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1、1 基础础工程 Foundation Engineering 陈陈仁朋 浙江大学岩土工程研究所 地址：安中大楼A431 手机：13989800570 办办公室：88208769 电电子邮邮件：chenrp 浙江省精品课程 助教：亓帅 15700077619 qishuailw 3 一、绪论绪论 二、浅基础础 三、桩桩基工程 四、地基处处理 五、基坑工程 目 录录 4 土木工程土木工程结结结结构构 桥桥梁 大坝坝 隧道 高层层建筑 p 土木工程结结构都通过过基础础支承于岩土体上 土木工程结结构对对基础应该础应该 有什么要求？ 5土木工程土木工程结结结结构荷构荷载传递载传递载传递载传递 方式方式
2、以常见见的房屋建筑为为例，建筑物上部结结构 基础础 地基。 P 基础础（Foundation）：支撑上部 结结构，并将上部结结构荷载载 向地基传递传递 的地下结结构。 （钢钢筋混凝土结结构） 地基（Foundation Ground）： 受基础础荷载载影响的岩土体 （附加应应力影响范围围内的 岩土体） 基础础 地基 室外地面 室内地面 墙墙或柱（上部结结构） 0.00 附加应应力等值线值线 问题问题 ：不同的岩土体（例如软软土和粘土）， 附加应应力影响范围围是否一样样？ 6基基础类础类础类础类 型型 浅基础础（Shallow Foundation）：独立基础础，条形基础础，筏板基础础 深基础础
3、（Deep Foundation）：桩桩基础础，沉井，沉箱，地下连续墙连续墙 7地基土的特性地基土的特性 土：固体颗颗粒组组成土骨架，土骨架之间间的孔隙充满满水和空气。 非饱饱和土：固体颗颗粒、水、气 饱饱和土：固体颗颗粒，水 土的三大基本特性：压缩压缩 性，渗透性，碎散性 粘土颗颗粒的双电层电层电镜电镜 下的粘土颗颗粒土的结结构 8地基土的地基土的压缩压缩压缩压缩 性性 压缩压缩 性：附加应应力作用下，土孔隙逐渐渐减小 ，体积缩积缩 小。 压缩压缩 系数a： 压缩压缩 模量Es： 压缩压缩 指数Cc： e-p曲线线 e-logp曲线线 p p 基基础础础础沉降、沉降、侧侧侧侧向向变变变变形形
4、 9地基土的渗透性地基土的渗透性 渗透性：土中的自由水在压压力梯度作用下在土孔隙中流动动的现现象。 达西定律： p p 地基沉降随地基沉降随时间变时间变时间变时间变 化的化的过过过过程程 p p 渗透破坏：管涌、流砂渗透破坏：管涌、流砂 粘土的v-i曲线线 10地基土的碎散性（抗剪地基土的碎散性（抗剪强强度）度） 抗剪强度：土体抵抗由于荷载载作用产产生的土颗颗粒间间相互滑动动而导导致土 体破坏的极限能力，也就是指土体对对于外荷载载所产产生的剪应应力的抵 抗能力。 p p 地基承地基承载载载载力，力，边边边边坡坡稳稳稳稳定性，基坑开挖土定性，基坑开挖土压压压压力，力，挡挡挡挡土土墙墙墙墙土土压压
5、压压力力 不固结结不排水指标标： 固结结不排水总应总应 力指标标： 固结结不排水有效应应力指标标： 固结结排水指标标： 11基基础础础础工程（工程（Foundation EngineeringFoundation Engineering） 基础础工程：解决地下结结构与岩土体相互作用，共同承担上部结结 构所产产生的各种变变形和稳稳定问题问题 。 基础础 地基 地面 p基础础的内力（弯矩、剪力） p基础变础变 形（沉降、侧侧向变变形） p基础稳础稳 定（地基承载载力） 12基基础变础变础变础变 形（形（DeformationDeformation） p p 变变变变形种形种类类类类：竖竖竖竖向向变
