土力学绪论清华资料
清华土力学土力学2绪论
绪论 Introduction
一、土力学1与2的关系
Soil Mechanics and Foundation Engineering
1 二者的关系 密切相关， “土力学与基础工程” 区别：土力学1 基本原理 土力学2 应用 专业基础课
2 土力学基本原理的广泛应用-举例 3 土力学2的主要内容
大范畴
土力学2的重要性－工期造价
3 工期和造价
•我国一般民用工程造价中基础工程占1/31/4，软土和复杂情况要高于这个比例。桥 梁占50%～70%。 •工期 *人工降水和开挖：清华图书馆，短桩。 *预压固结 *气候影响，降雨引发事故 五道口商场 *施工和测试，如静载试验
土力学2的重要性
二 土力学2的重要性
工期和造价
土力学2的重要性－工程事故
1 工程事故
事故有三类 1) 规范允许的破坏，如自然灾害和地质灾害
导致的超过设计标准的荷载 2) 对特殊情况的认识不足，基本概念不清楚 3) 违背勘察、设计、施工、管理规范
土力学2的重要性－工程事故
1 工程事故
我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程首当 其冲, 因为是隐蔽工程，偷工减料容易。 • 18%以上新建工程为不合格工程，一般病害的机 率为10% - 30%
土力学(2)
Soil Mechanics
张建红
岩土工程研究所 新水利馆204
Email:
此课件仅供岩土工程学习者参考， 切勿用于商业用途，切勿以清华大 学岩土工程研究所名义开展相关培 训、讲座，否则将追究法律责 任！！！！
绪论Introduction
一、土力学1与2的关系 二、土力学2的重要性 三、土力学2的特殊性
腐败造成事故
腐败造成事故
土力学_第1章(序论)
目的是为工程设计、施工和科学研究提供 基础知识。
6
如何学好《土力学》？
一、掌握土力学的特点及研究方法
1. 土是天然介质：种类多 ，变化大，分布形态复杂。 2. 三相体散体介质：颗粒、水、空气，性质复杂。 3. 研究方法：理论＋试验＋经验。
非常重要
如何学好《土力学》？
二、课前、课堂和课后
（1）课前：预习，提前预习上课的内容，有哪些难的，自己没有看懂的？
为什么要学习《土力学》？
③地下（开挖）工程（采矿、交通、人防、水利等）
Foundation
Soil/ rock slope Borehole /shaft Underground excavation
为什么要学习《土力学》？
④钻探与竖井工程（石油（气）、地质、采矿等）
Foundation
Soil/ rock slope Borehole /shaft Underground excavation
（2）课中：听讲，思考。看看是否有什么不同的想法和看法？
（3）课后：复习，做习题。查找相关文献资料，进行更深层次的探讨。
到实验室，做好相应的土工实验！
结合导师的课题，多参加现场项目，增加实际工程方面的感性认识！！
附1：土力学理论的形成和发展中的著名人物
Charles- Auguste de Coulomb (1736~1806) 法国科学家
（2010年5月5日于中科院力学所）
为什么要学习《土力学》？
前国家主席胡锦涛与《土力学》
来源：清华大学土木水利学院岩土工程研究所 于玉贞教授的《土力学》PPT
5
什么是《土力学》？
定义
土力学：是利用力学的知识和土工试验技术来研究土的强度、变 形和渗透性规律的一门科学。（《土力学》—冯国栋）
清华土力学土力学2绪论
土力学的特殊性－区域地质变化
土力学2的特殊性-区域地质变化
土力学2的特殊性-区域地质变化
云南红土
土力学2的特殊性-区域地质变化
北京地形和地下水分布
土力学2的特殊性-区域地质变化
(2)小区域变化
清华大学：南北高差八米。以三、四教为界分为 东西区，西部比东部低3.3米，西部的故河道，池 塘和淤泥草炭土比较厚。土性不均匀。东部土质 较好。
土力学应用－地基与基础
143m 46m
国家大剧院
三个主厅
212m
歌剧厅 电影厅 音乐厅
土力学应用－地基与基础
国家大剧院
排桩加锚杆 连续墙加锚杆
土力学应用－地基与基础
－26m
－32.5m
土力学应用－地基与基础
土力学应用－地基与基础
土力学应用－地基与基础
国家体育场
2008年北京第29届 奥运会主体育场， 承担开、闭幕式和 田径比赛等主要赛 事。 “鸟巢”方案， 建筑面积25万m2， 观众席10万个，临 时坐席2万个。世 界最大。
土力学(2)
Soil Mechanics
张建红
岩土工程研究所 新水利馆204 Email: cezhangjh@
此课件仅供岩土工程学习者参考， 切勿用于商业用途，切勿以清华大 学岩土工程研究所名义开展相关培 训、讲座，否则将追究法律责 任！！！！
绪论Introduction
1 工程事故 2 土力学2的需求 工期和造价
崔京浩 《伟大的土木工程》 丛书 所有事业中土木工程先行
土力学2的特殊性
三 土力学2的特殊性
1 课程特点：专业基础课 (1)主要内容 (2)实践环节 (3)更新
2 多变性 3 方案与设计的灵活性
土力学笔记(清华大学出版社)
第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
1.3<<重力密度γ：单位体积土的重量 常见值：土粒密度ρs ：土中固体颗粒单位体积的质量土粒相对密度ds ：土颗粒重量与同体积4°C 时纯水的重量比。
