土力学与地基基础绪论1

1、土力学与地基基础土力学与地基基础2015年4月一、课程学习的目的一、课程学习的目的 土广泛覆盖于地球表面，在水利水电、道路交土广泛覆盖于地球表面，在水利水电、道路交通、港口、建筑、地下结构等工程中有着非常通、港口、建筑、地下结构等工程中有着非常广泛的应用。广泛的应用。1.建设者的建设者的骄傲骄傲作为建筑材料修建作为建筑材料修建构筑物构筑物作为建筑物地基支撑建筑物作为建筑物地基支撑建筑物作为建（构）筑物的场地环境作为建（构）筑物的场地环境概况：概况：长长59.4m，宽，宽23.5m，高，高31.0m，共，共65个圆个圆筒仓。钢混筏板基础，厚筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深，埋深3.66m。1

2、913年完工，自重年完工，自重2万万T。n事故：事故：n1913年年9月开始装谷物，月开始装谷物，至至10月月17日共装入日共装入3万多万多t谷物，谷物，但此时发生破坏：但此时发生破坏：n 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cmn 24小时倾斜小时倾斜2653n 西端下沉西端下沉7.32mn 东端上抬东端上抬1.52mn 上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓2. 技术人员的技术人员的遗憾遗憾加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用使用388388个

3、个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，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。但其位置比原来降低了米。 原因：原因：谷仓的地基承载力谷仓的地基承载力按邻近结构物基槽开挖取按邻近结构物基槽开挖取土试验结果计算。土试验结果计算。19521952年年经勘察试验与计算，地基经勘察试验与计算，地基实际承载力实际承载力250KPa250KPa远小于远小于谷仓破坏时发生的基底压谷仓破坏时发生的基底压力力300300多多KPaKPa。因此谷仓。因此谷仓地地基因超载发生强度破坏而基因超载发生强度破坏而滑动滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5 试验

4、孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔香港宝城滑坡香港宝城滑坡19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米月某日清晨，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残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅层住宅- -宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸宝城大厦，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。死亡毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗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

5、，使得使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土土体滑动力超过土的强度的强度，于是山坡土体发生滑动。，于是山坡土体发生滑动。香港宝城滑坡现场香港宝城滑坡现场Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后n神户码头：神户码头：n地震引起大面地震引起大面积砂土地基液积砂土地基液化后产生很大化后产生很大的侧向变形和的侧向变形和沉降，大量的沉降，大量的建筑物倒塌或建筑物倒塌或遭到严重损伤遭到严重损伤阪神大地震中的地基液化阪神大地震中的地基液化液化：液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变 成流动状态的一种现象成流动状态的一种现象阪神大地震中地基液

6、化地基液化造成的路面塌陷地基液化造成的路面塌陷n 加拿大特朗斯康谷仓地基失稳加拿大特朗斯康谷仓地基失稳n 香港宝城滑坡香港宝城滑坡n 阪神等大地震中地基液化阪神等大地震中地基液化可归结为与土有关的可归结为与土有关的强度问题强度问题比比 萨萨 斜斜 塔塔11731173年：动工年：动工13601360年：再复工，至年：再复工，至13701370年竣工，年竣工， 全塔共全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272年：复工，经年：复工，经6 6年，至年，至7 7层，层， 高高48m48m，再停工，再停工11781178年：至年：至4 4层中，高约层中，高约29m29m， 因倾斜停工因

7、倾斜停工比比 萨萨 斜斜 塔塔目前：塔向南倾斜，南北两端沉目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差降差1.80m1.80m，塔顶离中心线已达，塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.5原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度低，变形大。和粘土层，强度低，变形大。15901590年年: : 伽利略在此塔做伽利略在此塔做 自由落体实验自由落体实验处理措施处理措施1838-1839：挖环形基坑卸载：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理：基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固1990年年1月月: 封闭封闭1992年年7月：加固塔身，用压

8、重法和取土法进行地基处理月：加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理2000年初委员会年初委员会13名专家反复讨论采用了力学工作名专家反复讨论采用了力学工作者提出的抽土方案，即在北侧塔基地下者提出的抽土方案，即在北侧塔基地下20m深处用深处用抽土管抽土释放应力。抽土管抽土释放应力。 目目 前前 : 已向游人开放。已向游人开放。 苏州虎丘塔苏州虎丘塔F概况：概况：位于虎丘公园山顶，建于位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年宋太祖建隆二年( (公元公元961961年年) )。塔高塔高47.5m47.5m，平面呈八角形。，平面呈八角形。F问题：问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离

