绪论(土力学与地基基础).

土力学与地基基础东北大学资源与土木工程学院土木工程研究所王述红主讲教师王述红博士/教授东北大学资源与土木工程学院土木工程研究所实验中心317电话:[phone]（o）13478143390Email:[e-mail]@mail.neu.edu.cn实验教学老师:孙春明东北大学资源与土木工程学院实验教学中心电话：[phone]绪论基本内容：建立土力学、地基、基础的基本概念。了解本课程的特点和在本专业中的地位。了解本学科的学习方法及发展概况。学习基本要求：◇掌握基础、浅基础、深基础、天然地基、人工地基的概念；◇地基基础设计应满足的两个基本要求。1．土力学土力学是从力学与工程的角度研究土的一门学科。即：土力学是利用力学的一般原理，研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下工程性质的应用科学。它主要研究土的应力、变形与强度、稳定性。也研究土——结相互作用的规律，也是工程力学的一个分支。一．土力学及基础工程的基本概念§0-1土力学与基础工程绪论-土力学及其相关学科利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其随时间变化规律的科学。2．基础工程：基础工程学涵盖各种类型建筑物、构筑物的各类基础及地基处理的设计与施工技术，其研究领域非常广泛。基础工程服务于各种类型建筑物与结构物，包括建筑工程、桥梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平台等各种陆上、水上、水下和地下的结构物。基础工程的研究内容包括浅基础、深基础和桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等，几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计、计算技术，以及实施设计意图的施工技术和施工组织管理。将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。土是矿物或岩石碎屑物构成的松软集合体。是岩石经过风化、剥蚀、搬运沉积等过程后，形成的各种松散的沉积物。在建筑工程中称之为“土”。这是土的狭义概念。广义的概念也包括岩石在内。3.土的定义：4.建筑物的地基：受建筑物影响的那部分地层称为地基。地基又分为：天然地基、人工地基两类。地基的范围:正常情况下卧层土自然压密状态强度高于持力层持力层：埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。下卧层：在地基范围内持力层以下的土层。软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层。把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分土(岩)层称为地基。5.基础：由于土的强度低，压缩性大，故上部结构的荷载不能通过墙、柱直接传递给地基，必须在墙、柱与地基的接触处适当扩大尺寸，作为建筑物的下部结构。从而把建筑物荷载分散后再传给地基。因此，与地基接触的具有较大尺寸的建筑物的下部结构称为基础。基础埋置的土层：应埋置在良好的持力层上。6．地基基础必须保证的两个条件：（1）要保证作用在地基上的荷载不超过地基的承载能力，保证地基具有足够的防止整体破坏的安全储备。即：p≤f(pmax≤1.2f)；(2)控制基础沉降，使之不超过地基的允许变形值。保证建筑物不因地基变形而损坏或影响正常使用。岩石风化的产物分散性非连续介质▽复杂性▽易变形▽分散性土有哪些特点土有哪些特点?三相体系固相(土颗粒)液相(孔隙水)气相(孔隙气)多孔介质￭受力后土颗粒和孔隙介质承受￭土颗粒与土介质体相互作用￭孔隙流体流动绪论土有哪些特点土有哪些特点自然历史的产物相系组合体分散体系多矿物组合体非均匀性各向异性结构性时空变异性1.天然介质：种类多，变化大，分布形态复杂。2.三相体：颗粒、水、空气，性质复杂。3.研究方法：理论＋试验＋经验。土质学与土力学有何特点?