1绪论 §11土力学、地基及基础的概念 1、土的定义：土是地表岩石经长期风化、搬运和沉积作用，逐渐破碎成细小 矿物颗粒和岩石碎屑，是各种矿物颗粒的松散集合体。 2、土的特点： (1)散体性 (2)多孔性 (3)多样性 (4)易变性 3、土在工程中的应用 (1)作为建筑物地基 (2)作为建筑材料 (3)建筑物周围环境 4、地基与基础的概念 上部结构 基础 地 地基及基础示意图
1 绪 论 §1.1 土力学、地基及基础的概念 1、土的定义：土是地表岩石经长期风化、搬运和沉积作用，逐渐破碎成细小 矿物颗粒和岩石碎屑，是各种矿物颗粒的松散集合体。 2、土的特点： （1）散体性 （2）多孔性 （3）多样性 （4）易变性 3、土在工程中的应用 （1）作为建筑物地基 （2）作为建筑材料 （3）建筑物周围环境 4、地基与基础的概念 地基及基础示意图
(1)基础： 1)定义：建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间连接作 用。 2)分类：按埋深可分为： 浅基础：埋深较小(3~5m),可采用挖槽、排水等普通施工程序就可以建造 起来，独立基础、柱下条形基础 深基础：埋深较大，借助特殊的施工方法，桩基础、地下连续墙 (2)地基 1)定义：支承基础的土体或岩体（基底以下的土体中因修建建筑物而引起 的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层)。 「持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层 几下卧层：持力层下部的土层 2)分类： 天然地基：在天然土层上修建，土层要符合修建建筑物的要求（强度条件、 变形条件) 人工地基：经过人工处理或加固（换土垫层、排水固结》 5、地基与基础设计必须满足的三个基本条件 强度条件（按承载力极限状态设计）即作用于地基的荷载不超过地基的承载 能力。 变形条件（按正常使用极限状态设计）即控制基础沉降使之不超过地基变形 的允许值。 挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。 6.与土有关的工程问题 (1)变形问题 (a、意大利比萨斜塔 举世闻名的意大利比萨斜塔就是一个典型 实例。因地基土层强度差，塔基的基础深度不 够，再加上用大理石砌筑，塔身非常重，142 万吨。500多年来以每年倾斜1cm的速度增加， 比萨斜塔向南倾斜，塔项离开垂直线的水平距 离已达5.27m,比萨塔的倾斜归因于它的地基不 均匀沉降。
1 （1）基础： 1）定义：建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间连接作 用。 2）分类：按埋深可分为： 浅基础：埋深较小(3～5m)，可采用挖槽、排水等普通施工程序就可以建造 起来，独立基础、柱下条形基础 深基础：埋深较大，借助特殊的施工方法，桩基础、地下连续墙 （2）地基 1）定义：支承基础的土体或岩体（基底以下的土体中因修建建筑物而引起 的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层）。 持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层 下卧层：持力层下部的土层 2）分类： 天然地基：在天然土层上修建，土层要符合修建建筑物的要求（强度条件、 变形条件） 人工地基：经过人工处理或加固（换土垫层、排水固结） 5、地基与基础设计必须满足的三个基本条件 强度条件（按承载力极限状态设计）即作用于地基的荷载不超过地基的承载 能力。 变形条件（按正常使用极限状态设计）即控制基础沉降使之不超过地基变形 的允许值。 挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。 6. 与土有关的工程问题 （1）变形问题 (a)、意大利比萨斜塔 举世闻名的意大利比萨斜塔就是一个典型 实例。因地基土层强度差，塔基的基础深度不 够，再加上用大理石砌筑，塔身非常重，1.42 万吨。500 多年来以每年倾斜 1cm 的速度增加， 比萨斜塔向南倾斜，塔顶离开垂直线的水平距 离已达 5.27m，比萨塔的倾斜归因于它的地基不 均匀沉降