常见值：砂土——26.5～26.9粉土——27.0～27.1粘性土——27.2～27.4sss V m =ρ(%)100⨯=wm ω常见值：砂土——（0～4）％ ； 粘性土——（20～60）％土的六个导出指标1、孔隙比e ：土中孔隙体积与土颗粒体积之比 常见值：砂土——0.5～1.0，e < 0.6时呈密实状态，为良好地基；粘性土——0.5～1.2，e > 1.0时，为软弱地基2、孔隙率n ：土中孔隙体积与土总体积之比 常见值：n=(30~50)%第三章 饱和度s r ：水在空隙中充满的程度w V常见值：0～15 6e 1.2.3.液性指数I L ——粘性土的天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，记为I L 。
稠度指标，反映粘性土的软、硬程度ppL I W I -=ω即pL pL W W W I --=ω当天然含水量ω小于等于塑限Wp 时，土体处于固态或者是半固态，此时I L 小于或等于零；当天然含水量ω大于等于液限W L 时，土体处于流塑状态，此时I L 大于或等于1.0；当天然含水量在液限WL 和塑限Wp 之间变化时，I L 值处于0～1.0之间，此时粘性土处于可塑状态。
各类规范根据IL 值的大小，将粘性土的s vV V e =(%)100⨯=V V n v )3液、塑限的测定1.液限测定：国家标准：锥式液限仪。
土力学(清华大学)
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g筛土余 P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
土的形成与风化作用
§1.1土的形成
残积土
无搬运
运积土
有搬运
风化母所岩形表成层的经土风颗化粒作，用受破自碎然成力的 作用岩搬屑运或到细远小近颗不粒同后的，地未点经所搬沉积 的堆运积残物留在原地的堆积物
• 坡积土：土粒粗细不同，性质不均
• 洪积土残：积有分土选性，近•粗颗远粒细表面粗糙
• 冲积土强：风浑圆化度分选性•明多显棱，土角层交迭
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
度量, Cc=1~3时为连续级 配, >3或<1为不连续级配
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60 d50 d30
d10
粒径(mm)
固体颗粒 – 级配曲线
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
第一章：土的物理性质与工程分类
Physical Conditions and Engineering Behavior of a Soil Mass
本章提要
• 对土的特点进行详细解释 • 对土的组成和和状态进行定量描述
土力学绪论
•散粒性：
岩石风化或破 碎的产物，是
非连续体
• 受力以后易变形，强度低 • 体积变化主要是孔隙变化 • 剪切变形主要由颗粒相对 位移引起
•
三相性：
固相-土骨架 液相-水
气相-空气
• 受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担
• 相间存在复杂的相互作用 • 孔隙流体可以流动
•
天然性：
自然界的产物， 存在自然变异性
砂性土
管 砂涌 环口
长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图
管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒， 通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。
以上2个例子可归结为与土有关的渗透问题
5.土力学包括哪些内容防？灾 科 技 学 院
本课程主要内容
基础 物理性质
先导 土中 应力
核心 强度特性 变形特性 渗透特性
土木工程建筑材料 建筑物基础的地基 建筑环境
二、 存在大量与土有关的工程问题:
▪强度问题 ▪变形问题 ▪渗透问题
土力学可以解决工程实践问题，确保工程正常安全的 使用,这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学 的目的。
与土强度有关防 灾的科工技 学程院问题
例1.加拿大特朗斯康谷仓
概况：长59.4m，宽23.5m，高 31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基 础，厚61cm，埋深3.66m。1911年 动工，1913年完工，自重2万T。
1998年8月7日13:10发生管涌 险情，20分钟后，在堤外迎 水面找到2处进水口。 又过20分钟，防水墙后的土 堤突然塌陷出1个洞，5 m宽 的堤顶随即全部塌陷，并很 快形成宽约62m的溃口。
溃口原因：堤基管涌
焦点词汇：豆腐渣工程
堤基管涌
渗水
《土力学》 0 绪论
土力学1绪论《土力学》第1课绪论一、关于土的概念1、土的定义：土是地表岩石经长期风化、搬运和沉积作用，逐渐破碎成细小矿物颗粒和岩石碎屑，是各种矿物颗粒的松散集合体。
2、土的特点：（1）散体性（2）多孔性（3）多样性（4）易变性3、土在工程中的应用（1）作为建筑物地基（2）作为建筑材料（3）建筑物周围环境4、地基与基础的概念（1）、基础：1）定义：建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间的连接作用。
