土力学与基础工程绪论

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1、Soil Mechanics Chapter 0 introduction 土力学与地基基础土力学与地基基础Soil Mechanics and Foundation EngineeringSoil Mechanics Chapter 0 introduction什么是土、土力学、地基、基础？什么是土、土力学、地基、基础？土有哪些特点？土有哪些特点？为什么要学习土力学与地基基础？为什么要学习土力学与地基基础？土力学与地基基础包括哪些内容？土力学与地基基础包括哪些内容？土力学的发展简介与展望土力学的发展简介与展望土力学与地基基础有何特点？土力学与地基基础有何特点？如何学好土力学与地基基础？如何学

2、好土力学与地基基础？Soil Mechanics Chapter 0 introduction土是指： 地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。风化风化岩石岩石地球颗粒堆积物颗粒堆积物地球地球（1）什么是土？）什么是土？Soil Mechanics Chapter 0 introduction非连续介质非连续介质碎散性碎散性（2 2）土有哪些特点？）土有哪些特点？l 受力以后易变形受力以后易变形l 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化l 剪切变形主要由颗粒剪切变形主要由颗粒 相对位移引起相对位移引起l 强度低强度低岩石风

3、化岩石风化的产物的产物Soil Mechanics Chapter 0 introduction多相介质多相介质三相体系三相体系l 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担质共同承担l 存在复杂的相互作用存在复杂的相互作用l 有孔隙流体流动有孔隙流体流动固相固相土骨架土骨架液相液相水水气相气相空气空气土的组成土的组成（2 2）土有哪些特点？）土有哪些特点？Soil Mechanics Chapter 0 introduction自然变异性自然变异性自然界的产物自然界的产物非均匀性非均匀性各向异性各向异性结构性结构性时空变异性时空变异性（2 2）土有哪些特点？）土有哪些特点？So

4、il Mechanics Chapter 0 introduction碎散性碎散性三相体系三相体系自然变异性自然变异性力学特性复杂力学特性复杂 变形特性变形特性 强度特性强度特性 渗透特性渗透特性（2 2）土有哪些特点？）土有哪些特点？Soil Mechanics Chapter 0 introduction 研究土的研究土的基本物理特性基本物理特性和在建筑荷载作和在建筑荷载作用下的用下的应力应力、应变应变、强度强度、稳定稳定以及以及渗渗透透等规律的力学特性的学科。等规律的力学特性的学科。什么是什么是土力学土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction支承基

5、础的土体或岩体称为地基。支承基础的土体或岩体称为地基。天然地基天然地基人工地基人工地基地基按是否进行人工处理分为地基按是否进行人工处理分为将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。部分。什么是什么是地基地基？（subgrade)什么是什么是基础基础？ (foundation) Soil Mechanics Chapter 0 introduction基础按埋深分为基础按埋深分为深基础深基础浅基础浅基础埋深埋深：从室：从室外外地面到基地面到基底的这段距离。底的这段距离。持力层持力层：基底下的第一：基底下的第一层土。层土。下卧层下卧层：地基内持力

6、层下：地基内持力层下面的土层面的土层软弱下卧层软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层：强度低于持力层的下卧层Soil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introduction地基基础应满足的要求？地基基础应满足的要求？1、强度强度在荷在荷 载作用下，载作用下，地基地基土不发生土不发生剪切破坏或失稳。剪切破坏或失稳。2、变形变形不使不使地基土地基土产生过大的沉降和产生过大的

7、沉降和不均匀沉降，保证建筑物的正常使用。不均匀沉降，保证建筑物的正常使用。3、基础基础结构本身应有足够的结构本身应有足够的强度和刚度强度和刚度在地基反力作用下不会产生强度破坏，在地基反力作用下不会产生强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。Soil Mechanics Chapter 0 introduction1.1. 土具有广泛的工程应用土具有广泛的工程应用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物基础之地基建筑物基础之地基 建筑环境建筑环境2. 2. 存在大量与土有关的工程问题存在大量与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？So

8、il Mechanics Chapter 0 introduction（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？土力学与岩土工程和土力学与岩土工程和地下工程等密切相关地下工程等密切相关Soil Mechanics Chapter 0 introduction与土有关的工程事故与土有关的工程事故A.A.加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷谷物时，物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m

9、7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionA.A.加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：原因：地基土事先未进行调查

