tlxdjjc1《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》-緒論省公開課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

.091/48第一章引言(introduction)

本章提要與學(xué)習(xí)目標(biāo)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課，它由兩個(gè)主要部分組成：一是相關(guān)土物理力學(xué)性質(zhì)以及土強(qiáng)度理論、滲透理論和變形理論知識(shí)，即處理土力學(xué)各種課題基本理論和試驗(yàn)研究方法；二是關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工知識(shí)，即基礎(chǔ)工程學(xué)內(nèi)容。前者為后者提供處理工程問題試驗(yàn)方法和理論基礎(chǔ)；后者含有極強(qiáng)技術(shù)性和應(yīng)用性。所以，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性和理論性都比較強(qiáng)技術(shù)基礎(chǔ)課。.092/48本章學(xué)習(xí)土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)概念，地基工程事故類別及特征，學(xué)科發(fā)展概況，本課程特點(diǎn)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求。要求掌握土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)概念，初步了解地基工程事故類別及特征，了解本課程特點(diǎn)，熟悉本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求。.093/48第一節(jié)

土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)概念土（soil）—礦物或巖石碎屑組成松軟集合體。土力學(xué)（soilmechanics）—利用力學(xué)普通原理，研究土物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界原因作用下工程性狀應(yīng)用科學(xué)。地基與基礎(chǔ)（foundation）.094/48地基與基礎(chǔ)地基-直接承受建筑物荷載影響那一部分地層。地基-人工地基、天然地基基礎(chǔ)-將建筑物荷載傳遞給地基地下結(jié)構(gòu)部分.095/48地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足兩個(gè)基本條件:①要求作用于地基荷載不超出地基承載能力，確保地基含有足夠預(yù)防整體破壞安全貯備；.096/48②控制基礎(chǔ)沉降使之不超出地基變形允許值;確保建筑物不因地基變形而損壞或影響其正常使用。在荷載作用下，建筑物地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)三部分彼此聯(lián)絡(luò)、相互制約。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)地質(zhì)勘察資料，綜合考慮地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)相互作用與施工條件，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)此較，選取安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)和施工簡(jiǎn)便地基基礎(chǔ)方案。.097/48地基與基礎(chǔ)統(tǒng)稱為基礎(chǔ)工程，他們是建筑物根本，其勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量好壞將直接影響到建筑物安危、經(jīng)濟(jì)和正常使用。因?yàn)榛A(chǔ)工程是在地下或水下進(jìn)行，施工難度大，在普通高層建筑中，其造價(jià)約占總造價(jià)25%，工期約占總工期25%~30%，當(dāng)需采取深基礎(chǔ)或人工地基時(shí)，其造價(jià)和工期所占百分比更大。.098/48巖土工程（geotechnicalengineering）以土力學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和地基基礎(chǔ)工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，處理和處理在建設(shè)過程中出現(xiàn)全部與巖土體相關(guān)工程技術(shù)問題。是一門地質(zhì)與工程緊密結(jié)合新專業(yè)學(xué)科，屬于土木建筑工程范圍.099/48第二節(jié)地基工程事故類別及特征

擬建建筑物場(chǎng)地一旦確定，人們對(duì)其地質(zhì)條件便沒有選擇余地，只能是盡可能認(rèn)識(shí)它，并合理地利用或處理它。為了確保工程安全，地基土體必須滿足承載力和穩(wěn)定性要求，還必須滿足其變形（沉降和不均勻沉降）不超出建筑物允許值要求。若不滿足上述要求，就可能發(fā)生嚴(yán)重工程事故。.0910/48建筑物事故發(fā)生，不少與地基問題相關(guān)。地基過量變形或不均勻變形，使上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、傾斜，減弱和破壞了結(jié)構(gòu)整體性，并影響到建筑物正常使用，嚴(yán)重者地基失穩(wěn)造成建筑物坍毀。地基事故可分為天然地基事故和人工地基事故兩大類。.0911/48

