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《土力学及地基基础》MOOC
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课程介绍

课程简介:

《土力学及地基基础》是土木工程专业的一门专业基础课程,属于必修课。本课程包括土力学及地基基础设计验算的主要内容,主要包括土的基本特性、基本概念和渗流、压缩和强度基本理论以及岩土工程勘察、浅基础设计、桩基础设计、地基处理设计等内容。通过本课程的学习,使学生掌握地基基础设计的基本原理,具有分析和解决一般土力学地基基础工程问题的能力。

学习目标:

通过在线教学培养学生了解和掌握土的基本特性、基本概念和土力学基本理论以及地基基础设计方法,掌握常见的岩土工程勘察、浅基础设计、桩基础设计、地基处理技术,为解决实际工程问题打下扎实的专业基础。通过本课程在线教学与学习,使学生掌握地基基础设计的基本原理,具有分析和解决一般土力学地基基础工程问题的能力。

学时数:

48课时

适用对象:

土木工程专科起点、本科土木工程专业

先修知识:

材料力学(或工程力学)、工程地质

使用教材:

《土力学及地基基础》(普通高等教育土木类专业十二五规划教材),刘忠玉,郑州大学出版社,2012

参考资料:

《土力学》(新世纪土木工程系列教材),廖红建、李荣建、刘恩龙,高等教育出版社,2018(第3版)

教师团队:

李荣建,男,教授,博士生导师,博士毕业于清华大学土木工程专业(导师:李广信教授、于玉贞教授),国际土力学及岩土工程学会会员、中国土木工程学会土力学及岩土工程会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员、中国土木工程学会土的本构关系与强度理论专业委员会委员、中国水利工程协会会员。2015年主持完成的“岩土工程抗震课程内容体系建设与实践创新”获得陕西省教学成果奖二等奖(No.SJX152037-1)2015年校级优秀教学成果特等奖,2017年主持完成的“陕西地区典型特殊土边坡灾害评价方法研究及其工程应用”获得陕西高等学科学技术奖二等奖(No.17H04),主编教材《土工抗震》获得2018年校级优秀教材二等奖。在国内刊物及学术会议上公开发表论文100,其中SCIEI检索60余篇。申报专利30项、获得授权专利21出版专著《非饱和土边坡稳定性分析方法及工程应用》、《岩土工程抗震及隔振分析原理与计算》、《陕北黄土工程地质》、《降雨作用下黄土边坡稳定性及预警》、《地下结构综合试验设计与测试》等5,主编出版教材《土工抗震》、《土力学》2部。

常见问题及重难点提示:

0绪论

1教学基本问题

土力学的基本概念;地基基础的基本概念;土力学及地基基础主要任务、特点和研究方法。

2重点

地基、基础的概念及分类;地基基础设计需满足的基本条件。

3学习难点解析

本章是本课程的引导,存在一些基本概念,应掌握土力学及地基基础的特点、学习方法和要求。

1 地基土的物理性质与地下水

1教学基本问题

地基岩石的成因以及土的三相组成;土的物理性质和物理状态的各类指标以及应用;土的工程分类方法;地下水的埋藏条件及渗流特性。

2重点

土的三相比例指标;黏性土的物理特征;土的工程分类。土的渗透破坏;

3学习难点解析

本章是本课程的基础,概念较多,应注意各节之间的内在联系以及各节内的层次。

2地基中的应力

1教学基本问题

土的自重应力;附加应力;土中应力的计算方法;有效应力原理。

2重点

土的自重应力;有效应力原理基底压力;基底附加压力以及地基附加应力的概念与计算。

3学习难点解析

应深刻理解有效应力和附加应力的概念,掌握附加应力的分布规律,熟练掌握自重应力、基底压力和基底附加压力计算,以及计算矩形面积上竖向均布荷载作用下地基竖向附加应力的角点法。

3土的压缩性及地基沉降

1教学基本问题

土的压缩性;地基最终沉降量的计算;土的应力历史以及土的变形与时间关系(太沙基一维固结理论)

