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1、本课程与其它课程的关系,理论力学,材料力学,弹性力学,结构力学,土力学与地基基础,高层结构,建筑施工,路基路面,桥梁工程,绪论,土力学研究内容 土力学课程内容 土力学发展史 生活中的土力学 古代工程中土力学的运用 经典工程案例 在上海的工程建设中的应用 土力学的学习方法,土力学研究内容,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的与工程建筑有关的土的变形和强度特性的应用科学 土力学的具体内容包括土的四要素（粒度、密度、湿度、构度），土的三性质（渗透性、压缩性、抗剪性）和土体的三个稳定性（渗透稳定性、变形稳定性和强度稳定性）,绪 言 一、 土力学、地基及基础的有关概念 1
2、 土力学-研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。 2 地基支撑建筑物荷载、且受建筑物影响的那一部分地层称为地基。 3 基础-建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础(参看图o1)。 4 地基基础设计的先决条件： 在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了解、研究地基土(岩)层的成因及构造、它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在(或可能发生)影响场地稳定性的不良地质现象(如滑坡、岩溶、地震等)，从而对场地件作出正确的评价。,5 地基基础设计的两个基本条件： (1)要求作用于地基的荷载不超过 地基的承载能力，保证地基在防止整 体破坏方面有足够
3、的安全储备； (2)控制基础沉降使之不超过地基 的变形允许值，保证建筑物不因地基 变形而损坏或者影响其正常使用。 6 基础结构的型式： 7 地基类型 8 地基基础设计方案的选取原则 9 地基及基础的重要性,二、本课程的特点和学习要求 1 课程的特点： （1）地基及基础课程涉及工程地质学、土力学、结构设计和施工几个学科领域，内容广泛、综合性强； （2）课程理论性和实践性均较强。 2学习要求： (1)学习和掌握土的应力、变形，强度和地基计算等土力学基本原理； (2)学习和掌握浅基础和桩基础的设计方法； (3)熟悉土的物理力学性质的原位测试技术以及室内土工试验方法； （4）重视工程地质基本知识的学习
4、，了解工程地质勘察的程序和方法，注意阅读和使用工程地质勘察资料能力的培养。,第一章 土的物理性质及分类 11 概 述 1土的定义： 土是连续，坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。 2 土的三相组成： 土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。 12 土 的 生 成 一 、地质作用的概念 1地球的圈层构造：,外圈层：大气圈、水圈、生物圈； 内圈层：地壳、地幔、地核。 构成天然地基的物质是地壳内的岩石和土。地壳的一般厚度为30一80km。 2
5、地质作用-导致地壳成分变化和构造变化的作用。 根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用 (1)内力地质作用: 由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动(构造运动)和变质作用。 1)岩浆作用-存在于地壳以下深处高温、高压的复杂硅酸盐熔融体(岩浆)，沿着地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表且冷凝后生成为岩浆岩的地质作用。 2)地壳运动-地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现,为地壳的上拱和下拗，形成大 型的构造隆起和拗陷：水平运动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱和断裂地
6、壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地球表面的基本形态。 3)变质作用-在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩(原来生成的各种岩石)在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生成分、结构、构造变化的地质作用。 (2)外力地质作用： 由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。 1)风化作用-外力(包括大气、水、生物)对原岩发生机械破碎和化学变化的作用。 2)沉积岩和土的生成-原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等,外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代里，
7、沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下， 使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的“土”。 3）风化、剥蚀、搬运及沉积-外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。风化作用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用提供了物质的来源。剥蚀作用与沉积作 用在一定时间和空间范围内，以某一方面的作用为主导，例如，河流上游地区以剥蚀为主，下游地区以沉积为主，山地以剥蚀占优势，平原以沉积占优势,二、矿物与岩石的概念 岩石-一种或多种矿物的集合体。 矿物-地壳
