土力学与基础工程1土、土力学、地基及基础的概念.ppt

土力学与土力学与地基基础地基基础燕山大学建筑工程与力学学院燕山大学建筑工程与力学学院一、一、土、土力学、地基及基础的概念土、土力学、地基及基础的概念土土力力学学是是主主要要研研究究地地基基土土的的应应力力、应应变变、强强度度、稳稳定定性性，研研究究基基础础设设计计理理论论的一门学科。的一门学科。土土是是岩岩石石经经过过物物理理、化化学学、生生物物等等风风化化作作用用的的产产物物，是是矿矿物物颗颗粒粒组组成成的的集集合合体体。是是由由固固体体颗颗粒粒、水水和和空空气气组组成成的的三相体。三相体。v(1)(1)土的固体颗粒之间是分散的，土的固体颗粒之间是分散的，无粘接或弱粘接，因此具有无粘接或弱粘接，因此具有散粒散粒性性和和孔隙性孔隙性。v颗粒之间孔隙是连续的，土颗粒之间孔隙是连续的，土具有具有渗透性渗透性。v固体颗粒的连接强度比颗粒固体颗粒的连接强度比颗粒本身的强度要小的多，土具有压本身的强度要小的多，土具有压缩性和土颗粒之间具有缩性和土颗粒之间具有相对可移相对可移动性动性。土有以下几个特性：土有以下几个特性：2.土力学的概念土力学的概念 土土力力学学是是用用力力学学知知识识和和土土工工测测试试技技术术、研研究究土土的的物物理理力力学学性质，研究土的变形及强度规律的一门学科。性质，研究土的变形及强度规律的一门学科。由由于于土土具具有有复复杂杂的的工工程程特特性性，目目前前在在解解决决土土工工问问题题时时，是是靠靠现现场场经经验验、实实验验辅辅助助理理论论计计算算。因因此此在在土土力力学学中中有有大大量量的的经经验验公公式式、图图表表和和许许多多近近似似计计算算方方法法，还还不不能能像像其其它它学学科科一一样样，有系统的理论和严密的数学公式，有系统的理论和严密的数学公式，土力学是来源于实践的学科。土力学是来源于实践的学科。研究岩石力学特性的学科称为研究岩石力学特性的学科称为岩石力学岩石力学;土力学和岩石力学又统称为土力学和岩石力学又统称为岩土力学岩土力学。环境土力学环境土力学（主要研究环境问题如沙漠土、滑坡、海岸灾害、火山、地震等），（主要研究环境问题如沙漠土、滑坡、海岸灾害、火山、地震等），海海洋土力学洋土力学（研究海洋采油钻井平台的修建、海底采矿、海岸工程以及水上水下建筑）（研究海洋采油钻井平台的修建、海底采矿、海岸工程以及水上水下建筑），冻土力学冻土力学、土动力学土动力学。土动力学土动力学冻土力学冻土力学海洋土力学海洋土力学环境土力学环境土力学岩土力学岩土力学岩石力学岩石力学土力学土力学 3.基础基础 建建筑筑物物的的下下部部结结构构，位位于于地地面面下下，起起着着传传递递上上部部荷荷载载的的作作用。用。根据埋置深度的不同，又分为浅基础和深基础。根据埋置深度的不同，又分为浅基础和深基础。当当 d5m 或或db（基础宽度）为（基础宽度）为浅基础浅基础。当当d5m或或d（45）b为为深基础深基础。浅基础的形式有很多，如单独基础、交叉梁基础、筏板基础浅基础的形式有很多，如单独基础、交叉梁基础、筏板基础 深基础有桩基础、墩柱基础、沉井、沉箱基础、地下连续墙桩基等。深基础有桩基础、墩柱基础、沉井、沉箱基础、地下连续墙桩基等。基础的设计，不仅与钢筋混凝土结构学有关，还与力学特别是土力学基础的设计，不仅与钢筋混凝土结构学有关，还与力学特别是土力学有密切关系。有密切关系。下面为常见的几种基础形式v条形基础独立基础独立基础动画演示动画演示筏板基础筏板基础动画演示动画演示箱形基础动画演示动画演示某某一一高高层层基基础础C CA AD D图图4.4.地基地基 支承建筑物的土层叫支承建筑物的土层叫地基地基。未经过加固处理，直接支承基础的土层叫未经过加固处理，直接支承基础的土层叫天然地基天然地基。经过人工加固的地基叫经过人工加固的地基叫人工地基人工地基。为为了了保保证证建建筑筑物物或或结结构构物物的的正正常常使使用用，对对于于支支承承整整个建筑荷载的地基应满足两个条件：个建筑荷载的地基应满足两个条件：1作作用用在在地地基基上上的的压压力力不不超超过过地地基基的的承承载载力力（强强度条件度条件）；）；2地地基基沉沉降降量量不不允允许许超超过过沉沉降降容容许许值值，以以保保证证建建筑物的正常使用。（筑物的正常使用。（变形条件变形条件）某一工程地基二、二、本课程的特点、任务和学习方法本课程的特点、任务和学习方法1、特点特点v土土力力学学的的三三相相体体系系为为研研究究对对象象。