土力學(xué)與地基基礎(chǔ)任務(wù)1 緒論

<<土力學(xué)與地基基礎(chǔ)>>教學(xué)課件制作:盛海洋郵箱：QQ2437509522@

總課時：76學(xué)時（授課：64學(xué)時，12學(xué)時試驗(yàn)）考核方式：考試課程考核與評價實(shí)施辦法與成績構(gòu)成：1.考試課程的成績采用百分制，由課程學(xué)習(xí)的過程性考核成績和期末課程終結(jié)性考核成績組成。過程性考核成績占總成績60%，期末終結(jié)性考核成績占總成績40%。2.過程性考核包括:平時50%（課堂考勤10%、作業(yè)30%、課堂互動討論10%）；實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）10%。

平時考核：缺課達(dá)到總課時1/3以上者，取消考核資格，本課程按不及格計(jì)。課外作業(yè)：缺1/3以上者取消考試資格，本課程按不及格計(jì)。

3.期末終結(jié)性考核：采取閉卷筆試的方式進(jìn)行。

教學(xué)安排本課程的特點(diǎn)：理論多，實(shí)踐強(qiáng)。教學(xué)手段與方法：授課、作業(yè)、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)、微課。主要內(nèi)容任務(wù)1概論任務(wù)2測試土的工程性質(zhì)任務(wù)3土方填筑的壓實(shí)控制任務(wù)4土的工程分類與鑒別 任務(wù)5土中水及其滲透性任務(wù)6土中應(yīng)力計(jì)算任務(wù)7土的壓縮性 任務(wù)8基礎(chǔ)沉降與滲透固結(jié)任務(wù)9土的強(qiáng)度與測定方法 任務(wù)10地基承載力的確定 任務(wù)11土壓力及擋土墻設(shè)計(jì) 任務(wù)12土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性 基礎(chǔ)知識土力學(xué)基本概念基本原理主要內(nèi)容任務(wù)13淺基礎(chǔ)任務(wù)14樁基礎(chǔ)任務(wù)15沉井基礎(chǔ)單元6地基處理任務(wù)16一般地基處理任務(wù)17特殊地基的處理

與土力學(xué)密切相關(guān)的地基基礎(chǔ)工程問題任務(wù)1概論0.1土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的概念0.2學(xué)習(xí)本課程的重要性0.3本課程的內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求0.4本學(xué)科的發(fā)展概況

主要內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)知道土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的概念知道學(xué)習(xí)本課程的重要性

知道本課程的內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求

知道本學(xué)科的發(fā)展概況重點(diǎn)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的概念難點(diǎn)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的概念；知道學(xué)習(xí)本課程的重要性

0.1土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的概念研究對象——研究土的學(xué)科（分散土）緒論什么是土？巖石經(jīng)風(fēng)化后，產(chǎn)生崩解、破碎、變質(zhì)，又經(jīng)過各種自然力搬運(yùn)，在新的環(huán)境下沉積下來的顆粒狀松散堆積物。9什么是土力學(xué)(soilMechanics)是利用力學(xué)的一般原理研究地表土的物理、力學(xué)特性及其受力后強(qiáng)度和體積變化規(guī)律的學(xué)科，包括土體的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度、滲流及長期穩(wěn)定性.

形成的土力學(xué)分支軟土力學(xué)、海洋土力學(xué)、非飽和土力學(xué)、凍土力學(xué)、環(huán)境巖土力學(xué)、土動力學(xué)、土塑性力學(xué)等

土力學(xué)的研究內(nèi)容土中水的作用、土的滲透性、壓縮性、固結(jié)、抗剪強(qiáng)度、土壓力、地基承載力、土坡穩(wěn)定等土體的力學(xué)問題。建筑地基土的作用作為地基支承建筑物傳來的荷載

;作為建筑材料

;作為建筑物周圍的介質(zhì)或環(huán)境

;建筑材料建筑介質(zhì)或環(huán)境地基支承基礎(chǔ)的土層或巖層稱為地基。位于基礎(chǔ)底面下第一層土稱為持力層。持力層以下的土層稱為下臥層，強(qiáng)度低于持力層的下臥層稱為軟弱下臥層?；A(chǔ)應(yīng)埋置在良好的持力層上。地基按是否進(jìn)行人工處理分為天然地基和人工地基。地基與基礎(chǔ)示意圖工業(yè)與民用建筑、高層建筑、橋梁建筑等各類建筑物均由上部結(jié)構(gòu)與地下基礎(chǔ)兩大部分組成。以室外地面整平標(biāo)高（或河床最大沖刷線）為基準(zhǔn)，基準(zhǔn)線以上部分為上部結(jié)構(gòu)，基準(zhǔn)線以下部分為基礎(chǔ)。

