土力学课件(清华大学)土力学绪论
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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
土力学课件清华大学-5土压力与边坡稳定
●主动土压力分布 ●总主动土压力 ●总主动土压力作用点 （2）被动土压力 ●被动土压力计算公式
5 土压力与边坡稳定
pp zKp
Kp
1 sin 1 sin
tan 2
π 4
2
●被动土压力分布
●总被动土压力
●总被动土压力作用点ຫໍສະໝຸດ 9土力学与地基基础
5 土压力与边坡稳定
5.3.2 粘性土的土压力
（1）主动土压力 ●主动土压力计算公式
41
土力学与地基基础
（3）边坡失稳分类
5 土压力与边坡稳定
●旋转型(rotational)滑坡 ★圆弧（circular）滑裂面 ★非圆弧(non-circular)滑裂面
●平面型(plane)滑坡 ●复合型(compound)滑坡
42
土力学与地基基础
5.7.3 土坡稳定分析圆弧法 （1）基本原理
5 土压力与边坡稳定
Ea
H
HKa
25
土力学与地基基础
5 土压力与边坡稳定
例：某挡土墙如图示，求墙背主动土压力分 布，绘图于墙背上。
3m 2m
A
γ1 =19.0kN/m3
B
1=30°c1 =20kPa
γ2 =21.0kN/m3
C
2=34°c2 =15kPa
γ3 =20.0kN/m3
4m
3=38°c3 =0
5 土压力与边坡稳定
（2）计算公式 作用于墙背的侧向压力即静止土压力强度为
p0 zK0
（5-1）
式中， K0 为静止土压力系数，即侧压力系数，无因次，一 般小于1.0，不同的土按表可查。
K0 1
式中， 为泊松（Possion）比，或按经验公式计算，如
5 土压力与边坡稳定
pp zKp
Kp
1 sin 1 sin
tan 2
π 4
2
●被动土压力分布
●总被动土压力
●总被动土压力作用点ຫໍສະໝຸດ 9土力学与地基基础
5 土压力与边坡稳定
5.3.2 粘性土的土压力
（1）主动土压力 ●主动土压力计算公式
41
土力学与地基基础
（3）边坡失稳分类
5 土压力与边坡稳定
●旋转型(rotational)滑坡 ★圆弧（circular）滑裂面 ★非圆弧(non-circular)滑裂面
●平面型(plane)滑坡 ●复合型(compound)滑坡
42
土力学与地基基础
5.7.3 土坡稳定分析圆弧法 （1）基本原理
5 土压力与边坡稳定
Ea
H
HKa
25
土力学与地基基础
5 土压力与边坡稳定
例：某挡土墙如图示，求墙背主动土压力分 布，绘图于墙背上。
3m 2m
A
γ1 =19.0kN/m3
B
1=30°c1 =20kPa
γ2 =21.0kN/m3
C
2=34°c2 =15kPa
γ3 =20.0kN/m3
4m
3=38°c3 =0
5 土压力与边坡稳定
（2）计算公式 作用于墙背的侧向压力即静止土压力强度为
p0 zK0
（5-1）
式中， K0 为静止土压力系数，即侧压力系数，无因次，一 般小于1.0，不同的土按表可查。
K0 1
式中， 为泊松（Possion）比，或按经验公式计算，如
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
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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
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
.
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。
.
