支撑起土木工程的两个主要学科是结构工程和岩土工程,《土力学与地基基础》是岩土工程的核心课程,是用来解决建筑物地面以下的设计和施工问题的,通俗来说,建筑物需要有扎实的基础和结实的地上结构,本门课程就是解决地基岩土体涉及到的土力学的强度、变形和稳定性问题、基础设计时的安全性和经济性最优问题,本门课程是“土木”工程之“土”的部分,是课程的学习内容是“土木工程”专业的基础。
《土力学与地基基础》的课程内容分为两大板块,即是《土力学》和《地基与基础工程》两大类,这两部分是相互影响进而交互发展的,自然界赋存的土体类型多且受施加的建筑荷载后力学特性复杂,因此导致建筑物的“基础”形态多,本门课中涉及到了柱下独立基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础、箱形基础等浅基础形式,也涉及到桩基础、复合基础、沉井基础等深基础形式,不同类型的“基础型式”设计及施工是《地基与基础工程》要着重解决的问题;基础起着承受上部建筑物荷载,在保证基础自身的安全同时,把荷载向地球表面的岩土体中传递及扩散,这部分承受额外荷载的岩土体不可避免的会有强度、变形及稳定性问题,这便是《土力学》要解决的主要问题,同时,由于浅基础和深基础设计理论及设计方法涉及前期场地调查及施工等要求,因此,整个课程还包括勘察、特殊土及软弱地基的处理、基坑工程、地基的抗震设计等内容。
《土力学与地基基础》课程是从事土木工程的学生在经过一些基础的课程的学习之后,开始逐渐接触一些专业方面的课程,《土力学与地基基础》就是一门联系实践应用和基础知识的主干课程,兼具实践和基础理论等综合知识,融会微积分及弹性力学知识来解决地基与基础工程中的一些力学问题,求解过程繁琐,理解起来困难;同时本课程内容又有实践性很强的“规范性”条条框框的规定性内容,介乎于实践和理论之间的一种平衡处理方法,兼顾土力学机理同时又能保证施工使用安全的折中实践方法。这些特点使得本门课程 “种类杂、机理多、设计繁、施工难”,因此,本门课程的目标:呈现土木工程各类“基础”的特点、选型、内在机理、设计方法及步骤;理清基础与土相互作用的基本理论知识,学会分析地基中土的强度、变形及其稳定性特征。
本课程主要教学内容有:
绪论:1.了解土力学、地基及基础的基本概念。2.了解本学科的发展历程及未来发展趋势。3.了解本课程的地位、特点与学习方法。
上篇 土 力 学
(一)土的的物理性质及工程分类:通过土的基本指标知道如何对土进行工程分类;
(二)土的渗透性与渗流:了解土体中水的运动及移动规律;
(三)土中应力计算:了解土中的力的分类及分布规律;
(四)土的压缩性及地基变形:了解土的变形的规律及计算方法;
(五)土的抗剪强度和地基承载力:了解土体破坏的强度理论及地基承载力确定方法;
(六)土压力和土坡稳定:了解土体对结构的荷载及导致的稳定问题;
下篇 地 基 基 础
(一)地基基础的设计原则:了解地基基础设计的基本原则和基本规定以及常见常见的地基及基础类型及特点
(二)浅基础设计:1.了解浅基础埋置深度的选择的影响因素;2.掌握地基承载力的验算及基础底面尺寸的确定;3.掌握刚性基础与扩展基础的设计计算;4.了解柱下条形基础内力的计算。
(三)桩基础:1.了解桩基础的适用范围;2.了解桩的分类与承载机理;3.了解单桩竖向承载力、单桩水平承载力的确定方法;4.了解群桩的工作特点,承台和桩间土的作用,群桩承载力的确定方法;5.了解桩基础设计与承载力验算。
(四)基坑工程:1.了解基坑工程的概念及特点;2.了解基坑支护结构的形式、适用条件、设计内容;3.了解常见支护结构设计与计算方法;4.了解基坑稳定性分析;5.了解基坑开挖的检验及现场监测。
(五)地基处理:1.了解复合地基的概念、分类;2.了解复合地基的承载力确定、沉降计算方法;3.了解换填垫层法、排水固结法、强夯法、桩土复合地基法、化学加固法、土工合成材料加筋法、托换技术等地基处理方法的机理、特点、适用条件。
本课程是一门实践性很强的课程,学习时一定要紧密结合实际工程背景与土力学基本原理知识,以讲授为主,配合自学与课外作业,鉴于本学科新增的基础类型日益增多和新出现需要解决的工程问题多样性及差异性大,学生学习时需要融会贯通,因为“基础工程”的设计牵涉整个土木工程的安全,地基基础设计是第一步,同时往往也是投资和工期的主要制约因素,一旦处理不当都将会造成严重的后果。