土力学与基础工程.ppt
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土力学与基础工程.ppt
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土力学主讲人:
陈林靖主讲人:
陈林靖福州大学土木工程学院福州大学土木工程学院岩土工程研究所岩土工程研究所11绪绪论论土力学土力学是力学的一个分支,是一是力学的一个分支,是一门研究土的学科,是为了解决工程中有门研究土的学科,是为了解决工程中有关土的问题。
关土的问题。
一、土力学的概念一、土力学的概念土力学:
土力学:
利用力学的一般原理利用力学的一般原理,研究土,研究土的物理、化学和力学性质及土体在荷载、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状的应水、温度等外界因素作用下工程性状的应用科学用科学。
二、土力学的研究对象二、土力学的研究对象土力学研究对象:
土力学研究对象:
与工程建设有关的土。
与工程建设有关的土。
就土木工程领域而言,就土木工程领域而言,土是指覆盖在地土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。
表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。
土与岩石的区分土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的仅在于颗粒间胶结的强弱。
强弱。
二、土力学的研究对象二、土力学的研究对象土的形成:
土的形成:
土土是由地壳表层的整体岩石经受是由地壳表层的整体岩石经受风化风化作用作用后形成的大小悬殊的颗粒,经过后形成的大小悬殊的颗粒,经过不同不同的搬运方式的搬运方式,在各种自然环境中,在各种自然环境中生成的生成的沉积物沉积物。
二、土力学的研究对象二、土力学的研究对象风化作用:
风化作用:
物理风化物理风化:
不改变原来矿物成分:
不改变原来矿物成分化学风化化学风化:
改变原来矿物成分:
改变原来矿物成分生物风化生物风化:
动、植物等对岩体的破坏:
动、植物等对岩体的破坏二、土力学的研究对象二、土力学的研究对象土的特点:
土的特点:
p松散性松散性p孔隙性孔隙性p多相性多相性p自然变异性自然变异性二、土力学的研究对象二、土力学的研究对象土的两个延伸概念:
土的两个延伸概念:
土具有成层性。
物质组成、物理化学土具有成层性。
物质组成、物理化学状态基本一致,工程性质大体相仿的同一状态基本一致,工程性质大体相仿的同一层土称为层土称为土层土层。
由若干厚度不等、性质各异、以一定由若干厚度不等、性质各异、以一定上下层序组在一起的土层集合体称为上下层序组在一起的土层集合体称为土体土体。
三、土力学的研究内容三、土力学的研究内容土力学不仅研究土体当前的性状,土力学不仅研究土体当前的性状,也要分析其性质的形成条件,并结合自也要分析其性质的形成条件,并结合自然条件和建筑物修建后对土体的影响,然条件和建筑物修建后对土体的影响,分析并预测土体性质的可能变化,提出分析并预测土体性质的可能变化,提出有关的工程措施,以满足各类工程建筑有关的工程措施,以满足各类工程建筑的要求。
的要求。
四、地基与基础四、地基与基础支承基础的土体或岩体称为支承基础的土体或岩体称为地基地基。
地基地基可分为天然地基与人工地基。
可分为天然地基与人工地基。
基础基础是将结构承受的各种作用传递到是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
地基上的结构组成部分。
地基与基础设计必须满足的基本条件:
地基与基础设计必须满足的基本条件:
1、作用在地基上的荷载效应(基底压应力)不得超过地基容许承载力;2、基础沉降不得超过地基变形容许值;3、挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防失稳破坏的安全储备。
五、由土引起的工程问题五、由土引起的工程问题上海楼房倒塌事件上海楼房倒塌事件上海楼房倒塌事件上海楼房倒塌事件上海楼房倒塌事件上海楼房倒塌事件杭州地铁事故杭州地铁事故杭州地铁事故杭州地铁事故杭州地铁事故杭州地铁事故地面开裂地面开裂杭州地铁事故杭州地铁事故塌陷示意图塌陷示意图基础建在一半是软粘土基础建在一半是软粘土一半是砂卵石的地基上。
一半是砂卵石的地基上。
塔高塔高56.7m56.7m。
近一个世。
近一个世纪以来,塔已向南倾斜了大纪以来,塔已向南倾斜了大约约3030厘米,斜度达到厘米,斜度达到88度,塔身超过垂直平面度,塔身超过垂直平面5.15.1米。
米。
按南侧每年沉降按南侧每年沉降1.4mm1.4mm推算,推算,20032003或或20042004年斜塔可能倒塌。
年斜塔可能倒塌。
比萨斜塔:
比萨斜塔:
在斜塔北侧的塔基下码在斜塔北侧的塔基下码放了数百吨重的铅块,并使放了数百吨重的铅块,并使用钢丝绳从斜塔的腰部向北用钢丝绳从斜塔的腰部向北侧拽住,还抽走了斜塔北侧侧拽住,还抽走了斜塔北侧的许多淤泥,并在塔基地下的许多淤泥,并在塔基地下打入打入1010根根5050米长的钢柱。
