基础工程课件第1章绪论

1、1.1 概概 述述1.2 本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求1.3 本学科的发展概况本学科的发展概况1.4 本课程主要内容本课程主要内容1 绪论一、一、地基基础的地基基础的基本概念基本概念 1.1 概概 述述图图1.1 地基基础示意图地基基础示意图一、一、地基基础的基本概念地基基础的基本概念1.地基地基 -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覆盖层、持力层持力层和下卧层下

2、卧层。1)地基持力层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)覆盖层覆盖层是位于持力层以上的所有地层。3)下卧层下卧层是位于持力层以下的地层。可分为软弱下卧层软弱下卧层和刚性下卧层刚性下卧层。地基 天然地基天然地基: :未经处理，直接支承基础和上部结构的地基。未经处理，直接支承基础和上部结构的地基。人工地基人工地基: :经过人工处理，改善了工程性能的地基。经过人工处理，改善了工程性能的地基。一、一、地基基础的基本概念地基基础的基本概念2.基础基础 -建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础建筑物向地基传递荷载的下部结构

3、称为基础。(foundationfoundation) 将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。基础包括浅基础浅基础和深基础深基础。3.土力学土力学-是研究土是研究土体体的应力、强度和变形的应力、强度和变形，渗流，渗流规律的一门力学分支，规律的一门力学分支，它是本课程的理论基础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变形和强度强度。土力学与基础工程的关系土力学与基础工程的关系 Geotechnique Geotechnique 4.4.基础工程基础工程研究下部结构结构物与岩土相互作用共同承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形和稳定

4、性问题。担上部结构物所产生的各种变形和稳定性问题。 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学的方法来研究在荷载作用下地基的强度强度和和变形变形问题。为保证建筑物的问题。为保证建筑物的功能功能需要需要和和安全使用安全使用的目的，地基、基础在设计计算中必须满足以下三个条件：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地基在建筑物荷载作用下有足够的承载力，并在防止整

5、体破坏方面有足够的安全储备；够的安全储备；2）地基应满足变形要求）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；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。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二、地基与基础设计的基本条件地基设地基设计计基础设基础设计计三、地基基础工程的重要性三、地基基础工程的重要性 1.地基基础是建筑工程的一个地基基础是建筑工程的一个重要组成部分重要组成部分，是建筑物的，是建筑物的根本根本，又属于

6、，又属于地下隐地下隐蔽工程蔽工程。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。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。的安危。2.大量事实证明，在大量事实证明，在建筑物失败事故建筑物失败事故中，地基基础问题占很大的比例，而且地中，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。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，一般约占总投资的占总投资的1030甚至更多。甚至更多。工工 程程 实实 例例加拿大特朗

7、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谷物时，谷物时，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7.32m7.32m 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。 1911 1911年动

8、工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：地基土事先未进行调查，据邻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果，计算地基承载力应用到此谷仓。谷仓。19521952年经勘察试验与计年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因仓破坏时发生的基底压力。因此，此，谷仓地基因超载发生强度破坏谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动而滑动。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，使用事后在下面做了七十多个

9、支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50t50t千斤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。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。 19951995年阪神地震中新干线的倾覆年阪神地震中新干线的倾覆19641964年新泻地震引起大面积液化年新泻地震引起大面积液化地基的剪切破坏地基的剪切破坏p滑裂面滑裂面意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两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1

10、3701370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：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，层，强度较低，变形较大变形较大。1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理 基础环

11、灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目目 前前: : 已向游人开放。 处理措施上海展览中心馆19541954：开工，沉降：开工，沉降60cm60cm19571957：沉降最大：沉降最大146.55cm146.55cm， 最小最小122.8cm122.8cm1979:1979:沉降沉降160cm160cm淤泥质粘土淤泥质粘土, ,箱形基础箱形基础建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范提出的地基最终沉降量计算公式提出的地基最终沉降量计算公式 (简称规范法简称规范法)(1101iiiisinisszzEpss