一、地基失穩(wěn)事故

在建筑工程中，地基失穩(wěn)后果常很嚴(yán)重，有時(shí)甚至是災(zāi)難性，比如，1913年建造加拿大特朗斯康谷倉(cāng)(圖1-2)，由65個(gè)圓柱形筒倉(cāng)組成，高31m，寬23.5m，其下為筏板基礎(chǔ)，因?yàn)槭虑安涣私饣A(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m軟粘土層，建成后首次貯存谷物時(shí)，基底壓力(320kPa)超出了地基極限承載力。致使谷倉(cāng)西側(cè)突然陷入土中8.8m，東側(cè)則抬高1.5m，倉(cāng)身整體傾斜26。53’。這是地基發(fā)生整體滑動(dòng)、建筑物喪失穩(wěn)定性經(jīng)典范例。.0912/48加拿大谷倉(cāng).0913/48二、地基變形事故

（一）軟弱地基變形特征軟土地基沉降大且不均勻。上海展覽中心館中央大廳為框架結(jié)構(gòu)，箱形基礎(chǔ)兩層，埋深7.27m。箱基頂面至中央大廳上面塔尖，總高96.63m。地基為淤泥質(zhì)土，壓縮性很大。該館于1954年5月開工，當(dāng)年年底實(shí)測(cè)平均沉降量為600mm。到1979年9月，該館累計(jì)平均沉降量為1600mm，逐步趨向穩(wěn)定。建筑物嚴(yán)重下沉使室內(nèi)外地坪高差大，行走不便，室外散水倒坡、雨水積聚，尤其是上下水通、照明、通信、動(dòng)力電纜內(nèi)外連接管網(wǎng)折斷。.0914/48意大利比薩斜塔比如，世界著名意大利比薩斜塔，1173年開工，高約55m，因地基壓縮層不均、排水遲緩，北側(cè)下沉lm多，南側(cè)下沉近3m。1932年曾灌注1000t水泥，也末奏效，每年仍下沉約lmm。當(dāng)前正在處理之中。.0915/48

（二）不均勻沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響不均勻沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響表現(xiàn)在以下方面：1．磚墻開裂。2．磚柱斷裂。3．鋼筋混凝土柱傾斜或開裂。4．高聳構(gòu)筑物傾斜。.0916/48（三）地基濕陷變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響地基濕陷變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響表現(xiàn)在以下方面：1．基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)開裂。黃土地基濕陷性引發(fā)房屋下沉量大，墻體裂縫大，并開展快速。2．傾斜。濕陷變形只出現(xiàn)在受水浸濕部位，而沒有浸水部位則基本不動(dòng)，從而形成沉降差，因而整體剛度較大房屋和構(gòu)筑物（如煙囪，水塔等）易發(fā)生傾斜。3．折斷。當(dāng)?shù)鼗龅蕉嗵帩裣輹r(shí)，基礎(chǔ)往往產(chǎn)生較大彎曲變形，引發(fā)房屋基礎(chǔ)和管道折斷，當(dāng)給排水干管折斷對(duì)，對(duì)周圍建筑物還會(huì)組成更大危害。.0917/48美國(guó)紐約水泥倉(cāng)庫(kù)超載傾倒.0918/48日本新瀉1964年大地震3號(hào)公寓傾斜.0919/48（四）地基脹縮變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響

地基脹縮變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響表現(xiàn)在以下方面：1．建筑物開裂破壞普通含有地域性成群出現(xiàn)特征。建筑物大部分是在建成后三五年，甚至一二十年后才出現(xiàn)開裂，也有少部分在施工期就開裂，主要是受地基含水量、場(chǎng)地地形、地貌，工程與水文地質(zhì)條件、氣候、施工等綜合原因影響。比如，四川成都尤潭區(qū)三級(jí)階地上房屋，大多數(shù)在建成五六年后出現(xiàn)了地基干濕改變，造成建筑物開裂、變形，尤其以平房和三層以下建筑物最為普遍和嚴(yán)重。.0920/48