米长的钢柱。
历时历时1010年半的比萨斜塔拯救工作已全部结年半的比萨斜塔拯救工作已全部结束。
纠偏校斜束。
纠偏校斜434388厘米,除自然因素外,可厘米,除自然因素外,可确保确保33个世纪内不发生倒塌危险。
个世纪内不发生倒塌危险。
比萨斜塔治理措施:
比萨斜塔治理措施:
目前该塔倾斜严重塔顶目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线偏离中心线2.31m2.31m。
经勘探。
经勘探发现,该塔位于倾斜基岩上,发现,该塔位于倾斜基岩上,复盖层一边深复盖层一边深3.8m3.8m,另一边,另一边为为5.8m5.8m。
由于在一千余年前。
由于在一千余年前建造该塔时,没有采用扩大基础,直接将塔建造该塔时,没有采用扩大基础,直接将塔身置于地基上,造成了不均匀沉降,引起塔身置于地基上,造成了不均匀沉降,引起塔身倾斜,危及安全。
身倾斜,危及安全。
苏州虎丘塔:
苏州虎丘塔:
处理:
处理:
在塔四周建造一圈桩排在塔四周建造一圈桩排式地下式地下连续连续墙并对塔周围与塔墙并对塔周围与塔基进行基进行钻孔注浆钻孔注浆和打设树根桩和打设树根桩加固塔加固塔身,获得成功身,获得成功.。
原因:
坐落于不均匀粉质粘土原因:
坐落于不均匀粉质粘土层上,层上,产生产生不不均匀沉降均匀沉降。
与土有关的与土有关的与土有关的与土有关的工程问题工程问题工程问题工程问题加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓事故:
事故:
19131913年年99月装谷物,月装谷物,1010月月1717日日装了装了3182231822谷物时,谷物时,11小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况:
长概况:
长59.4m59.4m,宽,宽23.5m23.5m,高,高31.0m31.0m,共,共6565个圆筒仓。
钢混筏板基础,厚个圆筒仓。
钢混筏板基础,厚61cm61cm,埋深,埋深3.66m3.66m。
19111911年动工,年动工,19131913年完工,自重年完工,自重20000T20000T。
加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓原因:
原因:
地基土事先未进行调查,地基土事先未进行调查,据邻近结构物基槽开挖取土据邻近结构物基槽开挖取土试验结果,计算地基承载力试验结果,计算地基承载力应用到此谷仓。
应用到此谷仓。
19521952年经勘年经勘察试验与计算,地基实际承察试验与计算,地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。
因此,的基底压力。
因此,谷仓地谷仓地基因超载发生强度破坏而滑基因超载发生强度破坏而滑动。
动。
处理:
处理:
事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩,使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩,使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统,才把仓体逐渐纠正过来,但其位千斤顶以及支撑系统,才把仓体逐渐纠正过来,但其位置比原来降低了米。
置比原来降低了米。
五、由土引起的工程问题五、由土引起的工程问题变形问题:
变形问题:
变形超过限度。
变形超过限度。
稳定问题:
稳定问题:
受力超过限度,取决于土的强度。
受力超过限度,取决于土的强度。
六、土力学课程的特点六、土力学课程的特点l土力学的研究必须注意土的本质特性。
土力学的研究必须注意土的本质特性。
l土力学的研究必须注意实践性。
土力学的研究必须注意实践性。
l土力学的研究必须注意工程实用性。
土力学的研究必须注意工程实用性。
l土力学是一门偏于计算的学科。
土力学是一门偏于计算的学科。
22土的性质及工程分类土的性质及工程分类学习要求:
学习要求:
了解土的成因和三相组成,掌握土的了解土的成因和三相组成,掌握土的物理性质和物理状态指标的定义、物理概物理性质和物理状态指标的定义、物理概念、计算公式和单位。
要求熟练地掌握物念、计算公式和单位。
要求熟练地掌握物理指标的三相换算。
了解地基土的工程分理指标的三相换算。
了解地基土的工程分类依据与准确定名。
类依据与准确定名。
2.1概概述述土是由固、液、气相组成的三相分散系。
土是由固、液、气相组成的三相分散系。
固相固相包括多种矿物成分组成土的骨架,包括多种矿物成分组成土的骨架,骨架间的空隙为液相和气相填满,这骨架间的空隙为液相和气相填满,这些空隙是相互连通的,形成多孔介质;些空隙是相互连通的,形成多孔介质;液相液相主要是水;主要是水;气相气相主要是空气、水蒸气。
主要是空气、水蒸气。
思考:
思考:
不同的土体三相比例是固定不变的吗?
