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二. 地基中常见的应力状态 4.侧限应力状态——一维问题
▪应变条件
y x 0;
xy yz zx 0
▪应力条件
xy yz zx 0;
x y;
x
x E
E
y z
0;
x y 1 z K0z;
▪独立变量 z , z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
第三章
土体中的应力计算
§3 土体中的应力计算
地基中的应力状态 应力应变关系 土力学中应力符号的规定
强度问题 变形问题
应力状态及应力应变关系
自重应力 附加应力
建筑物修建以前，地基 中由土体本身的有效重 量所产生的应力。
基底压力计算 有效应力原理
建筑物修建以后，建筑物 重量等外荷载在地基中引 起的应力，所谓的“附加” 是指在原来自重应力基础 上增加的压力。
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
•与围压有关
•非线性
•剪胀性
v
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
u
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
施加围压，排水阀门始终打开， 充分固结
施加(1 -)时，排水阀门始终 打开，速度慢足以使孔压消散
▪应变条件
y x 0;
xy yz zx 0
▪应力条件
xy yz zx 0;
x y;
x
x E
E
y z
0;
x y 1 z K0z;
▪独立变量 z , z F(z)
K0：侧压力系数
ij =
0 x 0xy 0xz 0yx 0 y 0yz
第三章
土体中的应力计算
§3 土体中的应力计算
地基中的应力状态 应力应变关系 土力学中应力符号的规定
强度问题 变形问题
应力状态及应力应变关系
自重应力 附加应力
建筑物修建以前，地基 中由土体本身的有效重 量所产生的应力。
基底压力计算 有效应力原理
建筑物修建以后，建筑物 重量等外荷载在地基中引 起的应力，所谓的“附加” 是指在原来自重应力基础 上增加的压力。
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
•与围压有关
•非线性
•剪胀性
v
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
应力应变关系－以某种粘土为例
u
§3 土体中的应力计算 §3.1 应力状态及应力应变关系
三. 土的应力-应变关系的假定 1、室内测定方法及一般规律 (1)常规三轴试验 a) 固结排水试验
施加围压，排水阀门始终打开， 充分固结
施加(1 -)时，排水阀门始终 打开，速度慢足以使孔压消散
土力学课件
§ 1.4 土的结构和构造
1.4.1 土的结构
1.单粒结构 单粒结构 • 粗大土粒在水或空气中下沉 • 颗粒间位置稳定 • 碎石土和砂土的结构特征 • 密实的单粒结构土是良好的天然地基 2.蜂窝结构 蜂窝结构 • 粉粒（0.075～0.005mm）的结构形式 粉粒（ ～ ） • 孔隙大 • 受动力荷载，结构破坏 受动力荷载，
蜂窝结构 单粒结构
3.絮状结构 絮状结构 • 黏粒（0.005～0.0001mm）的结构形式 黏粒（ ～ ） • 结构不稳定
絮状结构
在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动， 在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动， 避免破坏土的原状结构。 避免破坏土的原状结构。
1.4.2 土的构造
物理风化 化学风化 生物风化
原生矿物 次生矿物 有 机 质
无粘性土 粘性土
动植物活动引起的岩石和土体 粗颗粒的粒度或成分的变化
2. 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用 构成土骨架，
重要影响
次要作用
§1-2 土中固体颗粒
1.2.1 土粒的粒度成分
1. 基本概念
• 粒度 —— 土粒的大小，以粒径表示。 土粒的大小，以粒径表示。
1. 土的特点 2. 土粒粒组的划分 3. 级配的判别
1.2.2 土粒的矿物成分
1. 矿物成分分类 原生矿物 （物理风化） 物理风化） 石英 长石 云母 高岭石 次生矿物 化学风化） （化学风化）
高 岭 石
9克蒙脱土的总表 面积大约与一个足 粗粒土 性质稳定 球场一样大
伊利石 蒙脱石
伊 利 石
细粒土
3.自由水 自由水
重力水: 重力水 •在重力或水头压力作用下运动的自由水 在重力或水头压力作用下运动的自由水 •对土粒有浮力作用 对土粒有浮力作用 •渗流对土体稳定有重大影响 渗流对土体稳定有重大影响 毛细水: 毛细水 • 存在于水与空气交界面 • 在重力和表面张力作用下自由移动 • 上升高度与颗粒粒径有关
土力学课件PPT课件
第15页/共139页
(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物
(Q”)、 湖泊沉积物(Q‘)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋， 湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．
第16页/共139页
1-3 土 的 组 成
一 土的固体颗粒 · 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、 矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性 质的重要因素。
第13页/共139页
(二)冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖 的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地 带形成的沉积物。
第14页/共139页
1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元 (图1—7)。
2．山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。
