土力學(xué)課件 第1章 緒論

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程Email:cjsh_007@163.comTel/p>

主講教師

黃麗娟ArchitecturalEngineeringDepartment

SoilMechanicsandFoundationEngineering本課程的主要內(nèi)容第1章緒論；第2章土的物理性質(zhì)及其工程分類；第3章土體中的應(yīng)力計(jì)算;第4章土的壓縮性與地基沉降計(jì)算；第5章土的抗剪強(qiáng)度與地基承載力；第6章土壓力與土坡穩(wěn)定；第7章天然地基淺基礎(chǔ);第8章樁基礎(chǔ)。緒論一、土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念二、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程簡(jiǎn)史三、國內(nèi)外土木工程事故舉例四、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求

一、土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的有關(guān)概念

1.土力學(xué)—利用力學(xué)的一般原理，研究地表土的物理、力學(xué)特性及其受力后強(qiáng)度和體積變化規(guī)律的學(xué)科。2.地基—建筑物荷載作用下產(chǎn)生不可忽略的附加應(yīng)力與變形的那一部分地層。3.基礎(chǔ)—建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)就是基礎(chǔ)。4.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的先決條件在設(shè)計(jì)建筑物之前，必須進(jìn)行建筑場(chǎng)地的地基勘察，充分了解、研究地基土(巖)層的成因及構(gòu)造、它的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水情況以及是否存在(或可能發(fā)生)影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象(如滑坡、巖溶、地震等)，從而對(duì)場(chǎng)地件作出正確的評(píng)價(jià)。

5.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求(1)地基的強(qiáng)度條件地基要有足夠的強(qiáng)度，在上部結(jié)構(gòu)的荷載作用下，地基土不應(yīng)發(fā)生剪切破壞或失穩(wěn)。

(2）地基的變形條件

為保證建筑物的正常使用功能，地基不應(yīng)產(chǎn)生過大的沉降或不均勻沉降。(3)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度在地基反力作用下，建筑物基礎(chǔ)不會(huì)產(chǎn)生過大強(qiáng)度破壞，并具有改善沉降與不均勻沉降的能力。地基及基礎(chǔ)示意圖地基基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)地基地基基礎(chǔ)示意圖基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)地基天然地基人工地基

建筑物的上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三部分，功能不同，研究方法各異，但它們又是建筑物的有機(jī)組成部分，缺一不可、彼此聯(lián)系、相互制約。所以，科學(xué)的、理想的方法是將三部分統(tǒng)一起來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

地基和基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系著建筑物的安危。工程實(shí)踐表明，建筑物的事故很多都與地基基礎(chǔ)問題有關(guān)，而且一旦發(fā)生地基基礎(chǔ)事故，往往后果嚴(yán)重，補(bǔ)救十分困難，有些即使可以補(bǔ)救，其加固修復(fù)工程所需的費(fèi)用也十分可觀。

二、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程簡(jiǎn)史1、土力學(xué)的歷史土力學(xué)是人們?cè)陂L期工程實(shí)踐中形成發(fā)展起來的一門學(xué)科。土力學(xué)的發(fā)展可以劃分為三個(gè)階段：1920年以前，1920年至1960年左右，1960年左右至今。18世紀(jì)歐洲工業(yè)革命開啟了土力學(xué)的理論研究。1773年，法國的C.A.庫倫（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，這一理論被認(rèn)為是土力學(xué)的開始。1856年，達(dá)西（Darcy）研究了土的滲透性，發(fā)展了達(dá)西滲透公式。1869年英國的W.G.M.朗肯（Rankine）基于塑性平衡理論提出了擋土墻土壓力理論，與庫侖土壓力理論形成了古典土壓力理論，這對(duì)后來土體強(qiáng)度理論的發(fā)展起了很大的作用。1885年法國J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了彈性半無限空間在豎向集中力作用下的應(yīng)力和變形的Boussinesq解，成為計(jì)算地基中應(yīng)力的主要方法，如今，這一理論任在土力學(xué)相關(guān)課題中廣泛使用。土是最古老和最復(fù)雜的工程材料。我們的祖先就使用土作為建筑材料建造陵墓、防洪設(shè)施和居所。西方文明認(rèn)為是古羅馬人最早認(rèn)識(shí)到土對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要性。當(dāng)時(shí)不存在所謂的設(shè)計(jì)理論，人們所依賴的都是以往的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。2、現(xiàn)代土力學(xué)土力學(xué)是巖土工程的一個(gè)分支。巖土工程涉及運(yùn)用土力學(xué)，地質(zhì)學(xué)和水力學(xué)的知識(shí)分析和設(shè)計(jì)各種巖土工程系統(tǒng)，如壩，堤壩，圍堰，隧道，運(yùn)河，水道和橋梁、道路及建筑物的地基，以及污水處理系統(tǒng)。每一次運(yùn)用土力學(xué)都涉及不確定性，因?yàn)橥恋淖兓裕ㄌ烊坏模┄C土是分層的、構(gòu)成復(fù)雜，工程性質(zhì)不均勻。所以，工程力學(xué)僅僅提供部分的解決方法。在實(shí)際工程中，經(jīng)驗(yàn)和近似計(jì)算往往是成功解決問題的基本手段。

