lxdjjc1《土力學與地基基礎》第一章緒論.ppt

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2009.09,,,2009.09,第一章引言(introduction),本章提要與學習目標土力學與地基基礎是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎課，它由兩個重要的部分組成：一是有關土的物理力學性質(zhì)以及土的強度理論、滲透理論和變形理論的知識，即解決土力學各種課題的基本理論和試驗研究方法；二是關于地基基礎設計與施工的知識，即基礎工程學的內(nèi)容。前者為后者提供解決工程問題的試驗方法和理論基礎；后者具有極強的技術(shù)性和應用性。因此，土力學與地基基礎是一門實踐性和理論性都比較強的技術(shù)基礎課。,2009.09,,本章學習土力學、地基及基礎的概念，地基工程事故類別及特征，學科發(fā)展概況，本課程的特點、內(nèi)容與學習要求。要求掌握土力學、地基及基礎的概念，初步了解地基工程事故類別及特征，了解本課程的特點，熟悉本課程的學習內(nèi)容與要求。,2009.09,第一節(jié)土力學、地基及基礎的概念,土（soil）—礦物或巖石碎屑構(gòu)成的松軟集合體。土力學（soilmechanics）—利用力學的一般原理，研究土的物理、化學和力學性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應用科學。地基與基礎（foundation）,2009.09,地基與基礎,地基-直接承受建筑物荷載影響的那一部分地層。地基-人工地基、天然地基基礎-將建筑物荷載傳遞給地基的地下結(jié)構(gòu)部分,,2009.09,,地基與基礎設計必須滿足兩個基本條件:①要求作用于地基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；,2009.09,,②控制基礎沉降使之不超過地基的變形容許值;保證建筑物不因地基變形而損壞或影響其正常使用。在荷載作用下，建筑物的地基、基礎和上部結(jié)構(gòu)三部分彼此聯(lián)系、相互制約。設計時應根據(jù)地質(zhì)勘察資料，綜合考慮地基—基礎—上部結(jié)構(gòu)的相互作用與施工條件，通過經(jīng)濟、技術(shù)此較，選取安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進和施工簡便的地基基礎方案。,2009.09,,地基與基礎統(tǒng)稱為基礎工程，他們是建筑物的根本，其勘察、設計和施工質(zhì)量的好壞將直接影響到建筑物的安危、經(jīng)濟和正常使用。由于基礎工程是在地下或水下進行，施工難度大，在一般高層建筑中，其造價約占總造價的25%，工期約占總工期的25%~30%，當需采用深基礎或人工地基時，其造價和工期所占比例更大。,2009.09,巖土工程（geotechnicalengineering）,以土力學、巖石力學、工程地質(zhì)學和地基基礎工程學為理論基礎，解決和處理在建設過程中出現(xiàn)的所有與巖土體有關的工程技術(shù)問題。是一門地質(zhì)與工程緊密結(jié)合的新專業(yè)學科，屬于土木建筑工程范疇,2009.09,第二節(jié)地基工程事故類別及特征,擬建建筑物場地一旦確定，人們對其地質(zhì)條件便沒有選擇的余地，只能是盡可能的認識它，并合理地利用或處理它。為了保證工程安全，地基土體必須滿足承載力和穩(wěn)定性要求，還必須滿足其變形（沉降和不均勻沉降）不超過建筑物的允許值要求。若不滿足上述要求，就可能發(fā)生嚴重的工程事故。,2009.09,,建筑物事故的發(fā)生，不少與地基問題有關。地基的過量變形或不均勻變形，使上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、傾斜，削弱和破壞了結(jié)構(gòu)的整體性，并影響到建筑物的正常使用，嚴重者地基失穩(wěn)導致建筑物倒塌。