（研研究究对对象象复复杂性杂性）v地地基基土土质质条条件件不不以以人人的的愿愿望望来来选选择择.(场场地地土土复复杂性杂性）v地地基基基基础础工工程程是是地地下下隐隐蔽蔽工工程程。（重重要要性性）它它的的勘勘探探、设设计计和和施施工工质质量量，直直接接影影响响建建筑筑物物的的安安全全，一一旦旦发发生生事事故故又又较较难难挽挽救救处处理理。其其造造价价一一般般占土建总造价的占土建总造价的1030%。讲两个例子说明基础的重要性讲两个例子说明基础的重要性课程内容多、涉及的范围广。课程内容多、涉及的范围广。需要工程地质学、土力学的基本理论。地需要工程地质学、土力学的基本理论。地基的勘察、基础的设计和施工方面知识。基的勘察、基础的设计和施工方面知识。a a、意大利比萨斜塔，由于基础问题出现倾斜。意大利比萨斜塔，由于基础问题出现倾斜。意大利比萨斜塔，由于基础问题出现倾斜。意大利比萨斜塔，由于基础问题出现倾斜。从从从从11731173年建造，至年建造，至年建造，至年建造，至13501350年竣工，经过年竣工，经过年竣工，经过年竣工，经过177177年，中年，中年，中年，中间时断时续，共间时断时续，共间时断时续，共间时断时续，共8 8层层层层5555米高，米高，米高，米高，15901590年伽利略在此年伽利略在此年伽利略在此年伽利略在此塔做过落体实验。塔做过落体实验。塔做过落体实验。塔做过落体实验。塔倾斜的原因为地基不均匀沉塔倾斜的原因为地基不均匀沉塔倾斜的原因为地基不均匀沉塔倾斜的原因为地基不均匀沉降降降降 全塔总荷重约为全塔总荷重约为145MN，塔身传递，塔身传递到地基的平均压力到地基的平均压力约约500kPa。目前塔。目前塔北侧沉降量北侧沉降量90cm，南侧沉降量约南侧沉降量约270cm，塔倾斜约，塔倾斜约550，十分严，十分严重。塔顶离开垂直重。塔顶离开垂直线的水平距离已达线的水平距离已达527m b、建筑物沉降量过大的例子、建筑物沉降量过大的例子 当当建建筑筑物物地地基基严严重重下下沉沉时时，不不仅仅可可使使散散水水倒倒坡坡，雨雨水水积积聚聚，而而且且建建筑筑物物与与外外网网之之间间上上下下水水管管、暖暖气气管管、照照明明电电缆缆、通通讯讯电电缆缆、天天然然气气管管道道都都可可能能断裂。况且，地基严重沉降时，保持建筑物各部位完全均匀下沉不大可能。断裂。况且，地基严重沉降时，保持建筑物各部位完全均匀下沉不大可能。西安大雁塔倾斜已达上千毫米西安大雁塔倾斜已达上千毫米 如上海锦江饭店，高如上海锦江饭店，高15层，层，是上海早期的高层建筑，为接是上海早期的高层建筑，为接待外宾团的高级饭店。地基是待外宾团的高级饭店。地基是深厚的淤泥质土，压缩性大。深厚的淤泥质土，压缩性大。刚建成时，从马路进饭店要上刚建成时，从马路进饭店要上几个台阶，后来由于筑物沉降，几个台阶，后来由于筑物沉降，从马路进饭店要下从马路进饭店要下本书分两大部分本书分两大部分第一章第六章为土力学部分第一章第六章为土力学部分第七章第十一章为地基基础的勘探、设计和施工第七章第十一章为地基基础的勘探、设计和施工方法。运用土力学理论解决工程设计的地基问题。方法。运用土力学理论解决工程设计的地基问题。5个台阶，地基沉降量达个台阶，地基沉降量达150cm。由于锦江饭店上部。由于锦江饭店上部结构采用钢结构，虽然地基严重下沉，未发现开裂事结构采用钢结构，虽然地基严重下沉，未发现开裂事故。但是一层的门窗约一半沉入地面下，一层房间变故。但是一层的门窗约一半沉入地面下，一层房间变成半地下室，无法正常使用。成半地下室，无法正常使用。3、方法、方法 理理论论实实践践相相结结合合，因因为为这这门门课课是是实实践践性性很很强强的的学学科科，仅仅仅仅有有书书本本上上知知识识还还是是远远远远不不够够的的，必必须须在在实实践锻炼中才能真正提高。践锻炼中才能真正提高。三、本学科的发展概况三、本学科的发展概况 国内早期：国内早期：2、学习本课程的任务、学习本课程的任务 学学习习土土力力学学的的基基本本原原理理和和主主要要概概念念，运运用用这这些些原原理理和和概概念念并并结结合合建建筑筑结结构构设设计计方方法法和和施施工工知知识识，会分析和计算地基基础问题。会分析和计算地基基础问题。