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1、2009.09,2009.09,第一章 引言(introduction),本章提要与学习目标 土力学与地基基础是工程管理专业、土木工程专业的一门重要的技术基础课，它由两个重要的部分组成：一是有关土的物理力学性质以及土的强度理论、渗透理论和变形理论的知识，即解决土力学各种课题的基本理论和试验研究方法；二是关于地基基础设计与施工的知识，即基础工程学的内容。前者为后者提供解决工程问题的试验方法和理论基础；后者具有极强的技术性和应用性。因此，土力学与地基基础是一门实践性和理论性都比较强的技术基础课。,2009.09,本章学习土力学、地基及基础的概念，地基工程事故类别及特征，学科发展概况，本课程的特点、
2、内容与学习要求。要求掌握土力学、地基及基础的概念，初步了解地基工程事故类别及特征，了解本课程的特点，熟悉本课程的学习内容与要求。,2009.09,第一节 土力学、地基及基础的概念,土（soil） 矿物或岩石碎屑构成的松软集合体。 土力学（soil mechanics）利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学。 地基与基础（foundation）,2009.09,地基与基础,地基-直接承受建筑物荷载影响的那一部分地层。 地基-人工地基、天然地基 基础-将建筑物荷载传递给地基的地下结构部分,2009.09,地基与基础设计必须满足两个基
3、本条件:要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基具有足够的防止整体破坏的安全储备；,2009.09,控制基础沉降使之不超过地基的变形容许值;保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用。在荷载作用下，建筑物的地基、基础和上部结构三部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质勘察资料，综合考虑地基基础上部结构的相互作用与施工条件，通过经济、技术此较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。,2009.09,地基与基础统称为基础工程，他们是建筑物的根本，其勘察、设计和施工质量的好坏将直接影响到建筑物的安危、经济和正常使用。由于基础工程是在地下或水下进行，施工难度大，在一般高
4、层建筑中，其造价约占总造价的25%，工期约占总工期的25%30%，当需采用深基础或人工地基时，其造价和工期所占比例更大。,2009.09,岩土工程（geotechnical engineering）,以土力学、岩石力学、工程地质学和地基基础工程学 为理论基础，解决和处理在建设过程中出现的所有与岩土体有关的工程技术问题。是一门地质与工程紧密结合的 新专业学科，属于土木建筑工程范畴,2009.09,第二节 地基工程事故类别及特征,拟建建筑物场地一旦确定，人们对其地质条件便没有选择的余地，只能是尽可能的认识它，并合理地利用或处理它。为了保证工程安全，地基土体必须满足承载力和稳定性要求，还必须满足其变
5、形（沉降和不均匀沉降）不超过建筑物的允许值要求。若不满足上述要求，就可能发生严重的工程事故。,2009.09,建筑物事故的发生，不少与地基问题有关。地基的过量变形或不均匀变形，使上部结构出现裂缝、倾斜，削弱和破坏了结构的整体性，并影响到建筑物的正常使用，严重者地基失稳导致建筑物倒塌。 地基事故可分为天然地基事故和人工地基事故两大类。,2009.09,一、地基失稳事故,在建筑工程中，地基失稳的后果常很严重，有时甚至是灾难性的，例如，1913年建造的加拿大特朗斯康谷仓(图1-2)，由65个圆柱形筒仓组成，高31m，宽23.5m，其下为筏板基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，建成后
