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1、主讲教师主讲教师王述红 博士/教授东北大学资源与土木工程学院土木工程研究所实验中心317电话:+86-24-83672576（o）13478143390Email:实验教学老师:孙春明东北大学资源与土木工程学院实验教学中心电话：13066696609第1页/共54页绪论绪论基本内容：基本内容：建立土力学、地基、基础的基本概念。了解本课程的特点建立土力学、地基、基础的基本概念。了解本课程的特点和在本专业中的地位。和在本专业中的地位。了解本学科的学习方法及发展概况。了解本学科的学习方法及发展概况。学习基本要求：学习基本要求：掌握基础、浅基础、深基础、天然地基、人工地基的概掌握基础、浅基础、深基础、
2、天然地基、人工地基的概念；念；地基基础设计应满足的两个基本要求。地基基础设计应满足的两个基本要求。第2页/共54页1土力学土力学是从力学与工程的角度研究土的一门学科。即：土力学是利用力学的一般原理，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工程性质的应用科学。它主要研究土的应力、变形与强度、稳定性。也研究土结相互作用的规律，也是工程力学的一个分支。一土力学及基础工程的基本概念一土力学及基础工程的基本概念0-1 土力学与基础工程土力学与基础工程绪 论-土力学及其相关学科利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其
3、随时间变化规律的及其随时间变化规律的科学科学。第3页/共54页2 2基础工程基础工程：基础工程学涵盖各种类型建筑物、构筑物的各类基础及地基处理的设计与施工技术，其研究领域非常广泛。基础工程服务于各种类型建筑物与结构物，包括建筑工程、桥梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平台等各种陆上、水上、水下和地下的结构物。基础工程的研究内容包括浅浅基基础础、深深基基础础和和桩桩基基础础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等，几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计、计算技术，以及实施设计意图的施工技术和施工组织管理。将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。将埋
4、入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。第4页/共54页土是矿物或岩石碎屑物构成的松软集合体。是岩石经过风化、剥蚀、搬运沉积等过程后，形成的各种松散的沉积物。在建筑工程中称之为“土”。这是土的狭义概念。广义的概念也包括岩石在内。3.3.土的定义：土的定义：第5页/共54页4.4.建筑物的地基：建筑物的地基：受建筑物影响的那部分地层称为地基。地基又分为：天然地基、人工地基两类。地基的范围地基的范围地基的范围地基的范围:正常情况下卧层土自然压密状态强度高于正常情况下卧层土自然压密状态强度高于正常情况下卧层土自然压密状态强度高于正常情况下卧层土自然压密状态强度高于持力层持力层持力层持力层持力层：持
5、力层：持力层：持力层：埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。下卧层：下卧层：下卧层：下卧层：在地基范围内持力层以下的土层。在地基范围内持力层以下的土层。在地基范围内持力层以下的土层。在地基范围内持力层以下的土层。软弱下卧层：软弱下卧层：软弱下卧层：软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层。强度低于持力层的下卧层。强度低于持力层的下卧层。强度低于持力层的下卧层。把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分土把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分土(岩岩)层称为地基。层称为地基。第6页/共54