都江堰水利工程都江堰水利工程赵州石拱桥赵州石拱桥隋朝南北大运河隋朝南北大运河万里长城万里长城应县木塔应县木塔故宫故宫土力学与基础工程既是一门古老的工程技术，由于生产的发展和生活上的需要，土力学与基础工程既是一门古老的工程技术，由于生产的发展和生活上的需要，人类很早就已创造了自己的地基基础工艺。人类很早就已创造了自己的地基基础工艺。国外：国外：18世纪工业革命以后，大规模的城市建设和水利、铁世纪工业革命以后，大规模的城市建设和水利、铁路的兴建面临着许多与土有关的问题，从而促进了土力学理论路的兴建面临着许多与土有关的问题，从而促进了土力学理论的产生和发展。的产生和发展。v1773年，法国的库仑年，法国的库仑(Coulomb)根据试验创立了著名的砂土抗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的滑楔理论。剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。v1857年，英国的朗金年，英国的朗金(Rankine)又从另一途径提出子挡土墙土又从另一途径提出子挡土墙土压力理论，这对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用。压力理论，这对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用。v法国布辛奈斯克法国布辛奈斯克(Boussinesq，1885)求得了在弹性半空间表面求得了在弹性半空间表面作用竖向集中力的应力和变形的理论解答；作用竖向集中力的应力和变形的理论解答；v瑞典费兰纽斯瑞典费兰纽斯(Fellenius，1922)为解决铁路坍方提出了土坡为解决铁路坍方提出了土坡稳定分析法。稳定分析法。通过许多研究者的不懈努力、经验积累，到通过许多研究者的不懈努力、经验积累，到1925年，美国太沙基年，美国太沙基(Terzaghi)在归纳发展以往成就的基在归纳发展以往成就的基础上，发表了第一本土力学础上，发表了第一本土力学(Erdbaumechanik)专专著，著，1929年又与其他作者一起发表了工程地质学年又与其他作者一起发表了工程地质学(lngenieurgeologie)。从此土力学与基础工程就。从此土力学与基础工程就作为独立的学科而取得不断的进展。从作为独立的学科而取得不断的进展。从1936年至今，年至今，召开了多届召开了多届“国际土力学与基础工程学术会议。许多国际土力学与基础工程学术会议。许多国家和地区也都开展了类似的活动，交流和总结本学国家和地区也都开展了类似的活动，交流和总结本学科新的研究成果和实践经验，并定期出版土力学与基科新的研究成果和实践经验，并定期出版土力学与基础工程的杂志刊物，这些对本学科的发展都起到了推础工程的杂志刊物，这些对本学科的发展都起到了推动作用。动作用。我国我国在工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新在工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺的研究和应用方面，取得了很大的进设备、新材料、新工艺的研究和应用方面，取得了很大的进展。在地基处理方面，振动碾压、振动水冲、深层搅拌、高展。在地基处理方面，振动碾压、振动水冲、深层搅拌、高压旋喷、粉体喷射、真空预压、强夯以及各种土工聚合物和压旋喷、粉体喷射、真空预压、强夯以及各种土工聚合物和托换技术等在土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋等有关托换技术等在土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋等有关工程中得到了广泛应用，并取得了较好的经济技术效果。工程中得到了广泛应用，并取得了较好的经济技术效果。随着电子技术及各种数值计算方法对各学科的逐步渗透，随着电子技术及各种数值计算方法对各学科的逐步渗透，土力学与基础工程的各个领域都发生了深刻的变化，许多复土力学与基础工程的各个领域都发生了深刻的变化，许多复杂的工程问题相应得到了解决，试验技术也日益提高。我们杂的工程问题相应得到了解决，试验技术也日益提高。我们相信，我国土力学与基础工程学科也必将得到新的更大的发相信，我国土力学与基础工程学科也必将得到新的更大的发展。展。地基设计软件地基设计软件地基设计及处理软件地基设计及处理软件PKPM基础设计软件谢谢观赏!