6、变变变形形总总总总沉降（沉降（total settlementtotal settlement） 不均匀沉降（不均匀沉降（differential differential settlementsettlement） 倾倾倾倾斜（斜（inclinationinclination） 侧侧侧侧向向变变变变形（形（horizontal displacementhorizontal displacement） p p 容容许变许变许变许变 形（形（tolerabletolerable deformation deformation）：）： （1 1）上部上部结结结结构受力构受力对对对对基基础变础变础变
7、础变 形的要求；形的要求； （2 2）结结结结构物正常使用构物正常使用对对对对基基础变础变础变础变 形的要求。形的要求。 高耸结耸结 构的倾倾斜 地面堆载载引起的地基水平变变形 13基基础变础变础变础变 形（形（DeformationDeformation） 高层层建筑的倾倾斜 14基基础稳础稳础稳础稳 定性定性 基础稳础稳 定性：地基承载载力，边边坡稳稳定性，基坑稳稳定性 加拿大特朗斯康谷仓仓 杭州地铁铁湘湖车车站失稳稳破坏边边坡失稳稳 p 我国高速交通发发展迅速 l高速铁铁路：未来十年中将有18,000Km 新建线线路 l截止2010年，高速公路总总里程达6.5万公里，居世界第二位 高速铁
8、铁路 p 高速交通对线对线 路沉降要求十分严严格 l高速公路一般路段沉降不能大于30cm，路桥过桥过 渡段沉降不能大于5cm l高速铁铁路沉降不能大于15mm，路桥过桥过 渡段沉降不能大于5mm 16 v高速铁路是车辆与 周围环 境（轨、网、空气、路基）高度耦合的动力系统。 v车-轨-路基耦合动力学是研究弓网耦合动力学、轮轨 耦合动力学、车辆运 行稳定性、乘客 舒适性等的基础，处于是耦合大系统中的核心位置。 轮轨耦合动力学 弓网耦合 输电弓 车体 转向架 车轮 轨道 路基 车-轨-路基耦合动力学 电网 高速列车耦合系统动力学 系 统 传 递 体 系 高速铁铁路 p 线线路沉降严严重影响车辆车辆
9、 运行稳稳定性及安全性 高速铁铁路 线路沉降模式 高速列车车运行控制指标标 l 平稳稳性标标准：车车体垂向加速度小于1.3m/s2 l 安全性指标标：轮轨轮轨 接触力减载载率小于0.6 车车-轨轨-路动动力相互作用模型 p 高速交通密集的沿 海地区广泛分布深厚 软软弱土地基 软弱土 处理费用高 占土建造价 1/31/4 强度低 一次性堆填3m会产生滑坡 结构性强 扰动引起工程性质弱化 v强度降低 90% v固结系数降低 9095% v抗液化强度降低 1/22/3 3m填土引起 1m最终沉降 压缩性高 分布深厚 难以全断面处理 100m 高速铁铁路 l日本Ariake粘土路基6年工后固结结沉降4
10、5cm，运行后累积积沉降50cm l上海地铁铁1号线线开通后累积积沉降4年内达14cm l秦沈客运专线试验专线试验 段运行2年，路基沉降速率1.06cm/年(638个观测观测 点) 日本Ariake粘土路基上海地铁1号线 p 已建成的许许多重要交通基础设础设 施出现现了显显著沉降 高速铁铁路 20岩土工程岩土工程问题问题问题问题 解决方法解决方法 外荷载载（应应力、变变形、水力场场等） 土土 工程特性工程特性 土工土工构构构构筑物筑物 试验试验 土力学 基本理论论 设计设计 方法施工技术术 岩土工程岩土工程问题问题问题问题 解解决决决决方法：方法： 基本理基本理论论论论 + + 试验试验试验试
11、验 工程工程实践实践实践实践 （设计设计设计设计 方法方法、施工技施工技术术术术 ） 21多尺度多尺度认识认识认识认识 土的特性土的特性 微观结观结 构 单单元特性 宏观现观现 象 22 岩土工程的多尺度岩土工程的多尺度试验试验试验试验 23 基基础础础础工程工程课课课课程程 p 基础础工程特点：地下隐隐蔽工程，建筑物的根本。大量的例子表明，建筑 物发发生事故，很多与基础问题础问题 有关。基础础一旦发发生事故，很难补难补 救。基 础础工程造价约约占工程总总造价的百分之几到百分之几十之间间，软软弱土地基上 基础础工程造价可达到总总造价的50%以上。 p 基础础工程课课程特点：属于岩土工程学科，建