6、页5.5.基础：基础：由于土的强度低，压缩性大，故上部结构的荷载不能通过墙、柱直接传递给地基，必须在墙、柱与地基的接触处适当扩大尺寸，作为建筑物的下部结构。从而把建筑物荷载分散后再传给地基。因此，与地基接触的具有较大尺寸的建筑物的下部结构称为基础。基础埋置的土层：基础埋置的土层：应埋置在良好的持力层上。应埋置在良好的持力层上。第7页/共54页第8页/共54页6 6地基基础必须保证的两个条件：地基基础必须保证的两个条件：（1）要保证作用在地基上的荷载不超过地基的承载能力，保证地基具有足够的防止整体破坏的安全储备。即：pf (pmax1.2f)；(2)控制基础沉降，使之不超过地基的允许变形值。保证
7、建筑物不因地基变形而损坏或影响正常使用。第9页/共54页岩石风化的产物分散性非连续介质复杂性易变形分散性土有哪些特点土有哪些特点?第10页/共54页三相体系固相(土颗粒)液相(孔隙水)气相(孔隙气)多孔介质受力后土颗粒和孔隙介质承受土颗粒与土介质体相互作用孔隙流体流动绪论 土有哪些特点第11页/共54页土有哪些特点自然历史的产物 相系组合体 分散体系 多矿物组合体 非均匀性各向异性结构性时空变异性第12页/共54页1.天然介质：种类多，变化大，分布形态复杂。2.三相体：颗粒、水、空气，性质复杂。3.研究方法：理论试验经验。土质学与土力学有何特点?学科学科研究对象研究对象理论力学理论力学质点或刚
8、体质点或刚体材料力学材料力学单个弹性杆件（杆、轴、梁）单个弹性杆件（杆、轴、梁）连续固体连续固体结构力学结构力学若干弹性杆件组成的杆件结构若干弹性杆件组成的杆件结构弹性力学弹性力学弹性实体结构或板壳结构弹性实体结构或板壳结构水力学水力学不可压缩的连续流体（水）不可压缩的连续流体（水）连续流体连续流体土力学土力学土力学土力学天然三相松散堆积物天然三相松散堆积物松散材料松散材料第13页/共54页土的形成与演化连续介质力学的理论与方法分散介质力学的理论与计算三大特性的理论和参数土质学土力学土的变形、强度、稳定以及与其有关的工程问题绪论 土质学与土力学有何特点?第14页/共54页二、课程的特点、内容及
9、要求：二、课程的特点、内容及要求：1土力学是以土的三相系为研究对象的。2地基土质条件不依人们的愿望来选择。一旦建筑场地确定，是没有选择余地的，我们必须根据地基的土质条件进行合理的设计、处理、使之满足上部结构对地基的要求。3地基与基础属于隐蔽工程，对其技术要求高。对其勘察设计及施工要给予充分的重视，因为一旦出问题，很难补救，损失巨大。一般地基基础的工程造价约占土建总造价的20%左右。4课程内容多，涉及范围广土力学以材力、结力、弹力知识为基础，同时还涉及到一些工程地质学、土质学的知识。因此，给学习本门课程造成一定困难。5这是一门理论性、实践性均很强的课程。其内容很广，主要介绍土的物理、力学性质、地
10、基的应力计算、沉降计算及固结理论、土的抗剪强度以及土压力理论等内容。第15页/共54页三、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。事实上，并不是每个基础工程设计都是成功的。许多建筑物的工程质量事故是由于地基基础事故造成的。而且，一旦造成事故，很难补救，损失极大。因此，工程技术人员必须对地基基础问题给予足够的重视。以高度的责任感和科学态度，对待工程的地基基础问题。第16页/共54页一岩土工程的定义：岩土工程一词译自 GeoteClinipe或Geotechnical Engineering，早期曾译为“土工学”，后译为“岩土工程
11、”，这比前者的涵义更为广泛和确切。自1979年12月，我国岩土工程学报创刊以来的20多年来，岩土工程的学科术语已为我国工程技术界所普遍接受，成为技术交流的通用术语，并已有一些以岩土工程命名的标准、规范颁布，如岩土工程勘察规范等，岩土工程学科已被确认为土木工程学科的一个重要分支学科。中华人民共和国国家标准岩土工程基本术语标准（GB/T50279-98）的颁布使岩土工程一词成为法定的术语。在岩土工程基本术语标准中将岩土工程定义为“土木工程中涉及岩石、土的利用、处理或改良的科学技术”，这是高度概括的一种提法。02 岩土工程及其相关学科岩土工程及其相关学科第17页/共54页综合各家思想，岩土工程可定义
12、为：岩土工程就是根据工程地质、土力学及岩体力学理论、观点与方法，为了整治、利用和改造岩土体，使其为实现某项工程目的服务而进行的系统工作。即：岩土工程学科是以岩体、土体的利用，改造与整治问题为研究对象的科技领域。可以概括为三个层次：第18页/共54页1岩土工程是以土力学与基础工程、岩石力学与工程为基础，并和工程地质学密切结合的综合性学科。由于岩土工程涉及土和岩石两种性质不同的材料，解决土和岩石的工程问题不仅需要应用数学和力学，而且还需要运用地质学的知识，因此岩土工程并不是一门单一的学科，任何单一学科都不足以覆盖岩土工程丰富的内涵。2岩土工程以岩石和土的利用、整治或改造作为研究内容。有许多学科都以
