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2009.09,,,2009.09,第一章引言(introduction),本章提要與學(xué)習(xí)目標土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它由兩個重要的部分組成：一是有關(guān)土的物理力學(xué)性質(zhì)以及土的強度理論、滲透理論和變形理論的知識，即解決土力學(xué)各種課題的基本理論和試驗研究方法；二是關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計與施工的知識，即基礎(chǔ)工程學(xué)的內(nèi)容。前者為后者提供解決工程問題的試驗方法和理論基礎(chǔ)；后者具有極強的技術(shù)性和應(yīng)用性。因此，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是一門實踐性和理論性都比較強的技術(shù)基礎(chǔ)課。,2009.09,,本章學(xué)習(xí)土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念，地基工程事故類別及特征，學(xué)科發(fā)展概況，本課程的特點、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求。要求掌握土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念，初步了解地基工程事故類別及特征，了解本課程的特點，熟悉本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求。,2009.09,第一節(jié)土力學(xué)、地基及基礎(chǔ)的概念,土（soil）—礦物或巖石碎屑構(gòu)成的松軟集合體。土力學(xué)（soilmechanics）—利用力學(xué)的一般原理，研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應(yīng)用科學(xué)。地基與基礎(chǔ)（foundation）,2009.09,地基與基礎(chǔ),地基-直接承受建筑物荷載影響的那一部分地層。地基-人工地基、天然地基基礎(chǔ)-將建筑物荷載傳遞給地基的地下結(jié)構(gòu)部分,,2009.09,,地基與基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足兩個基本條件:①要求作用于地基的荷載不超過地基的承載能力，保證地基具有足夠的防止整體破壞的安全儲備；,2009.09,,②控制基礎(chǔ)沉降使之不超過地基的變形容許值;保證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，建筑物的地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)三部分彼此聯(lián)系、相互制約。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料，綜合考慮地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)的相互作用與施工條件，通過經(jīng)濟、技術(shù)此較，選取安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進和施工簡便的地基基礎(chǔ)方案。,2009.09,,地基與基礎(chǔ)統(tǒng)稱為基礎(chǔ)工程，他們是建筑物的根本，其勘察、設(shè)計和施工質(zhì)量的好壞將直接影響到建筑物的安危、經(jīng)濟和正常使用。由于基礎(chǔ)工程是在地下或水下進行，施工難度大，在一般高層建筑中，其造價約占總造價的25%，工期約占總工期的25%~30%，當(dāng)需采用深基礎(chǔ)或人工地基時，其造價和工期所占比例更大。,2009.09,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)，解決和處理在建設(shè)過程中出現(xiàn)的所有與巖土體有關(guān)的工程技術(shù)問題。是一門地質(zhì)與工程緊密結(jié)合的新專業(yè)學(xué)科，屬于土木建筑工程范疇,2009.09,第二節(jié)地基工程事故類別及特征,擬建建筑物場地一旦確定，人們對其地質(zhì)條件便沒有選擇的余地，只能是盡可能的認識它，并合理地利用或處理它。為了保證工程安全，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）不超過建筑物的允許值要求。若不滿足上述要求，就可能發(fā)生嚴重的工程事故。,2009.09,,建筑物事故的發(fā)生，不少與地基問題有關(guān)。地基的過量變形或不均勻變形，使上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、傾斜，削弱和破壞了結(jié)構(gòu)的整體性，并影響到建筑物的正常使用，嚴重者地基失穩(wěn)導(dǎo)致建筑物倒塌。地基事故可分為天然地基事故和人工地基事故兩大類。,2009.09,一、地基失穩(wěn)事故,在建筑工程中，地基失穩(wěn)的后果常很嚴重，有時甚至是災(zāi)難性的，例如，1913年建造的加拿大特朗斯康谷倉(圖1-2)，由65個圓柱形筒倉組成，高31m，寬23.5m，其下為筏板基礎(chǔ)，由于事前不了解基礎(chǔ)下埋藏有厚達16m的軟粘土層，建成后初次貯存谷物時，基底壓力(320kPa)超過了地基極限承載力。致使谷倉西側(cè)突然陷入土中8.8m，東側(cè)則抬高1.5m，倉身整體傾斜26。53’。這是地基發(fā)生整體滑動、建筑物喪失穩(wěn)定性的典型范例。