土力学与地基基础(1、绪论2、土的三相组成)课件.ppt
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1、土力学与土力学与 地基基础地基基础建筑工程学院建筑工程学院2008-11马马 金金 荣荣1 1、绪绪 论论1.1 1.1 基本概念基本概念u土土矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。土随着生成环境、物质成分、形成年代的不同,工程土随着生成环境、物质成分、形成年代的不同,工程特性也复杂多变。生成不同性质的土体,如软土、黄土、特性也复杂多变。生成不同性质的土体,如软土、黄土、填土等。填土等。因此在建筑物设计前,必须充分了解、因此在建筑物设计前,必须充分了解、研究建筑研究建筑场地土场地土(岩岩)层的层的工程地质条件工程地质条件并作出正确的评价。并作出正确的评价。u土力学土力
2、学利用力学的一般原理,研究土的利用力学的一般原理,研究土的物理、化学物理、化学和和力力学学性质及土体在性质及土体在荷载、水、温度等外界因素荷载、水、温度等外界因素作用下工程性作用下工程性状的应用科学。它是力学的一个分支。状的应用科学。它是力学的一个分支。由于土是以矿物颗粒组成骨架的由于土是以矿物颗粒组成骨架的松散颗粒集合体(松松散颗粒集合体(松散体介质),散体介质),必须通过专门的土工试验技术进行研究。必须通过专门的土工试验技术进行研究。(续)(续)u地基地基:为支承基础的土体或岩体。在结构物基础:为支承基础的土体或岩体。在结构物基础底面下,承受由基础传来的荷载,受建筑物影响底面下,承受由基础
3、传来的荷载,受建筑物影响的那部分地层。地基分为天然地基、人工地基。的那部分地层。地基分为天然地基、人工地基。u基础基础:将结构承受的各种作用传递到地基上的结:将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。构组成部分。基础依据埋置深度不同划分为浅基基础依据埋置深度不同划分为浅基础、深基础。础、深基础。u基础工程:研究基础或包含基础的地下结构设计基础工程:研究基础或包含基础的地下结构设计与施工的一门科学,也称为基础工程学。与施工的一门科学,也称为基础工程学。地基与基础地基与基础示意图(一)示意图(一)地基与基础示意图(二)地基与基础示意图(二)1.2 1.2 土力学及基础工程学科发展概况土力学及
4、基础工程学科发展概况 土力学与基础工程土力学与基础工程既是一门古老的工程技术,既是一门古老的工程技术,又是一门新型的应用科学。随着社会的发展和生活又是一门新型的应用科学。随着社会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上的需要,人类很早就已创造了自己的地基基础工艺。如都江堰水利工程、万里长城、杭州湾海塘木艺。如都江堰水利工程、万里长城、杭州湾海塘木桩护岸工程等。但没有系统的理论总结。桩护岸工程等。但没有系统的理论总结。1818世纪工业革命以后,大规模的城市建设和水世纪工业革命以后,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,从而利、铁路的兴建面临着许多与土有关的
5、问题,从而促进了土力学理论的产生和发展。促进了土力学理论的产生和发展。17731773年,年,法国的法国的库仑库仑(Coulomb)(Coulomb)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式,提出了计算公式,提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论挡土墙土压力的滑楔理论。18571857年,年,英国的朗金英国的朗金(RankineRankine)又从另一途径提出了挡土又从另一途径提出了挡土墙土压力理论,这对后来土体强度理论的发展起了墙土压力理论,这对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用。很大的促进作用。1.2 1.2 土力学及基础工程的发展概况(续)土力学及基础工程的发