学科研究对象理论力学质点或刚体材料力学单个弹性杆件（杆、轴、梁）连续固体结构力学若干弹性杆件组成的杆件结构弹性力学弹性实体结构或板壳结构水力学不可压缩的连续流体（水）连续流体土力学天然三相松散堆积物松散材料土的形成与演化连续介质力学的理论与方法分散介质力学的理论与计算三大特性的理论和参数土质学土力学土的变形、强度、稳定以及与其有关的工程问题绪论土质学与土力学有何特点?二、课程的特点、内容及要求：1．土力学是以土的三相系为研究对象的。2．地基土质条件不依人们的愿望来选择。一旦建筑场地确定，是没有选择余地的，我们必须根据地基的土质条件进行合理的设计、处理、使之满足上部结构对地基的要求。3．地基与基础属于隐蔽工程，对其技术要求高。对其勘察设计及施工要给予充分的重视，因为一旦出问题，很难补救，损失巨大。一般地基基础的工程造价约占土建总造价的20%左右。4．课程内容多，涉及范围广土力学以材力、结力、弹力知识为基础，同时还涉及到一些工程地质学、土质学的知识。因此，给学习本门课程造成一定困难。5．这是一门理论性、实践性均很强的课程。其内容很广，主要介绍土的物理、力学性质、地基的应力计算、沉降计算及固结理论、土的抗剪强度以及土压力理论等内容。三、地基基础的重要性：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。事实上，并不是每个基础工程设计都是成功的。许多建筑物的工程质量事故是由于地基基础事故造成的。而且，一旦造成事故，很难补救，损失极大。因此，工程技术人员必须对地基基础问题给予足够的重视。以高度的责任感和科学态度，对待工程的地基基础问题。一．岩土工程的定义：岩土工程一词译自GeoteClinipe或GeotechnicalEngineering，早期曾译为“土工学”，后译为“岩土工程”，这比前者的涵义更为广泛和确切。自1979年12月，我国《岩土工程学报》创刊以来的20多年来，岩土工程的学科术语已为我国工程技术界所普遍接受，成为技术交流的通用术语，并已有一些以岩土工程命名的标准、规范颁布，如《岩土工程勘察规范》等，岩土工程学科已被确认为土木工程学科的一个重要分支学科。中华人民共和国国家标准《岩土工程基本术语标准》（GB/T50279-98）的颁布使岩土工程一词成为法定的术语。在《岩土工程基本术语标准》中将岩土工程定义为“土木工程中涉及岩石、土的利用、处理或改良的科学技术”，这是高度概括的一种提法。§0–2岩土工程及其相关学科综合各家思想，岩土工程可定义为：岩土工程就是根据工程地质、土力学及岩体力学理论、观点与方法，为了整治、利用和改造岩土体，使其为实现某项工程目的服务而进行的系统工作。即：岩土工程学科是以岩体、土体的利用，改造与整治问题为研究对象的科技领域。可以概括为三个层次：1．岩土工程是以土力学与基础工程、岩石力学与工程为基础，并和工程地质学密切结合的综合性学科。由于岩土工程涉及土和岩石两种性质不同的材料，解决土和岩石的工程问题不仅需要应用数学和力学，而且还需要运用地质学的知识，因此岩土工程并不是一门单一的学科，任何单一学科都不足以覆盖岩土工程丰富的内涵。2．岩土工程以岩石和土的利用、整治或改造作为研究内容。有许多学科都以土或岩石作为其研究对象，例如，地质学、土壤学等，其研究内容各不相同；岩土工程研究土和岩石并不是从地学或农业的角度，而是从工学的角度，以工程为目的研究岩石和土的工程性质。当岩土的工程性质或岩上环境不能满足工程要求时，就需要采取工程措施对岩土进行整治和改造，不仅涉及对岩土性质的认识，而且需要研究如何采用有效的、经济的方法实现工程目的。3．岩土工程服务于各类主体工程的勘察、设计与施工的全过程，是这些主体工程的组成部分。岩土工程学是土木工程的重要分支，是一门涵盖工程地质、土力学、岩石力学、基础工程和地下工程的综合性学科，是在20世纪发展并不断成熟起来的。1925年太沙基出版了第一部经典著作《土力学》，被公认为是近代土力学的开端。第二次世界大战以后，许多国家都致力于振兴经济，大规模的工程建设实践推动了土力学的进步，岩石力学也相应地在这个时期形成与发展。因而，推动了以土力学和岩石力学为基础理论的基础工程和地下工程的设计理论与施工技术的发展。