土力学—绪论

绪 论
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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
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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
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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。
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绪 论
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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。
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比萨斜塔倾斜原因及治理措施
土 力 学
比萨斜塔治理措施及结果 • 在斜塔北侧的塔基下码放了 数百吨重的铅块，并使用钢 丝绳从斜塔的腰部向北侧拽 住，还抽走了斜塔北侧的许 多淤泥，并在塔基地下打入 10根50米长的钢柱。 • 历时10年半的比萨斜塔拯救 工作已全部结束。纠偏校斜 43．8厘米，除自然因素外， 可确保3个世纪内不发生倒 塌危险。
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土 力 学
• 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 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。 • 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。
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比萨斜塔倾斜原因及治理措施
土 力 学
比萨斜塔倾斜情况及原因 • 基础建立在一半是软粘土 一半是砂卵石的地基上。 由于次固结作用产生倾斜。 • 塔高56.7m。近一个世纪 以来，塔已向南倾斜了大 约30厘米，斜度达到8度， 塔身超过垂直平面5.1米。 • 1990年停止开放。按南侧 每年沉降1.4mm推算， 2003或2004年斜塔可能倒 塌。
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二、土力学研究内容与方法
土 力
• 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。
有效应力原理
应力分布理论
渗透固结理论
强度破坏理论
学
地基变形计算 土压力计算 土坡稳定性分析 地基承载力计算
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土 力 学
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加拿大特郎斯康谷仓地基破坏事故
土 力 学
谷仓地基治理措施： • 在地基中做了70多个支承 于深16m 基岩上的混凝土 墩，使用了88个50kN的千 斤顶和支承系统，才把仓 体逐渐纠正过来然而谷仓 位置比原来降低了4m。
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土 力 学
• 土和其它材料一样，受力后将发生变形。如果 这种变形超过了一定的限度，就会使建筑物损 坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。 • 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 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。
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加拿大特郎斯康谷仓地基破坏事故
土 力 学
谷仓地基破坏情况： • 加拿大特郎斯康谷仓由65 个圆柱形筒仓组成，高 31m，底面长59.4m。其下 为钢筋混凝土片筏基础， 厚2m。 • 谷仓自重20万kN，当装谷 27万kN后，发现谷仓明显 失稳，24小时内西端下沉 8.8m，东端上抬1.5m，整 体倾斜26°53′。
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土力学的研究必须注意土的本质特性。 土力学的研究必须注意实践性。 土力学的研究必须注意工程实用性。 土力学是一门偏于计算的学科。
学习本课程的基本要求 • 牢固掌握有效应力原理的本质及其在土力学中的应用。 • 重点掌握三大理论的实质及其应用。 • 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。
土 力 学
1．室内和原位测试技术和仪器设备的研究。 2．土的非线性问题本构关系的研究。本构关系指土的应 力、应变、强度和时间的关系，描述这类关系的数学 表达式称为数学模型或简称模型。 3．计算技术的研究。非确定性计算方法在土力学中的应 用。 4．模型试验和现场观测。 5．加强土力学的基础性研究，宏观和微观研究相结合。
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苏州名胜虎丘塔
土 力 学
• 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。 • 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。由于在一千余年前建 造该塔时，没有采用扩大基础，直接将塔身置 于地基上，造成了不均匀沉降，引起塔身倾斜， 危及安全。