6、展概况(续)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19251925年,年,美国太沙基美国太沙基(TerzaghiTerzaghi)在归纳发展以往成在归纳发展以往成就的基础上,发表了第一本就的基础上,发表了第一本土力学土力学专著,专著,19291929年又与其他作者一起发表了年又与其他作者一起发表了工程地质学工程地质学。从此。从此土力学与基础工程就作为独立的学科而取得不断的土力学与基础工程就作为独立的学科而取得不断的进展。进展。从从19361936年至年至20082008年,共召开了年,共召开了1616届国际土力学届国际土力学与基础工程学术会议。我国自与
7、基础工程学术会议。我国自19621962年以来,先后召年以来,先后召开了九届全国土力学与基础工程会议,学术水平受开了九届全国土力学与基础工程会议,学术水平受到国际瞩目。到国际瞩目。1.2 1.2 土力学及基础工程的发展概况(续)土力学及基础工程的发展概况(续)土力学理论方面,自土力学理论方面,自19231923年年太沙基太沙基(TerzaghiTerzaghi)提出的提出的饱和土固结理论饱和土固结理论开始至今已发展了开始至今已发展了8080多年,多年,前前4040年为年为古典土力学古典土力学发展阶段,之后为发展阶段,之后为现代土力学现代土力学发展阶段,特别是近发展阶段,特别是近3030年,土力
8、学理论得到了长年,土力学理论得到了长足的发展。但土的实际变形特性却一直未有合适的足的发展。但土的实际变形特性却一直未有合适的数学模型描述,目前大多数本构模型只能模拟单调数学模型描述,目前大多数本构模型只能模拟单调加荷的情况,绝大多数不能应用于工程实践。加荷的情况,绝大多数不能应用于工程实践。因此,专家建议后因此,专家建议后3030年的研究重点应放在复杂年的研究重点应放在复杂加、卸载条件下土的本构模型的研究上,用于解决加、卸载条件下土的本构模型的研究上,用于解决复杂应力状态下的工程问题。复杂应力状态下的工程问题。(专家(专家19961996年语)年语)1.31.3 课程的性质、目的及任务课程的性
9、质、目的及任务 性质:性质:工程管理专业的专业基础课程;工程管理专业的专业基础课程;任务:任务:获得土力学及地基基础工程设计、施工中所必须获得土力学及地基基础工程设计、施工中所必须的基础理论、基础知识和基本技能;的基础理论、基础知识和基本技能;目的:目的:培养学生将理论应用于实践、分析问题、解决问培养学生将理论应用于实践、分析问题、解决问题的能力。题的能力。1.4 1.4 授课专业授课专业 工程管理专业工程管理专业20062006级级1.5 1.5 先修课程先修课程 工程力学、地质学基础、工程地质与水文地质等课程工程力学、地质学基础、工程地质与水文地质等课程1.61.6 课堂讲授内容课堂讲授内
10、容绪论绪论土的三相组成及土的结构土的三相组成及土的结构土的物理性质、水理性质和地基土的工程分类土的物理性质、水理性质和地基土的工程分类土中的应力土中的应力土的变形性质及地基沉降计算土的变形性质及地基沉降计算(续)(续)土的抗剪强度和地基承载力土的抗剪强度和地基承载力土压力和土坡稳定土压力和土坡稳定岩土工程勘察概述岩土工程勘察概述浅基础设计浅基础设计桩基础桩基础基坑工程基坑工程地基处理地基处理1.7 1.7 实验教学内容实验教学内容土的含水量、重度,土的液限与塑限土的含水量、重度,土的液限与塑限土的侧限压缩试验土的侧限压缩试验(固结试验)(固结试验)土的直接剪切试验,土的三轴剪切试验(演示)土的
11、直接剪切试验,土的三轴剪切试验(演示)1.81.8 本课程本课程48(42+6)48(42+6)学时,学时,3 3学分学分1.91.9 考核方式:考核方式:作业、笔试(闭卷)作业、笔试(闭卷)1.101.10 主要参考书主要参考书u基础工程基础工程,赵明华主编,高等教育出版社,赵明华主编,高等教育出版社,20032003u土力学地基基础土力学地基基础(第三版),陈希哲编,(第三版),陈希哲编,清华大学出版社,清华大学出版社,19981998年年u土的工程性质土的工程性质,黄文熙编,黄文熙编u建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002GB50007-2002)u建筑桩基技
