土力学课件

七、 土力学发展概况
土力学是人们在在长期工程实践中形成发展起来的一 门学科。 土力学的发展可以划分为三个阶段：1920年以前， 1920年至1960年左右，1960年左右至今。
经验累积和萌芽期（1920年以前）
20世纪初，随着高层建筑的大量涌现，沉降问题日益 突出，弹性力学的发展为沉降问题的研究提供了必要 的手段，从而为Terzaghi开创的土体变形研究提供了客 观条件。特点：缺乏地质勘探手段，无法深入地基内 部；缺乏设计概念，仅凭经验；缺乏理论指导。主要 成就和代表人物有：
土 力 学与基础工程
Soil Mechanics and Foundation Engineering
南昌大学建筑工程学院
绪论
1、土的组成
目
录
2、物理性质及工程分类
3、土中应力计算
4、土的压缩性和地基沉降计算 5、土的抗剪强度 6、土压力 7、土坡稳定
8、地基承载力
9、浅基础设计 11、桩基础和深基础
绪
论
一、土力学与基础工程的概念
土力学（soil mechanics）
Terzaghi曾指出：“土力学是一门实用的科学，是土木工程的一个 分支，它主要研究土的工程性状并解决工程问题” 。 土力学是研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构物相互作 用等规律的一门力学分支。
（1）基础：建筑物在地表以下的结构称为基础。 基础的作用——基础具有承上启下的作用。 一方面，处于上部结构的荷载及地基反力的共同作用下，承受由此而产 生的内力； 另一方面，基础底面的反力反过来作为地基土上的荷载，使地基产生应力 和变形。 （2）地基：支承基础的土层称为地基。 天然地基：不加处理的地基 人工地基：经过处理的地基 地基与基础特性： 属地下隐蔽工程。 基础工程费用占总造价的百之几到几十之间。
五、 土力学应用领域
1、土三个方面的应用
建筑物地基 土作为构筑物的环境 土工建筑材料
2、与土有关的工程
建筑 桥梁 地铁隧道 边坡 道路 大坝
土
六、 人类建筑的伟大成就
赵州桥
迪拜大厦
阿联酋迪拜正兴 建一幢全球最高 的“迪拜大厦”， 楼高至少690米， 预计于2008年完 工。迪拜大厦不 仅是全球最高建 筑物，也将是最 高的人工塔。
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2 基础工程部分的内容
基础工程设计 基础工程施工 基础工程检测 浅基础、深基础和桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑 工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等， 几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计、计算技术，以及 实施设计意图的施工技术和施工组织管理。 基础设计
地基设计
土力学之父 Karl Von Terzaghi (1883 - 1963)
• 继太沙基后，卡萨格兰德 （Casagrande)、泰勒（Tailor）、斯 肯普顿（Skempton）以及世界各国 许多学者对土的抗剪强度、土的变 形、土的渗透性、土的应力、应变 关系和破坏机理进行了大量研究工 作，并逐渐将土力学的基本理论， 普遍应用于解决各种不同条件下的 工程问题。
Christian Otto Mohr (1835-1918)
古典土力学阶段（1925-1963）
其主要成就和代表人物有： • 1923年：土体一维固结理论和有效应力原理（从而建立起一门 独立的学科——土力学） （Terzaghi）。 • 1936年：Mindlin公式及其在桩基沉降计算中的应用(Mindlin）。 • 1941年：土体固结计算的一般方法（Boit)。 • 1942年：散体静力学理论，提出了土体极限平衡的滑移线方法 （索科洛夫）。 • 1948年：砂井固结理论（Barron)。 古典土力学可归结为1个原理和2个理论：有效应力原理、以 弹性介质为出发点的变形理论和以刚塑体模型为出发点的破坏 理论（Limit Equilibrium) 。 1925年美国K.太沙基（Terzaghi）归纳发展了以往的理论， 发表了《土力学》一书，他被认为是土力学的奠基人。
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。
发生在香港的大滑坡，死亡100多人
美国，California, La Conchita，1995。
地铁隧道垮塌引起路面沉陷（2）
公路路基滑坡
十、本课程的内容要求和学习方法
目前，我国在土力学的理论和工程应用方面与世界各国相 比毫不逊色，但在测试技术方面比较落后。
八、 土力学应用领域
房屋建设
地下工程
支挡工程
九、 岩土工程灾害及事故
意大利比萨斜塔
目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5° 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工
我国学者的贡献
