土力学与基础工程 PPT
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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——地面开裂
杭州地铁事故——塌陷示意图
比萨斜塔：
基础建在一半是软粘土 一半是砂卵石的地基上。
塔高56.7m。近一个世 纪以来，塔已向南倾斜了大 约30厘米，斜度达到8度，塔身超过垂直平面 5.1米。
按南侧每年沉降1.4mm推算，2003或2004 年斜塔可能倒塌。
状态基本一致，工程性质大体相仿的同一 层土称为土层。
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土体。
大家有疑问的，可以询问和交流 可以互相讨论下，但要小声
9
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 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 有关的工程措施，以满足各类工程建筑 的要求。
比萨斜塔治理措施：
在斜塔北侧的塔基下码 放了数百吨重的铅块，并使 用钢丝绳从斜塔的腰部向北 侧拽住，还抽走了斜塔北侧 的许多淤泥，并在塔基地下 打入10根50米长的钢柱。
历时10年半的比萨斜塔拯救工作已全部结 束。纠偏校斜43．8厘米，除自然因素外，可 确保3个世纪内不发生倒塌危险。
苏州虎丘塔：
支承基础的土体或岩体称为地基。地基
可分为天然地基与人工地基。
基础是将结构承受的各种作用传递到
地基上的结构组成部分。
地下水位
P (上部荷载)
上部结构
基础 地基
基础埋深
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。
与土有关的 工程问题
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。
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 ➢上部钢混筒仓完好无损
变形问题： 变形超过限度。
稳定问题： 受力超过限度，取决于土的强度。
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实践性。 土力学的研究必须注意工程实用性。 土力学是一门偏于计算的学科。
学习要求： 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 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 类依据与准确定名。
土的形成：
土是由地壳表层的整体岩石经受风化
作用后形成的大小悬殊的颗粒，经过不同 的搬运方式，在各种自然环境中生成的 沉积物。
风化作用： 物理风化：不改变原来矿物成分 化学风化：改变原来矿物成分 生物风化：动、植物等对岩体的破坏
土的特点： 松散性 孔隙性 多相性 自然变异性
土的两个延伸概念： 土具有成层性。物质组成、物理化学
2.2.1 土的固体颗粒（固相）
土是岩石风化的产物。因此土粒的矿 物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其 所经受的风化作用。成土矿物可分为两大
类：原生矿物和次生矿物。
物理风化仅使岩 石产生量的变化
岩石
物理风化 化学风化
化学风化仅使岩 石产生质的变化
粘土颗粒性质
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。
原生矿物
土粒的大小 及其组成
土粒的粒径由粗到细逐渐变
土
化时，土的性质相应地发生
变化
次生矿物
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。
➢ 土粒的大小称为粒度； ➢ 大小、性质相近的土粒合并为一组,
固体+气体（液体=0）为 干土，此时粘土呈坚硬状态， 砂土呈松散状态；
固体+液体+气体为湿土， 此时粘土多为可塑状态；
固体+液体（气体=0）为饱和土，此时 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 作用发生沉降需几十年才能稳定。
2.2.1 土的固体颗粒（固相） 2.2.2 土中水和气 2.2.3 土的结构和构造
加拿大特朗斯康谷仓
原因： 地基土事先未进行调查，
据邻近结构物基槽开挖取土 试验结果，计算地基承载力 应用到此谷仓。1952年经勘 察试验与计算，地基实际承 载力远小于谷仓破坏时发生 的基底压力。因此，谷仓地 基因超载发生强度破坏而滑 动。
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 388个50t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４米。
土力学
土力学是力学的一个分支，是一
门研究土的学科，是为了解决工程中有 关土的问题。
土力学：利用力学的一般原理，研究土 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 用科学。
土力学研究对象：与工程建设有关的土。 就土木工程领域而言，土是指覆盖在地 表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。 土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的 强弱。
土是由固、液、气相组成的三相分散系。 固相——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 些空隙是相互连通的，形成多孔介质； 液相——主要是水； 气相——主要是空气、水蒸气。
思考： 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 生影响呢？
土体三相比例不同，土的状态和工程性 质也随之各异，例如：
目前该塔倾斜严重塔顶 偏离中心线2.31m。经勘探 发现，该塔位于倾斜基岩上， 复盖层一边深3.8m，另一边 为5.8m。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 身置于地基上，造成了不均匀沉降，引起塔 身倾斜，危及安全。
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 加固塔身，获得成功.。
上海楼房倒塌事件