10、，据地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。用到此谷仓。19521952年经勘察年经勘察试验与计算，地基实际承载试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，基底压力。因此，谷仓地基因谷仓地基因超载超载发生强度破发生强度破坏而滑动。坏而滑动。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个个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其

11、位置比原来降低了米。来，但其位置比原来降低了米。 与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionB.B.香港宝城滑坡香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上附近，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厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。一角约五层住宅。死亡死亡7 7

12、人。人。原因：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，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发步大大降低，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。生滑动。与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署港岛港岛1972 PoShan 滑坡滑坡 ( 20,000 m3)(死死67 人人、 伤伤20人人)Soil Mechanics

13、Chapter 0 introductionEarly 1972 滑坡前滑坡前June 1972 滑坡后滑坡后Soil Mechanics Chapter 0 introductionC.阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积地震引起大面积砂土地基液化后砂土地基液化后产生很大的侧向产生很大的侧向变形和沉降，大变形和沉降，大量的建筑物倒塌量的建筑物倒塌或遭到严重损伤或遭到严重损伤 液化：松砂地基在振动荷载作用下液化：松砂地基在振动荷载作用下丧丧失强度变成流动状态失强度变成流动状态的一种现象的一种现象与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土

14、力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionC.阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：沉箱式岸墙因砂沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳土地基液化失稳滑入海中滑入海中与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction以上几个实例可归结为与土有关的强度问题与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionA.比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两

15、端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差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5.55.513601360：再复工，至：再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经：复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至：至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土原因：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。和粘土层，强度较低，变形较大。1

16、590: 1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionA.比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：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19901990年年1 1月月: : 封闭封闭19921992年年7 7月：加固塔身，用压重月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理目目 前前: : 正常向游人开放。正

17、常向游人开放。 处理措施与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionB.虎丘塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达顶离中心线已达2.31m2.31m，底层，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。建筑物而封闭。概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7层，高层，高47.5m47.5m，塔的平面呈

18、八角形。，塔的平面呈八角形。原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。处理：在塔四周建造一圈处理：在塔四周建造一圈地下地下 连续墙并对塔周围与塔基进行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钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，获得成功。身，获得成功。与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionC.关西机场19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机

19、场运营面积：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量：18018010106 6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？世界最大人工岛世界最大人工岛（日本大阪）（日本大阪）Soil Mechanics Chapter 0 introduction设计时预测沉降：设计时预测沉降：5.75.77.5 m7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月(1990(1990年年) )预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超填：3

20、 3m m问题：沉降大且有不均匀沉降与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？C.关西机场Soil Mechanics Chapter 0 introduction与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）（墨西哥城）Soil Mechanics Chapter 0 introduction以上几个实例可归结为以上几个实例可归结为与土有关的变形问题变形问题与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics

21、 Chapter 0 introductionTeton坝坝（美国美国idahoidaho州州 ）概况：土坝，高概况：土坝，高90m90m，长，长1000m1000m，建于建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事损失：损失：直接直接80008000万美元，万美元，起诉起诉55005500起，起，2.52.5亿亿美元，死美元，死1414人，受人，受灾灾2.52.5万人，万人，6060万亩万亩土地，土地，3232公里铁路公里铁路原因：地震引发的原因：地震引发的渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学

22、习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionTeton坝坝1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionTeton坝坝1111：0000左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionTetonTeton坝坝11:

23、30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3

24、）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction12：00过后坍塌口加宽TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction失事后现失事后现场状况场状况TetonTeto

25、n坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction九江大堤决口溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。 与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意

26、图长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂砂环环管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土渗水渗水杂填土杂填土管涌：管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。 堤基管涌与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，当管涌发生时，渗流将导致向源渗流将导致向源侵蚀，使堤防基侵蚀，使堤防基础下

27、部出现渗流础下部出现渗流通道通道当水头差足够大时，当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通堤防基础。形成通道后极易引起溃决道后极易引起溃决与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction以上几个实例可归结为与土有关的渗透问题与土有关的工程问题与土有关的工程问题（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction赵洲石拱桥赵洲石拱桥 隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至今安然

28、无恙。桥台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。现在验算其基底压力约基底压力约500-600kpa500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。 Soil Mechanics Chapter 0 introduction开宝寺木塔开宝寺木塔 北宋初著名木工喻北宋初著名木工喻皓（公元皓（公元989989年）在建年）在建造开封开宝寺木塔时，造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风，考虑到当地多西北风

