清华土力学土力学2绪论共63页文档
合集下载
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 (2)ppt课件
gg
g：重力加速度，取10m/s2。
• 单位：kN/m3
• 在计算土的应力时，将采用重度g 指标。
• 土的四个密度：、 d 、 sat 、 ’ ，与之相对应 四个重度指标： g 、 g d 、 g sat 、 g ’。
sa t d'
gsa t ggdg'
28
3. 反映土的孔隙特征、含水程度的指标
小结
22
第二章 土的物理性质及分类
§ 2.1 土的三相比例指标 § 2.2 粘性土的物理特性 § 2.3 无粘性土的密实度 § 2.4 土的分类
23
2.1.1 土的三相比例关系图
2.1 土的三相比例指标
ma=0
m
mw
Air Water
ms
Soil
质量
Va
Vv
Vw
V
Vs
体积
24
2.1.2 指标的定义 1. 三个基本的三相比例指标
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）
次生矿物 （化学风化）
高岭石
石英 长石 云母
9克蒙脱土的总表面积大约与一 个足球场一样大
粗粒土
性质稳定
高岭石 伊利石 蒙脱石
伊利石
细粒土
性质不稳定 亲水性
蒙脱石
13
2. 粘土矿物的结晶结构 （1）粘土矿物单元
铝片的结构
硅片的结构
80 70 60 50
• 曲率系数
40
30
Cc
d2 30
d10 d60
20
10 0
d60
d30 d10
10 5.0 1.0 0. 5 0.10 0.0 5 0.01 0.005 0.001
土力学—绪论
绪 论
第2页/共15页
上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 力 学
• 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。 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两部 期地质营力作用风化后覆盖在地 表上的没有胶结或胶结很弱的碎散矿物颗粒集合体。 • 土具有成层性。物质组成、物理化学状态基本一致， 工程性质大体相仿的同一层土称为土层。
力• 学
由若干厚度不等、性质各异、以一定上下层序组合在 一起的土层集合体称为土体。
• 土的基本特性：松散性、孔隙性、多相性及自然变异 性 • 土力学研究对象：与工程建设有关的土
绪 论
第13页/共15页
三、土力学发展简史与趋势
土 力 学
• 十八世纪中叶以前的很长一个时期，土力学停留在经 验积累的感性认识阶段 • 至本世纪二十年代，理论提高阶段 • 1925年美国的K.Terzaghi发表了第一部《土力学》专著， 形成独立学科的阶段
绪 论
第14页/共15页
土力学的发展趋势
绪 论
土 力 学
一、土力学的研究对象
• 土力学（Soil mechanics）是研究土的碎散特性 及其受力后的应力、应变、强度、稳定和渗透 等规律的一门学科。 • 它以力学和工程地质学的知识为基础，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。
绪 论
第1页/共15页
绪 论
第8页/共15页
加拿大特郎斯康谷仓地基破坏事故
土 力 学
谷仓地基破坏原因： • 事后进行勘查分析，发现基 底之下为厚十余米的淤泥质 软粘土层。 • 地基的极限承载力为251kPa， 而谷仓的基底压力已超过 300kPa，从而造成地基的整 体滑动破坏。 • 基础底面以下一部分土体滑 动，向侧面挤出，使东端地 面隆起。
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(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
土力学课件(清华大学)
SPT用测得的标准贯入垂击数N，判定砂土的 密实度或粘性土的密度，确定地基和单桩的承
载力；还可评定砂土的震动液化势。标准贯 入试验适用于砂性土与粘性土。
第十二页，共102页。
地基4勘触探 探 动力触探和静力触探
(1) 动力触探
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度
30cm的击数, N 63.5
(1) 动力触探Dynamic Penetration
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距, 贯入深度30cm的击数, N 63.5
锥状探头
轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm
中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层
特重型 120kg
第九页，共102页。
• 单桥探头 端部Ps=Q/A 比贯入阻力
双桥探头 端部和侧壁
• 土的密实度
• 压缩性
• 强度