,2009.09,加拿大谷倉,,2009.09,二、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的塔尖，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)年年底實測平均沉降量為600mm。到1979年9月，該館累計平均沉降量為1600mm，逐漸趨向穩(wěn)定。建筑物嚴重下沉使室內(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、動力電纜內(nèi)外連接的管網(wǎng)折斷。,2009.09,意大利比薩斜塔,例如，世界著名的意大利比薩斜塔，1173年動工，高約55m，因地基壓縮層不均、排水緩慢，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。目前正在處理之中。,,2009.09,,（二）不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在如下方面：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)筑物的傾斜。,2009.09,（三）地基濕陷變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,地基濕陷變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在如下方面：1．基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)開裂。黃土地基濕陷性引起房屋下沉量大，墻體裂縫大，并開展迅速。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，從而形成沉降差，因而整體剛度較大的房屋和構(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，基礎(chǔ)往往產(chǎn)生較大彎曲變形，引起房屋基礎(chǔ)和管道折斷，當(dāng)給排水干管折斷對，對周圍建筑物還會構(gòu)成更大的危害。,2009.09,美國紐約水泥倉庫超載傾倒,,2009.09,日本新瀉1964年大地震3號公寓傾斜,,2009.09,（四）地基脹縮變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,地基脹縮變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在如下方面：1．建筑物的開裂破壞一般具有地區(qū)性成群出現(xiàn)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現(xiàn)開裂，也有少部分在施工期就開裂的，主要是受地基含水量、場地的地形、地貌，工程與水文的地質(zhì)條件、氣候、施工等綜合因素的影響。例如，四川成都尤潭區(qū)三級階地上的房屋，大多數(shù)在建成五六年后出現(xiàn)了地基干濕變化，造成建筑物開裂、變形，尤其以平房和三層以下的建筑物最為普遍和嚴重。,2009.09,,2．遇水膨脹、失水收縮引起墻體開裂。墻體裂縫有正、倒八字形，X形，還有水平縫及局部斜裂縫，隨著脹縮反復(fù)交替出現(xiàn)，墻體可能發(fā)生擠碎或錯位。3．在地質(zhì)條件相同情況下的房屋開裂破壞。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的開裂最為普遍，其破壞率占單層建筑物總數(shù)的85%。二層房屋破壞率為２５％～３０％。三層房屋一般略有輕微的變形開裂破壞，其破壞率約為５%～１０%，由于基礎(chǔ)形式的不同，房屋開裂也不同，條形基礎(chǔ)的破壞較單獨基礎(chǔ)破壞更為普遍。,2009.09,,４．外墻與內(nèi)墻交界處的破壞。５．室內(nèi)地坪開裂，特別是空曠的房屋或外廊式房屋的地坪易出現(xiàn)縱向裂縫。,2009.09,（五）地基凍脹、融陷變形對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,當(dāng)基礎(chǔ)埋深淺于凍結(jié)深度對，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。如果基礎(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，凍脹力消失，冰變成水，土的強度降低，基礎(chǔ)產(chǎn)生融陷，不論上抬還是融陷，一般都是不均勻的，其結(jié)果必然造成建筑的開裂破壞，例如，河北省崇禮縣某住宅樓，上凍前地下室施工完畢，只進行了外側(cè)回填，地下室內(nèi)沒有采取任何保溫措施，第二年開春發(fā)現(xiàn)大部分有門洞口的圈梁出現(xiàn)裂縫，最寬達８mm，最后不得不加固補強，建筑物因地基凍融產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象,2009.09,三、斜坡失穩(wěn)引起地基事故,（一）斜坡失穩(wěn)的特征（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，對工程危害極大。（２）滑坡可以緩慢的、長期的，也可以是突然發(fā)生的，以每秒幾米甚至幾十米的速度下滑。古滑坡可以因外界條件變化而激發(fā)新滑坡。例如某工程，擴建于江岸邊轉(zhuǎn)角處的一個古滑坡體上，由于江水沖刷坡腳以及工廠投產(chǎn)后排水和堆放荷載的影響，先后在古滑坡上發(fā)生了十個新滑坡，嚴重影響該廠的正常生產(chǎn)。