9、中心线达塔顶离中心线达2.31m2.31m，底层塔，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑身发生不少裂缝，成为危险建筑物。物。F原因：原因：坐落于不均匀粉质粘土层，坐落于不均匀粉质粘土层， 产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。F处理：处理：在四周建造圈桩排式地下在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。孔注浆和打设树根桩加固塔身。n 意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔n 苏州虎丘塔苏州虎丘塔n上海展览中心地基下沉上海展览中心地基下沉可归结为与土有关的可归结为与土有关的变形问题变形问题n上海展览中心中央为框架结构，箱型上海展览中心中央为框架结构，

10、箱型基础，两翼采用条形基础。箱型基础基础，两翼采用条形基础。箱型基础为两层，埋深为两层，埋深7.27m。箱基顶面至中。箱基顶面至中央大厅顶部塔尖，总高央大厅顶部塔尖，总高96.63m，地基，地基为高压缩性淤泥质软土。为高压缩性淤泥质软土。n展览馆于展览馆于1954年年5月开工，当年底实月开工，当年底实测地基平均沉降量为测地基平均沉降量为60cm。n1957年年6月，中央大厅四周的沉降量月，中央大厅四周的沉降量最大达最大达146.55cm，最小为，最小为122.8cm。n1979年，累计平均沉降量年，累计平均沉降量160cm。n由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，

11、而且建筑物内外连接的水、暖、电管而且建筑物内外连接的水、暖、电管道断裂，付出了相当的代价。道断裂，付出了相当的代价。Teton坝坝19761976年年6 6月月5 5日上午日上午10:3010:30左右，下游坝左右，下游坝面有水渗出并面有水渗出并带出泥土。带出泥土。Teton坝坝1111：0000左右左右洞口不断扩洞口不断扩大并向坝顶大并向坝顶靠近，靠近，泥水泥水流量增加流量增加Teton坝坝11:3011:30洞口继续向上扩大，洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现主洞的上方又出现一渗水洞。流出的一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾泥水开始冲击坝趾处的设施。处的设施。

12、Teton坝坝失事现场目失事现场目前的状况前的状况19981998年长江大堤年长江大堤九江大堤决口九江大堤决口19981998年年8 8月月7 7日日13:1013:10发生管涌发生管涌险情，险情，2020分钟后，在堤外迎分钟后，在堤外迎水面找到水面找到2 2处进水口。处进水口。又过又过2020分钟，防水墙后的土分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出堤突然塌陷出1 1个洞，个洞，5 m5 m宽宽的堤顶随即全部塌陷，并很的堤顶随即全部塌陷，并很快形成宽约快形成宽约62m62m的溃口。的溃口。溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌沟后面板砂砾石坝沟后面板砂砾石坝位于青海省，高位于青海省，高7171米，长米，

13、长265265米，建米，建于于19891989年。年。19931993年年8 8月月7 7日突然日突然发生溃坝，瞬间冲发生溃坝，瞬间冲毁毁10001000多户房舍，多户房舍，288288人丧生，上千人丧生，上千人受伤。人受伤。溃坝原因：溃坝原因：面板止水失效，下游坝体排水不畅，面板止水失效，下游坝体排水不畅，造成坝坡失稳造成坝坡失稳n美国美国Teton坝失事坝失事n 98洪水长江堤防险情洪水长江堤防险情n 沟后面板砂砾石坝溃坝沟后面板砂砾石坝溃坝可归结为与土有关的可归结为与土有关的渗透问题渗透问题F 与土有关的工程问题：与土有关的工程问题：变形问题变形问题渗透问题渗透问题强度问题强度问题三大工

14、程问题三大工程问题3.我们的我们的责任责任预防岩土灾害的发生预防岩土灾害的发生保证建筑物的安全使用和正常运行保证建筑物的安全使用和正常运行解决与土有关的三大工程问题解决与土有关的三大工程问题4.本课程的研究内容本课程的研究内容教学目标：教学目标：为工程建设服务为工程建设服务本课程研究内容来源于实际工程本课程研究内容来源于实际工程研究目的是解决工程建设中遇到的问题研究目的是解决工程建设中遇到的问题基础知识基础知识物理性质物理性质先导理先导理论论土中应土中应力力核心内容核心内容渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性具体应用具体应用土压力土压力土坡稳定分析土坡稳定分析地基设计地基设计基础设