6、初次贮存谷物时，基底压力(320kPa)超过了地基极限承载力。致使谷仓西侧突然陷入土中8.8m，东侧则抬高1.5m，仓身整体倾斜26。53。这是地基发生整体滑动、建筑物丧失稳定性的典型范例。,2009.09,加拿大谷仓,2009.09,二、地基变形事故,（一）软弱地基变形特征 软土地基沉降大且不均匀。上海展览中心馆中央大厅为框架结构，箱形基础两层，埋深7.27m。箱基顶面至中央大厅上面的塔尖，总高96.63m。地基为淤泥质土，压缩性很大。该馆于1954年5月开工，当年年底实测平均沉降量为600mm。到1979年9月，该馆累计平均沉降量为1600mm，逐渐趋向稳定。建筑物严重下沉使室内外地坪高差
7、大，行走不便，室外散水倒坡、雨水积聚，尤其是上下水通、照明、通信、动力电缆内外连接的管网折断。,2009.09,意大利比萨斜塔,例如，世界著名的意大利比萨斜塔，1173年动工，高约55m，因地基压缩层不均、排水缓慢，北侧下沉lm多，南侧下沉近3m。1932年曾灌注1000t水泥，也末奏效，每年仍下沉约lmm。目前正在处理之中。,2009.09,（二）不均匀沉降对上部结构产生的影响 不均匀沉降对上部结构产生的影响表现在如下方面： 1砖墙开裂。 2砖柱断裂。 3钢筋混凝土柱倾斜或开裂。 4高耸构筑物的倾斜。,2009.09,（三）地基湿陷变形对上部结构产生的影响,地基湿陷变形对上部结构产生的影响表
8、现在如下方面： 1基础及上部结构开裂。黄土地基湿陷性引起房屋下沉量大，墙体裂缝大，并开展迅速。 2倾斜。湿陷变形只出现在受水浸湿部位，而没有浸水部位则基本不动，从而形成沉降差，因而整体刚度较大的房屋和构筑物（如烟囱，水塔等）易发生倾斜。 3折断。当地基遇到多处湿陷时，基础往往产生较大弯曲变形，引起房屋基础和管道折断，当给排水干管折断对，对周围建筑物还会构成更大的危害。,2009.09,美国纽约水泥仓库超载倾倒,2009.09,日本新泻1964年大地震3号公寓倾斜,2009.09,（四）地基胀缩变形对上部结构产生的影响,地基胀缩变形对上部结构产生的影响表现在如下方面： 1建筑物的开裂破坏一般具有
9、地区性成群出现的特性。建筑物大部分是在建成后三五年，甚至一二十年后才出现开裂，也有少部分在施工期就开裂的，主要是受地基含水量、场地的地形、地貌，工程与水文的地质条件、气候、施工等综合因素的影响。例如，四川成都尤潭区三级阶地上的房屋，大多数在建成五六年后出现了地基干湿变化，造成建筑物开裂、变形，尤其以平房和三层以下的建筑物最为普遍和严重。,2009.09,2遇水膨胀、失水收缩引起墙体开裂。墙体裂缝有正、倒八字形，X形，还有水平缝及局部斜裂缝，随着胀缩反复交替出现，墙体可能发生挤碎或错位。 3在地质条件相同情况下的房屋开裂破坏。这种破坏以单层、二层房屋较多，三层房屋较少、较轻，单层房屋尤以单层民用
10、房屋的开裂最为普遍，其破坏率占单层建筑物总数的85%。二层房屋破坏率为。三层房屋一般略有轻微的变形开裂破坏，其破坏率约为%，由于基础形式的不同，房屋开裂也不同，条形基础的破坏较单独基础破坏更为普遍。,2009.09,外墙与内墙交界处的破坏。 室内地坪开裂，特别是空旷的房屋或外廊式房屋的地坪易出现纵向裂缝。,2009.09,（五）地基冻胀、融陷变形对上部结构产生的影响,当基础埋深浅于冻结深度对，在基础侧面作用着切向冻胀力，在基底作用着法向冻胀力。如果基础上荷载F和自重G不足以平衡法向和切向冻胀力，基础就被抬起来，融化时，冻胀力消失，冰变成水，土的强度降低，基础产生融陷，不论上抬还是融陷，一般都是
11、不均匀的，其结果必然造成建筑的开裂破坏，例如，河北省崇礼县某住宅楼，上冻前地下室施工完毕，只进行了外侧回填，地下室内没有采取任何保温措施，第二年开春发现大部分有门洞口的圈梁出现裂缝，最宽达mm，最后不得不加固补强，建筑物因地基冻融产生的破坏现象,2009.09,三、斜坡失稳引起地基事故,（一）斜坡失稳的特征 （）斜坡失稳常以滑坡形式出现，滑坡规模差异很大，滑坡体积从数百立方米到数百万立方米，对工程危害极大。 （）滑坡可以缓慢的、长期的，也可以是突然发生的，以每秒几米甚至几十米的速度下滑。古滑坡可以因外界条件变化而激发新滑坡。例如某工程，扩建于江岸边转角处的一个古滑坡体上，由于江水冲刷坡脚以及工