12、术规范建筑桩基技术规范(JGJ94-JGJ94-20082008)u建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002JGJ79-2002)u建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99JGJ120-99)u建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003JGJ106-2003)2 2、土的三相组成及土的结构土的三相组成及土的结构2.12.1 土的固体颗粒(固相)土的固体颗粒(固相)2.22.2 土中水和气土中水和气2.32.3 土的结构与构造土的结构与构造2.1 2.1 土的固体颗粒(固相骨架)土的固体颗粒(固相骨架)图图2.1 2.1 土的三相组
13、成示意图土的三相组成示意图土的三相土的三相水(液态、固态)水(液态、固态)气体(包括水气)气体(包括水气)固体颗粒(骨架)固体颗粒(骨架)(1 1)土颗粒的矿物成分)土颗粒的矿物成分 固体颗粒构成土的骨架,其大小和形状、矿物成分及其固体颗粒构成土的骨架,其大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。组成情况是决定土物理力学性质的重要因素。u土的矿物成分土的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作主要取决于母岩的成分及其所经受的风化作用、搬运及沉积作用。用、搬运及沉积作用。u土的固体颗粒物质成分:土的固体颗粒物质成分:无机矿物颗粒和有机质。无机矿物颗粒和有机质。无机矿物
14、颗粒的成分有两大类:无机矿物颗粒的成分有两大类:原生矿物原生矿物。即岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、。即岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、长石、云母等。由它们构成的粗粒土,例如漂石、卵石、圆长石、云母等。由它们构成的粗粒土,例如漂石、卵石、圆砾等,都是岩石的碎屑,其矿物成分与母岩相同。砾等,都是岩石的碎屑,其矿物成分与母岩相同。次生矿物次生矿物。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿。系原生矿物经化学风化作用后而形成新的矿物物(例如例如粘土矿物粘土矿物)。它们颗粒细小,呈片状,是粘性土固相。它们颗粒细小,呈片状,是粘性土固相的主要成分。的主要成分。粘土矿物粘土矿物 粘土矿物特点:粘土矿物
15、特点:粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝硅酸盐晶体,硅酸盐晶体,颗粒成片状,是由颗粒成片状,是由硅片硅片和和铝片铝片构成的晶胞所组叠而成。构成的晶胞所组叠而成。硅片的基本单元硅片的基本单元是硅是硅氧四面体。它是由氧四面体。它是由1 1个居中的硅离个居中的硅离子和子和4 4个在角点的氧离子所构成,如图个在角点的氧离子所构成,如图2.2(a)2.2(a)所示。由所示。由6 6个硅个硅氧四面体组成一个硅片,如图氧四面体组成一个硅片,如图2.2(b)2.2(b)所示。图所示。图2.2(c)2.2(c)为简化图为简化图形。形。图图2.2 2.2 硅片的结构示意图硅片的结构示意图(续)(续)铝片
16、的基本单元铝片的基本单元则是铝则是铝氢氧八面体,它是由氢氧八面体,它是由1 1个铝离子个铝离子和和6 6个氢氧离子所构成,如图个氢氧离子所构成,如图2.3(a)2.3(a)。4 4个八面体组成一个铝个八面体组成一个铝片。每个氢氧离子被相邻两个铝离子所共有,如图片。每个氢氧离子被相邻两个铝离子所共有,如图2.3(b)2.3(b)所所示。图示。图2.3(c)2.3(c)为简化图形。为简化图形。图图2.3 2.3 铝片的结构示意图铝片的结构示意图(续)(续)粘土矿物粘土矿物依硅片和铝片的组叠形式的不同,可以分为蒙依硅片和铝片的组叠形式的不同,可以分为蒙脱石、伊利石和高岭石三种主要类型(图脱石、伊利石
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