2．遇水膨脹、失水收縮引發(fā)墻體開裂。墻體裂縫有正、倒八字形，X形，還有水平縫及局部斜裂縫，伴隨脹縮重復(fù)交替出現(xiàn)，墻體可能發(fā)生擠碎或錯(cuò)位。3．在地質(zhì)條件相同情況下房屋開裂破壞。這種破壞以單層、二層房屋較多，三層房屋較少、較輕，單層房屋尤以單層民用房屋開裂最為普遍，其破壞率占單層建筑物總數(shù)85%。二層房屋破壞率為２５％～３０％。三層房屋普通略有輕微變形開裂破壞，其破壞率約為５%～１０%，因?yàn)榛A(chǔ)形式不一樣，房屋開裂也不一樣，條形基礎(chǔ)破壞較單獨(dú)基礎(chǔ)破壞更為普遍。.0921/48

４．外墻與內(nèi)墻交界處破壞。５．室內(nèi)地坪開裂，尤其是空闊房屋或外廊式房屋地坪易出現(xiàn)縱向裂縫。.0922/48（五）地基凍脹、融陷變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響

當(dāng)基礎(chǔ)埋深淺于凍結(jié)深度對(duì)，在基礎(chǔ)側(cè)面作用著切向凍脹力，在基底作用著法向凍脹力。假如基礎(chǔ)上荷載F和自重G不足以平衡法向和切向凍脹力，基礎(chǔ)就被抬起來，融化時(shí)，凍脹力消失，冰變成水，土強(qiáng)度降低，基礎(chǔ)產(chǎn)生融陷，不論上抬還是融陷，普通都是不均勻，其結(jié)果必定造成建筑開裂破壞，比如，河北省崇禮縣某住宅樓，上凍前地下室施工完成，只進(jìn)行了外側(cè)回填，地下室內(nèi)沒有采取任何保溫辦法，第二年開春發(fā)覺大部分有門洞口圈梁出現(xiàn)裂縫，最寬達(dá)８mm，最終不得不加固補(bǔ)強(qiáng)，建筑物因地基凍融產(chǎn)生破壞現(xiàn)象.0923/48三、斜坡失穩(wěn)引發(fā)地基事故

（一）斜坡失穩(wěn)特征（１）斜坡失穩(wěn)常以滑坡形式出現(xiàn)，滑坡規(guī)模差異很大，滑坡體積從數(shù)百立方米到數(shù)百萬立方米，對(duì)工程危害極大。（２）滑坡能夠遲緩、長(zhǎng)久，也能夠是突然發(fā)生，以每秒幾米甚至幾十米速度下滑。古滑坡能夠因外界條件改變而激發(fā)新滑坡。比如某工程，擴(kuò)建于江岸邊轉(zhuǎn)角處一個(gè)古滑坡體上，因?yàn)榻疀_刷坡腳以及工廠投產(chǎn)后排水和堆放荷載影響，先后在古滑坡上發(fā)生了十個(gè)新滑坡，嚴(yán)重影響該廠正常生產(chǎn)。.0924/48香港寶成大廈被滑坡沖垮.0925/48

（二）斜坡上房屋穩(wěn)定性破壞類型因?yàn)榉课菸挥谛逼律衔恢貌灰粯?，所以斜坡出現(xiàn)滑動(dòng)，對(duì)房屋產(chǎn)生危害也不一樣，大致可分為以下三類：（１）房屋位于斜坡頂部時(shí)，從頂部形成滑坡，發(fā)生土從房屋下擠出，地基土松動(dòng)，房屋出現(xiàn)不均勻沉降，造成開烈損壞或傾斜。.0926/48

（２）房屋位于斜坡上，在滑坡情況下，房屋下土發(fā)生移動(dòng)，部分土繞過房屋基礎(chǔ)移動(dòng)，在這種情況下，不論是作用在基礎(chǔ)上滑動(dòng)土土壓力，還是基礎(chǔ)在平面上不一樣位移都可能引發(fā)房屋所不允許變形，造成房屋破壞。.0927/48

