土力學(xué)緒論清華

SoilMechanics土力學(xué)

什么是土？土及土力學(xué)有哪些特點？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？如何學(xué)好土力學(xué)？課程緒論：土力學(xué)及其特點土的一般概念土，地之生萬物者也。‘二’象地之上，地之中；‘|’物出形也。

-《說文解字》土字包括：地上植物部分、表土層、植物地下部分和底土層四個層次。土地系指由地形、水文、局地氣候、巖石圈的上層、土壤和生物有機體等相互作用組成的自然地域綜合體，是地球表層歷史發(fā)展的產(chǎn)物。大氣圈水圈巖石圈生物圈風化物土壤圈地下水土壤在自然界的位置土壤是巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈綜合作用形成的產(chǎn)物。其上界通常是綠色植物層頂，下界達植物根分布層。其垂直范圍，恰好是巖石圈的上層、大氣圈的下層、水圈及生物圈相互接觸的地方，是生物生命及人類生產(chǎn)活動最集中的地方?！暗卣撸f物之本原，諸生之根苑也”

-管仲土壤的剖面和形成土壤有非常復(fù)雜的形成過程，并具有獨特的層狀構(gòu)造。土壤剖面一般包含枯枝落葉層、腐殖質(zhì)層、淀積層和母質(zhì)層四個基本層次。地質(zhì)大循環(huán)：巖石土壤風化、搬運、沉積生物小循環(huán)：生物活動所造成的土壤

有機質(zhì)的循環(huán)地質(zhì)成巖作用土壤帶腐殖質(zhì)層淀積層母質(zhì)層傳統(tǒng)巖土工程的范疇巖石因物理風化作用破碎，在重力作用下堆積到山腳高山下的沖積錐群風蝕蘑菇土的形成過程黃河沖積三角洲

礫石料卵石砂粘土（人工破碎）工程與土力學(xué)中的土地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的風化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。

什么是土？土及土力學(xué)有哪些特點？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？如何學(xué)好土力學(xué)？課程緒論：土力學(xué)及其特點土體的特點

一般固體：液體：土體（散粒體）：可保持固定的形狀不具有特定的形狀具有一定但不固定的形狀巖石風化或破碎的產(chǎn)物，是非連續(xù)體

受力以后易變形，強度低體積變化主要是孔隙變化剪切變形主要由顆粒相對

位移引起固相-土骨架液相-水氣相-空氣

受力后由土骨架、孔隙

介質(zhì)共同承擔相間存在復(fù)雜的相互作用孔隙流體流動自然界的產(chǎn)物，存在自然變異性

非均勻性各向異性時空變異性土體的特點碎散性三相性天然性

滲透特性變形特性強度特性碎散性三相性天然性物理力學(xué)特性復(fù)雜土體的特點學(xué)科研究對象理論力學(xué)質(zhì)點或剛體材料力學(xué)單個彈性桿件（桿、軸、梁）連續(xù)固體結(jié)構(gòu)力學(xué)若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)彈性實體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu)水力學(xué)不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體土力學(xué)天然的三相碎散堆積物碎散材料土力學(xué)與其他學(xué)科的比較土力學(xué)的特點

土力學(xué)研究土的滲透、變形和強度特性以及與此有關(guān)的工程問題連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本知識描述碎散體特性的理論實驗規(guī)律及工程實踐經(jīng)驗土力學(xué)發(fā)展的歷史1773

Coulomb（后Mohr發(fā)展）：摩爾-庫侖強度理論有關(guān)土力學(xué)的第一個理論1776Coulomb：庫侖土壓力理論1856Darcy：達西滲流定律1857Rankine：朗肯土壓力理論1920Prandtl：普朗特極限承載力公式1921-1923Terzaghi：有效應(yīng)力原理及固結(jié)理論1925Terzaghi：出版《土力學(xué)》

土力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的標志1936第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議1960’s后現(xiàn)代土力學(xué)萌芽時期古典時期現(xiàn)代土力學(xué)發(fā)展的歷史是公認的土力學(xué)之父（1883－1963）國際土力學(xué)與地基基礎(chǔ)學(xué)會從第一屆（1936）到第三屆的主席（1957）兩部經(jīng)典名著：《理論土力學(xué)》、《工程實用土力學(xué)》

什么是土？土及土力學(xué)有哪些特點？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？如何學(xué)好土力學(xué)？課程緒論：土力學(xué)及其特點土是工程中應(yīng)用最廣泛的建筑材料。由土層所構(gòu)成的廣袤大地是工程建設(shè)的基地是建筑物的地基是地下建筑的環(huán)境為土工構(gòu)筑物提供填筑材料因此，對土工程性質(zhì)認識的偏差可能會導(dǎo)致?lián)p失巨大的事故。土力學(xué)的重要性加拿大特朗斯康谷倉事故：1913年9月開始裝谷物，

至10月17日共裝入3萬多Ｔ谷物，但此時發(fā)生破壞：

1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜26°53ˊ

西端下沉7.32m

東端上抬1.52m

上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2萬T。處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t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４米。加拿大特朗斯康谷倉原因：谷倉的地基承載力按鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗結(jié)果計算。1952年經(jīng)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)生強度破壞而滑動。2653失事后1913.10.181952.10.5

試驗孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3試驗孔香港寶城滑坡1972年7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滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅--寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡６7人。原因：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，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad香港寶城滑坡現(xiàn)場Early1972滑坡前July1972滑坡后阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變

