土力學與地基基礎緒論部分PPT課件

1、第一章第一章 緒論緒論一、地基及基礎的概念一、地基及基礎的概念二、本學科的發(fā)展概況二、本學科的發(fā)展概況三、本課程的特點和學習要求三、本課程的特點和學習要求第1頁/共34頁 一、地基及基礎的概念任何一種建筑物（構筑物）均可根據(jù)建筑物室任何一種建筑物（構筑物）均可根據(jù)建筑物室外（或自然地面）的相對外（或自然地面）的相對0.0m0.0m標高，將整體建標高，將整體建筑物劃分為相對筑物劃分為相對0.0m0.0m標高以上部分的上部結構標高以上部分的上部結構與相對與相對0.0m0.0m標高以下部分的基礎結構兩大部分。標高以下部分的基礎結構兩大部分。建筑物建筑物上部結構上部結構基礎結構基礎結構上部結構自重及其

2、所承受的荷載，如果直接作用在地基土（土層或巖層），則地基土會產生過大的壓力與過大的壓縮變形，由此導致因地基土強度不足而產生地基土強度破壞、較大的沉降或不均勻沉降。第2頁/共34頁 基礎：基礎：實際上就是將上部結構的底部尺寸經過擴大后的截實際上就是將上部結構的底部尺寸經過擴大后的截面，由此將上部結構的自重及荷載傳遞給地基上。面，由此將上部結構的自重及荷載傳遞給地基上。 地基：地基：未經人工加固的可以在其上修筑基礎的天然土層，未經人工加固的可以在其上修筑基礎的天然土層，稱為稱為天然地基天然地基，當天然地基土層承載力較低時，必須經過加，當天然地基土層承載力較低時，必須經過加固后才能在其上修筑基礎，這

3、樣的地基稱為固后才能在其上修筑基礎，這樣的地基稱為人工地基人工地基；基礎結構基礎結構地基地基基礎基礎天然地基天然地基人工地基人工地基基礎工程屬于隱蔽工程，具有承上啟下、分散、傳遞荷載的作用。d基礎基礎地基地基埋深埋深埋深：基礎底面到室外地面之間的距離。幾個概念：幾個概念：第3頁/共34頁基基礎礎上部結構上部結構地地 基基建筑物各部分示意圖建筑物各部分示意圖下部結構下部結構基礎工程學研究的對象是基礎工程學研究的對象是地基與基礎地基與基礎問題問題。第4頁/共34頁 當建筑物地基由多層土組成時，直接與基礎底面接觸的土層稱為持力層持力層， 持力層以下的其它土層稱為下臥層。 持力層和下臥層都應滿足地基設

4、計的要求，但對持力層的要求顯然比對下臥層要高。 地基承載力和變形特性是選擇持力層的關鍵。持力層、下臥層持力層、下臥層第5頁/共34頁基礎類型：基礎類型： 天然地基上的淺基礎天然地基上的淺基礎 樁基礎樁基礎 人工地基上的淺基礎人工地基上的淺基礎 深基礎深基礎換土墊層，水泥土樁、碎石樁復合地基等換土墊層，水泥土樁、碎石樁復合地基等人工地基：人工地基：埋深埋深5m5m特殊方法施工特殊方法施工考慮側壁阻力作用考慮側壁阻力作用沉井基礎沉沉井基礎沉箱基礎箱基礎樁基礎也屬深基礎樁基礎也屬深基礎淺基礎：淺基礎：埋深小于埋深小于5m5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m5m，但是小于基礎寬，但是小于基礎寬度。兩側

