教学课件：第0章-土力学绪论.ppt

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1、本课程教材,土力学地基基础（第4版）陈希哲编著清华大学出版社,0 绪论1 工程地质2 土的物理性质及工程分类3 土的压缩性与地基沉降计算4 土的抗剪强度与地基承载力5 土压力与土坡稳定性,内容,土力学,6 工程建设的岩土工程勘察7 天然地基上浅基础的设计 8 桩基础和深基础9 软弱地基处理10 特殊地基处理,地基基础,内容,1 密度、比重、含水率测定2 液限测定3 土的固结实验4 直剪实验,实验内容,第0章 绪 论,一、本门课程的知识构架二、本学科的发展概况三、本课程的特点和学习要求四、实例,建筑物三部分示意图,一、本门课程的知识构架,地基：建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的

2、那一部分地层。土层中附加应力与变形不能忽略基础：将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构，建筑物向地基传递荷载的下部结构,建筑物,上部结构,基 础,地 基,a.定义：,（1）地基基础,b.地基的分类：按地质情况分：土基、岩基。按设计施工情况分：天然地基：不需处理而直接利用的地基。人工地基：经过人工处理而达到设计要求的地基。,换土垫层,深层密实,化学加固,排水固结,（2）土力学土的定义 土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。b.土的特点：碎散性、压缩性、固体颗粒间的相对移动性及透水性。连续介质的固体材料。c.土的用途：作为地基；作为

3、建筑材料（e.g.路基，堤坎）,d.土力学的研究对象：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系：即土的应力应变强度时间四变量之间的内在联系。是本课程的理论基础。土力学所要研究的两大基本问题是土体的变形和强度。,（3）地基设计中，必须满足的两个技术条件：1、地基的变形条件：（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜）保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。s s 2、地基的强度条件：要求作用于地基的荷载不超过地基的承载力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。p f,（4）基础设计中，必须满足的两个技术条件：基础应当具有足够的强度和耐久性。,建筑物的上部结构、基础和地基三部

4、分，功能不同，研究方法各异，但它们又是建筑物的有机组成部分，缺一不可、彼此联系、相互制约。所以，科学的、理想的方法是将三部分统一起来进行设计计算。依目前的理论水平，还很难做到这一点。尽管如此，我们在处理地基基础问题时，头脑里一定要有地基-基础-上部结构相互作用的整体概念，尽可能全面地加以考虑。,二、本学科发展概况,地基及基础既是一项古老的工程技术，又是一门年轻的应用科学。穷本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺，我国西安半坡新村新石器时代遗址的考古发掘，都发现有土台和石础。举世文明的长城、大运河、蜿蜒万里，如不处理好有关岩土问题，哪能穿越各种地质条件的

5、广阔地区，而被誉为亘古奇观。,作为本学科理论基础的土力学的发端，始于18世纪兴起了工业革命的欧洲。1773年，法国的库伦（Coulomb）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力理论。90余年后，英国的朗肯（Rankine,1869）又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。法国的布辛奈斯克（Boussinesq,1885）求得了弹性半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。1922年，瑞典人费伦纽斯（Fellenius）,土坡稳定分析法。这些古老的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实用的价值。,1925年，美国的太沙基(Terzaghi)发表了土力学专著，接着，于192

6、9年又发表了工程地质学。这些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对本学科各方面的探索。时至今日，土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各专业岩土问题的共同性，已融为一个自成体系的新专业“岩土工程”（Geotechnical Engineering）。,1 课程的特点：（1）土力学属于专业基础课，它在一般基础课和专业课之间起到承上启下的作用。也是一门边缘学科，它所设计的自然科学范围很广，除了和力学领域内各邻近学科有密切关系外，它还涉及到普通地质学、土质学、物理、化学等方面的知识领域。（2）课程理论性

7、和实践性均较强。（3）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强；,三、本课程的特点和学习要求,2学习要求：(1)学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学基本原理；(2)熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法；(3)学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法；(4)重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养;(5)熟悉常见基础设计方法及构造要求；(6)熟悉常见地基问题的处理方法。,建筑物倾斜（1）意大利比萨斜塔：1173年9月动工，至1178年建至第四层中部，高度约29米时，因塔身

