土力学绪论PPT课件

1 本课程教材 土力学地基基础 第4版 陈希哲编著清华大学出版社 2 0绪论1工程地质2土的物理性质及工程分类3土的压缩性与地基沉降计算4土的抗剪强度与地基承载力5土压力与土坡稳定性 内容 土力学 3 6工程建设的岩土工程勘察7天然地基上浅基础的设计8桩基础和深基础9软弱地基处理10特殊地基处理 地基基础 内容 4 1密度 比重 含水率测定2液限测定3土的固结实验4直剪实验 实验内容 5 第0章绪论 一 本门课程的知识构架二 本学科的发展概况三 本课程的特点和学习要求四 实例 6 建筑物三部分示意图 一 本门课程的知识构架 7 地基 建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担 受建筑物影响的那一部分地层 土层中附加应力与变形不能忽略基础 将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构 建筑物向地基传递荷载的下部结构 建筑物 上部结构 基础 地基 a 定义 1 地基基础 8 b 地基的分类 按地质情况分 土基 岩基 按设计施工情况分 天然地基 不需处理而直接利用的地基 人工地基 经过人工处理而达到设计要求的地基 换土垫层 深层密实 化学加固 排水固结 9 2 土力学土的定义土是连续 坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒 经过不同的搬运方式 在各种自然环境中生成的沉积物 b 土的特点 碎散性 压缩性 固体颗粒间的相对移动性及透水性 连续介质的固体材料 c 土的用途 作为地基 作为建筑材料 e g 路基 堤坎 10 d 土力学的研究对象 研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律 土的本构关系 即土的应力 应变 强度 时间四变量之间的内在联系 是本课程的理论基础 土力学所要研究的两大基本问题是土体的变形和强度 3 地基设计中 必须满足的两个技术条件 1 地基的变形条件 沉降量 沉降差 倾斜 局部倾斜 保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用 s s 2 地基的强度条件 要求作用于地基的荷载不超过地基的承载力 保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备 p f 4 基础设计中 必须满足的两个技术条件 基础应当具有足够的强度和耐久性 11 建筑物的上部结构 基础和地基三部分 功能不同 研究方法各异 但它们又是建筑物的有机组成部分 缺一不可 彼此联系 相互制约 所以 科学的 理想的方法是将三部分统一起来进行设计计算 依目前的理论水平 还很难做到这一点 尽管如此 我们在处理地基基础问题时 头脑里一定要有地基 基础 上部结构相互作用的整体概念 尽可能全面地加以考虑 12 二 本学科发展概况 地基及基础既是一项古老的工程技术 又是一门年轻的应用科学 穷本溯源 世界文化古国的远古先民 在史前的建筑活动中 就已创造了自己的地基基础工艺 我国西安半坡新村新石器时代遗址的考古发掘 都发现有土台和石础 举世文明的长城 大运河 蜿蜒万里 如不处理好有关岩土问题 哪能穿越各种地质条件的广阔地区 而被誉为亘古奇观 13 作为本学科理论基础的土力学的发端 始于18世纪兴起了工业革命的欧洲 1773年 法国的库伦 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理论 90余年后 英国的朗肯 Rankine 1869 又从另一途径提出了挡土墙土压力理论 法国的布辛奈斯克 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 1922年 瑞典人费伦纽斯 Fellenius 土坡稳定分析法 这些古老的理论和方法 直到今天 仍不失其理论和实用的价值 14 1925年 美国的太沙基 Terzaghi 发表了 土力学 专著 接着 于1929年又发表了 工程地质学 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方面的探索 时至今日 土建 水利 桥隧 道路 港口 海洋等有关工程中 以岩土体的利用 改造与整治问题为研究对象的科技领域 因其区别于结构工程的特殊性和各专业岩土问题的共同性 已融为一个自成体系的新专业 岩土工程 GeotechnicalEngineering 15 1课程的特点 1 土力学属于专业基础课 它在一般基础课和专业课之间起到承上启下的作用 也是一门边缘学科 它所设计的自然科学范围很广 除了和力学领域内各邻近学科有密切关系外 