2）分类：按埋深可分为：浅基础：埋深较小，可采用深基础：桩基础、地下连续墙（2）地基1）定义：基底以下的土体中因修建建筑物而引起的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层。
持力层：直接与基础接触，并承受压力的土层下卧层：持力层下部的土层2）分类：天然地基：在天然土层上修建，土层要符合修建建筑物的要求（强度条件、变形条件）人工地基：经过人工处理或加固地基：二、与土有关的工程问题（一）变形问题1、意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔举世闻名的意大利比萨斜塔就是一个典型实例。
因地基土层强度差，塔基的基础深度不够，再加上用大理石砌筑，塔身非常重，1.42万吨。
500多年来以每年倾斜1cm的速度增加，比萨斜塔向南倾斜，塔顶离开垂直线的水平距离已达5．27m，比萨塔的倾斜归因于它的地基不均匀沉降。
比萨斜塔全景2、苏州市虎丘塔：虎丘塔位于苏州市西北虎丘公园山顶，原名云岩寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久历史。
1980年6月虎丘塔现场调查，当时由于全塔向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达2．31m，而且底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑而封闭、停止开放。
虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成，块石最大粒径达1000mm。
人工块石填土层厚1－2m，西南薄，东北厚。
下为粉质粘土，呈可塑至软塑状态，也是西南薄，东北厚。
塔倾斜后，使东北部位应力集中，超过砖体抗压强度而压裂。
3、上海锦江饭店1954年兴建的上海工业展览馆中央大厅，因地基约有14m厚的淤泥质软粘土，尽管采用了7.27m的箱形基础，建成后当年就下沉600mm。
清华大学土力学课件
二、 土力学的研究内容
基本概念 (1)土：是岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是由
矿物颗粒组成的集合体。 (2)土的三相组成：固体颗粒（土粒）水和气体 (3)土力学：是研究土的物理力学性质、变形及强度规律，以及
土体稳定性的一门科学。 土力学是岩土力学的一个分支。
2．土力学的研究内容
(1)在铁路或道路的路基工程中，土是修筑路堤的基本材料，同 时它又是支承路堤的地基。路堤的临界高度和边坡的取值都 与土的抗剪强度指标及土体的稳定性有关；
(2)在路基工程中，土作为建筑材料要求用碾压法将土压实，以 保证路堤的强度和稳定性。因此需要研究土的压实性，包括 土的压实机理、压实方法及压实指标的评价等。
土壤属农业学科，是土壤学研究的对象。土壤的主要特征是 具有肥力，能够提供植物生长过程中所需要的养料。人类对 土壤的认识和利用比土要丰富的多，土壤学的发展也比土力 学要早得多。
但应该指出，学科之间都是相互交叉，相互渗透的，岩石力 学、土壤学与土力学是密切联系的，土力学在发展过程中， 也利用了许多岩石力学和土壤学的成就。
《土力学》教案
课 次：第1次 主要内容：绪论；地质作用；矿物与岩石；第
四系沉积物 重点内容：土与土力学的基本概念；外力地质
作用；第四系沉积物 教学方法：精讲启发式
绪论
一、土力学的研究对象
土力学是一门研究土的学科，主要解决工程中的土的性质、 强度及稳定性问题。
在工程建设中，土往往做为不同对象来研究。如在土层上修 建房屋、桥梁、道路、铁路时，土是用来支撑上部建筑传来 的荷载，这时土被用作地基；路堤、土坝等土工构筑物，土 又成为建筑材料；地铁、隧道、涵洞等地下工程，土又是地 下结构物周围的介质或环境。
第一章 绪论
北京工业大学 土力学课程
授课教师
路德春 教 授 dechun@ 13811035103
许成顺 副教授 xuchengshun@ 13401111718 张志红 副教授 zhangzh2002@ 13691434471 李 亮 副教授 liliang@ 13520556542
0 0 200 400 0 600 100 200 300 400 500 600
北京工业大学 土力学课程
本课程的学习方法
多学习 多思考 多实践
北京工业大学 土力学课程
杭州地铁工地地面塌陷事故
2008年11月15日下午，杭州风情大道地铁施工工地发生大 面积地面塌陷事故，造成21人死亡的惨剧。 专家痛惜地指出：“这是中国地铁修建史上最大的事故”。
北京工业大学 土力学课程
课程介绍
土力学包括哪些内容？
基础
物理性质
核心 变形问题 强度问题 稳定问题 沉降计算 土压力 承载力
该谷仓建于 1911 年， 1913 年 秋完工， 9 月装谷。 10 月 17 日发现 1 小时内竖向沉降达 30.5cm，结构物向西倾斜并 在24小时内倾倒。谷仓西端 下沉7.32m，东端上抬1.52m， 仓身倾斜27度。 加拿大特朗斯康谷仓 事故原因为谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。
北京工业大学 土力学课程
子厚达50cm。
