1、土力学土力学(本学期本学期)基本理论部分基本理论部分地基基础设计部分地基基础设计部分(下学期开下学期开).主要参考书：主要参考书：1、土力学基础工程、土力学基础工程 陈希哲陈希哲 清华大学出版社清华大学出版社 2、土力学及基础工程、土力学及基础工程 丁金粟等丁金粟等 地震出版社地震出版社 3、土力学、土力学 刘成宇刘成宇 中国铁道出版社中国铁道出版社 4、土力学、土力学 四院校合四院校合 中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社 5、B.M.Das,Principles of Geotechnical Engineering,Fourth Edition,PWS Publishing Compan
2、y,1998先修课程：先修课程：理论力学、材料力学、结构力学、理论力学、材料力学、结构力学、弹（塑）性力学、工程地质弹（塑）性力学、工程地质.绪论（绪论（第一章第一章）工程地质概论（工程地质概论（第二章）第二章）土的物理力学性质及工程分类（土的物理力学性质及工程分类（第二章第二章）土的渗透性和渗流土的渗透性和渗流（第三章）（第三章）土的压缩与地基沉降计算土的压缩与地基沉降计算（第四、五章）（第四、五章）土的抗剪强度与地基承载力计算土的抗剪强度与地基承载力计算（第六、（第六、八章）八章）土压力与土坡稳定分析土压力与土坡稳定分析（第七、九章）（第七、九章）土的压实土的压实（第十章）（第十章）.基坑
3、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.绪论（绪论（Introduction）l1 1 土力学研究的内容土力学研究的内容l2 学习土力学的目的学习土力学的目的l3 土力学与其它学科的联系土力学与其它学科的联系l4 4 本学科的重要性本学科的重要性,特点和学习方法特点和学习方法l5 5 土的工程性质土的工程性质 特征特征 特性特性l6 6 地基地基 基础基础l7 7 处理工程中的问题处理工程中的问题l8 8 本学科的历史，现状和展望本学科的历史，现状和展望.1.土土(Soil.Earth)土是岩石经过
4、物理、化学、生物等风化作用土是岩石经过物理、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。颗粒、水和空气组成的三相体。2.土力学及其研究对象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土力学是用力学知识和土工测试技术研究土的物的物理、力学性质，研究土的变形及其强度规律的一理、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
5、在土建工程中的应用。因基基础又是土力学知识在土建工程中的应用。因此若细分：土力学属此若细分：土力学属专业基础课专业基础课部分，而地基部分，而地基基础属基础属专业课专业课部分。部分。.土、地基 基础的关系 土 土 地基 基础.1)1)定义定义：承担建筑物荷载的地层（包括岩石、土层等）2)2)分类：分类：天然地基天然地基(natural ground)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。人工地基人工地基(artificial groundartificial ground）:必需经过人工加固处理才能在其上修筑建筑物的地层。.la:a:强度条件强度
6、条件(Strength Condition):Strength Condition):要求保证地要求保证地基稳定性，不发生整体滑动破坏，也即作用于地基基稳定性，不发生整体滑动破坏，也即作用于地基上的上的建筑物荷载建筑物荷载，不能超过地基的允许承载力不能超过地基的允许承载力，否，否则则lb b变形条件变形条件(deformation Condition)deformation Condition)：地基地基变形的内容包括：沉降量、沉降差、倾斜和局部倾变形的内容包括：沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜。所谓变形条件是指斜。所谓变形条件是指这些量值这些量值不能超过相应的容不能超过相应的容许值。许值。C.
