《土力学与地基基础》-绪论

绪论

一、土力学、地基与基础的概念意大利比萨斜塔(图０-１)是意大利的著名建筑,因１５９０年著名物理学家伽利略在此塔上做自由落体实验而闻名于世.意大利比萨斜塔于１１７３年动工修建,工程曾间断两次,历经约２００年才完工.目前,塔北侧沉降约１m,塔南侧沉降约３m,塔向南倾斜约５.８°,与垂直线的水平距离达５.２７m.一直以来,关于比萨斜塔倾斜的原因都有争议.进入２０世纪,随着对比萨斜塔的测量越来越精确,人们使用各种先进设备对地基土层进行勘测,并对历史档案进行研究,终于确定了比萨斜塔倾斜的真正原因.比萨斜塔最初的设计是垂直于大地的,但比萨斜塔建设在深厚的高压缩性土之上,地基的不均匀沉降导致塔身的倾斜.下一页返回绪论

由此可见,比萨斜塔整个建筑在设计上是不存在问题的,它之所以倾斜而成为危险的建筑是地基压缩性过高的原因.也就是说,不仅建筑结构主体的设计很重要,地基基础的设计同样重要.任何建筑物都是建造在地面上的,而地面是由土组成的(岩石经风化、搬运、沉积而形成的松散的沉积物就是土).研究土的应力、变形、强度和稳定性以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学.受建筑物荷载的影响,建筑物下一定范围内的土层将产生应力和变形,应力和变形不可忽略的那部分地层称为地基.基础则是指建筑物向地基上一页下一页返回绪论

传递荷载的下部结构,位于上部结构和地基之间,其作用是把上部结构的荷载分布并传递到地基中.地基具有一定的深度与范围,基础以下的土层称为持力层,在地基范围内持力层以下的土层称为下卧层,如果下卧层的承载力低于持力层,称为软弱下卧层(图０-２).承载建筑物的地基应满足以下两方面的要求:(１)要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力,保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备.(２)控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值,保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用.另外,还应要求基础结构本身具有足够的强度和刚度,在地基反力作用下不会发生强度破坏,并且对地基变形具有一定的调整能力.上一页下一页返回绪论

具有较高的承载力及较低的压缩性的土可以作为良好的天然地基.当地基土软弱,工程性质较差,而建筑荷载较大,地基承载力和变形都不基进行人工加固处理后才能作为建筑地基,这种地基称为人工地基.由于人工地基施工时间长,造价高,所以建筑物应尽量建造在天然地基上,以减少工程造价.二、地基与基础的重要性地基、基础是建筑物的根基,它们的勘测、设计和施工质量直接关系到建筑物的安全和正常使用.基础工程属于隐蔽工程,若地基基础设计和施工不当,轻则上部结构开裂、倾斜,重则建筑物倒塌,而且进行补强修复、加固处理及其困难.上一页下一页返回绪论

同时,由于基础的结构特点,其施工难度大、造价高,占建筑物总投资的１/５左右.因此,从技术角度看,研究地基与基础,对勘察、设计和施工具有重要的意义.三、本课程的内容、特点和学习方法本书主要内容:第一章至第四章主要讲述土力学基本知识;第五章讲述土压力与边坡稳定分析的知识;第六章讲述天然地基上浅基础的知识;第七章讲述桩基础的知识;第八章讲述地基处理知识;第九章讲述特殊土地基的知识.上一页下一页返回绪论

土力学与地基基础是一门理论性与实用性很强的学科,它与建筑力学、建筑材料、建筑结构、工程地质、建筑施工技术等学科有着极为密切的联系,又涉及高等数学、物理、化学等方面的知识.因此,学习时应抓住重点,兼顾全面,在认真学好各门基础课以及相关专业课程的前提下,将本门课程各部分内容掌握牢固.除此之外,还必须认真学习国家颁布的相关工程技术规范,如«建筑地基基础设计规范»(GB５０００７—２０１１)、«建筑桩基技术规范»(JGJ９４—２００８)、«建筑地基处理技术规范»(JGJ７９—２０１２)等.上一页下一页返回绪论

我国土地辽阔,幅员辽阔,由于自然环境不同,分布着多种不同的土类.天然土层的性质和分布,不但因地而异,即使在较小的范围内,也可能有很大的变化.因此,每一建筑场地都必须进行工程地质勘查,采取原状土样进行土工试验,以试验结果作为地基基础设计的依据.一个优质的地基基础设计方案更依赖于完整的地质资料和符合实际情况的周密分析.因此,学生在学习本课程时要特别注意理论联系实际,注意理论的适用条件和应用范围,不可盲目照搬硬套,要培养从实际出发分析问题和解决问题的能力.上一页下一页返回绪论

四、土力学与地基基础的发展土力学的研究始于１８世纪工业革命时期.由于工业发展的需要,建筑的规模逐步扩大.同时,铁路发展起来后,路基修筑出现了一系列的问题,因此,最初的土力学理论多与解决路基问题有关.１７７３年,法国的C.A.库仑提出了著名的砂土抗剪强度公式,创立了计算挡土墙土压力的滑楔理论.９０多年后,英国的W.J.M.朗金又从不同途径提出了挡土墙土压力理论.另外,法国的J.布辛奈斯克求得了弹性半无限体在竖向集中力作用下的应力和变形理论的解答,瑞典的W.费兰纽斯提出了土坡稳定分析法.这些古典理论对土力学的发展起到了极大的推进作用,至今仍不失其实用价值.上一页下一页返回绪论

系统地归纳和总结以往成就的是太沙基,他写了第一本内容广博的著作«土力学».在这本书中,他阐明了土工试验与力学计算之间的关系,其中计算沉降的方法一直沿用至今.这本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,土力学与地基基础就作为独立的学科而不断取得进展.因此,太沙基被公认为土力学的奠基人.上一页下一页返回绪论

几十年来,由于土木工程建设的需要,特别是电子计算机和计算技术的引入,土力学与地基基础得到了迅速的发展.目前,已经可以把变形和强度问题统一起来进行分析,并可以考虑土的非线性应力应变性状.基础分析已经从过去的单独分析计算发展到考虑地基基础与上部结构共同作用的整体分析.在土工试验方面,人们开创了许多新的测试技术和仪器设备,原位测试技术正日益受到重视.例如,静力触探、十字板剪切仪、分层沉降仪、测斜仪、孔隙水压力仪、土压力盒、离心模型试验等测量手段的出现,使人们能够更直观地掌握地基土的各种反应,为设计研究与施工提供了较准确的数据和资料.上一页下一页返回绪论

基础工程和地基处理技术,无论在理论上,还是在施工技术方面,都有了更快的发展,出现了如补偿式基础、桩筏基础、桩箱基础、巨型钢筋混凝土浮运沉井等新颖的基础形式.在地基处理方面,强夯法、砂井预压、真空预压、振冲法、旋喷法、深层搅拌法、树根桩及压力注浆法等,都是近几十年来创造和完善的新方法.另外,由于深基坑开挖支护工程的需要,出现了盾构、顶管、地下连续墙、深层搅拌水泥维护结构和锚杆支护等施工方法和新型支护结构形式.上一页下一页返回绪论

土体是由固态土颗粒、水、气体组成的三相体系,性质复杂,再加上其生成历史的差异,使土力学与地基基础这门学科变得十分复杂.目前,该学科的理论虽比几十年前有了很大的