北京工业大学 土力学课程
6. 土坡滑动
香港宝城大厦
强度问题
1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两 万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体 正好冲过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻间 宝城大厦被冲毁倒塌，死亡６7人。
北京工业大学 土力学课程
汶川地震山体滑坡
强度问题
清华大学李广信土力学重点知识总结(期末、考研)
土力学笔记（清华二版）第一章土的物理性质和工程分类1.1土的形成1.土的特点碎散性岩石风化或破碎的产物，非连续体受力易变形，强度低体积变化主要是孔隙变化剪切变形主要由颗粒相对位移引起三相性固、液、气受力后由三相共同承担相间存在复杂相互作用孔隙水和孔隙气可流动天然性自然界的产物，存在自然变异性非均匀性各向异性时空变异性2.三大问题、三大特性：强度、变形、渗透1.2土的三相组成1．根据三相比例不同，将土分为：饱和土、非饱和土、干土2．粒径级配：粒径大小及不同尺寸颗粒在土中占的百分比3．巨粒土＞60mm 、粗粒土＞0.075、细粒土≤0.075；4．粗粒土：以砾石和砂石为主的土，也称无黏性土5．细粒土：以粉粒和黏粒为主的土，也称黏性土6．粒径级配分析方法：筛分法（适用于粒径大于）0.075；水分法（粒径小于0.075）7．粒径级配曲线：横坐标为土颗粒直径（mm ），纵坐标为小于某粒径的土颗粒累积含量（百分比）8．粒径级配曲线的用途：了解土的粗细程度；粒径分布的均匀程度，分布连续性程度来判断土的级配优劣。
9．重要参数：1d50：平均粒径，表粗细；d10：有效粒径，细颗粒代表值；d30：连续粒径，表连续性；d60：控制粒径，粗颗粒代表值。
2两点：某粒径范围内土颗粒所占质量百分数，陡多，缓少，平缺10．不均匀系数Cu ：Cu=d60/d10；Cu ＞5不均匀土11．曲率系数：1060230c d d d C ⨯=；Cc ＜1或＞3表示级配曲线不连续。
12．级配良好的土：土的级配不均匀Cu ≥5，且级配曲线连续（Cc=1-3），适用于填方工程。
13．土中水：自由水：毛细水，重力水；结合水：强结合水，弱结合水14．土中气：封闭气体，自由气体1.3土的物理状态15．最基本指标1土的密度：单位体积土的质量，g vργρ==;m2土粒比重（土粒相对密度）：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比，数值上等于土粒的密度。
土力学复习资料（整理）
土力学复习资料（整理）土力学复习资料第一章绪论1.土力学的概念是什么？土力学是工程力学的一个分支，利用力学的一般原理及土工试验，研究土体的应力变形、强度、渗流和长期稳定性、物理性质的一门学科。
2.土力学里的"两个理论，一个原理"是什么？强度理论、变形理论和有效应力原理3.土力学中的基本物理性质有哪四个？应力、变形、强度、渗流。
4. 什么是地基和基础？它们的分类是什么？地基:支撑基础的土体或岩体。
分类:天然地基、人工地基基础:结构的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
根据基础埋深分为:深基础、浅基础5.★地基与基础设计必须满足的三个条件★①作用于地基上的荷载效应（基底压应力）不得超过地基容许承载力特征值，挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。
即满足土地稳定性、承载力要求。
②基础沉降不得超过地基变形容许值。
即满足变形要求。
③基础要有足够的强度、刚度、耐久性。
6.若地基软弱、承载力不满足设计要求如何处理？需对地基进行基础加固处理，例如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处理，称为人工地基。
7.深基础和浅基础的区别？通常把埋置深度不大(3~5m)，只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础;反之，若浅层土质不良，须把基础埋置于深处的好地层时，就得借助于特殊的施工方法，建造各种类型的深基础(如桩基、墩基、沉井和地下连续墙等。
)8.为什么基础工程在土木工程中具有很重要的作用？地基与基础是建筑物的根本，统称为基础工程，其勘察、设计、施工质量的好坏直接影响到建筑物的安危、经济和正常使用。
基础工程的特点主要有:①由于基础工程是在地下或水下进行，施工难度大②在一般高层建筑中，占总造价25％，占工期25％~30％③隐蔽工程，一旦出事，损失巨大且补救困难，因此基础工程在土木工程中具有十分重要的作用。
第二章土的性质与工程分类1.土:连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。
土力学1-第五章-清华大学-知识归纳整理