15、计基础设计二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点 土：土：岩石在长期地质营力作用下形成的岩石在长期地质营力作用下形成的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散松散集合体。集合体。 土粒：土粒：岩石碎块或矿物颗粒。岩石碎块或矿物颗粒。 土：土：是一个整体。是一个整体。二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点 土具有成层性。物质组成、物理化学状土具有成层性。物质组成、物理化学状态基本一致，工程性质大体相仿的同一层土态基本一致，工程性质大体相仿的同一层土称为称为土层。土层。 由若干厚度不等、性质各异、以一定层由若干厚度不等、性质各异、以一定层序组合在

16、一起的土层集合体称为序组合在一起的土层集合体称为土体。土体。二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点土体积包括土体积包括土粒体积和土粒体积和孔隙体积孔隙体积多孔性多孔性特性二特性二土体积变化土体积变化主要是孔隙主要是孔隙体积变化体积变化二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点多相性多相性固相固相土粒土粒液相液相水水气相气相空气空气特性三特性三外力由土骨架、孔外力由土骨架、孔隙介质共同承担；隙介质共同承担；孔隙流体流动。孔隙流体流动。多相多相介质介质二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点土土自然条件下的产物自然条件下的产物易变性易变性特点一特点一性质易随环性质易随环境条件而变境条件

17、而变化化二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点多样性多样性特点二特点二不同地点不同不同地点不同深度土的性质深度土的性质不同不同二、土的基本特性和特点二、土的基本特性和特点基本特性基本特性土土岩石风化的产物岩石风化的产物基本特点基本特点多孔性多孔性多相性多相性松散性松散性多样性多样性易变性易变性三、土力学、地基、基础的概念三、土力学、地基、基础的概念地基地基天然地基：天然地基：未加处理就可满足设计未加处理就可满足设计 要求的地基；要求的地基；人工地基：人工地基：经过加固处理而达到设经过加固处理而达到设 计要的地基；计要的地基；三、土力学、地基、基础的概念三、土力学、地基、基础的概念 基础的

18、作用是将建筑物的各种荷载基础的作用是将建筑物的各种荷载扩散后传递给地基。扩散后传递给地基。建筑物向地基传递建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。荷载的下部结构称为基础。 基础应埋入地下一定深度。基础应埋入地下一定深度。基础底基础底面到室外设计地面的垂直距离，称为基面到室外设计地面的垂直距离，称为基础的埋置深度。础的埋置深度。四、本学科发展概况四、本学科发展概况n直到直到18世纪中叶，人们对土在工程建设方面的世纪中叶，人们对土在工程建设方面的特性，尚特性，尚停留在感性认识阶段停留在感性认识阶段。秦直道遗址秦直道遗址水利工程水利工程都江堰都江堰建筑工建筑工程程大雁大雁塔塔防御工程防御工程万里长城

19、万里长城四、本学科发展概况四、本学科发展概况n18世纪工业革命以后，大规模的城市建设和水利、铁路的世纪工业革命以后，大规模的城市建设和水利、铁路的兴建面临着许多与土有关的问题，从而促进了土力学理论兴建面临着许多与土有关的问题，从而促进了土力学理论的产生和发展。的产生和发展。1773年，法国的库仑根据试验创立了著年，法国的库仑根据试验创立了著名的名的砂土抗剪强度公式砂土抗剪强度公式，提出了计算，提出了计算挡土墙土压力的滑楔挡土墙土压力的滑楔理论理论。1857年，英国的朗肯又从另一途径提出了年，英国的朗肯又从另一途径提出了挡土墙挡土墙土压力理论土压力理论，这对后来土体强度理论的发展起了很大的促，这对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用。此外，法国布辛奈斯克进作用。此外，法国布辛奈斯克1885年求得了在年求得了在弹性半弹性半空间表面作用竖向集中力的应力和变形的理论解答空间表面作用竖向集中力的应力和变形的理论解答；瑞典；瑞典费兰纽斯费兰纽斯1922年为解决铁路坍方提出了年为解决铁路坍方提出了土坡稳定分析法土坡稳定分析法。这些古典的理论和方法，至今仍不失其理论和实用价值。这些古典的理论和方法，至今仍不失其理论和实用价值。四、