,2009.09,香港寶成大廈被滑坡沖毀,,2009.09,,（二）斜坡上房屋穩(wěn)定性破壞類型由于房屋位于斜坡上的位置不同，因此斜坡出現(xiàn)滑動，對房屋產(chǎn)生的危害也不同，大致可分為以下三類：（１）房屋位于斜坡頂部時，從頂部形成滑坡，發(fā)生土從房屋下擠出，地基土松動，房屋出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致開烈損壞或傾斜。,2009.09,,（２）房屋位于斜坡上，在滑坡情況下，房屋下的土發(fā)生移動，部分土繞過房屋基礎(chǔ)移動，在這種情況下，無論是作用在基礎(chǔ)上的滑動土的土壓力，還是基礎(chǔ)在平面上的不同位移都可能引起房屋所不允許的變形，導(dǎo)致房屋破壞。,2009.09,,（３）房屋位于斜坡下部，房屋經(jīng)受滑動土體的側(cè)壓力，對房屋造成的危害程度與滑坡規(guī)模，滑動土體有關(guān)，事故常常是災(zāi)難性的，例如，1972年6月，香港下起了特大暴雨，雨量達1658.6mm。7月18日晨7點，山坡發(fā)生大滑坡，幾萬立方米土體下滑的巨大沖擊力通過一座位于山坡上的高層住宅——寶城大廈。頃刻之間，大廈被沖毀，并砸毀鄰近大樓一角。在此居住的銀行界人士120人當(dāng)場死亡，引起西方世界極大震驚。,2009.09,第三節(jié)本學(xué)科發(fā)展概況,土力學(xué)與基礎(chǔ)工程既是一門古老的工程技術(shù)，又是一門新型的應(yīng)用科學(xué)。由于生產(chǎn)的發(fā)展和生活上的需要，人類很早就己創(chuàng)造了自己的地基基礎(chǔ)工藝。,2009.09,,遠如我國都江堰水利工程、舉世聞名的萬里長城、隋朝南北大運河、黃河大堤、趙州石拱橋以及許許多多遍及全國各地的宏偉壯麗的宮殿寺院、巍然挺立的高塔等等，都是由于奠基牢固，即使經(jīng)歷了無數(shù)次強震、強風(fēng)而安然無悉。,2009.09,,我國木樁基礎(chǔ)的使用更是源遠流長。如河姆渡文化遺址中發(fā)現(xiàn)的7000年前錢塘江南岸沼澤地帶木構(gòu)建筑下的木樁為世所罕見，公元前532年在今山西汾水上建成的三十墩柱木柱梁橋(《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的塔基木樁《法苑珠林》)、杭州灣五代大海塘工程木樁等都是我國古代樁基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用的典范，雄辯地證明了我國古代勞動人民在工程實踐中積累了豐富的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的知識。,2009.09,土力學(xué)發(fā)展概況,1773年，法國科學(xué)家C.A.Coulomb創(chuàng)立砂土抗剪強度公式，提出擋土墻土壓力的滑動楔體理論1856年，法國工程師H.Darcy研究砂土的透水性，提出層流運動的darcy定律1857年，W.J.M.Rankine，從另一途徑研究了擋土墻的土壓力理論1867年，捷克E.Winkler提出了鐵軌下任一點的接觸壓力與該點的沉降成正比的假設(shè)1885年，法國Boussinesq求得了半無限彈性體在豎向集中荷載作用下的應(yīng)力與變形的理論解答,2009.09,20世紀20年代后土力學(xué)的大發(fā)展,1915年，瑞典的彼得森（Petterson）首先提出，后由瑞典的費倫紐斯（Fellenius）及美國的泰勒（Taylor）進一步發(fā)展了土坡穩(wěn)定分析的整體圓弧滑動面法。1920年，法國學(xué)者普朗特爾（Prandtl）發(fā)表了地基剪切破壞時的滑動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，中國召開第一屆國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會議,2009.09,,解放后。我國在建筑工程中成功地處理了許多大型和復(fù)雜的基礎(chǔ)工程。例如，利用電化學(xué)加固處理的中國歷史博物館地基，解決了施工期短、質(zhì)量要求高的困難；特別是在萬里長江上建成的十多座長江大橋(武漢、南京長江大橋等)及其它巨大工程中，采用管柱基礎(chǔ)、氣筒浮運沉井基礎(chǔ)等，成功地解決了水深流急、地質(zhì)復(fù)雜的基礎(chǔ)工程問題；,2009.09,,近年來，我國在巖土工程勘察、室內(nèi)及現(xiàn)場土工試驗、地基處理、新設(shè)備、新材料、新工藝的研究和應(yīng)用方面，取得了很大的進展。在地基處理方面，振動碾壓、振動水沖、深層攪拌、高壓旋噴、粉體噴射、真空預(yù)壓、強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、海洋等有關(guān)工程中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)效果。,2009.09,第四節(jié)本課程的特點、內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求,本課程包括土力學(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)的一門主干課程。其涉及到工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工等幾個學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容廣泛，綜合性、理論性和實踐性很強。從工程管理專業(yè)、土木工程專業(yè)的要求出發(fā)，學(xué)習(xí)時牢固地掌握土的應(yīng)力、變形、強度和地基計算等土力學(xué)基本原理，并能應(yīng)用這些基本概念和原理，結(jié)合有關(guān)結(jié)構(gòu)理論和施工知識，分析和解決地基基礎(chǔ)問題。,2009.09,,全書共分為三篇十三章。