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1、陈希哲 编著 清华大学出版社 王 伟 制作,土力学与地基基础,0.1 土力学与地基基础的研究对象 什么是土力学与地基基础？,土力学与地基基础,0 绪论,0 绪论,0.1.1 土和土力学,（1）定义 是岩石风化的产物，是母岩风化后经搬运、沉积等地质作用形成的岩石碎屑和单独矿物颗粒组成的集合体。,（2）特性,三相系、性质复杂多变,散粒体视为连续体分析,强度较低、压缩性较大、可渗透性,非线性弹性、弹塑性,（3）作用,地基,环境,材料,（5）土力学,以各门力学与工程实践相结合为基础，以土为研究对象，研究土的物理特性及其受力后应力、变形、强度、稳定和渗透等特性及其随时间变化规律的学科，它是力学的一个分支
2、。,（4）简单分类,粘性土和无粘性土,细粒土和粗粒土,土力学与地基基础,0 绪论,0.1.2 地基和基础,（a）水闸,（b）柱子,土力学与地基基础,0 绪论,（1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体,土力学与地基基础,0 绪论,阿联酋迪拜全球最高的“哈利法塔 迪拜大厦”，162层， 高818m。,土力学与地基基础,0 绪论,918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，是连接东德和西德的重要项目。,土力学与地基基础,0 绪论,贵州北盘江大桥号称亚洲第一高桥，主跨388米， 我国首座采用双向预应力砼加劲板梁设计的特大型桥
3、梁。,土力学与地基基础,0 绪论,土力学与地基基础,0 绪论,（2）基础（foundation ）,连接上部结构和地基的部分，其承受上部结构的自重以及作用于建筑物上的各种荷载，并将其扩散传递给基础底面下的土层。,深基础和浅基础,刚性基础和柔性基础,土力学与地基基础,0 绪论,（3）地基（subgrade,foundation soil）,由于建筑物的修建而引起应力状态发生改变的地（土）层。,地基的持力层：基础底面下直接承受荷载，对地基起主要作用的土层，或基础直接搁置其上的土层。,地基的下卧层：持力层下受荷载影响较小的土层。,天然地基和人工地基,土力学与地基基础,0 绪论,（4）地基基础设计原则
4、,地基的强度条件,地基的变形条件,综合考虑地基、基础与上部结构三者的相互关系,综合考虑安全、经济、合理、可行性,土力学与地基基础,0 绪论,0.2 土力学与地基基础的重要性 为什么学习土力学与地基基础？,0.2.1 土力学与地基基础的重要性,隐蔽工程,造价高、工期长,地基与基础的复杂性,失事后果严重,应用广泛，高层建筑和大型工程的要求,地基：变形、强度、渗流和地震等,地基：变形、强度、渗流和地震等,基础：断裂、滑移等,土力学与地基基础,0 绪论,Ref：建筑地基基础设计规范GB50007-2011,0.2.2 国内外工程事故示例,0.2.2.1 变形,倾斜,局部倾斜,沉降差,沉降量,地基变形特
5、征：,土力学与地基基础,0 绪论,（1）倾斜,比萨斜塔,8层55m 直径16m 偏离中心5.27m 倾斜5.5度 修建时间: 11731370,高耸结构,地基持力层为粉砂、下面为粉土和粘性土；粘土由南向北变薄,土力学与地基基础,0 绪论,苏州虎丘塔,土力学与地基基础,0 绪论,苏 州 虎 丘 塔,高耸结构,地基覆盖层相差悬殊,落成于宋代961年,高47.5m，7层,塔顶偏离中心线2.31m, 塔身现不少裂缝,土力学与地基基础,0 绪论,虎丘塔地基为人工地基，覆盖层厚度西南为2.8m，东北为5.8m，厚度相差3.0m，这是虎丘塔发生倾斜的根本原因。此外，南方多暴雨，雨水渗入地基块石填土层，冲走块