地基事故可分為天然地基事故和人工地基事故兩大類。,2009.09,一、地基失穩(wěn)事故,在建筑工程中，地基失穩(wěn)的后果常很嚴重，有時甚至是災難性的，例如，1913年建造的加拿大特朗斯康谷倉(圖1-2)，由65個圓柱形筒倉組成，高31m，寬23.5m，其下為筏板基礎，由于事前不了解基礎下埋藏有厚達16m的軟粘土層，建成后初次貯存谷物時，基底壓力(320kPa)超過了地基極限承載力。致使谷倉西側(cè)突然陷入土中8.8m，東側(cè)則抬高1.5m，倉身整體傾斜26。53’。這是地基發(fā)生整體滑動、建筑物喪失穩(wěn)定性的典型范例。,2009.09,加拿大谷倉,,2009.09,二、地基變形事故,（一）軟弱地基變形特征軟土地基沉降大且不均勻。上海展覽中心館中央大廳為框架結(jié)構(gòu)，箱形基礎兩層，埋深7.27m。箱基頂面至中央大廳上面的塔尖，總高96.63m。地基為淤泥質(zhì)土，壓縮性很大。該館于1954年5月開工，當年年底實測平均沉降量為600mm。到1979年9月，該館累計平均沉降量為1600mm，逐漸趨向穩(wěn)定。建筑物嚴重下沉使室內(nèi)外地坪高差大，行走不便，室外散水倒坡、雨水積聚，尤其是上下水通、照明、通信、動力電纜內(nèi)外連接的管網(wǎng)折斷。,2009.09,意大利比薩斜塔,例如，世界著名的意大利比薩斜塔，1173年動工，高約55m，因地基壓縮層不均、排水緩慢，北側(cè)下沉lm多，南側(cè)下沉近3m。1932年曾灌注1000t水泥，也末奏效，每年仍下沉約lmm。目前正在處理之中。,,2009.09,,（二）不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在如下方面：1．磚墻開裂。2．磚柱斷裂。3．鋼筋混凝土柱傾斜或開裂。4．高聳構(gòu)筑物的傾斜。,2009.09,（三）地基濕陷變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,地基濕陷變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在如下方面：1．基礎及上部結(jié)構(gòu)開裂。黃土地基濕陷性引起房屋下沉量大，墻體裂縫大，并開展迅速。2．傾斜。濕陷變形只出現(xiàn)在受水浸濕部位，而沒有浸水部位則基本不動，從而形成沉降差，因而整體剛度較大的房屋和構(gòu)筑物（如煙囪，水塔等）易發(fā)生傾斜。3．折斷。當?shù)鼗龅蕉嗵帩裣輹r，基礎往往產(chǎn)生較大彎曲變形，引起房屋基礎和管道折斷，當給排水干管折斷對，對周圍建筑物還會構(gòu)成更大的危害。,2009.09,美國紐約水泥倉庫超載傾倒,,2009.09,日本新瀉1964年大地震3號公寓傾斜,,2009.09,（四）地基脹縮變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,地基脹縮變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在如下方面：1．建筑物的開裂破壞一般具有地區(qū)性成群出現(xiàn)的特性。建筑物大部分是在建成后三五年，甚至一二十年后才出現(xiàn)開裂，也有少部分在施工期就開裂的，主要是受地基含水量、場地的地形、地貌，工程與水文的地質(zhì)條件、氣候、施工等綜合因素的影響。例如，四川成都尤潭區(qū)三級階地上的房屋，大多數(shù)在建成五六年后出現(xiàn)了地基干濕變化，造成建筑物開裂、變形，尤其以平房和三層以下的建筑物最為普遍和嚴重。,2009.09,,2．遇水膨脹、失水收縮引起墻體開裂。墻體裂縫有正、倒八字形，X形，還有水平縫及局部斜裂縫，隨著脹縮反復交替出現(xiàn)，墻體可能發(fā)生擠碎或錯位。3．在地質(zhì)條件相同情況下的房屋開裂破壞。