土力学绪论

•散粒性：
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
•
三相性：
固相-土骨架 液相-水
气相-空气
• 受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担
• 相间存在复杂的相互作用 • 孔隙流体可以流动
•
天然性：
自然界的产物， 存在自然变异性
砂性土
管 砂涌 环口
长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图
管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒， 通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。
以上2个例子可归结为与土有关的渗透问题
5.土力学包括哪些内容防？灾 科 技 学 院
本课程主要内容
基础 物理性质
先导 土中 应力
核心 强度特性 变形特性 渗透特性
土木工程建筑材料 建筑物基础的地基 建筑环境
二、 存在大量与土有关的工程问题:
▪强度问题 ▪变形问题 ▪渗透问题
土力学可以解决工程实践问题，确保工程正常安全的 使用,这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学 的目的。
与土强度有关防 灾的科工技 学程院问题
例1.加拿大特朗斯康谷仓
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。1911年 动工，1913年完工，自重2万T。
1998年8月7日13:10发生管涌 险情，20分钟后，在堤外迎 水面找到2处进水口。 又过20分钟，防水墙后的土 堤突然塌陷出1个洞，5 m宽 的堤顶随即全部塌陷，并很 快形成宽约62m的溃口。
溃口原因：堤基管涌
焦点词汇：豆腐渣工程
堤基管涌
渗水
与土渗透有关防 灾的科工技 学程院问题
杂填土 粘性土
例3.地基液化失效
阪神大地震中
与土强度有关防 灾的科工技 学程院问题
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
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
以上3个例子可归结为与土有关的强度问题
例1.比萨斜塔
与土变形有关防 灾的科工技 学程院问题
例1.比萨斜塔
与土变形有关防 灾的科工技 学程院问题
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。
与土变形有关防 灾的科工技 学程院问题
例2.苏州市虎丘塔 概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成 于宋太祖建隆二年（公元961年）。全 塔7层，高47.5m，砖塔的平面呈八角形。
原因：地基的沉降及不均匀沉降
以上3个例子可归结为与土有关的变形问题
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
例1.Teton坝（美国）
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
概况： 土坝，高90m，长1000m，建于 1972-75年，1976年6月失事
土力学课程参考网站防 灾 科 技 学 院
• 1.清华大学 • 土力学&curstyle=violet&from=manager&starts=null&orderitem=curlevel • 2.河海大学 • • 3.长安大学 • • 4.西安建筑科技大学 • • 5.安徽理工大学
• 6.河南工业大学 • • 7.麻省理工学院土力学开放式课程
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
11:57 坝坡坍塌， 泥水狂泻而下
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
12：00过后 坍塌口加宽
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
洪水扫过下游 谷底，附近所 有设施被彻底 摧毁
3.形成独立学科（1925年）
（1）1925 太沙基（Terzaghi）的《土力学》专 著问世， 1929年又发表了《工程地质学》
4.新的发展阶段（20世纪50年代后）
（1）1936 第一届国际土力学及基础工程会议
Coulomb Rankine Terzaghi
7.土力学的发展历史和前景？防 灾 科 技 学 院
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
流体力学 不可压缩的连续流体
连续流体
土力学 天然的三相碎散堆积物 碎散材料
3.土力学有何特点？ 防 灾 科 技 学 院
1）天然介质：种类多 ，变化
（一）研究对象复杂：
大，分布形态复杂。
先导 土中 应力
核心 渗透特性 变形特性 强度特性
防灾科技学院
具体应用 土压力
……
绪论
防灾科技学院
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，但不能死记
防灾科技学院
一章一道题→指引核心 一章一小结→抓住重点
具体应用
土压力 土坡稳定
6.如何学好土力学？防 灾 科 技 学 院
学习方法
基础理论
实践 理论与实践结合
土的变形、强度、渗 实验实习、 流和稳定基础知识 工程经验
分析和解决与土有关的工程问题
7.土力学的发展简史和前景？防 灾 科 技 学 院
●古老而又年青
古老——可追溯到远古的新石器 时代：土台、石基（西安半坡村 新石器时代遗址、河姆渡遗址、 我国的长城、南北大运河、宫殿 寺院、古埃及金字塔等），体现 了古代劳动人民丰富的土木工程 经验。
例2.香港宝城滑坡
与土强度有关防 灾的科工技 学程院问题
1972年7月某日清 晨，香港宝城路
附近，两万立方
米残积土从山坡 上下滑，巨大滑
动体正好冲过一 幢高层住宅--宝 城大厦，顷刻间 宝城大厦被冲毁
倒塌并砸毁相邻
一幢大楼一角约
五层住宅。死亡 ６7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，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。
