土力学与地基基础第1章绪论部分.ppt

基础工程,主讲教师 朱建明,第一章 绪论,一、地基及基础的概念 二、本学科的发展概况 三、本课程的特点和学习要求,一、地基及基础的概念,任何一种建筑物（构筑物）均可根据建筑物室外（或自然地面）的相对0.0m标高，将整体建筑物划分为相对0.0m标高以上部分的上部结构与相对0.0m标高以下部分的基础结构两大部分。,建筑物,上部结构,基础结构,上部结构自重及其所承受的荷载，如果直接作用在地基土（土层或岩层），则地基土会产生过大的压力与过大的压缩变形，由此导致因地基土强度不足而产生地基土强度破坏、较大的沉降或不均匀沉降。,基础：实际上就是将上部结构的底部尺寸经过扩大后的截面，由此将上部结构的自重及荷载传递给地基上。 地基：未经人工加固的可以在其上修筑基础的天然土层，称为天然地基，当天然地基土层承载力较低时，必须经过加固后才能在其上修筑基础，这样的地基称为人工地基；,基础结构,地基,基础,天然地基,人工地基,基础工程属于隐蔽工程，具有承上启下、分散、传递荷载的作用。,埋深：基础底面到室外地面之间的距离。,几个概念：,基础,上部结构,地 基,建筑物各部分示意图,下部结构,基础工程学研究的对象是地基与基础问题。,当建筑物地基由多层土组成时，直接与基础底面接触的土层称为持力层， 持力层以下的其它土层称为下卧层。 持力层和下卧层都应满足地基设计的要求，但对持力层的要求显然比对下卧层要高。 地基承载力和变形特性是选择持力层的关键。,持力层、下卧层,基础类型：,天然地基上的浅基础,桩基础,人工地基上的浅基础,深基础,换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等,人工地基：,埋深5m,特殊方法施工,考虑侧壁阻力作用,沉井基础沉箱基础,桩基础也属深基础,浅基础：埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。,比较:深基础耗料多，施工困难，遇水塌方的概率高，因此在设计上优先考虑浅基础。,高层建筑与基础关系,深基础具有很高的承载力，广泛用于高层建筑和特殊的工业建筑。 高层建筑优点，可以有效利用资源和节省市政设施费用等； 联合国教科文组织将高层建筑分四类：一类：916层,高度不超过50m；二类：1725m，高度不超过75m，三类：2640层，高度不超过100m，四类：40层以上，或高度超过100m; 一般地质条件：采用箱型或筏型基础的高层建筑，其基础工程的费用约占总造价的1020%；施工工期为2025%；采用桩基础的费用为2030%；工期为3040%；,浅基础的类型,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独基础（独立基础）、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,按基础刚度分,无筋扩展基础,扩展基础 (柔性基础),1:1.0 1:2.0 与材料和荷载有关,砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低 要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件,钢筋混凝土 要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求,1 绪论,按基础结构形式分,1 单独基础,2 条形基础,1 绪论,3 十字交叉基础,条形基础的变种,1 绪论,4 筏形（筏板）基础,5.1 概述,5 箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,1 绪论,6 壳体基础,高耸建筑物,1 绪论,1 绪论,地基处理的目的,1 提高土的强度-地基承载力 2 增加土的刚度-减少地基沉降量,3 改善地基土的水力特性 (1)防渗：堤坝、闸基、池 (2)排水：软基固结渗流、挡土墙排水 (3)渗透稳定性：长江大堤的管涌、流土 (4)抗冻性,4 改善抗震性能 (1)液化：加密 (2)震陷：干松砂和溶洞,1 绪论,地基处理的方法,换土垫层法,加密法,深层压密法,土工合成材料,化学加固法,方法众多，分类不统一,复合地基,换填法,浅层压密法,强夯法 挤密桩复合地基 预压加固法,冻结法,胶结法,基础工程学研究内容：,选类型,各种基础均包括,设计计算,施工方法,二、本学科的发展概况,与其他学科一样，是人类长期生产实践中不断发展起来的。 