13、土或岩石作为其研究对象，例如，地质学、土壤学等，其研究内容各不相同；岩土工程研究土和岩石并不是从地学或农业的角度，而是从工学的角度，以工程为目的研究岩石和土的工程性质。当岩土的工程性质或岩上环境不能满足工程要求时，就需要采取工程措施对岩土进行整治和改造，不仅涉及对岩土性质的认识，而且需要研究如何采用有效的、经济的方法实现工程目的。3岩土工程服务于各类主体工程的勘察、设计与施工的全过程，是这些主体工程的组成部分。第19页/共54页岩土工程学是土木工程的重要分支，是一门涵盖工程地质、土力学、岩石力学、基础工程和地下工程的综合性学科，是在20世纪发展并不断成熟起来的。1925年太沙基出版了第一部经典
14、著作土力学，被公认为是近代土力学的开端。第二次世界大战以后，许多国家都致力于振兴经济，大规模的工程建设实践推动了土力学的进步，岩石力学也相应地在这个时期形成与发展。因而，推动了以土力学和岩石力学为基础理论的基础工程和地下工程的设计理论与施工技术的发展。1948年英国岩土工程杂志创刊及以后1974年美国土木工程师协会的土力学与基础工程杂志更名为岩土工程杂志，被视为岩土工程学科逐步得到工程界和学术界公认的标志。在新中国成立以来的50多年中，我国岩土工程建设事业从小到大，得到了迅速的发展，在现代化建设中发挥了重要作用，取得了许多重大的技术成果。特别在1979年创刊了岩土工程学报和1982年相继创刊岩
15、石力学与工程学报以来的20多年中，我国岩土力学与工程界的学术水平和技术成就更为举世所瞩目，在国际交流中获得了同行的普遍赞誉。二岩土工程的发展二岩土工程的发展第20页/共54页岩土工程的基本学科包括土力学与基础工程学、岩石力学与工程以及工程地质学等。土力学又分为不同的分支，从不同的研究角度，形成不同的分支。有的以土的类型划分；有的以研究方法划分；有的以土的特性划分。近20年，在土力学领域中，形成了土动力学、计算土力学、实验土力学、非饱和土力学、冻土力学以及随机土力学等分支学科。三岩土工程及相关学科三岩土工程及相关学科第21页/共54页基础工程学涵盖各种类型建筑物、构筑物的各类基础及地基处理的设计
16、与施工技术，其研究领域非常广泛。基础工程服务于各种类型建筑物与结构物，包括建筑工程、桥梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平台等各种陆上、水上、水下和地下的结构物。以土作为材料的工程和以土作为结构物环境的工程，如堤坝、土中隧道等的设计与施工方法，也是土力学与基础工程基本原理的具体应用基础工程的研究内容包括浅基础、深基础和桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等，几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计、计算技术，以及实施设计意图的施工技术和施工组织管理。第22页/共54页现代的经济建设和社会发展离不开对岩土的整治、利用和改造。岩土工程是建设工程成败的
17、关键，为社会可持续发展提供必要的保证。由岩层和土层所构成的广袤大地是工程建设的基地，是建筑物的地基，是地下建筑的环境，为土工构筑物提供填筑材料，因此岩层和土层的构造与工程性质直接影响工程建设的质量与造价，对岩土条件认识的偏差可能会导致巨大的损失或事故。人类在与大自然斗争的历史长河中，从正、反两个方面学会了认识岩土、利用岩土和改造岩土的本领，也逐步懂得了岩土工程的作用与重要性，在工程实践的推动下，对岩土工程的研究和应用日益发展。1959年法国67m高的马尔帕塞薄拱坝因坝基失稳而毁于一旦，死亡380人。4年后，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
18、1800m，并横跨峡谷滑移300400m，估计有23亿立方米的岩块滑入水库，冲到对岸形成100150m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。这这两两起起震震惊惊世世界界的的特特大大灾灾害害给给人人们敲响了警钟，在岩石工程中必须重视岩石力学们敲响了警钟，在岩石工程中必须重视岩石力学。四、岩土工程在经济建设与社会发展中的作用四、岩土工程在经济建设与社会发展中的作用第23页/共54页地基基础设计的基本要求地基基础设计的基本要求 地地基基的的强强度度条条件件：地地基基有有足足够够的的强强度度，在在荷荷载载作作用用下下，地基土不发生剪切破坏或失稳。地基土