它还涉及到普通地质学 土质学 物理 化学等方面的知识领域 2 课程理论性和实践性均较强 3 地基及基础课程涉及工程地质学 土力学 结构设计和施工几个学科领域 内容广泛 综合性强 三 本课程的特点和学习要求 16 2学习要求 1 学习和掌握土的应力 变形 强度和地基计算等土力学基本原理 2 熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法 3 学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法 4 重视工程地质基本知识的学习 了解工程地质勘察的程序和方法 注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养 5 熟悉常见基础设计方法及构造要求 6 熟悉常见地基问题的处理方法 17 建筑物倾斜 1 意大利比萨斜塔 1173年9月动工 至1178年建至第四层中部 高度约29米时 因塔身明显倾斜而停工 94年后 于1272年复工 经6年时间 建完第7层 高48米 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55米 四 实例 18 塔身为圆筒形 1 6层为优质大理石砌成 顶部7 8层采用砖和轻石料 1590年伽利略做落体实验 创建了物理学上著名的落体定律 地基持力层为粉砂 下面为粉土和粘土层 目前塔向南倾斜 南北两端沉降差1 80米 塔顶偏离中心线已达5 27米 倾斜5 50 1990年1月14日被封闭 19 比萨斜塔治理措施及结果在斜塔北侧的塔基下码放了数百吨重的铅块 并使用钢丝绳从斜塔的腰部向北侧拽住 还抽走了斜塔北侧的许多淤泥 并在塔基地下打入10根50米长的钢柱 历时10年半的比萨斜塔拯救工作已全部结束 纠偏校斜43 8厘米 除自然因素外 可确保3个世纪内不发生倒塌危险 20 2 苏州虎丘塔此塔位于苏州市虎丘公园山顶 落成于宋太祖建隆二年 公元961年 距今已有1000多年 全塔7层 高47 5米 平面呈八角形 青砖砌筑 1980年时 塔身已向东北方向严重倾斜 塔顶离中心线已达2 31米 底层塔身出现不少裂缝 宝塔倾斜为地基覆盖层相差悬殊等原因造成 21 2 建筑地基严重下沉 造成建筑地基严重下沉的因素很多 就地基而言 多为高压缩性软弱土 会造成室内外连接困难及交通不便 内外网管道也会造成破坏 22 图示为墨西哥城的一幢建筑 可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降 23 第1章绪论 24 3 建筑物墙体开裂 持力层土质压缩性相差悬殊或不同类型基础基底压力相差较大 引起不均匀沉降 导致墙体开裂 相邻荷载影响亦可引起附加应力增加 导致地基下沉 墙体开裂 第1章绪论 25 4 建筑物基础开裂 地基压缩性相差悬殊 导致基础底板断裂 第1章绪论 26 当地基岩是石灰岩 在地下水长期作用下 可能产生岩溶 喀斯特 并伴生土洞 则影响建筑场地的稳定性 在山区残积土或坡积土 因土的粒径大小相差悬殊 在地下水作用下 可能产生溶蚀 27 6 建筑物地基滑动 右图是加拿大特朗斯康谷仓地基破坏情况 该谷仓建于1911年 1913年秋完工 9月装谷 10月17日发现1小时内竖向沉降达30 5cm 结构物向西倾斜并在24小时内倾倒 谷仓西端下沉7 32m 东端上抬1 52m 仓身倾斜27度 事故原因为谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动 28 7 建筑物地基液化失效 地震引起砂土地基液化 丧失地基承载力 1 日本新泻 1964年 7 5级地震 29 2 唐山地震 液化 砂火山 口 30 液化喷水冒砂后景象 31 液化造成地基沉陷 房屋严重裂缝 32 液化造成地基沉陷 房屋严重裂缝 33 液化后汽车陷入土中 34 液化地裂 35 8 土坡滑动 断层所造成的边坡滑动使民宅横向移动10m 垂直落差约6m 36 37 二郎山隧道西引道滑坡张裂缝 38 港岛1972PoShan滑坡 方量2万m3 67死 20伤 PoShanRoad ConduitRoad NotewellRoad 香港宝城大厦因滑坡倒塌 39 巴东崖崩造成房屋墙体开裂 40 上述事故实例说明 岩土工程方面的事故具有突发性 灾害性和全局性的特点 不仅使工程全军覆没 而且常殃及四邻 危害环境 为了防止工程事故的产生 在重要工程的各个阶段都应十分重视岩土工程的勘察 设计 施工和检测 41 隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥 造型美观 至今安然无恙 桥台砌置于密实的粗砂层上 一千三百多年来估计沉降量约几厘米 现在验算其基底压