01绪论-土力学与地基基础.ppt

1、 土力学土力学Soil Mechanics and Foundation Engineering目 录E1、绪论、绪论E2 2、土的物理性质及工程分类、土的物理性质及工程分类E3 3、土中应力计算、土中应力计算E4 4、土的压缩性和地基沉降计算、土的压缩性和地基沉降计算E5 5、土的抗剪强度、土的抗剪强度E6 6、土压力和土坡稳定、土压力和土坡稳定E7 7、浅基础设计、浅基础设计E8 8、桩基础和深基础、桩基础和深基础1、绪论绪论E1.1 土力学、地基及基础的定义土力学、地基及基础的定义E1.2 本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求E1.3 本学科发展概况本学科发展概况E1.4 与土力

2、学有关的工程问题与土力学有关的工程问题1.1 土力学、地基及基础概念土力学、地基及基础概念土力学土力学工程力学的一个分支，用于工程力学的一个分支，用于研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性的一门学科。稳定性的一门学科。地地 基基 种种 类类天然地基天然地基 未经人工处理就可满足设计要求的地基。未经人工处理就可满足设计要求的地基。人工地基人工地基 地层承载力不能满足设计要求，需进行加固地层承载力不能满足设计要求，需进行加固处理的地基。处理的地基。基基 础础 种种 类类浅基础浅基础 埋深埋深35m,只需挖槽、排水等普通施工程只需挖槽、排水等普通施工程序即

3、可建造的基础。序即可建造的基础。深基础深基础 借助于特殊施工方法建造的基础。如借助于特殊施工方法建造的基础。如桩基、桩基、墩基、沉井和地下连续墙墩基、沉井和地下连续墙。地基与基础设计的基本条件地基与基础设计的基本条件 作用于地基上的荷载效应不得超过地基容作用于地基上的荷载效应不得超过地基容 许许承载力承载力值。值。基础沉降不得超过地基基础沉降不得超过地基变形变形容许值。容许值。具有足够具有足够防止失稳破坏防止失稳破坏的安全储备。的安全储备。1.2 本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求 本课程是土木工程专业的一门本课程是土木工程专业的一门主干专业课程主干专业课程，涉及，涉及地质学、结构设

4、计和施工等几个学科领域。地质学、结构设计和施工等几个学科领域。1.相关知识：相关知识：材料力学、结构力学、弹性力学、建筑材料力学、结构力学、弹性力学、建筑材料、建筑结构、材料、建筑结构、工程地质工程地质2.研究对象：各向异性土体研究对象：各向异性土体3.研究重点：土的研究重点：土的变形、强度、稳定性变形、强度、稳定性1.3 本学科发展概况本学科发展概况1.3 本学科发展概况本学科发展概况 本学科研究领域本学科研究领域20世纪世纪60年代年代70年代年代区域性土分布和特性地基处理技术水利、铁道和矿井等工程建设70年代年代80年代年代基础工程、围护体系的稳定和变形复合地基新技术的开发和应用地基基础

5、施工质量检测及岩土工程测试技术建筑工程、市政工程和交通工程建设90年代后年代后岩土工程计算机分析岩土工程可靠度分析环境岩土工程城市地铁、越江越海地下隧道、超高层建筑超深基础及特大桥超深基坑工程建设等特殊岩土工程问题随着工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺、新测试技术等研究和应用进展以及有关基础工程各种设计与施工、质量检测的规范规程日臻完善，为我国基础工程设计与施工做到技术先进、经济合理、确保质量提供了理论与实践依据。近年来近年来1 1.4 与土力学有关的工程问题与土力学有关的工程问题1 1、土三个方面的应用、土三个方面的应用 建筑物地基建筑物地基土作为构筑物的环境

