第一章土力學與基礎工程概論

土力學與基礎工程SoilMechanicsandFoundationEngineering

第一頁，共六十九頁。地基基礎的重要性地基與基礎是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設計和施工質(zhì)量直接關系到建筑物的安危!

第二頁，共六十九頁。與土有關的典型工程失敗案例一、與土或土體有關的變形問題二、與土或土體有關的強度問題三、與土或土體有關的滲透變形問題第三頁，共六十九頁。——是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓，是比薩城的標志。比薩斜塔是舉世聞名的建筑物傾斜的典型實例。在建筑的過程中就已出現(xiàn)傾斜，原本是一個建筑敗筆，卻因禍得福成為世界建筑奇觀。伽利略的自由落體試驗更使其蜚聲世界，成為世界著名旅游觀光圣地。

一、變形問題——意大利比薩斜塔第四頁，共六十九頁。

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米但隨著時間的推移，斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個世紀九十年代，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，強度低，變形大。第五頁，共六十九頁。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)在建造時便已經(jīng)沙化和下沉。第六頁，共六十九頁。1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎環(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行地基處理目前:已向游人開放。處理措施比薩斜塔第七頁，共六十九頁。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。問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線達2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物。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)墻并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔身。第八頁，共六十九頁。1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工島日本關西機場第九頁，共六十九頁。關西機場問題：沉降大且不均勻設計沉降：5.7-7.5m完成時(1990年)實際沉降：8.1m，5cm/月預測主固結(jié)需：20年比設計多超填：3m第十頁，共六十九頁。上海展覽中心地基嚴重下沉第十一頁，共六十九頁。墨西哥市藝術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％，為世界罕見的軟弱土，層厚25m。下沉達4m，旁邊的道路下沉2m。第十二頁，共六十九頁。廣州地鐵三號線附近居民樓傾斜第十三頁，共六十九頁。第十四頁，共六十九頁。第十五頁，共六十九頁。一、強度問題——加拿大特朗斯康谷倉事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822Ｔ谷物時，1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎，厚61cm，埋深3.66m。1911年動工，1913年完工，自重20000T。第十六頁，共六十九頁。加拿大特朗斯康谷倉第十七頁，共六十九頁。加拿大特朗斯康谷倉原因：地基土事先未進行調(diào)查，只根據(jù)鄰近結(jié)構物基槽開挖取土試驗結(jié)果，計算地基承載力應用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。處理：事后在下面做了70多個支撐于基巖上的混凝土墩。使用388個50t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４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試驗孔第十八頁，共六十九頁。加拿大特朗斯康谷倉第十九頁，共六十九頁。1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆某水泥倉的傾覆第二十頁，共六十九頁。藍粘土石頭和粘土地基土可能的滑動方向巖石辦公樓外墻黃粘土水泥倉地基

整體破壞第二十一頁，共六十九頁。PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港寶城滑坡原因：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，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅--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。第二十二頁，共六十九頁。Early1972滑坡前July1972滑坡后第二十三頁，共六十九頁。阪神大地震中的地基液化液化：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重損傷第二十四頁，共六十九頁。地基液化造成的路面塌陷阪神大地震中的地基液化第二十五頁，共六十九頁。1964年日本新瀉地震地基的大面積液化第二十六頁，共六十九頁。土壩，高90m，長1000m，1975年建成次年6月失事Teton壩（美國）損失直接8000萬美元，起訴5500起，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路被沖三、滲透問題——Teton壩滲流破壞過程原因

滲透破壞：沖蝕——水力劈裂造成土體管涌或直接對槽底松土產(chǎn)生管涌第二十七頁，共六十九頁。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施。12：00過后坍塌口加寬失事現(xiàn)場目前的狀況第二十八頁，共六十九頁。加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn)香港寶城滑坡阪神等大地震中地基液化強度問題案例總結(jié)意大利比薩斜塔蘇州虎丘塔日本關西機場變形問題美國Teton壩失事滲透問題第二十九頁，共六十九頁。目錄1、緒論2、土的物理性質(zhì)及工程分類3、土中應力計算4、土的壓縮性和地基沉降計算5、土的抗剪強度6、土壓力和土坡穩(wěn)定7、淺基礎設計8、樁基礎和深基礎第三十頁，共六十九頁。1、緒論1.1土力學、地基及基礎的定義1.2本課程的內(nèi)容、學習方法和要求1.3本學科發(fā)展概況1.4與土力學有關的工程問題第三十一頁，共六十九頁。1.1

土力學、地基及基礎概念土力學——工程力學的一個分支，用于研究土體的應力、變形、強度、滲流和長期穩(wěn)定性的一門學科。第三十二頁，共六十九頁。地基種類天然地基——未經(jīng)人工處理就可滿足設計要求的地基。

