土木工程概论-基础工程课.ppt
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1、第3章,基础工程,土力学发展 岩土工程勘察,浅基础 深基础,教学目的、要求:掌握浅基础和深基础的类型,如刚性基础、柔性基础、桩基础、板筏基础等。教学重点:1.地基.基础的作用;2.刚性基础、柔性基础的区别;3.独立基础、条形基础、桩基础的形式。4.地基处理常见方法,土力学学科发展简介1,1.前古典期 即18世纪,其代表是基于“天然坡度”及填土单位重量的经验土压力理论。2.古典土力学的第一阶段 从大约1800年人们普遍接受Coulomb的研究成果到1862年Rankine的著作的出版为止。其特点是:假设c(内聚力)=0,同时认为(内摩擦角)是松散填方的天然坡度,从19世纪30年代开始,又被认为是
2、开挖粘土的长期稳定表面坡度。Collin(1864)单独把粘聚力看做是粘土在破坏瞬间的强度。Alexandre Collin(18081890),法国人,毕业于Ecole理工大学,1833年被任命为勃艮第(Bourgogne)运河的桥梁公路工程局工程师。1855年之后,担任在奥尔良(Orleans)和卢瓦尔(Loire)担任主任工程师。在水文和灌浆技术等工程领域著述颇丰。,生于法国Angoul,卒于法国巴黎。Coulomb对土木工程(结构、水力学、岩土工程)以及自然科学和物理学(包括力学、电学和磁学)等都有重要的贡献。1774年当选为法国科学院院士。被称为“土力学之始祖”。,库仑Charles
3、 Augustin de Coulomb(17361806),土力学学科发展简介2,生于苏格兰爱丁堡,卒于苏格兰格拉斯哥。Rankine被后人誉为那个时代的天才,他在热力学、流体力学及土力学等领域均有杰出的贡献。1855年后,Rankine在格拉斯哥大学担任土木工程和力学系主任。1853年当选为英国皇家学会会员。他一生论著颇丰,共发表学术论文 154 篇,并编写了大量的教科书及手册,其中一些直到 20 世纪还在作为标准教科书使用。,朗肯William John Maquorn Rankine(18201872),土力学学科发展简介3,3.古典土力学的第二阶段 其特征是:一系列对砂土的重要实验研
4、究,该阶段是从Darcy(1856)在印度对管涌和过滤的实验开始,其后,Darwin和Boussinesq(1883)通过土压力实验及分析,得出是土的摩擦角的定义(天然坡度是其特例),并且 Reynolds在1886年论证了剪胀性和负孔隙压力。George Howard Darwin(18451912)爵士是剑桥大学天文学和经验哲学的教授,主要从事地球物理学研究。上述砂的试验是在他1877年在伦敦三一(Trinity)学院完成的。Osborne Reynolds(18421912),1868年1905年之间任曼彻斯特大学工程学教授,英国皇家学会会员,在水力学研究方面尤为突出。,土力学学科发展简
5、介4,出生于法国第戎(Dijon)。Darcy的一项杰出成就是第戎供水系统的建造。19世纪上半叶,大多数城市都没有供水和排水系统。18391840年,Darcy设计和主持建造了第戎镇的供水系统,它比巴黎的供水系统早了20年。为了感谢 Darcy 对家乡的贡献,人们将该镇的中心广场以他的名字命名。Darcy拒绝了镇上欲付给他的高额补偿,他最终得到的好处是他本人及亲属可免费用水。1856年,发表了他对孔隙介质中水流的研究成果Darcy定律。,达西Henry Philibert Gaspxard Darcy(1803-1858),土力学学科发展简介5,Boussinesq是法国著名的物理学家和数学家
6、。1867年获得博士学位,1886年当选法国科学院院士。Boussinesq一生对数学物理中的所有分支(除电磁学外)都有重要的贡献。在流体力学方面,他主要研究涡流、波动、固体物对液体流动的阻力、粉状介质的力学机理、流动液体的冷却作用等方面。他在紊流方面的成就深得著名科学家Saint Venant的赞赏,而在弹性理论方面的研究成就受到了Love的称赞。,布辛奈斯克ValentinJoseph Boussinesq(1842-1929),土力学学科发展简介6,4.现代土力学的第一阶段(19011927)该阶段对粘土性质的认识有了重大突破,其中最重要的是Terzaghi的有效应力原理;包括:分类试验