2重点

土的压缩性;地基的最终沉降量计算;太沙基一维固结理论。

3学习难点解析

要求掌握土体变形的实质及其规律,熟练掌握地基最终沉降量的计算方法,了解沉积土层的应力历史和饱和土的渗透固结概念。

4 土的抗剪强度

1教学基本问题

土的强度理论;抗剪强度的主要测定方法。

2重点

库伦公式;土的极限平衡条件;抗剪强度指标的测定。

3学习难点解析

熟练掌握土的抗剪强度的库伦公式和土的极限平衡条件,掌握通过直接剪切试验和三轴压缩试验确定抗剪强度指标的方法。

5 地基承载力、土坡稳定和土压力理论

1教学基本问题

地基破坏类型;地基临塑荷载、临界荷载以及地基极限承载力的确定方法;无黏性土坡、黏性土坡稳定性分析的基本方法;挡土墙朗肯土压力的计算方法;挡土墙库伦土压力的计算方法;⑥挡土墙的设计方法。

2重点

地基破坏形式和地基承载力;挡土墙上的土压力的概念;朗肯土压力理论;④库伦土压力理论。

3学习难点解析

要理解地基的临塑荷载、界限荷载和极限承载力的含义,并能正确使用这些计算公式,初步掌握土坡稳定的分析方法正确理解土压力的概念,熟练掌握主动土压力的计算掌握重力式挡土墙设计。

6 岩土工程勘察

1教学基本问题

岩土工程勘察的主要目的和任务;岩土工程勘察的基本方法;工程地质勘察报告的主要内容及编制方法。

2重点

详细勘察阶段的内容;勘探方法;勘察报告书的内容。

3学习难点解析

要学会阅读和使用工程地质勘察报告。

7 天然地基上的浅基础

1教学基本问题

地基基础设计的步骤地基基础设计的基本原则浅基础类型与构造基础埋置深度的选择地基承载力特征值的确定基础底面尺寸确定地基变形验算扩展基础设计减轻不均匀沉降危害的措施。

2重点

地基承载力特征值的确定;扩展基础的设计与计算减轻不均匀沉降危害的措施。

3学习难点解析

本章问题与第2~6章的土力学和工程地质学以及砌体结构和混凝土结构、建筑施工等课程密切相关。

8桩基础

1教学基本问题

桩基础的组成特点、适用范围和设计原则桩基础类型与构造单桩竖向承载力群桩竖向承载力计算桩基础设计。

2重点

单桩竖向承载力的确定;桩基础设计桩侧负摩阻力群桩的工作特性

3学习难点解析

了解桩的类型及其使用条件、单桩竖向荷载传递的特点和承台的基本内容,掌握桩基竖向承载力计算和承台布桩设计。

9地基处理

1教学基本问题

软弱地基的特点;不良地基的特点;地基处理原则④地基处理常用方法。

2重点

地基处理方法的选择原则;②常用地基处理方法的原理及设计要点。

3学习难点解析

了解软弱地基与不良地基的定义及其分类,掌握地基处理方法的选择原则与多种地基处理方法的概念。

拓展资源:

建议阅读《工程勘察》、《施工技术》等技术期刊,以拓展专业视野。

(1)《工程勘察》网址:http://www.gckc.cbpt.cnki.net/WKD/WebPublication/index.aspx?mid=gckc

(2)《施工技术》网址:https://sgjs.cbpt.cnki.net/WKE/WebPublication/index.aspx?mid=sgjs

教学大纲:

章号

章名

知识点

学习目标

重点

难点

学时

0

绪论

(1)土力学的发展历史;

(2)土力学的工程问题;

(3)地基及基础的概念;

(4)课程的内容与学习方法;

(1)了解土力学的发展历史,理解土力学中的工程问题;

(2)理解地基及基础的概念;

(3)掌握课程的特点及学习方法;

(1)土力学的工程问题;

(2)地基及基础的概念;

(3)课程的内容;

(1) 土力学的工程问题;

(2) 地基及基础概念;

2

1

地基土的物理性质与地下水

(1)岩石的成因;

(2)土的成因;

(3)土的组成;

(4)土的结构;

(5)土的三相物理性质指标;

(6)砂土的密实度;

(7)黏性土的物理状态与击实特性;

(8)地基土的工程分类;

(9)地下水1-地下水埋藏条件;

(10)地下水2-土的渗透性;

(11)地下水3-土的渗透破坏;

(12)第1章习题课;

(1)了解岩石的成因类型、土的组成、土的三相比例指标及地下水;

(2)理解无黏性土的密实度和黏性土的物理特性;

(3)掌握地基岩土的工程分类;

(1)土的三相比例指标;

(2)黏性土的物理特征;

(3)土的工程分类;

(4)土的渗透破坏;

(1)土的三相比例指标;

(2)黏性土的物理特征;

