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1、本课程教材土力学地基基础（第4版）陈希哲编著清华大学出版社0 0 绪论绪论1 1 工程地质工程地质2 2 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类3 3 土的压缩性与地基沉降计算土的压缩性与地基沉降计算4 4 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力5 5 土压力与土坡稳定性土压力与土坡稳定性内容内容 土力学土力学6 6 工程建设的岩土工程勘察工程建设的岩土工程勘察7 7 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 8 8 桩基础和深基础桩基础和深基础9 9 软弱地基处理软弱地基处理10 10 特殊地基处理特殊地基处理 地基基础地基基础内容内容1 1 密度、比重、含水率测定密度、
2、比重、含水率测定2 2 液限测定液限测定3 3 土的固结实验土的固结实验4 4 直剪实验直剪实验实验内容实验内容第0章 绪 论一、本门课程的知识构架二、本学科的发展概况三、本课程的特点和学习要求四、实例 建筑物三部分示意图一、本门课程的知识构架地基：建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层。土层中附加应力与变形不能忽略基础：将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构，建筑物向地基传递荷载的下部结构建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基a.定义：定义：（1 1） 地基基础地基基础地基基础地基基础b.地基的分类：地基的分类：按地质情况分：土基、岩基。按地质情况分：土基
3、、岩基。按设计施工情况分：按设计施工情况分：天然地基：天然地基：不需处理而直接利用的地基。不需处理而直接利用的地基。人工地基：人工地基：经过人工处理而达到设计要求的地基。经过人工处理而达到设计要求的地基。换土垫层换土垫层深层密实深层密实化学加固化学加固排水固结排水固结（2 2）土力学）土力学）土力学）土力学a. a.土的定义土的定义土的定义土的定义土土是是连连续续，坚坚固固的的岩岩石石在在风风化化作作用用下下形形成成的的大大小小悬悬殊殊的的颗颗粒粒，经过经过不同的搬运方式不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的，在各种自然环境中生成的沉积物沉积物。b.土的特点：土的特点：碎碎散散性性、压压缩缩性
4、性、固固体体颗颗粒粒间间的的相相对对移移动动性性及及透透水水性性。连连续续介介质质的固体材料。的固体材料。c.土的用途：土的用途：作为地基；作为地基；作为建筑材料（作为建筑材料（e.g.路基，堤坎）路基，堤坎） d.土力学的研究对象：土力学的研究对象：研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系：即土的土的本构关系：即土的应力应力应变应变强度强度时间时间四变量四变量之间的内在联系。是本课程的理论基础。土力学所要研究的两之间的内在联系。是本课程的理论基础。土力学所要研究的两大基本问题是土体的大基本问题是土体的变形变形和和强度强度。（3
5、3）地基设计中，必须满足的两个技术条件：）地基设计中，必须满足的两个技术条件：）地基设计中，必须满足的两个技术条件：）地基设计中，必须满足的两个技术条件：1、地基的变形条件：、地基的变形条件：（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜）保证（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜）保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。s s 2、地基的强度条件：、地基的强度条件：要求作用于地基的荷载不超过地基的承载力，要求作用于地基的荷载不超过地基的承载力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备。p f （4）基础设计中，必须
6、满足的两个技术条件：）基础设计中，必须满足的两个技术条件： 基础应当具有足够的基础应当具有足够的强度强度和和耐久性耐久性。 建筑物的上部结构、基础和地基三部分，功能不同，研究方法各异，但它们又是建筑物的有机组成部分，缺一不可、彼此联系、相互制约。所以，科学的、理想的方法是将三部分统一起来进行设计计算。 依目前的理论水平，还很难做到这一点。尽管如此，我们在处理地基基础问题时，头脑里一定要有地基-基础-上部结构相互作用的整体概念，尽可能全面地加以考虑。二、本学科发展概况地基及基础既是一项古老的工程技术，又是一门年地基及基础既是一项古老的工程技术，又是一门年地基及基础既是一项古老的工程技术，又是一门
