土力学与地基基础任务1 绪论

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总课时：76学时（授课：64学时，12学时试验）考核方式：考试课程考核与评价实施办法与成绩构成：1.考试课程的成绩采用百分制，由课程学习的过程性考核成绩和期末课程终结性考核成绩组成。过程性考核成绩占总成绩60%，期末终结性考核成绩占总成绩40%。2.过程性考核包括:平时50%（课堂考勤10%、作业30%、课堂互动讨论10%）；实验（实训）10%。

平时考核：缺课达到总课时1/3以上者，取消考核资格，本课程按不及格计。课外作业：缺1/3以上者取消考试资格，本课程按不及格计。

3.期末终结性考核：采取闭卷笔试的方式进行。

教学安排本课程的特点：理论多，实践强。教学手段与方法：授课、作业、习题、实验、微课。主要内容任务1概论任务2测试土的工程性质任务3土方填筑的压实控制任务4土的工程分类与鉴别 任务5土中水及其渗透性任务6土中应力计算任务7土的压缩性 任务8基础沉降与渗透固结任务9土的强度与测定方法 任务10地基承载力的确定 任务11土压力及挡土墙设计 任务12土质边坡的稳定性 基础知识土力学基本概念基本原理主要内容任务13浅基础任务14桩基础任务15沉井基础单元6地基处理任务16一般地基处理任务17特殊地基的处理

与土力学密切相关的地基基础工程问题任务1概论0.1土力学与地基基础的概念0.2学习本课程的重要性0.3本课程的内容与学习要求0.4本学科的发展概况

主要内容教学目标知道土力学与地基基础的概念知道学习本课程的重要性

知道本课程的内容与学习要求

知道本学科的发展概况重点土力学与地基基础的概念难点土力学与地基基础的概念；知道学习本课程的重要性

0.1土力学与地基基础的概念研究对象——研究土的学科（分散土）绪论什么是土？岩石经风化后，产生崩解、破碎、变质，又经过各种自然力搬运，在新的环境下沉积下来的颗粒状松散堆积物。9什么是土力学(soilMechanics)是利用力学的一般原理研究地表土的物理、力学特性及其受力后强度和体积变化规律的学科，包括土体的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性.

形成的土力学分支软土力学、海洋土力学、非饱和土力学、冻土力学、环境岩土力学、土动力学、土塑性力学等

土力学的研究内容土中水的作用、土的渗透性、压缩性、固结、抗剪强度、土压力、地基承载力、土坡稳定等土体的力学问题。建筑地基土的作用作为地基支承建筑物传来的荷载

;作为建筑材料

;作为建筑物周围的介质或环境

;建筑材料建筑介质或环境地基支承基础的土层或岩层称为地基。位于基础底面下第一层土称为持力层。持力层以下的土层称为下卧层，强度低于持力层的下卧层称为软弱下卧层。基础应埋置在良好的持力层上。地基按是否进行人工处理分为天然地基和人工地基。地基与基础示意图工业与民用建筑、高层建筑、桥梁建筑等各类建筑物均由上部结构与地下基础两大部分组成。以室外地面整平标高（或河床最大冲刷线）为基准，基准线以上部分为上部结构，基准线以下部分为基础。

建筑物上部结构基础地基1、地基：承受建筑物荷载的那部分土层称为地基。（土中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层）天然地基人工地基地基按是否进行人工处理分为2、基础：建筑物向地基传递荷载的下部结构叫基础。（埋入土层一定深度的建筑物最下部的放大的那个部分）基础通常将埋入土层一定深度的建筑物下部的承重结构称为基础。基础作用承受上部结构荷载向地基传递压力调整地基变形

基础按埋深分为深基础浅基础基础设计不尽要使基础本身满足强度、刚度和耐久性的要求；还要满足地基对承载力和变形的要求，即地基应具有足够的强度和稳定性，并不产生过大的沉降和不均匀沉降，因此基础设计又统称为地基基础设计。浅基础：埋深h≤5m，可用简便施工方法进行基坑开挖和排水的基础，如柱下独立基础（钢筋混凝土扩展基础）、条形基础（毛石或素混凝土基础）、筏板基础、交叉梁基础。深基础：埋深h＞5m，需用专门的施工方法建造，如桩基、沉井、地下连续墙、箱形基础、较深的筏板基础等。某些基础工程，在土层内深度虽较浅（h≤5m

