上海交大土力学课件.ppt

本课程与其它课程的关系 理论力学 材料力学 弹性力学 结构力学 土力学与地基基础 高层结构 建筑施工 路基路面 桥梁工程 绪论 土力学研究内容土力学课程内容土力学发展史生活中的土力学古代工程中土力学的运用经典工程案例在上海的工程建设中的应用土力学的学习方法 土力学研究内容 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的与工程建筑有关的土的变形和强度特性的应用科学土力学的具体内容包括土的四要素 粒度 密度 湿度 构度 土的三性质 渗透性 压缩性 抗剪性 和土体的三个稳定性 渗透稳定性 变形稳定性和强度稳定性 土力学 理论力学 学科 研究对象 材料力学 结构力学 连续固体 弹性力学 流体力学 连续流体 质点或刚体 土力学的研究对象 三相堆积物 返回 土力学的两大问题 1 土的变形2 土的强度 土力学课程内容 土的物理性质和工程分类地基的应力和沉降土的压缩性和地基沉降计算土的抗剪强度土压力土坡稳定分析地基承载力浅基础常规设计桩基础 返回 土力学发展史 本学科理论基础的发端 始于18世纪兴起厂工业革命的欧洲 那时 随着资本主义工业化的发展 工场手工业转变为近代大工业 建筑的规模扩大了 为了满足向国内外扩张市场的需要 陆上交通进入了所谓 铁路时代 因此 最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关 土力学发展史 l773年 法国的C A 库伦 Coulomb 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的滑楔理论 90余年后英国的W 朗肯 Rankine 1869 又从另一途径提出了挡土墙土压力理论 这对后来土体强度理论的发展起了很大的作用 法国J 布辛奈斯克 Boussinesq 1885 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 瑞典W费尔纽斯 Fellenius 1922 为解决铁路塌方问题作出了土坡稳定分析法 这些古典的理论和方法 直到今天 仍不失其理论和实用的价值 土力学发展史 在长达一个多世纪的发展过程中 许多研究者承继前人的研究 总结了实践经验 为孕育本学科的雏形而作出贡献 1925年K 太沙基 Terzaghi 归纳发展了以往的成就 发表了土力学 Erdbaumechanik 一书 接着 这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个方面的探索 从此 上力学及地基基础就作为独立的科学而取得个断的进展 返回 TheGrandfatherofSoilMechanic CharlesAugustindeCoulomb 1736 1806 返回 WilliamJohnMaquornRankine 1820 1872 返回 TheFatherofSoilMechanics KarlvonTerzaghi 1923 1963 返回 A W Skempton A W Skemptonwasawell respectedandaccomplishedprofessoratImperialCollegeintheUniversityofLondon HenryPhilibertGaspardDarcy 1803 1858 Darcy sLawisageneralizedrelationshipforflowinrateisafunctionoftheflowarea elevation fluidpressureandaproportionalityconstant ArthurCasagrande 1902 1981 Beingapioneer professorCasagrandeworkedonthefundamentalproblemsofSoilMechanics suchassoilclassification seepagethroughearth andshearstrength Itissafetoassumethatthe A Line ontheplasticitychartisafter Arthur DanielBernoulli NilmarJanbu ForhalfacenturyNilmarJanbuhasbeenadrivingforcebehindthedevelopmentofthefieldofGeotechnics bothinNorwayandintheWorld Strongintheory yetwithstronginterestinpracticalapplications hisexcitingguidancehasbeenhispermanentmark Hehascapturedmanywithhissostrong yetfriendlypersonality 返回 