緒論

一、土力學(xué)、地基與基礎(chǔ)的概念意大利比薩斜塔(圖０-１)是意大利的著名建筑,因１５９０年著名物理學(xué)家伽利略在此塔上做自由落體實(shí)驗(yàn)而聞名于世.意大利比薩斜塔于１１７３年動(dòng)工修建,工程曾間斷兩次,歷經(jīng)約２００年才完工.目前,塔北側(cè)沉降約１m,塔南側(cè)沉降約３m,塔向南傾斜約５.８°,與垂直線的水平距離達(dá)５.２７m.一直以來(lái),關(guān)于比薩斜塔傾斜的原因都有爭(zhēng)議.進(jìn)入２０世紀(jì),隨著對(duì)比薩斜塔的測(cè)量越來(lái)越精確,人們使用各種先進(jìn)設(shè)備對(duì)地基土層進(jìn)行勘測(cè),并對(duì)歷史檔案進(jìn)行研究,終于確定了比薩斜塔傾斜的真正原因.比薩斜塔最初的設(shè)計(jì)是垂直于大地的,但比薩斜塔建設(shè)在深厚的高壓縮性土之上,地基的不均勻沉降導(dǎo)致塔身的傾斜.下一頁(yè)返回緒論

由此可見(jiàn),比薩斜塔整個(gè)建筑在設(shè)計(jì)上是不存在問(wèn)題的,它之所以?xún)A斜而成為危險(xiǎn)的建筑是地基壓縮性過(guò)高的原因.也就是說(shuō),不僅建筑結(jié)構(gòu)主體的設(shè)計(jì)很重要,地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)同樣重要.任何建筑物都是建造在地面上的,而地面是由土組成的(巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積而形成的松散的沉積物就是土).研究土的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用等規(guī)律的一門(mén)力學(xué)分支稱(chēng)為土力學(xué).受建筑物荷載的影響,建筑物下一定范圍內(nèi)的土層將產(chǎn)生應(yīng)力和變形,應(yīng)力和變形不可忽略的那部分地層稱(chēng)為地基.基礎(chǔ)則是指建筑物向地基上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu),位于上部結(jié)構(gòu)和地基之間,其作用是把上部結(jié)構(gòu)的荷載分布并傳遞到地基中.地基具有一定的深度與范圍,基礎(chǔ)以下的土層稱(chēng)為持力層,在地基范圍內(nèi)持力層以下的土層稱(chēng)為下臥層,如果下臥層的承載力低于持力層,稱(chēng)為軟弱下臥層(圖０-２).承載建筑物的地基應(yīng)滿(mǎn)足以下兩方面的要求:(１)要求作用于地基的荷載不超過(guò)地基的承載能力,保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲(chǔ)備.(２)控制基礎(chǔ)沉降使之不超過(guò)地基的變形允許值,保證建筑物不因地基變形而損壞或者影響其正常使用.另外,還應(yīng)要求基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度,在地基反力作用下不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞,并且對(duì)地基變形具有一定的調(diào)整能力.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

具有較高的承載力及較低的壓縮性的土可以作為良好的天然地基.當(dāng)?shù)鼗淋浫?工程性質(zhì)較差,而建筑荷載較大,地基承載力和變形都不基進(jìn)行人工加固處理后才能作為建筑地基,這種地基稱(chēng)為人工地基.由于人工地基施工時(shí)間長(zhǎng),造價(jià)高,所以建筑物應(yīng)盡量建造在天然地基上,以減少工程造價(jià).二、地基與基礎(chǔ)的重要性地基、基礎(chǔ)是建筑物的根基,它們的勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的安全和正常使用.基礎(chǔ)工程屬于隱蔽工程,若地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工不當(dāng),輕則上部結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、傾斜,重則建筑物倒塌,而且進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)、加固處理及其困難.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

同時(shí),由于基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其施工難度大、造價(jià)高,占建筑物總投資的１/５左右.因此,從技術(shù)角度看,研究地基與基礎(chǔ),對(duì)勘察、設(shè)計(jì)和施工具有重要的意義.三、本課程的內(nèi)容、特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法本書(shū)主要內(nèi)容:第一章至第四章主要講述土力學(xué)基本知識(shí);第五章講述土壓力與邊坡穩(wěn)定分析的知識(shí);第六章講述天然地基上淺基礎(chǔ)的知識(shí);第七章講述樁基礎(chǔ)的知識(shí);第八章講述地基處理知識(shí);第九章講述特殊土地基的知識(shí).上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是一門(mén)理論性與實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科,它與建筑力學(xué)、建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、建筑施工技術(shù)等學(xué)科有著極為密切的聯(lián)系,又涉及高等數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的知識(shí).因此,學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)抓住重點(diǎn),兼顧全面,在認(rèn)真學(xué)好各門(mén)基礎(chǔ)課以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的前提下,將本門(mén)課程各部分內(nèi)容掌握牢固.除此之外,還必須認(rèn)真學(xué)習(xí)國(guó)家頒布的相關(guān)工程技術(shù)規(guī)范,如?建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范?(GB５０００７—２０１１)、?建筑樁基技術(shù)規(guī)范?(JGJ９４—２００８)、?建筑地基處理技術(shù)規(guī)范?(JGJ７９—２０１２)等.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