6、石之间的细粒土，形成很多空洞，这是虎丘塔发生倾斜的重要原因。,土力学与地基基础,0 绪论,（2）建筑地基严重下沉,墨 西 哥 市 艺 术 宫 (1904),土力学与地基基础,0 绪论,地基土为超高压缩性淤泥,天然孔隙比712，天然含水率150 600，为世界罕见的软弱土，层厚 25m。下沉达4m，旁边的道路下沉2m 。,土力学与地基基础,0 绪论,上 海 展 览 中 心 馆,地基土为高压缩性淤泥质软土, 19541979平均沉降160cm，前6个月沉降60cm,土力学与地基基础,0 绪论,大型建筑物,变形时间长,地基土为高压缩性土，如淤泥质土、火山灰等,沉降量大的特点：,地基可压缩土层厚,土力
7、学与地基基础,0 绪论,墨 西 哥 城,（3）沉降差、局部倾斜,土力学与地基基础,0 绪论,土力学与地基基础,0 绪论,（1）地基承载力,0.2.2.2 强度,加 拿 大 特 朗 斯 康 谷 仓,失事原因：未进行调查研究，而是根据相邻结构物基槽开挖试验结果估算，导致地基超载发生强度破坏而滑动。,土力学与地基基础,0 绪论,美国纽约某水泥仓库,失事原因：粘土地基、超载,土力学与地基基础,0 绪论,（2）边坡失稳,香 港 宝 城 大 厦,土力学与地基基础,0 绪论,三 峡 泄 滩 滑 坡,土力学与地基基础,0 绪论,图1-3 四川红花水库滑坡示意图,失事原因：,土的抗剪强度低,设计坝坡较陡,坝体填
8、筑迅速，孔压来不及消散,土力学与地基基础,0 绪论,0.2.2.3 渗流及渗透变形,堤坝管涌破坏,管涌,堤坝渗流破坏示意图,（1）渗流产生浮力渗流力,（2）渗流破坏形式：流土和管涌,徐州市区塌陷,美国一净水工厂,土力学与地基基础,0 绪论,山东蒙城节制闸,粉质粘土和细砂层,山东蒙城节制闸示意图,渗径短路,渗透变形,不均匀沉降,陷落倒塌,土力学与地基基础,0 绪论,Sand boils,0.2.2.4 液化,土力学与地基基础,0 绪论,上海莲花小区一13层楼房倒塌示意图,0.2.2.5 地下洞室开挖、施工等,土力学与地基基础,0 绪论,0.2.2.6 建筑物基础开裂,南京分析仪器厂职工住宅,北京
9、大学气轮机基座,0.2.2.7 建筑物基槽变位滑动,四层厚板结构楼,上海18层科研楼,0.2.2.8 冻融,盘锦市房屋,大连市金州石棉矿,0.2.3 不良地基处理成功实例,清华大学第四教学楼,苏州市里河桥新村住宅,土力学与地基基础,0 绪论,0.3 本学科的发展简况,感性认识阶段,理性认识阶段,独立学科的形成阶段,1925年，太沙基（Terzaghi）“土力学（Eoubakmeceanik）”的出版，被公认为土力学的开始。,发展阶段,土力学与地基基础,0 绪论,0.4 本课程的特点与学习方法,（1）研究对象的复杂多变性,（2）研究内容的广泛性,（3）研究方法的特殊性,对于土的有关知识从感性阶段
10、过渡到理性阶段，人们往往把实际的复杂的土加以简化,土力学理论通常都应用一些土的物理力学指标和参数,土力学中的公式和方法，绝大部分都是半理论半经验性的混合产物，注重理论联系实践,土力学与地基基础,0 绪论,1 杨进良. 土力学M. 北京: 中国水利水电出版社, 2006. 2 周汉荣, 赵明华. 土力学地基与基础M. 北京: 中国建筑工业出版社, 1997.,参考资料：,土力学与地基基础,0 绪论,掌握土、地基与基础的概念及其性质 了解土力学地基基础在土木工程中的重要性及发展概况 了解土力学地基基础的学科特点 熟悉课程的研究特点、学习要求和学习方法,本章重点：,本章要求：,土、地基与基础的概念及
11、其性质,土力学与地基基础,0 绪论,土力学与地基基础,1 工程地质概论,1 工程地质概论,1.1 概述（简）,工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学，它是地质学与土木、水利等工程之间的边缘学科，是研究地质体的性状、在人为改变条件下的变动及其与人类工程活动之间的相互制约关系。,1.1.1 工程地质的内容与重点,1.1.2 建筑场地的形成,内力地质作用岩浆活动、地质运动、变质作用,外力地质作用,土力学与地基基础,1 工程地质概论,1.1.3 地质年代,（1）地质相对年代：宙、代、纪、世（国际通用） 期、时（生物地理区）； （2）地层单位： 宇、界、系、统、 层、带； （3）宙：隐生宙和显生
