土力学基本理论部分课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,.,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,土力学（,Soil Mechanics）,土力学,(本学期),基本理论部分,地基基础设计部分,(下学期开,),1,.,主要参考书：,1、土力学基础工程 陈希哲 清华大学出版社,2、土力学及基础工程 丁金粟等 地震出版社,3、土力学 刘成宇 中国铁道出版社,4、土力学 四院校合 中国建筑工业出版社,5、B.M.Das,Principles of Geotechnical Engineering,Fourth Edition,PWS Publishing Company,1998,先修课程：,理论力学、材料力学、结构力学、,弹（塑）性力学、工程地质,2,.,土力学,基本理论部分,绪论（,第一章,）,工程地质概论（,第二章）,土的物理力学性质及工程分类（,第二章,）,土的渗透性和渗流,（第三章）,土的压缩与地基沉降计算,（第四、五章）,土的抗剪强度与地基承载力计算,（第六、八章）,土压力与土坡稳定分析,（第七、九章）,土的压实,（第十章）,3,.,工程背景资料,基坑工程照片,照片1,介绍近几年国内成功的基坑工程照片,国内外地基基础工程成败实例,照片2,介绍失败的工程事例,地基处理,照片3,介绍地基处理的新技术照片,4,.,土力学（,Soil Mechanics）,绪论（,Introduction）,1 土力学研究的内容,2 学习土力学的目的,3 土力学与其它学科的联系,4 本学科的重要性,特点和学习方法,5 土的工程性质 特征 特性,6 地基 基础,7 处理工程中的问题,8 本学科的历史，现状和展望,5,.,1.,土力学研究的内容,1.土(,Soil.Earth),土是岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是矿物颗粒组成的集合体，是由固体颗粒、水和空气组成的三相体。,2.,土力学及其研究对象(,Soil Mechanics and its researching objects),土力学是用力学知识和土工测试技术研究土的物,理、力学性质，研究土的变形及其强度规律的一,门学科。是地基基础设计的主要理论依据，而地,基基础又是土力学知识在土建工程中的应用。因此若细分：土力学属,专业基础课,部分，而地基基础属,专业课,部分。,6,.,土、地基 基础的关系,土,土,地基,基础,7,.,3.地基(,ground,Subgrade),1)定义,：,承担建筑物荷载的地层（包括岩石、土层等）,2)分类：,天然地基(,natural ground),:,不需要经过人工加固处理就可以在其上直接修筑建筑物的地层。,人工地基(,artificial ground）,:,必需经过人工加固处理才能在其上修筑建筑物的地层。,8,.,3)地基设计原则：,为保证建筑物或构筑物的安全和正常使用，对于支承整个建筑物或构筑物荷载的地基应满足以下基本条件:,a:,强度条件,(,Strength Condition):,要求保证地基稳定性，不发生整体滑动破坏，也即作用于地基上的,建筑物荷载,，,不能超过地基的允许承载力,，否则,b,变形条件,(,deformation Condition)：,地基变形的内容包括：沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜。所谓变形条件是指,这些量值,不能超过相应的容许值。,C.,稳定性要求,9,.,4基础(,footing,foundation),任何一个建筑物都有一个我们看不见的下部结构埋藏在地表以下，这个下部结构就是基础。必须修建基础主要有两个原因(也可以说是作用）,1)作用,a:,扩散荷载,举例说明：一框架中柱柱底荷载,P=200kN,柱子断面,500500,mm,=P/A=800kN/m,2,f,=200kN/m,2,也就是说如果把柱子直接支承于地基上，地基承载力显然不足，地基将发生强度破坏。