖土工程的發(fā)展第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四巖土工程學(xué)是土木工程的重要分支，是一門涵蓋工程地質(zhì)、土力學(xué)、巖石力學(xué)、基礎(chǔ)工程和地下工程的綜合性學(xué)科，是在20世紀(jì)發(fā)展并不斷成熟起來的。1925年太沙基出版了第一部經(jīng)典著作《土力學(xué)》，被公認(rèn)為是近代土力學(xué)的開端。第二次世界大戰(zhàn)以后，許多國家都致力于振興經(jīng)濟，大規(guī)模的工程建設(shè)實踐推動了土力學(xué)的進步，巖石力學(xué)也相應(yīng)地在這個時期形成與發(fā)展。因而，推動了以土力學(xué)和巖石力學(xué)為基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)工程和地下工程的設(shè)計理論與施工技術(shù)的發(fā)展。1948年英國《巖土工程》雜志創(chuàng)刊及以后1974年美國土木工程師協(xié)會的《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》雜志更名為《巖土工程》雜志，被視為巖土工程學(xué)科逐步得到工程界和學(xué)術(shù)界公認(rèn)的標(biāo)志。在新中國成立以來的50多年中，我國巖土工程建設(shè)事業(yè)從小到大，得到了迅速的發(fā)展，在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，取得了許多重大的技術(shù)成果。特別在1979年創(chuàng)刊了《巖土工程學(xué)報》和1982年相繼創(chuàng)刊《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》以來的20多年中，我國巖土力學(xué)與工程界的學(xué)術(shù)水平和技術(shù)成就更為舉世所矚目，在國際交流中獲得了同行的普遍贊譽。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四三．巖土工程及相關(guān)學(xué)科第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四巖土工程的基本學(xué)科包括土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)、巖石力學(xué)與工程以及工程地質(zhì)學(xué)等。土力學(xué)又分為不同的分支，從不同的研究角度，形成不同的分支。有的以土的類型劃分；有的以研究方法劃分；有的以土的特性劃分。近20年，在土力學(xué)領(lǐng)域中，形成了土動力學(xué)、計算土力學(xué)、實驗土力學(xué)、非飽和土力學(xué)、凍土力學(xué)以及隨機土力學(xué)等分支學(xué)科。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四基礎(chǔ)工程學(xué)涵蓋各種類型建筑物、構(gòu)筑物的各類基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計與施工技術(shù)，其研究領(lǐng)域非常廣泛?；A(chǔ)工程服務(wù)于各種類型建筑物與結(jié)構(gòu)物，包括建筑工程、橋梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平臺等各種陸上、水上、水下和地下的結(jié)構(gòu)物。以土作為材料的工程和以土作為結(jié)構(gòu)物環(huán)境的工程，如堤壩、土中隧道等的設(shè)計與施工方法，也是土力學(xué)與基礎(chǔ)工程基本原理的具體應(yīng)用基礎(chǔ)工程的研究內(nèi)容包括淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)、地基處理、支擋結(jié)構(gòu)物、基坑工程以及現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)、地基與基礎(chǔ)的共同作用分析技術(shù)等，幾乎囊括了所有與土有關(guān)的結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計、計算技術(shù)，以及實施設(shè)計意圖的施工技術(shù)和施工組織管理。第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四四．巖土工程在經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展中的作用：

第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)代的經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展離不開對巖土的整治、利用和改造。巖土工程是建設(shè)工程成敗的關(guān)鍵，為社會可持續(xù)發(fā)展提供必要的保證。由巖層和土層所構(gòu)成的廣袤大地是工程建設(shè)的基地，是建筑物的地基，是地下建筑的環(huán)境，為土工構(gòu)筑物提供填筑材料，因此巖層和土層的構(gòu)造與工程性質(zhì)直接影響工程建設(shè)的質(zhì)量與造價，對巖土條件認(rèn)識的偏差可能會導(dǎo)致巨大的損失或事故。人類在與大自然斗爭的歷史長河中，從正、反兩個方面學(xué)會了認(rèn)識巖土、利用巖土和改造巖土的本領(lǐng)，也逐步懂得了巖土工程的作用與重要性，在工程實踐的推動下，對巖土工程的研究和應(yīng)用日益發(fā)展。1959年法國67m高的馬爾帕塞薄拱壩因壩基失穩(wěn)而毀于一旦，死亡380人。4年后，意大利265m高的瓦昂拱壩上游托克山左岸發(fā)生大規(guī)模的滑坡，滑坡體從大壩附近的上游擴展長達(dá)1800m，并橫跨峽谷滑移300－400m，估計有2－3億立方米的巖塊滑入水庫，沖到對岸形成100－150m高的巖堆，致使庫水漫過壩頂，沖毀了下游的朗格羅尼鎮(zhèn)，死亡約2500人，但大壩卻未遭破壞。這兩起震驚世界的特大災(zāi)害給人們敲響了警鐘，在巖石工程中必須重視巖石力學(xué)。第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1975年8月，淮河板橋石漫灘水庫因老化而垮壩決口，狂瀉的大水奪走了萬余條猝不及防的性命?？鍓蔚闹卮笫鹿侍嵝讶藗儯仨氈匾晫r土工程結(jié)構(gòu)物生命周期與老化規(guī)律的研究。1985年6月12日凌晨，在長江西陵峽上段，兵書寶劍峽出口處發(fā)生總體積為2×107m3的新攤滑坡。新灘古鎮(zhèn)滑入長江，古鎮(zhèn)全部被毀。由于自1968年以來對該滑坡進行了深入的研究與地表位移的長期監(jiān)測，在滑坡發(fā)生以前及時發(fā)出臨滑警報，由于緊急疏散人員而全鎮(zhèn)1371人無一傷亡。這一大災(zāi)無人員傷亡的事例說明只要重視巖土工程工作，加強監(jiān)測和預(yù)報，地質(zhì)災(zāi)害是可以預(yù)測、預(yù)報，可以減少損失的。1995年12月，武漢市整體爆破一幢18層的高層建筑。該建住高度65．5m，采用336根錘擊沉管擴底灌注樁，樁長17．5m，樁端進入中密粉細(xì)砂持力層l－4m。爆破拆除的原因是該高層建筑結(jié)構(gòu)到頂后3個月內(nèi)產(chǎn)生很大的傾斜，頂部水平位移達(dá)2884mm，傾斜超過5％，且發(fā)展速度很快，如不及時拆除，有整體傾覆的危險。這一樁基失穩(wěn)的事故告訴人們采用樁基礎(chǔ)并不是萬無一失的，應(yīng)當(dāng)重視樁基礎(chǔ)安全度的研究。1996年9月，?？谑薪?jīng)受12級颶風(fēng)襲擊，伴有400mm以上的大暴雨，在濱海大道旁的某商住小區(qū)內(nèi)，一座停工中的體積達(dá)30000m3的巨型地下室突然竄出地面5－6m，整體傾斜，猶如平地出現(xiàn)一艘水泥船，停泊在兩幢高樓的中間。雖然經(jīng)過降水、牽引、歸位等工程措施處理，但因地下室兩端高差仍有900mm無法扶正，且頂板和外墻均已開裂，不能繼續(xù)利用而報廢。這一典型的傾覆失穩(wěn)的事故再次告誡人們，粘性土中的巨大浮力不容忽視。1998年長江全流域特大洪水時，萬里長江堤防經(jīng)受了嚴(yán)峻的考驗，一些地方的大堤垮塌，大堤地基發(fā)生嚴(yán)重管涌，洪水淹沒了大片土地，人民生命財產(chǎn)遭受