7、C.稳定性要求稳定性要求.4基础基础(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，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(也可也可以说是作用）以说是作用）a:扩散荷载扩散荷载l举例说明：一框架中柱柱底荷载举例说明：一框架中柱柱底荷载P=200kN,柱子断面柱子断面500500mm,l=P/A=800kN/m2f=200kN/m2l也就是说如果把柱子直接支承于地基上，地基承载力显然不也就是说如果把柱子直接支承于地基上，地基承载力显
8、然不足，地基将发生强度破坏。足，地基将发生强度破坏。l但如上右图所示，则问题得到解决。但如上右图所示，则问题得到解决。l加大柱截面，在地面以下用加大柱截面，在地面以下用10001000mm,l=P/A=200kn/m2f=200kn/m2 满足满足.如果基底再加宽，就会如果基底再加宽，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。有安全储备了。由此可见，基础是用来传递并扩散荷载的。.某地基基础设计：地基承载力：f=200kN/m21000mm500mm上部荷载 P=200kN上部荷载 P=200kN.b:增加建筑物或构筑物的稳定性增加建筑物或构筑物的稳定性l高层建筑或构筑物要抵抗高层
9、建筑或构筑物要抵抗风荷载风荷载；地震；地震区建筑或构筑物还将承受区建筑或构筑物还将承受地震荷载地震荷载，这两，这两种荷载都将以种荷载都将以水平力水平力的形式出现，基础愈的形式出现，基础愈深，则整个建筑物会和地面之间产生的嵌深，则整个建筑物会和地面之间产生的嵌固作用就愈大固作用就愈大，抵抗水平力能力进一步增抵抗水平力能力进一步增强，因此强，因此高层建筑或构筑物高层建筑或构筑物的设计中，往的设计中，往往要求基础有一定埋深（往要求基础有一定埋深（DH/12）,以增加以增加其稳定性其稳定性;多层建筑也应埋入地下一定深度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不允许在地表面直接
10、修建建筑物或构筑物.3)分类：分类：按埋置深度不同分：按埋置深度不同分：l浅基础：浅基础：D5m 且且DBl深基础：深基础：D5m或或D(45)Bl浅基础类型浅基础类型:单独基础单独基础,条形基础条形基础（单向条形基础，十字交叉形条单向条形基础，十字交叉形条形基础）形基础）,筏板基础筏板基础,箱形基础箱形基础l深基础类型深基础类型:桩基础桩基础,墩桩基础墩桩基础,沉井基础沉井基础,沉箱基础沉箱基础,地下连续墙地下连续墙,筏板筏板带桩带桩,箱基带桩箱基带桩l4)材料材料：木：木、石石、砖砖、灰土灰土、混凝土、钢筋砼、钢混凝土、钢筋砼、钢。l一般：单独基础、墙下条基可用石、砖、灰土等；一般：单独基
11、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。深基础及箱基、筏板必须用钢筋混凝土材料。.多层、高层建筑的发展为本学科提出了更高的要求。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。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大量利用各类软土及特殊土l城市各种地下管线、地下构筑物城市各种地下管线、地下构筑物l基坑工程基坑工程各种人类活动与周围环境交往各种人类活动与周围环境交往.无标准图集可用无标准图集可用 原因如下：
12、l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）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（内容庞杂（缺少系统性）实践性强实践性强（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。.首先重视课堂的理论学习过程首先重视课堂的理论学习过程,这是掌握土力学基本这是掌握土力学基本理论、提高专业水平的重要途径理论、提高专业水平的重要途径.其次其次:
13、重视工程地质勘察报告及现场原作测试技术（设重视工程地质勘察报告及现场原作测试技术（设计的依据）计的依据）重视地区经验，灵活运用地区性规范、规定、规重视地区经验，灵活运用地区性规范、规定、规程（极大的参考价值）程（极大的参考价值）因地制宜，具体分析（可有许多种方案，比较分因地制宜，具体分析（可有许多种方案，比较分析析,择优选取，优化设计）择优选取，优化设计）.2.1 发展史发展史l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，因规模的不
14、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。此最初的土力学理论多和解决路基问题有关。l土力学的发展大致经历三个历史时期土力学的发展大致经历三个历史时期:萌芽期(1773-1923)l1773年年 France C.A.Coulomb 创立了著名的砂土抗剪强砂土抗剪强度理论：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库仑土压力理论。l1869年年 England Rankine 也提出了计算挡土墙土压力理论朗肯土压力理论朗肯土压力理论。l1885年年 France J.Boussinesq 求得了弹性半无限空间体在
15、竖向集中力作用下的应力应变解答。l1892年年 Sweden W.Fellenius 提出土坡稳定分析土坡稳定分析理论理论。.l这些土力学理论不仅对土力学理论的发展起了极大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，是美国的的人，是美国的K.Terzaghi。l1925年：年：U.S.A K.Terzaghi Principle