19、不发生剪切破坏或失稳。地地基基的的变变形形条条件件：不不使使地地基基产产生生过过大大的的沉沉降降或或不不均均匀匀沉沉降，保证建筑物正常使用。降，保证建筑物正常使用。基基础础结结构构本本身身应应有有足足够够的的强强度度和和刚刚度度，在在地地基基反反力力作作用用下下不不会会产产生生过过大大强强度度破破坏坏，并并具具有有改改善善沉沉降降与与不不均均匀匀沉沉降降的的能力。能力。综上所述：地基种类分综上所述：地基种类分 人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。天然地基：不需处理而直接利用的地基。天然地基：不需处理而直接利用的地基。第24页/共54页地基与基础在工程
20、中的重要性地基与基础在工程中的重要性 1地基基础处理不当，影响建筑物的正常使用与安全，如：地基基础处理不当，影响建筑物的正常使用与安全，如：地基基础处理不当，影响建筑物的正常使用与安全，如：地基基础处理不当，影响建筑物的正常使用与安全，如：建筑物倾斜建筑物倾斜建筑物倾斜建筑物倾斜意意大大利利比比萨萨意意大大利利比比萨萨(Pisa)(Pisa)斜斜塔塔自自斜斜塔塔自自 11731173年年年年9 9月月月月8 8日日日日 动动工工，至至动动工工，至至11781178年年建建至至第第年年建建至至第第4 4层层中中部部，高高度度层层中中部部，高高度度 29m29m时时，因因塔塔明明显显倾倾斜斜而而停
21、停工工。时时，因因塔塔明明显显倾倾斜斜而而停停工工。9494年年后后，年年后后，12721272年年年年复复工工，经经复复工工，经经6 6年年时时间间建建完完第第年年时时间间建建完完第第7 7层层，高高层层，高高 48m48m，再再次次，再再次次停停工工中中断断停停工工中中断断8282年年。年年。13601360年年再再次次复复工工，至至年年再再次次复复工工，至至13701370年年年年竣工，前后历经近竣工，前后历经近竣工，前后历经近竣工，前后历经近200200年。年。年。年。该该 塔塔 共共 该该 塔塔 共共8 8层层，高高层层，高高 55m55m，全全 塔塔 总总 荷荷 重重，全全 塔塔
22、总总 荷荷 重重145MN145MN，相相应应的的地地基基平平均均压压力力约约为为，相相应应的的地地基基平平均均压压力力约约为为50kPa50kPa。地地基基持持力力层层为为粉粉砂砂，下下面面为为粉粉土土和和粘粘土土层层。地地基基持持力力层层为为粉粉砂砂，下下面面为为粉粉土土和和粘粘土土层层。由由于于地地基基的的不不均均匀匀下下沉沉，塔塔向向南南倾倾斜斜，南南北北由由于于地地基基的的不不均均匀匀下下沉沉，塔塔向向南南倾倾斜斜，南南北北两两端端沉沉降降差差两两端端沉沉降降差差 1.8m1.8m，塔塔顶顶离离中中心心线线已已达达，塔塔顶顶离离中中心心线线已已达达 5.27m5.27m，倾斜，倾斜，
23、倾斜，倾斜5.55.5，成为危险建筑。，成为危险建筑。，成为危险建筑。，成为危险建筑。第25页/共54页示意图中所示为通过示意图中所示为通过示意图中所示为通过示意图中所示为通过在塔北侧下部钻孔取在塔北侧下部钻孔取在塔北侧下部钻孔取在塔北侧下部钻孔取土的方法对塔纠偏的土的方法对塔纠偏的土的方法对塔纠偏的土的方法对塔纠偏的技术方案。技术方案。技术方案。技术方案。地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 2第26页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 3苏苏州州虎虎丘丘塔塔，建建于于五五代代周周显显德德六六年年至至北北苏苏州州虎虎丘丘塔塔，建建于于五五代代周周显
24、显德德六六年年至至北北宋宋建建隆隆二二年年宋宋建建隆隆二二年年(公公元元公公元元959959961961)，7 7级级八八角角形形砖砖塔塔级级八八角角形形砖砖塔塔，塔底直径，塔底直径，塔底直径，塔底直径13.66m13.66m，高，高，高，高47.5m47.5m，重，重，重，重63000kN63000kN。其其地地基基土土层层由由上上至至下下依依次次为为杂杂填填土土、块块其其地地基基土土层层由由上上至至下下依依次次为为杂杂填填土土、块块石石填填土土、亚亚粘粘土土夹夹块块石石、风风化化岩岩石石、基基岩岩等等石石填填土土、亚亚粘粘土土夹夹块块石石、风风化化岩岩石石、基基岩岩等等，由由于于地地基基土