1948年英国《岩土工程》杂志创刊及以后1974年美国土木工程师协会的《土力学与基础工程》杂志更名为《岩土工程》杂志，被视为岩土工程学科逐步得到工程界和学术界公认的标志。在新中国成立以来的50多年中，我国岩土工程建设事业从小到大，得到了迅速的发展，在现代化建设中发挥了重要作用，取得了许多重大的技术成果。特别在1979年创刊了《岩土工程学报》和1982年相继创刊《岩石力学与工程学报》以来的20多年中，我国岩土力学与工程界的学术水平和技术成就更为举世所瞩目，在国际交流中获得了同行的普遍赞誉。二．岩土工程的发展岩土工程的基本学科包括土力学与基础工程学、岩石力学与工程以及工程地质学等。土力学又分为不同的分支，从不同的研究角度，形成不同的分支。有的以土的类型划分；有的以研究方法划分；有的以土的特性划分。近20年，在土力学领域中，形成了土动力学、计算土力学、实验土力学、非饱和土力学、冻土力学以及随机土力学等分支学科。三．岩土工程及相关学科基础工程学涵盖各种类型建筑物、构筑物的各类基础及地基处理的设计与施工技术，其研究领域非常广泛。基础工程服务于各种类型建筑物与结构物，包括建筑工程、桥梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平台等各种陆上、水上、水下和地下的结构物。以土作为材料的工程和以土作为结构物环境的工程，如堤坝、土中隧道等的设计与施工方法，也是土力学与基础工程基本原理的具体应用基础工程的研究内容包括浅基础、深基础和桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等，几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计、计算技术，以及实施设计意图的施工技术和施工组织管理。现代的经济建设和社会发展离不开对岩土的整治、利用和改造。岩土工程是建设工程成败的关键，为社会可持续发展提供必要的保证。由岩层和土层所构成的广袤大地是工程建设的基地，是建筑物的地基，是地下建筑的环境，为土工构筑物提供填筑材料，因此岩层和土层的构造与工程性质直接影响工程建设的质量与造价，对岩土条件认识的偏差可能会导致巨大的损失或事故。人类在与大自然斗争的历史长河中，从正、反两个方面学会了认识岩土、利用岩土和改造岩土的本领，也逐步懂得了岩土工程的作用与重要性，在工程实践的推动下，对岩土工程的研究和应用日益发展。1959年法国67m高的马尔帕塞薄拱坝因坝基失稳而毁于一旦，死亡380人。4年后，意大利265m高的瓦昂拱坝上游托克山左岸发生大规模的滑坡，滑坡体从大坝附近的上游扩展长达1800m，并横跨峡谷滑移300－400m，估计有2－3亿立方米的岩块滑入水库，冲到对岸形成100－150m高的岩堆，致使库水漫过坝顶，冲毁了下游的朗格罗尼镇，死亡约2500人，但大坝却未遭破坏。这两起震惊世界的特大灾害给人们敲响了警钟，在岩石工程中必须重视岩石力学。四、岩土工程在经济建设与社会发展中的作用地基基础设计的基本要求◇地基的强度条件：地基有足够的强度，在荷载作用下，地基土不发生剪切破坏或失稳。◇地基的变形条件：不使地基产生过大的沉降或不均匀沉降，保证建筑物正常使用。◇基础结构本身应有足够的强度和刚度，在地基反力作用下不会产生过大强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。综上所述：地基种类分◇人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。◇天然地基：不需处理而直接利用的地基。地基与基础在工程中的重要性…1⒈地基基础处理不当，影响建筑物的正常使用与安全，如：⑴建筑物倾斜意大利比萨(Pisa)斜塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高48m，再次停工中断82年。1360年再次复工，至1370年竣工，前后历经近200年。该塔共8层，高55m，全塔总荷重145MN，相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°，成为危险建筑。示意图中所示为通过在塔北侧下部钻孔取土的方法对塔纠偏的技术方案。地基与基础在工程中的