8、中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成份和形态 (一) 造岩矿物 组成岩石的矿物称为造岩矿物。 矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。 区分矿物可以矿物的形状、颜色、光泽、硬度、解理、比重等特征为依据。 （二）岩石 岩石的主要特征包括矿物成分、结构和构造三方面。 岩石的结构岩石中矿物颗粒的结晶程度、大小和形状、及其彼此之间的组合方式。 岩石的构造-岩石中矿物的排列方式及填充方式。,岩浆岩、沉积岩、变质岩是按成因划分的三大岩类，其亚类划分列于表1-3、表1-4、表1-5。 三 地质年代的概念 地质年代-地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物演化相对应的时代段落。 相对
9、地质年代-根据古生物的演化和岩层形成的顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称,“第四纪沉积物(层)”或“土”。 四 第四纪沉积物(层) 不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。 (一)残积物、坡积物和洪积物
10、1残积物 残积物是残留在原地未被搬运的那 一部分原岩风化剥蚀后的产物，而 另一部分则被风和降水所带走。 2坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。,3洪积物(Q”) 由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。 它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物(图14)。 由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群图l5)。如果逐渐扩大以至连接起来， 则形成洪积冲积平原的地貌单元。 洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状(图16)。,(二)
11、冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。,1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元(图17)。 2山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。,(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物(Q”)、 湖泊沉积物(Q)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”)等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的,1-3 土 的 组 成,一 土的固体颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因
12、素。 (一) 土的颗粒级配 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。 土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。 将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸,称为界限粒径。 表l-8提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限粒径200、20、2、005和0005mm把土粒分为六大粒组：漂石块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百 分数)
13、来表示，称为土的颗粒级配。 颗粒分析试验：筛分法；比重计法 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图110所示的颗粒级配累积曲线 由曲线的坡度可判断土的均匀程度 有效粒径；限定粒径。,利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，如与的比值称为不均匀系数： 又如曲率系数用下式表示： 不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度曲率系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。,(二)土粒的矿物成分 土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿
14、物成分对土的性质有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要 。 1、六大粒组的矿物成分 漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒；砂粒；粉粒；粘粒。 2、粘土矿物的比表面 由于粘土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，表面积愈大，这种能力就愈强。粘土矿物表面积的相对大小可以用单位体积(或质量)的颗粒总表面积(称为比表面)来表示。 由于土粒大小不同而造成比表面数值上的巨大变化，必然导致土的性质的突变，所以，土粒大小对土的性质起着重要的作用。,二、土中的水和气 (一)土中水 在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：