25、土压压缩缩层层厚厚度度不不均均及及砖砖砌砌体体偏偏心心，由由于于地地基基土土压压缩缩层层厚厚度度不不均均及及砖砖砌砌体体偏偏心心受受压压等等原原因因，造造成成该该塔塔向向东东北北方方向向倾倾斜斜。受受压压等等原原因因，造造成成该该塔塔向向东东北北方方向向倾倾斜斜。1956195619571957年年间间对对上上部部结结构构进进行行修修缮缮，但但使使年年间间对对上上部部结结构构进进行行修修缮缮，但但使使塔塔重重增增加加了了塔塔重重增增加加了了2000kN2000kN，加加速速了了塔塔体体的的不不均均匀匀沉沉，加加速速了了塔塔体体的的不不均均匀匀沉沉降降。降降。19571957年年，塔塔顶顶位位移
26、移为为年年，塔塔顶顶位位移移为为1.7m1.7m，到到，到到19781978年年发发年年发发展展 到到展展 到到2.3m2.3m，重重心心偏偏离离基基础础轴轴线线，重重心心偏偏离离基基础础轴轴线线0.924m0.924m，砌砌，砌砌体体多多处处出出现现纵纵向向裂裂缝缝，部部分分砖砖墩墩应应力力已已接接近近体体多多处处出出现现纵纵向向裂裂缝缝，部部分分砖砖墩墩应应力力已已接接近近极限状态。极限状态。极限状态。极限状态。后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔
27、后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。第27页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 4装装谷谷物物，至至装装谷谷物物，至至 31822m331822m3时时，发发现现谷谷仓仓时时，发发现现谷谷仓仓 1 1小小时时内内竖竖向向沉沉降降达达小小时时内内竖竖向向沉沉降降达达 30.5cm30.5cm，并并向向西西倾倾，并并向向西西倾倾斜斜，斜斜，2424小小时时后后倾倾倒倒，西西侧侧下下陷陷小小时时后后倾倾倒倒，西西侧
28、侧下下陷陷7.32m7.32m，东东侧侧抬抬高高，东东侧侧抬抬高高1.52m1.52m，倾倾斜斜，倾倾斜斜2727。地地基基虽虽破破。地地基基虽虽破破坏坏，但但钢钢筋筋混混凝凝土土筒筒仓仓却却安安然然无无恙恙，后后用用坏坏，但但钢钢筋筋混混凝凝土土筒筒仓仓却却安安然然无无恙恙，后后用用388388个个个个50t50t千千斤斤顶顶纠纠正正后后继继续续使使用用，千千斤斤顶顶纠纠正正后后继继续续使使用用，但位置较原先下降但位置较原先下降但位置较原先下降但位置较原先下降4m4m。事事故故的的原原因因是是：设设计计时时未未对对谷谷仓仓地地基基承承载载力力进进行行调调查查研研究究，而而事事故故的的原原因因
29、是是：设设计计时时未未对对谷谷仓仓地地基基承承载载力力进进行行调调查查研研究究，而而采采用用了了邻邻采采用用了了邻邻近近建建筑筑地地基基近近建建筑筑地地基基 352kPa352kPa的的承承载载力力的的承承载载力力，事事后后，事事后后19521952年年的的勘勘察察试试验验与与计计算算表表明明，该该地地基基年年的的勘勘察察试试验验与与计计算算表表明明，该该地地基基的的实实际际承承载载力力为为的的实实际际承承载载力力为为193.8193.8 276.6kPa276.6kPa，远远小小于于谷谷仓仓地地基基破破坏坏时时，远远小小于于谷谷仓仓地地基基破破坏坏时时329.4kPa329.4kPa的的地地
30、基基的的地地基基压力，地基因超载而发生强度破坏。压力，地基因超载而发生强度破坏。压力，地基因超载而发生强度破坏。压力，地基因超载而发生强度破坏。加加拿拿大大加加拿拿大大TransconaTranscona谷谷仓仓，南南北北谷谷仓仓，南南北北长长长长59.44m59.44m，东东西西宽宽，东东西西宽宽23.47m23.47m，高高，高高31.00m31.00m。基基础础为为钢钢筋筋混混凝凝土土筏筏板板。基基础础为为钢钢筋筋混混凝凝土土筏筏板板基基础础，厚厚基基础础，厚厚61cm61cm，埋埋深深，埋埋深深3.66m3.66m。谷谷。谷谷仓仓仓仓19111911年年动动工工，年年动动工工，1913
31、1913年年秋秋完完成成。年年秋秋完完成成。谷谷仓仓自自重重谷谷仓仓自自重重20000t20000t，相相当当于于装装满满谷谷，相相当当于于装装满满谷谷物物后后总总重重的的物物后后总总重重的的 42.5%42.5%。19131913年年年年 9 9月月月月第28页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 5加拿大某农场容量为加拿大某农场容量为加拿大某农场容量为加拿大某农场容量为 2500t2500t的饲料筒仓，建于的饲料筒仓，建于的饲料筒仓，建于的饲料筒仓，建于粘土地基粘土地基粘土地基粘土地基。在首次使用。在首次使用。在首次使用。在首次使用时，由于装填过快，地基土层时，由