• 桩和地基的承载力
电缆 传感器
传感器 传感器
单桥探头
第十五页，共102页。
双桥探头
地基勘探
示意图
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
第十六页，共102页。
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear－饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate－深浅均可 旁压仪 Pressuremeter －较深地基
第十七页，共102页。
地基勘探
十字板
F
F Mmax=F×D
f
Mmax D2 D
H
2. 极限承载力pu
载力；还可评定砂土的震动液化势。标准贯 入试验适用于砂性土与粘性土。
第十二页，共102页。
地基4勘触探 探 动力触探和静力触探
(1) 动力触探
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距,贯入深度
30cm的击数, N 63.5
(1) 动力触探Dynamic Penetration
管状探头 标准贯入试验SPT, 63.5 kg, 76cm距, 贯入深度30cm的击数, N 63.5
锥状探头
轻型10 kg, 50cm落距,贯入深度30cm
中型 28kg 重型 63.5kg 碎石,砾石地层
特重型 120kg
第九页，共102页。
• 单桥探头 端部Ps=Q/A 比贯入阻力
双桥探头 端部和侧壁
• 土的密实度
• 压缩性
• 强度
• 桩和地基的承载力
电缆 传感器
传感器 传感器
单桥探头
第十五页，共102页。
双桥探头
地基勘探
示意图
静力触探是可以迅速、连续的反映土质变化 划分土层, 承载力、 压缩性、不排水抗剪强度、砂土密实度等 静力触探适用于粘性土和砂类土
第十六页，共102页。
地基勘探
5 现场试验 In situ testing
十字板 Vane Shear－饱和软粘土 载荷板试验Loading Plate－深浅均可 旁压仪 Pressuremeter －较深地基
第十七页，共102页。
地基勘探
十字板
F
F Mmax=F×D
f
Mmax D2 D
H
2. 极限承载力pu
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．
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
清华大学土力学课件
三、剥蚀
风化后的岩石产物在冰川、风、水和重力作用下，从母岩分离 的现象称为剥蚀。
四、搬运
岩石碎块或岩屑从母岩分离后到达新的平衡位置，称为搬运。 1．搬运方式 （1）风； （2）流水； （3）冰川； （4）雪崩； （5）自然起伏地形形成高差，在自重作用下由高处向低处； （6）人工填运。
2．伴随现象 （1）磨园； （2）进一步的破碎或开裂，这是由于相互碰撞、磨擦或冰
五、海相沉积物
海洋按海水深度不同划分为四个区域，滨海地区是指涨潮时 淹没、落潮时落出的地带；浅海地区称为大陆架，水深0～ 200m，宽度100～200km；陆坡地区水深200～1000m，宽度 200～300km；当水深超过1000m时，为深海地区。不同地区 的沉积物不同。
（1）滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水 平或缓倾斜的层理构造，其强度较高，在砂层中常有波浪作 用留下的痕迹。
(7)稳定土是比较经济的基层材料，他是根据土的物理化学性质提出 的一种土质改良措施；道路一般在车辆的重复荷载作用下工作， 因此需要研究土在重复荷载作用下的变形特性。
(8)在建筑物、桥梁等工程中，地基与基础是建筑物的根基，又属于 地下隐蔽工程，经济、合理的基础工程设计需要依靠土力学基本 理论的支持。
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。
土力学课件清华大学绪论工管
土力学与地基基础
0 绪论
0.1.2 地基和基础 （1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体
上部结构 基础
（a）水闸
（b）柱子
地基
土力学与地基基础
0 绪论
阿联酋迪拜全 球最高的“哈 利法塔 －迪拜 大厦”，162层， 高818m。
土力学与地基基础
0 绪论
918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6 年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，
0.2.2 国内外工程事故示例
0.2.2.1 变形
Ref：《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》
地基变形特征： ●沉降量
●沉降差
●倾斜
●局部倾斜
0 绪论
土力学与地基基础
（1）倾斜
比萨斜塔
0 绪论