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
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
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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。
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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
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1173年：动工
比 萨 斜 塔
1590年: 伽利略在此塔做 自由落体实验 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°
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土 和粘土层，强度低，变形大。
比 萨 斜 塔
处理措施
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前 : 已向游人开放。
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。
溃口原因：堤基管涌 焦点词汇：豆腐渣工程
九江大堤决口
位于青海省，高71 米，长265米，建
于1989年。
1993年8月7日突然 发生溃坝，瞬间冲
毁1000多户房舍， 288人丧生，上千 人受伤。
溃坝原因： 面板止水失效，下游坝体排水不畅， 造成坝坡失稳
沟后面板砂砾石坝
美国Teton坝失事 98洪水长江堤防险情 沟后面板砂砾石坝溃坝
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。
土力学的重要性
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。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 东端上抬1.52m • 上部钢混筒仓完好无损
加拿大特朗斯康谷仓
2653
失事后 1913.10.18
-0.61
1952.10.3 试验孔 填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土 -4.27 -13.72
比 萨 斜 塔
苏州虎丘塔
概况：位于虎丘公园山顶，建于
宋太祖建隆二年(公元961年)。 塔高47.5m，平面呈八角形。
问题：塔身向东北方向严重倾斜，
塔顶离中心线达2.31m，底层塔 身发生不少裂缝，成为危险建筑 物。
原因：坐落于不均匀粉质粘土层，
产生不均匀沉降。
处理：在四周建造圈桩排式地下
土体的特点
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 连续固体 弹性力学 弹性实体结构或板壳结构 水力学 土力学 不可压缩的连续流体（水） 天然的三相碎散堆积物 连续流体 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
土的一般概念
生物圈
大气圈 土壤圈
地下水
风化物
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” - 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 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
1952.10.5 试验孔
-12.34
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。
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。
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 1857 Rankine ：朗肯土压力理论 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 1925 Terzaghi ：出版《土力学》 土力学成为一门独立学科的标志 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1960’s后 现代土力学
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
阪神大地震中的地基液化
地基液化造成的路面塌陷
事故伤亡情况
加拿大特朗斯康谷仓地基失稳 香港宝城滑坡 阪神等大地震中地基液化
泥石流室外试验事故
可归结为与土有关的 强度问题
案例总结（一）
1360年：再复工，至1370年竣工， 全塔共8层，高度为55m 1272年：复工，经6年，至7层， 高48m，再停工
1178年：至4层中，高约29m， 因倾斜停工
阪神大地震中地基液化
1964年日本新泻地震地基的 大面积液化
泥石流室外试验
时间：1971年11月9-11日
地点：神奈川县川崎市生
研究机构：地质研究所(通产省) 消防研究所(自治省) 土木研究所(建设省) 防灾科学技术中心(科技厅)
壤土(loam)斜坡崩塌（泥石流）实验 • 9日15:00人工降雨开始 • 11日15:00左右降雨量达500mm • 陡坡中泥土突然以20-30m/s流出，斜 坡崩塌，泥石流产生 • 泥石流推倒28米外的护栏，一直冲到 55米外的水池中央，造成31人被埋
地面沉降危害
引起地表积水
道路与桥梁受损
路面变形破坏
车间遭到破坏
居民楼变形
与 渗 透 作 用 有 关
渗透变形 机理 渗透应力 拖拽机理
降落漏斗→渗透速率提高→水力梯度加大→动水压力对土层 潜蚀→产生管涌→土层结构松散→上覆土层拉张应力集中→ 地表张裂 降落漏斗→地下水向中心渗流→动力压力对固体颗粒产生动 能→含水层骨架出现粘性拖拽→上覆土层出现张应力集中→ 地表开裂
意大利比萨斜塔
苏州虎丘塔
日本关西机场
地面沉降
可归结为与土有关的 变形问题
案例总结（二）
土坝， 高90m， 长1000m， 1975年建成 次年6月失事
Teton 坝 （ 美 国 ）
⑥ ⑤
③
② ①
Teton坝渗流破坏过程
上午10:30
11：00
11:30
11:57
损失
直接8000万美元， 起诉5500起，2.5 亿美元，死14人， 受灾2.5万人，60 万亩土地，32公里 铁路被冲
抽 水 作 用 说
与 土 层 压 缩 变 形 有 关 与 盆 地 边 缘 有 关
土层失水 压缩变形 机理 差异压缩 变形机理
地下水位下降→上部土层失水→土层在水平方向收缩变形 →地表开裂
基底起伏不平→压缩土层厚度差异→土层差异压缩沉降→ 沉降差异最大处张应力集中→地表开裂
刚性折断 机理
盆地地下水下降→松散土层固结变形→地表土层固结量大大 小于下伏土层→土层沉降翻折→盆缘折裂
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
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
Main operator: Forestry & Forest Products Research Institute, Japan