形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离
子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分
子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，
它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列
(图1—13)。
双电子层
第22页/共139页
第23页/共139页
(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它 的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有 溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水 和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。
三 地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境 及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的 顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地 质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、 中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为 若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地 层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩 风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、 搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称
(三)其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物
(Q”)、 湖泊沉积物(Q‘)、 冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋， 湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．
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1-3 土 的 组 成
一 土的固体颗粒 · 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、 矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性 质的重要因素。
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(二)冲积物(Q) 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖 的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地 带形成的沉积物。
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1平原河谷冲积物 平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元 (图1—7)。
2．山区河谷冲积层 在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。
形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离
子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分
子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，
它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列
(图1—13)。
双电子层
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(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。 2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它 的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有 溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水 和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水， 它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮 力作用。
三 地质年代的概念 地质年代--地壳发展历史与地壳运动，沉积环境 及生物演化相对应的时代段落。 相对地质年代--根据古生物的演化和岩层形成的 顺序，所划分的地质年代。 在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地 质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、 中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为 若干世及期。在每一个地质年代中，都划分有相应的地 层（参见表1-6） 在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩 风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、 搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称
《土力学试验》课件
土的力学性质试验
土的压缩试验
总结词
了解土的压缩性
01
总结词
确定土的压缩系数
03
总结词
分析土的压缩性对工程的影响
05
02
详细描述
通过土的压缩试验，可以了解土在不同压力 下的压缩性，从而评估土的工程性质和稳定 性。
04
详细描述
通过测量土在不同压力下的高度变化 ，可以计算出土的压缩系数，进一步 了解土的压缩性。
在进行土力学试验时，必须严格遵守操作规程， 确保试验过程的规范性和准确性。
注意安全防范措施
在试验过程中，应采取必要的安全防范措施，如 佩戴防护眼镜、手套等，确保试验人员的人身安 全。
定期校准仪器设备
为确保仪器设备的准确性，应定期对使用的仪器 设备进行校准和维护。
加强数据处理和记录的管理
数据处理和记录的管理是确保试验结果准确性的 重要环节，应加强管理和监督，确保数据的真实 性和可靠性。
利用现代技术实现试验过 程的自动化和智能化，提 高试验效率。
绿色化
减少试验过程中对环境的 影响，推广环保型试验方 法。
标准化
制定统一的试验标准和规 范，促进土力学试验的国 际化发展。
对未来研究的展望
新材料和新方法的探索
研究新型土工材料和试验方法，满足工程需求。
多学科交叉融合
加强土力学与其他学科的交叉融合，拓展研究领域。
分析土的动力性质与工程安全的关系
详细描述
在地震、交通等动力作用下，土的动力性质对工程安全性具有重要影 响，如不进行有效的处理，可能导致工程失稳、破坏等问题。
04
土力学试验数据处理与分析
数据处理方法
数据清洗
去除异常值、缺失值和重复值 ，确保数据质量。
土的压缩试验
总结词
了解土的压缩性
01
总结词
确定土的压缩系数
03
总结词
分析土的压缩性对工程的影响
05
02
详细描述
通过土的压缩试验，可以了解土在不同压力 下的压缩性，从而评估土的工程性质和稳定 性。
04
详细描述
通过测量土在不同压力下的高度变化 ，可以计算出土的压缩系数，进一步 了解土的压缩性。
在进行土力学试验时，必须严格遵守操作规程， 确保试验过程的规范性和准确性。
注意安全防范措施
在试验过程中，应采取必要的安全防范措施，如 佩戴防护眼镜、手套等，确保试验人员的人身安 全。
定期校准仪器设备
为确保仪器设备的准确性，应定期对使用的仪器 设备进行校准和维护。
加强数据处理和记录的管理
数据处理和记录的管理是确保试验结果准确性的 重要环节，应加强管理和监督，确保数据的真实 性和可靠性。
利用现代技术实现试验过 程的自动化和智能化，提 高试验效率。
绿色化
减少试验过程中对环境的 影响，推广环保型试验方 法。
标准化
制定统一的试验标准和规 范，促进土力学试验的国 际化发展。
对未来研究的展望
新材料和新方法的探索
研究新型土工材料和试验方法，满足工程需求。
多学科交叉融合
加强土力学与其他学科的交叉融合，拓展研究领域。
分析土的动力性质与工程安全的关系
详细描述
在地震、交通等动力作用下，土的动力性质对工程安全性具有重要影 响，如不进行有效的处理，可能导致工程失稳、破坏等问题。
04
土力学试验数据处理与分析
数据处理方法
数据清洗
去除异常值、缺失值和重复值 ，确保数据质量。
《土力学与基础工程》课件
土的工程分类
01
02
巨粒土、粗粒土、细粒土
无粘性土、粘性土
03
饱和土、非饱和土
04
粉质粘土、粘质粉土等
土的渗透性与渗流
01
渗透系数的测 定与计算
02
渗透力与渗透 变形
地下水的运动 规律与水头差
03
04
渗流力与渗流 场的概念
02
土力学性质与工程应 用
土的压缩性与地基沉降
土的压缩性
土在压力作用下体积减小的性质。
浅基础设计原则
浅基础设计时需要考虑地质勘察报告、建筑物类型、荷载 大小等因素，并遵循相应的设计规范和标准。
浅基础类型
常见的浅基础类型包括平板基础、独立基础、条形基础等 。这些基础类型根据不同的地质条件和建筑物要求进行选 择和设计。
浅基础施工方法
浅基础的施工方法包括开挖、填筑、排水等措施，施工过 程中需要采取相应的安全措施，确保施工质量和安全。
软土地基处理、边坡稳定等。
水利工程
在水利工程建设中，土力学与基 础工程涉及水库大坝、堤防、水 电站等工程的设计和施工，如坝 基稳定性分析、库岸滑坡治理等
。
城市建筑
在高层建筑、地铁、地下空间开 发等城市建筑领域，土力学与基 础工程涉及深基坑开挖、桩基设 计等方面，对于保障建筑安全具
有重要意义。
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桩基设计
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
桩基设计概述
桩基是一种深基础类型 ，通过在地基中设置桩 基来承受建筑物荷载。 桩基具有较高的承载力 和稳定性，适用于地质 条件复杂或荷载较大的 建筑物。
桩基类型
根据不同的材料和施工 方法，桩基可分为预制 桩、灌注桩、扩基桩等 类型。不同类型的桩基 适用于不同的地质条件
土力学课件ppt
环境工程中的土力学
总结词
环境保护、土壤修复
详细描述
在环境工程中，土力学主要关注土壤污染和修复、土壤保持和土地复垦等方面。它研究土壤污染物的 迁移转化规律，提出土壤修复和改良的方法和技术，为环境保护和土地资源可持续利用提供科学依据 。
地质工程中的土力学
总结词
岩土工程、地质灾害防治
详细描述
地质工程中的土力学主要研究岩土体的稳定性、变形和渗流 等问题，涉及到边坡工程、地下工程、地基处理等方面的应 用。同时，它也涉及到地质灾害的防治，如滑坡、泥石流等 自然灾害的预测和治理。
04
渗流基本概念
渗流
土中水流在土壤孔隙中的流动现象。
孔隙压力
土壤孔隙中的流体压力。
渗透力
水流在土壤孔隙中流动时对土壤颗粒产生的动水 压力。
达西定律
达西定律描述了水在土壤孔隙中流动 时的速度与压力梯度之间的关系，即 水流的速率与孔隙压力梯度成正比。
达西定律是渗流理论的基本定律，适 用于描述土壤和岩石等连续介质的渗 流。
的数学模型。
常见的固结方程有太沙 基固结方程、剑桥固结
方程等。
土力学在工程中的
07
应用
土木工程中的土力学
总结词
基础建设、建筑安全
详细描述