7、年地基及基础既是一项古老的工程技术，又是一门年轻的应用科学。轻的应用科学。轻的应用科学。轻的应用科学。穷本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建穷本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建穷本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建穷本溯源，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺，我国西安筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺，我国西安筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺，我国西安筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺，我国西安半坡新村新石器时代遗址的考古发掘，都发现有土台和半坡新村新石器时代遗址的考古发掘，都发现有土台和半坡新村新石器时代遗址的考古发掘，
8、都发现有土台和半坡新村新石器时代遗址的考古发掘，都发现有土台和石础。举世文明的长城、大运河、蜿蜒万里，如不处理石础。举世文明的长城、大运河、蜿蜒万里，如不处理石础。举世文明的长城、大运河、蜿蜒万里，如不处理石础。举世文明的长城、大运河、蜿蜒万里，如不处理好有关岩土问题，哪能穿越各种地质条件的广阔地区，好有关岩土问题，哪能穿越各种地质条件的广阔地区，好有关岩土问题，哪能穿越各种地质条件的广阔地区，好有关岩土问题，哪能穿越各种地质条件的广阔地区，而被誉为亘古奇观。而被誉为亘古奇观。而被誉为亘古奇观。而被誉为亘古奇观。作为本学科理论基础的土力学的发端，始于作为本学科理论基础的土力学的发端，始于作为本
9、学科理论基础的土力学的发端，始于作为本学科理论基础的土力学的发端，始于1818世纪世纪世纪世纪兴起了工业革命的欧洲。兴起了工业革命的欧洲。兴起了工业革命的欧洲。兴起了工业革命的欧洲。17731773年，法国的库伦年，法国的库伦年，法国的库伦年，法国的库伦（CoulombCoulomb）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力理论。提出了计算挡土墙土压力理论。提出了计算挡土墙土压力理论。提出了计算挡土墙土压力理论。9090余年后，英国的朗肯余年后，英国的朗肯
10、余年后，英国的朗肯余年后，英国的朗肯（Rankine,1869Rankine,1869）又从另一途径提出了挡土墙土压力理）又从另一途径提出了挡土墙土压力理）又从另一途径提出了挡土墙土压力理）又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。法国的布辛奈斯克（论。法国的布辛奈斯克（论。法国的布辛奈斯克（论。法国的布辛奈斯克（Boussinesq,1885Boussinesq,1885）求得了弹性）求得了弹性）求得了弹性）求得了弹性半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的
11、理论解答。19221922年，瑞典人费伦纽斯（年，瑞典人费伦纽斯（年，瑞典人费伦纽斯（年，瑞典人费伦纽斯（FelleniusFellenius）, ,土坡稳定分析法。土坡稳定分析法。土坡稳定分析法。土坡稳定分析法。这些古老的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实这些古老的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实这些古老的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实这些古老的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实用的价值。用的价值。用的价值。用的价值。19251925年，美国的太沙基年，美国的太沙基年，美国的太沙基年，美国的太沙基(Terzaghi)(Terzaghi)发表了发表了发表了发表了土力学土力
12、学土力学土力学专著，接着，于专著，接着，于专著，接着，于专著，接着，于19291929年又发表了年又发表了年又发表了年又发表了工程地质学工程地质学工程地质学工程地质学。这。这。这。这些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对本学科各方面的探索。本学科各方面的探索。本学科各方面的探索。本学科各方面的探索。时至今日，土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋时至今日，土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋时至今日，土建、水利、桥隧、道路、港口、海洋时至今日，土建