远在1300年前隋朝石工李春所修建的赵州安济石拱桥，不仅在建筑结构上有特殊工艺，而且在地基基础的处理上也非常合理，该桥坐落在较浅的密实粗砂岩土层上，沉降小，现反算其基底压力约500600kPa,与现行各设计规范中所采用的该土层容许承载力的数值（550kPa)极为接近； 北宋初著名木工喻皓公元989年建造开封开宝寺木塔时，考虑当时西北风，便特意使建于饱和土上的塔身向西北倾斜，设想在风力的长期继续作用下可以渐趋复正； 作为本学科的理论基础-土力学的发展，对土的抗剪强度、土压力、土坡稳定分析方法的进行了研究；土力学的发展同时也使基础工程的工程技术理论得到了进一步的发展和充实；,1 绪论,二、本学科的发展概况,近年来大量新工艺、新材料、新施工机具的涌现带来料基础工程的蓬勃发展； 设计理论也正由传统的容许应力法向概率极限法过渡； 地基基础的抗震理论目前尚落后与实际工程的需要；,1 绪论,基础工程领域研究的关注点主要有：,之一是在设计计算理论和方法方面：包括考虑上部结构、基础与地基共同工作的理论和设计方法，概率极限状态设计理论和方法，优化设计方法，数值分析方法和计算机技术的应用等。 之二是桩基础技术：其中桩土共同工作理论，新的桩基设计控制理论变形控制理论，桩基非线性分析和设计方法，桩基承载力和沉降的合理估算，新的桩型例如大直径成孔灌注桩、预应力管桩、套筒桩、微型桩等的研究开发，后注浆技术在桩基工程中的应用，桩基础的环境效应等都成为研究和开发的热点。,之三是深基坑开挖问题，研究的重点放在土、水压力的估算，基坑支护设计理论和方法的深化优化设计、概念设计和动态设计、考虑时空效应的方法等；新的基坑支护方法例如复合土钉墙、作为主体结构应用的地下连续墙、锚杆挡墙等的开发研究；基坑开挖对环境的影响；逆作法技术的应用等。 之四在地基处理方面，进一步完善复合地基理论，对各类地基处理方法机理的深化研究以及施工及检测技术的改进也是基础工程关心的问题。 之五就是深水和复杂地质条件下的基础工程：例如在大型桥梁、水工结构、近海工程中，重要的是深入研究地震、风和波浪冲击的作用，以及发展深水基础（超长大型水下桩基、新型沉井等）的设计和施工方法；,三、本课程的特点和学习要求,地基,基础,上部结构,相互联系 共同作用,基础是建筑物的根基，直接关系到上部结构的稳定,隐蔽工程，失败后果严重，修复加固难度及耗资大,1 绪论,基础工程失败的例子,比萨斜塔 特朗斯康谷仓（Transcona Grain Elevator) 广州海丰4座楼连续倒塌 长石线、老渐河特大桥 陇海铁路灞河铁路大桥倒塌,比萨斜塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，于 1272年复工，经6年时间，建完第7层高48m，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55m。 塔身呈圆筒形，16层由优质大理省砌成，顶部78层采用砖和轻石料。塔身每层都有精美的圆柱与花纹图案，是一座宏伟而精致的艺术品。,该谷仓由65个圆筒仓组成，高31m,宽23m,其下为筏板基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，建成后储存谷物，使基座平均压力（320kPa)超过了地基的极限承载力。结果谷仓西侧突然陷入土中8.8m，东侧则抬高1.5m，仓身倾斜27o。这是地基发生整体滑动、建筑物丧失了稳定性的典型例子。 事后用70多个支承于基岩的混凝土墩，用388个50t的千斤顶，才将筒仓纠正过来，但比原来标高降低了4m.,地基变形引起的建筑物开裂,土体滑坡,地震引起的房屋倒塌,基础工程成功的例子,上海龙华寺庙 金贸大厦 赵州桥 江阴长江大桥,1 绪论,隋朝石工李春所修赵州石拱桥、不仅因其建筑和结构设计的成就而著称于世，就论其地基基础的处理也是颇为合理的。他把桥台砌置于密实租砂层上，1300多年来估计沉降约几厘米。现在验算其基底压力约500600kPa，这与以现代土力学理论方法给出的承教力值很接近地基基础理论给出的承教力值很接近。,特别提示：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。,本课程的学习特点,基础工程学需要工程地质学和土力学的基本知识，这两门专业基础课是本课程的先修课程。其外还涉及到弹性力学、塑性力学