5、（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深度。兩側（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深淺概念。淺概念。比較:深基礎耗料多，施工困難，遇水塌方的概率高，因此在設計上優(yōu)先考慮淺基礎。第6頁/共34頁高層建筑與基礎關系高層建筑與基礎關系 深基礎具有很高的承載力，廣泛用于高層建筑和特殊的工業(yè)建筑。 高層建筑優(yōu)點，可以有效利用資源和節(jié)省市政設施費用等； 聯(lián)合國教科文組織將高層建筑分四類：一類：916層,高度不超過50m；二類：1725m，高度不超過75m，三類：2640層，高度不超過100m，四類：40層以上，或高度超過100m; 一般地質條件：采用箱型或筏型基礎的高層建筑，其基礎工程的費用約占總

6、造價的1020%；施工工期為2025%；采用樁基礎的費用為2030%；工期為3040%；第7頁/共34頁淺基礎的類型淺基礎的類型 按基礎剛度分按基礎剛度分無筋擴展基礎（剛性基礎）無筋擴展基礎（剛性基礎） 單獨基礎（獨立基礎）、條形基礎、單獨基礎（獨立基礎）、條形基礎、筏型基礎、箱型基礎、殼型基礎筏型基礎、箱型基礎、殼型基礎 按結構形式分按結構形式分擴展基礎（柔性基礎）擴展基礎（柔性基礎）第8頁/共34頁 按基礎剛度分按基礎剛度分 無筋擴展基礎擴展基礎擴展基礎 (柔性基礎柔性基礎)0hbtgt1:1.0 1:2.0與材料和荷與材料和荷載有關載有關F bth0F 磚、石、灰土，素混凝土磚、石、灰土

7、，素混凝土 材料抗拉強度很低材料抗拉強度很低要求基礎臺階寬高比（剛性角）符合一要求基礎臺階寬高比（剛性角）符合一定條件定條件鋼筋混凝土鋼筋混凝土要滿足抗彎、抗剪和抗沖切等結要滿足抗彎、抗剪和抗沖切等結構要求構要求1 1 緒論緒論第9頁/共34頁 按基礎結構形式分按基礎結構形式分1 1 單獨基礎單獨基礎2 2 條形基礎條形基礎1 1 緒論緒論第10頁/共34頁3 十字交叉基礎十字交叉基礎條形基礎的變種條形基礎的變種1 1 緒論緒論第11頁/共34頁4 4 筏形（筏板）基礎筏形（筏板）基礎5.1 5.1 概述概述第12頁/共34頁底板底板外墻外墻內墻內墻5 5 箱形基礎箱形基礎由底板、墻和頂板形成

8、箱，整體性更好由底板、墻和頂板形成箱，整體性更好1 1 緒論緒論第13頁/共34頁6 6 殼體基礎殼體基礎高聳建筑物高聳建筑物1 1 緒論緒論第14頁/共34頁1 1 緒論緒論 地基處理的目的地基處理的目的1 提高土的強度-地基承載力2 增加土的剛度-減少地基沉降量3 改善地基土的水力特性改善地基土的水力特性 (1)防滲：防滲：堤壩、閘基、池堤壩、閘基、池 (2)排水：排水：軟基固結滲流、擋土墻排水軟基固結滲流、擋土墻排水 (3)滲透穩(wěn)定性：滲透穩(wěn)定性：長江大堤的管涌、流土長江大堤的管涌、流土 (4)抗凍性抗凍性4 改善抗震性能改善抗震性能 (1)液化：液化：加密加密 (2)震陷：震陷：干松砂

9、和溶洞干松砂和溶洞第15頁/共34頁1 1 緒論緒論 地基處理的方法地基處理的方法換土墊層法換土墊層法加密法加密法深層壓密法深層壓密法土工合成材料土工合成材料化學加固法化學加固法方法眾多，方法眾多，分類不統(tǒng)一分類不統(tǒng)一 復合地基復合地基換填法換填法淺層壓密法淺層壓密法強夯法強夯法擠密樁復合地基擠密樁復合地基預壓加固法預壓加固法凍結法凍結法膠結法膠結法第16頁/共34頁基礎工程學研究內容：基礎工程學研究內容：選類型選類型各各種種基基礎礎均均包包括括設計計算設計計算施工方法施工方法第17頁/共34頁二、本學科的發(fā)展概況二、本學科的發(fā)展概況與其他學科一樣，是人類長期生產實踐中不斷發(fā)展起來的。遠在13