教科書中的很多計(jì)算都是近似的。3、基礎(chǔ)工程的發(fā)展簡(jiǎn)史

基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)古老的工程技術(shù)，發(fā)展到今天成為一門專門的學(xué)科。在中國，基礎(chǔ)工程伴隨著華夏五千年的文明史?？脊殴ぷ髡甙l(fā)現(xiàn)人類早在五千年前就建有房屋，當(dāng)時(shí)的基礎(chǔ)很簡(jiǎn)單。如浙江的河姆渡文化遺址，其房屋底層是架空在埋于地下的木樁基礎(chǔ)上的；洛陽王灣仰韶文化遺址，其基礎(chǔ)是在墻下挖槽，槽內(nèi)填卵石夯實(shí)，類似于近代的換土墊層處理人工地基。西方國家，自18世紀(jì)興起工業(yè)革命以來，隨著城市建設(shè)的擴(kuò)大，工廠、鐵路、水壩的興建，促使土力學(xué)理論的產(chǎn)生和基礎(chǔ)工程技術(shù)的發(fā)展。特別是二次大戰(zhàn)之后，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法施工工藝有了較大發(fā)展。如：1893年，美國芝加哥人工挖孔樁問世；1950年，意大利米蘭地下連續(xù)墻出現(xiàn)；1957年，德國首先采用錨桿樁墻深基坑支護(hù)方式。此外施工機(jī)械設(shè)備的研制與應(yīng)用都極大的提高了基礎(chǔ)工程施工的生產(chǎn)效率。我國自改革開放以來，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)蓬勃發(fā)展，基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)理論、施工工藝水平在不斷的提高，與世界同步發(fā)展，日新月異。目前，基礎(chǔ)工程的關(guān)注點(diǎn)在于：1）.基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法方面的研究，包括考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基共同作用的理論和設(shè)計(jì)方法、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論和方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)值分析方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等。2）.樁基礎(chǔ)技術(shù)，其中樁土共同作用、新的樁基設(shè)計(jì)控制理論、樁基非線性分析和設(shè)計(jì)方法、樁基承載力等都成為研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。3）.深基坑開挖問題，包括土壓力、水壓力計(jì)算、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論和方法的深化、新的基坑支護(hù)方法、基坑開挖對(duì)環(huán)境的影響等。4）.地基處理方面，進(jìn)一步完善復(fù)合地基理論，對(duì)各類地基處理方法機(jī)理的深入研究及施工及檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)等。三、國內(nèi)外土木工程事故舉例

綜合分析可以得到，與地基基礎(chǔ)有關(guān)的土木工程事故可主要概括為以下類型：1.地基產(chǎn)生整體剪切破壞；2.地基發(fā)生不均勻沉降；3.地基產(chǎn)生過量沉降以及地基土液化失效。

1、地基產(chǎn)生整體剪切破壞①巴西某十一層大廈

1955年始建的巴西某十一層大廈長25m，寬12m，支承在99根21m長的鋼筋混凝土樁上。1958年大廈建成后，發(fā)現(xiàn)其背后明顯下沉。1月30日，該建筑物的沉降速度高達(dá)每小時(shí)4mm，晚8時(shí)許，大廈在20s內(nèi)倒塌。后查明該大廈下有25m厚的沼澤土，而其下的樁長僅有21m，為深入其下的堅(jiān)固土層，倒塌是由于地基產(chǎn)生整體剪切破壞所致。

②加拿大特朗斯康谷倉下圖是建于1