土力學 第一章 緒論

1、Soil Mechanics一一. 土力學研究的對象土力學研究的對象二二. 土力學的研究內容土力學的研究內容三三. 土力學的發(fā)展土力學的發(fā)展緒緒 論論1、土的定義：、土的定義： 土是地球表面不同成因的巖石經長期風土是地球表面不同成因的巖石經長期風化、搬運和沉積作用后，覆蓋在地表上的化、搬運和沉積作用后，覆蓋在地表上的碎散的、沒有膠結或膠結很弱的顆粒堆積碎散的、沒有膠結或膠結很弱的顆粒堆積物。它是一種自然歷史產物。物。它是一種自然歷史產物。 緒論一. 土力學的研究對象 碎散性碎散性2 2 土有哪些特點？土有哪些特點？非連續(xù)介質非連續(xù)介質l 受力以后易變形受力以后易變形l 體積變化主要是孔隙變化體

2、積變化主要是孔隙變化l 剪切變形主要由顆粒剪切變形主要由顆粒 相對位移引起相對位移引起l 強度低強度低緒論巖石風化巖石風化的產物的產物多相介質多相介質三相體系三相體系 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 質共同承擔質共同承擔 存在復雜的相互作用存在復雜的相互作用 孔隙流體流動孔隙流體流動緒論2 2 土有哪些特點？土有哪些特點？固相固相土骨架土骨架液相液相水水氣相氣相空氣空氣自然變異性自然變異性自然界的產物自然界的產物緒論2 2 土有哪些特點？土有哪些特點？（1）散體性）散體性（2）多相性）多相性（3）結構性）結構性（4）自然變異性）自然變異性 碎散性碎散性三相體系三相體系自然變異性自

3、然變異性力學特性復雜力學特性復雜 變形特性變形特性 強度特性強度特性 滲透特性滲透特性緒論2 2 土有哪些特點？土有哪些特點？3 3 土力學的研究對象土力學的研究對象 緒論學科學科研究對象研究對象理論力學理論力學 質點或剛體質點或剛體材料力學材料力學 單個彈性桿件（桿、軸、梁）單個彈性桿件（桿、軸、梁）連續(xù)固體連續(xù)固體結構力學結構力學 若干彈性桿件組成的桿件結構若干彈性桿件組成的桿件結構彈性力學彈性力學 彈性實體結構或板殼結構彈性實體結構或板殼結構水力學水力學不可壓縮的連續(xù)流體（水）不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體連續(xù)流體天然的三相碎散堆積物天然的三相碎散堆積物碎散材料碎散材料4 4 土力學有

4、何特點？土力學有何特點？土力學土力學緒論連續(xù)介質連續(xù)介質力學的基力學的基本知識本知識描述碎散體描述碎散體特性的理論特性的理論土的變形、強度和滲透特性土的變形、強度和滲透特性以及與此有關的工程問題以及與此有關的工程問題5 5 為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？(1)(1)土具有廣泛的工程應用土具有廣泛的工程應用(2) (2) 存在大量與土有關的工程問題存在大量與土有關的工程問題緒論(1) (1) 土的工程應用土的工程應用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物基礎之地基建筑物基礎之地基 建筑環(huán)境建筑環(huán)境緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？(2) (2) 與土有關的工程問題與土有關的工程問

5、題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 事故：事故：19131913年年9 9月裝谷物，月裝谷物，1010月月1717日裝了日裝了3182231822谷物時，谷物時，1 1小時豎向沉降達小時豎向沉降達30.5cm30.5cm2424小時傾斜小時傾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 東端上抬東端上抬1.52m1.52m上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損概況：長概況：長59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，

6、共6565個圓筒倉。個圓筒倉。 鋼混筏板基礎，厚鋼混筏板基礎，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 原因：地基土事先未進行調查，據鄰近結構物基槽開挖取土試驗結果，計算地基承載力應用到此谷倉。1952年經勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動壞而滑動。處理：處理：事后在下面做了七十

7、多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388388個個50t50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了米。但其位置比原來降低了米。 與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？香港寶城滑坡香港寶城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈寶城大廈，頃刻間寶城大