10、00年前隋朝石工李春所修建的趙州安濟石拱橋，不僅在建筑結構上有特殊工藝，而且在地基基礎的處理上也非常合理，該橋坐落在較淺的密實粗砂巖土層上，沉降小，現(xiàn)反算其基底壓力約500600kPa,與現(xiàn)行各設計規(guī)范中所采用的該土層容許承載力的數(shù)值（550kPa)極為接近；北宋初著名木工喻皓公元989年建造開封開寶寺木塔時，考慮當時西北風，便特意使建于飽和土上的塔身向西北傾斜，設想在風力的長期繼續(xù)作用下可以漸趨復正；作為本學科的理論基礎-土力學的發(fā)展，對土的抗剪強度、土壓力、土坡穩(wěn)定分析方法的進行了研究；土力學的發(fā)展同時也使基礎工程的工程技術理論得到了進一步的發(fā)展和充實；1 1 緒論緒論第18頁/共34頁二

11、、本學科的發(fā)展概況二、本學科的發(fā)展概況近年來大量近年來大量新工藝、新材料、新施工機新工藝、新材料、新施工機具具的涌現(xiàn)帶來料基礎工程的蓬勃發(fā)展；的涌現(xiàn)帶來料基礎工程的蓬勃發(fā)展；設計理論也正由傳統(tǒng)的設計理論也正由傳統(tǒng)的容許應力法容許應力法向向概概率極限法率極限法過渡；過渡；地基基礎的抗震理論目前尚落后與實際地基基礎的抗震理論目前尚落后與實際工程的需要；工程的需要；1 1 緒論緒論第19頁/共34頁基礎工程領域研究的基礎工程領域研究的關注點關注點主要有：主要有： 之一之一是在設計計算理論和方法方面：包括考慮上部結構、基礎與地基共同工作的理論和設計方法，概率極限狀態(tài)設計理論和方法，優(yōu)化設計方法，數(shù)值分

12、析方法和計算機技術的應用等。 之二是樁基礎技術：其中樁土共同工作理論，新的樁基設計控制理論變形控制理論，樁基非線性分析和設計方法，樁基承載力和沉降的合理估算，新的樁型例如大直徑成孔灌注樁、預應力管樁、套筒樁、微型樁等的研究開發(fā)，后注漿技術在樁基工程中的應用，樁基礎的環(huán)境效應等都成為研究和開發(fā)的熱點。第20頁/共34頁 之三是深基坑開挖問題，研究的重點放在土、水壓力的估算，基坑支護設計理論和方法的深化優(yōu)化設計、概念設計和動態(tài)設計、考慮時空效應的方法等；新的基坑支護方法例如復合土釘墻、作為主體結構應用的地下連續(xù)墻、錨桿擋墻等的開發(fā)研究；基坑開挖對環(huán)境的影響；逆作法技術的應用等。 之四在地基處理方面

13、，進一步完善復合地基理論，對各類地基處理方法機理的深化研究以及施工及檢測技術的改進也是基礎工程關心的問題。 之五就是深水和復雜地質條件下的基礎工程：例如在大型橋梁、水工結構、近海工程中，重要的是深入研究地震、風和波浪沖擊的作用，以及發(fā)展深水基礎（超長大型水下樁基、新型沉井等）的設計和施工方法；第21頁/共34頁三、本課程的特點和學習要求三、本課程的特點和學習要求地基基礎上部結構相互聯(lián)系共同作用基礎是建筑物的根基，直接關系到上部結構的穩(wěn)定隱蔽工程，失敗后果嚴重，修復加固難度及耗資大1 1 緒論緒論第22頁/共34頁基礎工程失敗的例子基礎工程失敗的例子 比薩斜塔 特朗斯康谷倉（Transcona