這種破壞以單層、二層房屋較多，三層房屋較少、較輕，單層房屋尤以單層民用房屋的開裂最為普遍，其破壞率占單層建筑物總數(shù)的85%。二層房屋破壞率為２５％～３０％。三層房屋一般略有輕微的變形開裂破壞，其破壞率約為５%～１０%，由于基礎形式的不同，房屋開裂也不同，條形基礎的破壞較單獨基礎破壞更為普遍。,2009.09,,４．外墻與內(nèi)墻交界處的破壞。５．室內(nèi)地坪開裂，特別是空曠的房屋或外廊式房屋的地坪易出現(xiàn)縱向裂縫。,2009.09,（五）地基凍脹、融陷變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,當基礎埋深淺于凍結(jié)深度對，在基礎側(cè)面作用著切向凍脹力，在基底作用著法向凍脹力。如果基礎上荷載F和自重G不足以平衡法向和切向凍脹力，基礎就被抬起來，融化時，凍脹力消失，冰變成水，土的強度降低，基礎產(chǎn)生融陷，不論上抬還是融陷，一般都是不均勻的，其結(jié)果必然造成建筑的開裂破壞，例如，河北省崇禮縣某住宅樓，上凍前地下室施工完畢，只進行了外側(cè)回填，地下室內(nèi)沒有采取任何保溫措施，第二年開春發(fā)現(xiàn)大部分有門洞口的圈梁出現(xiàn)裂縫，最寬達８mm，最后不得不加固補強，建筑物因地基凍融產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象,2009.09,三、斜坡失穩(wěn)引起地基事故,（一）斜坡失穩(wěn)的特征（１）斜坡失穩(wěn)常以滑坡形式出現(xiàn)，滑坡規(guī)模差異很大，滑坡體積從數(shù)百立方米到數(shù)百萬立方米，對工程危害極大。（２）滑坡可以緩慢的、長期的，也可以是突然發(fā)生的，以每秒幾米甚至幾十米的速度下滑。古滑坡可以因外界條件變化而激發(fā)新滑坡。例如某工程，擴建于江岸邊轉(zhuǎn)角處的一個古滑坡體上，由于江水沖刷坡腳以及工廠投產(chǎn)后排水和堆放荷載的影響，先后在古滑坡上發(fā)生了十個新滑坡，嚴重影響該廠的正常生產(chǎn)。,2009.09,香港寶成大廈被滑坡沖毀,,2009.09,,（二）斜坡上房屋穩(wěn)定性破壞類型由于房屋位于斜坡上的位置不同，因此斜坡出現(xiàn)滑動，對房屋產(chǎn)生的危害也不同，大致可分為以下三類：（１）房屋位于斜坡頂部時，從頂部形成滑坡，發(fā)生土從房屋下擠出，地基土松動，房屋出現(xiàn)不均勻沉降，導致開烈損壞或傾斜。,2009.09,,（２）房屋位于斜坡上，在滑坡情況下，房屋下的土發(fā)生移動，部分土繞過房屋基礎移動，在這種情況下，無論是作用在基礎上的滑動土的土壓力，還是基礎在平面上的不同位移都可能引起房屋所不允許的變形，導致房屋破壞。,2009.09,,（３）房屋位于斜坡下部，房屋經(jīng)受滑動土體的側(cè)壓力，對房屋造成的危害程度與滑坡規(guī)模，滑動土體有關，事故常常是災難性的，例如，1972年6月，香港下起了特大暴雨，雨量達1658.6mm。7月18日晨7點，山坡發(fā)生大滑坡，幾萬立方米土體下滑的巨大沖擊力通過一座位于山坡上的高層住宅——寶城大廈。頃刻之間，大廈被沖毀，并砸毀鄰近大樓一角。在此居住的銀行界人士120人當場死亡，引起西方世界極大震驚。,2009.09,第三節(jié)本學科發(fā)展概況,土力學與基礎工程既是一門古老的工程技術(shù)，又是一門新型的應用科學。由于生產(chǎn)的發(fā)展和生活上的需要，人類很早就己創(chuàng)造了自己的地基基礎工藝。,2009.09,,遠如我國都江堰水利工程、舉世聞名的萬里長城、隋朝南北大運河、黃河大堤、趙州石拱橋以及許許多多遍及全國各地的宏偉壯麗的宮殿寺院、巍然挺立的高塔等等，都是由于奠基牢固，即使經(jīng)歷了無數(shù)次強震、強風而安然無悉。,2009.09,,我國木樁基礎的使用更是源遠流長。