第八章地基承載力-天津農(nóng)學(xué)院

1、,,土 力 學(xué),主講：朱秀清天津農(nóng)學(xué)院水利工程系,教學(xué)要求情況介紹,1.《土力學(xué)》總學(xué)時(shí)54學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)42學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)。平均周學(xué)時(shí)3學(xué)時(shí)/周，14周講完。實(shí)驗(yàn)課單獨(dú)排課、分組進(jìn)行。2.課程屬性：必修課3.課程學(xué)分：3學(xué)分4.總評(píng)成績(jī)構(gòu)成：40%平時(shí)成績(jī)+60%期末成績(jī)5.平時(shí)成績(jī)構(gòu)成：作業(yè)、出勤、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)6.試驗(yàn)沒有完成的，不允許參加考試；缺勤超過三分之一的，不允許參加考試,第1章 緒 論(2

2、學(xué)時(shí)),1.1 土力學(xué)的研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容土力學(xué)的研究對(duì)象；土力學(xué)的任務(wù)；土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容；,土力學(xué)的研究對(duì)象,土的概念土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物,是母巖風(fēng)化后經(jīng)搬運(yùn)、沉積等地質(zhì)作用形成的巖石碎屑和土顆粒組成的集合體。土的特性多相性、孔隙性、散體性、壓縮性、滲透性、抗剪性等。,土和巖石比較,一方面源于巖石，其成分和性質(zhì)與巖石有著密不可分的聯(lián)系。正因如此，通常將巖石和土的學(xué)科稱為“巖土力學(xué)”，稱巖石和土的工程問題為“巖土工程”另一方

3、面，由于土的松散性特點(diǎn)，又使得兩者的物理力學(xué)性質(zhì)迥然不同。,土的分類,土按有機(jī)質(zhì)含量不同分類：可分為有機(jī)土和無機(jī)土土按其顆粒間的粘聚程度不同，可分為粘性土和無粘性土,土在工程建設(shè)中的作用,工程建筑物和土有著極密切的關(guān)系，他們或以土為材料（如堤、壩、路基）；或以土為地基（如房屋、閘壩、碼頭）；或以土為環(huán)境（如隧道、涵洞、運(yùn)河）。因此，土的性質(zhì)對(duì)于建筑物具有直接而重大的影響。,地基與基礎(chǔ)的概念,地基：直接承受建筑物影響的土層?；A(chǔ)：將上

4、部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基中的結(jié)構(gòu)部分。地基與基礎(chǔ)共同作用的觀點(diǎn)：看作是一個(gè)共同作用體系。,土、地基 基礎(chǔ)的關(guān)系,基礎(chǔ),地基與基礎(chǔ)的分類,基礎(chǔ)分類,基礎(chǔ)的砌置深度D：基礎(chǔ)被埋入土中的深度，稱為砌置深度?；A(chǔ)按砌置深度或砌置深度與寬度比值的不同分為深基礎(chǔ)和淺基礎(chǔ)。,地基分類,地基按是否經(jīng)過人工處理可分為天然地基和人工地基。天然地基省工省料，使用較為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)優(yōu)先采用。,土力學(xué)的概念,土力學(xué)是以土和由其構(gòu)成的土體為研究對(duì)象,研究土的特性及

5、土體受力后,應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的學(xué)科。它是力學(xué)的一個(gè)分支，是為解決建筑物的地基基礎(chǔ)、土工建筑物和地下結(jié)構(gòu)物的工程問題服務(wù)的。,土力學(xué)的任務(wù),土體受力多種多樣，如來自土的自重、建筑物荷載、水的浮力、靜水壓力、動(dòng)水壓力、基礎(chǔ)震動(dòng)和地震等諸多方面。在這些力的作用下，土體的特性必然發(fā)生變化。土力學(xué)的任務(wù)就是揭示這些變化規(guī)律的本質(zhì)，用于解決建筑物地基基礎(chǔ)問題。,土力學(xué)的研究?jī)?nèi)容,土的基本性質(zhì)（包括物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)）；土體中的應(yīng)力分布

