绪论土力学与基础工程.ppt

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1、土力学与基础工程土力学与基础工程Email:cjsh_Tel:13859832169 主讲教师主讲教师 黄丽娟黄丽娟Architectural Engineering Department 本课程的主要内容本课程的主要内容绪论；绪论；第一章第一章 土的物理性质及其工程分类；土的物理性质及其工程分类；第三章第三章 土中应力分布及计算土中应力分布及计算;第四章第四章 土的压缩性与地基沉降计算；土的压缩性与地基沉降计算；第五章第五章 土的抗剪强度；土的抗剪强度；第六章第六章 土压力计算；土压力计算；第七章第七章 土坡稳定分析；土坡稳定分析；第八章第八章 地基承载力；地基承载力；第九章第九章 天然地基

2、基础设计天然地基基础设计;第十一章第十一章 桩基础的设计。桩基础的设计。绪绪 论论 一、土力学、地基及基础的概念一、土力学、地基及基础的概念 二、二、国内外土木工程事故举例国内外土木工程事故举例 三、本课程的特点和学习要求三、本课程的特点和学习要求 一、一、土力学、地基及基础的有关概念土力学、地基及基础的有关概念 1.1.土力学土力学研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。2.2.地基地基支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分

3、地层地层称为地基。称为地基。3.3.基础基础建筑物向地基传递荷载的建筑物向地基传递荷载的下部结构下部结构就是基础就是基础。4.4.地基基础设计的先决条件地基基础设计的先决条件 在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了解、研究地基土解、研究地基土(岩岩)层的成因及构造、它的物理力学性质、地下层的成因及构造、它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在水情况以及是否存在(或可能发生或可能发生)影响场地稳定性的不良地质现影响场地稳定性的不良地质现象象(如滑坡、岩溶、地震等如滑坡、岩溶、地震等)，从而对场地件作出正确的评价。，从而对场地件作出

4、正确的评价。5.5.地基基础设计的两个基本条件地基基础设计的两个基本条件 (1)(1)要求作用于地基的荷载不超过地要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，基的承载能力，保证地基在防止整体破保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；坏方面有足够的安全储备；(2)(2)控制基础沉降使之不超过地基的控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值，变形允许值，保证建筑物不因地基变形保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。而损坏或者影响其正常使用。6.6.基础结构的型式基础结构的型式7.7.地基类型地基类型 8.8.地基基础设计方案的选取原则地基基础设计方案的选取原则9.9.地基及基础的重要性地基及

5、基础的重要性 地基及基础示意图地基及基础示意图地地地地基基基基基础基础基础基础上上上上部部部部结结结结构构构构基基 础础上部结构上部结构地地 基基地基基础示意图地基基础示意图基础基础浅基础浅基础深基础深基础地基地基天然地基天然地基人工地基人工地基 建建筑筑物物的的上上部部结结构构、基基础础和和地地基基三三部部分分，功功能能不不同同，研研究究方方法法各各异异，但但它它们们又又是是建建筑筑物物的的有有机机组组成成部部分分，缺缺一一不不可可、彼彼此此联联系系、相相互互制制约约。所所以以，科科学学的的、理理想想的的方方法法是是将将三三部部分分统统一一起起来来进进行行设设计计算。计计算。地基和基础是建筑

6、物的根基，又属于地基和基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程隐蔽工程，它的勘察、设，它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。工程实践表明，建筑物的计和施工质量直接关系着建筑物的安危。工程实践表明，建筑物的事故很多都与地基基础问题有关，而且一旦发生地基基础事故，往事故很多都与地基基础问题有关，而且一旦发生地基基础事故，往往后果严重，补救十分困难，有些即使可以补救，其加固修复工程往后果严重，补救十分困难，有些即使可以补救，其加固修复工程所需的费用也十分可观。所需的费用也十分可观。二、二、国内外土木工程事故举例国内外土木工程事故举例 综合分析可以得到，与地基基础有关的土木工程综合分析可以得到，与

7、地基基础有关的土木工程事故可主要概括为以下类型：事故可主要概括为以下类型：地基产生整体剪切破坏；地基产生整体剪切破坏；地基发生不均匀沉降；地基发生不均匀沉降；地基产生过量沉降以及地基土液化失效。地基产生过量沉降以及地基土液化失效。1 1、地基产生整体剪切破坏、地基产生整体剪切破坏巴西某十一层大厦巴西某十一层大厦 19551955年始建的巴西某十一层大厦长年始建的巴西某十一层大厦长2525m m，宽宽1212m m，支承在支承在9999根根2121m m长的钢筋混凝土桩上。长的钢筋混凝土桩上。19581958年大厦建成后，发现其背后明显年大厦建成后，发现其背后明显下沉。下沉。1 1月月3030日