（３）房屋位于斜坡下部，房屋經(jīng)受滑動(dòng)土體側(cè)壓力，對(duì)房屋造成危害程度與滑坡規(guī)模，滑動(dòng)土體相關(guān)，事故經(jīng)常是災(zāi)難性，比如，1972年6月，香港下起了特大暴雨，雨量達(dá)1658.6mm。7月18日晨7點(diǎn)，山坡發(fā)生大滑坡，幾萬立方米土體下滑巨大沖擊力經(jīng)過一座位于山坡上高層住宅——寶城大廈。頃刻之間，大廈被沖垮，并砸毀鄰近大樓一角。在此居住銀行界人士120人當(dāng)場(chǎng)死亡，引發(fā)西方世界極大震驚。.0928/48第三節(jié)本學(xué)科發(fā)展概況土力學(xué)與基礎(chǔ)工程既是一門古老工程技術(shù)，又是一門新型應(yīng)用科學(xué)。因?yàn)樯a(chǎn)發(fā)展和生活上需要，人類很早就己創(chuàng)造了自己地基基礎(chǔ)工藝。.0929/48遠(yuǎn)如我國(guó)都江堰水利工程、舉世聞名萬里長(zhǎng)城、隋朝南北大運(yùn)河、黃河大堤、趙州石拱橋以及許許多多遍布全國(guó)各地宏偉壯麗宮殿寺院、巍然屹立高塔等等，都是因?yàn)榈旎慰?，即使?jīng)歷了無數(shù)次強(qiáng)震、強(qiáng)風(fēng)而安然無悉。.0930/48我國(guó)木樁基礎(chǔ)使用更是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。如河姆渡文化遺址中發(fā)覺7000年前錢塘江南岸沼澤地帶木構(gòu)建筑下木樁為世所罕見，公元前532年在今山西汾水上建成三十墩柱木柱梁橋(《水經(jīng)注》)、以及秦代所建渭橋(公元前221一公元206年，《三輔黃圖》)等也都為木樁基礎(chǔ)，再如鄭州隋朝超化寺打入淤泥塔基木樁《法苑珠林》)、杭州灣五代大海塘工程木樁等都是我國(guó)古代樁基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用典范，雄辯地證實(shí)了我國(guó)古代勞感人民在工程實(shí)踐中積累了豐富土力學(xué)與基礎(chǔ)工程知識(shí)。.0931/48土力學(xué)發(fā)展概況1773年，法國(guó)科學(xué)家C.A.Coulomb創(chuàng)建砂土抗剪強(qiáng)度公式，提出擋土墻土壓力滑動(dòng)楔體理論1856年，法國(guó)工程師H.Darcy研究砂土透水性，提出層流運(yùn)動(dòng)darcy定律1857年，W.J.M.Rankine，從另一路徑研究了擋土墻土壓力理論1867年，捷克E.Winkler提出了鐵軌下任一點(diǎn)接觸壓力與該點(diǎn)沉降成正比假設(shè)1885年，法國(guó)Boussinesq求得了半無限彈性體在豎向集中荷載作用下應(yīng)力與變形理論解答.0932/4820世紀(jì)20年代后土力學(xué)大發(fā)展1915年，瑞典彼得森（Petterson）首先提出，后由瑞典費(fèi)倫紐斯（Fellenius）及美國(guó)泰勒（Taylor）深入發(fā)展了土坡穩(wěn)定分析整體圓弧滑動(dòng)面法。1920年，法國(guó)學(xué)者普朗特爾（Prandtl）發(fā)表了地基剪切破壞時(shí)滑動(dòng)面形狀和極限承載力公式1925年，K.Terzaghi出版了《土力學(xué)》一書1962年，中國(guó)召開第一屆國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議.0933/48解放后。我國(guó)在建筑工程中成功地處理了許多大型和復(fù)雜基礎(chǔ)工程。比如，利用電化學(xué)加固處理中國(guó)歷史博物館地基，處理了施工期短、質(zhì)量要求高困難；尤其是在萬里長(zhǎng)江上建成十多座長(zhǎng)江大橋(武漢、南京長(zhǎng)江大橋等)及其它巨大工程中，采取管柱基礎(chǔ)、氣筒浮運(yùn)沉井基礎(chǔ)等，成功地處理了水深流急、地質(zhì)復(fù)雜基礎(chǔ)工程問題；.0934/48