8层55m 直径16m 偏离中心5.27m 倾斜5.5度 修建时间: 1173～1370
●高耸结构 ●地基持力层为 粉砂、下面为粉 土和粘性土；粘 土由南向北变薄
（2）适用范围：砂土、一般粘性土
土力学与地基基础
1.5.4.2 动水力（渗透力）
（1）土颗粒对水流的阻力 F whA
（2）总渗透力为渗透水流
作用在土颗粒上的力，大 小为
J F whA
（3）渗流作用于土骨架单位
体积上的力（单位体积 渗流
力GD、j）为
●大小：
j
J V
whA
●地基的下卧层：持 力层下受荷载影响较 小的土层。
基础
基础底面
附加应力分布 地基持力层 影响深度 地基
地基下卧层 附加应力大小
●天然地基和人工地基
土力学与地基基础
绪论(土质学与土力学)
第四地纪球）
在工程建设中，天然土层被用作各种建筑 物的地基，例如在土层上建造房屋、桥梁等； 还可利用土作为建筑物的材料，如修筑道路和 堤坝，因此土是工程建设上应用最广泛的材料 和介质。
1. 什么是土？
土由于其搬运和堆积方式不同，分为残积土 和运积土两大类。
地球
残积土 无搬运
残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体
2.土有哪些特点？
岩石风化 的产物
散地体球性
非连续介质
受力易变形 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 强度低
2.土有哪些特点？
土的组成
•固相-土骨架 •液相-水 •气相-空气
*受力后由固体颗粒和水共 同承担
*孔隙中有水的流动 *相系间质和量的变化直接 影响它的工程性质
多相性 多相介质
4.为什么要学土质学与土力学？
Teton坝
11:00左右 洞口不断扩 大并向坝顶 靠近，泥水 流量增加
4.为什么要学土质学与土力学？
Teton坝
11:30 洞口继续向 上扩大，泥水冲蚀了 坝基，主洞的上方又 出现一渗水洞。流出 的泥水开始冲击坝趾 处的设施。
4.为什么要学土质学与土力学？
Teton坝
5.土质学与土力学包括哪些内容？
土质学与土力学
基础和先导 物理性质 土中应力计算
核心理论 渗透特性 变形特性 强度特性
工程应用 土压力 土坡稳定 地基承载力
6.如何学好土质学与土力学？
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 的内在联系; 要理解记忆， 切忌死记硬背。
有搬运 层理；
在工程建设中，天然土层被用作各种建筑 物的地基，例如在土层上建造房屋、桥梁等； 还可利用土作为建筑物的材料，如修筑道路和 堤坝，因此土是工程建设上应用最广泛的材料 和介质。
1. 什么是土？
土由于其搬运和堆积方式不同，分为残积土 和运积土两大类。
地球
残积土 无搬运
残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体
2.土有哪些特点？
岩石风化 的产物
散地体球性
非连续介质
受力易变形 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 强度低
2.土有哪些特点？
土的组成
•固相-土骨架 •液相-水 •气相-空气
*受力后由固体颗粒和水共 同承担
*孔隙中有水的流动 *相系间质和量的变化直接 影响它的工程性质
多相性 多相介质
4.为什么要学土质学与土力学？
Teton坝
11:00左右 洞口不断扩 大并向坝顶 靠近，泥水 流量增加
4.为什么要学土质学与土力学？
Teton坝
11:30 洞口继续向 上扩大，泥水冲蚀了 坝基，主洞的上方又 出现一渗水洞。流出 的泥水开始冲击坝趾 处的设施。
4.为什么要学土质学与土力学？
Teton坝
5.土质学与土力学包括哪些内容？
土质学与土力学
基础和先导 物理性质 土中应力计算
核心理论 渗透特性 变形特性 强度特性
工程应用 土压力 土坡稳定 地基承载力
6.如何学好土质学与土力学？
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 的内在联系; 要理解记忆， 切忌死记硬背。
有搬运 层理；
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
土力学课件(清华大学)土力学绪论
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： 液体： 土体（散粒体）：
可保持固定的形状
不具有特定的形状
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
连续墙并对塔周围与塔基进行钻 孔注浆和打设树根桩加固塔身。
1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m
填筑量：180×106m3
平均厚度：33m
世界最大的人工岛
日本 关西机场
关西机场
问题：沉降大且不均匀
• 设计沉降：5.7-7.5 m
• 完成时(1990年)实际沉降： 8.1 m，5cm/月 • 预测主固结需：20年 • 比设计多超填：3m
