土力学与地基基础教案.docx

1、土力学与地基基础教案毕节学院建筑工程学院教师教案（20122013学年第2学期)课 程 名 称： 土力学与地基基础 授 课 学 时： 4学时/周 授 课 班 级：2011级建筑工程1、2班 任 课 教 师： 方 娟 毕节学院建筑工程学院课程名称土力学与地基基础授课专业建筑工程技术班级2011级建专1.2班课程编号人数58课程类型必修公共课( ) 专业基础课( ) 专业课( ) 实践课( )选修专业限选课 ( ） 跨专业限选课（ ）专业任选课 ( ) 全校任选课 ( ) 授课方式课堂讲授为主（ ） 实验为主（） 自学为主（ ） 专题讨论为主（ ） 其他：是否采用多媒体授课否考核方式及成绩构成考

2、试( ) 考 查( )成绩构成及比例：平时成绩40%+学期考试60%是否采用双语教学学时分配讲授64学时教材名称作者出版社及出版时间土力学与地基基础张力霆高等教育出版2002.072012.02第10次印刷参考书目土力学地基基础陈希哲清华大学出版社2004.04土力学冯国栋水利电力出版社1988土工原理与计算钱家欢殷宗泽中国水利水电出版社1996教学方式、方法与手段1、教学方式：讲授与讨论结合2、教学手段：使用实验操作、现场实物辅助教学授课时间第1周第16周第一次授课一、授课班级：2011级建筑专科1、2班二、授课次序：第1次课三、授课题目：绪论四、教学内容：1、土力学与地基基础的研究对象及研

3、究内容2、研究土力学与地基基础问题的重要性3、该门课程的特点和学习要求五、教学目的、要求：1、了解土力学与地基基础的研究对象2、了解土力学与地基基础学科的发展历史及现状3、了解土力学与地基基础知识在工程中的重要性4、了解土力学与地基基础课程的实践性特点及学习方法和要求5、掌握土力学、地基、基础的基本概念六、教学重点与难点：土力学与地基基础知识在工程中的重要性、土力学与地基基础课程的实践性特点、土力学、地基、基础及上部结构的基本概念及受荷结构。七、教学方法与手段：1、教学方式：讲授与讨论结合2、教学手段：使用教具、图形辅助教学八、教学过程（一）引导学生树立专业课程概念引入土力学与地基基础的概念、

4、研究内容，初步引导学生认识该专业课程的特点、实践要求；举例说明常见地基基础失稳实例、分析结构破坏原因，使学生意识到土力学与地基基础对于工程的重要性及学习专业知识的必要性。（二）引入新课、板书课题与学生互动，举例从古至今由于地基基础问题造成的建筑物破坏，引导学生思考分析事故原因。介绍该门课程的重要性及研究对象。（三）新课进行 1 概念（板）土力学利用力学的一般原理研究土的物理、化学和力学性质以及土体在荷载、水、温度等外界因素作用下的工程性状的应用科学。地基支撑基础的土体或岩体称为地基。基础承上启下，将上部结构荷载传递到地基的那部分结构，属于结构的一部分 2 土力学与地基基础工程实例（讲述）2.1

5、成功经验远古：土墙筑房、打夯、石灰土、古长城、大运河、西汉、隋、唐的宫殿、古塔、赵州桥都有牢固的基础。近代：50年代修建的武汉长江大桥：首先采用管柱基础 60年代修建的南京长江大桥：沉井基础、沉井套管柱 我国最长的钻孔灌注桩(bored pile)100米。当代：各种地基上的高层建筑、大跨度桥梁基础、深基坑支护、近100米的铁路桥墩基础、各种地基处理方法，可以说无所不能。2.2失败实例（1）比萨斜塔塔高55米，共八层，历时197年（11731370），因塔身倾斜，不知原因而停工两次。塔北沉降量90cm，南侧沉降量270cm，向南倾斜，倾斜角5.5，处于极危险状态，随时有可能倒塌。原因：基底第2