8、，该建筑物的沉降速度高达每小时日，该建筑物的沉降速度高达每小时4 4mmmm，晚晚8 8时许，时许，大厦在大厦在2020s s内倒塌。后查明该大厦下有内倒塌。后查明该大厦下有2525m m厚的厚的沼泽土沼泽土，而其下的，而其下的桩长仅有桩长仅有2121m m，为深入其下的坚固土层，倒塌是由于地基产生整为深入其下的坚固土层，倒塌是由于地基产生整体剪切破坏所致。体剪切破坏所致。加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 下下图是建于图是建于19141914年的加拿大特朗斯康谷仓地基破坏情况。该年的加拿大特朗斯康谷仓地基破坏情况。该谷仓由谷仓由6565个圆柱形筒仓构成，高个圆柱形筒仓构成，高3131m m

9、，宽宽23.523.5m m，其下为钢筋混凝其下为钢筋混凝土土筏板基础，筏板基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达由于事前不了解基础下埋藏有厚达1616m m的软粘土层的软粘土层，谷仓建成后初次贮存谷物达谷仓建成后初次贮存谷物达2700027000t t后，发现谷仓明显下沉，结果后，发现谷仓明显下沉，结果谷仓西侧突然陷入土中谷仓西侧突然陷入土中7.37.3m m，东侧上抬东侧上抬1.51.5m m，仓身倾斜近仓身倾斜近2727o o。后查明谷仓基础底面单位面积压力后查明谷仓基础底面单位面积压力超过超过300300kPakPa，而地基中的而地基中的软粘软粘土层极限承载力才约土层极限承载力才约250

10、250kPakPa，因此造成地基产生整体破坏并引发因此造成地基产生整体破坏并引发谷仓严重倾斜。该谷仓由于整体刚度极大，因此虽倾斜极为严重，谷仓严重倾斜。该谷仓由于整体刚度极大，因此虽倾斜极为严重，但谷仓本身却完好无损。后于土仓基础之下做了七十多个支承于但谷仓本身却完好无损。后于土仓基础之下做了七十多个支承于下部基岩上的混凝土墩，使用了下部基岩上的混凝土墩，使用了388388个个5050t t千斤顶以及支撑系统才千斤顶以及支撑系统才把仓体逐渐扶正，单其位置比原来降低了近把仓体逐渐扶正，单其位置比原来降低了近4.04.0m m。这是这是地基产生地基产生剪切破坏，建筑物丧失其稳定性剪切破坏，建筑物丧

11、失其稳定性的典型事故实例。的典型事故实例。加拿大特朗斯康谷仓的地基事故加拿大特朗斯康谷仓的地基事故2 2、地基产生不均匀沉降、地基产生不均匀沉降 意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔 意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔11731173年动工修建，当塔修建至年动工修建，当塔修建至2424m m高时发生高时发生倾斜，一百年后续建该塔至塔顶，建成后塔高倾斜，一百年后续建该塔至塔顶，建成后塔高54.554.5m m。目前塔北目前塔北侧沉降一米多，南侧沉降近三米，塔顶偏离中心线约侧沉降一米多，南侧沉降近三米，塔顶偏离中心线约5.545.54m m（倾倾斜约斜约5.85.8o o）。）。为使斜塔安全留存，后在国际范围内

12、进行了招标，为使斜塔安全留存，后在国际范围内进行了招标，对斜塔进行了加固处理。对斜塔进行了加固处理。意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔 我国名胜苏州虎丘塔我国名胜苏州虎丘塔 苏州虎丘塔建于苏州虎丘塔建于959959961961年期间，为七级八角形砖塔，塔年期间，为七级八角形砖塔，塔底直径底直径13.6613.66m m，高高47.547.5m m，重重6300063000kNkN塔建成后由于历经战火沧桑、塔建成后由于历经战火沧桑、风雨侵蚀，使塔体严重损坏，为了使该名胜古迹安全留存，我国风雨侵蚀，使塔体严重损坏，为了使该名胜古迹安全留存，我国于于1956195619571957年期间对其进行了上部结构

