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1、土力学与地基基础 Soil Mechanics and Foundation Engineering,什么是土、土力学、地基、基础？ 土有哪些特点？ 为什么要学习土力学与地基基础？ 土力学与地基基础包括哪些内容？ 土力学的发展简介与展望 土力学与地基基础有何特点？ 如何学好土力学与地基基础？,绪 论,土是指： 地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。,绪论,风化,（1）什么是土？,非连续介质,碎散性,（2）土有哪些特点？,受力以后易变形 体积变化主要是孔隙变化 剪切变形主要由颗粒 相对位移引起 强度低,岩石风化的产物,多相介质,
2、三相体系,受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担 存在复杂的相互作用 有孔隙流体流动,固相土骨架 液相水 气相空气,土的组成,（2）土有哪些特点？,自然变异性,自然界的产物,非均匀性 各向异性 结构性 时空变异性,（2）土有哪些特点？,碎散性,三相体系,自然变异性,力学特性复杂,变形特性 强度特性 渗透特性,（2）土有哪些特点？,研究土的基本物理特性和在建筑荷载作用下的应力、应变、强度、稳定以及渗透等规律的力学特性的学科。,什么是土力学？,支承基础的土体或岩体称为地基。,天然地基 人工地基,地基按是否进行人工处理分为,将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。,什么是地基？（subgrad
3、e),什么是基础？ (foundation),基础按埋深分为,深基础 浅基础,埋深：从室外地面到基底的这段距离。,持力层：基底下的第一层土。,下卧层：地基内持力层下面的土层,软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层,地基基础应满足的要求？,1、强度在荷 载作用下，地基土不发生剪切破坏或失稳。 2、变形不使地基土产生过大的沉降和不均匀沉降，保证建筑物的正常使用。 3、基础结构本身应有足够的强度和刚度在地基反力作用下不会产生强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。,土具有广泛的工程应用 土工建筑材料 建筑物基础之地基 建筑环境 2. 存在大量与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,（3）为什
4、么要学习土力学？,土力学与岩土工程和地下工程等密切相关,与土有关的工程事故,A.加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000T。,（3）为什么要学习土力学？,A.加拿大特朗斯康谷仓,原因： 地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试
5、验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此， 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,B.香港宝城滑坡,1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。,原因： 山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动
6、。,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 PoShan 滑坡 ( 20,000 m3)(死67 人、 伤20人),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,Early 1972 滑坡前,C.阪神大地震中地基液化,神户码头： 地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤,液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,C.阪神大地震中地基液化,神户码头： 沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海
7、中,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,以上几个实例可归结为与土有关的 强度问题,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,A.比萨斜塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工,原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,A.比萨斜塔,1838-1839
8、：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 正常向游人开放。,处理措施,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,B.虎丘塔,问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。,概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。,原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。,处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 连续墙并对塔周围与塔基进行 钻孔注浆和打设
9、树根桩加固塔 身，获得成功。,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,C.关西机场,1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,世界最大人工岛（日本大阪）,设计时预测沉降： 5.77.5 m 完成时实际沉降： 8.1 m，5cm/月 (1990年) 预测主固结完成： 20年后 比设计超填：3m,问题： 沉降大且有不均匀沉降,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,C.关西机场,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,地基的沉降及不均
10、匀沉降（墨西哥城）,以上几个实例可归结为与土有关的 变形问题,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,Teton坝（美国idaho州 ）,概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,损失： 直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路,原因：地震引发的 渗透破坏水力劈裂,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,Teton坝,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,Teton坝,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶
11、靠近，泥水流量增加,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,Teton坝,11:30 洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton坝,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton坝,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,12：00过后 坍塌口加宽,Teton坝,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton坝,
12、与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,失事后现场状况,Teton坝,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,九江大堤决口,溃口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口,又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图,砂环,管 涌 口,粘性土,砂性土,渗水,杂填土,管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。,堤基管涌,与土有关的工程问题
13、,（3）为什么要学习土力学？,砂性土堤基管涌破坏示意图,管涌破坏,当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道,当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,以上几个实例可归结为与土有关的 渗透问题,与土有关的工程问题,（3）为什么要学习土力学？,赵洲石拱桥,隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂层上，一千三百多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。,开宝寺木塔 北宋初著名木工喻皓（公元989年）在建造
14、开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风，便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降问题了。,广州白云宾馆 地面以上33层，高114.5米，总重近100万KN。地基覆盖层厚薄相差悬殊，最浅10米，最深27.75米。为适应抗震，抗台风的要求，采用桩基与墩287根，所用钢筋混凝土灌注桩直径1米，单桩承载4500KN，混凝土墩直径2米多，宾馆建成后使用良好，沉降小于4毫米。,土工结构物或地基,土,强度问题 变形问题 渗透问题,强度特性 变形特性 渗透特性,土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目
15、的。,（3）为什么要学习土力学？,基础与主线,诱因,具体 应用,第一章土的物理性质及工程分类,第二章地基土中应力计算,第三章土的变形及地基沉降,第四章土的抗剪强度,渗透特性 变形特性 强度特性,（4）土力学与地基基础包括哪些内容？,第五章挡土墙上的土压力及边坡稳定,第六章地基承载力计算,第七章 浅基础设计 第八章 桩基础 第九章 地基处理,1925年，Erdbaumechanik（土力学）出版，标志着土力学这门学科的诞生。,Karl Von Terzaghi (18831963),土力学之父,（5）土力学发展简介与展望,土力学发展的前景 近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间开发、矿山
16、深井建设、核电站、越江越海隧道、巨型电站、南水北调等巨型工程的兴建，还有地震、山体滑坡等，大大促进土力学进一步发展。 研究方法手段大大提高，各国研制成功多种多样的工程勘察、试验与地基处理的新设备，为土力学理论研究和地基加固提供了良好的条件。,（5）土力学发展简介与展望,土力学是以土的三相体系材料作为研究对象 地基土质条件不依人们的愿望来选择 规划、勘察、设计、施工、使用都会遇到地基基础问题 地基与基础属于隐蔽工程，直接影响建筑物的安全，技术要求高，造价高 课程内容多，涉及范围广 ，理论性、实践性均很强,（6）土力学及地基基础有何特点？,注意土的基本特点 - 通过与其它材料对比,注重理论联系实际 - 通过现场观察与试验,注重正确学习方法 - 概念，原理，方法 内容间联系 要记忆，但不能死记,（7）如何学好土力学？,学习的主要任务,保证各类建筑工程、岩土工程和地下工程等的安全、经济和使用正常。,依据的主要规范 建筑地基基础