32、于装填过快，地基土层时，由于装填过快，地基土层时，由于装填过快，地基土层无法充分固结无法充分固结无法充分固结无法充分固结，至使地基发生破坏。，至使地基发生破坏。，至使地基发生破坏。，至使地基发生破坏。第29页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 6土土层层中中地地下下水水位位的的下下降降，使使其其中中有有土土层层中中地地下下水水位位的的下下降降，使使其其中中有有效应力增高，并进一步导致地基的沉降，效应力增高，并进一步导致地基的沉降，效应力增高，并进一步导致地基的沉降，效应力增高，并进一步导致地基的沉降，墨墨墨墨西哥城西哥城西哥城西哥城是一个典型的例子。该城约自是一个典
33、型的例子。该城约自是一个典型的例子。该城约自是一个典型的例子。该城约自18501850年年年年开始抽取地下水，在开始抽取地下水，在开始抽取地下水，在开始抽取地下水，在1940194019741974年间达到高年间达到高年间达到高年间达到高峰，共有峰，共有峰，共有峰，共有30003000眼浅水井和眼浅水井和眼浅水井和眼浅水井和200200眼深水井眼深水井眼深水井眼深水井(100m)(100m)，抽水速度约为，抽水速度约为，抽水速度约为，抽水速度约为12m12m3 3/s/s。由于过度抽水而且墨西哥城的墨西哥粘由于过度抽水而且墨西哥城的墨西哥粘由于过度抽水而且墨西哥城的墨西哥粘由于过度抽水而且墨西
34、哥城的墨西哥粘土是一种高压缩性土，至使自土是一种高压缩性土，至使自土是一种高压缩性土，至使自土是一种高压缩性土，至使自1891189119731973年，年，年，年，整个老城下沉达整个老城下沉达整个老城下沉达整个老城下沉达8.7m8.7m，并造成地面道路、建，并造成地面道路、建，并造成地面道路、建，并造成地面道路、建筑及其它基础设施的破坏。筑及其它基础设施的破坏。筑及其它基础设施的破坏。筑及其它基础设施的破坏。19511951年后，当年后，当年后，当年后，当地政府开始采取措施控制地下水的抽取，使地政府开始采取措施控制地下水的抽取，使地政府开始采取措施控制地下水的抽取，使地政府开始采取措施控制地
35、下水的抽取，使沉降速度由沉降速度由沉降速度由沉降速度由460mm/460mm/年年年年(1950)(1950)降到了降到了降到了降到了505070mm/70mm/年。年。年。年。图图中中是是该该城城的的一一座座圣圣母母教教堂堂，因因地地图图中中是是该该城城的的一一座座圣圣母母教教堂堂，因因地地表表不不均均匀匀下下沉沉使使其其发发生生严严重重倾倾斜斜，并并成成表表不不均均匀匀下下沉沉使使其其发发生生严严重重倾倾斜斜，并并成成为危房。为危房。为危房。为危房。第30页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 7这这两两个个筒筒仓仓是是农农场场用用来来储储存存饲饲这这两两个个筒筒
36、仓仓是是农农场场用用来来储储存存饲饲料料的的，建建于于加加拿拿大大红红河河谷谷的的料料的的，建建于于加加拿拿大大红红河河谷谷的的LakeLakeAgassizAgassiz粘粘土土层层上上，由由于于两两筒筒之之间间粘粘土土层层上上，由由于于两两筒筒之之间间的的距距离离过过近近，在在地地基基中中产产生生的的应应力力的的距距离离过过近近，在在地地基基中中产产生生的的应应力力发发生生叠叠加加，使使得得两两筒筒之之间间地地基基土土层层发发生生叠叠加加，使使得得两两筒筒之之间间地地基基土土层层的的应应力力水水平平较较高高，从从而而导导致致内内侧侧沉沉的的应应力力水水平平较较高高，从从而而导导致致内内侧侧
37、沉沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。第31页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 8建筑地基严重下沉建筑地基严重下沉建筑地基严重下沉建筑地基严重下沉除除满满足足承承载载力力的的要要求求外外，还还要要求求地地基基不不能能发发生生过过大大的的变变形形。图图示示为为墨墨除除满满足足承承载载力力的的要要求求外外，还还要要求求地地基基不不能能发发生生过过大大的的变变形形。图图示示为为墨墨西西哥哥城城的的一一幢幢建建筑筑，可可清清晰晰地地看看见见其其发发生生的的沉沉降降及及不不均均匀匀沉沉降降
