基础工程教学绪论与基础知识.ppt

1 地基与基础 2 一 土力学 地基与基础的基本概念二 地基基础的重要性三 本课程的特点和学习要求四 本学科的发展概况五 本课程主要内容 绪论 3 一 土力学 地基与基础的基本概念 1 土的组成固体颗粒 水 空气三相组成2 土的分类黏性土 无黏性土3 土力学是运用力学基本原理和土工测试技术 研究土的生成 组成 密度或软硬状态等物理性质以及土的应力 变形 强度和稳定性等静力 动力性状及其规律的一门学科 4 建筑物的组成 5 基础 上部结构 地基 建筑物三部分示意图 6 下卧层 持力层 受力层 地基与基础的概念 7 地基 subgrade foundationsoils 建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担 即土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层就称为地基 按地基性质分 土基 岩基按处置方式分 天然地基 未经处理 人工地基 经过处理 根据地基与基础的接触关系 地基中的地层分为覆盖层 持力层和下卧层 1 地基持力层是直接承托基础底面的地层 地基基础设计时 通常应选择强度较高 变形较小 稳定性较强的地层作为地基的持力层 2 覆盖层是位于持力层以上的所有地层 3 下卧层是位于持力层以下的地层 可分为软弱下卧层和刚性下卧层 8 基础 foundation 将建筑物的各种作用传递到地基的那部分结构 浅基础 埋深 5m 桩 沉井 9 地基的类型 10 基础的类型 11 地基与基础的组合形式 天然地基上的浅基础 天然地基上的深基础 人工地基上的浅基础 人工地基上的深基础 12 建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生改变 这就必须运用数学力学的方法来研究在荷载作用下地基的强度和变形问题 为保证建筑物的功能需要和安全使用的目的 地基 基础在设计计算中必须满足以下条件 1 地基应具有足够的强度 满足变形与稳定性要求地基在建筑物荷载作用下有足够的承载力 并在防止整体破坏方面有足够的安全储备 保证地基的变形值不超过建筑物正常使用要求的范围 保证地基的稳定性 2 基础应具有足够的强度 刚度和耐久性基础结构本身应满足强度 变形和耐久性的要求 地基与基础设计的基本条件 13 1 地基基础是建筑物的重要组成部分 它的质量好坏直接关系到建筑物的安全 经济和正常使用 是建筑物的根本 又属于地下隐蔽工程 只有深入了解地基情况 掌握勘察资料 经过精心设计与施工 才能使基础工程做到既经济合理又能保证质量 2 大量事实证明 在建筑物失败事故中 地基基础问题占很大的比例 而且地基基础事故一旦发生 补救相当困难 3 地基基础工程处理是否适当 影响建筑物的造价也是惊人的 一般约占总投资的10 30 甚至更多 地基基础的重要性 14 以下为一些典型工程实例 15 基础成功例子 赵州桥距今有1400多年的历史 自重为2800吨的赵州桥 而它的根基只是有五层石条砌成高1 55米的桥台 直接建在自然砂石上 经历了10次水灾 8次战乱和多次地震 特别是1966年邢台发生的7 6级地震 邢台距这里有40多公里1991年9月 赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十二个 国际土木工程里碑 并在桥北端东侧建造了 国际土木工程历史古迹 铜牌纪念碑 16 101大厦被称为 台北新地标 1998年1月动工 主体工程于2003年10月完工 有世界最大且最重的 风阻尼器 还有两台世界最高速的电梯 工程条件必须同时考虑基础土壤的软弱工程特性 强烈的台风与地震作用等不利因素 地层调查 略基础方案 桩筏基础 基础板为3 0 4 7m厚的钢筋混凝土实心板 板下配置380根 1500mm 平均入岩深度23 3m的基桩 主楼部分 上部结构主要由巨柱 核心系统与外伸桁架等成 从地基处理和构造设计上确保了超高层大楼的安全可靠度 17 加拿大transcona谷仓 建于1913年 18 加拿大特朗斯康谷仓 事故 1913年9月装谷物 10月17日装了31822 谷物时 1小时竖向沉降达30 5cm24小时倾斜26 53 西端下沉7 32m东端上抬1 52m上部钢混筒仓完好无损 概况 长59 4m 宽23 5m 高31 0m 共65个圆筒仓 钢混筏板基础 厚61cm 埋深3 66m 1911年动工 1913年完工 自重20000t 19 加拿大特朗斯康谷仓 原因 地基土事先未进行调查 据邻近结构物基槽开挖取土试验结果 计算地基承载力应用到此谷仓 1952年经勘察试验与计算 地基实际承载力 193 8 