行走的土力学原理 沙滩骑车的土力学原理 Didyouevenwonderwhatacitywouldlooklikewithoutsoil DavidMacaulay inhisbookundergroundhasillustratedthefoundationsandpipingfromthebottomupwithoutsoil Allfacilitiesarebuilton inorwithearthmaterials Thus thescienceandengineeringofsoilandrock andofthewaterandotherfluidsthatpermeatethemarecriticalforaddressingnationalissuessuchasinfrastructureconstructionandre construction wastemanagement resourcediscoveryandrecovery mitigationofnaturalhazardsandfrontierexplorationanddevelopment Geotechnicsmajorsfindcareersinthebroadrangeofdisciplinesthatdrawheavilyontheelementsofrockandsoilmechanicsandenvironmentalgeology 返回 古代巨大石碑搬运中土力学原理 赵州石拱桥 隋朝石工李春所修赵州石拱桥 不仅因其建筑和结构设计的成就而著称于世 就论其地基基础的处理也是颇为合理的 他把桥台砌置于密实租砂层上 1300多年来估计沉降约几厘米 现在验算其基底压力约500 600kPa 这与以现代土力学理论方法给出的承教力值很接近 北宋李诚所著 营造法式 记载的古代地基基础的某些具体做法 返回 比萨斜塔 比萨斜塔比萨斜塔自1173年9月8日动工 至1178年建至第4层中部 高度约29m时 因塔明显倾斜而停工 94年后 于1272年复工 经6年时间 建完第7层 高48m 再次停工中断82年 于1360年再复工 至1370年竣工 全塔共8层 高度为55m 塔身呈圆筒形 1 6层由优质大理省砌成 顶部7 8层采用砖和轻石料 塔身每层都有精美的圆柱与花纹图案 是一座宏伟而精致的艺术品 还有实物照片 Crosssectionofthetower 苏州虎丘塔 虎丘塔位于苏州市西北虎丘公园山顶 原名云岩寺塔 落成于宋太祖建隆二年 公元961年 距今已有1000多年悠久历史 全塔七层 高47 5m 塔的平面呈八角形 由外壁 回廊与塔心三部分组成 虎丘塔全部砖砌 外型完全模仿楼阁式木塔 每层都有八个壶门 拐角处的砖特制成圆弧形 十分美观 在建筑艺术上是一个创造 1961年3月4日国务院将此塔列为全国重点文物保护单位 地质剖面图 目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线2 31m 经勘探发现 该塔位于倾斜基岩上 复盖层一边深3 8m 另一边为5 8m 由于在一千余年前建造该塔时 没有采用扩大基础 直接将塔身置于地基上 造成了不均匀沉降 引起塔身倾斜 危及安全 加拿大特朗斯康谷仓 加拿大特郎斯康谷仓由65个圆柱形筒仓组成 高31m 底面长59 4m 其下为钢筋混凝土片筏基础 厚2m 谷仓自重20万kN 当装谷27万kN后 发现谷仓明显失稳 24小时内西端下沉8 8m 东端上抬1 5m 整体倾斜26 53 加拿大谷仓地基滑动而倾倒 返回 加拿大特朗斯康谷仓 地基变形引起的建筑物开裂 返回 土体滑坡 地震引起的房屋倒塌 返回 上海的工程建设 陆家嘴高层建筑群上海南站南广场闵行商贸 陆家嘴的高层建筑群 金茂大厦 环球金融中心 返回 金茂大厦工程概况 位于上海浦东陆家嘴 总建筑面积89500m2 主楼88层高420 5m 裙房6层 层地下室 面积约21000m2 巨型框筒结构 以混凝土为主的钢 混凝土结构 地下连续墙 主楼与裙房桩及桩承台平面图 金茂大厦桩基设计 桩基剖面图 返回 工程概况位于上海浦东新区陆家咀金融贸易中心 是一幢以办公为主的超高层建筑 主楼建筑面积252935m2 总建筑面积380000m2 地上101层 地下3层 建筑总高度492m 结构体系由四个角部的组合巨型柱与核心筒组成 巨型柱之间设竖向巨型斜撑 核心筒与巨型柱之间设3榀伸臂桁架 上海环球金融中心 工程地质概况 持力层与桩型选择 持力层选择 桩型选择钻孔灌注桩在厚砂层中成桩速度慢 且在密实的砂层 2层中侧摩阻力不能充分发挥 实测单桩承载力往往低于规范估算值 PHC管桩施工速度和质量有把握 但进入深砂层的深度有限 单桩承载力受到限制 桩基变形也较难控制 钢管桩桩身强度高 可进入密实的砂层一定深度 3 3承载力预估 桩位平面布置图 桩基设计 桩基剖面图 沉降计算盆形沉降最大沉降80mm 环球金融中心主楼顺作裙楼逆作流程 塔楼基坑开挖施工现场 塔楼基坑开