6、层为5.4m粉砂层，因施工不慎，南侧粉砂局部外挤，造成偏心荷载，塔向南倾斜。基底压力高达500Kpa，超过持力层粉砂的承载力，地基产生塑性变形，使塔下沉。南侧接触压力大于北侧，使塔的倾斜加剧。粉砂层下的黏土层厚达30m，呈饱和状态，土体产生蠕变(creep)。比萨平原深层抽水，地下水位下降，相当于大面积加载，这是近年来倾斜加剧的重要原因。地基严重下沉(settlement)墨西哥市艺术馆1904年落成，至今近100年历史。地基持力层为超高压缩性极软弱淤泥，严重下沉，沉降量高达4m，临近的公路下沉2m。上海磁悬浮轨道下沉2004-04-13日磁悬浮轨道出现了下沉。引起了境外媒体的极大关注。消息传

7、开，在上海市民中引起不小的震动。软土地基惹的祸“磁悬浮轨道共有2500多个墩支撑，每隔25米一个。对于每个墩位下的软土都进行了钻孔探测，然后根据实际情况打桩。上海处在冲积平原地带，土质很软，属于软土地基，所以在此基础上建造的建筑物势必会有下沉现象。而这次磁悬浮列车轨道的下沉属于“预计允许范围内的沉降”，轨道的略微下陷不会影响正常的运行。“下沉有整体下沉和局部下沉两种。如果是整体下沉就没有问题，局部下沉可能就有危险。”磁悬浮列车轨道究竟是如何下沉的、下沉的幅度有多大、有何应对措施，还在猜测之中。潇湘晨报2004年4月12日报道：长沙市望城县余栋刚装修好新楼才住了天，地基下沉了厘米左右，墙壁上一道

8、道裂缝和悬空的基础。建筑物地基液化(liquefaction of sand)失效河北省唐山矿冶学院书库为一幢四层大楼。1976年7月28日凌晨，当地发生7.8级强烈地震，该书库不仅墙体严重开裂，整体倾斜，而且由于震沉只剩下三层。土体滑坡(landslide) 1893年发生在挪威的凡德仑滑坡，滑坡持续约30分钟，黏土象水一样流下河谷，滑坡流动速度比任何骑士还快。这次滑坡使112人丧生，16个农场被毁。滑坡体达5500万m3,覆盖2.9km2的面积。在这次滑坡之前牛羊都不安定，并注意到硫磺气味。2003-6-7下午，正当施工人员对开福区戴家河垸堤进行高喷灌浆紧急加固时，突然发现这些裂缝越来越宽

9、，其中，靠五合垸的半边堤身已经滑向堤脚，长达余米，堤段裂缝宽约厘米，情况十分紧急。 专家分析，戴家河间堤原只有米多宽，但是为了方便通车，当地人每年都用大量土石向外填筑路面，到现在，间堤路面已经达到了近米。由于当时缺乏技术指导，填筑质量较差，没有经过正规的碾压，加上前段时间雨水浸泡，堤脚松软，所以才会出现外脱坡现象。3 土力学与地基基础研究内容（板）土力学（土工试验力学原理）工程应用-研究工程建设中与土有关的问题- 土力学的核心内容是一个原理，两个理论，即饱和土的有效应力原理，饱和土的固结理论和刚塑性极限平衡理论。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

10、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）。工程中涉及的土体工程主要有地基基础工程、边坡工程和地下工程。4土力学与地基基础发展历史及研究现状（讲述）4.1经典土力学（1923-1963）核心内容是一个原理，两个理论，即饱和土的有效应力原理，饱和土的固结理论和刚塑性极限平衡理论。1773年 库仑建立了土的抗剪强度定律；1857年 朗肯建立了土压力理论；1903年 莫尔发展了库仑定律建立了莫尔-库仑强度理论；1923年 太沙基建立了有效应力原理；1927年 Fellenius提出了条分法；1937年 Taylor 提出了土坡分析方法；1941年 Biot建立了三维一般固结

11、理论；1942年 索科洛夫斯基撰写了散体土力学；1943年 太沙基撰写了第一本理论土力学；1955年 Bishop 提出了一种圆弧条分法；1956年 完善了地基沉降计算方法。4.2现代土力学（1963-）核心内容是一个模型，三个理论，四个分支。即本构模型，非饱和土固结理论、液化破坏理论及逐渐破坏理论，理论土力学、计算土力学、实验土力学和实用土力学。1963年 Roscoe发表了著名的剑桥模型；非线性本构模型得到了深入大量的研究和应用；损伤力学模型的引入和结构性模型的初步研究；非饱和土固结理论的研究；砂土液化理论的研究；剪切带理论及渐进破坏问题的研究；土的细观力学研究。5 课程特点和学习方法（讲