7、(Atterberg,1910),第一次实际的剪切盒实验及对它的应用(Bell,1915),Fellenius和他的瑞典同事进行的滑动圆弧分析和强度实验(19161926),以及Terzaghi对固结抗剪强度的基础性研究(19211927)。Albert Mautitz Atterberg(18461916),瑞士化学家和土壤科学家,从 1877年开始担任位于卡尔马(Kalmar)的瑞士农业研究所所长。Arthur Langtry Bell(18741956),19011934和19401946年间,作为土木工程师在海军中服役。他的论文曾被英国土木工程师学会授予天福(Telford)金奖。Wo
8、lmar Fellenius(18671953),铁路工程师出身,19051911年间任哥德堡(Gothenburg)设计部门的负责人,随后在斯德哥尔摩担任水力工程的主席,直到1942年退休。他是岩土工程协会的成员,从1919后任主席。,土力学学科发展简介7,Terzaghi于1883年10月2日出生于捷克的首都布拉格,1904年毕业于奥地利的格拉茨(Graz)技术大学,1925年在维也纳出版了举世闻名的Erdbaumechanik(土力学),该书介绍了他所提出的固结理论以及土压力、承载力、稳定性分析等理论,标志着土力学这门学科的诞生。1938年德国占领奥地利后,Terzaghi前往美国,并在
9、哈佛大学任教,直到1956年退休。1963年10月25日,Terzaghi 在马萨诸塞州的温彻斯特逝世。Terzaghi被誉为土力学之父。,太沙基Karl von Terzaghi(18831963),土力学学科发展简介8,3.1,岩土工程勘察,3.1 岩土工程勘察,工程地质勘察的目的主要是查明工程地质条件,分析存在的地质问题,对建筑地区作出工程地质评价。工程地质勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求,正确反映场地的工程地质条件及岩土体性状的影响,并结合工程设计、施工条件,以及地基处理等工程的具体要求,进行技术论证和评价,提出岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议,并提出基础、边坡等工程的设计准则
10、和岩土工程施工的指导性意见,为设计、施工提供依据,服务于工程建设的全过程。工程地质勘察三阶段 1、可行性研究勘察(选址勘察)2、初步勘察 3、详细勘察,岩土工程勘察的方法或技术手段,有以下几种:(1)工程地质测绘。(2)勘探与取样。(3)原位测试与室内试验。(4)现场检验与监测。,3.1.1 工程地质测绘 工程地质测绘是工程地质勘察中一项最重要最基本的勘察方法,也是诸勘察工作中走在前面的一项勘察工作。它是运用地质、工程地质理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细观察和描述,以查明拟定建筑区内工程地质条件的空间分布和各要素之间的内在联系,并按照精度要求将它们如实地反映在一定比例尺的地形设计图上
11、。配合工程地质勘探、试验等所取得的资料编制成工程地质图,作为工程地质勘察的重要成果提供给建筑物规划、设计和施工部门参考。,3.1 岩土工程勘查,各种测量仪器的使用,经纬仪:主要用于测量水平角和竖向角;水准仪:主要作用为提供一条水平视线,照水准尺进行读数,量得并算出高程;测距仪:用于测量距离;其它:平板仪、钢卷尺、水准尺、测钎、标杆等。,DJ2光学经纬仪,3.1岩土工程勘察,DJ6光学经纬仪,Dzs3水准仪,3.1岩土工程勘察,3.1.2 岩土工程勘探方法勘探的方法包括钻探、井探、槽探、洞探、地球物理勘探等3.1.3 原位测试 原位测试与室内试验的主要目的,是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术