13、修缮，但修缮的结果使年期间对其进行了上部结构修缮，但修缮的结果使塔体重量增加了约塔体重量增加了约2000 2000 kNkN，同时加速了塔体的不均匀沉降，塔同时加速了塔体的不均匀沉降，塔顶偏离中心线的距离由顶偏离中心线的距离由19571957年年1.71.7m m发展到发展到19781978年的年的2.312.31m m，并导并导致地层砌体产生局部破坏。后于致地层砌体产生局部破坏。后于19831983年对该塔进行了年对该塔进行了基础托换基础托换，使其不均匀沉降得以控制。使其不均匀沉降得以控制。3、地基产生过量沉降 广深铁路广深铁路k2+150k2+150段线路段线路 我国广深铁路我国广深铁路k

14、2+150k2+150段线路位于广州市，该路段地处山涧段线路位于广州市，该路段地处山涧流水地带，流水地带，淤泥覆盖层较厚淤泥覆盖层较厚，通车后路基不断下沉，通车后路基不断下沉，19751975年后，年后，严重地段每旬下沉量高达严重地段每旬下沉量高达12121616mmmm，其它地段每旬下沉量其它地段每旬下沉量8 81212mmmm不等，路基的下沉不仅增加了该段铁路的维修保养作业量，不等，路基的下沉不仅增加了该段铁路的维修保养作业量，更严重威胁着铁路列车的安全营运。该路段后更严重威胁着铁路列车的安全营运。该路段后采用高压喷射注浆采用高压喷射注浆法法进行了路基土加固处理。进行了路基土加固处理。西安

15、某住宅楼西安某住宅楼 西安某住宅楼位于西安市霸桥区，场地为西安某住宅楼位于西安市霸桥区，场地为级自重湿陷性黄级自重湿陷性黄土场地，建筑物长土场地，建筑物长18.518.5m m，宽宽14.514.5m m，为六层点式为六层点式砖混结构砖混结构，基础，基础采用肋梁式钢筋混凝土基础，采用肋梁式钢筋混凝土基础，建筑物修建以前对地基未做任何处建筑物修建以前对地基未做任何处理，理，由于地下管沟积水，致使地基产生湿陷沉降，在沉降发生最由于地下管沟积水，致使地基产生湿陷沉降，在沉降发生最为严重的为严重的5 5天时间里，该建筑物的累计沉降量超过了天时间里，该建筑物的累计沉降量超过了300300mmmm。后虽后

16、虽经对基础进行托换处理止住了建筑物的继续沉降，但过量沉降严经对基础进行托换处理止住了建筑物的继续沉降，但过量沉降严重影响了该建筑物的使用功能，在门厅处不仅形成了倒灌水现象，重影响了该建筑物的使用功能，在门厅处不仅形成了倒灌水现象，而且门洞高度严重不足，人员出入极不方便。而且门洞高度严重不足，人员出入极不方便。4 4、地基液化失效 日本新泻地震日本新泻地震 日本新泻市于日本新泻市于19641964年年6 6月月1616日发生了日发生了7.57.5级大地震，当地大级大地震，当地大面积的面积的砂土地基砂土地基由于在地震过程中产生振动液化现象而失去了由于在地震过程中产生振动液化现象而失去了承载能力，毁

17、坏房屋近承载能力，毁坏房屋近28902890幢。幢。唐山地震唐山地震 19761976年年7 7月月2828日发生在我国唐山市的大地震是人类历史上日发生在我国唐山市的大地震是人类历史上造成损失最严重的地震之一，震级造成损失最严重的地震之一，震级7.87.8级，大量建筑物在地震中级，大量建筑物在地震中倒塌损毁，倒塌损毁，地基土的液化失效是其中的主要原因之一地基土的液化失效是其中的主要原因之一，唐山矿，唐山矿冶学院图书馆书库因地基液化失效致使其第一层全部陷入地面冶学院图书馆书库因地基液化失效致使其第一层全部陷入地面以下。以下。三三、本课程的特点和学习要求、本课程的特点和学习要求1.1.课程的特点课

18、程的特点 （1 1）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构）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；设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强；（2 2）课程理论性和实践性均较强。）课程理论性和实践性均较强。2.2.学习要求学习要求 (1)(1)学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力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；学基本原理；(2)(2)学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法；学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法；(3)(3)熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工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。试验方法。