第1章為緒論。上篇包括第2章至第6章，介紹了土力學(xué)的基本原理和計算方法，分別為土的物理性質(zhì)及工程分類、土中應(yīng)力分布與計算、土的壓縮性與地基沉降計算、土的滲透性與滲透變形計算、土的抗剪強度；,2009.09,,中篇包括第7章至第9章，介紹了土力學(xué)的基本原理在工程中的應(yīng)用，分別為土壓力與擋土墻設(shè)計、土坡穩(wěn)定分析和地基承載力；,2009.09,,下篇包括第10章至第13章，介紹了地基基礎(chǔ)設(shè)計與施工技術(shù)，分別為淺基礎(chǔ)設(shè)計、樁基礎(chǔ)及其他深基礎(chǔ)、特殊地基、地基處理。,2009.09,,在本課程的學(xué)習(xí)中，必須自始至終抓住土的變形、強度和穩(wěn)定性問題這一重要線索，并特別注意認識土的多樣性和易變性等特點。此外，還必須掌握有關(guān)的土工試驗技術(shù)及地基勘察知識，對建筑場地的工程地質(zhì)條件作出正確的評價，才能運用土力學(xué)的基本知識去正確解決基礎(chǔ)工程中的疑難問題。,2009.09,,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)等有著密切的關(guān)系，本書在涉及到這些學(xué)科的有關(guān)內(nèi)容時僅引述其結(jié)論，要求理解其意義及應(yīng)用條件，而不把注意力放在公式的推導(dǎo)上。此外，基礎(chǔ)工程幾乎找不到完全相同的實例，在處理基礎(chǔ)工程問題時，必須運用本課程的基本原理，深入調(diào)查研究，針對不同情況進行具體分析。因此，在學(xué)習(xí)時必須注意理論聯(lián)系實際，才能提高分析問題和解決問題的能力。,2009.09,教材,2009.09,參考文獻,[1]王杰，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003[2]楊小平，建筑地基基礎(chǔ)，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2007[3]周景星，基礎(chǔ)工程，北京：清華大學(xué)出版社，2007[4]席永慧，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，上海：同濟大學(xué)出版社，2005[5]趙明華，基礎(chǔ)工程，北京：高等教育出版社，2003[6]李相然，土力學(xué)應(yīng)試指導(dǎo)，北京：中國建材工業(yè)出版社，2001[7]孔軍，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)，北京：中國電力出版社，2005[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，2006,2009.09,,[9]陳希哲，土力學(xué)地基基礎(chǔ)，北京：清華大學(xué)出版社，2004[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，2003[11]中華人民共和國建設(shè)部，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002[12]華南理工大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)，地基及基礎(chǔ)（第三版），北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998[13]許惠德，馬金榮，姜振泉，土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)，徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1995[14]高大釗，袁聚云，土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)，北京:人民交通出版社,2001,2009.09,,[15]陳國興，樊良本，土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)，北京:中國水利水電出版社,2002[16]陳仲頤，周景星，王洪瑾，土力學(xué)，北京:清華大學(xué)出版社,1997[17]馮國棟，土力學(xué)，北京:水利電力出版社,1995[18]高大釗，.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998[19]胡忠雄，土力學(xué)與環(huán)境土工學(xué)．上海：同濟大學(xué)出版社，1997[20]華東水利學(xué)院土力學(xué)教研室．土工原理與計算，北京：水利電力出版社，1984[21]黃求順，土力學(xué)及基礎(chǔ)工程．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997[22]黃文熙，土的工程性質(zhì)．北京：中國水利水電出版社，1983[23]洪毓康.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué).北京:人民交通出版社,1995[24]李鏡培，趙春風(fēng)．土力學(xué)．北京：高等教育出版社，2004.6[25]陸培毅.土力學(xué).北京:中國建材工業(yè)出版社,2000,2009.09,關(guān)鍵概念,土力學(xué)；地基；基礎(chǔ)；巖土工程,2009.09,思考題,1-1簡述地基工程事故類別及特征1-2簡要分析本學(xué)科發(fā)展概況1-3學(xué)習(xí)本課程應(yīng)注意哪些問題？,2009.09,,,thanks,自甘寂寞、艱苦勞作，方能學(xué)研有成,