12、s-沉降计算经验系数沉降计算经验系数各种假定导致各种假定导致 S的误差，如：的误差，如：取中点下附加应力值，使取中点下附加应力值，使s s偏大；偏大；侧限压缩使计算值偏小；侧限压缩使计算值偏小； 地基不均匀性导致的误差等。地基不均匀性导致的误差等。软粘土软粘土（应力集中）（应力集中）S S偏小偏小, s1 硬粘土硬粘土（应力扩散）（应力扩散）S S偏大偏大, s1 SSs沉降经验修正系数沉降经验修正系数基底压力线性分布假设基底压力线性分布假设弹性附加应力计算弹性附加应力计算单向压缩的假设单向压缩的假设原状土现场取样的扰动原状土现场取样的扰动参数线性的假设参数线性的假设按中点下附加应力计算按中点

13、下附加应力计算结果修正结果修正 沉降计算经验系数沉降计算经验系数ssSS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表表4.8 4.8 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 s ssE s s=1.4-0.2, =1.4-0.2, (1)(1)与土质软硬有关与土质软硬有关, ,(2)(2)与基底附加应力与基底附加应力p p0 0/f/fk k的大小有关。的大小有关。fakak：地基承载力特征值：地基承载力特征值niiiiisiniiiiinisiiniiszzEpzzpEAAE11101

14、11011)()(土力学 理论联系实际。实践是检验真理的唯一标准 “科学性”19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，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滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。角约五层住宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大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

15、坡土体发生滑大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。动。Early 1972 滑坡前滑坡前June 1972 滑坡后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术问题存在的技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左右解决方案方案方案1 1：将土压力分布改成上图中虚线的分布图式，即

16、上面高度一半处为三角形分布，下面为矩形分布；方案方案2 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 1.2 本课程的特点和学习要求本课程的特点和学习要求 1.1.特点特点：本课程涉及水文地质学、工程地质学、土力学：本课程涉及水文地质学、工程地质学、土力学等几个学科领域，内容广泛，很强。等几个学科领域，内容广泛，很强。综合性、理论性和实综合性、理论性和实践性践性 2.2.学习要求学习要求：牢固掌握土力学中的基本概念和基本原理，：牢固掌握土力学中的基本概

17、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，构理论和施工知识，理论联系实际理论联系实际，分析和解决地基基础，分析和解决地基基础问题。问题。1.3 本学科发展概况本学科发展概况 作为作为工程技术工程技术，基础工程是一项古老的工艺。如前所述，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

18、的技艺更新来发展这项技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。统的科学理论。 作为作为应用科学应用科学，基础工程又是一门年轻的学科。，基础工程又是一门年轻的学科。17731773年年法国的法国的库仑（库仑（CoulombCoulomb）发表著名的砂土抗剪强度公式，提出土发表著名的砂土抗剪强度公式，提出土压力计算滑楔理论压力计算滑楔理论; ;18571857年年英国的英国的朗肯（朗肯（RankineRankine）提出朗肯土压力理论提出朗肯土压力理论; ;188518

19、85年年法国的法国的布辛奈斯克（布辛奈斯克（BoussinesqBoussinesq）得出半无限弹性体在竖向集中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力作用下的应力与变形的理论解答; ;19221922年年瑞典的瑞典的费兰纽斯（费兰纽斯（FelleniusFellenius）提出土坡稳定分析方法提出土坡稳定分析方法; ;19251925年年美国美国太沙基（太沙基（TerzaghiTerzaghi）的的土力学土力学专著问世专著问世, ,土力学成为一土力学成为一门系统的学科门系统的学科; ;19361936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。增加及技术要求日益提高而走向更高的发展阶段。Terzaghi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 1.4 本课程主要内容本课程主要内容本课程的目的和任务？本课程的目的和任务？ 根据土力学的基本概念和基