15、 1结合水 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到 几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。 由于土粒(矿物颗粒)表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子(如Na、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)， 它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列(图113)。 双电子层,(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性
16、质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0，有溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。,(2)毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自 由水毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。毛细 水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系)和毛细上升水(与地下水相连)两种。 当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧(图114)，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细
17、粘聚力。 (二)土中气 。 I 土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。 三 、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。,在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征称为土的构造，土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征是土的裂隙性。,14 土的三相比例指标,上节介绍了土的组成，特别是土颗粒的粒组和矿物成分，是从本质方面了解土的性质的根据。但是为了对土的基本物理性质有所了解，还需要对土的三相土粒(固相)、土中水(液相)和土中气(气相)的组成情况进
18、行数量上的研究。,土的三相比例指标：土粒比重、含水量、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。,15 无粘性土的密实度,无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。 以下介绍与无粘性土的最大和最小孔隙比、相对密实度等有关密实度的指标。 无粘性土的相对密实度为,根据 值可把砂土的密实度状态划分为下列三种： 密实的 中密的 松散的,砂土的密实度 碎石土的密实度,16 粘性土的物理特征,一 粘性土的界限
19、含水量 粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，叫做界限含水量。,我国目前以联合法测定液限和塑限,二、粘性土的塑性指数和液性指数 1、塑性指数是指液限和塑限的差值(省去符号)，即土处在可塑状态的含水量变化范围。,塑性指数的大小与土中结合水的含量有关 2、液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。,用液性指数可表示粘性土的软硬状态，见表4-14,三、粘性土的灵敏度和触变性 天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的
20、强度降低和压缩性增大土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑(指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏)后的强度之比来表示的。,土的触变性 饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。,17 土的渗透性,土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透水性。 地下水在土中的渗透速度一般可按达西Darcy)根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下(图125)：,粘性土的达西定律,18 地基土(岩)的分类,地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和
21、土(岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。 土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他指标来确定地基的承载力等等。阅读33-39页内容。,第二章 地基的应力和变形,研究地基的应力和变形，必须从土的应力与应变的基本关系出发来研究。当应力很小时，土的应力应变关系曲线就不是一根直线(图21)，亦即土的变形具有明显的非线性特征。,21 概 述,22 土中自重应力,在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个无限大的水平面，因而在任意竖直面和 水平面上均无剪应力存在。可取作用于该水平面上任一单位面积的土柱体自重计算(
