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土力学与基础工程SoilMechanicsandFoundationEngineering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!与土有关的典型工程失败案例•一、与土或土体有关的变形问题•二、与土或土体有关的强度问题•三、与土或土体有关的渗透变形问题——是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼，是比萨城的标志。比萨斜塔是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。在建筑的过程中就已出现倾斜，原本是一个建筑败笔，却因祸得福成为世界建筑奇观。伽利略的自由落体试验更使其蜚声世界，成为世界著名旅游观光圣地。一、变形问题——意大利比萨斜塔始建于1173年，60米高。1271年建成。平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心5.27米但随着时间的推移，斜塔倾斜角度的逐渐加大，到上个世纪九十年代，已濒于倒塌。比萨斜塔-不均匀沉降的典型原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度低，变形大。比萨斜塔-不均匀沉降的典型原因：是由于它地基下面土层的特殊性造成的。其下有好几层不同材质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成，而在深约一米的地方则是地下水层。最新的挖掘表明，钟楼建造在了古代的海岸边缘，因此土质在建造时便已经沙化和下沉。1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理目前:已向游人开放。处理措施比萨斜塔苏州虎丘塔概况：建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。原因：坐落于不均匀粉质粘土层，产生不均匀沉降。处理：在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工岛日本关西机场关西机场问题：沉降大且不均匀•设计沉降：5.7-7.5m•完成时(1990年)实际沉降：8.1m，5cm/月•预测主固结需：20年•比设计多超填：3m上海展览中心地基严重下沉墨西哥市艺术宫地基土为超高压缩性土。天然孔隙比7～12，天然含水量150％～600％，为世界罕见的软弱土，层厚25m。下沉达4m，旁边的道路下沉2m。广州地铁三号线附近居民楼倾斜一、强度问题——加拿大特朗斯康谷仓事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时，•1小时竖向沉降达30.5cm•24小时倾斜26°53ˊ•西端下沉7.32m东端上抬1.52m•上部钢混筒仓完好无损概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000T。加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓原因：地基土事先未进行调查，只根据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。处理：事后在下面做了70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。2653失事后1913.10.181952.10.5试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3试验孔加拿大特朗斯康谷仓1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆某水泥仓的倾覆蓝粘土石头和粘土地基土可能的滑动方向岩石办公楼外墙黄粘土水泥仓地基整体破坏香港宝城滑坡原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角。死亡６7人。Early1972滑坡前July1972滑坡后阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象神户码头：地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤地基液化造成的路面塌陷阪神大地震中的地基液化1964年日本新泻地震地基的大面积液化土坝，高90m，长1000m，1975年建成次年6月失事Teton坝（美国）损失直接8000万美元，起诉5500起，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路被冲三、渗透问题——Teton坝渗流破坏过程原因渗透破坏：冲蚀——水力劈裂造成土体管涌或直接对槽底松土产生管涌1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。12：00过后坍塌口加宽失事现场目前的状况加拿大特朗斯康谷仓地基失稳香港宝城滑坡阪神等大地震中地基液化强度问题案例总结意大利比萨斜塔苏州虎丘塔日本关西机场变形问题美国Teton坝失事渗透问题目录1、绪论2、土的物理性质及工程分类3、土中应力计算4、土的压缩性和地基沉降计算5、土的抗剪强度6、土压力和土坡稳定7、浅基础设计8、桩基础和深基础1、绪论1.1土力学、地基及基础的定义1.2本课程的内容、学习方法和要求1.3本学科发展概况1.4与土力学有关的工程问题1.1土力学、地基及基础概念土力学——工程力学的一个分支，用于研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性的一门学科。地基种类•天然地基——未经人工处理就可满足设计要求的地基。•人工地基——地层承载力不能满足设计要求，需进行加固处理的地基。基础种类•浅基础——埋深3～5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础。•深基础——借助于特殊施工方法建造的基础。如桩基、墩基、沉井和地下连续墙。地基与基础设计的基本条件作用于地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力值。基础沉降不得超过地基变形容许值。具有足够防止失稳破坏的安全储备。1.2本课程的内容、学习方法和要求本课程是土木工程专业的一门主干专业课程，涉及地质学、结构设计和施工等几个学科领域。1.相关知识：材料力学、结构力学、弹性力学、建筑材料、建筑结构、工程地质2.研究对象：各向异性土体3.研究重点：土的变形、强度、稳定性研究内容•研究与工程建筑有关的土的变形和强度特性，并据此计算土体的固结与稳定，为各项专门工程服务。应力分布理论地基变形计算渗透固结理论土压力计算土坡稳定性分析地基承载力计算强度破坏理论有效应力原理注意土的基本特点：通过与其它材料对比注重理论联系实际：通过现场观察与试验注重正确学习方法-概念，原理，方法-内容间联系-要记忆，但不能死记学习方法•土力学的研究必须注意土的本质特性。•土力学的研究必须注意实践性。•土力学的研究必须注意工程实用性。•土力学是一门偏于计算的学科。学习方法•牢固掌握有效应力原理的本质及其在土力学中的应用。•重点掌握三大理论的实质及其应用。•掌握土体变形与强度指标的测定方法及在工程实践中的应用。•掌握土的动力特性的基本概念。学习要求1.3本学科发展概况•18世纪土力学理论的产生和发展•1773年法国的库仑（Coulomb）--砂土抗剪强度理论与土压力理论•1857年英国朗肯—朗肯土压力理论•1885年法国布新奈斯克（Boussinesq）—弹性半空间解•1925年美国太沙基—《土力学》专著与有效应力原理《土力学》学科发展概况本学科研究领域20世纪60年代～70年代区域性土分布和特性地基处理技术水利、铁道和矿井等工程建设70年代～80年代基础工程、围护体系的稳定和变形复合地基新技术的开发和应用地基基础施工质量检测及岩土工程测试技术建筑工程、市政工程和交通工程建设90年代后岩土工程计算机分析岩土工程可靠度分析环境岩土工程城市地铁、越江越海地下隧道、超高层建筑超深基础及特大桥超深基坑工程建设等特殊岩土工程问题随着工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺、新测试技术等研究和应用进展以及有关基础工程各种设计与施工、质量检测的规范规程日臻完善，为我国基础工程设计与施工做到技术先进、经济合理、确保质量提供了理论与实践依据。近年来1.4与土力学有关的工程问题1、土三个方面的应用建筑物地基土作为构筑物的环境土工建筑材料土建筑桥梁地铁隧道边坡道路大坝2、与土有关的工程台北101目前为世界上最高建筑，高508m，共101层，位于台北信义区。迪拜大厦阿联酋迪拜正兴建一幢全球最高的“迪拜大厦”，楼高至少690米，预计于2008年完工。迪拜大厦不仅是全球最高建筑物，也将是最高的人工塔。北引桥主桥航道桥苏通长江公路大桥润阳大桥国家大剧院墙下条形基础南京地铁火车站基坑施工现场建成后的盾构隧道原基础Oldfoundation基础托换UNDERPINING新基础Newfoundation盾构隧道Shieldtunnel楼房building边坡支护工程照片