可归结为与土有关的 渗透问题
案例总结（三）
土工结构物或地基
强度问题 变形问题 渗透问题
土
强度特性 变形特性 渗透特性
土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学存 在的价值以及我们学习土力学的目的。
学习土力学的目的
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 土壤 地质大循环：岩石 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
土力学2.土的渗透性与渗透问题
•
i = ic 土体处于临界状态
15
2.管涌可能性的判别 土是发生管涌，首先决定于土的性质。一般粘性土(分散性
只会发生流土而不会发生管涌，故属于非管涌土；无粘性土中 必须具备下列两个条件。
(1)几何条件 土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，才 颗粒在其中移动，这是管涌产生的必要条件。 (2)水力条件 渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的 可用管涌的水力坡降表示。 流土现象发生在土体表面渗流渗出处，不发生在土体内部 现象可以发生在渗流逸出处，也可以发生于土体的内部。
性应力。但是应当注意，当总应力保持常数时，孔 隙水压力u发生变化将直接引起有效应力‘发生变化，18
从而使土体的体积和强度发生变化。
设饱和土体内某一研
究平面的总面积为A，其
中粒间接触面积之和为As ,
则该平面内由孔隙水所占
面积为 Aw ＝A－As.若由
外荷(和/或自重)在该研究
平面上所引起的法向总应
同。渗透力的大小和水力坡降成正比，其方向与渗流
方向一致。
(二)临界水力坡降
若左端的贮水器不断上提，则h逐渐增大，从 而作用在土体中的渗透力也逐渐增大。当h增大到
某一数值，向上的渗透力克服了向下的重力时，土体
就要发生浮起或受到破坏，俗称流土。 土体处于流
土的临界状态时的水力坡降ic值。土骨架隔离体的平 衡状态。当发生流土时，土柱压在滤网上的压力R＝
效应力，习惯上用‘ 表示。以有写端成第：二项中的As/A， 试验研究表明，粒间接触面积As不超过0.03A，故 As/A 19
可忽略不计。于是上式可简化为:
＝‘ 十 u
二维渗流与流网
工程上遇到的渗流问题，常常属于边界条件复杂一些的二维 问题。例如闸坝下透水地基的渗流，以及土坝坝身的渗流等，其 曲的，不能再视为一维渗流。这时，达西定律也需用微分方程形 为了求解和评价渗流在地基或坝体中是否造成有害的影响，需要 流场中各处的测管水头、渗透坡降和渗流速度。通常按平面渗流
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(二) 课件清华大学 张丙印
土压力分布
pp
dE p dz
d
1 2
g
z
2
K
p
dz
g zK p
§3 库仑土压力理论
三. 图解法
§3 库仑土压力理论
2. 库尔曼(C. Culmann)图解法
在图中使力三角形顶点o与墙底A重合，Ri方 向与ACi方向一致
§3 库仑土压力理论
3. 粘性土的图解法
z0
2c
Kag
W中包括 BCDE
coulomb173618061概述?什么是挡土结构物retainingstructure?什么是土压力earthpressure?影响土压力的因素?挡土结构物类型对土压力分布的影响挡土结构物及其土压力概述地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土rigidwall一一挡土结构物挡土墙用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物
２．挡土墙所受土压力的大小并不是 一个常数，而是随位移量的变化而 变化。
§1
1. 静止土压力
支撑土坡的 挡土墙
pp
dE p dz
d
1 2
g
z
2
K
p
dz
g zK p
§3 库仑土压力理论
三. 图解法
§3 库仑土压力理论
2. 库尔曼(C. Culmann)图解法
在图中使力三角形顶点o与墙底A重合，Ri方 向与ACi方向一致
§3 库仑土压力理论
3. 粘性土的图解法
z0
2c
Kag
W中包括 BCDE
coulomb173618061概述?什么是挡土结构物retainingstructure?什么是土压力earthpressure?影响土压力的因素?挡土结构物类型对土压力分布的影响挡土结构物及其土压力概述地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室eeeeeeee支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土rigidwall一一挡土结构物挡土墙用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物