,但如上右图所示，则问题得到解决。,加大柱截面，在地面以下用,10001000,mm,=P/A=200kn/m,2,f=,200kn/m,2,满足.如果基底再加宽，就会有安全储备了。由此可见，基础是用来传递并扩散荷载的。,10,.,某地基基础设计,：,地基承载力：,f=200kN/m2,1000,mm,500,mm,上部荷载,P=200kN,上部荷载,P=200kN,11,.,b:,增加建筑物或构筑物的稳定性,高层建筑或构筑物要抵抗,风荷载,；地震区建筑或构筑物还将承受,地震荷载,，这两种荷载都将以,水平力,的形式出现，基础愈深，则整个建筑物会和地面之间产生的嵌固作用就愈大,，,抵抗水平力能力进一步增强，因此,高层建筑或构筑物,的设计中，往往要求基础有一定埋深（,DH/12）,以增加其稳定性;多层建筑也应埋入地下一定深度,不允许在地表面直接修建建筑物或构筑物.,12,.,2).定义：,基础是建筑物或构筑物向下部扩散并传递荷载的下部结构。,3)分类：,按埋置深度不同分：,浅基础：,D5m,且,DB,深基础：,D5m,或,D(45)B,浅基础类型:,单独基础,条形基础,（,单向条形基础，十字交叉形条形基础）,筏板基础,箱形基础,深基础类型:,桩基础,墩桩基础,沉井基础,沉箱基础,地下连续墙,筏板带桩,箱基带桩,4)材料,：木,、,石,、,砖,、,灰土,、,混凝土、钢筋砼、钢,。,一般：单独基础、墙下条基可用石、砖、灰土等；深基础及箱基、筏板必须用钢筋混凝土材料。,13,.,1.本学科的重要性,1.1,重要性,多层、高层建筑的发展为本学科提出了更高的要求。基础造价不断提高，基础形式及施工方法不断创新。,为缓解城市交通大量修筑地铁、城铁，高架桥等,大量利用各类软土及特殊土,城市各种地下管线、地下构筑物,基坑工程,各种人类活动与周围环境交往,14,.,1.2,特点,无标准图集可用,原因如下：,土的工程性质复杂性，具体性，导致本学科无标准图集可用，不同的地区，土质相差很大；同一个地区，土质也有差别；即使是同一种土，在不同的季节，由于温度、湿度的变化，地下水位的升降，其工程性质都不一样。,规范的标准变化很大（较大）,原因如下：,地区的差异，土质、环境条件的差异导致规范的标准变化很大。,内容庞杂（,缺少系统性,）,实践性强,（,以试验为基础的试验科学）许多情况下土性参数、指标，地基承载力等需由试验确定。,15,.,1.3,学习方法,首先重视课堂的理论学习过程,这是掌握土力学基本理论、提高专业水平的重要途径.其次:,重视工程地质勘察报告及现场原作测试技术（设计的依据）,重视地区经验，灵活运用地区性规范、规定、规程（极大的参考价值）,因地制宜，具体分析（可有许多种方案，比较分析,择优选取，优化设计）,16,.,2.土力学学科的历史，现状和展望,2.1 发展史,人们对于土力学的研究始于十八世纪工业革命时期。工业发展的需要促进了建筑规模的不断扩大。铁路的修筑更是日新月异，实际的需要促进了理论的发展，因此最初的土力学理论多和解决路基问题有关。,土力学的发展大致经历三个历史时期:,萌芽期(1773-1923),1773年,France C.A.Coulomb,创立了著名的,砂土抗剪强度理论：,=tg,。,并提出了计算挡土墙土压力的滑契理论即,库仑土压力理论,。,1869年,England Rankine,也提出了计算挡土墙土压力理论,朗肯土压力理论,。,1885年,France J.Boussinesq,求得了,弹性半无限空间体在竖向集中力作用下的应力应变解答,。,1892年,Sweden,W.Fellenius,提出,土坡稳定分析,理论,。,17,.,这些土力学理论不仅对土力学理论的发展起了极大的推动作用，而且在当时的确为解决实际工程问题提供了理论依据，至今仍有其巨大的实用价值。系统的总结前人的成果并使土力学成为一门独立学科的人，是美国的,K.Terzaghi,。