），但在水下部分较深，如深水中的桥墩基础，亦可按深基础进行设计。

基础工程。基础设计与施工工作，以及有关的工程地质勘察、基础施工所需基坑的开挖、支护、降水和地基加固工作总称。0.2学习本课程的重要性

与地基强度有关的工程问题：加拿大特朗斯康谷仓倾倒

香港宝城大厦滑坡萨尔瓦多山体滑坡与地基变形有关的工程问题：意大利比萨斜塔苏州虎丘塔——中国的比萨斜塔上海展览中心地基下沉日本关西机场地基沉降

工程实践表明，建筑物的事故很多都与地基基础有关的，而一旦发生地基基础事故，往往后果严重，补救困难，有些即时可以补救，其加固、修复所需的费用也非常高。

地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危!加拿大特朗斯康谷仓倾倒事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜26°53ˊ西端下沉7.32m

东端上抬1.52m上部钢筋混凝土筒仓完好无损概况：加拿大特朗斯康谷仓，南北长59.44m，东西宽23.47m，高31.00m，共65个圆筒仓。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。谷仓1911年动工，1913年秋完成，谷仓自重20000t。

建于1941年的加拿大特朗斯康谷仓由65个圆柱形筒仓组成，高31m，宽23m，其下为片筏基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软黏土，建成后贮存谷物，使基底压力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，东侧抬高1.5m，仓身严重倾斜（见图0-2）。这是地基发生整体滑动，建筑物丧失稳定性的典型例子。

加拿大特朗斯康谷仓倾倒原因：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果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。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388个50t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４米。地基滑动

加拿大特朗斯康谷仓，初次贮存谷物时发生地基滑动。基础和上部结构刚度均很强，所以筒仓完好无损。香港宝城大厦滑坡1972年7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层住宅--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120人。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。

3）香港宝城大厦建在山坡上。1972年5月至6月雨季出现连续大暴雨，特别是6月份雨量竟高达1658.6mm，引起山坡残积土软化而滑动。7月18日早晨7点钟，山坡下滑，冲毁高层建筑宝城大厦。居住在该大厦的银行界人士120人当场死亡。这一事故引起全世界震惊，从而对岩土工程倍加重视。

香港1900年建市

1972PoShan

滑坡20,000m3

1977年成立土力工程署PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港宝城大厦滑坡Early1972滑坡前June1972滑坡后土体滑坡美国，California,LaConchita，1995。萨尔瓦多山体滑坡2001年1月13日，萨尔瓦多发生了里氏7.6级的强震，震中位于SanMiguel西南60英里。并因此在SantaTecla造成山体滑坡，最终导致700多人遇难。地基液化失效

1985年6月12日凌晨，长江西陵峡上段新滩镇一带发生了总体积约2千万立方米的巨型堆积层滑坡，新滩镇全部被毁，滑坡历时35分，碎石入江爬坡高度49米，浪峰宽310米。由于预报较好，未伤及人员（1371人）。阪神大地震中地基液化神户码头：地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤。

液化：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。阪神大地震中地基液化神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中。以上几个实例可归结为与土有关的强度问题B.与土有关的变形问题举例:意大利比萨斜塔1173：动工；1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工；1272：复工，经6年，至7层，高48m，再停工；1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m；1590：伽利略在此塔做落体实验；目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5°21′16〞。

结构物倾斜当建造至24m高时发现倾斜，限于当时技术水平，找不出原因而被迫停工，一百年后续建至塔顶(高约55m)。成为世界上最著名的基础工程难题。

意大利比萨斜塔地基不均匀沉降事故原因：塔身建立在深厚的高压缩性土之上（地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层），地基的不均匀沉降导致塔身的倾斜。处理措施：1838—1839年，挖环形基坑卸载；1933—1935年，基坑防水处理，基础环灌浆加固；1990年1月封闭整修；1992年7月加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理，经过12年的整修，耗资约2500万美元，斜塔被扶正44cm；2001年12月重新对外开放。苏州虎丘塔——中国的比萨斜塔概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物而封闭。苏

州

虎

丘

塔七层47.5m，一千多年，不均匀沉降，引起塔顶偏离中心线达2.31m（1978年）结构物倾斜苏州虎丘塔地基土压缩层厚度不均处理：在塔四周建造一圈桩排式地下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，获得成功。原因：虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成，人工块石填土层厚1～2m，西南薄，东北厚。下为粉质粘土，呈可塑至软塑状态，也是西南薄，东北厚。底部即为风化岩石和基岩。塔底层直径13.66m范围内，覆盖层厚度相差3.0m。地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。虎丘塔地质剖面图