8、明显倾斜而停工。94年后，于1272年复工，经6年时间，建完第7层，高48米，再次停工中断82年。于1360年再复工，至1370年竣工。全塔共8层，高度为55米。,四、实例,塔身为圆筒形，1-6层为优质大理石砌成，顶部7-8层采用砖和轻石料。1590年伽利略做落体实验，创建了物理学上著名的落体定律。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80米，塔顶偏离中心线已达5.27米，倾斜5.50，1990年1月14日被封闭。,比萨斜塔治理措施及结果 在斜塔北侧的塔基下码放了数百吨重的铅块，并使用钢丝绳从斜塔的腰部向北侧拽住，还抽走了斜塔北侧的许多淤泥，并在塔基地下打入1

9、0根50米长的钢柱。历时10年半的比萨斜塔拯救工作已全部结束。纠偏校斜438厘米，除自然因素外，可确保3个世纪内不发生倒塌危险。,（2）苏州虎丘塔 此塔位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年。全塔7层，高47.5米。平面呈八角形。青砖砌筑。1980年时，塔身已向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31米。底层塔身出现不少裂缝。宝塔倾斜为地基覆盖层相差悬殊等原因造成。,2.建筑地基严重下沉,造成建筑地基严重下沉的因素很多，就地基而言，多为高压缩性软弱土。会造成室内外连接困难及交通不便，内外网管道也会造成破坏。,图示为墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其

10、发生的沉降及不均匀沉降。,第1章 绪论,3.建筑物墙体开裂,持力层土质压缩性相差悬殊或不同类型基础基底压力相差较大，引起不均匀沉降，导致墙体开裂。相邻荷载影响亦可引起附加应力增加，导致地基下沉，墙体开裂。,第1章 绪论,4.建筑物基础开裂,地基压缩性相差悬殊，导致基础底板断裂。,第1章 绪论,*当地基岩是石灰岩，在地下水长期作用下，可能产生岩溶(喀斯特)，并伴生土洞，则影响建筑场地的稳定性；*在山区残积土或坡积土，因土的粒径大小相差悬殊，在地下水作用下，可能产生溶蚀；,6.建筑物地基滑动,右图是加拿大特朗斯康谷仓地基破坏情况。该谷仓建于1911年，1913年秋完工，9月装谷。10月17日发现1

11、小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜并在24小时内倾倒。谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，仓身倾斜27度。,事故原因为谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动,7.建筑物地基液化失效,地震引起砂土地基液化，丧失地基承载力。（1）日本新泻：1964年，7.5级地震。,（2）唐山地震,液化“砂火山”口,液化喷水冒砂后景象,液化造成地基沉陷,房屋严重裂缝,液化造成地基沉陷,房屋严重裂缝,液化后汽车陷入土中,液化地裂,8.土坡滑动,断层所造成的边坡滑动使民宅横向移动10m,垂直落差约6m,二郎山隧道西引道滑坡张裂缝,港岛1972 Po Shan 滑坡(方量 2万m3)(67 死、20 伤),

12、Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,香港宝城大厦因滑坡倒塌,巴东崖崩造成房屋墙体开裂,上述事故实例说明，岩土工程方面的事故具有突发性、灾害性和全局性的特点，不仅使工程全军覆没，而且常殃及四邻，危害环境。为了防止工程事故的产生，在重要工程的各个阶段都应十分重视岩土工程的勘察、设计、施工和检测。,隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂层上，一千三百多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。,发展趋势,1室内和原位测试技术和仪器设备的研究。2土的非线性问题本构关系的研究。本构关系指土的应力、应变、强度和时间的关系，描述这类关系的数学表达式称为数学模型或简称模型。3计算技术的研究。非确定性计算方法在土力学中的应用。4模型试验和现场观测。5加强土力学的基础性研究，宏观和微观研究相结合。,