(3)土的渗透破坏;

5

2

土体中的应力

(1)土中应力类型;

(2)有效应力原理;

(3)土的自重应力;

(4)基底压力1-基底压力及分布;

(5)基底压力2-基底压力计算;

(6)基底压力3-基底附加压力;

(7)地基附加应力1-集中力下附加应力;

(8)地基附加应力2-均布矩形荷载下附加应力;

(9)地基附加应力3-附加应力分布规律;

(10)第2章习题课;

(1)了解地基中应力的类型;

(2)理解基底压力和地基附加应力;

(3)掌握土的自重应力计算;

(1)土的自重应力;

(2)有效应力原理;

(3)基底压力;

(4)基底附加压力以及地基附加应力的概念与计算;

(1)土的自重应力;

(2)有效应力原理;

(3)基底附加压力以及地基附加应力的概念与计算;

4

3

土的压缩性、地基沉降和固结

(1)土的压缩性1-土的压缩特点;

(2)土的压缩性2-压缩试验;

(3)土的压缩性3-压缩指标;

(4)地基沉降计算1-分层总和法;

(5)地基沉降计算2-规范法;

(6)地基沉降计算3-地基最终沉降组成;

(7)地基土的应力历史;

(8)地基沉降与时间关系:一维渗透固结及应用;

(9)第3章习题课;

(1)了解土的压缩性;

(2)理解沉积土层的应力历史;

(3)掌握地基的最终沉降量计算和地基沉降与时间的关系;

(1)土的压缩性;

(2)地基的最终沉降量计算;(3)太沙基一维固结理论;

(1)地基的最终沉降量计算;

(2)太沙基一维固结理论;

5

4

土的抗剪强度

(1)土的抗剪强度1-土的破坏现象;

(2)土的抗剪强度2-土中应力状态;

(3)土的抗剪强度3-直剪试验与库伦定律;

(4)土的极限平衡条件;

(5)土的强度破坏判别应用;

(6)抗剪强度指标测定1-直剪试验;

(7)抗剪强度指标测定2-三轴试验;

(8)抗剪强度指标测定3-无侧限抗压试验;

(9)抗剪强度指标测定4-十字板剪切试验;

(10)第4章习题课;

(1)了解土的抗剪强度;

(2)理解极限平衡条件;

(3)掌握抗剪强度指标的测定;

(1)库伦公式;

(2)土的极限平衡条件;

(3)抗剪强度指标的测定;

(1)库伦公式;

(2)土的极限平衡条件;

4

5

地基承载力、土坡稳定和土压力

(1)地基破坏形式;

(2)地基临塑荷载;

(3)界限荷载;

(4)地基极限承载力1-普朗德尔公式;

(5)地基极限承载力-2太沙基公式;

(6)第5章习题课1-地基承载力;

(7)土坡稳定分析1-土坡的概念;

(8)土坡稳定分析2-无粘性土坡;

(9)土坡稳定分析3-粘性土坡;

(10)第5章习题课2-土坡稳定性;

(11)土压力的工程问题;

(12)土压力分类及其产生条件;

(13)静止土压力;

(14)朗肯土压力理论;

(15)库伦土压力理论;

(16)第5章习题课3-朗肯土压力;

(17)挡土墙设计1挡土墙的类型;

(18)挡土墙设计2-挡土墙构造措施;

(19)挡土墙设计3-设计验算;

(20)第5章习题课4-挡土墙设计;

(1)了解地基破坏形式及地基承载力;

(2)理解土坡稳定性分析、土压力及朗肯土压力;

(3)掌握挡土墙设计;

(1)地基破坏形式和地基承载力;

(2)挡土墙上的土压力的概念;

(3)朗肯土压力理论;

(4)库伦土压力理论

(1)挡土墙上的土压力的概念;

(2)朗肯土压力理论;

7

6

岩土工程勘察

(1)岩土工程勘察目的和等级;

(2)岩土工程勘察基本要求和内容;

(3)岩土工程勘察方法;

(4)岩土工程勘察报告;

(1)了解建筑物的岩土工程勘察基本要求和内容;

(2)理解岩土工程勘察方法;

(3)掌握岩土工程勘察报告;

(1)详细勘察阶段的内容;

(2)勘探方法;

(3)勘察报告书的内容;

(1)详细勘察阶段的内容;

(2)勘探方法;

1

7

天然地基上浅基础

(1)地基基础设计的步骤;