13、、水利、桥隧、道路、港口、海洋等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研等有关工程中，以岩土体的利用、改造与整治问题为研究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各究对象的科技领域，因其区别于结构工程的特殊性和各专业岩土问题的共同性，已融为一个自成体系的新专业专业岩土问题的共同性，已融为一个自成体系的新专业专业岩土问题的共同性，已融为一个自成体系的新专业专业岩土问题的共同性，已融为一个自成体系的
14、新专业“岩土工程岩土工程岩土工程岩土工程” ”（GeotechnicalEngineeringGeotechnicalEngineering）。）。）。）。1 课程的特点：（1）土力学属于专业基础课，它在一般基础课和专业课之间起到承上启下的作用。也是一门边缘学科，它所设计的自然科学范围很广，除了和力学领域内各邻近学科有密切关系外，它还涉及到普通地质学、土质学、物理、化学等方面的知识领域。（2）课程理论性和实践性均较强。（3）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强； 三、本课程的特点和学习要求2学习要求：(1)学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算
15、等土力学基本原理；(2)熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法；(3) 学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法；(4)重视工程地质基本知识的学习，了解工程地质勘察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养;(5)熟悉常见基础设计方法及构造要求；(6)熟悉常见地基问题的处理方法。 1.建筑物倾斜建筑物倾斜建筑物倾斜建筑物倾斜（1）意大利比萨斜塔：）意大利比萨斜塔：1173年年9月动工，月动工，至至1178年建至第四层中年建至第四层中部，高度约部，高度约29米时，因米时，因塔身明显倾斜而停工。塔身明显倾斜而停工。94年后，于年后，于1272年复工，年复工，经经6年时间，建完
16、第年时间，建完第7层，层，高高48米，再次停工中断米，再次停工中断82年。于年。于1360年再复工，年再复工，至至1370年竣工。全塔共年竣工。全塔共8层，高度为层，高度为55米。米。四、实例塔身为圆筒形，塔身为圆筒形，1-6层为优质大理石砌成，层为优质大理石砌成，顶部顶部7-8层采用砖和轻石层采用砖和轻石料。料。1590年伽利略做落年伽利略做落体实验，创建了物理学体实验，创建了物理学上著名的落体定律。上著名的落体定律。地基持力层为粉砂，地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。下面为粉土和粘土层。目前塔向南倾斜，南北目前塔向南倾斜，南北两端沉降差两端沉降差1.80米，塔米，塔顶偏离中心线已达顶偏
17、离中心线已达5.27米，倾斜米，倾斜5.50，1990年年1月月14日被封闭。日被封闭。比萨斜塔治理措施及结果比萨斜塔治理措施及结果 在斜塔北侧的塔基下码放了数百在斜塔北侧的塔基下码放了数百吨重的铅块，并使用钢丝绳吨重的铅块，并使用钢丝绳从斜塔的腰部向北侧拽住，从斜塔的腰部向北侧拽住，还抽走了斜塔北侧的许多淤还抽走了斜塔北侧的许多淤泥，并在塔基地下打入泥，并在塔基地下打入1010根根5050米长的钢柱。米长的钢柱。历时历时1010年半的比萨斜塔拯救工作年半的比萨斜塔拯救工作已全部结束。纠偏校斜已全部结束。纠偏校斜43438 8厘米，除自然因素外，可确厘米，除自然因素外，可确保保3 3个世纪内不
18、发生倒塌危险。个世纪内不发生倒塌危险。 （2）苏州虎丘塔 此塔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），距今已有1000多年。全塔7层，高47.5米。平面呈八角形。青砖砌筑。 1980年时，塔身已向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31米。底层塔身出现不少裂缝。 宝塔倾斜为地基覆盖层相差悬殊等原因造成。2. 2. 建筑地基严重下沉建筑地基严重下沉造成建筑地基严造成建筑地基严重下沉的因素很多，重下沉的因素很多，就地基而言，多为高就地基而言，多为高压缩性软弱土。压缩性软弱土。会造成室内外连会造成室内外连接困难及交通不便，接困难及交通不便，内外网管道也会造成内外网管道也会造成