12、述）土力学（土工试验力学原理）工程应用。在学习土力学理论的前提下，通过试验、实测并根据实践经验进行综合分析，以此来解决地基基础问题。（四）复习巩固、习题处理无（五）作业布置：无第二次授课一、授课班级：2011级建筑专科1、2班二、授课次序：第2次课三、授课题目：第一章 土的物理性质与工程分类1.1土的概念与基本特征1.2土的成因1.3土的组成1.4土的三相指标四、教学内容：1、土的成因及基本特征2、土的三相组成3、土的基本物理性质指标五、教学目的、要求：1、掌握土的基本特性；2、了解土的成因及影响土性质的结构构造；3、掌握土的三相组成及基本物理性质指标计算方法。六、教学重点与难点：教学重点：土

13、的组成，三相含量指标和物理状态指标的计算，土的分类。密度、含水量、液限及塑限试验和试验资料整理。教学难点：认识土的物理指标和状态指标的变化对土强度和变形性质的影响。七、教学方法与手段：1、教学方式：讲授与讨论结合2、教学手段：使用教具、图形辅助教学八、教学过程（一）复习旧课土力学与地基基础课程的研究内容及重要性。（二）引入新课、板书课题上节课讲到的土力学与地基基础课程的研究内容及重要性，本节课主要讲述土的组成、结构构造和基本物理性质。（三）新课进行1、土的概念及基本特征材料的组成：包括化学组成、矿物组成和相组成。化学组成是决定材料各种性质的决定性因素。2、建筑材料的结构构造材料的结构可分为宏观

14、结构、细观结构和微观结构。它是决定材料各种性质的最重要因素。2.1宏观结构（构造）：用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织称为宏观结构，可分为：（1）致密结构如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等，其特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好。（2）多孔结构如加气混凝土、泡沫塑料等，其特点是强度较低，吸水性大，抗渗和抗冻性较差，绝缘性较好。（3）微孔结构如普通烧结砖、建筑石膏制品等，其特点与多孔结构材料特点相同。（4）纤维结构如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等，其特点是平行纤维方向与垂直纤维方向的各种性质具有明显差异。（5）片状或层状结构如胶合板、纸面石膏板、各种夹

15、心板等，其特点是平面各向同性，同时提高了材料的强度、硬度等，综合性能好。（6）散粒结构如砂子、石子、膨胀珍珠岩等，其特点是颗粒之间存在大量空隙，其空隙率大小主要取决于颗粒级配、颗粒形状及大小等。2.2细观结构：用光学显微镜所观察到的微米级组织结构称为细观结构。材料的细观结构对其力学性质、耐久性等影响很大。2.3微观结构：用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来研究材料原子、分子级的微观组织称为微观结构，分为晶体与非晶体。3、建筑材料的基本物理性质3.1密度、表观密度与堆积密度（1）密度（）：是指材料在绝对密实状态下，单位体积的干质量。（2）表观密度（o）：是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。（3

16、）堆积密度（o）：是指粒状或粉状材料在堆积状态下，单位体积的质量。重点比较三者之间的区别。3.2材料的密实度与孔隙率（1） 密实度（D）：是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体体积占总体积的比例。（2）孔隙率（P）：指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。 D+P=13.3材料的填充率与空隙率（1）填充率（D）：是指散粒材料在堆积体积中，被其颗粒填充的程度。（2）空隙率（P）：是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。 D+P=13.4材料与水有关的性质（1）材料的亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，能被水湿润者为亲水性，具有亲水性的材料称为亲水材料；否则为憎水

17、性，具有憎水性的材料称为憎水性材料。（2）材料的吸水性与吸湿性a含水率（Wh）：指材料中所含水的质量占其干质量的百分率。b吸水性：指材料与水接触吸收水分的性质，其大小用吸水率表示，分为体积吸水率和体积吸水率。一般材料的孔隙率愈大，吸水性愈强；开口而连通的细小孔隙愈多，吸水性愈强；闭口孔隙，水分不易进入；开口的粗大孔隙，水分容易进入，但不能存留，故吸水性较小。材料的吸水性会对其性质产生不利影响。如材料吸水后，使其质量增加，体积膨胀，导热性增加，强度和耐久性下降。(3)材料的耐水性耐水性是指材料长期在水作用下，保持其原有性质的能力。结构材料的耐水性主要指强度的变化，用软化系数（KR）来表示。KR的