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杭州地铁事故
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杭州地铁事故——地面开裂
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比萨斜塔：
基础建在一半是软粘土 一半是砂卵石的地基上。
塔高56.7m。近一个世 纪以来，塔已向南倾斜了大 约30厘米，斜度达到8度，塔身超过垂直平面 5.1米。
按南侧每年沉降1.4mm推算，2003或2004 年斜塔可能倒塌。
状态基本一致，工程性质大体相仿的同一 层土称为土层。
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土体。
大家有疑问的，可以询问和交流 可以互相讨论下，但要小声
9
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 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 有关的工程措施，以满足各类工程建筑 的要求。
比萨斜塔治理措施：
在斜塔北侧的塔基下码 放了数百吨重的铅块，并使 用钢丝绳从斜塔的腰部向北 侧拽住，还抽走了斜塔北侧 的许多淤泥，并在塔基地下 打入10根50米长的钢柱。
历时10年半的比萨斜塔拯救工作已全部结 束。纠偏校斜43．8厘米，除自然因素外，可 确保3个世纪内不发生倒塌危险。
苏州虎丘塔：
支承基础的土体或岩体称为地基。地基
可分为天然地基与人工地基。
基础是将结构承受的各种作用传递到
地基上的结构组成部分。
地下水位
P (上部荷载)
上部结构
基础 地基
基础埋深
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。
与土有关的 工程问题
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。
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 ➢上部钢混筒仓完好无损
变形问题： 变形超过限度。
稳定问题： 受力超过限度，取决于土的强度。
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实践性。 土力学的研究必须注意工程实用性。 土力学是一门偏于计算的学科。
学习要求： 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 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 类依据与准确定名。
土的形成：
土是由地壳表层的整体岩石经受风化
作用后形成的大小悬殊的颗粒，经过不同 的搬运方式，在各种自然环境中生成的 沉积物。
风化作用： 物理风化：不改变原来矿物成分 化学风化：改变原来矿物成分 生物风化：动、植物等对岩体的破坏
土的特点： 松散性 孔隙性 多相性 自然变异性
土的两个延伸概念： 土具有成层性。物质组成、物理化学
2.2.1 土的固体颗粒（固相）
土是岩石风化的产物。因此土粒的矿 物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其 所经受的风化作用。成土矿物可分为两大
类：原生矿物和次生矿物。
物理风化仅使岩 石产生量的变化
岩石
物理风化 化学风化
化学风化仅使岩 石产生质的变化
粘土颗粒性质
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。
原生矿物
土粒的大小 及其组成
土粒的粒径由粗到细逐渐变
土
化时，土的性质相应地发生
变化
次生矿物
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。
➢ 土粒的大小称为粒度； ➢ 大小、性质相近的土粒合并为一组,
固体+气体（液体=0）为 干土，此时粘土呈坚硬状态， 砂土呈松散状态；
固体+液体+气体为湿土， 此时粘土多为可塑状态；
固体+液体（气体=0）为饱和土，此时 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 作用发生沉降需几十年才能稳定。
2.2.1 土的固体颗粒（固相） 2.2.2 土中水和气 2.2.3 土的结构和构造
加拿大特朗斯康谷仓
原因： 地基土事先未进行调查，
据邻近结构物基槽开挖取土 试验结果，计算地基承载力 应用到此谷仓。1952年经勘 察试验与计算，地基实际承 载力远小于谷仓破坏时发生 的基底压力。因此，谷仓地 基因超载发生强度破坏而滑 动。
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 388个50t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４米。
土力学
土力学是力学的一个分支，是一
门研究土的学科，是为了解决工程中有 关土的问题。
土力学：利用力学的一般原理，研究土 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 用科学。
土力学研究对象：与工程建设有关的土。 就土木工程领域而言，土是指覆盖在地 表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。 土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的 强弱。
土是由固、液、气相组成的三相分散系。 固相——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 些空隙是相互连通的，形成多孔介质； 液相——主要是水； 气相——主要是空气、水蒸气。
思考： 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 生影响呢？
土体三相比例不同，土的状态和工程性 质也随之各异，例如：
目前该塔倾斜严重塔顶 偏离中心线2.31m。经勘探 发现，该塔位于倾斜基岩上， 复盖层一边深3.8m，另一边 为5.8m。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 身置于地基上，造成了不均匀沉降，引起塔 身倾斜，危及安全。
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 加固塔身，获得成功.。