,1925年：,U.S.A K.Terzaghi Principles of Soil Mechanics,这本比较完整的科学论著的出现，带动了各国学者对土力学这门学科的各方面的探索。从此土力学的理论得到了迅速的发展。因此一般人认为,K.Terzaghi,是土力学的奠基人。因为自,K.Terzaghi,开始人们对于土力学的研究更加系统也更加科学。,18,.,古典土力学(1923-1963),1923年,U.S.A K.Terzaghi,发表了著名的论文粘土中动水应力的消散计算,提出土体的,一维固结理论,接着又提出了著名的,有效应力原理,从而建立起一门独立的学科-,土力学,.,1925年：,U.S.A K.Terzaghi Principles of Soil Mechanics,1943年：,K.Terzaghi,Theoretical Soil Mechanics,土体的破坏理论,仍然是研究的主流,但随着弹性力学的研究成果被大量的吸引过来,土体变形问题,的研究越来越成为重要内容.,古典土力学的研究可归结为,一个原理和两个理论,:,有效应力原理,和以,弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论和以刚塑性模型为出发点的破坏理论,(极限平衡理论),但真实的土体既不是理想弹性体,也不是理想刚塑性体,人们开始考虑基于土的两个基本特征:,压硬性和剪胀性,的现代土力学理论,计算机技术的迅猛发展又提供了客观条件，对土力学的发展提供了有利条件,19,.,现代土力学(1963-2023?),1963年,Roscoe,发表了著名的,剑桥模型,第一个可以全面考虑土的,压硬性,和,剪胀性,的数学模型,标志着现代土力学的开端.,经过近40年的努力,现代土力学已越过重要阶段并渐趋成熟.,1)非线性模型和弹性模型的深入研究和大量应用,2)损伤模型的引入和结构性模型的初步研究,3)非饱和固结理论的研究,4)砂土液化理论的研究,5)剪切带理论及渐进破损问题研究,6)土的细观力学研究,(可归结为,一个模型、三个理论、四个分支.,),本构模型;,非饱和固结理论,和,液化破坏理论,和,渐进破坏理论,;,理论土力学、计算土力学、实验土力学、应用土力学,总之,以本构模型为核心的现代土力学的基本框架,已见雏形,.,20,.,2.2,现状,国际,：自从1925年，,K.terzaghi,的第一本,Principles of Soil Mechanics,问世以来，迄今已召开了十多届国际土力学基础工程学术会议，还召开了多次区域性或专题性的土力学或基础工程学术会议。,国内,：我们国家自1962年至今，也先后召开了8届土力学基础工程学术会议。,第一届（1962年）天津；第五届（1987年）厦门,第二届（1966年）武汉；第六届（1991年）大连,第三届（1979年）杭州；第七届（1995年）北京,第四届（1983年）武汉；第八届(1999年),此外还召开了一系列专题学术会议，推动了土力学的发展，国家这几年已先后颁发了许多有关规范、规程，例：,工业与民用建筑工程地质勘察规范(,TJ21-77),建筑地基基础设计规范(,GBJ7-89),湿陷性黄土地区建筑规范(,GJ25-78),等等,上述许多规范仍在修订，而且需要继续编制和颁布一些新规范，如：建筑地基处理技术规范。此外，各省市，地区也都根据本地区发展，编制了地区性的规定，规程，极大的推动了土力学的理论及应用。,21,.,2.3展望,1.土力学基本理论和计算方法的研究不断深入,土的随机性研究,、,土工数值分析,、,反馈分析、信息化施工等,2.重视现场原位测试技术和基础工程质量的检测方法。,3.深基础、基坑工程倍受重视,4.软弱地基处理方兴未艾,5.关于区域性土的工程问题,其次，还有土动力学，海洋土动力学，环境岩土工程等，都是今后土力学发展的重要方向.,22,.,参考书、文献及专业期刊目录,1.土力学基础工程 唐业清编著 中国铁道工业出版社,2.地基与基础 四校合编（顾晓鲁等）中国建筑工业出版社,3.基础工程学 叶书麟,陈仲