求知若饥，虚心若愚。 第 56 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 57 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 58 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 59 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 60 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 61 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 110 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 111 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 112 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 113 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 114 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 115 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 26 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 27 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 28 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 29 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 30 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 31 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 80 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 81 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 82 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 83 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 84 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 85 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 134 页/共 138 页
千里之行，始于足下。 第 135 页/共 138 页
求知若饥，虚心若愚。 第 136 页/共 138 页
土力学课件(清华大学)2
渗透系数的影响因素
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分 • 结构
水的性质
影响孔隙系统的构成和方向性， 对粘性土影响更大
在宏观构造上，天然沉积层状 粘性土层，扁平状粘土颗粒常 呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直
在微观结构上，当孔隙比相同 时，凝聚结构将比分散结构具 有更大的透水性
1 mv 2 2
Emgzmg u1m2v w 2
单位重量水流的能量：
h z u v2 w 2g
称为总水头，是水流动 的驱动力
水流动的驱动力 - 水头
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
板桩墙 基坑
A
B L
透水层 不透水层
渗流为水体的流动，应满 足液体流动的三大基本方 程：连续性方程、能量方 程、动量方程
kx
1 H
kiHi
层状地基的水平等效渗透系数
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
已知条件: vi v
h hi H Hi
h x
达西定律: vi = ki (Δhi / Hi )
v = kz (Δh / H )
等效条件:
v
hi
viHi ki
h vH kz
z k1 kz k2
u A 压力水头：水压力所能引起的自由
w
水面的升高，表示单位重量液体所
具有的压力势能
测管水头：测管水面到基准面的垂
zA
直距离，等于位置水头和压力水头
0
之和，表示单位重量液体的总势能
在静止液体中各点的测管水头相等
位置、压力和测管水头
第01章 高等土力学绪论
1857年Rankine提出极限平衡分析基础上的土压力理论；
1856年Darcy通过室内试验建立水的渗透理论； 1885年 Boussinesq提出各向同性半无限体表面在竖直集中力作用下的 位移和应力分布理论； 1892年Flamant提出线荷载作用下位移和应力分布理论； 20世纪初，Prandtl根据塑性平衡原理，导出极限承载力公式； Fellenius提出瑞典圆弧法分析土坡稳定性； 1963年，Roscoe发表了著名的剑桥模型，标志着现代土力学的开端。
高等土力学
一、高等土力学研究对象
土力学研究的基本对象是土体（三相体系：气、液、 固）。土体的基本物理力学特征： 不连续性，如孔隙、裂隙、结构面 各向异性 不均匀性 土颗粒的可移动性 赋存地质因子，如地下水、地应力等 土体的可压缩性或体积变化特性 土体的固结特性 应力历史 应力路径