成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴重損傷阪神大地震中地基液化地基液化造成的路面塌陷1964年日本新瀉地震地基的大面積液化時間：1971年11月9-11日地點：神奈川縣川崎市生研究機構(gòu)：地質(zhì)研究所(通產(chǎn)省)

消防研究所(自治省)

土木研究所(建設(shè)省)

防災(zāi)科學(xué)技術(shù)中心(科技廳)泥石流室外試驗事故發(fā)生過程要點壤土(loam)斜坡崩塌（泥石流）實驗

9日15:00人工降雨開始

11日15:00左右降雨量達500mm

陡坡中泥土突然以20-30m/s流出，斜

坡崩塌，泥石流產(chǎn)生泥石流推倒28米外的護欄，一直沖到

55米外的水池中央，造成31人被埋事故發(fā)生地點關(guān)東壤土：風化花崗巖上火山灰堆積層

ρ=1.45w=5%傾角：30°厚:1.2～3m現(xiàn)場泥石流實驗布置簡圖試驗現(xiàn)場照片ActualslopefailureexperimentbyAPERIFprojectTime:Nov.12-14,2003Location:Mt.Kappa（加波山）Mainoperator:Forestry&ForestProductsResearchInstitute,JapanRainfallintensity:80mm/hr試驗現(xiàn)場照片15人不幸遇難，11人受傷死者當中

實驗人員1人

參觀者10人

報社記者1人

電視采訪人員3人事故傷亡情況可歸結(jié)為與土有關(guān)的強度問題

加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn)香港寶城滑坡阪神等大地震中地基液化泥石流室外試驗事故案例總結(jié)（一）比薩斜塔1173年：動工1360年：再復(fù)工，至1370年竣工，

全塔共8層，高度為55m1272年：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，

高48m，再停工1178年：至4層中，高約29m，

因傾斜停工目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.5°原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強度低，變形大。比薩斜塔1590年:伽利略在此塔做

自由落體實驗1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進行地基處理目前:已向游人開放。處理措施比薩斜塔蘇州虎丘塔概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線達2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物。原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層，產(chǎn)生不均勻沉降。處理：在四周建造圈樁排式地下連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身。1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工島日本關(guān)西機場關(guān)西機場問題：沉降大且不均勻設(shè)計沉降：5.7-7.5m完成時(1990年)實際沉降：8.1m，5cm/月預(yù)測主固結(jié)需：20年比設(shè)計多超填：3m地面沉降危害引起地表積水道路與橋梁受損車間遭到破壞居民樓變形路面變形破壞與土層壓縮變形有關(guān)滲透應(yīng)力拖拽機理降落漏斗→滲透速率提高→水力梯度加大→動水壓力對土層潛蝕→產(chǎn)生管涌→土層結(jié)構(gòu)松散→上覆土層拉張應(yīng)力集中→地表張裂降落漏斗→地下水向中心滲流→動力壓力對固體顆粒產(chǎn)生動能→含水層骨架出現(xiàn)粘性拖拽→上覆土層出現(xiàn)張應(yīng)力集中→地表開裂地下水位下降→上部土層失水→土層在水平方向收縮變形→地表開裂基底起伏不平→壓縮土層厚度差異→土層差異壓縮沉降→沉降差異最大處張應(yīng)力集中→地表開裂盆地地下水下降→松散土層固結(jié)變形→地表土層固結(jié)量大大小于下伏土層→土層沉降翻折→盆緣折裂與滲透作用有關(guān)與盆地邊緣有關(guān)滲透變形機理土層失水壓縮變形機理差異壓縮變形機理剛性折斷機理

抽水作用說可歸結(jié)為與土有關(guān)的變形問題

意大利比薩斜塔蘇州虎丘塔日本關(guān)西機場地面沉降案例總結(jié)（二）土壩，高90m，長1000m，1975年建成次年6月失事Teton壩（美國）Teton壩滲流破壞過程①②③⑤⑥上午10:3011：0011:3011:57Teton壩失事現(xiàn)場現(xiàn)狀損失直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路被沖原因

滲透破壞：沖蝕

水力劈裂1998年長江大堤98洪水長江堤防險情統(tǒng)計共發(fā)生各種險情6000余處九江大堤決口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個洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約62m的潰口。潰口原因：堤基管涌焦點詞匯：豆腐渣工程溝后面板砂礫石壩位于青海省，高71米，長265米，建于1989年。1993年8月7日突然發(fā)生潰壩，瞬間沖毀1000多戶房舍，288人喪生，上千人受傷。潰壩原因：面板止水失效，下游壩體排水不暢，

造成壩坡失穩(wěn)可歸結(jié)為與土有關(guān)的滲透問題

美國Teton壩失事

98洪水長江堤防險情溝后面板砂礫石壩潰壩案例總結(jié)（三）土工結(jié)構(gòu)物或地基

土

強度問題變形問題滲透問題

強度特性變形特性滲透特性土力學(xué)可以解決工程實踐問題，這正是土力學(xué)存在的價值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的

什么是土？土及土力學(xué)有哪些特點？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？如何學(xué)好土力學(xué)？課程緒論：土力學(xué)及其特點

基礎(chǔ)和先導(dǎo)物理性質(zhì)土中應(yīng)力計算工程應(yīng)用土壓力土坡穩(wěn)定地