6、土作为构筑物的环境土工建筑材料土工建筑材料土土建筑建筑桥梁桥梁地铁隧道地铁隧道边坡边坡道路道路大坝大坝2、与土有关的工程、与土有关的工程迪拜大厦迪拜大厦阿联酋迪拜正兴建一幢全球最高的“迪拜大厦”，楼高至少至少690米，预计于2008年完工。迪拜大厦不仅是全球最高建筑物，也将是最高的人工塔。北引桥主桥航道桥苏通长江公路大桥苏通长江公路大桥南京地铁火车站基坑施工现场南京地铁火车站基坑施工现场原基础原基础Old foundation基础托换基础托换UNDERPINING新基础新基础New foundation盾构隧道盾构隧道Shieldtunnel楼房楼房building地基基础的重要性地基基础的重

7、要性 地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危!绪论加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，

8、厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。1911 1911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。加拿大特朗斯康谷仓 处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50T50T千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其位置比原来降低了米。位置比原来降低了米。原因：原因：地基土事先未进行调查，地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承土试验结果，计算地基承载力

9、应用到此谷仓。载力应用到此谷仓。19521952年经勘察试验与计算，地年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动破坏而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5 试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3试验孔香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅巨大滑动体正好冲过一

10、幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署1972 Po Shan 滑坡滑坡(20,000 m3)(67 死、死、20 伤伤)Po Shan RoadPo Shan

11、 RoadConduit RoadConduit RoadNotewellNotewell Road RoadEarly 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后基坑崩塌阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积砂土地震引起大面积砂土地基液化后产生很大地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤遭到严重损伤 液化：松砂地基在振动荷载作液化：松砂地基在振动荷载作用下用下丧失强度变成流动状态丧失强度变成流动状态的的一种现象一种现象阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液沉箱式岸墙因砂土地基液化

12、失稳滑入海中化失稳滑入海中与土有关的工程问题与土有关的工程问题-b-b、变形问题变形问题比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m，塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.513601360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工动工原因：原因：地

13、基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，层，模量较低，变形较大变形较大。1590:1590:伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固19901990年年1 1月月:封闭封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理目目 前前:已向游人开放。已向游人开放。处理措施虎丘塔问题：问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔塔身向东北

14、方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达顶离中心线已达2.31m2.31m，底层，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。建筑物而封闭。概况：概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7层，高层，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，坐落于不均匀粉质粘土层上，产生产生不均匀沉降不均匀沉降。处理：处理：在塔四周建造一圈桩排式地下在塔四周建造一圈桩排式地下 连续墙并对塔周围与塔基进行连续墙并对塔周围与塔基进行 钻

15、孔注浆和打设树根桩加固塔钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，效果良好。身，效果良好。关西国际机场世界最大人工岛19861986年：年：开工开工19901990年：年：人工岛完成人工岛完成19941994年：年：机场运营机场运营面积：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m设计时预测沉降：设计时预测沉降：5.7-7.5 m5.7-7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月 (1990 (1990年年)预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超

16、填：3m3m问题：沉降大且有不均匀沉降Teton坝坝概况：概况：土坝，高土坝，高90m90m，长，长1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事损失：损失：直接直接80008000万美元，起诉万美元，起诉55005500起，起，2.52.5亿美元，亿美元，死死1414人，受灾人，受灾2.52.5万人，万人，6060万亩土地，万亩土地，3232公里铁公里铁路路原因：原因：渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂与土有关的工程问题与土有关的工程问题-c-c、渗透问题Teton坝坝1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。

17、Teton坝坝1111：0000左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加Teton坝坝11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝坝11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝坝12：00过后坍塌口加宽Teton坝坝洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝坝失事现场目前的状况Teton坝坝九江大堤决口溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个

18、洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂砂环环管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土渗水渗水杂填土杂填土管涌：管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。堤基管涌管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，当管涌发生时，渗流将导致向源渗流将导致向源侵蚀，使堤防基侵蚀，使堤防基础下部出现渗流础下部出现渗流通道通道当水头差足够大时，当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通堤防基础。形成通道后极易引起溃决道后极易引起溃决