建筑物上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基1、地基：承受建筑物荷載的那部分土層稱為地基。（土中附加應(yīng)力和變形所不能忽略的那部分土層）天然地基人工地基地基按是否進(jìn)行人工處理分為2、基礎(chǔ)：建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)叫基礎(chǔ)。（埋入土層一定深度的建筑物最下部的放大的那個部分）基礎(chǔ)通常將埋入土層一定深度的建筑物下部的承重結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)?；A(chǔ)作用承受上部結(jié)構(gòu)荷載向地基傳遞壓力調(diào)整地基變形

基礎(chǔ)按埋深分為深基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不盡要使基礎(chǔ)本身滿足強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求；還要滿足地基對承載力和變形的要求，即地基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并不產(chǎn)生過大的沉降和不均勻沉降，因此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)又統(tǒng)稱為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。淺基礎(chǔ)：埋深h≤5m，可用簡便施工方法進(jìn)行基坑開挖和排水的基礎(chǔ)，如柱下獨(dú)立基礎(chǔ)（鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)）、條形基礎(chǔ)（毛石或素混凝土基礎(chǔ)）、筏板基礎(chǔ)、交叉梁基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)：埋深h＞5m，需用專門的施工方法建造，如樁基、沉井、地下連續(xù)墻、箱形基礎(chǔ)、較深的筏板基礎(chǔ)等。某些基礎(chǔ)工程，在土層內(nèi)深度雖較淺（h≤5m

），但在水下部分較深，如深水中的橋墩基礎(chǔ)，亦可按深基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

基礎(chǔ)工程?；A(chǔ)設(shè)計(jì)與施工工作，以及有關(guān)的工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)施工所需基坑的開挖、支護(hù)、降水和地基加固工作總稱。0.2學(xué)習(xí)本課程的重要性

與地基強(qiáng)度有關(guān)的工程問題：加拿大特朗斯康谷倉傾倒

香港寶城大廈滑坡薩爾瓦多山體滑坡與地基變形有關(guān)的工程問題：意大利比薩斜塔蘇州虎丘塔——中國的比薩斜塔上海展覽中心地基下沉日本關(guān)西機(jī)場地基沉降

工程實(shí)踐表明，建筑物的事故很多都與地基基礎(chǔ)有關(guān)的，而一旦發(fā)生地基基礎(chǔ)事故，往往后果嚴(yán)重，補(bǔ)救困難，有些即時可以補(bǔ)救，其加固、修復(fù)所需的費(fèi)用也非常高。

地基與基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的安危!加拿大特朗斯康谷倉傾倒事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822Ｔ谷物時，1小時豎向沉降達(dá)30.5cm24小時傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m

東端上抬1.52m上部鋼筋混凝土筒倉完好無損概況：加拿大特朗斯康谷倉，南北長59.44m，東西寬23.47m，高31.00m，共65個圓筒倉?；A(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。谷倉1911年動工，1913年秋完成，谷倉自重20000t。

建于1941年的加拿大特朗斯康谷倉由65個圓柱形筒倉組成，高31m，寬23m，其下為片筏基礎(chǔ)，由于事前不了解基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m的軟黏土，建成后貯存谷物，使基底壓力超過了地基的極限承載力，結(jié)果谷倉西側(cè)突然陷入土中8.8m，東側(cè)抬高1.5m，倉身嚴(yán)重傾斜（見圖0-2）。這是地基發(fā)生整體滑動，建筑物喪失穩(wěn)定性的典型例子。

加拿大特朗斯康谷倉傾倒原因：地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算地基承載力應(yīng)用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動。處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了４米。地基滑動

加拿大特朗斯康谷倉，初次貯存谷物時發(fā)生地基滑動?；A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)剛度均很強(qiáng)，所以筒倉完好無損。香港寶城大廈滑坡1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅--寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡120人。原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動。

3）香港寶城大廈建在山坡上。1972年5月至6月雨季出現(xiàn)連續(xù)大暴雨，特別是6月份雨量竟高達(dá)1658.6mm，引起山坡殘積土軟化而滑動。7月18日早晨7點(diǎn)鐘，山坡下滑，沖毀高層建筑寶城大廈。居住在該大廈的銀行界人士120人當(dāng)場死亡。這一事故引起全世界震驚，從而對巖土工程倍加重視。

香港1900年建市

1972PoShan

滑坡20,000m3

1977年成立土力工程署PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港寶城大廈滑坡Early1972滑坡前June1972滑坡后土體滑坡美國，California,LaConchita，1995。薩爾瓦多山體滑坡2001年1月13日，薩爾瓦多發(fā)生了里氏7.6級的強(qiáng)震，震中位于SanMiguel西南60英里。并因此在SantaTecla造成山體滑坡，最終導(dǎo)致700多人遇難。地基液化失效

