0 土力学与地基基础绪论

0 绪论第0章绪论0.1 土力学、地基及基础的基本概念0.2 土力学与基础工程发展简史0.3 学习土力学与基础工程的重要性0.4 课程性质和学习要求第0章绪论0.1 土力学、地基及基础的基本概念1）土力学土力学（Soil Mechanics）是利用力学的一般原理，研究地表土的物理、力学特性及其受力后强度和体积变化规律的学科。

土力学以力学为基础，研究土渗流、变形和强度特性，并据此进行土体的变形和稳定性计算一门学科。

土具有碎散性、三相体系和自然变异性。

决定了土力学特性非常复杂，其变形特性、强度特性和渗透特性是土力学研究和面对的主要问题。

建筑物上部结构基础2）地基与基础工业与民用建筑、高层建筑、桥梁建筑等各类建筑物均由上部结构与地下基础两大部分组成。

以室外地面整平标高（或河床最大冲刷线）为基准，基准线以上部分为上部结构，基准线以下部分为基础。

下卧层地基上部结构（1）地基是建筑物荷载作用下产生不可忽略附加应力与变形的那部分地层。

有天然地基和人工地基之分。

修筑基础的地基称为人工地基。

（2）基础 埋藏于地面下承受上部结构荷载、将荷载传递给下卧层构筑物。

浅基础：埋深h≤ 5m，柱下独立基础、条形基础、筏基等。

深基础：埋深h＞ 5m，桩基、沉井、地下连续墙、箱基等。

（3）基础工程基础设计与施工工作，以及有关的工程地质勘察、基础施工所需基坑的开挖、支护、降水和地基加固工作总称。

（4）基础的功能①扩散压力②传递压力③调整地基变形基础还具有抗滑或抗倾覆及减振的作用。

对于桥梁工程，桥梁上部结构为桥跨结构，而下部结构包括桥墩、桥台及其基础等。

浅基础：a）砖基础b）砌石基础c）素混凝土基础为加大底板刚度，可采用“套箱式”箱形基础。

浅基础层地面承台上部结构岩层或坚硬土层3）地基基础设计的基本要求 （1）地基强度条件 （3）基础结构应有足够的强度和刚度f p ≤[]∆≤∆0.2 土力学与基础工程的发展简史1）土力学的发展简史1773 Coulomb(法国) 强度定律，土压力理论1856 Darcy (法国) 定律1925 Terzaghi (美国) 有效应力原理及渗透固结理论1936 Fellenius(瑞典)土坡稳定分析的整体圆弧滑动法1936 第一届国际土力学及基础工程会议1949 中国土力学研究的兴起土力学成为一门独立学科的重要标志自土力学作为一门独立学科以来，大致分为两个发展阶段：第一阶段：20世纪20年代到60年代，称古典土力学阶段。

特点: 把土看作线弹性体或刚塑性体，视为连续介质或分散体。

在太沙基理论基础上，形成以有效应力原理、渗透固结理论、极限平衡理论为基础的土力学理论体系，研究土的强度与变形特性，解决地基承载力和变形、挡土墙土压力、土坡稳定等与工程密切相关的土力学课题。

第二阶段：20世纪60年代开始，称为现代土力学阶段。

把土的应力、应变、强度、稳定等受力变化过程统一用一个本构关系加以研究。

依赖于数学力学的发展和计算机技术的突飞猛进。

较为著名的本构关系有邓肯非线性弹性模型和剑桥弹塑性模型。

2）基础工程的发展简史基础工程是一项古老工程技术，发展到今天已成为一门专门科学。

浙江省余姚河姆渡文化遗址，其房屋底层是架空在埋于地下的木桩基础上的；西安半坡村遗址中的基础是夯实的红烧土和陶瓷片；洛阳王湾仰韶文化遗址，其基础是在墙下挖槽，槽内填卵石夯实，属换土填层。