２．挡土墙所受土压力的大小并不是 一个常数，而是随位移量的变化而 变化。
§1
1. 静止土压力
支撑土坡的 挡土墙
清华大学版土力学课件ppt
1）土的密度、重度 2）土粒的比重 3）土的饱和度 4）土的含水量 5）土的孔隙比和空隙率
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
量为各层沉降量之和：
SSi
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的工程特性
（1）压缩性高； （2）强度低； （3） 透水性大
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的抗剪强度
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的结构与构造
（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮 状结构
量为各层沉降量之和：
SSi
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
计算步骤
(a)计算原地基中自重应力分布 (b)基底附加压力p0 (c)确定地基中附加应力分布
地面
(d)确定计算深度zn
自重应力
(e)地基分层Hi
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的工程特性
（1）压缩性高； （2）强度低； （3） 透水性大
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
孔压系数
土体在不排水和不排气条件下，由外荷载 引起的孔隙压力增量与应力增最的比值。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
固结过程孔压系数的变化
外荷载 附加应力σz
土骨架：有效应力
孔隙水：孔隙水压力
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神, 充分发 挥中小 学图书 室育人 功能
土的抗剪强度
土力学绪论
2.地基和基础的概念
（1） 地基与基础的区别： 基础：将上部结构的荷载传递到地 基中的结构部分。 地基：承受由基础传来荷载的土层 （或岩层）。 持力层：位于基础底面下的第一层 土。 下卧层：持力层下的土层。
地基与基础共同作用的观点：
看作是一个共同作用体系。
2、土力学的研究内容
基础与主线
诱 因
渗透特性 变形特性 强度特性
地球
地球
让我们从以下工程事故的介绍中对本课程的内容和作用进行初步的了解。
（2）土有哪些特点？ 与其它人工材料不同之处
碎散性 三相多孔系
区域性
力学特性复杂
• 变形特性 • 强度特性 • 渗透特性
土力学需要研究和解决的三大问题
土力学是研究土体的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性的一门 学科。是工程力学的一个分支。
1.与其它课程关系
学科 理论力学 质点或刚体
研究对象
材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）
结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构
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）
土力学 天然的三相碎散堆积物
连续固体
连续流体
碎散材料
2. 课程特点
内容广泛 综合性强
实践性强 知识更新周期短
教学要求
o 最终成绩=70%（考试成绩+20%平时考核与作业
o
+10%实验成绩
o 做试验前，应预习试验指导书
与我们联系：扬州大学建工学院土力学教研室
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
地震引起砂土地基液化，丧失地基承载力。 日本新泻：1964年，7.5级地震。
唐山地震
土力学课件(清华大学)土力学绪论共64页
土力学课件(清华大学) 土力学绪论
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Байду номын сангаас
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
64
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Байду номын сангаас
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
64
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
清华土力学土力学2绪论
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