22、图22)，即： 地基中除有作用于水平面上的竖向自重应力外，在竖直面上还作用有水平向的侧向自 重应力。由于沿任一水平面上均匀地无限分布，所以地基土在自重作用下只能产生竖 向变形，而不能有侧向变形和剪切形。,必须指出，只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土体的变形，而且粒间应力又是影响土体强度的个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。 以后各章节中把常用的竖向有效自重应力 ，简称为自重应力，并改用符号 表示 。,地基土往往是成层的，成层土自重应力的计算公式：,自然界中
23、的天然土层，一般形成至今已有很长的地质年代，它在自重作用下的变形早巳稳定。但对于近期沉积或堆积的土层，应考虑它在自应力作用下的变形。此外，地下水位的升降会引起土中自重应力的变化(图24)。,例题27 某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于例图21中。试计算地面 下深度为2.5m、5m和9m处的自重应力，并绘出分布图。 解 本例天然地面下第一层粉土厚6m，其中地下水位以上和以下的厚度分别为3.6 m和2.4m，第二层为粉质粘土层。依次计算2.5m、3.6m、5m、6m、9m各深度处的土中竖向自重应力，计算过程及自重应力分布图一并列于例图21中。,2-3基底压力(接触应力),建筑物荷载通过基础传
24、递给地基，在基础底面与地基之间便产生了接触应力。它既是基础作用于地基的基底压力，同时又是地基反用于基础的基底反力。 对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础和墙下条形基础等，其基底压力可近似地按直线分布的图形计算，即按下述材料力学公式进行简化计算。,一、基底压力的简化计算 (一)中心荷载下的基底压力 中心荷载下的基础，其所受荷载的合力通过基底形心。基底压力假定为均匀分布(图25)，此时基底平均压力设计值按下式计算：,(二)偏心荷载下的基底压力 对于单向偏心荷载下的矩形基础如图26所示。设计时，通常基底长边方向取与偏心方向一致，此时两短边边缘最大压力设计值与最小压力设计值按材料力学短柱偏心受压
25、公式计算：,=,矩形基础在双向偏心荷载作用下，如基底最小压力 ，则矩形基底边缘四个角点处的压力,二、基底附加压力 建筑物建造前，土中早巳存在着自重应力。如果基础砌置在天然地面上，那末全部基底压力就是新增加于地基表面的基底附加压力。一般天然土层在自重作用下的变形早巳结束，因此只有基底附加压力才能引起地基的附加应力和变形。 实际上，一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处，该处原有的自重应力由于开挖基坑而卸除。因此，由建筑物建造后的基底压力中扣除基底标高处原有的土中自重应力后，才是基底平面处新增加于地基的基底附加压力，基底平均附加压力值按下式计算(图28)：,有了基底附加压力，即可把它作为作用在弹
26、性半空间表面上的局部荷载，由此根据弹 性力学求算地基中的附加应力。,24 地基附加应力,地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力。其计算方法一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形半空间，这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答。 计算地基附加应力时，都把基底压力看成是柔性荷载，而不考虑基础刚度的影响。,建筑物作用于地基上的荷载，总是分布在一定面积上的局部荷载，因此理论上的集中力实际是没有的。但是，根据弹性力学的叠加原理利用布辛奈斯克解答，可以通过积分或等代荷载法求得各种局部荷载下地基中
27、的附加应力。 (二)等代荷载法 如果地基中某点M与局部荷载的距离比荷载面尺寸大很多时，就可以用一个集中力代替局部荷载，然后直接应用式(212c)计算该点的 。,令 则上式改写为:,K-集中力作用下得地基竖向附加应力系数,简称集中应力系数,按r/z值由表2-1查用。 若干个竖向集中力 作用在地基表面上，按叠加原理则地面下深度处某点的附加应力应为各集中力单独作用时在点所引起的附加应力之和,为均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数，简称角点应力系数，可按m及n值由表22查得。,对于均布矩形荷载附加应力计算点不位于角点下的情况，就可利用式(220)以角点 法求得。图212中列出计算点不位于矩形荷载面角点
28、下的四种情况(在图中0点以下任意 深度z处)。计算时，通过0点把荷载面分成若干个矩形面积，这样,0点就必然是划分出的各个矩形的公共角点，然后再按式(2-20)计算每个矩形角点下同一深度z处的附加应力，并求其代数和。四种情况的算式分别如下,(a)o点在荷载面边缘 式中 ，分别表示相应于面积I和的角点应力系数。必须指出，查表2-2时所取用边长 应为任一矩形荷载面的长度，而 为宽度，以下各种情况相同不再赘述。 (b)o点在荷载面内,(c)o点在荷载面边缘外侧 此时荷载面abcd可看成是由I(ofbg)与(ofah)之差和(oecg)与(oedh)之差合成的，所以,(d)o点在荷载面角点外侧 把荷载面
29、看成由I(ohce)、(ogaf)两个面积中扣除(ohbf)和(ogde)而成的，所以,例题2-3 以角点法计算例图2-3所示矩形基础甲的基底中心点垂线下不同深度处 的地基附加应力的分布，并考虑两相邻基础乙的影响(两相邻柱距为6m，荷载同基础 甲)。 解 (1)计算基础甲的基底平均附加压力标准值如下： 基础及其上回填土得总重 基底平均附加压力设计值 基底处的土中自重压力标准值 基底平均压力设计值,(2)计算基础甲中心点o下由本基础荷载引起的,基底中心点o可看成是四个相等小矩形荷载（oabc）的公共角 点其长宽比l/b2.5/2=1.25，取深度z=0、1、2、3、4、5、6、7、8、10m各计