近年來，我國(guó)在巖土工程勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)、地基處理、新設(shè)備、新材料、新工藝研究和應(yīng)用方面，取得了很大進(jìn)展。在地基處理方面，振動(dòng)碾壓、振動(dòng)水沖、深層攪拌、高壓旋噴、粉體噴射、真空預(yù)壓、強(qiáng)夯以及各種土工聚合物和托換技術(shù)等在土建、水利、橋隧、道路、港口、海洋等相關(guān)工程中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了很好經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。.0935/48第四節(jié)本課程特點(diǎn)、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求

本課程包含土力學(xué)(專業(yè)基礎(chǔ))和基礎(chǔ)工程(專業(yè))兩部分，是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)一門主干課程。其包括到工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工等幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容廣泛，綜合性、理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)。從工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)要求出發(fā)，學(xué)習(xí)時(shí)牢靠地掌握土應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和地基計(jì)算等土力學(xué)基本原理，并能應(yīng)用這些基本概念和原理，結(jié)合相關(guān)結(jié)構(gòu)理論和施工知識(shí)，分析和處理地基基礎(chǔ)問題。.0936/48全書共分為三篇十三章。第1章為緒論。上篇包含第2章至第6章，介紹了土力學(xué)基本原理和計(jì)算方法，分別為土物理性質(zhì)及工程分類、土中應(yīng)力分布與計(jì)算、土壓縮性與地基沉降計(jì)算、土滲透性與滲透變形計(jì)算、土抗剪強(qiáng)度；.0937/48中篇包含第7章至第9章，介紹了土力學(xué)基本原理在工程中應(yīng)用，分別為土壓力與擋土墻設(shè)計(jì)、土坡穩(wěn)定分析和地基承載力；.0938/48下篇包含第10章至第13章，介紹了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，分別為淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、樁基礎(chǔ)及其它深基礎(chǔ)、特殊地基、地基處理。.0939/48在本課程學(xué)習(xí)中，必須自始至終抓住土變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題這一主要線索，并尤其注意認(rèn)識(shí)土多樣性和易變性等特點(diǎn)。另外，還必須掌握相關(guān)土工試驗(yàn)技術(shù)及地基勘察知識(shí)，對(duì)建筑場(chǎng)地工程地質(zhì)條件作出正確評(píng)價(jià)，才能利用土力學(xué)基本知識(shí)去正確處理基礎(chǔ)工程中疑難問題。.0940/48本課程與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性理論、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)等有著親密關(guān)系，本書在包括到這些學(xué)科相關(guān)內(nèi)容時(shí)僅引述其結(jié)論，要求了解其意義及應(yīng)用條件，而不把注意力放在公式推導(dǎo)上。另外，基礎(chǔ)工程幾乎找不到完全相同實(shí)例，在處理基礎(chǔ)工程問題時(shí)，必須利用本課程基本原理，深入調(diào)查研究，針對(duì)不一樣情況進(jìn)行詳細(xì)分析。所以，在學(xué)習(xí)時(shí)必須注意理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際，才能提升分析問題和處理問題能力。.0941/48教材.0942/48參考文件[1]王杰，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，[2]楊小平，建筑地基基礎(chǔ)，廣州：華南理工大學(xué)出版社，[3]周景星，基礎(chǔ)工程，北京：清華大學(xué)出版社，[4]席永慧，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，[5]趙明華，基礎(chǔ)工程，北京：高等教育出版社，[6]李相然，土力學(xué)應(yīng)試指導(dǎo)，北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，[7]孔軍，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)，北京：中國(guó)電力出版社，[8]陳書申，陳曉平主編，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，.0943/48[9]陳希哲，土力學(xué)地基基礎(chǔ)，北京：清華大學(xué)出版社，[10]趙明華，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程（第2版），武漢：武漢理工大學(xué)出版社，[11]中華人民共和國(guó)建設(shè)部