Rainfall intensity:
80
试 验 现 场 照 片
15人不幸遇难，11人受伤 死者当中 实验人员 参观者 报社记者 电视采访人员
1人 10人 1人 3人
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？
原因
渗透破坏：冲蚀 水力劈裂
Teton坝失事现场现状
1998年长江大堤
共发生各种险情6000余处
比 萨 斜 塔
1590年: 伽利略在此塔做 自由落体实验 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°
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土 和粘土层，强度低，变形大。
比 萨 斜 塔
处理措施
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前 : 已向游人开放。
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。
溃口原因：堤基管涌 焦点词汇：豆腐渣工程
九江大堤决口
位于青海省，高71 米，长265米，建
于1989年。
1993年8月7日突然 发生溃坝，瞬间冲
毁1000多户房舍， 288人丧生，上千 人受伤。
溃坝原因： 面板止水失效，下游坝体排水不畅， 造成坝坡失稳
沟后面板砂砾石坝
美国Teton坝失事 98洪水长江堤防险情 沟后面板砂砾石坝溃坝
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。
土力学的重要性
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。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 东端上抬1.52m • 上部钢混筒仓完好无损
加拿大特朗斯康谷仓
2653
失事后 1913.10.18
-0.61
1952.10.3 试验孔 填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土 -4.27 -13.72
比 萨 斜 塔
苏州虎丘塔
概况：位于虎丘公园山顶，建于
宋太祖建隆二年(公元961年)。 塔高47.5m，平面呈八角形。
问题：塔身向东北方向严重倾斜，
塔顶离中心线达2.31m，底层塔 身发生不少裂缝，成为危险建筑 物。
原因：坐落于不均匀粉质粘土层，
产生不均匀沉降。
处理：在四周建造圈桩排式地下
土体的特点
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 连续固体 弹性力学 弹性实体结构或板壳结构 水力学 土力学 不可压缩的连续流体（水） 天然的三相碎散堆积物 连续流体 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
土的一般概念
生物圈
大气圈 土壤圈
地下水
风化物
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” - 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 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
1952.10.5 试验孔
-12.34
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。
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。
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 1857 Rankine ：朗肯土压力理论 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 1925 Terzaghi ：出版《土力学》 土力学成为一门独立学科的标志 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1960’s后 现代土力学
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
阪神大地震中的地基液化
地基液化造成的路面塌陷
事故伤亡情况
加拿大特朗斯康谷仓地基失稳 香港宝城滑坡 阪神等大地震中地基液化
泥石流室外试验事故
可归结为与土有关的 强度问题
案例总结（一）
1360年：再复工，至1370年竣工， 全塔共8层，高度为55m 1272年：复工，经6年，至7层， 高48m，再停工
1178年：至4层中，高约29m， 因倾斜停工
阪神大地震中地基液化
1964年日本新泻地震地基的 大面积液化
泥石流室外试验
时间：1971年11月9-11日
地点：神奈川县川崎市生
研究机构：地质研究所(通产省) 消防研究所(自治省) 土木研究所(建设省) 防灾科学技术中心(科技厅)
壤土(loam)斜坡崩塌（泥石流）实验 • 9日15:00人工降雨开始 • 11日15:00左右降雨量达500mm • 陡坡中泥土突然以20-30m/s流出，斜 坡崩塌，泥石流产生 • 泥石流推倒28米外的护栏，一直冲到 55米外的水池中央，造成31人被埋
地面沉降危害
引起地表积水
道路与桥梁受损
路面变形破坏
车间遭到破坏
居民楼变形
与 渗 透 作 用 有 关
渗透变形 机理 渗透应力 拖拽机理
降落漏斗→渗透速率提高→水力梯度加大→动水压力对土层 潜蚀→产生管涌→土层结构松散→上覆土层拉张应力集中→ 地表张裂 降落漏斗→地下水向中心渗流→动力压力对固体颗粒产生动 能→含水层骨架出现粘性拖拽→上覆土层出现张应力集中→ 地表开裂
意大利比萨斜塔
苏州虎丘塔
日本关西机场
地面沉降
可归结为与土有关的 变形问题
案例总结（二）
土坝， 高90m， 长1000m， 1975年建成 次年6月失事
Teton 坝 （ 美 国 ）
⑥ ⑤
③
② ①
Teton坝渗流破坏过程
上午10:30
11：00
11:30
11:57
损失
直接8000万美元， 起诉5500起，2.5 亿美元，死14人， 受灾2.5万人，60 万亩土地，32公里 铁路被冲
抽 水 作 用 说
与 土 层 压 缩 变 形 有 关 与 盆 地 边 缘 有 关
土层失水 压缩变形 机理 差异压缩 变形机理
地下水位下降→上部土层失水→土层在水平方向收缩变形 →地表开裂
基底起伏不平→压缩土层厚度差异→土层差异压缩沉降→ 沉降差异最大处张应力集中→地表开裂
刚性折断 机理
盆地地下水下降→松散土层固结变形→地表土层固结量大大 小于下伏土层→土层沉降翻折→盆缘折裂
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
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
Main operator: Forestry & Forest Products Research Institute, Japan
Rainfall intensity:
80
试 验 现 场 照 片
15人不幸遇难，11人受伤 死者当中 实验人员 参观者 报社记者 电视采访人员
1人 10人 1人 3人
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？
原因
渗透破坏：冲蚀 水力劈裂
Teton坝失事现场现状
1998年长江大堤
共发生各种险情6000余处