土力学绪论

2020/2/151土力学与地基基础土木系第一课：绪论2020/2/152一、本学科的研究内容包括：土质与土力学研究内容：1）土质学内容：确定土的组成成分、组织结构、物理水理性质，制定土的分类2）土力学研究内容：1）、土中的应力与变形特征、地基沉降量计算2）土的强度与承载力确定3）土压力与土坡稳定分析。2020/2/153天然地基浅基础的设计1）、独立基础设计包括独立的刚性基础、扩展基础的结构构造设计与地基设计与验算。2）、梁板式基础的简化计算主要介绍柱下条形基础设计的两种方法：倒梁法、静定分析法。3）地基上梁与板的分析介绍三种弹性地基模型，重点介绍文克勒地基模型。2020/2/154二、本学科的意义随着人口不断密集，人类活动的范围日益狭小，现代工程建设不得不向高（高层建筑）、深（地下工程）、远（高速公路）的方向发展。同时通过对不良场地土体的改善进行工程建设，可以充分地利用日益紧缺的土地资源。因此土质土力学在现代土木工程建设事业中发挥着举足轻重的作用。基础是根本，其的造价往往占总造价30％，且为隐蔽工程，出了事故不易处理。基础的稳固是建筑物安全使用的根本保证。2020/2/155工程实例•下面，通过一系列的工程实例来认识一下学习该课程的意义和作用：•常见的事故有：•1、建筑物的倾斜、开裂：虎丘塔比萨斜塔•2、建筑物的滑移加拿大特朗斯康谷仓3、砂基液化唐山矿冶学院书库•4、土（岩）坡失稳南京江南水泥厂香港宝城大厦•5、沉降量过大上海展览中心馆•6、冻涨开裂盘锦市房屋冻胀开裂2020/2/156三、本学科的发展历史，本学科是人们在在长期工程实践中形成发展起来的一门学科。我国劳动人民从远古时代就能利用土石作为地基和建筑材料修筑房屋了。如西安新石器时代的半坡村遗址，就发现有土台和石础，这就是古代的堂高三尺、茅茨土阶（语见≤韩非子≥）的建筑。我国举世闻名的秦万里长城逾千百年而留存至今。充分体现了我国古代劳动人民的高超水平。2020/2/157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。现在验算其基底压力约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。2020/2/158河北赵州石桥•建于1300多年前（桥长约51m，净跨37m）•建造该桥的石材为青白色石灰岩•比意大利人建石拱桥晚400多年,但在主拱肋与桥面间设计“敞肩拱”，比外国早了1200多年2020/2/159赵州石桥2020/2/1510根据≤梦溪笔谈≥记载，北宋初著名木工喻皓（公元989年）在建造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风，便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降问题了。2020/2/1511而作为本学科理论基础的土力学的发端，始于十八世纪兴起了工业革命的欧洲。随着资本主义工业化的发展，为了满足向国内外扩张市场的需要，陆上交通进入了所谓铁路时代，因此，最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。2020/2/15121773年，法国的C.A.库伦（Coulomb）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。1869年英国的W.G.M.朗肯（Rankine）又从不同角度提出了挡土墙土压力理论。2020/2/15131885年法国J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和变形的Boussinesq解。1922年瑞典W.费兰纽斯（Fellenius）为解决铁路塌方问题提出了土坡稳定分析法。2020/2/15141925年美国K.太沙基（Terzaghi）归纳发展了以往的理论，发表了《土力学》一书，他被认为是土力学的奠基人。从1936年在美国召开的第一届国际土力学与基础工程会议起，土质土力学方面的国际学术交流日益活跃。世界各地包括中国在内的许多国家也都交流和总结了本学科新的研究成果和实践经验，促进了该学科的发展。2020/2/1515时至今日，伴随着工程建设事业突飞猛进的发展，土质土力学围绕从宏观到微观结构、本构关系与强度理论、物理模拟与数值模拟、测试与监测技术、土质改良等方面取得了长足进展。电子技术的应用为这门学科注入了新的活力，实现了测试技术的自动化和理论分析的准确性，标志着本学科进入一个新的时期。2020/2/15162020/2/1517四、学习内容•1．土的成因、结构、物质组成及其与工程地质性质之间的相互关系；一般来说，地质成因相同，处于相似条件下的土体，其工程地质特征具有很大的一致性。由于土体的形成与演变过程决定了土的物质成分与结构组成，成分与结构则是决定其工程地质性质的内在因素，因此根据土的成因、成分进行工程地质分类，分析其工程地质性质的变化规律是土质学研究的重要内容。2020/2/15182．土的工程地质性质，包括土的物理性质、水理性质和力学性质。土的物理性质是指土所处的物理状态，诸如密度、含水状况、孔隙或空隙发育情况等。水理性质是指土与水相互作用所表现出来的特性，如可塑性、胀缩性、吸水性、黄土的湿陷性、砂土的液化和软土的触变等。力学性质是指土在外力作用下或土的受力环境发生改变时表现出的变形和强度特性，包括土体中的应力分布、变形特征和抗剪强度等。2020/2/15193、地基土的压缩性与地基沉降计算受建筑物影响的那部分地层称为地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生变化。这就必须运用力学方法来研究荷载作用下地基土的变形和强度问题，以便地基设计满足二个基本条件：①控制基础沉降使之不超过地基的允许沉降量②作用于地基的荷载不超过地基的承载能力。因此需要学习附加应力和地基沉降量的计算方法，了解地基允许变形量的概念和影响因素等。2020/2/1520•4．地基土的抗剪性和地基承载力需要掌握土的抗剪强度测定的各种方法和工程应用，土的极限平衡的概念和临塑荷载、临界荷载、极限荷载的物理意义和计算方法；确定地基承允许沉载力的理和经验方法。2020/2/15215．土压力和土坡稳定性掌握三种土压力产生条件、计算方法和原理；土坡稳定性的分析原理和计算方法与技巧；土压力和土坡稳定分析理论在支挡结构设计中的应用。