0 绪 论

1.土力学、地基和基础的概念

人类的工程活动就是把各种各样的荷载作用在地壳表面的土（岩）层上。土和其他材料一样，受力后会发生变形及破坏。土是在第四纪地质历史时期地壳表面母岩经受强烈风化作用后所形成的大小不等的颗粒状堆积物，是覆盖于地壳表面的一种松散的或松软的物质。因此，土的性质变化非常复杂，它与母岩的性质、风化的程度、搬运的形式和距离以及沉积的环境和沉积的时间等因素有关。不同的土类有不同的特性。

图0-1 地基及基础示意图

在工程建设中，土往往是作为不同的研究对象。如在土层上修建房物、桥梁、道路、堤坝时，土是用来支撑建筑物传来的荷载，这时，土被用作为地基；而在修筑土质堤坝、路基时，土又被用作为建筑材料；另外，在修建隧道、涵洞及地下建筑等时，土是作为建筑物周围的介质环境。所以，土的性质对于工程建设的质量、性状等具有直接而重大的影响，研究土的力学性质，其主要目的就是为这方面的工程服务。

土力学是以传统的工程力学和地质学的知识为基础，研究土的应力、应变、稳定性和渗透性及其随时间变化规律的学科。

建筑物修建以后，其全部荷载最终由其下的土层来承担。我们把支撑建筑物荷载的那部分地层称之为地基（图0-1）。如果地基未经人工处理，称为天然地基；如果地基软弱，其承载力及变形不能满足设计要求时，则要对地基进行加固处理，这种地基称为人工地基。

建筑物向地基中传递荷载的下部结构称为基础，基础是建筑物的一部分。基础的结构形式很多，具体设计时应该选择既能适应上部结构、符合建筑物使用要求，又能满足地基强度和变形要求，经济合理、技术可行的基础工程方案。通常把埋置深度不大（一般不超过5.0m），只需经过挖槽、排水等普通施工工序就可以建造起来的基础称为浅基础，如条形基础、独立基础、筏形基础等。而把埋置深度较大（一般不小于5.0m）并需借助于特殊的施工方法来完成的各种类型基础称为深基础，如桩基础、地下连续墙、沉井基础等。

地基和基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危。工程实践表明，建筑物的事故很多都与地基基础问题有关，而且一旦发生地基基础事故，往往后果严重，补救十分困难，有些即使可以补救，其加固修复工程所需的费用也非常高。

2.土力学与基础工程学科的内容和学习方法

各种土类成因的复杂性以及上部结构的多样性，这就是土力学及基础工程学科的特点。它是一门跨学科的综合性很强的基础技术课程。它涉及的知识面很广，包括地质学、土质学、胶体化学、弹性力学、塑性力学、水力学、材料力学以及各种结构工程等方面的内容。

土力学作为土木类学科（土力学与基础工程学科）的理论基础，它主要阐述土的物理性质、力学性质以及两者之间的相关性。虽然物理性质对力学性质的影响目前还停留在定性水平上，但掌握这些影响因素，可以提高技术人员的判断力。

这里指的力学性质主要是土受力后所发生的应力、应变和强度的特性。学习这部分内容时（除理论部分外），非常重要的一点是掌握和熟悉土的力学性质的测试方法，因为土力学有很多概念就隐含在其中。例如，掌握了压缩试验及其曲线，就可以写出地基沉降的计算公式；掌握了三轴试验，土的极限平衡理论就不难理解了。土的固结理论一直被认为是个难点，在学习这部分内容时，一定要时刻记住土是一种由固体、液体和气体组成的三相体（非饱和）或由固体、液体组成的二相体（饱和），其传力机理与其他连续介质不同。它是通过孔隙水压力以及孔隙水压力的消散再传递到固体的骨架上的。所以，土中的应力有总应力、孔隙水压力和有效应力之分。因此，土的变形也好，强度也好，都是和时间有关的。这就是所谓的“有效应力原理”。虽然对应用型人才不要求掌握复杂的计算，但是有效应力原理的概念对学好土力学是至关重要的。

基础工程部分是指应用土力学的基本理论获得的各种土的参数怎样应用于工程设计中。学习这部分内容时，首先要掌握土与结构受力的概念。例如，根据土的反力来计算基础的尺寸和配筋；根据桩侧面上的摩擦力和桩底反力，就可以设计桩的长度和截面积；根据土压力的大小来设计挡土墙、桥台和地下室的墙等。值得注意的是，在进行具体工程设计时，除了符合基本原理外，还必须遵守相应的规范、规程以及某些经验性的要求。专业不同，规范的要求也不同。

在学习方法上，土力学与基础工程学科与一般的数学、力学不同，希望读者要掌握本学科的特殊性，着重理解各类概念的含义。例如，以土的重度而言，就有饱和重度、天然重度、有效重度、干重度等；饱和重度是用来计算总自重应力；在计算沉降时，自重应力应按有效重度计算；此外，土的压缩性也有弹性模量、压缩模量、变形模量等的不同。注意搞清概念，掌握原理，这是技术人员的基本功。

3.土力学与基础工程学科与相邻学科及专业的关系

土力学与基础工程学科的许多理论都是在相邻学科研究成果的基础上发展起来的。例如，土的基本性质方面主要依靠矿物学、胶体化学和土壤学等，土的分类指标液限和塑限直接采用农业土壤的测试方法；土中应力分布采用弹性力学中的布辛奈斯克解的结果；强度方面涉及塑性力学的内容；地下水的渗流按达西定律考虑的等。因为土的性质的复杂性，在实际应用时会有一定的差距，有时要作经验性的修正，所以要注意学习理论联系实际的处理方法。

过去人为地把土木工程分割成工民建、桥梁、道路、水利和港工等，其实这些专业仅是上部结构的形式和受力特点不同而已，对下部而言，并无多大差异。例如，工民建专业主要重视地基的沉降对上部结构的影响；路堤和土坝主要受地基的稳定性控制；码头港口的桩多为高桩承台，除了承受竖向荷载，还承受水平荷载。随着教学改革的深入，专业分工的概念将逐渐淡化。所以，我们不能把自己的知识面限制在一个狭小的所谓“专业”的框框内，而应使自己成为一个能适应土木工程各个专业的通用人才。