38、。该该地地的的土土西西哥哥城城的的一一幢幢建建筑筑，可可清清晰晰地地看看见见其其发发生生的的沉沉降降及及不不均均匀匀沉沉降降。该该地地的的土土层层为为深深厚厚的的湖湖相相沉沉积积层层，土土的的天天然然含含水水量量高高达达层层为为深深厚厚的的湖湖相相沉沉积积层层，土土的的天天然然含含水水量量高高达达650650，液液限限，液液限限500%500%，塑塑性性，塑塑性性指数指数指数指数350350，孔隙比为，孔隙比为，孔隙比为，孔隙比为1515，具有极高的压缩性。，具有极高的压缩性。，具有极高的压缩性。，具有极高的压缩性。第32页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 9建筑
39、物墙体、基础开裂建筑物墙体、基础开裂建筑物墙体、基础开裂建筑物墙体、基础开裂建筑物地基滑动建筑物地基滑动建筑物地基滑动建筑物地基滑动建筑物地基溶蚀建筑物地基溶蚀建筑物地基溶蚀建筑物地基溶蚀第33页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 1019961996年年发发生生在在美美国国加加州州的的年年发发生生在在美美国国加加州州的的 LaConchitaLaConchita，因因居居民民已已提提，因因居居民民已已提提前撤离，固未造成人员伤亡。前撤离，固未造成人员伤亡。前撤离，固未造成人员伤亡。前撤离，固未造成人员伤亡。土坡滑动土坡滑动土坡滑动土坡滑动第34页/共54页地基与基
40、础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 1120012001年年1 1月月1313日，萨尔瓦多发生了里氏日，萨尔瓦多发生了里氏7.67.6级的强震，震中级的强震，震中位于位于SanMiguelSanMiguel西南西南6060英里。并因此在英里。并因此在SantaTeclaSantaTecla造成山造成山体滑坡，最终导致体滑坡，最终导致700700多人遇难。多人遇难。第35页/共54页2006年4月5日，一位居民从斜塔下经过。位于辽宁省葫芦岛市绥中县前卫镇的斜塔始建于辽代，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，超过比萨斜塔。这座塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒。有关专
41、家呼吁，应加强对斜塔的保护。2006年4月5日，一位居民从斜塔下经过。第36页/共54页地基与基础在工程中的重要性地基与基础在工程中的重要性 12成功例子成功例子成功例子成功例子赵赵州州桥桥位位于于河河北北赵赵州州，隋隋代代公公元元赵赵州州桥桥位位于于河河北北赵赵州州，隋隋代代公公元元595595605605年年修修建建，净净跨跨年年修修建建，净净跨跨37.02m37.02m。基基础础。基基础础建建于于建建于于粘粘性性土土粘粘性性土土地地基基，基基底底压压力力地地基基，基基底底压压力力500500600kPa600kPa，但但地地基基并并未未产产生生过过大大变变形形，但但地地基基并并未未产产生
42、生过过大大变变形形，按按照照，按按照照现现在在的的规规范范检检算算，地地基基承承载载力力和和基基础础后后侧侧被被动动土土压压力力均均正正好好满满足足要要求求，且且现现在在的的规规范范检检算算，地地基基承承载载力力和和基基础础后后侧侧被被动动土土压压力力均均正正好好满满足足要要求求，且且经无数次洪水和地震的考验而无恙。经无数次洪水和地震的考验而无恙。经无数次洪水和地震的考验而无恙。经无数次洪水和地震的考验而无恙。第37页/共54页1975年8月，淮河板桥石漫滩水库因老化而垮坝决口，狂泻的大水夺走了万余条猝不及防的性命。垮坝的重大事故提醒人们，必必须须重重视视对对岩岩土土工工程程结结构构物物生生命
43、命周周期期与与老老化化规规律律的的研研究究。1985年6月12日凌晨，在长江西陵峡上段，兵书宝剑峡出口处发生总体积为2107m3的新摊滑坡。新滩古镇滑入长江，古镇全部被毁。由于自1968年以来对该滑坡进行了深入的研究与地表位移的长期监测，在滑坡发生以前及时发出临滑警报，由于紧急疏散人员而全镇1371人无一伤亡。这一大灾无人员伤亡的事例说明只要重重视视岩岩土土工工程程工工作作，加加强强监监测测和和预预报，地质灾害是可以预测、预报，可以减少损失的报，地质灾害是可以预测、预报，可以减少损失的。1995年12月，武汉市整体爆破一幢18层的高层建筑。该建住高度655m，采用336根锤击沉管扩底灌注桩，桩