人工地基——地層承載力不能滿足設計要求，需進行加固處理的地基。

第三十三頁，共六十九頁?；A種類淺基礎——埋深3～5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基礎。深基礎——借助于特殊施工方法建造的基礎。如樁基、墩基、沉井和地下連續(xù)墻。

第三十四頁，共六十九頁。第三十五頁，共六十九頁。地基與基礎設計的基本條件

作用于地基上的荷載效應不得超過地基容許承載力值?；A沉降不得超過地基變形容許值。具有足夠防止失穩(wěn)破壞的安全儲備。第三十六頁，共六十九頁。1.2本課程的內(nèi)容、學習方法和要求

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、結(jié)構設計和施工等幾個學科領域。相關知識：材料力學、結(jié)構力學、彈性力學、建筑材料、建筑結(jié)構、工程地質(zhì)研究對象：各向異性土體研究重點：土的變形、強度、穩(wěn)定性第三十七頁，共六十九頁。研究內(nèi)容研究與工程建筑有關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。

第三十八頁，共六十九頁。注意土的基本特點：通過與其它材料對比注重理論聯(lián)系實際：通過現(xiàn)場觀察與試驗注重正確學習方法-概念，原理，方法

-內(nèi)容間聯(lián)系 -要記憶，但不能死記學習方法第三十九頁，共六十九頁。土力學的研究必須注意土的本質(zhì)特性。土力學的研究必須注意實踐性。土力學的研究必須注意工程實用性。土力學是一門偏于計算的學科。學習方法第四十頁，共六十九頁。牢固掌握有效應力原理的本質(zhì)及其在土力學中的應用。重點掌握三大理論的實質(zhì)及其應用。掌握土體變形與強度指標的測定方法及在工程實踐中的應用。掌握土的動力特性的基本概念。學習要求第四十一頁，共六十九頁。1.3本學科發(fā)展概況18世紀土力學理論的產(chǎn)生和發(fā)展1773年法國的庫侖（Coulomb）--砂土抗剪強度理論與土壓力理論1857年英國朗肯—朗肯土壓力理論1885年法國布新奈斯克（Boussinesq）—彈性半空間解1925年美國太沙基—《土力學》專著與有效應力原理《土力學》學科發(fā)展概況第四十二頁，共六十九頁。本學科研究領域20世紀60年代～70年代區(qū)域性土分布和特性地基處理技術水利、鐵道和礦井等工程建設第四十三頁，共六十九頁。70年代～80年代基礎工程、圍護體系的穩(wěn)定和變形復合地基新技術的開發(fā)和應用地基基礎施工質(zhì)量檢測及巖土工程測試技術建筑工程、市政工程和交通工程建設第四十四頁，共六十九頁。90年代后巖土工程計算機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及特大橋超深基坑工程建設等特殊巖土工程問題第四十五頁，共六十九頁。隨著工程地質(zhì)勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場土工試驗、地基處理、新設備、新材料、新工藝、新測試技術等研究和應用進展以及有關基礎工程各種設計與施工、質(zhì)量檢測的規(guī)范規(guī)程日臻完善，為我國基礎工程設計與施工做到技術先進、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量提供了理論與實踐依據(jù)。近年來第四十六頁，共六十九頁。1.4

與土力學有關的工程問題1、土三個方面的應用

建筑物地基土作為構筑物的環(huán)境土工建筑材料土建筑橋梁地鐵隧道邊坡道路大壩2、與土有關的工程第四十七頁，共六十九頁。第四十八頁，共六十九頁。臺北101目前為世界上最高建筑，高508m，共101層，位于臺北信義區(qū)。

第四十九頁，共六十九頁。迪拜大廈阿聯(lián)酋迪拜正興建一幢全球最高的“迪拜大廈”，樓高至少690米，預計于2008年完工。迪拜大廈不僅是全球最高建筑物，也將是最高的人工塔。

第五十頁，共六十九頁。

北引橋主橋航道橋蘇通長江公路大橋第五十一頁，共六十九頁。潤陽大橋第五十二頁，共六十九頁。第五十三頁，共六十九頁。第五十四頁，共六十九頁。第五十五頁，共六十九頁。第五十六頁，共六十九頁。第五十七頁，共六十九頁。國家大劇院第五十八頁，共六十九頁。第五十九頁，共六十九頁。第六十頁，共六十九頁。墻下條形基礎第六十一頁，共六十九頁。第六十二頁，共六十九頁。第六十三頁，共六十九頁。南京地鐵火車站基坑施工現(xiàn)場第六十四頁，共六十九頁。建成后的盾構隧道第六十五頁，共六十九頁。原基礎Oldfoundation基礎托換UNDERPINING新基礎Newfoundation盾構隧道Shieldtunnel樓房building第六十六頁，共六十九頁。邊坡支護工程照片第六十七頁，共六十九頁。第六十八頁，共六十九頁。內(nèi)容總結(jié)土力學與基礎工程。伽利略的自由落體試驗更使其蜚聲世界，成為世界著名旅游觀光圣地。平均沉降2