8、廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。角約五層住宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。Early 1972 滑坡前滑坡前June 1972 滑坡后滑坡后與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？阪神大地震中地基液化神戶碼頭：神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產生很大的側向變形和沉降，大量的建筑物

9、倒塌或遭到嚴重損傷 液化：松砂地基在振動荷載作液化：松砂地基在振動荷載作用下用下喪失強度變成流動狀態(tài)喪失強度變成流動狀態(tài)的的一種現象一種現象與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？阪神大地震中地基液化神戶碼頭：神戶碼頭：沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？以上幾個實例可歸結為與土有關的強度問題與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？比薩斜塔目前：目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m1.80m， 塔頂離中心

10、線已達塔頂離中心線已達5.27m5.27m，傾斜，傾斜5.55.513601360：再復工，至再復工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8層，高度為層，高度為55m55m12721272：復工，經復工，經6 6年，至年，至7 7層，高層，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4層中，高約層中，高約29m29m，因傾斜停工，因傾斜停工11731173：動工動工原因：原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強度較低，層，強度較低，變形較大變形較大。1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落體實驗落體實驗 與土有關的工

11、程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？比薩斜塔1838-18391838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-19351933-1935：基坑防水處理 基礎環(huán)灌漿加固19901990年年1 1月月: : 封閉19921992年年7 7月：月：加固塔身，用壓重 法和取土法進行地 基處理目目 前前: : 已向游人開放。 處理措施與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？虎丘塔問題：問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔塔身向東北方向嚴重傾斜，塔 頂離中心線已達頂離中心線已達2.31m2.31m，底層，底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險塔身發(fā)

12、生不少裂縫，成為危險 建筑物而封閉。建筑物而封閉。概況：概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7層，高層，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均勻粉質粘土層上，坐落于不均勻粉質粘土層上， 產生產生不均勻沉降不均勻沉降。處理：處理：在塔四周建造一圈樁排式地下在塔四周建造一圈樁排式地下 連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行 鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔 身，獲得成功。身，獲得成功。與土有關的工程問題與土有關的工

13、程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？關西機場 世界最大人工島19861986年：年：開工開工19901990年：年：人工島完成人工島完成19941994年：年：機場運營機場運營面積：面積：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？關西機場設計時預測沉降：設計時預測沉降：5.75.77.5 m7.5 m完成時實際沉降：完成時實際沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月(1990(1990年年) )預測主固結完成：

14、預測主固結完成：2020年后年后比設計超填：比設計超填：3m3m問題：沉降大且有不均勻沉降與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？以上幾個實例可歸結為以上幾個實例可歸結為與土有關的變形問題變形問題與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？Teton壩壩概況：概況：土壩，高土壩，高90m90m，長，長1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事損失：損失：直接直接80008000萬美元，起萬美元，起訴訴55005500起，起，2.52.5億美元，億美元，死死

15、1414人，受災人，受災2.52.5萬人，萬人，6060萬畝土地，萬畝土地，3232公里公里鐵路鐵路原因：原因：滲透破壞水力劈裂滲透破壞水力劈裂與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？Teton壩壩1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？Teton壩壩1111：0000左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？TetonTeton壩壩11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了

16、壩基，主洞的上方又出現一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設施。與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？11：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。TetonTeton壩壩與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？11:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下TetonTeton壩壩與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？12：00過后坍塌口加寬TetonTeton壩壩與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？洪水掃過下游谷底，附近所有設施被

17、徹底摧毀TetonTeton壩壩與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？失事現場目前的狀況TetonTeton壩壩與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？九江大堤決口潰口原因：潰口原因：堤基管涌堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。 與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖長江堤防工程堤

18、基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖砂砂環(huán)環(huán)管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土滲水滲水雜填土雜填土管涌：管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現象。通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現象。 堤基管涌與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？管涌砂環(huán)砂性土堤基管涌破壞示意圖砂性土堤基管涌破壞示意圖管涌破壞當管涌發(fā)生時，當管涌發(fā)生時，滲流將導致向源滲流將導致向源侵蝕，使堤防基侵蝕，使堤防基礎下部出現滲流礎下部出現滲流通道通道當水頭差足夠大時，當水頭差足夠大時，侵蝕將加速并掏挖侵蝕將加速并掏