(2)地基基础设计的基本原则;

(3)浅基础类型与构造1-无筋扩展基础;

(4)浅基础类型与构造2-扩展基础;

(5)浅基础类型与构造3-柱下条形基础;

(6)浅基础类型与构造4-筏形基础;

(7)浅基础类型与构造5-箱形基础;

(8)浅基础类型与构造6-基础类型选用;

(9)基础埋置深度的选择;

(10)地基承载力特征值的确定;

(11)基础底面尺寸确定1-按持力层确定基底尺寸;

(12)基础底面尺寸确定2-软弱下卧层验算;

(13)地基变形验算;

(14)扩展基础设计1-基底净反力;

(15)扩展基础设计2-独立基础;

(16)扩展基础设计3-条形基础;

(17)减轻不均匀沉降危害的措施;

(1)了解地基基础设计的基本原则、浅基础的类型与构造;

(2)理解基础埋置深度的选择、地基承载力特征值的确定以及基础底面尺寸的确定;

(3)掌握地基变形验算、扩展基础截面设计以及减轻建筑物不均匀沉降危害的措施;

(1)地基承载力特征值的确定;

(2)扩展基础的设计与计算;(3)减轻不均匀沉降危害的措施

(1)地基承载力特征值的确定;

(2)扩展基础的设计与计算;

(3)减轻不均

匀沉降危害的

措施

6

8

桩基础

(1)桩基础的组成特点、适用范围和设计原则;

(2)桩基础类型与构造1-按桩体材料分类;

(3)桩基础类型与构造2-按桩的承载特性分类;

(4)桩基础类型与构造3-按施工方法分类;

(5)桩基础类型与构造4-按挤土效应特性分类;

(6)单桩竖向承载力1-单桩荷载传递;

(7)单桩竖向承载力2-单桩竖向承载力的力学概念;

(8)单桩竖向承载力3-单桩竖向承载力的确定;

(9)单桩竖向承载力4-桩侧负摩阻力;

(10)群桩竖向承载力计算1-群桩的工作特性;

(11)群桩竖向承载力计算2-承台效应;

(12)群桩竖向承载力计算3-基桩竖向承载力特征值;

(13)群桩竖向承载力计算4-基桩竖向承载力验算;

(14)桩基础设计1-桩基设计步骤;

(15)桩基础设计2-桩基选型;

(16)桩基础设计3-桩数与桩位布置;

(17)桩基础设计4-桩身截面强度;

(18)桩基础设计5-桩承台设计;

(19)桩基础设计6-设计习题;

(1)了解桩基础的适用范围与设计原则、桩的类型;

(2)理解单桩竖向承载力及群桩的竖向承载力计算;

(3)掌握桩基础设计;

(1)单桩竖向承载力的确定;

(2)桩基础设计;

(3)桩侧负摩阻力;

(4)群桩的工作特性;

 

 

(1)单桩竖向承载力的确定;

(2)桩基础设计;

(3)桩侧负摩阻力;

(4)群桩的工作特性;

6

9

地基处理

(1)常见软弱土和地基处理目的;

(2)地基处理方法分类、选用原则;

(3)机械压实法;

(4)换土垫层法;

(5)复合地基法;

(6)预压法;

(1)了解软弱地基与不良地基;

(2)理解机械压实法、换填垫层法、复合地基法以及预压法;

(3)掌握地基处理方法的选择原则及施工注意事项;

(1)地基处理方法的选择原则;

(2)常用地基处理方法的原理及设计要点;

(1)常用地基处理方法的原理及设计要点;

4

10

总结与复习

(1)土力学总结与复习;

(2)地基基础总结与复习;

(3)地基处理总结与复习;

-

-

-

4

教学日历:

 