30、算点，相应的z/b=0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5,利用表22即可查得地基附加应力系数Kc1。z的计算列于例表231根据计算资料绘出z分布图，见例图23,(二)三角形分布的矩形荷载 设竖向荷载沿矩形面积一边b方向上呈三角形分布(沿另一边的荷载分布不变),荷载的最大值为 取荷载零值边的角点1为座标原点(图2-13)则可将荷载面内某点( )处所取微面积 上的分布荷载以集中力 代替。角点1下深度处的M点由该集中力引起的附加应力 ,按式(212c)为： 在整个矩形荷载面积进行积分后得角点1下任意深度z处竖向附加应力 : 式中,同理，还可求得荷载最大值边的角点2下任意深度z处的竖
31、向附加应力为 ： (223) 和 均为 和 的函数，可由表23查用。,(三)均布的圆形荷载 设圆形荷载面积的半径为，作用于地基表面上的竖向均布荷载为 ，如以圆形荷载面的中心点为座标原点o(图214)，并在荷载面积上取微面积 ，以集中力代替微面积上的分布荷载，则可运用式(212c)以积分法求得均布圆形荷载中点下任意深度z处M点的 如下，,三、条形荷载下的地基附加应力 设在地基表面上作用有无限长及条形荷载，且荷载沿 宽度可按任何形式分布，但沿长度方向则不变，此时地基 中产生的应力状态属于平面问题。在工程建筑中，当然没 有无限长的受荷面积，不过，当荷载面积的长宽比l/b10时，计算的地基附加应力值与
32、按 时的解相比误差甚少。因此，对于条形基础，如墙基、挡土墙基础、路基、坝基等，常可按平面问题考虑。条形荷载下的地基附加应力为：,土力学,理论力学,学科,研究对象,材料力学,结构力学,连续固体,弹性力学,流体力学,连续流体,质点或刚体,土力学的研究对象,三相堆积物,返回,土力学的两大问题,1：土的变形 2：土的强度,土力学课程内容,土的物理性质和工程分类 地基的应力和沉降 土的压缩性和地基沉降计算 土的抗剪强度 土压力 土坡稳定分析 地基承载力 浅基础常规设计 桩基础,返回,土力学发展史,本学科理论基础的发端，始于18世纪兴起厂工业革命的欧洲。那时，随着资本主义工业化的发展，工场手工业转变为近代
33、大工业，建筑的规模扩大了。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。,土力学发展史,l773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。 90余年后英国的W.朗肯(Rankine,1869)又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。这对后来土体强度理论的发展起了很大的作用。 法国J.布辛奈斯克(Boussinesq,1885)求得了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。 瑞典W费尔纽斯(Fellenius,1922)为解决铁路塌方问题作出了土
34、坡稳定分析法。这些古典的理论和方法，直到今天，仍不失其理论和实用的价值。,土力学发展史,在长达一个多世纪的发展过程中，许多研究者承继前人的研究，总结了实践经验，为孕育本学科的雏形而作出贡献。1925年K.太沙基(Terzaghi)归纳发展了以往的成就，发表了土力学(Erdbaumechanik)一书。接着，这些比较系统完整的科学著作的出现，带动了各国学者对本学科各个方面的探索。从此，上力学及地基基础就作为独立的科学而取得个断的进展。,返回,The Grandfather of Soil Mechanic,Charles Augustin de Coulomb (1736 1806),返回,Wi
35、lliam John Maquorn Rankine (1820 1872),返回,The Father of Soil Mechanics,Karl von Terzaghi (1923 1963),返回,A.W.Skempton,A.W.Skempton was a well-respected and accomplished professor at Imperial College in the University of London,Henry Philibert Gaspard Darcy(1803-1858),Darcys Law is a generalized relat
36、ionship for flow in rate is a function of the flow area, elevation, fluid pressure and a proportionality constant.,Arthur Casagrande(1902-1981),Being a pioneer, professor Casagrande worked on the fundamental problems of Soil Mechanics, such as soil classification, seepage through earth, and shear st
37、rength. It is safe to assume that the “A-Line” on the plasticity chart is after “Arthur”.,Daniel Bernoulli,Nilmar Janbu,For half a century Nilmar Janbu has been a driving force behind the development of the field of Geotechnics, both in Norway and in the World. Strong in theory, yet with strong inte