44、长175m，桩端进入中密粉细砂持力层l4m。爆破拆除的原因是该高层建筑结构到顶后3个月内产生很大的倾斜，顶部水平位移达2884mm，倾斜超过5，且发展速度很快，如不及时拆除，有整体倾覆的危险。这一桩基失稳的事事故故告告诉诉人人们们采采用用桩基础并不是万无一失的，应当重视桩基础安全度的研究桩基础并不是万无一失的，应当重视桩基础安全度的研究。1996年9月，海口市经受12级飓风袭击，伴有400mm以上的大暴雨，在滨海大道旁的某商住小区内，一座停工中的体积达30000m3的巨型地下室突然窜出地面56m，整体倾斜，犹如平地出现一艘水泥船，停泊在两幢高楼的中间。虽然经过降水、牵引、归位等工程措施处理，但
45、因地下室两端高差仍有900mm无法扶正，且顶板和外墙均已开裂，不能继续利用而报废。这一典型的倾覆失稳的事故再次告诫人们，粘性土中的巨大浮力不容忽视这一典型的倾覆失稳的事故再次告诫人们，粘性土中的巨大浮力不容忽视。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。可见，长长江江防防洪洪工工程程的的重重点点在在岩岩土工程土工程。第38页/共54页上上述
46、述事事故故实实例例说说明明，岩岩土土工工程程方方面面的的事事故故具具有有突突发发性性、灾灾害害性性和和全全局局性性的的特特点点，不不仅仅使使工工程程全全军军覆覆没没，而而且且常常殃殃及及四四邻邻，危危害害环环境境。为为了了防防止止工工程程事事故故的的产产生生，在在重重要要工工程程的的各各个个阶阶段段都都应应十十分分重重视视岩岩土土工工程程的的勘勘察察、设设计计、施工和检测。施工和检测。第39页/共54页土力学学科发展简介土力学学科发展简介11.1.前古典期前古典期前古典期前古典期 即即即即1818世世世世纪纪纪纪，其其其其代代代代表表表表是是是是基基基基于于于于“天天天天然然然然坡坡坡坡度度度
47、度”及及及及填填填填土土土土单单单单位位位位重重重重量量量量的的的的经经经经验验验验土土土土压压压压力力力力理论。理论。理论。理论。2.2.古典土力学的第一阶段古典土力学的第一阶段古典土力学的第一阶段古典土力学的第一阶段 从从从从大大大大约约约约18001800年年年年人人人人们们们们普普普普遍遍遍遍接接接接受受受受CoulombCoulomb的的的的研研研研究究究究成成成成果果果果到到到到18621862年年年年RankineRankine的的的的著著著著作作作作的的的的出出出出版版版版为为为为止止止止。其其其其特特特特点点点点是是是是：假假假假设设设设c=0c=0，同同同同时时时时认认认认
48、为为为为 是是是是松松松松散散散散填填填填方方方方的的的的天天天天然然然然坡坡坡坡度度度度，从从从从1919世世世世纪纪纪纪3030年年年年代代代代开开开开始始始始，又又又又被被被被认认认认为为为为是是是是开开开开挖挖挖挖粘粘粘粘土土土土的的的的长长长长期期期期稳稳稳稳定定定定表表表表面面面面坡坡坡坡度度度度。CollinCollin(1864)(1864)单独把粘聚力看做是粘土在破坏瞬间的强度。单独把粘聚力看做是粘土在破坏瞬间的强度。单独把粘聚力看做是粘土在破坏瞬间的强度。单独把粘聚力看做是粘土在破坏瞬间的强度。AlexandreAlexandreCollinCollin(18081890)
49、(18081890)，法法法法国国国国人人人人，毕毕毕毕业业业业于于于于EcoleEcole理理理理工工工工大大大大学学学学，18331833年年年年被被被被任任任任命命命命为为为为勃勃勃勃艮艮艮艮第第第第(Bourgogne)Bourgogne)运运运运河河河河的的的的桥桥桥桥梁梁梁梁公公公公路路路路工工工工程程程程局局局局工工工工程程程程师师师师。18551855年年年年之之之之后后后后，担担担担任任任任在在在在奥奥奥奥尔尔尔尔良良良良(Orleans)(Orleans)和和和和卢卢卢卢瓦瓦瓦瓦尔尔尔尔(Loire)(Loire)担担担担任任任任主主主主任任任任工工工工程程程程师师师师。在
50、在在在水水水水文文文文和和和和灌灌灌灌浆浆浆浆技技技技术等工程领域著述颇丰。术等工程领域著述颇丰。术等工程领域著述颇丰。术等工程领域著述颇丰。第40页/共54页土力学学科发展简介土力学学科发展简介21736.6.141736.6.14生于法国生于法国生于法国生于法国AngoulAngoul，1806.8.231806.8.23卒于法国巴黎。卒于法国巴黎。卒于法国巴黎。卒于法国巴黎。CoulombCoulomb对土木工程对土木工程对土木工程对土木工程(结构、水力学、岩土工程结构、水力学、岩土工程结构、水力学、岩土工程结构、水力学、岩土工程)以及自然科学和物理以及自然科学和物理以及自然科学和物理以