6、和計(jì)算-土的有效應(yīng)力原理；地基變形計(jì)算---某時(shí)刻地基變形量、最終變形量、變形隨時(shí)間的變化過程；土體穩(wěn)定性計(jì)算—①土的滲透穩(wěn)定②建（構(gòu)）筑物填土、土坡和地基等土體有關(guān)的穩(wěn)定③動(dòng)荷載作用下土體的穩(wěn)定等。土與建筑物相互作用分析—力的傳遞、應(yīng)力應(yīng)變協(xié)調(diào)、摩擦性質(zhì)、工程措施等。,1.2土力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)介,土力學(xué)既是一門古老的學(xué)科，同時(shí)又是一門新興的學(xué)科。它伴隨著生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展而發(fā)展。稱它是古老的學(xué)科，是因?yàn)槿祟愖怨乓詠砭蛷V泛利用土作為建筑物

7、的地基和建筑材料，如古代的堤壩、橋梁、運(yùn)河以及大型建筑、宮殿、廟宇的成功建造等說其為新興學(xué)科，是由于它的發(fā)展曾長(zhǎng)期停留在感性認(rèn)識(shí)階段，上升到理論上的解釋則較晚，許多問題尚需進(jìn)一步研究,土力學(xué)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀,1773年建立Mohr—Coulomb強(qiáng)度理論 為土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定分析奠定基礎(chǔ)；1776年Coulomb發(fā)表建立在滑動(dòng)土楔基礎(chǔ)上的土壓力理論；1857年Rankine提出極限平衡分析基礎(chǔ)上的土壓

8、力理論；,1856年Darcy通過室內(nèi)試驗(yàn)建立水的滲透理論；1885年Boussinesq提出各向同性半無限體表面在豎直集中力作用下的位移和應(yīng)力分布理論；1892年Flamant提出線荷載作用下位移和應(yīng)力分布理論；1920年P(guān)randtl根據(jù)塑性平衡原理，導(dǎo)出極限承載力公式； 1916年P(guān)etterson,K.E及Fellenius提出瑞典圓弧法分析土坡穩(wěn)定性；,Terzaghi(1925)建立飽和土的有效應(yīng)力原理，標(biāo)志著土力學(xué)

9、學(xué)科的建立；,Biot（比奧）建立土骨架壓縮和滲透耦合理論；黃文熙院士對(duì)我國(guó)土力學(xué)學(xué)科發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)；我國(guó)的高等學(xué)校、科研院所以及一大批學(xué)者也作出了貢獻(xiàn)，如沈珠江院士；,,1.3土力學(xué)在工程建設(shè)中的地位,水利水電、交通、能源等都是國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要的戰(zhàn)略意義。與上述產(chǎn)業(yè)相應(yīng)的水工建筑物種類繁多，諸如大壩、堤防、水閘、渠道、隧洞、渡槽電站、輸電建筑物、泵站、通航建筑物、碼頭、防波堤、海上采油平臺(tái)、輸油管道和油罐

10、等這些水工建筑物盡管結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)各異，但都有一個(gè)共同點(diǎn)，即它們都建在大地上，都有上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)組成。同時(shí)土也是一種建筑材料，但性能卻遠(yuǎn)比其它建筑材料復(fù)雜。因此，必須認(rèn)真設(shè)計(jì)和施工，方能保證建筑物的安全和正常運(yùn)行。,水工建筑物設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的條件,1.建筑物任務(wù)和使用上的要求；2.建筑物應(yīng)當(dāng)在各種條件下保證其結(jié)構(gòu)、地基變形和土體強(qiáng)度的可靠性；3.施工期限短，工程造價(jià)低。不言而喻，正確認(rèn)識(shí)和處理上述三者間的辨證關(guān)系，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工

11、，必須依賴于深厚的土力學(xué)的基本知識(shí)。因此，土力學(xué)在工程建設(shè)中占有重要的地位。,水工建筑中常見的主要工程危害,水工建筑的沉降和不均勻沉降、地基的整體破壞和局部破壞、壩體滲漏和滲透破壞。上述工程危害造成的事故在國(guó)內(nèi)外工程實(shí)際中是不勝枚舉的。根據(jù)對(duì)世界上建造的4139座土石壩統(tǒng)計(jì)，在發(fā)生的205件事故中，毀壞性事故共64件，中小事故141件，見下表,事故原因分析,從事故原因看，滑動(dòng)（地基或壩體強(qiáng)度不足）、不均勻沉降（地基壓縮變形引起）、漏水