如河姆渡文化遺址中發(fā)現(xiàn)的7000年前錢塘江南岸沼澤地帶木構(gòu)建筑下的木樁為世所罕見，公元前532年在今山西汾水上建成的三十墩柱木柱梁橋(《水經(jīng)注》)、以及秦代所建渭橋(公元前221一公元206年，《三輔黃圖》)等也都為木樁基礎，再如鄭州隋朝超化寺打入淤泥的塔基木樁《法苑珠林》)、杭州灣五代大海塘工程木樁等都是我國古代樁基礎技術(shù)應用的典范，雄辯地證明了我國古代勞動人民在工程實踐中積累了豐富的土力學與基礎工程的知識。,2009.09,土力學發(fā)展概況,1773年，法國科學家C.A.Coulomb創(chuàng)立砂土抗剪強度公式，提出擋土墻土壓力的滑動楔體理論1856年，法國工程師H.Darcy研究砂土的透水性，提出層流運動的darcy定律1857年，W.J.M.Rankine，從另一途徑研究了擋土墻的土壓力理論1867年，捷克E.Winkler提出了鐵軌下任一點的接觸壓力與該點的沉降成正比的假設1885年，法國Boussinesq求得了半無限彈性體在豎向集中荷載作用下的應力與變形的理論解答,2009.09,20世紀20年代后土力學的大發(fā)展,1915年，瑞典的彼得森（Petterson）首先提出，后由瑞典的費倫紐斯（Fellenius）及美國的泰勒（Taylor）進一步發(fā)展了土坡穩(wěn)定分析的整體圓弧滑動面法。1920年，法國學者普朗特爾（Prandtl）發(fā)表了地基剪切破壞時的滑動面形狀和極限承載力公式1925年，K.Terzaghi出版了《土力學》一書1962年，中國召開第一屆國際土力學與基礎工程會議,2009.09,,解放后。我國在建筑工程中成功地處理了許多大型和復雜的基礎工程。例如，利用電化學加固處理的中國歷史博物館地基，解決了施工期短、質(zhì)量要求高的困難；特別是在萬里長江上建成的十多座長江大橋(武漢、南京長江大橋等)及其它巨大工程中，采用管柱基礎、氣筒浮運沉井基礎等，成功地解決了水深流急、地質(zhì)復雜的基礎工程問題；,2009.09,,近年來，我國在巖土工程勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場土工試驗、地基處理、新設備、新材料、新工藝的研究和應用方面，取得了很大的進展。在地基處理方面，振動碾壓、振動水沖、深層攪拌、高壓旋噴、粉體噴射、真空預壓、強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、海洋等有關工程中得到了廣泛應用，并取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)效果。,2009.09,第四節(jié)本課程的特點、內(nèi)容與學習要求,本課程包括土力學(專業(yè)基礎)和基礎工程(專業(yè))兩部分，是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)的一門主干課程。其涉及到工程地質(zhì)學、土力學、結(jié)構(gòu)設計和施工等幾個學科領域，內(nèi)容廣泛，綜合性、理論性和實踐性很強。從工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)的要求出發(fā)，學習時牢固地掌握土的應力、變形、強度和地基計算等土力學基本原理，并能應用這些基本概念和原理，結(jié)合有關結(jié)構(gòu)理論和施工知識，分析和解決地基基礎問題。,2009.09,,全書共分為三篇十三章。第1章為緒論。上篇包括第2章至第6章，介紹了土力學的基本原理和計算方法，分別為土的物理性質(zhì)及工程分類、土中應力分布與計算、土的壓縮性與地基沉降計算、土的滲透性與滲透變形計算、土的抗剪強度；,2009.09,,中篇包括第7章至第9章，介紹了土力學的基本原理在工程中的應用，分別為土壓力與擋土墻設計、土坡穩(wěn)定分析和地基承載力；,2009.09,,下篇包括第10章至第13章，介紹了地基基礎設計與施工技術(shù)，分別為淺基礎設計、樁基礎及其他深基礎、特殊地基、地基處理。