19、破坏。破坏。图示为墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。 第第1 1章章 绪论绪论3. 3. 建筑物墙体开裂建筑物墙体开裂持力层土质持力层土质压缩性相差悬殊压缩性相差悬殊或不同类型基础或不同类型基础基底压力相差较基底压力相差较大，引起不均匀大，引起不均匀沉降，导致墙体沉降，导致墙体开裂。开裂。相邻荷载影相邻荷载影响亦可引起附加响亦可引起附加应力增加，导致应力增加，导致地基下沉，墙体地基下沉，墙体开裂。开裂。 第第1 1章章 绪论绪论4. 4. 建筑物基础开裂建筑物基础开裂地基压缩性相差悬殊，地基压缩性相差悬殊，导致基础底板断裂。导致基础底板断裂。 第第1 1章章 绪论绪论5
20、.5.建筑物地基溶蚀建筑物地基溶蚀建筑物地基溶蚀建筑物地基溶蚀引起地基塌陷引起地基塌陷* 当地基岩是石灰岩，在地下水长期作用下， 可能产生岩溶(喀斯特)，并伴生土洞，则影响建筑场地的稳定性；* 在山区残积土或坡积土，因土的粒径大小相差悬殊， 在地下水作用下，可能产生溶蚀；6. 建筑物地基滑动右图是加拿大特右图是加拿大特右图是加拿大特右图是加拿大特朗斯康谷仓地基破坏朗斯康谷仓地基破坏朗斯康谷仓地基破坏朗斯康谷仓地基破坏情况。该谷仓建于情况。该谷仓建于情况。该谷仓建于情况。该谷仓建于19111911年，年，年，年，19131913年秋完年秋完年秋完年秋完工，工，工，工，9 9月装谷。月装谷。月装谷
21、。月装谷。1010月月月月1717日发现日发现日发现日发现1 1小时内竖小时内竖小时内竖小时内竖向沉降达向沉降达向沉降达向沉降达30.5cm30.5cm，结，结，结，结构物向西倾斜并在构物向西倾斜并在构物向西倾斜并在构物向西倾斜并在2424小时内倾倒。谷仓西小时内倾倒。谷仓西小时内倾倒。谷仓西小时内倾倒。谷仓西端下沉端下沉端下沉端下沉7.32m7.32m，东端，东端，东端，东端上抬上抬上抬上抬1.52m1.52m，仓身倾，仓身倾，仓身倾，仓身倾斜斜斜斜2727度。度。度。度。事故原因为谷仓地基因超载发生强度事故原因为谷仓地基因超载发生强度事故原因为谷仓地基因超载发生强度事故原因为谷仓地基因超载
22、发生强度破坏而滑动破坏而滑动破坏而滑动破坏而滑动7. 建筑物地基液化失效地震引起砂土地基液化，丧失地基承载力。地震引起砂土地基液化，丧失地基承载力。（1）日本新泻：）日本新泻：1964年，年，7.5级地震。级地震。（2）唐山地震 液化液化“砂火山砂火山”口口液化喷水冒砂后景象液化喷水冒砂后景象液化造成地基沉陷液化造成地基沉陷,房屋严重裂缝房屋严重裂缝液化造成地基沉陷液化造成地基沉陷,房屋严重裂缝房屋严重裂缝液化后汽车陷入土中液化地裂液化地裂8. 土坡滑动断层所造成的边坡滑动使民宅横向移动断层所造成的边坡滑动使民宅横向移动10m,垂直落差约垂直落差约6m二郎山隧道西引道滑坡张裂缝二郎山隧道西引道
23、滑坡张裂缝二郎山隧道西引道滑坡张裂缝二郎山隧道西引道滑坡张裂缝港岛港岛港岛港岛1972 1972 1972 1972 Po Shan Po Shan Po Shan Po Shan 滑坡滑坡滑坡滑坡 ( ( ( (方量方量方量方量 2 2 2 2万万万万m m m m3 3 3 3)(67 )(67 )(67 )(67 死、死、死、死、20 20 20 20 伤伤伤伤) ) ) )PoShanRoadPoShanRoadConduitRoadConduitRoadNotewellRoadNotewellRoad 香港宝城大厦因滑坡倒塌巴东崖崩造成房屋墙体开裂巴东崖崩造成房屋墙体开裂上上述述事事
24、故故实实例例说说明明，岩岩土土工工程程方方面面的的事事故故具具有有突突发发性性、灾灾害害性性和和全全局局性性的的特特点点，不不仅仅使使工工程程全全军军覆覆没没，而而且且常常殃殃及及四四邻邻，危危害害环环境境。为为了了防防止止工工程程事事故故的的产产生生，在在重重要要工工程程的的各各个个阶阶段段都都应应十十分分重重视视岩岩土工程的勘察、设计、施工和检测。土工程的勘察、设计、施工和检测。隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至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。桥台砌置于密实的今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂粗砂层上，一千三百多层上，一千三百多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力基底压力约约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。发展趋势发展趋势1室内和原位测试技术和仪器设备的研究。2土的非线性问题本构关系的研究。本构关系指土的应力、应变、强度和时间的关系，描述这类关系的数学表达式称为数学模型或简称模型。3计算技术的研究。非确定性计算方法在土力学中的应用。4模型试验和现场观测。5加强土力学的基础性研究，宏观和微观研究相结合。