12、和管涌（滲透引起）的事故占總數(shù)的80%；從事故發(fā)生部位來看，壩體部分占49%，地基部分占33%?？梢?，事故發(fā)生與地基條件密切相關(guān)，由地基原因引起的事故不容忽視。下面給出一些圖片，說明土力學(xué)研究的重要性。,強(qiáng)度不夠造成失穩(wěn)破壞,滲流造成地基破壞,關(guān)于比薩斜塔的糾偏情況,結(jié)論,顯而易見，土力學(xué)的基本知識(shí)乃至巖土工程的實(shí)踐，不僅是水工建筑物施工、運(yùn)營(yíng)過程中安全、穩(wěn)定的保證，而且合理的運(yùn)用土力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程中的難題，可以大大節(jié)省投資。,1

13、.4土力學(xué)課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法,土力學(xué)系技術(shù)基礎(chǔ)課，和其他技術(shù)基礎(chǔ)課相比，既有共同點(diǎn)，也有其特殊性，掌握課程特點(diǎn)，采用正確的學(xué)習(xí)方法是學(xué)習(xí)該課程的關(guān)鍵。本節(jié)內(nèi)容:1）土力學(xué)課程的特點(diǎn);2）學(xué)習(xí)方法。,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的,為土工結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)和施工提供： 土的工程性質(zhì)指標(biāo) 評(píng)價(jià)方法 分析計(jì)算原理,課程特點(diǎn)之一,研究對(duì)象復(fù)雜多變1）松散性材料，成因類型和成層規(guī)律非常復(fù)雜。2）土和土體在外界條件影響下，其性質(zhì)有顯著

14、變化。3）水工建筑物的規(guī)模大、地基基礎(chǔ)多為隱蔽工程，一些事故難以預(yù)測(cè)和發(fā)現(xiàn)，而且事故發(fā)生后，處理起來也很困難。上述特點(diǎn)使得土力學(xué)學(xué)習(xí)具有較大的難點(diǎn)。,課程特點(diǎn)之二,研究?jī)?nèi)容廣泛首先它是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。它以多種課程為先修課程，如物理、化學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、水力學(xué)等。它的后續(xù)課程，如水工建筑物、水利施工、基礎(chǔ)工程、地基處理和高等土力學(xué)等。,土力學(xué)內(nèi)容的廣泛性還體現(xiàn)在多方應(yīng)用上 水利工程 、港口航道工程

15、、 海洋石油工程、 土木建筑工程、能源工程、道路工程、 橋梁工程、采礦工程、地下工程、鐵道工程 等。 以上各行業(yè)部門的相關(guān)建筑物都需建在地基上，從事這些行業(yè)的設(shè)計(jì)和施工人員都需具備堅(jiān)實(shí)的土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。,課程特點(diǎn)之三,研究方法特殊由于人們對(duì)土的有關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)是從感性階段過渡到理性階段,故人們?cè)趯?duì)土的研究上需把實(shí)際復(fù)雜的土加以簡(jiǎn)化。忽略土的次要現(xiàn)象，抓住主要性能并做一些基本假設(shè)，原來的土就可以被某種比較簡(jiǎn)單的理想模型代替。,課

16、程特點(diǎn)之四,指標(biāo)多、參數(shù)多和經(jīng)驗(yàn)公式多應(yīng)用時(shí)必須非常重視這些參數(shù)的取值，否則，稍有不慎，就會(huì)帶來很大誤差。,課程特點(diǎn)之五,土力學(xué)系新興學(xué)科常借助固體力學(xué)、流體力學(xué)理論，這一問題只有隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，才能逐步完善。,學(xué)習(xí)方法,1）抓住土的特點(diǎn)和基本性質(zhì)2）正確對(duì)待土力學(xué)中的指標(biāo)、參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式3）加強(qiáng)基本功訓(xùn)練、重視實(shí)踐環(huán)節(jié),教學(xué)參考書陳仲頤、周景星等，土力學(xué)，清華大學(xué)出版社，1994年劉成宇主編，土力學(xué)，第二版