土力学在土木工程中主要用于研究和解决地基与基础的问题，确保建筑物的安 全性和稳定性。它涉及到土的强度、变形、渗透等基本特性，以及如何进行合 理的地基设计、基础选型和施工方法选择。
土压力理论
02
静止土压力
静止土压力是指土体在无外力作用或外力作用平衡时产生的土压力，通常表现为 土体内部的应力状态。
静止土压力的大小与挡土墙的刚度和位移有关，计算公式为：P = K * γ * H，其 中K为静止土压力系数，γ为土的容重，H为挡土墙高度。
《土力学原理》PPT课件
2）三相体：颗粒、水、空气，性质复杂。 3）土力学的研究方法：理论＋试验＋经验。
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8
土力学有何特点？
土力学发展的历史
1776 Coulomb 强度定律，土压力 理论 1856 Darcy 渗透定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1949 中国土力学研究的兴起
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5
土有哪些特点？
碎散性 三相体系 自然变异性
力学特性复杂
• 变形特性
• 强度特性 • 渗透特性
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6
土力学有何特点？
学科 土力学
研究对象
天然的三相碎散 堆积物（碎散材料）
理论力学 材料力学 结构力学 弹性力学
流体力学
质点或刚体 连续固体
连续流体
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7
土力学有何特点？
1）天然介质： 种类多 ，变化大，分布形态复杂。
11
土力学包括哪些内容？
1、土的物理性质——土力学基础
2、土中应力——土力学先导
3、强度特性 变形特性——土力学核心 渗透特性
4、土压力——土力学应用
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12
如何学好土力学？
注意土的基本特点 — 通过与其它材料对比
注重理论联系实际 — 通过现场观察与试验
注重正确学习方法 — 概念，原理，方法 内容间联系 要记忆，但不要死记
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13
本课程安排和要求
教学环节： 课堂讲授 (14 次 28 学时) 习题讨论课( 2 次 4 学时) 实验课 ( 4 次 8 学时) 课堂表现及作业
考核及成绩 80％ （期末考试）
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8
土力学有何特点？
土力学发展的历史
1776 Coulomb 强度定律，土压力 理论 1856 Darcy 渗透定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1949 中国土力学研究的兴起
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5
土有哪些特点？
碎散性 三相体系 自然变异性
力学特性复杂
• 变形特性
• 强度特性 • 渗透特性
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6
土力学有何特点？
学科 土力学
研究对象
天然的三相碎散 堆积物（碎散材料）
理论力学 材料力学 结构力学 弹性力学
流体力学
质点或刚体 连续固体
连续流体
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7
土力学有何特点？
1）天然介质： 种类多 ，变化大，分布形态复杂。
11
土力学包括哪些内容？
1、土的物理性质——土力学基础
2、土中应力——土力学先导
3、强度特性 变形特性——土力学核心 渗透特性
4、土压力——土力学应用
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12
如何学好土力学？
注意土的基本特点 — 通过与其它材料对比
注重理论联系实际 — 通过现场观察与试验
注重正确学习方法 — 概念，原理，方法 内容间联系 要记忆，但不要死记
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13
本课程安排和要求
教学环节： 课堂讲授 (14 次 28 学时) 习题讨论课( 2 次 4 学时) 实验课 ( 4 次 8 学时) 课堂表现及作业
考核及成绩 80％ （期末考试）
土力学PPT课件
土力学
.
1
绪论
土力学是评价土的工程性质，分析与解决土的工
程技术问题的基础，它是土木类学科的理论基础，也
是国家有关注册工程师考试必须掌握的内容。它主要
阐述土的物理性质和力学性质，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
性分析水平上，但掌握这些因素，可以提高技术人员
的判断能力。
了贡献，如沈珠江院士；
▪ 近年来，土力学获得了较大的发展
o “Geotechnical and Geoenvironmental Engineering”(美国) o “Geotechnique”（英国） o “Canadian Geotechnical Journal”（加拿大） o “Soils and Foundations”（日本） o “岩土工程学报”（中国） o 岩石力学与工程学报。
▪ Terzaghi(1923)建立饱和土的有效应力原理，标志 着土力学学科的建立；
K arl Terzaghi(1883-1963) 土力学的奠基人
创立土的有效应力原理，饱和 土的渗透固结理论 出 版 “理 论 土 力 学 ”、 “工 程 实 用 土 力 学 ”等 专 著 。
▪ Biot建立土骨架压缩和渗透耦合理论； ▪ 黄文熙院士对我国土力学学科发展作出重要贡献； ▪ 我国的高等学校、科研院所以及一大批学者也作出
.
12
.
13
.
14
.
15
目的：
用土力学的理论指导土工结构物 的计算分析、设计、施工与维护，以 保证它的安全和正常使用。
.
16
2 土力学研究的内容
研究土体在荷载作用下，土中应力、应 变（变形）、强度（和稳定性），以及渗流规 律的一门学问。
.