276 6 kpa远小于谷仓破坏时发生的基底压力329 4kpa 因此 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动 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388个50t千斤顶以及支撑系统 才把仓体逐渐纠正过来 但其位置比原来降低了 米 20 意大利比萨斜塔 21 比萨斜塔 目前 塔向南倾斜 南北两端沉降差1 80m 塔顶离中心线已达5 27m 倾斜5 5 1360 再复工 至1370年竣工 全塔共8层 高度为55m1272 复工 经6年 至7层 高48m 再停工1178 至4层中 高约29m 因倾斜停工1173 动工 原因 地基持力层为粉砂 下面为粉土和粘土层 强度较低 变形较大 1590 伽利略在此塔做落体实验 22 比萨斜塔 1838 1839 挖环形基坑卸载1933 1935 基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月 封闭1992年7月 加固塔身 用压重法和取土法进行地基处理目前 已向游人开放 处理措施 23 上海展览中心馆 1954 开工 沉降60cm1957 沉降最大146 55cm 最小122 8cm1979 沉降160cm 淤泥质粘土 箱形基础 24 虎丘塔 苏州虎丘塔 建于公元959 961年期间 7级8角形砖塔 塔底直径13 66m 高47 5m 塔顶1957年位移1 7m 1978年2 3m 重心偏离基础轴线0 924m 虎丘塔 25 地基土为世界罕见的软弱土 层厚达25m 因此 墨西哥城艺术宫严重下沉 沉降量竟高达4m 临近的公路下沉2m 公路路面至艺术宫门前高差达2m 参观者需步下9级台阶 才能从公路进入艺术宫 这是地基沉降最严重的典型实例 26 墨西哥博物馆不均匀沉降 27 重庆武隆滑坡 28 poshanroad conduitroad notewellroad 香港1972poshan滑坡 20 000m3 67死 20伤 1972年7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 巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅 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宅 死亡 7人 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 29 early1972滑坡前 30 美国 california laconchita 1995 31 1 2本课程的特点和学习要求 1 先修课程 本课程应在学完建筑力学 建筑材料 土力学 混凝土结构设计原理等课程的基础上进行学习 2 特点 本课程涉及水文地质学 工程地质学 土力学等几个学科领域 内容广泛 综合性很强 综合性 理论性和实践性3 学习要求 牢固掌握土力学中的基本概念和基本原理 做到能够应用这些基本概念和基本原理 结合有关建筑结构理论和施工知识 理论联系实际 根据相关规范进行地基基础工程的设计与计算 分析和解决地基基础问题 32 1 3本学科发展概况作为工程技术 基础工程是一项古老的工艺 如前所述 只要建造建筑物 注定离不开地基和基础 因此 作为一项工程技术 基础工程的历史源远流长 但过去人们只能依赖于实践经验的不断积累和能工巧匠的技艺更新来发展这项技术 囿于当时生产力发展水平 基础工程还未能提炼成为系统的科学理论 作为应用科学 基础工程又是一门年轻的学科 33 1773年法国的库仑 coulomb 发表著名的砂土抗剪强度公式 提出土压力计算滑楔理论 1857年英国的朗肯 rankine 提出朗肯土压力理论 1885年法国的布辛奈斯克 boussinesq 得出半无限弹性体在竖向集中力作用下的应力与变形的理论解答 1922年瑞典的费兰纽斯 fellenius 提出土坡稳定分析方法 1925年美国太沙基 terzaghi 的 土力学 专著问世 土力学成为一门系统的学科 1936年成立了国际土力学基础工程学会 并举行第一次国际学术会议 近年来 土力学与基础工程学科将随着工程建设的规模和复杂程度日益增加及技术要求日益提高而走向更高的发展阶段 terzaghi是土力学的奠基人 34 1 4本课程主要内容 本课程的目的和任务 根据土力学的基本概念和基本原理 结合有关结构设计和施工技术知识 分析和解决工业与民用建筑中一般地基基础设计问题 土力学的基本概念和基本原理 本课程的主要内容 地基基础设计问题 35 经典土力学的三大定律 达