我國(guó)土地遼闊,幅員遼闊,由于自然環(huán)境不同,分布著多種不同的土類(lèi).天然土層的性質(zhì)和分布,不但因地而異,即使在較小的范圍內(nèi),也可能有很大的變化.因此,每一建筑場(chǎng)地都必須進(jìn)行工程地質(zhì)勘查,采取原狀土樣進(jìn)行土工試驗(yàn),以試驗(yàn)結(jié)果作為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的依據(jù).一個(gè)優(yōu)質(zhì)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案更依賴(lài)于完整的地質(zhì)資料和符合實(shí)際情況的周密分析.因此,學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)要特別注意理論聯(lián)系實(shí)際,注意理論的適用條件和應(yīng)用范圍,不可盲目照搬硬套,要培養(yǎng)從實(shí)際出發(fā)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

四、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的發(fā)展土力學(xué)的研究始于１８世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期.由于工業(yè)發(fā)展的需要,建筑的規(guī)模逐步擴(kuò)大.同時(shí),鐵路發(fā)展起來(lái)后,路基修筑出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題,因此,最初的土力學(xué)理論多與解決路基問(wèn)題有關(guān).１７７３年,法國(guó)的C.A.庫(kù)侖提出了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式,創(chuàng)立了計(jì)算擋土墻土壓力的滑楔理論.９０多年后,英國(guó)的W.J.M.朗金又從不同途徑提出了擋土墻土壓力理論.另外,法國(guó)的J.布辛奈斯克求得了彈性半無(wú)限體在豎向集中力作用下的應(yīng)力和變形理論的解答,瑞典的W.費(fèi)蘭紐斯提出了土坡穩(wěn)定分析法.這些古典理論對(duì)土力學(xué)的發(fā)展起到了極大的推進(jìn)作用,至今仍不失其實(shí)用價(jià)值.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

系統(tǒng)地歸納和總結(jié)以往成就的是太沙基,他寫(xiě)了第一本內(nèi)容廣博的著作?土力學(xué)?.在這本書(shū)中,他闡明了土工試驗(yàn)與力學(xué)計(jì)算之間的關(guān)系,其中計(jì)算沉降的方法一直沿用至今.這本比較系統(tǒng)完整的科學(xué)著作的出現(xiàn),帶動(dòng)了各國(guó)學(xué)者對(duì)本學(xué)科各個(gè)方面的探索.從此,土力學(xué)與地基基礎(chǔ)就作為獨(dú)立的學(xué)科而不斷取得進(jìn)展.因此,太沙基被公認(rèn)為土力學(xué)的奠基人.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

幾十年來(lái),由于土木工程建設(shè)的需要,特別是電子計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的引入,土力學(xué)與地基基礎(chǔ)得到了迅速的發(fā)展.目前,已經(jīng)可以把變形和強(qiáng)度問(wèn)題統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行分析,并可以考慮土的非線性應(yīng)力應(yīng)變性狀.基礎(chǔ)分析已經(jīng)從過(guò)去的單獨(dú)分析計(jì)算發(fā)展到考慮地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用的整體分析.在土工試驗(yàn)方面,人們開(kāi)創(chuàng)了許多新的測(cè)試技術(shù)和儀器設(shè)備,原位測(cè)試技術(shù)正日益受到重視.例如,靜力觸探、十字板剪切儀、分層沉降儀、測(cè)斜儀、孔隙水壓力儀、土壓力盒、離心模型試驗(yàn)等測(cè)量手段的出現(xiàn),使人們能夠更直觀地掌握地基土的各種反應(yīng),為設(shè)計(jì)研究與施工提供了較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和資料.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

基礎(chǔ)工程和地基處理技術(shù),無(wú)論在理論上,還是在施工技術(shù)方面,都有了更快的發(fā)展,出現(xiàn)了如補(bǔ)償式基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、樁箱基礎(chǔ)、巨型鋼筋混凝土浮運(yùn)沉井等新穎的基礎(chǔ)形式.在地基處理方面,強(qiáng)夯法、砂井預(yù)壓、真空預(yù)壓、振沖法、旋噴法、深層攪拌法、樹(shù)根樁及壓力注漿法等,都是近幾十年來(lái)創(chuàng)造和完善的新方法.另外,由于深基坑開(kāi)挖支護(hù)工程的需要,出現(xiàn)了盾構(gòu)、頂管、地下連續(xù)墻、深層攪拌水泥維護(hù)結(jié)構(gòu)和錨桿支護(hù)等施工方法和新型支護(hù)結(jié)構(gòu)形式.上一頁(yè)下一頁(yè)返回緒論

土體是由固態(tài)土顆粒、水、氣體組成的三相體系,性質(zhì)復(fù)雜,再加上其生成歷史的差異,使土力學(xué)與地基基礎(chǔ)這門(mén)學(xué)科變得十分復(fù)雜.目前,該學(xué)科的理論雖比幾十年前有了很大的