12、参数,包括岩土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等。原位测试一般都藉助于勘探工程进行,是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。,3.1 岩土工程勘查,进行房屋结构设计时,为了保证地基安全可靠,使房屋的沉降量在规定的容许范围内,还要做到以下几点:,对建设场地的地质情况,认真进行勘察,通过钻孔取样了解土层、岩层的分布;,3.1 岩土工程勘查,3.1 岩土工程勘查,确定建设场地地基的地基承载力,对场地有代表性的土层试样进行土工实验,测定土的物理力学性质指标或在场地进行原位试验(载荷试验)。,3.1 岩土工程勘查,3.1 岩土工程勘查,工程地质勘察报告的整理及阅读,
13、重要性;整理的依据;勘察报告的内容 场地地形图 勘探点的平面布置图 工程地质剖面图 地基各土层的物理力学性质总表 提出有关地基基础设计参数如基础埋置深度、地基承载力、地下水位。,根据场地地质资料进行综合分析,提出多种地基基础设计方案比较,为房屋结构设计和施工提供重要依据。,3.1 岩土工程勘查,3.2,浅 基 础,土力学 利用力学原理,研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其随时间变化规律的科学。基础 将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。地基 把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分土(岩)层称为地基。地基的范围(正常情况下卧层土自然压密状态强度高于持力层)持力层:埋置基础的土层即位
14、于基础底面第一层土。下卧层:在地基范围内持力层以下的土层。软弱下卧层:强度低于持力层的下卧层。基础埋置的土层:应埋置在良好的持力层上。,基础知识,3.2 浅基础,1.地基,直接支承建筑物的天然土,不是建筑物的组成部分。,天然地基本身具有足够的强度,能直接承受建筑物荷载,人工地基本身的承载能力弱,或建筑物上部荷载较大,须预先对土壤层进行人工加工或加固处理(压实法、换土法、打桩法以及化学加固法等)后才能承受建筑物荷载,3.2 浅基础,2.地基土的工程分类,这里指的土包括岩石,岩石是广义的土。,岩石:指颗粒间牢固联结的整体的或具有节理、裂隙的岩体。其承载能力视岩石风化程度而异,一般在2004000k
15、pa;,碎石土:按粗细程度又分为块石、碎石、角砾等,其承载力约在2001000kpa;,砂土:按粗细程度分砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂,地基承载力在140500 kpa;,粉土:其工程性质介于粘性土和上述无粘性土之间的土。,粘性土:具有明显的粘性、可塑性、压缩性,地基承载力在105410kpa;,人工填土:包括素填土、杂填土、冲填土;成分、工程性质复杂。,3.2 浅基础,3.土的基本工程特性,土具有压缩性,这是由土的三相组成决定的。,固相:固体颗粒(岩石碎屑、矿物颗粒)液相:孔隙中的水气相:孔隙中的气体,S 为地基沉降量即建筑物沉降量,见土的三相图,3.2 浅基础,4.关于地基承载力的概念,指
16、保证在地基稳定条件下,地基压缩变形在房屋容许范围内时,地基单位面积上所能承受的最大荷载。,地基的强度条件要求是:,3.2 浅基础,根据基础材料的受力性能和构造形式分为:独立基础、条形基础、筏形基础和箱形基础。,3.3 浅基础,浅基础:当基础埋置深度不大(一般浅于5m或小于基础最小宽度),只须经过普通施工方法就可以建造起来的基础。,、刚性基础(无筋扩展基础)材料:砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等。材料性能特点:抗压强度高,抗拉强度、抗剪强度低。构造要求:基础的外伸宽度和基础高度的比值(台阶宽高比)不超过规定的允许值。适用范围:6层和6层以下的(三合土基础不超过4层)一般民用建筑和墙承重的
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