12、宙； （4）代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代； （5）第四纪Q：距今约200万年。,1.1.3.1 地质时代,（1）绝对年代：又称同位素年代，是根据岩石中放射性 元素蜕变产物的含量计算出来的。 （2）相对年代：表示地层相对新老关系的时代顺序。,1.3.1.2 地质相对年代,土力学与地基基础,1 工程地质概论,矿物是地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。组成岩石的矿物称为造岩矿物（30余种）。,（1）按成因分类,1.2 矿物与岩石（简）,1.2.1 主要的造岩矿物,1.2.2 岩石的类型和性质,（1）矿物的种类：原生矿物和次生矿物 （2）矿物的主要物理性质-形态、颜色、光
13、泽、硬度、解理、断口。 （3）矿物的鉴定方法-肉眼鉴定法、偏光显微镜法。,1.2.2.1 岩石的类型,岩浆岩（火成岩） 沉积岩（水成岩） 变质岩,土力学与地基基础,1 工程地质概论,（2）按坚固性分类,硬质岩石 软质岩石,（3）按风化程度分类,未风化 微风化 中等风化 强风化,1.2.2.2 岩石的性质（略）,土力学与地基基础,1 工程地质概论,母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑。,1.3 第四纪沉积物（简）,1.3.1 残积层,1.3.2 坡积层,河床沉积层 河漫滩沉积层 河流阶地沉积层 古河道沉积层,1.3.3 洪积层,1.3.4 冲积层,1.3.4.1 平原河谷冲积层,土力
14、学与地基基础,1 工程地质概论,滨海沉积物 大陆架浅海沉积物 陆坡沉积物 深海沉积物,1.3.4.2 山区河谷冲积层,1.3.4.3 山前平原冲积洪积层,1.3.4.4 三角洲沉积层,1.3.5 海相沉积层,1.3.6 湖沼沉积层,湖相沉积层 沼泽沉积层,1.3.7 冰积层和风积层,冰碛层 冰水沉积层,土力学与地基基础,1 工程地质概论,1.4 不良地质条件（简）,1.4.1 断层,1.4.2 节理发育,1.4.3 滑坡,1.4.4 河床冲淤,1.4.5 岸坡失稳,1.4.6 河沟侧向位移,土力学与地基基础,1 工程地质概论,1.5 地下水,1.5.1 地下水对工程的影响（略）,基础埋深,1.
15、5.2 地下水分类（图1-13）,施工排水,地下水位升降,地下室防水,水质侵蚀性,空心结构物浮起,承压水冲破基槽,上层滞水,潜水：埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。,承压水,1.5.3 地下水位,初见水位,稳定水位,土力学与地基基础,1 工程地质概论,1.5.4 地下水的运动,土的渗透性：土体可被水透过的性质。,1.5.4.1 达西（Darcy,1856）定律,（1）定义,公式,渗透系数,水力梯度,流速v,（2）适用范围：砂土、一般粘性土,大小：,土力学与地基基础,1 工程地质概论,1.5.4.2 动水力（渗透力）,（3）渗流作用于土骨架单位体积上的力（单位体积 渗流力GD、j）为,（1）土颗粒对水流的阻力,（2）总渗透力为渗透水流作用在土颗粒上的力，大小为,方向：与渗流方向一致,作用点：土骨架重心。,土力学与地基基础,1 工程地质概论,（1）流土,（2）管涌,1.5.4.3 渗透破坏形式,在渗流作用下，某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生移动的现象。它可以是整体性的，也可是局部性的。流土或砂沸常发生于渗流出逸处而不发生于土体内部。,在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过其粗大孔隙发生移动，或被水流带出的现象。它发生的部位可以在渗流出逸处，也可以在土体内部，故亦称之为渗流引起