1
绪论
土力学是评价土的工程性质，分析与解决土的工
程技术问题的基础，它是土木类学科的理论基础，也
是国家有关注册工程师考试必须掌握的内容。它主要
阐述土的物理性质和力学性质，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
性分析水平上，但掌握这些因素，可以提高技术人员
的判断能力。
了贡献，如沈珠江院士；
▪ 近年来，土力学获得了较大的发展
o “Geotechnical and Geoenvironmental Engineering”(美国) o “Geotechnique”（英国） o “Canadian Geotechnical Journal”（加拿大） o “Soils and Foundations”（日本） o “岩土工程学报”（中国） o 岩石力学与工程学报。
▪ Terzaghi(1923)建立饱和土的有效应力原理，标志 着土力学学科的建立；
K arl Terzaghi(1883-1963) 土力学的奠基人
创立土的有效应力原理，饱和 土的渗透固结理论 出 版 “理 论 土 力 学 ”、 “工 程 实 用 土 力 学 ”等 专 著 。
▪ Biot建立土骨架压缩和渗透耦合理论； ▪ 黄文熙院士对我国土力学学科发展作出重要贡献； ▪ 我国的高等学校、科研院所以及一大批学者也作出
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12
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14
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15
目的：
用土力学的理论指导土工结构物 的计算分析、设计、施工与维护，以 保证它的安全和正常使用。
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16
2 土力学研究的内容
研究土体在荷载作用下，土中应力、应 变（变形）、强度（和稳定性），以及渗流规 律的一门学问。
土力学(全套318页PPT课件)
苏州名胜虎丘塔
土 • 虎丘塔共七层，高47.5m，底层直径13.7m。 呈八角形，全为砖砌，在建筑艺术风格上有独 特的创意，被国务院公布为全国重点文物保护 单位。
力 • 目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线2.31m。经 勘探发现，该塔位于倾斜基岩上，复盖层一边 深3.8m，另一边为5.8m。由于在一千余年前
土 • 作为建筑地基、建筑介质或建筑材料的地壳表 层土体是土力学的研究对象。
• 土力学不仅研究土体当前的性状，也要分析其 性质的形成条件，并结合自然条件和建筑物修
力 建后对土体的影响，分析并预测土体性质的可 能变化，提出有关的工程措施，以满足各类工 程建筑的要求。
学 • 土力学是一门实践性很强的学科，它是进行地 基基础设计和计算的理论依据。
• 土力学研究对象：与工程建设有关的土
上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 • 地基（Ground） 由于建筑
物的修建，使一定范围内土层
的应力状态发生变化，这一范
力
围内的地层称为地基。
• 基础（Foundation）指与地基
接触的建筑物下部结构。
学 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两 部分组成。
坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。
力 • 如果土受力超过了它所能承受的能力，土便要 被破坏，建筑物将随之倒毁或不能使用。土体 的破坏，在力学中亦称为稳定性丧失。研究土
学 体是否会破坏这一类问题称为稳定问题，土的 稳定性取决于它的强度。
二、土力学研究特点.内容与方法
土 • 土力学是研究与工程建筑有关的土的变形和强度 特性，并据此计算土体的固结与稳定，为各项专 门工程服务。
学 • 掌握土体变形与强度指标的测定方法及在工程实践中 的应用。 • 掌握土的动力特性的基本概念。来自三、土力学发展简史与趋势
土力学基本知识ppt课件
稠度状态与含水量有关
稠度状态 固态 半固态
强结合水 含水量
塑态 弱结合水
流态 自由水
w
稠度界限 缩限WS 塑限wp
液限wL Ip wl wp
强结合水膜最大
出现自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
吸附弱结合 水的能力
塑性指数
粘性土四种物理状态状态：固态、半固态、可塑状 态及流动状态
界限含水率
粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水 率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限
h hm
Δh x
z k1
v
k2
H1 H2 H
H Hm
等效渗透系数:
hm
vHm km
vm
km
hm Hm
vH h
kz
vH kz
vHm km
k3
H3
承压水
H
1
kz
Hm H
1 km
kz
Hm km
H1 1.0m, k1 0.01m / day
算例
H2 1.0m, k 2 1m / day
(1) 水平渗流
1
2 Δh
x
条件:
im
i h L
qx qmx
q1x
z k1
H1
q2x
k2
H2 H
q3x
k3
H3
H Hm
等效渗透系数:
qx=vxH=kxiH Σqmx=ΣkmimHm
1
L
2 不透
水层
1
kx H
Hmkm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Hm H
km
层状地基的等效渗透系数
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实验室通常用的岩石试件是由钻孔获取岩芯或在工程 范围内用爆破或其他方法获得的岩石碎块加工而成。
岩石试件通常是不包含有显著弱面的、较均质的岩石 块体，可看作连续介质及均质体。
3. 岩体 (Rock Mass)
岩体是指在一定地质条件下，含有诸如节理、断层、裂 隙、层理、劈理等不连续结构面的复杂地质体。
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论． 围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于
冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分． 太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型． 优点与缺点 上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
不足：过分强调节理、裂隙的作用，过分依赖经验，
而忽视理论的指导作用
4. 现代发展阶段(20世纪60年代－现在)
特点：用更为复杂多样的力学模型分析岩石力学问题；把物
理学、力学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新 成果引入了岩石力学； 电子计算机的广泛应用为流变学、断裂 力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非 线性理论等在岩石力学与工程中的应用提供了可能．
37年，首部岩石力学专著 (秦巴列维奇)《岩石力学》
岩石力学的定义（Rock Mechanics)
1964年5月美behavior）的一门理论和应用的科学，它是固体力 学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场反 应的学科。”
四、岩石力学中的几个基本概念
1. 岩石 (Rock)
定义：岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物 或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的天然 地质体。
岩石按照其成因可分为三类：岩浆岩，沉积岩和 变质岩，不同成因类型的岩石具有不同的物理力 学性质（自学、了解）。
2. 岩块
自然地质体的小块岩石称为岩块。我们平时所称的岩 石，在一定程度上都是指岩块。
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提出了静水压力的理论
W. J. M. Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论，即
v h
H H
tg2( )
42
或 1-
2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了 以岩体力学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程 地质与力学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重 要的一步，并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年 改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
不足：解析方法仅适合平面的圆形巷道，不能模拟开 挖过程；由于岩体中节理、裂隙的存在，围岩力学性 质参数和准确的本构关系难以确定。
地质力学理论
特点：，强调对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体
结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
20年代，由德国人 H. Cloos 创立 51年，J. Stini 和 L. Müller 创立了“奥地利学派”： 在理论方面，指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体 的力学强度变化密切相关，重视岩石工程施工过程中应力、 位移和稳定性状态的监测，重视支护与围岩的共同作用，特 别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性 在施工方面，提出了“新奥法”，符合现代岩石力学理论
断层 （Fault）
3. 经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪
60年代)
岩石力学学科形成的重要阶段
弹性、塑性力学被引入，提出一些经典的解析计算公式 重视结构面对岩体力学性质的影响 形成围岩与支护共同作用理论 实验方法的完善 一系列岩石力学文献和专著的出版
岩体工程问题的解决形成了“连续介质理论” 和“地质力学理论”两大学派
1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议 上，开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了 “岩石力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去 作为一门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门 学科，对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力 学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力 学”是这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了 不同的岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方 面来研究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然 而岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它 是一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造 和赋存条件的天然地质体。
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
连续介质理论
特点：以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质 出发来认识岩石工程的稳定问题。
30年代，萨文(P. H. Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩 的应力分布； 50年代，弹塑性理论应用于围岩稳定性研究； R. Fenner－J. Talobre公式和 H. Kastner 公式； 应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析； S. Serta公式
从“材料”概念到“不连续介质概念”是现代岩石力 学的第一步突破； 进入计算力学阶段是第二步突破；
有限元、边界元、离散元、位移非连续法（DDA)和流行法