年青——直到1925年太沙基发 表《土力学》专著，才作为一门 独立的学科呈现于世人面前，至 今不过80余年。
7.土力学的发展历史和前景？防 灾 科 技 学 院
●土力学的发展经历了以下四个阶段：
1.感性认识阶段（18世纪中叶以前）
2.理性认识阶段（18世纪中叶～1925年）
（1）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 （2）1776 Coulomb：库仑土压力理论 （3）1855 Darcy：达西渗流定律 （4）1857 Rankine ：朗肯土压力理论
2）三相体：颗粒、水、空气，性质
复杂。
土的形成及物理性质——土力学基础
（二）研究内容广泛：土中应力——土力学先导
强度特性
变形特性
——土力学核心
渗透特性
土压力
土坡稳定
——土力学应用
地基承载力
（三）研究方法强调实践性： 理论＋实验＋经验。
4．为什么要学习土力学防？灾 科 技 学 院
一、土具有广泛的工程应用：
• 非均匀性 • 各向异性 • 时空变异性
2.土有哪些特点？ 防 灾 科 技 学 院
与其它人工材料不同之处
碎散性
三相性
力学特性复杂
天然性
• 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
3.土力学有何特点？ 防 灾 科 技 学 院
与其它课程关系
学科
研究对象
理论力学 质点或刚体
防灾科技学院
土力学
Soil Mechanics
绪
论
防灾科技学院
1.什么是土力学？
2.土有哪些特点？
3.土力学有何特点？
4.为什么要学习土力学？
5.土力学包括哪些内容？
6.如何学好土力学？
7.土力学的发展简史和前景？
1.什么是土力学？ 防 灾 科 技 学 院
土力学 ——研究土体的变形、强度、渗透
性和长期稳定性以及与此有关的工程问题 的一门学科。
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
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。
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
11：50左右 洞口扩大加速， 泥水对坝基的冲 蚀更加剧烈。
连续介质力学 力学
实验及工程实 践经验
2.土有哪些特点？ 防 灾 科 技 学 院
土是指： 地球表面的整体岩石
在大气中经受长期的风 化作用而形成的、覆盖 在地表上碎散的、没有 胶结或胶结很弱的颗粒 堆积物。
岩石
风化
地球
颗粒堆积物 地球
2.土有哪些特点？ 防 灾 科 技 学 院
问题：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
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。
●土力学的发展前景：
★近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间、矿山 深井建设、核电站、穿江越海隧道、南水北调等大型工程兴建， 还有地震、山体滑坡等，大大促进土力学的发展。
★研究方法手段大大提高，各国研制成功多种多样的工程勘 察、试验与地基处理新设备，为土力学理论研究和地基加固 提供了良好的条件。
★电子计算机的应用和试验测试技术自动化程度大大提高。目 前，已经能够模拟、计算三维复杂条件下的许多工程问题。表 明本学科进入了一个新的时期。
★土力学中的许多理论目前都还处于探索阶段，希望土力学 学者，尤其是青年学者，抓紧时机积极努力，为土力学的大 发展作出贡献。
绪论
土力学包括哪些内容？
基础 物理性质
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
失事现场目 前的状况
Teton坝
与土渗透有关防 灾的科工技 学程院问题
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
失事现场的状况
例2.九江大堤决口
与土渗透有关防 灾的科工技 学程院问题
问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。
原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。
处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 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，获得成功。
例3.墨西哥城博物馆
与土变形有关防 灾的科工技 学程院问题
1913年9月装谷物，10 月17日装了31822Ｔ谷 物时，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
事故：因地基因超载 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。
绪论
防灾科技学院
胡锦涛与土力学因材施教
1965年清华大学给高教部 关于“辅导员工作的报告”
教材、参考书 防 灾 科 技 学 院
1. 东南大学等合编.土力学（第二版）. 北京：中国建筑工业出 版社，2005 2. 杨小平主编.土力学. 广州：华南理工大学出版社, 2001 3. 陈希哲编著.土力学地基基础.北京：清华大学出版社，2004 4. 张孟喜主编.土力学原理.武汉：华中科技大学出版社，2006 5. 赵明华主编.土力学与基础工程.武汉：武汉理工大学出版社， 2003 6. 赵成刚，白冰主编.土力学原理.北京：清华大学出版社2009 7.莫海鸿等主编.土力学及基础工程学习辅导与习题精解.北京： 中国建筑工业出版社，2006 8. 李相然著.土力学应试指导.北京：中国建材工业出版社， 2001 9. 任文杰主编.土力学及基础工程习题集.北京：中国建材工业 出版社，2004
原因： 渗透破坏－水力劈裂
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
1976年6月5 日上午10:30 左右，下游坝 面有水渗出并 带出泥土。
绪论
防灾科技学院
为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
Teton坝
11：00左右 洞口不断扩 大并向坝顶 靠近，泥水 流量增加