主要代表人物：
黄文熙院士（清华大学）：我国土力学研究的奠基人。 陈宗基院士（中科院）：土的流变。 汪闻韶院士（中国水利水电研究院）：砂土动力特性及液化。 沈珠江院士（清华大学、南京水利科学研究院）：全面。 钱家欢教授（河海大学）：土的固结。 刘祖典教授（西安理工大学）：黄土湿陷性。 谢定义教授（西安理工大学） ：砂土液化。 陈祖熠院士（中国水利水电研究院） ：稳定分析。 郑颖人院士（后勤工程学院）：土塑性力学和边坡稳定分析。 李广信教授（清华大学）：土的强度及岩土工程稳定分析。 谢康和教授（浙江大学）：土体固结理论。
土力学与基础工程含义
土力学：
是学科的理论基础，研究作为工程载体的岩土的物理、力学特性；
基础工程： 为岩土地基上进行工程的技术问题，两者互为理论与应用的整体。
二、地基基础的重要性
地基与基础是：建筑物的根基
隐蔽工程
勘察、设计和施工质量 地基基础事故 建筑物的安危。
建筑物的工程质量事故。
很难补救，损失极大。
• 1773年，法国的C.A. 库伦（Coulomb）根据 试验创立了著名的砂 土抗剪强度公式，提 出了计算挡土墙土压 力的滑楔理论。 • 1856年，达西（Darcy） Charles Augustin de Coulomb 研究了土的渗透性， (1736 - 1806) 发展了达西渗透公式。 • 1869年英国的W.G.M. 朗肯（Rankine）基于 塑性平衡理论提出了 挡土墙土压力理论。
土的特性：分散性
组成的多相性 区域性
土力学是一门实践性很强的学科。
基础工程（foundation engineering）
基础工程是指与土有关的工程问题。 对某一结构工程而言，在岩土地层上的工程为上部结构工程 基础工程则是指包括地基及基础在内的下部结构工程 基础工程：研究下部结构物与岩土相互作用共同承担上部结构物所 产生的各种变形与稳定问题。 基础工程的研究内容： 浅基础、深基础和桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及 现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等。 欧洲国家：土工学（geotechnique） 前苏联： 地基与基础
地基基础问题给予足够的重视。
以高度的责任感和科学态度，对待工程的地基基础问题。
三、一个基础工程建设过程实例
Example for Foundation engineering construction
四、 土力学与基础工程的内容
1.土力学部分的内容 是工程力学的一个分支，是研究土的应力、变形、强度 和稳定的一门学科。 土力学的研究对象是土体。 主要研究内容有： （1）土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性等。 （2）土的生成、组成、物理化学性质、分类等（土质学）。 土力学的理论知识和实际技能，解决土木工程中的地基基础 技术间题。 现代工程建设不得不向高（高层建筑）、深（地下工程）、 远（高速公路）的方向发展。 同时通过对不良场地土体的改善进行工程建设，可以充分地 利用日益紧缺的土地资源。
William John Maqபைடு நூலகம்orn Rankine (1820 - 1872)
Henry Philibert Gaspxard Darcy (1803-1858)
• 1885年法国J.布辛奈斯克 （Boussinesq）求得了弹性半 无限空间在竖向集中力作用下 的应力和变形的Boussinesq解。 • 1920年Prandtl首次应用模型 实验研究，导出著名的极限承 Valentin Joseph Boussinesq 载力公式。 (1842-1929) • 1922年瑞典W.费兰纽斯 （Fellenius）为解决铁路塌 方问题提出了土坡稳定分析法。 以上这些方法至今仍广泛应用。
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘 土层，强度较低，变形较大。
目前比萨斜塔基础实际倾斜值已等于我国 国家标准允许值的18倍。 比萨钟塔倾斜的原因是： • （1）钟塔基础底面位于第2层粉砂中。 施工不慎，南侧粉砂局部外挤，造成偏 心荷载，使塔南侧附加应力大于北侧， 导致塔向南倾斜。 • （2）塔基底压力高达500kPa，超过持 力层粉砂的承载力，地基产生塑性变形， 使塔下沉。塔南侧接触压力大于北侧， 南侧塑性变形必然大于北侧，使塔的倾 斜加剧。 • （3）钟塔地基中的粘土层厚达近30m， 位于地下水位下，呈饱和状态。在长期 重荷作用下，土体发生蠕变，也是钟塔 继续缓慢倾斜的一个原因。 • （4）在比萨平原深层抽水，使地下水 位下降，相当于大面积加载，这是钟塔 倾斜的重要原因。在60年代后期与70 年代早期，观察地下水位下降，同时钟 塔的倾斜率增加。当天然地下水恢复后， 则钟塔的倾斜率也回到常值。
Arthur Casagrande (1902 - 1981)
Alec Westley Skempton (1914 - 2001)
Laurits Bjerrum (1918-1973)