12、厂投产后排水和堆放荷载的影响，先后在古滑坡上发生了十个新滑坡，严重影响该厂的正常生产。,2009.09,香港宝成大厦被滑坡冲毁,2009.09,（二）斜坡上房屋稳定性破坏类型 由于房屋位于斜坡上的位置不同，因此斜坡出现滑动，对房屋产生的危害也不同，大致可分为以下三类： （）房屋位于斜坡顶部时，从顶部形成滑坡，发生土从房屋下挤出，地基土松动，房屋出现不均匀沉降，导致开烈损坏或倾斜。,2009.09,（）房屋位于斜坡上，在滑坡情况下，房屋下的土发生移动，部分土绕过房屋基础移动，在这种情况下，无论是作用在基础上的滑动土的土压力，还是基础在平面上的不同位移都可能引起房屋所不允许的变形，导致房屋破坏。,
13、2009.09,（）房屋位于斜坡下部，房屋经受滑动土体的侧压力，对房屋造成的危害程度与滑坡规模，滑动土体有关，事故常常是灾难性的，例如，1972年6月，香港下起了特大暴雨，雨量达1658.6mm。7月18日晨7点，山坡发生大滑坡，几万立方米土体下滑的巨大冲击力通过一座位于山坡上的高层住宅宝城大厦。顷刻之间，大厦被冲毁，并砸毁邻近大楼一角。在此居住的银行界人士120人当场死亡，引起西方世界极大震惊。,2009.09,第三节 本学科发展概况,土力学与基础工程既是一门古老的工程技术，又是一门新型的应用科学。由于生产的发展和生活上的需要，人类很早就己创造了自己的地基基础工艺。,2009.09,远如我国
14、都江堰水利工程、举世闻名的万里长城、隋朝南北大运河、黄河大堤、赵州石拱桥以及许许多多遍及全国各地的宏伟壮丽的宫殿寺院、巍然挺立的高塔等等，都是由于奠基牢固，即使经历了无数次强震、强风而安然无悉。,2009.09,我国木桩基础的使用更是源远流长。如河姆渡文化遗址中发现的7000年前钱塘江南岸沼泽地带木构建筑下的木桩为世所罕见，公元前532年在今山西汾水上建成的三十墩柱木柱梁桥(水经注)、以及秦代所建渭桥(公元前221一公元206年，三辅黄图)等也都为木桩基础，再如郑州隋朝超化寺打入淤泥的塔基木桩法苑珠林)、杭州湾五代大海塘工程木桩等都是我国古代桩基础技术应用的典范，雄辩地证明了我国古代劳动人民在
15、工程实践中积累了丰富的土力学与基础工程的知识。,2009.09,土力学发展概况,1773年，法国科学家C.A.Coulomb创立砂土抗剪强度公式，提出挡土墙土压力的滑动楔体理论 1856年，法国工程师 H.Darcy研究砂土的透水性，提出层流运动的darcy定律 1857年，W.J.M.Rankine，从另一途径研究了挡土墙的土压力理论 1867年，捷克E.Winkler提出了铁轨下任一点的接触压力与该点的沉降成正比的假设 1885年，法国Boussinesq求得了半无限弹性体在竖向集中荷载作用下的应力与变形的理论解答,2009.09,20世纪20年代后土力学的大发展,1915年，瑞典的彼得森
16、（Petterson）首先提出 ，后由瑞典的费伦纽斯（Fellenius）及美国的泰勒（Taylor）进一步发展了土坡稳定分析的整体圆弧滑动面法 。 1920年，法国学者普朗特尔（Prandtl）发表了地基剪切破坏时的滑动面形状和极限承载力公式 1925年，K.Terzaghi出版了土力学一书 1962年，中国召开第一届国际土力学与基础工程会议,2009.09,解放后。我国在建筑工程中成功地处理了许多大型和复杂的基础工程。例如，利用电化学加固处理的中国历史博物馆地基，解决了施工期短、质量要求高的困难；特别是在万里长江上建成的十多座长江大桥(武汉、南京长江大桥等)及其它巨大工程中，采用管柱基础、气筒浮运沉井基础等，成功地解决了水深流急、地质复杂的基础工程问题；,2009.09,近年来，我国在岩土工程勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺的研究和应用方面，取得了很大的进展。在地基处理方面，振动碾压、振动水冲、深层搅拌、高压旋喷