非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用 阶段，则是岩石力学理论研究及工程应用的第三步意 义更为重大的突破．
耗散结构论、协同学、分叉和混沌理论，模糊数学、人工智能、 灰色理论
岩石试件通常是不包含有显著弱面的、较均质的岩石 块体，可看作连续介质及均质体。
3. 岩体 (Rock Mass)
岩体是指在一定地质条件下，含有诸如节理、断层、裂 隙、层理、劈理等不连续结构面的复杂地质体。
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论． 围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于
冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分． 太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型． 优点与缺点 上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
不足：过分强调节理、裂隙的作用，过分依赖经验，
而忽视理论的指导作用
4. 现代发展阶段(20世纪60年代－现在)
特点：用更为复杂多样的力学模型分析岩石力学问题；把物
理学、力学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等最新 成果引入了岩石力学； 电子计算机的广泛应用为流变学、断裂 力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非 线性理论等在岩石力学与工程中的应用提供了可能．
37年，首部岩石力学专著 (秦巴列维奇)《岩石力学》
岩石力学的定义（Rock Mechanics)
1964年5月美behavior）的一门理论和应用的科学，它是固体力 学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场反 应的学科。”
四、岩石力学中的几个基本概念
1. 岩石 (Rock)
定义：岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物 或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的天然 地质体。
岩石按照其成因可分为三类：岩浆岩，沉积岩和 变质岩，不同成因类型的岩石具有不同的物理力 学性质（自学、了解）。
2. 岩块
自然地质体的小块岩石称为岩块。我们平时所称的岩 石，在一定程度上都是指岩块。
岩石力学的萌芽时期
A. Heim(1912)提出了静水压力的理论
W. J. M. Rankine（朗肯）和A.H.ДИННИΚ(金尼 克)地层压力的修正理论，即
v h
H H
tg2( )
42
或 1-
2. 经验理论阶段(20世纪初~20世纪30年代)
该阶段根据生产经验提出了经典的地压理论，具有代表性的理论有：
二、岩石力学学科的形成及定义
1951年，J. Stini 和 L. Müller等在 Salzburg发起和举行了 以岩体力学为主题的第一次国际岩石力学讨论会，为把工程 地质与力学相结合、为建立岩石力学这门边缘学科跨出了重 要的一步，并创办了《Geologie und Bauwesen》，1962年 改名为《Rock Mechanics & Rock Engineering》
不足：解析方法仅适合平面的圆形巷道，不能模拟开 挖过程；由于岩体中节理、裂隙的存在，围岩力学性 质参数和准确的本构关系难以确定。
地质力学理论
特点：，强调对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体
结构面对岩石工程稳定性的影响和控制作用。
20年代，由德国人 H. Cloos 创立 51年，J. Stini 和 L. Müller 创立了“奥地利学派”： 在理论方面，指出工程围岩稳定性与原岩应力和开挖后岩体 的力学强度变化密切相关，重视岩石工程施工过程中应力、 位移和稳定性状态的监测，重视支护与围岩的共同作用，特 别重视利用围岩自身的强度维持岩石工程的稳定性 在施工方面，提出了“新奥法”，符合现代岩石力学理论
断层 （Fault）
3. 经典理论阶段(20世纪30年代~20世纪
60年代)
岩石力学学科形成的重要阶段
弹性、塑性力学被引入，提出一些经典的解析计算公式 重视结构面对岩体力学性质的影响 形成围岩与支护共同作用理论 实验方法的完善 一系列岩石力学文献和专著的出版
岩体工程问题的解决形成了“连续介质理论” 和“地质力学理论”两大学派
1956年4月，在美国的科罗拉多矿业学院举行的一次专业会议 上，开始使用“岩石力学”这一名词，并由该学院汇编了 “岩石力学论文集”。在论文集的序言中说：“它是与过去 作为一门学科而发展起来的土力学，有着相似的概念的一门 学科，对这种有关岩石的力学方面的学科，现取名为岩石力 学”。
1957年在巴黎出版的塔洛布尔（J. Talobre）的专著“岩石力 学”是这方面较早的一本较系统的著作。其后，开始形成了 不同的岩石力学学派（如法国学派，偏重于从弹塑性理论方 面来研究；奥地利学派，偏重于地质构造方面来研究）。
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然 而岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它 是一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造 和赋存条件的天然地质体。
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
连续介质理论
特点：以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质 出发来认识岩石工程的稳定问题。
30年代，萨文(P. H. Савин)采用无限大板孔应力集中的弹性解分析围岩 的应力分布； 50年代，弹塑性理论应用于围岩稳定性研究； R. Fenner－J. Talobre公式和 H. Kastner 公式； 应用流变理论对隧洞围岩的进行粘弹性分析； S. Serta公式
从“材料”概念到“不连续介质概念”是现代岩石力 学的第一步突破； 进入计算力学阶段是第二步突破；
有限元、边界元、离散元、位移非连续法（DDA)和流行法
非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用 阶段，则是岩石力学理论研究及工程应用的第三步意 义更为重大的突破．
耗散结构论、协同学、分叉和混沌理论，模糊数学、人工智能、 灰色理论