春秋战国时期，夯土的基础与城墙已有相当高的水平。

玉门关一带的汉长城用砂、砾石和红柳或芦苇层层压实。

很多古代建筑，如隋朝的赵洲石拱桥、郑州超化寺、晋祠的圣母殿水池等，都是由于基础工程的牢固，方能历经千百载地下水活动、多次地震或强风后而安然屹立至今。

元明清年代，基础工程得到进一步发展，如北京故宫三大殿用灰土台基，天安门用群桩基础，前门采用了木筏基础等。

2）基础工程的发展简史西方国家，自18世纪工业革命以来，随着城市建设的扩大，工厂、铁路、水坝的兴建，促使土力学理论的产生和基础工程技术的发展。

二次世界大战之后，基础设计理论、计算方法、施工工艺有较大发展。

1893年美国芝加哥人工挖孔桩的问世，1950年意大利米兰地下连续墙的出现，1957年德国首先采用土层锚杆桩墙支护深基坑等。

我国改革开放以后，基础设施建设蓬勃发展，基础工程的设计理论、施工工艺水平也不断提高。

如大直径(ф 0.5～6m)桩基础工程，深度从几十米到上百米；桩基础竖向承载力计算考虑了群桩效应，水平承载力计算采用了弹性地基梁m法。

金茂大厦工程概况u位于上海浦东陆家嘴，总建筑面积89500m2。

u主楼88层高420.5m, 裙房6层,３层地下室,面积约21000m2；u巨型框筒结构(以混凝土为主的钢-混凝土结构)。

桩基剖面图20世纪90年代以来，颁布实施的现行规范规程有:Y《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011Y《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002Y《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008Y《公路桥涵地基及基础设计规范》JTG D63-2007Y《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003Y《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99Y《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ 123-2000等。

这些现行规范规程是基础工程各个领域中取得的科研成果和工程经验的高度概括，反映了基础工程的发展水平。

0.3 学习土力学与基础工程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!A.与土有关的强度问题举例：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 。

后用388个50T 千斤顶纠正，位置较原先下降4m ；但钢混筒仓完好无损。

香港宝城滑坡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约五层住宅。

死亡６7人。

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。

港岛1972 Po Shan 滑坡 (20,000 m 3)(67 死、20 伤)P o S h a n Ro a dC o n d u i t R o a d N o t e w e l l R o a dEarly 1972 滑坡前June 1972 滑坡后土体滑坡美国，California, LaConchita ，1995。

阪神大地震中地基液化神户码头：沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤。

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。

阪神大地震中地基液化神户码头：1.3 学习土力学与基础工程的重要性以上几个实例可归结为与土有关的强度问题B.与土有关的变形问题举例:比萨斜塔目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。

1590年伽利略在此比萨斜塔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。

处理措施意大利比萨斜塔比萨斜塔是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。

该塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度29 m时，因塔身明显倾斜而停工。

94年后，于1272年复工，经6年时间，建完第7层，高48 m，再次停工中断82年，于1360年竣工。

全塔共8层，从地面到塔顶高55 m，基础埋深3.36 m。

苏州虎丘塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 建筑物而封闭。

概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。

全塔7层，高47.5m ，塔的平面呈八角形。

原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。

处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 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苏州市虎丘塔虎丘塔(图0.2)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。

全塔7层，高4 7.5m。

塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。

虎丘塔全部砖砌，外型完全模仿楼阁式木塔，每层都有8个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，十分美观，在建筑艺术上是一个创造，中外游人不绝。

1961年3月4日国务院将其列为全国重点文物保护单位。

地基严重下沉1979年，累计平均沉降量160cm 。

展览馆于1954年5月开工，当年底实测地基平均沉降量为60cm 。

上海展览中心地基沉降例：上海展览中心馆上海展览中心馆原称上海工业展览馆，位于上海市区延安中路北侧。

展览馆中央大厅为框架结构，箱形基础，展览馆两翼采用条形基础。

箱形基础为两层，埋深7.27m。

箱基顶面至中央大厅顶部塔尖，总高96.63m。

地基为高压缩性淤泥质软土。

展览馆于1954年5月开工，当年底实测地基平均沉降量为60cm。

1957年6月，中央大厅四周的沉降量最大达146.55cm，最小为122.8cm。

到1979年，累计平均沉降量为160cm，从1957年至1979年共22年的沉降量仅20cm左右，不及1954年下半年沉降量的一半，说明沉降已趋向稳定。

但由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，而且建筑物内外连接的水、暖、电管道断裂，都付出了相当的代价。

上海一在建商品楼发生倒塌事故2009年6月27日6时，上海闵行区莲花南路罗阳路口一幢13层在建商品楼发生倒塌事故.建筑物墙体开裂天津市人民会堂办公楼，位于人民会堂东北，东西向7个开间，长约27 m，南北宽约5 m，高约5.6 m，为两层楼房，建成后使用正常。

1984年7月，在该会堂办公楼两侧，新建天津市科学会堂学术楼。

此学术楼东西向计8个开间，长约34 m，南北宽约18 m，高约22 m，6层，与人民会堂办公楼外墙净距仅30 cm。

1984年底，人民会堂办公楼西侧北墙发现裂缝。

此后，裂缝不断加长、加宽。

至1986年7月，会堂办公楼墙体开裂已极其严重。

图0.4 天津市人民会堂办公楼建筑物基础开裂南京分析仪器厂职工住宅，位于南京市西部秦淮河以南太平南路西一新村，住宅楼东西向长37.6 4 m，南北向宽8.94 m，5层，建筑面积1 721 m 2，建筑场地地表为杂填土，较厚，设计采用无埋式筏板基础。