土力学及地基基础教案完整Word下载.docx

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地基基础部分第6-10章

第1-2章基本概念的介绍

一、基本概念：

1、关于土的概念

（1）、土的定义：

土是地表岩石经长期风化、搬运和沉积作用，逐渐破碎成细小矿物颗粒和岩石碎屑，是各种矿物颗粒的松散集合体。

（2）、土的特点：

1）散体性

2）多孔性

3）多样性

4）易变性

（3）、土在工程中的应用

1）作为建筑物地基

2）作为建筑材料

3）建筑物周围环境

2、土力学：

研究土的特性以及土体在各种荷载作用下的性状的一门力学分支。

3、地基与基础的概念

（1）、基础：

1）定义：

建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间的连接作用。

（是建筑物的一部分）

2）分类：

按埋深可分为：

浅基础：

采用一般的施工方法和施工机械（例如挖槽、排水）施工的基础（埋置深度不大，一般5m）。

埋深较小，可采用

深基础：

需借助特殊施工方法的基础（埋置浓度超过5m）。

桩基础、地下连续墙

（2）地基

基底以下的土体中因修建建筑物而引起的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层。

（承受建筑物荷载而应力状态发生改变的土层。

）（地层）

持力层：

直接与基础接触，并承受压力的土层

下卧层：

持力层下受建筑物荷载影响范围内的土层。

天然地基：

在天然土层上修建，土层要符合修建建筑物的要求（强度条件、变形条件）

人工地基：

经过人工处理或加固地基才能达到使用要求的地基。

二、重要性：

地基和基础是建筑物的根本，又位于地面以下，属地下隐蔽工程。

它的勘察、设计以及施工质量的好坏，直接影响建筑物的安全，一旦发生质量事故，补救与处理都很困难，甚至不可挽救。

三、与土有关的工程问题

（一）变形问题

1、意大利比萨斜塔

意大利比萨斜塔

举世闻名的意大利比萨斜塔就是一个典型实例。

因地基土层强度差，塔基的基础深度不够，再加上用大理石砌筑，塔身非常重，1.42万吨。

500多年来以每年倾斜1cm的速度增加，比萨斜塔向南倾斜，塔顶离开垂直线的水平距离已达5．27m，比萨塔的倾斜归因于它的地基不均匀沉降。

比萨斜塔全景

2、苏州市虎丘塔：

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。

1980年6月虎丘塔现场调查，当时由于全塔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，成为危险建筑而封闭、停止开放。

虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成，块石最大粒径达1000mm。

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。

塔倾斜后，使东北部位应力集中，超过砖体抗压强度而压裂。

3、上海锦江饭店

1954年兴建的上海工业展览馆中央大厅，因地基约有14m厚的淤泥质软粘土，尽管采用了7.27m的箱形基础，建成后当年就下沉600mm。

1957年6月展览馆中央大厅四角的沉降最大达1465.5mm，最小沉降量为1228mm。

1957年7月，经苏联专家及清华大学陈希哲教授、陈梁生教授的观察、分析，认为对裂缝修补后可以继续使用（均匀沉降）。

（二）强度问题

1、加拿大特朗斯康谷仓

加拿大特朗斯康谷仓严重倾倒，是地基整体滑动强度破坏的典型工程实例。

1941年建成的加拿大特朗斯康谷仓，由于事前不了解基础下埋藏厚达16m的软粘土层，初次贮存谷物时，就倒塌了，地基发生了整体滑动，建筑物失稳，好在谷仓整体性强，谷仓完好无损，事后在主体结构下做了70多个支承在基岩上的砼墩，用了388个500KN的千斤顶，才将谷仓扶下，但其标高比原来降低了4m。