1985年6月12日凌晨，長江西陵峽上段新灘鎮(zhèn)一帶發(fā)生了總體積約2千萬立方米的巨型堆積層滑坡，新灘鎮(zhèn)全部被毀，滑坡歷時35分，碎石入江爬坡高度49米，浪峰寬310米。由于預(yù)報(bào)較好，未傷及人員（1371人）。阪神大地震中地基液化神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷。

液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強(qiáng)度變成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象。阪神大地震中地基液化神戶碼頭：沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中。以上幾個實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的強(qiáng)度問題B.與土有關(guān)的變形問題舉例:意大利比薩斜塔1173：動工；1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工；1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工；1360：再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m；1590：伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn)；目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5°21′16〞。

結(jié)構(gòu)物傾斜當(dāng)建造至24m高時發(fā)現(xiàn)傾斜，限于當(dāng)時技術(shù)水平，找不出原因而被迫停工，一百年后續(xù)建至塔頂(高約55m)。成為世界上最著名的基礎(chǔ)工程難題。

意大利比薩斜塔地基不均勻沉降事故原因：塔身建立在深厚的高壓縮性土之上（地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層），地基的不均勻沉降導(dǎo)致塔身的傾斜。處理措施：1838—1839年，挖環(huán)形基坑卸載；1933—1935年，基坑防水處理，基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固；1990年1月封閉整修；1992年7月加固塔身，用壓重法和取土法進(jìn)行地基處理，經(jīng)過12年的整修，耗資約2500萬美元，斜塔被扶正44cm；2001年12月重新對外開放。蘇州虎丘塔——中國的比薩斜塔概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7層，高47.5m，塔的平面呈八角形。問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線已達(dá)2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物而封閉。蘇

州

虎

丘

塔七層47.5m，一千多年，不均勻沉降，引起塔頂偏離中心線達(dá)2.31m（1978年）結(jié)構(gòu)物傾斜蘇州虎丘塔地基土壓縮層厚度不均處理：在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身，獲得成功。原因：虎丘塔地基為人工地基，由大塊石組成，人工塊石填土層厚1～2m，西南薄，東北厚。下為粉質(zhì)粘土，呈可塑至軟塑狀態(tài)，也是西南薄，東北厚。底部即為風(fēng)化巖石和基巖。塔底層直徑13.66m范圍內(nèi)，覆蓋層厚度相差3.0m。地基土壓縮層厚度不均及磚砌體偏心受壓等原因，造成該塔向東北方向傾斜?；⑶鹚刭|(zhì)剖面圖

上海展覽中心地基下沉上海展覽中心中央大廳為框架結(jié)構(gòu)，箱形基礎(chǔ)，兩翼采用條形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)為兩層，埋深7.27m。箱基頂面至中央大廳頂部塔尖，總高96.63m，地基為高壓縮性淤泥質(zhì)軟土。展覽館于1954年5月開工，當(dāng)年底實(shí)測地基平均沉降量為60cm。1957年6月，中央大廳四周的沉降量最大達(dá)146.55cm，最小為122.8cm。到1979年，累計(jì)平均沉降量為160cm。由于地基嚴(yán)重下沉，不僅使散水倒坡，而且建筑物內(nèi)外連接的水、暖、電管道斷裂，付出了相當(dāng)?shù)拇鷥r。

上海展覽中心地基嚴(yán)重下沉

1)上海錦江飯店北樓（原名華懋公寓）建于1929年，總層數(shù)為14層、高度為57m，是當(dāng)時上海最高的一幢建筑物。基礎(chǔ)座落在軟土地基上，采用樁基礎(chǔ)，由于工程承包商偷工減料，未按設(shè)計(jì)樁數(shù)施工，造成大幅度沉降，建筑物的絕對沉降達(dá)2.6m，致使原底層陷入地下，成了半地下室，嚴(yán)重影響使用。日本關(guān)西機(jī)場——世界最大人工島概況：1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機(jī)場運(yùn)營面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m日本關(guān)西機(jī)場地基沉降設(shè)計(jì)時預(yù)測沉降：5.7－7.5m完成時實(shí)際沉降：8.1m，5cm/月(1990年)預(yù)測主固結(jié)完成20年后，比設(shè)計(jì)超填：3m問題：世界上第一個海上機(jī)場——關(guān)西機(jī)場出現(xiàn)了嚴(yán)重的地基沉降。目前還并未影響到飛機(jī)的起落,但預(yù)計(jì)除了已花費(fèi)大約270億日元開展的防沉降工程以外,今后也還要不斷地進(jìn)行很多修復(fù)工程。

上海一在建商品樓發(fā)生倒塌事故

2009年6月27日6時，上海閔行區(qū)蓮花南路羅陽路口一幢13層在建商品樓發(fā)生倒塌事故.