不同的土体三相比例是固定不变的吗?
同一种土体三相比例的改变是否会对性质产同一种土体三相比例的改变是否会对性质产生影响呢?
生影响呢?
土体三相比例不同,土的状态和工程性土体三相比例不同,土的状态和工程性质也随之各异,例如:
质也随之各异,例如:
固体固体+气体(液体气体(液体=0=0)为)为干土干土,此时粘土呈坚硬状态,此时粘土呈坚硬状态,砂土呈松散状态;砂土呈松散状态;固体固体+液体液体+气体为湿土气体为湿土,此时粘土多为可塑状态;此时粘土多为可塑状态;固体固体+液体(气体液体(气体=0=0)为饱和土)为饱和土,此时,此时粉细砂或粉土遇强烈地震,可能产生液化,粉细砂或粉土遇强烈地震,可能产生液化,而使工程遭受破坏;粘土地基受建筑物荷载而使工程遭受破坏;粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。
作用发生沉降需几十年才能稳定。
2.2土的三相组成及土的结构土的三相组成及土的结构2.2.12.2.1土的固体颗粒(固相)土的固体颗粒(固相)2.2.22.2.2土中水和气土中水和气2.2.32.2.3土的结构和构造土的结构和构造2.2.12.2.1土的固体颗粒(固相)土的固体颗粒(固相)土是岩石风化的产物。
因此土粒的矿土是岩石风化的产物。
因此土粒的矿物组成将取决于物组成将取决于成土母岩的矿物组成成土母岩的矿物组成及其及其所经受的所经受的风化作用风化作用。
成土矿物可分为两大。
成土矿物可分为两大类:
类:
原生矿物和次生矿物原生矿物和次生矿物。
原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物由岩石经物理风化生由岩石经物理风化生成的。
成的。
由原生矿物经化学风由原生矿物经化学风化生成的新矿物。
化生成的新矿物。
颗粒成分与母岩的相颗粒成分与母岩的相同。
同。
它的成分与母岩的完它的成分与母岩的完全不同。
全不同。
常见的有石英、长石常见的有石英、长石和云母。
和云母。
有高岭石、伊利石和有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物。
蒙脱石粘土矿物。
颗粒较粗,多呈浑圆颗粒较粗,多呈浑圆形状。
形状。
颗粒极细,且多呈片颗粒极细,且多呈片状。
状。
吸附水的能力弱,无吸附水的能力弱,无塑性。
塑性。
性质活泼,吸附水能性质活泼,吸附水能力强,具塑性。
力强,具塑性。
岩石物理风化化学风化土土原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组成,它的成分与母岩的相同,颗粒一般较粗,吸附水的能力弱,性质比较稳,无塑性。
化学风化仅使岩石产生质的变化物理风化仅使岩石产生量的变化原生矿物经化学风化生成的新矿物,它的成分与母岩的完全不同。
颗粒极细,性质活泼,有较强的吸附水能力,具塑性。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化土粒的大小及其组成粘土颗粒性质2.2.12.2.1土的固体颗粒(固相)土的固体颗粒(固相)土粒的大小称为粒度;土粒的大小称为粒度;大小、性质相近的土粒合并为一组大小、性质相近的土粒合并为一组,称为粒组,可划分为:
称为粒组,可划分为:
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- 土力学 基础 工程