（三）渗透问题

1963年，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。

我国连云港码头的抛石棱体，1974年发生多次滑坡。

1998年长江全流域特大洪水时，万里长江堤防经受了严峻的考验，一些地方的大堤垮塌，大堤地基发生严重管涌，洪水淹没了大片土地，人民生命财产遭受巨大的威胁。

仅湖北省沿江段就查出4974处险情，其中重点险情540处中，有320处属地基险情；

溃口性险情34处中，除3处是涵闸险情外，其余都是地基和堤身的险情。

四、土力学研究内容与学习建议

1、土力学的主要内容有以下三部分内容：

一是土的基本性质，包括物理性质和力学性质；

二是土体受力后的变形与稳定性问题；

三是工程应用的要求和措施，主要是地基设计与处理等。

四是掌握天然地基上一般浅基础的简单设计方法或验算方法

五能正确的使用《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）

2、学习建议

土力学的学习包括理论、试验和经验。

理论学习：

掌握理论公式的意义和应用条件，明确理论的假定条件，掌握理论的适用范围；

试验：

了解土的物理性质和力学性质的基本手段，重点掌握基本的土工试验技术，尽可能多动手操作，从实践中获取知识，积累经验；

经验在工程应用中是必不可少的，工程技术人员要不断从实践中总结经验，以便能切合实际地解决工程实际问题。

五、土力学发展历史

土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及其规律等的一门科学。

它既是一门古老的工程技术，也是一门年轻的应用科学。

古人兴建的大型水利工程、宫殿、庙宇、堤坝、大运河、桥梁等，都为本学科的发展积累了丰富的经验，奠定了古典土力学的基础。

然而，这些仅限于工程实践经验，未能形成系统的理论。

土力学的系统理论始于18世纪兴起工业革命的欧洲。

经过17、18世纪很多学者的研究，初步奠定了土力学的理论基础。

但直到1925年美国著名科学家、土力学奠基人太沙基归纳前人的成就，发表了《土力学》一书，比较系统地介绍了土力学的基本内容，土力学才成为一门独立的学科。

20世纪60年代后期，由于计算机的出现、计算方法的改进与测度技术的发愤以及本构模型的建立等，以迎来了土力学发展的新时期。

现代土力学主要表现为一个模型（即本构模型）、三个理论（即非饱和土的固结理论、液化破坏理论和逐渐破坏理论）、四个分支（即理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学）。

其中，理论土力学是龙头，计算土力学是筋脉，实验土力学是基础，应用土力学是动力。

未来人类的发展将面对资源与环境以人类生存的挑战，更多的岩土工程问题需要解决，青年学生作为祖国的栋梁，将要肩负起历史的重任。

课题:

第二章土的物理性质与地基土分类

使学生了解土的物理性质和工程力学性质及其变化规律，掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换。

土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。

指标间的相互转换及应用。

8学时，其中实践性教学4学时。

习题1、2

补充一题

学生对各物理指标之间的掌握与理解较难，可增加一些例子。

第二章土的物理性质与地基土分类

一、土的成因与组成：

1、土的成因：

（风化、搬运、沉积）

（1）、残积物：

是指残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物。

（2）、坡积物：

（3）、洪积物：

（4）、冲积物：

2、土的组成：

（1）、由固体颗粒、水、气体组成的三相体系；

（2）、土体的三相比例，即固体颗粒、水、气体的比例；

饱和土（地下水位以下即孔隙中全充满水）

干土（土体中孔隙全充满空气）

湿土（两者兼而有之）

（3）、土的固体颗粒：

1）、颗粒级配：

是指土工程下常以土中各个粒组的相对会含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示土粒的大小及其组成情况。

2）、通过筛分法和密度计法；

3）、不均匀系数CU反映颗粒级配的不均匀程度：

CU=d60/d10

d60：

小于某粒径质量占土的总质量的60%时所对应的粒径，称限定粒径；

d10：

小于某粒径的土粒质量占土的总质量的10%时所对应的粒径，称为有效粒径；

CU：

越大，级配越良好，作为填方工程的土料时，易获得较大的密实度；

CU≤5，级配不良的；

CU>

10，级配良好的土；

（4）、土中水：

结合水：

强结合水:

没有传递静水压力和溶解盐类的能力,不受重力作用。

弱结合水：

具有较高的粘滞性和抗剪强度，不过仍不能传递静水压力。

使土具有可塑性，对粘性土影响较大，可使土由一种状态到另一种状态。

自由水：

毛细水：

存在地下水位以有------考虑建筑防潮

重力水：

存在地下水位以下------对施工、土的力学性质影响最大。

（5）、土中气体：

单粒结构：

紧密状------天然地基

疏松状------人工地基

蜂窝结构

絮状结构：

人工地基------存在空隙------需进行人工处理

3、土的特性：

（1）、高压缩性：

（2）、强渗透性：

（3）、低承载力：

二、土的物理性质指标：

1、土的三相图：

右侧表示三相组成的体积关系；

左侧表示三相组成的质量关系；

2、基本指标：

（三个）

（1）土的密度ρ和重度单位体积内土的质量称为土的密度ρ；

单位体积内土的重量称为土的重度。

式中g——为重力加速度，约等于9.807m/s2，一般在工程计算中常近似取g=10m/s2。

密度的单位为g/cm3或t/m3，重度的单位为kN/m3。

天然状态下土的密度变化范围比较大，一般粘性土ρ=1.8～2.0g/cm3,砂土ρ=1.6～2.0g/cm3。

粘性土的密度一般用“环刀法”测定。

（2）.土粒相对密度（土粒比重）ds土粒质量与同体积的4oC时纯水的质量之比，称为土粒相对密度（无量纲）。

土粒相对密度的变化范围不大，常用比重瓶法测定。

土粒相对密度取决于土的矿物成分，粘性土一般在2.70～2.75左右;

砂土一般在2.65左右。

（3）.土的含水量w土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示），称为土的含水量。

含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标。

天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。

同一类土，含水量越高，则土越湿，一般来说也就越软。

3、换算指标：

（1）干密度ρd和干重度d单位体积内土颗粒的质量称为土的干密度ρd；

单位体积内土颗粒的重量称为土的干重度d。

在工程上常把干密度作为检测人工填土密实程度的指标，以控制施工质量。

（2）．土的饱和密度ρsat和饱和重度sat饱和密度是指土中孔隙完全充满