以上幾個實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的變形問題C.與土有關(guān)的滲透問題舉例：1998年九江大堤決口潰口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進(jìn)水口又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。

滲透問題:長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖砂環(huán)管涌口粘性土砂性土滲水雜填土

管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細(xì)小顆粒，通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。

堤基管涌管涌砂環(huán)砂性土堤基管涌破壞示意圖管涌破壞當(dāng)管涌發(fā)生時，滲流將導(dǎo)致向源侵蝕，使堤防基礎(chǔ)下部出現(xiàn)滲流通道。當(dāng)水頭差足夠大時，侵蝕將加速并掏挖堤防基礎(chǔ)。形成通道后極易引起潰決。國內(nèi)外基礎(chǔ)工程事故種類歸結(jié)起來有地基嚴(yán)重下沉、建筑物傾斜、建筑物墻體和基礎(chǔ)開裂、地基滑動、地基溶蝕、土坡滑動失穩(wěn)、堤基管涌等，這是由土的特性所決定的。基礎(chǔ)工程方面的事故具有突發(fā)性、災(zāi)害性和全局性的特點(diǎn)，不僅使工程全軍覆沒，而且常殃及四鄰，危害環(huán)境。為了防止工程事故的產(chǎn)生，在工程的各個階段都應(yīng)十分重視場地地基勘察、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工、工程檢測等各個環(huán)節(jié)。0.2學(xué)習(xí)本課程的重要性

土工結(jié)構(gòu)物或地基土強(qiáng)度問題變形問題滲透問題

強(qiáng)度特性變形特性滲透特性土力學(xué)可以解決工程實(shí)踐問題，這正是土力學(xué)存在的價值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。0.2學(xué)習(xí)本課程的重要性

0.3本學(xué)科的發(fā)展概況

“堂高三尺，茅茨土階”（語見《韓非子》），我國古代居民早就對建筑物的建設(shè)有一定的認(rèn)識。歷代修建的無數(shù)建筑物，都出色的體現(xiàn)了我國勞動人民在基礎(chǔ)工程方面的高度建設(shè)水平。隋朝石匠李春修建的趙州橋舉世聞名，它不僅建筑體形優(yōu)美，結(jié)構(gòu)合理、牢固，在地基基礎(chǔ)的處理方面也是頗為合理的。他把橋臺建筑在密實(shí)的粗砂層上，一千三百多年來沉降估計(jì)僅幾厘米。在北宋李誡所著的《營造法式》中記載了我國古代地基基礎(chǔ)的很多具體做法。古代勞動人民的無數(shù)地基基礎(chǔ)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，集中體現(xiàn)了能工巧匠的高超技藝，但由于生產(chǎn)力發(fā)展水平的限制，未能提煉成為系統(tǒng)的科學(xué)理論。1、始于幾千年前2、發(fā)展于十八世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命古典土力學(xué)理論：1773法國庫侖(Coulomb)1855法國Darcy1857英國朗肯(Rankine)1885法國布辛奈斯克(Boussinesq)1922瑞典費(fèi)倫紐斯(Fellenius)

作為本學(xué)科理論基礎(chǔ)的土力學(xué)的發(fā)展始于18世紀(jì)歐洲的工業(yè)革命，隨著近代大工業(yè)的發(fā)展，為了擴(kuò)張市場的需要，陸上交通進(jìn)入所謂的“鐵路時代”，城市建設(shè)規(guī)模也日益擴(kuò)大，在建設(shè)過程中遇到許多與土有關(guān)的力學(xué)問題。為解決這些問題，使土力學(xué)理論開始產(chǎn)生和發(fā)展。1773年，法國的庫侖(Coulomb)根據(jù)試驗(yàn)提出了砂土抗剪強(qiáng)度公式，和計(jì)算擋土墻土壓力的滑動楔體理論。1869年，英國的朗肯(Rankine)又從不同途徑提出土壓力理論，這對后來土體強(qiáng)度理論的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用。1885年，法國的布辛奈斯克(Boussinesq)求得彈性半空間在豎向集中力作用下的應(yīng)力和變形的理論解答。1922年，瑞典的費(fèi)倫紐斯(Fellenius)為解決鐵路滑坡提出土坡穩(wěn)定分析法。這些古典的理論和方法，至今仍不失其使用價值。3、獨(dú)立于二十世紀(jì)二十年代1925美籍奧地利太沙基Terzaghi《土力學(xué)》從此成為獨(dú)立學(xué)科1936第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會議1998第十四屆改名為土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會議隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益推廣及其在土力學(xué)與地基基礎(chǔ)工程領(lǐng)域的應(yīng)用，使土力學(xué)與地基基礎(chǔ)工程領(lǐng)域的研究發(fā)生了深刻變化，目前已有可能利用這些計(jì)算技