b以、苏州市虎丘塔 虎丘塔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。 1980年6月虎丘塔现场调查，当时由于全 塔向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已 达2.31m,而且底层塔身发生不少裂缝，成为危 险建筑而封闭、停止开放。 虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成， 块石最大粒径达1000mm。人工块石填土层厚1一 2m,西南薄，东北厚。下为粉质粘土，呈可塑 至软塑状态，也是西南薄，东北厚。塔倾斜后， 使东北部位应力集中，超过砖体抗压强度而压 裂。 (C以、上海锦江饭店 1954年兴建的上海工业展览馆中央大厅 因地基约有14m厚的淤泥质软粘土，尽管采用 了7.27m的箱形基础，建成后当年就下沉 600mm。1957年6月展览馆中央大厅四角的沉 降最大达1465.5mm,最小沉降量为1228mm。 1957年7月，经苏联专家及清华大学陈希哲教 授、陈梁生教授的观察、分析，认为对裂缝修 补后可以继续使用（均匀沉降）。 (2)强度问题 (a以、加拿大特朗斯康谷仓 加拿大特朗斯康谷仓严重倾倒，是地基整体滑动强度破坏的典型工程实例。 1941年建成的加拿大特朗斯 康谷仓，由于事前不了解基础下埋 藏厚达16m的软粘土层，初次贮存 谷物时，就倒塌了，地基发生了整
2 (b)、苏州市虎丘塔 虎丘塔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。 1980 年 6 月虎丘塔现场调查，当时由于全 塔向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已 达 2.31m，而且底层塔身发生不少裂缝，成为危 险建筑而封闭、停止开放。 虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成， 块石最大粒径达 1000mm。人工块石填土层厚 1～ 2m，西南薄，东北厚。下为粉质粘土，呈可塑 至软塑状态，也是西南薄，东北厚。塔倾斜后， 使东北部位应力集中，超过砖体抗压强度而压 裂。 (c)、上海锦江饭店 1954 年兴建的上海工业展览馆中央大厅， 因地基约有 14m 厚的淤泥质软粘土，尽管采用 了 7.27m 的箱形基础，建成后当年就下沉 600mm。1957 年 6 月展览馆中央大厅四角的沉 降最大达 1465.5mm，最小沉降量为 1228mm。 1957 年 7 月，经苏联专家及清华大学陈希哲教 授、陈梁生教授的观察、分析，认为对裂缝修 补后可以继续使用(均匀沉降)。 （2）强度问题 (a)、加拿大特朗斯康谷仓 加拿大特朗斯康谷仓严重倾倒，是地基整体滑动强度破坏的典型工程实例。 1941 年建成的加拿大特朗斯 康谷仓，由于事前不了解基础下埋 藏厚达 16 m 的软粘土层，初次贮存 谷物时，就倒塌了，地基发生了整
体滑动，建筑物失稳，好在谷仓整体性强，谷仓完好无损，事后在主体结构下做 了70多个支承在基岩上的砼墩，用了388个500KN的千斤顶，才将谷仓扶下 但其标高比原来降低了4m (3)渗诱问顾 1963年，意大利265m高的瓦品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1800m,并横跨峡谷滑移300一400m,估计有2 -3亿立方米的岩块滑入水库，冲到对岸形成100一150m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。 我国连云港码头的抛石棱体，1974年发生多次滑坡。 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。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。 §1.2本课程的学习特点和学习要求 1、土力学的主要内容有以下三部分内容： “是土的基本性质，包括物理性质和力学性质： 二是士体受力后的变形与稳定性问题： 三是工程应用的要求和措施，主要是地基设计与处理等。 2、学习建议 土力学的学习包括理论、试验和经验。 理论学习：掌握理论公式的意义和应用条件，明确理论的假定条件，掌握理 论的适用范围： 试验：了解土的物理性质和力学性质的基本手段，重点掌握基本的土工试验 技术，尽可能多动手操作，从实践中获取知识，积累经验： 经验在工程应用中是必不可少的，工程技术人员要不断从实践中总结经验， 以便能切合实际地解决工程实际问题 §13本学科的发展