周次

教  学  内  容

课外作业

建议讲授课时

第一周

第0章 绪论                 

1.  土力学的发展历史和工程问题

2.  地基及基础的概念

3.  课程的内容与学习方法

第1章 地基土的物理性质与地下水                                      

1.  土的成因、组成、结构

2.  土的三相物理性质指标

3.  砂土的密实度

《土力学及地基基础》习题集中第0章章节习题

4

第二周

第1章 地基土的物理性质与地下水                                      

4.  黏性土的物理状态与击实特性

5.  地基土的工程分类

6.  地下水及其在土中的渗透性

7.  习题

第2章 土体中的应力                                                   

1.  土中应力类型、有效应力原理

《土力学及地基基础》习题集中第1章章节习题

4

第三周

第2章 土体中的应力                                                   

2.  土的自重应力

3.  基底压力

4.  地基附加应力

5.  习题

第3章 土的压缩性、地基沉降和固结                                    

1.  土的压缩性

《土力学及地基基础》习题集中第2章章节习题

4

第四周

第3章 土的压缩性、地基沉降和固结                                    

2.  地基沉降计算

3.  地基土的应力历史

4.  饱和土一维渗透固结

5.  习题

《土力学及地基基础》习题集中第3章章节习题

4

第五周

第4章 土的抗剪强度                                                   

1.  土的抗剪强度

2.  极限平衡条件

3.  抗剪强度指标的测定

4.  习题

《土力学及地基基础》习题集中第4章章节习题

4

第六周

第5章 地基承载力、土坡稳定和土压力                                                      

1.  地基破坏及地基承载力

2.  土坡稳定分析

3.  土压力、静止土压力及朗肯土压力理论

《土力学及地基基础》习题集中第5章章节习题

4

第七周

第5章 地基承载力、土坡稳定和土压力                                                      

4.  库伦土压力理论

5.  挡土墙设计

6.  习题

第6章 岩土工程勘察                                                

1.  岩土工程勘察的基本要求和内容

2.  岩土工程勘察的方法和报告

3.  习题

《土力学及地基基础》习题集中第5章章节习题

 

 

《土力学及地基基础》习题集中第6章章节习题

 

4

第八周

第7章 天然地基上浅基础

1.  基础的设计原则和设计内容

2.  浅基础类型与构造

3.  基础埋置深度的选择

4.  地基承载力特征值的确定

5.  地基基础尺寸确定

《土力学及地基基础》习题集中第7章章节习题

4

第九周

第7章 天然地基上浅基础

6.  地基变形验算

7.  扩展基础设计

8.  减轻不均匀沉降危害的措施

9.  习题

第8章 桩基础

1.  桩基础的特点、适用范围和设计原则

2.  桩基础类型与构造

《土力学及地基基础》习题集中第7章章节习题

 

 

《土力学及地基基础》习题集中第8章章节习题

 

4

第十周

第8章 桩基础

3.  单桩竖向承载力

4.  群桩竖向承载力计算

5.  桩基础设计

6.  习题

《土力学及地基基础》习题集中第8章章节习题

 

4

第十一周

第9章 地基处理

1.  常见软弱土和地基处理目的、地基处理发展

2.  地基处理方法分类、选用原则和规划

3.  机械压实法

4.  换土垫层法

5.  复合地基法

6.  预压法

7.  习题

《土力学及地基基础》习题集中第9章章节习题

 

4

第十二周

总复习串讲

1.  土力学总结与复习

2.  地基基础设计总结与复习

3.  地基处理总结与复习

 

4

学习方法:

学习说明:

第一,跟着视频逐步学习是学好土力学及地基基础的第一步,对于一些重点和难点内容,建议多次重复看。

第二,作为专业理论性较强的课程,要掌握本课程内容并完成一定的习题训练,学习时边听课、边完成相应章节习题,促使自己真正了解掌握所学的内容。

导学:

一、注重基本概念基本原理的学习

(1)注重学习土力学基本概念、基本原理,注意理论与实际结合,加强土力学感性认识与应用。

(2)注重掌握地基承载力、土坡稳定、土压力三个计算理论,注意结合工程类别应用剖析。

3)在课程教学过程中,教师应指导学生进行课外文献阅读。推荐学生能够利用多种手段获取文献,如利用互联网资源、校园网数据库、图书馆资料(期刊、专业文献)等进行课外阅读。

二、注重工程师视角的学习

(1)注重掌握岩土工程勘察的目的、程序和任务,熟悉常用的勘察方法,学会阅读和使用岩土工程勘察报告。

(2)注重掌握常用的浅基础、桩基础的设计原则及计算要点,注意理论与实际结合,进一步加强工程环节的知识应用。

(3)注重学习地基处理的基本知识、基本理论和施工方法,加强工程环节的应用分析,重视学生理解和实践能力的培养

三、培养学生工程师职业责任感

1)通过理论联系实际的学习,培养学生在毕业工作后确保工程设施安全的底线意识

2)通过理论联系实际的学习,培养学生的工程师职业责任感,

3)通过理论联系实际的思政学习,培养学生大国工匠精神,激发学生家国情怀。