对土力学发展作出重大贡献的科学家
太沙基 Terzaghi K
朗金 Rankine, W.J.M
库仑 Coulomb,C.A 毕肖普 Bishop, A.W
布辛奈斯克 Boussinesq, J
费尔纽斯 Fellenius, W 斯开普顿 Skepmton,A.W 杰克 Jack,J 简布 Janbu,N
与土有关的工程事故包括：
地基沉降与不均匀沉降 地基失去稳定性 滑坡
绪 论
沉降过大
上海工业展览馆中央大厅
上海工业展览馆中央大厅 1954年建 地基约14m厚淤泥质软粘土，采用 7.27m箱基，建后当年下沉600mm。 1957年6月大厅四角下沉： 最大1465.5mm，最小1228.0mm。 1957年7月，苏联专家及清华大学陈 希哲、陈梁生教授观察分析，认为对 裂缝修补后可继续使用(均匀沉降)。
土力学清华大学7课件
挖 方 填 方
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Early 1972 滑坡前 June 1972 滑坡后
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如何分析、判断？
无粘性土坡-相对简单 粘性土坡-复杂
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安全系数的定义
•土坡沿着某一滑裂面的安全系数F是这样定义的，将 土的抗剪强度指标降低为c’/F, tan’/F, 则土体沿着此
2006年2月17日菲律宾中东部莱特省因连日暴雨和南部 地区里氏2.6级轻微地震，爆发泥石流致近3000人遇难
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第1节 概述
紫坪铺水库2号泄洪洞出口滑坡-开挖
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第1节 概述
云南徐村水电站溢洪道土坡滑坡－开挖
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第1节 概述
江岸崩塌滑坡－渗流
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底面支撑力N，底面抗滑力R
(2) 滑动力：T J ( s i n w s i n ) V s a ts i n V
(3) 抗滑力：R N tg V c o s tg
(4) 安全系数： F sT'R Jsa 'tcso is n tgsa 't ttg g
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第二章 土坡稳定分析
第1节 概述 边坡分类： 天然边坡 Natural slope 人工边坡 Engineered slope
土坡 Soil slope 岩石边坡 Rock slope
为什么会发生边坡失稳 土体沿滑动面达到了极限平衡状态
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加拿大特朗斯康谷仓
-0.61
1952.10.3 试验孔
-12.34
填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土
2653
失事后 1913.10.18
1952.10.5 试验孔 -4.27 -13.72
原因：谷仓的地基承载力 按邻近结构物基槽开挖取 土试验结果计算。1952年 经勘察试验与计算，地基 实际承载力远小于谷仓破 坏时发生的基底压力。因 此谷仓地基因超载发生强 度破坏而滑动。
原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗 使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土 的强度，于是山坡土体发生滑动。
香港宝城滑坡
香 港 宝 城 滑 坡 现 场
Early 1972 滑坡前 July 1972 滑坡后
液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变
成流动状态的一种现象
神户码头：
地震引起大面积砂 土地基液化后产生 很大的侧向变形和 沉降，大量的建筑 物倒塌或遭到严重 损伤
1925 Terzaghi ：出版《土力学》
典
土力学成为一门独立学科的标志
时
1936 第一届国际土力学及基础工程会议
期
1960’s后 现代土力学
现
代
土力学发展的历史
是公认的土力学之父（1883－1963） 国际土力学与地基基础学会从第一 届（1936）到第三届的主席（1957） 两部经典名著：《理论土力学》、 《工程实用土力学》
结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构 连续固体 弹性力学 弹性实体结构或板壳结构
水力学 不可压缩的连续流体（水） 连续流体
土力学 天然的三相碎散堆积物
碎散材料
土力学与其他学科的比较
连续介质力学 的基本知识
描述碎散体 特性的理论
实验规律及工 程实践经验
土力学
研究土的渗透、变形和强度特性以及 与此有关的工程问题