3 体滑动，建筑物失稳，好在谷仓整体性强，谷仓完好无损，事后在主体结构下做 了 70 多个支承在基岩上的砼墩，用了 388 个 500KN 的千斤顶，才将谷仓扶下， 但其标高比原来降低了 4m 。 （3）渗透问题 1963 年，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 1800m，并横跨峡谷滑移 300－400m，估计有 2 －3 亿立方米的岩块滑入水库，冲到对岸形成 100－150m 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。 我国连云港码头的抛石棱体，1974 年发生多次滑坡。 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。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。 §1.2 本课程的学习特点和学习要求 1、土力学的主要内容有以下三部分内容： 一是土的基本性质，包括物理性质和力学性质； 二是土体受力后的变形与稳定性问题； 三是工程应用的要求和措施，主要是地基设计与处理等。 2、学习建议 土力学的学习包括理论、试验和经验。 理论学习：掌握理论公式的意义和应用条件，明确理论的假定条件，掌握理 论的适用范围； 试验：了解土的物理性质和力学性质的基本手段，重点掌握基本的土工试验 技术，尽可能多动手操作，从实践中获取知识，积累经验； 经验在工程应用中是必不可少的，工程技术人员要不断从实践中总结经验， 以便能切合实际地解决工程实际问题。 §1.3 本学科的发展
土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及其规律等的 一门科学。它既是一六古老的工程技术，以是一门年轻的应用科学。古人兴建的 大型水利工程、宫殿、庙字、堤坝、大运河、桥梁等，都为本学科的发展积累了 丰富的经验，奠定了在典土力学的基础。然而，这些仅限于工程实践经验，未能 形成系统的理论。土力学的系统理论始于18世纪兴起工业革命的欧洲。经过17、 18世纪很多学者的研究，初步奠定了土力学的理论基础。但直到1925年美国著 名科学家、土力学奠基人太沙基归纳前人的成就，发表了《土力学》一书，比 较系统地介绍了土力学的基本内容，土力学才成为一门独立的学科。20世纪60 年代后期，由于计算机的出现、计算方法的改进与测度技术的发愤以及本构模型 的建立等，以迎来了土力学发展的新时期。现代土力学主要表现为一个模型（即 本构模型)、三个理论（即非饱和土的固结理论、液化破坏理论和逐渐破坏理论）、 四个分支（即理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学）。其中，理 论士力学是龙头，计算土力学是筋脉，实验土力学是基础，应用土力学是动力。 未来人类的发展将面对资源与环境以人类生存的挑战，更多的岩土工程问题需要 解决，青年学生作为祖国的栋梁，将要肩负起历史的重任
4 土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及其规律等的 一门科学。它既是一六古老的工程技术，以是一门年轻的应用科学。古人兴建的 大型水利工程、宫殿、庙宇、堤坝、大运河、桥梁等，都为本学科的发展积累了 丰富的经验，奠定了在典土力学的基础。然而，这些仅限于工程实践经验，未能 形成系统的理论。土力学的系统理论始于 18 世纪兴起工业革命的欧洲。经过 17、 18 世纪很多学者的研究，初步奠定了土力学的理论基础。但直到 1925 年美国著 名科学家、土力学奠基人太沙基归纳前人的成就，发表了《土力学 》一书，比 较系统地介绍了土力学的基本内容，土力学才成为一门独立的学科。20 世纪 60 年代后期，由于计算机的出现、计算方法的改进与测度技术的发愤以及本构模型 的建立等，以迎来了土力学发展的新时期。现代土力学主要表现为一个模型（即 本构模型）、三个理论（即非饱和土的固结理论、液化破坏理论和逐渐破坏理论）、 四个分支（即理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学）。其中，理 论土力学是龙头，计算土力学是筋脉，实验土力学是基础，应用土力学是动力。 未来人类的发展将面对资源与环境以人类生存的挑战，更多的岩土工程问题需要 解决，青年学生作为祖国的栋梁，将要肩负起历史的重任