18、大小，说明材料吸水饱和后其强度下降的程度。KR越大，表明材料吸水饱和后其强度下降越少，其耐水性越强；反之则耐水性越差。一般认为KR0.85的材料，称为耐水性材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构物，应选用KR0.85的材料；受潮较轻的或次要结构物，应选用KR0.75的材料。(4)材料的抗渗性抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性能。用抗渗系数K表示。(5)材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，其强度也不严重降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，质量损失和强度下降均不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示3.5材料与水有

19、关的性质材料的热性质(1)导热性材料传递热量的性质称为材料的导热性。用导热系数表示。导热系数越小，材料的隔热保温性能越好。(2)热容量材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。用Q表示(3)热变形性材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质，称为材料的热变形性。用线膨胀系数表示。线膨胀系数越大，表明材料的热变形量越大。(4)耐燃性材料在空气中遇火不着火燃烧的性能，称为材料的耐燃性。按照遇火时的反应将材料分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。（四）复习巩固、习题处理详述建筑材料按照用途分类的种类，并举例说明（五）作业布置：课本p22第16题。第三次授课一、授课班级：2011级建筑专

20、科1、2班二、授课次序：第3次课三、授课题目：材料的力学性质材料的耐久性四、教学内容：1、材料的强度与等级2、材料的变形弹性与塑性3、材料的脆性与韧性4、材料的硬度与耐磨性5、材料的耐久性（影响因素、测定及提高耐久性的重要意义）五、教学目的、要求： 1、了解材料的几种受力状态2、掌握每种受力状态下材料的强度计算公式3、理解影响材料强度的因素4、了解常用材料的强度等级划分5、掌握材料的变形特性，掌握弹性、塑性、脆性与韧性的定义及物理意义；了解材料的硬度与耐磨性的概念6、理解材料的耐久性，影响材料耐久性的主要因素及提高材料耐久性的重要意义六、教学重点与难点：每种受力状态下材料的强度计算公式；影响材

21、料强度的因素；材料的变形特性。七、教学方法与手段：1、教学方式：讲授与讨论结合2、教学手段：使用教具、图形辅助教学八、教学过程（一）复习旧课建筑材料的化学组成、结构及其基本物理性质。（二）引入新课、板书课题材料的力学性质是指材料在外力作用下的变形及抵抗破坏的性质。材料所处受力状态不同，其所具的强度不同。材料的耐久性是指材料在环境条件下，能够经久不坏，长久保持其性能的性质。（三）新课进行 1 材料的强度（板）材料常见的受力状态1、强度：是指材料在外力（荷载）作用下不破坏时能承受的最大应力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗弯（抗折）、抗剪强度等。2、强度等级：根据其极限强度的大小，

22、划分成若干不同的等级，称为材料的强度等级。脆性材料主要根据其抗压强度来划分；塑性材料和韧性材料主要根据其抗拉强度来划分。3、比强度：材料的强度与其表观密度的比值，称为比强度。它是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。比强度越大，则材料的轻质高强性能越好。4、弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复到原形状的性质。5、塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。6、脆性：材料在外力作用下，直到破坏前并无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质。7、韧性：材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质。8、硬度与耐磨性定义9

23、、材料的耐久性：材料在使用过程中，能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不失去其原有性能的性质。（四）复习巩固、习题处理课本p22第16题。（五）作业布置：无第四次授课一、授课班级：2011级建筑专科1、2班二、授课次序：第4次课三、授课题目：第二章 无机气硬性胶凝材料四、教学内容：1、概述2、石灰3、石膏五、教学目的、要求： 1、了解无机气硬性胶凝材料的定义、分类2、掌握石灰的原材料、生产工艺、技术性质及应用3、掌握石膏的原材料、生产工艺、主要技术性质及应用。六、教学重点与难点：石灰的熟化、凝结硬化；石灰的主要技术性质和应用；石膏的熟化、凝结硬化；石膏的主要技术性质和应用。七、教学方法与手段：

24、1、教学方式：讲授与讨论结合2、教学手段：使用教具、图形辅助教学八、教学过程（一）复习旧课建筑材料的力学性质、材料的耐久性（二）引入新课、板书课题无机气硬性胶凝材料石灰原料、生产工艺、熟化、凝结硬化、主要技术性质、应用石膏原料、生产工艺、熟化、凝结硬化、主要技术性质、应用（三）新课进行 1、胶凝材料的概念和分类（板）在建筑工程中，将散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖或石块）粘合为一个整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。有机胶凝材料又分为沥青类、天然树脂类、合成树脂类；无机胶凝材料又分为气硬性胶凝材料（如石膏、石灰、水玻璃、菱苦土）、水硬性胶凝材料（如硅酸