2020/2/15226、天然地基浅基础的设计1）、独立基础设计包括独立的刚性基础、扩展基础的结构构造设计与地基设计与验算。2）、梁板式基础的简化计算主要介绍柱下条形基础设计的两种方法：倒梁法、静定分析法。3）地基上梁与板的分析介绍三种弹性地基模型，重点介绍文克勒地基模型。2020/2/15234）、桩基础设计主要介绍单桩承载力的计算、群桩承载力的验算、承台设计验算等桩基设计步骤。5）、深开挖工程中的土力学问题包括基础开挖过程中常见问题、基坑维护的支挡结构设计，如刚性挡土墙与柔性支挡结构设计验算。2020/2/1524结束谢谢！KeepConnectingInTheFuture2020/2/1525此塔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），距今已有1036年悠久历史。全塔7层，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。塔身全部青砖砌筑，外形仿楼阁式木塔，每层都有8个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，建筑精美。1961年3月4日，国务院将此塔列为全国重点保护文物。80年代，塔身已向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达2.31m，而且底层塔身发生不少裂缝，东北方向为竖直裂缝，西南方向为水平裂缝，成为危险建筑而封闭。在国家文物管理局和苏州市人民政府领导下，召开多次专家会议，采取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树根桩加固塔身，由上海市特种基础工程研究所承担施工，获得成功。2020/2/1526返回2020/2/1527这是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。比萨斜塔于１１７４年动工兴建，１３５０年完工，为８层圆柱形建筑，全部用白色大理石砌成，塔高５４．５米，塔身墙壁底部厚约４米，顶部厚约２米余，塔体总重量达１．４２万吨。在底层有圆柱１５根，中间六层各３１根，顶层１２根，这些圆形石柱自下而上一起构成了八重２１３个拱形券门。整个建筑，造型古朴而灵巧，为罗马式建筑艺术之典范。钟置于斜塔顶层。塔内有螺旋式阶梯２９４级，游人由此登上塔顶或各层环廊，可尽览比萨城区风光。2020/2/1528该塔自1173年9月8日动工，至1178年在建至第4层中部，但兴建至第三层时，高度约29m，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，1~6层由优质大理石砌成，顶部7~8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。1590年伽利略在此塔做落体实验，创建了物理学上著名的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历史文物，吸引无数世界各地游客。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。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5.5°，成为危险建筑。2020/2/1529比萨塔倾斜与纠偏塔体出现倾斜的主要原因是土层强度差，塔基的基础深度不够（只有３米深），再加上用大理石砌筑的塔身非常重，因而造成塔身不均衡下沉所致。这种情况的发生，完全是由于建筑师对当地地质构造缺乏全面、缜密的调查和勘测，使其设计有误造成的。为了防止斜塔继续倾斜，当局在斜塔北侧的塔基下码放了数百吨重的铅块，并使用钢丝绳从斜塔的腰部向北侧拽住，还抽走了斜塔北侧的许多淤泥，并在塔基地下打入10根50米长的钢柱。今天看来，意大利政府所采取的种种措施颇具成效，终于使这座举世无双、经历了数百年风雨的罗马式建筑摘掉了钢绳的束缚，摆脱了倒塌的危机。2020/2/1530尽管比萨斜塔正处于拯救之中，但游客仍络绎不绝。（摄于2000年）比萨斜塔是属于比萨大教堂的一座钟楼，是一组古建筑群的组成部分。2020/2/1531返回2020/2/1532该谷仓平面呈矩形，南北向长59.44m，东西向宽23.47m，高31.00m，容积36368立方米，容仓为圆筒仓，每排13个圆仓，5排共计65个圆筒仓。谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深3.66m。谷仓于1911年动工，1913年完工，空仓自重20000T，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了31822谷物时，发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾斜，倾斜度离垂线达26°53ˊ，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。2020/2/1533谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算地基承载力为352kPa，应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为（193.8-276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。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。事故原因：2020/2/1534返回2020/2/1535•香港宝城大厦土坡滑动香港地区人口稠密，市区建筑密集。新建住宅只好建在山坡上。1972年7月，香港发生一次大滑坡，数万立方米残积土从山坡上下滑，巨大的冲击力正好通过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻之间，宝城大厦被冲毁倒塌。因楼间净距太小，宝城大厦倒塌时，砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。宝城大厦居住着金城银行等银行界人士，因大厦冲毁时为清晨7点钟，人们都还在睡梦中，当场死亡120人，这起重大伤亡事故引起了西方世界极大的震惊。2020/2/1536返回2020/2/1537上海展览中心馆上海展览中心馆原称上海工业