16、s of Soil Mechanics 这本比较完整的科学论著的出现，带动了各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。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。因此从此土力学的理论得到了迅速的发展。因此一般人认为一般人认为K.Terzaghi是土力学的奠基人。是土力学的奠基人。因为自因为自K.Terzaghi开始人们对于土力学的研开始人们对于土力学的研究更加系统也更加科学。究更加系统也更加科学。.古典土力学古典土力学(1923-1963)l1923年年,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
17、出土体的一维固结理论一维固结理论,接着又提出了著名的有效有效应力原理应力原理,从而建立起一门独立的学科-土力学.l1925年：年：U.S.A K.Terzaghi Principles of Soil Mechanicsl1943年：年：K.Terzaghi Theoretical Soil Mechanicsl土体的破坏理论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,土体变形问题土体变形问题的研究越来越成为重要内容.l古典土力学的研究可归结为一个原理和两个理论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
18、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.现代土力学现代土力学(1963-2023?)1963年年,Roscoe发表了著名的剑桥模型剑桥模型,第一个可以全面考虑土的压硬性压硬性和和剪胀性剪胀性的数学模型,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
19、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.l国际国际：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。l国内国内：我们国家自1962年至今，也先后召开了8届土力学基础工程
20、学术会议。l第一届（1962年）天津；第五届（1987年）厦门l第二届（1966年）武汉；第六届（1991年）大连l第三届（1979年）杭州；第七届（1995年）北京l第四届（1983年）武汉；第八届(1999年)l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：l工业与民用建筑工程地质勘察规范工业与民用建筑工程地质勘察规范(TJ21-77)l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)l湿陷性黄土地区建筑规范湿陷性黄土地区建筑规范(GJ25-78)等等等等l 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
21、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。.l1.土力学基本理论和计算方法的研究不断深入土力学基本理论和计算方法的研究不断深入 土的随机性研究土的随机性研究、土工数值分析土工数值分析、反馈分析、信息反馈分析、信息化施工等化施工等 l2.重视现场原位测试技术和基础工程质量的检重视现场原位测试技术和基础工程质量的检测方法。测方法。l3.深基础、基坑工程倍受重视深基础、基坑工程倍受重视 l4.软弱地基处理方兴未艾软弱地基处理方兴未艾l5.关于区域性土的工程问题关于区域性土的工程问题l其次，还有土动力学，海洋土动力学，环境岩其次，还有土
22、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土工程等，都是今后土力学发展的重要方向.l1.土力学基础工程土力学基础工程 唐业清编著唐业清编著 中国铁道工业出版社中国铁道工业出版社l2.地基与基础地基与基础 四校合编四校合编（顾晓鲁等）中国建筑工业出版社（顾晓鲁等）中国建筑工业出版社l3.基础工程学基础工程学 叶书麟叶书麟,陈仲颐等著陈仲颐等著 中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社l4.地基与基础地基与基础 华南理工大学出版社华南理工大学出版社l5.基础工程基础工程 周景星主编周景星主编 清华大学出版社清华大学出版社l6.土力学土力学 周景星主编周景星主编 清华大学出版社清
23、华大学出版社l*7.土工原理与计算土工原理与计算 钱家欢钱家欢,殷宗泽殷宗泽 水力水电出版社水力水电出版社l1.岩土工程学报中文核心期刊岩土工程学报中文核心期刊 中国土木工程学会主编中国土木工程学会主编l2.岩土工程界期刊岩土工程界期刊l3.工程勘察中文核心期刊工程勘察中文核心期刊.l1.同济大学地下建筑与工程系同济大学地下建筑与工程系l2.清华大学水利水电工程系清华大学水利水电工程系l3.河海大学水利水电工程系河海大学水利水电工程系-搜索搜索-点击点击研究生培养研究生培养l4.浙江大学土木工程系-搜索-点击研究生培养l5.天津大学土木(水利)工程系-搜索-点击研究生培养l6.北方交通大学土木工程系-点击研究生培养点击研究生培养l7.中国建筑科学研究院地基研究所-点击研究生培养.l注意事项注意事项1.作业本作业本:每次布置作业一周内必须交每次布置作业一周内必须交2.实验课实验课:土力学实验土力学实验 报告及指导书每人各一本，安排实验注报告及指导书每人各一本，安排实验注意通知，未做试验，不能参加期末考试意通知，未做试验，不能参加期末考试3.答疑安排：答疑安排：待定待定4.今日作业：今日作业：详细阅读详细阅读“绪论绪论”5、未完成土力学试验，不能参加期末考试未完成土力学试验，不能参加期末考试6、平时成绩（作业、上课）占期末成绩、平时成绩（作业、上课）占期末成绩20%.