上海展览中心地基下沉上海展览中心中央大厅为框架结构，箱形基础，两翼采用条形基础。箱形基础为两层，埋深7.27m。箱基顶面至中央大厅顶部塔尖，总高96.63m，地基为高压缩性淤泥质软土。展览馆于1954年5月开工，当年底实测地基平均沉降量为60cm。1957年6月，中央大厅四周的沉降量最大达146.55cm，最小为122.8cm。到1979年，累计平均沉降量为160cm。由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，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。

上海展览中心地基严重下沉

1)上海锦江饭店北楼（原名华懋公寓）建于1929年，总层数为14层、高度为57m，是当时上海最高的一幢建筑物。基础座落在软土地基上，采用桩基础，由于工程承包商偷工减料，未按设计桩数施工，造成大幅度沉降，建筑物的绝对沉降达2.6m，致使原底层陷入地下，成了半地下室，严重影响使用。日本关西机场——世界最大人工岛概况：1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m日本关西机场地基沉降设计时预测沉降：5.7－7.5m完成时实际沉降：8.1m，5cm/月(1990年)预测主固结完成20年后，比设计超填：3m问题：世界上第一个海上机场——关西机场出现了严重的地基沉降。目前还并未影响到飞机的起落,但预计除了已花费大约270亿日元开展的防沉降工程以外,今后也还要不断地进行很多修复工程。

上海一在建商品楼发生倒塌事故

2009年6月27日6时，上海闵行区莲花南路罗阳路口一幢13层在建商品楼发生倒塌事故.

以上几个实例可归结为与土有关的变形问题C.与土有关的渗透问题举例：1998年九江大堤决口溃口原因：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个洞，5m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。

渗透问题:长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂环管涌口粘性土砂性土渗水杂填土

管涌：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。

堤基管涌管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道。当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决。国内外基础工程事故种类归结起来有地基严重下沉、建筑物倾斜、建筑物墙体和基础开裂、地基滑动、地基溶蚀、土坡滑动失稳、堤基管涌等，这是由土的特性所决定的。基础工程方面的事故具有突发性、灾害性和全局性的特点，不仅使工程全军覆没，而且常殃及四邻，危害环境。为了防止工程事故的产生，在工程的各个阶段都应十分重视场地地基勘察、基础设计与施工、工程检测等各个环节。0.2学习本课程的重要性

土工结构物或地基土强度问题变形问题渗透问题

强度特性变形特性渗透特性土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的。0.2学习本课程的重要性

0.3本学科的发展概况

“堂高三尺，茅茨土阶”（语见《韩非子》），我国古代居民早就对建筑物的建设有一定的认识。历代修建的无数建筑物，都出色的体现了我国劳动人民在基础工程方面的高度建设水平。隋朝石匠李春修建的赵州桥举世闻名，它不仅建筑体形优美，结构合理、牢固，在地基基础的处理方面也是颇为合理的。他把桥台建筑在密实的粗砂层上，一千三百多年来沉降估计仅几厘米。在北宋李诫所著的《营造法式》中记载了我国古代地基基础的很多具体做法。古代劳动人民的无数地基基础建设经验，集中体现了能工巧匠的高超技艺，但由于生产力发展水平的限制，未能提炼成为系统的科学理论。1、始于几千年前2、发展于十八世纪产业革命古典土力学理论：1773法国库仑(Coulomb)1855法国Darcy1857英国朗肯(Rankine)1885法国布辛奈斯克(Boussinesq)1922瑞典费伦纽斯(Fellenius)

作为本学科理论基础的土力学的发展始于18世纪欧洲的工业革命，随着近代大工业的发展，为了扩张市场的需要，陆上交通进入所谓的“铁路时代”，城市建设规模也日益扩大，在建设过程中遇到许多与土有关的力学问题。为解决这些问题，使土力学理论开始产生和发展。1773年，法国的库仑(Coulomb)根据试验提出了砂土抗剪强度公式，和计算挡土墙土压力的滑动楔体理论。1869年，英国的朗肯(Rankine)又从不同途径提出土压力理论，这对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用。1885年，法国的布辛奈斯克(Boussinesq)求得弹性半空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解答。1922年，瑞典的费伦纽斯(Fellenius)为解决铁路滑坡提出土坡稳定分析法。这些古典的理论和方法，至今仍不失其使用价值。3、独立于二十世纪二十年代1925美籍奥地利太沙基Terzaghi《土力学》从此成为独立学科1936第一届国际土力学及基础工程学术会议1998第十四届改名为土力学及岩土工程学术会议随着电子计算机技术的日益推广及其在土力学与地基基础工程领域的应用，使土力学与地基基础工程领域的研究发生了深刻变化，目前已有可能利用这些计算技