14、Grain Elevator) 廣州海豐4座樓連續(xù)倒塌 長石線、老漸河特大橋 隴海鐵路灞河鐵路大橋倒塌第23頁/共34頁比薩斜塔自比薩斜塔自11731173年年9 9月月8 8日動工，至日動工，至11781178年建至年建至第第4 4層中部高度約層中部高度約2929m m時，因塔明顯傾斜而停時，因塔明顯傾斜而停工。工。9494年后年后，于，于 1272 1272年復工，經年復工，經6 6年時間，建年時間，建完第完第7 7層高層高4848m m，再次再次停工中斷停工中斷8282年。年。于于13601360年再復工，至年再復工，至13701370年竣年竣工。全塔共工。全塔共8 8層，高度為層，高度

15、為5555m m。 塔身呈圓筒形，塔身呈圓筒形，1 16 6層由優(yōu)質大理省砌層由優(yōu)質大理省砌成，頂部成，頂部7 78 8層采用磚層采用磚和輕石料。塔身每層都和輕石料。塔身每層都有精美的圓柱與花紋圖有精美的圓柱與花紋圖案，是一座宏偉而精致案，是一座宏偉而精致的藝術品。的藝術品。第24頁/共34頁 該谷倉由65個圓筒倉組成，高31m,寬23m,其下為筏板基礎，由于事前不了解基礎下埋藏有厚達16m的軟粘土層，建成后儲存谷物，使基座平均壓力（320kPa)超過了地基的極限承載力。結果谷倉西側突然陷入土中8.8m，東側則抬高1.5m，倉身傾斜27o。這是地基發(fā)生整體滑動、建筑物喪失了穩(wěn)定性的典型例子。

16、事后用70多個支承于基巖的混凝土墩，用388個50t的千斤頂，才將筒倉糾正過來，但比原來標高降低了4m.第25頁/共34頁地基變形引起的建筑物開地基變形引起的建筑物開裂裂第26頁/共34頁土體滑坡土體滑坡第27頁/共34頁地震引起的房屋倒塌地震引起的房屋倒塌第28頁/共34頁基礎工程成功的例子基礎工程成功的例子 上海龍華寺廟 金貿大廈 趙州橋 江陰長江大橋1 1 緒論緒論第29頁/共34頁隋朝石工李春所修趙州石拱橋、不僅因其建筑和結構設計的成就而著稱于世，就論其地基基礎的處理也是頗為合理的。他把橋臺砌置于密實租砂層上，1300多年來估計沉降約幾厘米?，F(xiàn)在驗算其基底壓力約500600kPa，這與

17、以現(xiàn)代土力學理論方法給出的承教力值很接近地基基礎理論給出的承教力值很接近。 第30頁/共34頁特別提示：特別提示：建筑物的上部結構、基礎和地基建筑物的上部結構、基礎和地基三部分，功能不同，研究方法各異，但它們三部分，功能不同，研究方法各異，但它們又是建筑物的有機組成部分，缺一不可、彼又是建筑物的有機組成部分，缺一不可、彼此聯(lián)系、相互制約。所以，此聯(lián)系、相互制約。所以，科學的、理想的科學的、理想的方法方法是將是將三部分統(tǒng)一三部分統(tǒng)一起來進行設計計算。起來進行設計計算。 依目前的理論水平，還很難做到這一點。依目前的理論水平，還很難做到這一點。盡管如此，我們在處理地基基礎問題時，頭盡管如此，我們在處理地基基礎問題時，頭腦里一定要有腦里一定要有地基地基-基礎基礎-上部結構相互作用上部結構相互作用的整體概念的整體概念，盡可能全面地加以考慮。，盡可能全面地加以考慮。第31頁/共34頁本課程的學習特本課程的學習特點點基礎工程學需要工程地質