12、立在土力学基础础之上，涉及 工程地质质学、弹弹性力学、材料力学、塑性力学、钢钢筋混凝土结结构等学科， 内容广泛，综综合性强。 p 基础础工程工作特点：（1）确定建筑物对对基础础功能的要求；（2）地质质勘 探，了解岩土层层分布及工程性质质等；（3）运用土力学原理，分析基础类础类 型、沉降、承载载力等；（4）提出基础础方案及建造施工技术术；（5）原位试试 验验证设计验验证设计 方案，或者进进行原位观测观测 ，优优化设计设计 施工方案。 p 课课程要求：（1）熟练练掌握土力学基本原理；（2）学会分析基础础与岩土 体的相互作用规规律及引起的变变形和稳稳定性问题问题 ，并提出解决措施。 24 基基础础础
13、础工程工程课课课课程程 p 成绩组绩组 成，100%： l 期末试卷成绩：60% l 平时作业：15%，以是否全部按时完成作业为依据 l 桩基础设计：25% 25 基基础础础础工程工程课课课课程程 p杭州湘湖地铁车铁车 站深基坑倒塌或者上海莲莲花港池楼房倒塌案 例分析： l 全班分成4个小组，每个工程案例由2个小组负责，分别代表施工和 设计单位撰写案例分析报告，调查事故原因； l 小组自由组合，自主分工：资料收集，计算分析，报告撰写，PPT制 作，汇报等 l准备10分钟PPT汇报，准备1份分析报告 l评分：老师打分，学生组成的评委打分 p 桩桩基础设计础设计 ： l 5个同学一组共同完成作业，
14、自由组合,自主分工 l 准备10分钟PPT汇报 l 准备1份计算书及若干设计图纸 26 一、绪论绪论 二、浅基础础 三、桩桩基工程 四、地基处处理 五、基坑工程 目 录录 27 2.1 概述 浅基础础将上部结结构荷载传递载传递 到地基浅层层持力层层，要求地基必须须具有较较高的地基承 载载力及较较低的压缩压缩 性，以满满足承载载力和变变形要求。 浅基础础特点：施工方便、工期短、造价低，在满满足地基强度和变变形要求情况下， 优优先选选用。 P 持力层层（硬土层层） 软软弱土 P 持力层层（硬土层层） （a）无软软弱下卧层层（b）有软软弱下卧层层 P 持力层层 软软弱土 （c）桩桩基础础 28 上部
15、上部结结结结构构- -基基础础础础- -地基共同作用地基共同作用 上部结结构-基础础-地基共同作用：上部结结构、基础础、地基之间间满满足力和变变形的协调协调 KM1,Kz1,Kx1KM2,Kz2,Kx2KM3,Kz3,Kx3 P1, M1 P2, M2 P3, M3 KM, Kz, Kx上部结构凝聚到基础顶 面的抗弯，抗压和抗水平变形刚度 P，M上部结构传递 到基础顶 面的轴力，弯矩等 29 柔性基柔性基础础础础和和刚刚刚刚性基性基础础础础基底反力基底反力 柔性基础础基底反力分布：柔性基础础抗弯刚刚度很小，不能抵抗弯矩，基础础不能扩扩散 应应力。基础础底面的反力分布与荷载载分布完全一致。 刚刚
16、性基础础基底反力分布：刚刚性基础础抗弯刚刚度很大，基础础不发发生出平面变变形（挠挠曲 变变形）。基础础具有调节调节 地基反力分布的能力，基础础底面反力分布与荷载载分布不一 致。 30 不同荷不同荷载载载载水平下水平下刚刚刚刚性基性基础础础础基底反力基底反力 刚刚性基础础基底反力分布的架越作用： 刚刚性基础础能够够跨越基底中部，将荷载载相对对集 中地传传至基底边缘边缘 的现现象。 砂土地基基础边缘础边缘 的反力 为为何为为零？有一定埋深时时， 砂土地基基础边缘础边缘 反力为为何 不为为零？ 粘土地基基础边缘础边缘 的反力 为为何不为为零？ 31 基基础础础础相相对刚对刚对刚对刚 度度对对对对基底反力分布影响基底反力分布影响 p 基础础相对刚对刚 度越大，架越作用越明显显（基础边缘础边缘 反力大，中间间反力小）。 p 相同基础刚础刚 度情况下，荷载载水平越大，基础础反力分布越接近线线性；荷载载水平越 小，基础边缘础边缘 反力与中心反力分布越不均匀。 基底反力分布与基础刚