29、，便特意使建于饱和土上便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，的塔身稍向西北倾斜，设想在风力的长期断续设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考可见在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降虑到建筑物地基的沉降问题了。问题了。 Soil Mechanics Chapter 0 introductionu 广州白云宾馆广州白云宾馆 地面以上地面以上3333层，高层，高114.5114.5米，总重近米，总重近100100万万KNKN。地基覆。地基覆盖层厚薄相差悬殊，盖层厚薄相差悬殊，最浅最浅1010米，最深米，最深27.7527.75米。为适应米。为适应抗震，抗台风

30、的要抗震，抗台风的要求，采用桩基与墩求，采用桩基与墩287287根，所用钢筋根，所用钢筋混凝土灌注桩直径混凝土灌注桩直径1 1米，单桩承载米，单桩承载4500KN4500KN，混凝土墩，混凝土墩直径直径2 2米多，宾馆米多，宾馆建成后使用良好，建成后使用良好，沉降小于沉降小于4 4毫米。毫米。Soil Mechanics Chapter 0 introduction土工结构物或地基土强度强度问题问题变形问题变形问题渗透渗透问题问题 强度强度特性特性 变形特性变形特性 渗透渗透特性特性土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学可以解决工程实践问题，这正是土力土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的

31、。学存在的价值以及我们学习土力学的目的。（3 3）为什么要学习）为什么要学习土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction基础与主线基础与主线诱因具体应用第一章第一章土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第二章地基土中应力计算第二章地基土中应力计算第三章土的变形及地基沉降第三章土的变形及地基沉降第四章第四章土的抗剪强土的抗剪强度度渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性（4 4）土力学与地基基础包括哪些内容？土力学与地基基础包括哪些内容？第五章第五章挡土墙上的土压力及边坡稳定挡土墙上的土压力及边坡稳定第六章第六章地基承载力计算地基承载力

32、计算第七章第七章 浅基础设计浅基础设计第八章第八章 桩基础桩基础第九章第九章 地基处理地基处理Soil Mechanics Chapter 0 introduction 1925年，Erdbaumechanik（土力学）出版，标志着土力学这门学科的诞生。Soil Mechanics Chapter 0 introduction土力学发展的前景土力学发展的前景近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间开发、矿山深井建设、核电站、越江越海隧道、间开发、矿山深井建设、核电站、越江越海隧道、巨型电站、南水北调等巨型工程的兴建，还有地震、巨型电站、南水北调

33、等巨型工程的兴建，还有地震、山体滑坡等，大大促进土力学进一步发展。山体滑坡等，大大促进土力学进一步发展。研究方法手段大大提高，各国研制成功多种多样的研究方法手段大大提高，各国研制成功多种多样的工程勘察、试验与地基处理的新设备，为土力学理工程勘察、试验与地基处理的新设备，为土力学理论研究和地基加固提供了良好的条件。论研究和地基加固提供了良好的条件。Soil Mechanics Chapter 0 introduction土力学是以土的三相体系材料作为研究对象土力学是以土的三相体系材料作为研究对象地基土质条件不依人们的愿望来选择地基土质条件不依人们的愿望来选择 规划、勘察、设计、施工、使用都会遇到

34、地基基规划、勘察、设计、施工、使用都会遇到地基基础问题础问题地基与基础属于隐蔽工程，直接影响建筑物的安地基与基础属于隐蔽工程，直接影响建筑物的安全，技术要求高，造价高全，技术要求高，造价高课程内容多，涉及范围广课程内容多，涉及范围广 ，理论性、实践性均很，理论性、实践性均很强强Soil Mechanics Chapter 0 introduction注意土的基本特点注意土的基本特点 - - 通过与其它材料对比通过与其它材料对比 注重理论联系实际注重理论联系实际 - - 通过现场观察与试验通过现场观察与试验注重正确学习方法注重正确学习方法 - - 概念，原理，方法概念，原理，方法 内容间联系内容间联系 要记忆，但不能死记要记忆，但不能死记（7 7）如何学好）如何学好土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introduction参考书参考书：一、二级注册结构工程师专业考试应试指南一、二级注册结构工程师专业考试应试指南施岚青（施岚青（20082008年）年）土力学地基基础土力学地基基础 陈希哲陈希哲 清华大学出版社清华大学出版社土力学及基础工程土力学及基础工程 丁金栗丁金栗 重庆大学出版社重庆大学出版社土力学及地基基础土力学及地基基础 杨小平杨小平 武汉大学出版社武汉大学出版社