38、rest in practical applications, his exciting guidance has been his permanent mark. He has captured many with his so strong, yet friendly personality.,返回,行走的土力学原理,沙滩骑车的土力学原理,Did you even wonder what a city would look like without soil?,David Macaulay, in his book underground has illustrated the found
39、ations and piping from the bottom up without soil. All facilities are built on, in or with earth materials. Thus, the science and engineering of soil and rock, and of the water and other fluids that permeate them are critical for addressing national issues such as infrastructure construction and re-
40、construction, waste management, resource discovery and recovery, mitigation of natural hazards and frontier exploration and development. Geotechnics majors find careers in the broad range of disciplines that draw heavily on the elements of rock and soil mechanics and environmental geology.,返回,古代巨大石碑
41、搬运中土力学原理,赵州石拱桥,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。,北宋李诚所著营造法式记载的古代地基基础的某些具体做法,返回,比萨斜塔,比萨斜塔比萨斜塔自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55
42、m。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。,还有实物照片,Cross section of the tower,苏州虎丘塔,虎丘塔位于苏州市西北虎丘公园山顶，原名云岩寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久历史。全塔七层，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。虎丘塔全部砖砌，外型完全模仿楼阁式木塔，每层都有八个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，十分美观，在建筑艺术上是一个创造。1961年3月4日国务院将此塔列为全国重点文物保护单位。,地质剖面图,目前该塔倾斜严重
43、塔顶偏离中心线2.31m。经勘探发现，该塔位于倾斜基岩上，复盖层一边深3.8m，另一边为5.8m。由于在一千余年前建造该塔时，没有采用扩大基础，直接将塔身置于地基上，造成了不均匀沉降，引起塔身倾斜，危及安全。,加拿大特朗斯康谷仓,加拿大特郎斯康谷仓由65个圆柱形筒仓组成，高31m，底面长59.4m。其下为钢筋混凝土片筏基础，厚2m。 谷仓自重20万kN，当装谷27万kN后，发现谷仓明显失稳，24小时内西端下沉8.8m，东端上抬1.5m，整体倾斜2653。,加拿大谷仓地基滑动而倾倒,返回,加拿大特朗斯康谷仓,地基变形引起的建筑物开裂,返回,土体滑坡,地震引起的房屋倒塌,返回,上海的工程建设,陆家
44、嘴高层建筑群 上海南站南广场 闵行商贸,陆家嘴的高层建筑群,金茂大厦,环球金融中心,返回,金茂大厦工程概况,位于上海浦东陆家嘴，总 建筑面积89500m2。 主楼88层高420.5m, 裙房 6层,层地下室,面积约 21000m2； 巨型框筒结构(以混凝土 为主的钢-混凝土结构)。,地下连续墙,主楼与裙房桩及桩承台平面图,金茂大厦桩基设计,桩基剖面图,返回,工程概况 位于上海浦东新区陆家咀金融贸易中心，是一幢以办公为主的超高层建筑。 主楼建筑面积252935m2，总建筑面积380000m2，地上101层，地下3层，建筑总高度492m。 结构体系由四个角部的组合巨型柱与核心筒组成，巨型柱之间设竖
45、向巨型斜撑，核心筒与巨型柱之间设3榀伸臂桁架。,上海环球金融中心,工程地质概况,持力层与桩型选择,持力层选择,桩型选择 钻孔灌注桩 在厚砂层中成桩速度慢，且在密实的砂层2层中侧摩阻力不能充分发挥，实测单桩承载力往往低于规范估算值。 PHC管桩 施工速度和质量有把握，但进入深砂层的深度有限，单桩承载力受到限制，桩基变形也较难控制。 钢管桩 桩身强度高，可进入密实的砂层一定深度。,3.3 承载力预估,桩位平面布置图,桩基设计,桩基剖面图,沉降计算 盆形沉降 最大沉降80mm,环球金融中心 主楼顺作裙楼逆作流程,塔楼基坑开挖施工现场,塔楼基坑开挖施工现场,返回,上海南站南广场,总平面图,施工现场,施工现场,返回,闵 行 商 贸 总 平 面 图,施工现场,施工现场,土力学学习方法,重视课堂的理论学习，这是掌握土力学基本理论、提高专业水平的重要途径. 重视工程地质勘察报告及现场原作测试技术（设计的依据） 重视地区经验，灵活运用地区性规范、规定、规程（极大的参考价值） 因地制宜，具体分析（可有许多种方案，比较分析,择优选取，优化设计）,“是一门半科学、半艺术的学科” Terzaghi,谢谢大家！,