,2009.09,,在本課程的學習中，必須自始至終抓住土的變形、強度和穩(wěn)定性問題這一重要線索，并特別注意認識土的多樣性和易變性等特點。此外，還必須掌握有關的土工試驗技術(shù)及地基勘察知識，對建筑場地的工程地質(zhì)條件作出正確的評價，才能運用土力學的基本知識去正確解決基礎工程中的疑難問題。,2009.09,,本課程與材料力學、結(jié)構(gòu)力學、彈性理論、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)等有著密切的關系，本書在涉及到這些學科的有關內(nèi)容時僅引述其結(jié)論，要求理解其意義及應用條件，而不把注意力放在公式的推導上。此外，基礎工程幾乎找不到完全相同的實例，在處理基礎工程問題時，必須運用本課程的基本原理，深入調(diào)查研究，針對不同情況進行具體分析。因此，在學習時必須注意理論聯(lián)系實際，才能提高分析問題和解決問題的能力。,2009.09,教材,2009.09,參考文獻,[1]王杰，土力學與基礎工程，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003[2]楊小平，建筑地基基礎，廣州：華南理工大學出版社，2007[3]周景星，基礎工程，北京：清華大學出版社，2007[4]席永慧，土力學與基礎工程，上海：同濟大學出版社，2005[5]趙明華，基礎工程，北京：高等教育出版社，2003[6]李相然，土力學應試指導，北京：中國建材工業(yè)出版社，2001[7]孔軍，土力學與地基基礎，北京：中國電力出版社，2005[8]陳書申，陳曉平主編，土力學與地基基礎，武漢：武漢理工大學出版社，2006,2009.09,,[9]陳希哲，土力學地基基礎，北京：清華大學出版社，2004[10]趙明華，土力學與基礎工程（第2版），武漢：武漢理工大學出版社，2003[11]中華人民共和國建設部，建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002[12]華南理工大學、東南大學、浙江大學、湖南大學，地基及基礎（第三版），北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998[13]許惠德，馬金榮，姜振泉，土質(zhì)學與土力學，徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1995[14]高大釗，袁聚云，土質(zhì)學與土力學，北京:人民交通出版社,2001,2009.09,,[15]陳國興，樊良本，土質(zhì)學與土力學，北京:中國水利水電出版社,2002[16]陳仲頤，周景星，王洪瑾，土力學，北京:清華大學出版社,1997[17]馮國棟，土力學，北京:水利電力出版社,1995[18]高大釗，.土力學與基礎工程.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998[19]胡忠雄，土力學與環(huán)境土工學．上海：同濟大學出版社，1997[20]華東水利學院土力學教研室．土工原理與計算，北京：水利電力出版社，1984[21]黃求順，土力學及基礎工程．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997[22]黃文熙，土的工程性質(zhì)．北京：中國水利水電出版社，1983[23]洪毓康.土質(zhì)學與土力學.北京:人民交通出版社,1995[24]李鏡培，趙春風．土力學．北京：高等教育出版社，2004.6[25]陸培毅.土力學.北京:中國建材工業(yè)出版社,2000,2009.09,關鍵概念,土力學；地基；基礎；巖土工程,2009.09,思考題,1-1簡述地基工程事故類別及特征1-2簡要分析本學科發(fā)展概況1-3學習本課程應注意哪些問題？,2009.09,,,thanks,自甘寂寞、艱苦勞作，方能學研有成,