基础工程——绪论

1、 1.1 概 述 1.2 本课程的特点和学习要求 1.3 本学科的发展概况 1.4 本课程主要内容 1 绪论 一、地基基础的基本概念 1.1 概 述 图1.1 地基基础示意图 一、地基基础的基本概念 1.地基 -直接承担建筑物的全部荷载，并在其影响下产生应力与变形的那一 部分地层称为地基。(subgrade，foundation soils) 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

2、以下的地层。可分为软弱下卧层和刚性下卧层。 地基 天然地基:未经处理，直接支承基础和上部结构的地基。 人工地基:经过人工处理，改善了工程性能的地基。 一、地基基础的基本概念 2.基础 -建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。(foundation) 将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。 基础包括浅基础和深基础。 3.土力学-是研究土体的应力、强度和变形，渗流规律的一门力学分支，它 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。 土力学与基础工程的关系 Geotechnique 4.基础工程研究下部结构结构物与岩土相互作用共同承担上部结构物所产生 的各种变

3、形和稳定性问题。 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三个条件： 1）地基应具有足够的强度 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； 2）地基应满足变形要求 保证地基的变形值不超过建筑物正常使用要求的范围； 3）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。 二、地基与基础设计的基本条件 地基设 计 基础设 计 三、地基基础工程的重要性 1.地基基础是建筑工程的一个重要组成

4、部分，是建筑物的根本，又属于地下隐 蔽工程。因此，它的工程地质勘察、设计计算和施工质量直接关系到建筑物的 安危。 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，进行补救就相当困难。 3.此外，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1030甚至更多。 工 程 实 例 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30.5cm 24小时倾斜2653 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6

5、5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。 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，地基实际承载力远小于谷 仓破坏时发生的基底压力。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。 1995年阪神地震中新干线的倾覆 1964年新泻地震引起大面积液化 地基的剪切破坏 p 滑裂面 意大利比

6、萨斜塔 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55m 1272：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 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

7、施 上海展览中心馆 1954：开工，沉降60cm 1957：沉降最大146.55cm， 最小122.8cm 1979:沉降160cm 淤泥质粘土,箱形基础 建筑地基基础设计规范提出的地基最终沉降量计算公式 (简称规范法) )( 1 1 0 1 i i i i si n i ss zz E p ss s-沉降计算经验系数 各种假定导致 S的误差，如： 取中点下附加应力值，使s偏大； 侧限压缩使计算值偏小； 地基不均匀性导致的误差等。 软粘土（应力集中）S偏小, s1 硬粘土（应力扩散）S偏大, s1 SS s 沉降经验修正系数 基底压力线性分布假设 弹性附加应力计算 单向压缩的假设 原状土现场取

8、样的扰动 参数线性的假设 按中点下附加应力计算 结果修正 沉降计算经验系数s s SS 基底附加应力基底附加应力 2.54.07.015.020.0 p0 fak1.41.31.00.40.2 p0 0.75 fak1.11.00.70.40.2 表4.8 沉降计算经验系数s s E s=1.4-0.2, (1)与土质软硬有关, (2)与基底附加应力p0/fk的大小有关。 fak：地基承载力特征值 n i i i i i si n i i i i i n i si i n i i s zz E p zzp E A A E 1 1 1 0 1 1 10 1 1 )( )( 土力学 理论联系实际。

9、 实践是检验真理的唯一标准 “科学性” 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。 Early 1972 滑坡前 June 1972 滑坡后 重 庆 武 隆 滑 坡 三峡库区某污水处理厂 场地地质剖面图 环境边坡治理方案一 1)高大挡土墙设计 挡土墙后回填土土压力分布 墙身水平位移控制 方案一：高填方地基存在的技术问题 存在的技

10、术问题 挡土墙的稳定性验算 设计：挡土墙的稳定性验算主要受滑动稳定控制 现实：倾覆稳定出现的事故又占有很大的比例 主要原因： 土压力实际上不是线形分布的 计算的倾覆力矩较实际值小 原规范取1.5的安全系数，实际上只有1.2左右 解决方案 方案1：将土压力分布改成上图中虚线的分布图式，即上面高度一半处为三角形分 布，下面为矩形分布；方案2：将安全系数适当提高，由原来的1.5增大成1.6。 （现规范采用方案） 环境边坡治理方案二：架空结构平台 方案二优越性： 1) 避免了高填方，工期短； 2)工程造价低； 3)对长江行洪影响小。 1.2 本课程的特点和学习要求 1.特点：本课程涉及水文地质学、工程

11、地质学、土力学等几个学科领域， 内容广泛，很强。综合性、理论性和实践性 2.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，分 析和解决地基基础问题。 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。 1773年法国的

12、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。 Terzagh

13、i是土力学 的奠基人 桥梁基础的成功代表赵州桥 梁思成先生1933年考察 发现，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。 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 经典土力学的三大定律 达西(Darcys Law)定律渗透 v=k i 太沙基(Terzaghi)渗流固结理论变形 u=u(z,t) 摩尔-库仑(Mohr-Coulomb)强度理论 强度 = f(n ); = c+ tg 土的三类工程问题 强度（稳定）问题； 变形问题； 渗透与渗透破坏问题 浅基础 桩基础 地基处理 挡土墙 基坑工程 特殊土地基（区域性） 本课程的主要内容？ 具体 应用 本课程安排和要求 教学环节 课堂讲授 (15 次 30 学时) 课堂表现及作业 考核及成绩 70 （期末考试） 30 （平时） 要 求 1. 上课：不得无故缺席，不定期点名。 2. 作业：独立完成，每章交一次，在该章讲课结束后1周内按时 交。迟交或不认真完成者在平时成绩中扣分，为鼓励 个人独立完成，作业错误不扣分。 工 程 实 例 上海展览中心馆 1954：开工，沉降60cm 1957：沉降最大