土力学发展的历史
课程绪论：土力学及其特点
什么是土？ ✓ 土及土力学有哪些特点？✓ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
土是工程中应用最广泛的建筑材料。由土层所 构成的广袤大地
是工程建设的基地 是建筑物的地基 是地下建筑的环境 为土工构筑物提供填筑材料 因此，对土工程性质认识的偏差可能会导致损 失巨大的事故。
• 相间存在复杂的相互作用 • 孔隙流体流动
• 天然性 自然界的产物， • 非均匀性
存在自然变异性 • 各向异性 • 时空变异性
土体的特点
• 碎散性 • 三相性 • 天然性
• 渗透特性 • 变形特性 • 强度特性
物理力学 特性复杂
土体的特点
学科
研究对象
理论力学 质点或刚体
材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）
阪神大地震中的地基液化
地基液化造成的路面塌陷
阪神大地震中地基液化
- 管仲
土壤在自然界的位置
土壤带
腐殖质层 淀积层 母质层
土壤有非常复杂的形成过程，并具有独特
的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶
层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本
层次。
传统岩土工程的范畴
风化、搬运、沉积
地质大循环：岩石
土壤
地质成岩作用
生物小循环： 生物活动所造成的土壤 有机质的循环
土壤的剖面和形成
土力学的特点
1773 Coulomb（后Mohr发展）：摩尔-库仑强度
理论
有关土力学的第一个理论
1776 Coulomb：库仑土压力理论 1856 Darcy：达西渗流 定律
萌 芽 时
1857 Rankine ：朗肯土压力理论
期
1920 Prandtl：普朗特极限承载力公式
1921-1923 Terzaghi：有效应力原理及固结理论 古
Soil Mechanics 土力学
课程绪论：土力学及其特点
什么是土？ 土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
土，地之生万物者也。‘二’象地之 上，地之中；‘|’物出形也。
- 《说文解字》 土字包括：地上植物部分、表土层、 植物地下部分和底土层四个层次。 土地系指由地形、水文、局地气候、 岩石圈的上层、土壤和生物有机体等 相互作用组成的自然地域综合体，是 地球表层历史发展的产物。
处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩， 使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来， 但其位置比原来降低了４米。
加拿大特朗斯康谷仓
1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米 残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高 层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并 砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡６7人。
土力学的重要性
概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆仓。钢混筏板
基础，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2万T。
事故：
1913年9月开始装谷物， 至10月17日共装入3万多Ｔ 谷物，但此时发生破坏： • 1小时竖向沉降达30.5cm • 24小时倾斜26°53ˊ • 西端下沉7.32m
土的一般概念
生物圈
大气圈
土壤圈
风化物
地下水 水圈
岩石圈
土壤是岩石圈、大气圈、水 圈和生物圈综合作用形成的 产物。其上界通常是绿色植 物层顶，下界达植物根分布 层。其垂直范围，恰好是岩 石圈的上层、大气圈的下层、 水圈及生物圈相互接触的地 方，是生物生命及人类生产 活动最集中的地方。
“地者，万物之本原，诸生 之根苑也”
风蚀蘑菇 高山下的冲积锥群
岩石因物理 风化作用破 碎，在重力 作用下堆积 到山脚
黄河冲积三角洲
土的形成过程
地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用 而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结 很弱的颗粒堆积物。
砾石料 卵 石
砂
（人工破碎）
粘土
工程与土力学中的土
课程绪论：土力学及其特点
什么是土？ ✓ 土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？
一般固体：
可保持固定的形状
液体：
不具有特定的形状
土体（散粒体）：
具有一定但不固 定的形状
土体的特点
• 碎散性 岩石风化或破
碎的产物，是 非连续体
• 受力以后易变形，强度低 • 体积变化主要是孔隙变化 • 剪切变形主要由颗粒相对
位移引起
• 三相性 固相-土骨架
液相-水
气相-空气
• 受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担