清华大学土力学

• 土分布在地壳的表面，其工程性质相差极大。因此，进行工 程建设时，必须结合土的实际工程性质进行设计。
• 土力学研究的对象是分散土，它与岩石、土壤既有联系又有 区别。土的主要特征是分散性、复杂性和易变性，其性质将 随外界环境（如温度、湿度）的变化而发生显著的变化。
• 岩石与土是有差别的，岩石中虽然有孔隙和裂隙，但可近似 看成是连续介质。岩石主要是岩石力学（或隧道力学）的研 究对象。
• 土壤属农业学科，是土壤学研究的对象。土壤的主要特征是 具有肥力，能够提供植物生长过程中所需要的养料。人类对 土壤的认识和利用比土要丰富的多，土壤学的发展也比土力 学要早得多。
• 但应该指出，学科之间都是相互交叉，相互渗透的，岩石力 学、土壤学与土力学是密切联系的，土力学在发展过程中， 也利用了许多岩石力学和土壤学的成就。
(3)挡土墙设计的主要外荷载-土压力的取用，需借助于土压力理 论计算。
(4)随着我国高速公路、高速铁路的大量修建，对路基的沉降计 算与控制提出了更高的要求，而解决沉降问题需要对土的压 缩特性进行深人的研究。
(5)软土地基的加固技术，需要对软土进行大量的试验研究和现 场监测。
(6)在路面工程中，土基的冻胀与翻浆在我国北方地区是非常突 出的问题，防治冻害的有效措施是以土力学的原理为基础的。
(1)土的物理、力学、物理化学性质； (2)宏观与微观结构； (3)土的压缩性； (4)强度特性； (5)渗透性； (6)动力特性等。 • 为各类土木工程的稳定和安全提供科学的对策。
三、土力学发展概况（自学） 四、本学科与土木工程专业的关系
• 在土木工程设计与施工中，将会遇到大量的与土有关的工程 技术问题。
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
• 当气温升高时，岩石膨胀产生压应力，当气温降低时，岩 石收缩产生拉应力，二者频繁交替，使岩石表层产生众多 裂隙最终崩解。另一方面水冻胀时产生体积膨胀或盐类结 晶膨胀加速了岩石崩解过程。土中的碎石，砾石、砂等粗 颗粒便是岩石物理风化的产物。 2．化学风化作用：在水、 大气以及有机体的化学作用或生物化学作用下而使岩石的 化学成份发生水化、氧化、还原、碳酸化溶解等过程，称 为化学风化。
• 化学风化作用不仅破坏了岩石的结构，而且使化 学成份改变，形成新的矿物。粘土颗粒便是岩石 经化学风化后的产物。
3．生物风化作用：是指生物活动过程中对岩石产生 的破坏作用。如树根生长时施加周围岩石的压力 可超过岩石的强度，使岩石产生裂纹而破坏。活 动在地表浅层的动物如老鼠、蚯蚓等也可使岩石 被碎成土。开山、挖隧道等作用产生的土等。
(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。
冻作用的结果； （3）分选现象：在搬运过程中，存在着分选现象，同一粒
组范围的颗粒集聚在同一地区，大颗粒的岩石碎块搬运距 离一般较近，而细小的碎粒可被搬运到较远的地方沉积下 来。
五、沉积
• 岩石碎块和岩屑经搬运后在某地带堆积下来，称为沉积。
§1.2 矿物与岩石
一、主要造岩矿物
1．矿物：是地壳中具有一定化学成份和物理性质的自然元素或化 合物，是组成岩石细胞。目前已发现的矿物有三千多种，但常 见的造岩矿物仅三十多种。
(9)桥梁、房屋结构的抗震设计，需要研究土的动力特性。 由此可见，土力学这门学科与土木工程专业课的学习和今后的技 术工作有着十分密切的关系。学习这门课程是为了更好地学好专 业课，也是为了今后更好地解决有关土的工程技术问题奠定坚实 的基础。
第一章 工程地质 §1.1 概 述
• 从上面分析可以看出，工程地质与道桥工程的关系极为密切，因 为各种道路和桥梁都是建在地球表面上的，都要与土打交道。建 筑场地的工程地质条件直接影响道桥的设计方案、施工与工程投 资。因此，首先讲一些有关土质学方面的内容。
一、地质作用
1．内力地质作用：由地球自转产生的旋转能引起，如岩浆活动、 地壳运动、变质作用等。
2．外力地质作用：由太阳辐射能和地球重力位能引起，如风化、 剥蚀、搬运、沉积作用等。
二、风化作用
1．物理风化：由于地表岩石温度变化产生温度应力和裂隙 水的冻胀以及盐类结晶膨胀而使岩石被碎崩解为碎块或岩 屑，其化学成份尚未发生变化，这种过程称为物理风化作 用。
二、 土力学的研究内容
• 基本概念 (1)土：是岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是由
矿物颗粒组成的集合体。 (2)土的三相组成：固体颗粒（土粒）水和气体 (3)土力学：是研究土的物理力学性质、变形及强度规律，以及
土体稳定性的一门科学。 • 土力学是岩土力学的一个分支。
2．土力学的研究内容
(1)ห้องสมุดไป่ตู้铁路或道路的路基工程中，土是修筑路堤的基本材料，同 时它又是支承路堤的地基。路堤的临界高度和边坡的取值都 与土的抗剪强度指标及土体的稳定性有关；
(2)在路基工程中，土作为建筑材料要求用碾压法将土压实，以 保证路堤的强度和稳定性。因此需要研究土的压实性，包括 土的压实机理、压实方法及压实指标的评价等。
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。