19、挖堤防基礎。形成通堤防基礎。形成通道后極易引起潰決道后極易引起潰決與土有關的工程問題與土有關的工程問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？以上幾個實例可歸結為與土有關的滲透問題緒論為什么要學習土力學？為什么要學習土力學？土工結構物或地基土強度強度問題問題變形問題變形問題滲透滲透問題問題 強度強度特性特性 變形特性變形特性 滲透滲透特性特性土力學土力學可以解決工程實踐問題，這正是可以解決工程實踐問題，這正是土力學存在的價值以及我們學習土力學土力學存在的價值以及我們學習土力學的目的。的目的。緒論二、土力學包括哪些內容？二、土力學包括哪些內容？基礎基礎物理性質物理性質先導土中土中應力應力具體

20、應用土壓力土壓力核心核心滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性基礎與主線基礎與主線先導具體應用緒論二、土力學包括哪些內容？二、土力學包括哪些內容？第一章第一章土的組成和物理性質土的組成和物理性質第二章第二章土的滲透性土的滲透性與土中與土中滲流滲流第三章第三章土體中的應力土體中的應力分布及其分布及其計算計算第四章第四章土的壓縮性和地基沉降計算土的壓縮性和地基沉降計算第五章第五章土的抗剪強度土的抗剪強度土力學（土力學（2 2）滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性學習土力學需要具備的基礎知識學習土力學需要具備的基礎知識 ：學習土力學必須具有良好的數學基礎知識和一定的學習土力學必

21、須具有良好的數學基礎知識和一定的理論力學、材料力學、彈性力學和塑性力學知識。理論力學、材料力學、彈性力學和塑性力學知識。需具備工程地質學、第四紀地質學、地貌學、水力需具備工程地質學、第四紀地質學、地貌學、水力學、地下水動力學和水文地質學等關聯學科的相關學、地下水動力學和水文地質學等關聯學科的相關知識。知識。 緒論如何學好土力學？如何學好土力學？注意土的基本特點注意土的基本特點 - - 通過與其它材料對比通過與其它材料對比 注重理論聯系實際注重理論聯系實際 - - 通過現場觀察與試驗通過現場觀察與試驗注重正確學習方法注重正確學習方法 - - 概念，原理，方法概念，原理，方法 內容間聯系內容間聯系

22、 要記憶，但不能死記要記憶，但不能死記17761776 CoulombCoulomb 強度定律，土壓力理論強度定律，土壓力理論18561856 DarcyDarcy 定律定律18571857 RankineRankine 新的土壓力理論新的土壓力理論19251925 TerzaghiTerzaghi 有效應力原理及滲透固結理論有效應力原理及滲透固結理論19361936 第一屆國際土力學及基礎工程會議第一屆國際土力學及基礎工程會議19491949 中國土力學研究的興起中國土力學研究的興起緒論三、三、土力學的發(fā)展土力學的發(fā)展土力學成為一門獨立學科的重要標志Terzaghi是土力學的奠基人1.十八世

23、紀中葉以前為經驗積累的感性認識階段。十八世紀中葉以前為經驗積累的感性認識階段。2.本世紀二十年代以前為理論提高階段。本世紀二十年代以前為理論提高階段。3.本世紀二十年代有效應力原理和滲透固結理論本世紀二十年代有效應力原理和滲透固結理論的提出，土力學形成一門獨立的學科。的提出，土力學形成一門獨立的學科。緒論三、三、土力學的發(fā)展土力學的發(fā)展1室內和原位測試技術和儀器設備方面。大力室內和原位測試技術和儀器設備方面。大力引進和發(fā)展現代測試技術，使試驗結果更符合引進和發(fā)展現代測試技術，使試驗結果更符合現場的實際情況。現場的實際情況。2土的本構關系方面。研究應力應變關系的非土的本構關系方面。研究應力應變關系的