25、盐水泥、铝酸盐水泥及其他水泥）。2、石灰（板）：2.1原材料：含碳酸钙的石灰石、白云石和白垩。2.2生产：石灰石高温煅烧得到CaO和CO2，前者称为生石灰。2.3石灰的熟化：生石灰（CaO）加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。石灰熟化过程中由于欠火或过火会产生“欠火石灰”和“过火石灰“。为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。2.4石灰的凝结硬化结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水

26、分并被蒸发：2.5石灰的主要技术性质（1）可塑性好（2）凝结硬化慢、强度低（3）耐水性差（4）干燥收缩大2.6石灰的应用（1）石灰乳涂料和抹面（2）石灰混合砂浆（3）石灰土和三合土（4）生产硅酸盐制品3、石膏（板）3.1原料：生石膏-aSO42H2O（生产建筑石膏最主要的原料）3.2生产：生石膏在一定温度下煅烧得到半水石膏，称为熟石膏。两种不同温度压力下的熟石膏分别称为型建筑石膏、型建筑石膏，后者由于其晶粒较细，硬化后强度较高，称为高强石膏。3.3水化与凝结硬化：建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。

27、随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏的终凝。3.4 石膏的主要技术性质：（1）凝结硬化快（2）强度高（3）体积微膨胀（4）色白可加彩色（5）保温性能好（6）耐水性差、具有一定的调湿功能（7）防火性好3.5石膏的应用（1）石膏砂浆及粉刷石膏（2）建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等（3）制作建筑雕塑和模型（四）复习巩固、习题处理无（五）作业布置：课本P34页第5、6、10、11.第五次授课一、授课班级：2

28、011级建筑专科1、2班二、授课次序：第5次课三、授课题目：第二章 无机气硬性胶凝材料四、教学内容：1、水玻璃2、镁质胶凝材料五、教学目的、要求： 1、了解水玻璃的分类；掌握水玻璃的组成；理解水玻璃的凝结硬化及其过程中的特点 2、了解镁质胶凝材料的原材料和生产；掌握镁质胶凝材料的凝结硬化；掌握。六、教学重点与难点：教学重点：水玻璃的凝结硬化及其过程中的特点、镁质胶凝材料的凝结硬化；水玻璃的主要技术性质及应用；镁质胶凝材料的主要技术性质及应用。教学难点：水玻璃的凝结硬化及其过程中的特点、镁质胶凝材料的凝结硬化。七、教学方法与手段：1、教学方式：讲授与讨论结合2、教学手段：使用教具、图形辅助教学八

29、、教学过程（一）复习旧课无机气硬性胶凝材料、石灰、石膏（副板）（二）引入新课、板书课题1、水玻璃 2、镁质胶凝材料（三）新课进行 1、水玻璃（板）水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。水玻璃分为钠水玻璃（Na2OSiO2）和钾水玻璃（2SiO2），土木工程中常用钠水玻璃。1.1水玻璃的生产石英砂加上纯碱，高温煅烧得到固体Na2OSiO2，再在高温或高温高压水中溶解，得到溶液状的水玻璃制品。1.2水玻璃的凝结固化特点：1、速度慢2、体积收缩3、强度低为加速水玻璃的凝结固化速度和强度，常加入12%15%的固化剂。1.3水玻璃的主要技术性质（）粘结力强（）耐酸性好。 （）耐热性高 （4）耐碱性和耐水性差1.4水玻璃的应用（1）用作涂料，涂刷材料表面（2）配制防水剂（3）加固土壤（4）配制水玻璃砂浆。 （5）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土2、镁质胶凝材料（板）2.1镁质胶凝材料的定义：以MgO为主要成分的无机气硬性胶凝材料，又称菱苦土。2.2镁质胶凝材料的生产：将菱镁矿经煅烧磨细而制成的2.3镁质胶凝材料的凝结硬化 2.4镁质胶凝材料的技术性质与应用（四）复习巩固、习题处理课本P34页第5、6、10、11.（五）作业布置：课本P34页第14、15.第六次授课一、