土力学绪论总结

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，使得 土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。
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3、阪神大地震中地基液化
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
管涌破坏
当水头差足够大时， 侵蚀将加速并掏挖 堤防基础。形成通 道后极易引起溃决
第一章 土的物性与分类 土的形成 影 响 土的三相组成 土的物理状态 土的结构 土的工程分类
渗透特性
决定
变形特性 强度特性
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第一章 土的物性与分类
本章目的: 对土的特点进行详细解释和定量描述
本章特点: 看起来零散 学习要点: 各节间联系 各节内层次
0.01 0.005
0.001
35
0.10 0.05
1.0 0.5
d60
10 5.0
d30
d10
§1 土的物性与分类
粒径级配
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
粒径级配累积曲线及指标的用途： 1）粒组含量用于土的分类定名；
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：
Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土 3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土 4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配不良的土
化学风化
生物风化
次生矿物 有 机 质
粘性土
动植物的活动
4
绪 论 搬运与沉积
母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小 颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物
残积土
无搬运
残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体
颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理
土 质 较 好
运积土
有搬运
风化所形成的土颗粒，受自然力的作用 搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物
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，塔的平面呈八角形。
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，效果良好。
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绪 论
运积土
有搬运
重力: 坡积土 土粒粗细不同，性质不均匀 洪积土 有分选性，近粗远细 冲积土 浑圆度分选性明显，土层交迭 流水: 湖泊沼泽沉积土 含有机物淤泥，土性差 海相沉积物 颗粒细，表层松软，土性差 风：风积土
颗粒均匀，层厚而不具层理
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2 土力学——力学的一个分支，本课程的理论基础——专业基础课
基础工程事故危害性大
凝固的音乐＋隐藏的真理＝建筑工程
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20000T。
事故： 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
一. 固体颗粒
土的粒径级配累积曲线
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
较大颗粒集中 较大颗粒缺少
Cc 增大 Cc减小
粒径(mm)
Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
曲线 d60 d10 d30 Cu Cc
L M R
0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
1962 我国召开第一届全国土力学与基础工程会议
我国颁布了较为系统的地基基础方面的规范，指导了工程实践
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3 地基 基础——专业课
地基：受上部结构荷载影响的一部分土层 基础：建筑物（构筑物）向下传递荷载的下部结构
四 本课程的重要性
为基础工程的设计和施工服务
基础工程造价高；
基础工程施工周期长； 基础工程属隐蔽工程；
与其它力学的对比
学科 理论力学 材料力学 结构力学 弹性力学 水 力 学 研究对象
土力学
质点或刚体 单个弹性杆件（杆、轴、梁） 若干弹性杆件组成的杆件结构 连续固体 弹性实体结构或板壳结构 不可压缩的连续流体（水） 连续流体 天然的三相碎散堆积物 碎散材料
学科特点——实践性极强 研究方法——注重测试与经验，与相关学科渗透
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土力学发展的历史
土力学成为一门独立
学科的重要标志
Terzaghi是土力学的
奠基人
1776 1856 1857 1925 1936 1949
Coulomb 强度定律，土压力理论 Darcy 定律 Rankine 新的土压力理论 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 第一届国际土力学及基础工程会议 中国土力学研究的兴起
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绪 论
土的形成过程
岩石
地球 风化 搬运、沉积 土 地球
土——由矿物和岩石碎屑构成的松软的集合体
形成过程 形成条件
影响物理力学 性质3绪 论风化物理风化
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的 过程中因碰撞和摩擦而破碎 作用而改变其矿物的化学成分，形成 新的矿物 量变 无粘性土 原生矿物 质变
利用力学的一般原理，研究土的基本物理力学性质和土体在荷载、水、 温度作用下的应力、应变、强度、稳定以及渗透等规律的力学特性
连续介质 力学的基 本知识
描述碎散体 特性的理论
土力学
土的变形、强度和渗透特性 以及与此有关的工程问题
一般土力学； 计算土力学； 理论土力学； 土塑性力学； 损伤土力学； 冻土力学； 土动力学
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阪神大地震中地基液化
神户码头： 岸墙因砂土地基液化失稳 滑入海中
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4、比萨斜塔
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° 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 1590: 伽利 略在此塔做 落体实验
溃口原因：堤基管涌
堤基管涌
杂填土 粘性土 渗水 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。
砂性土堤基管涌破坏示意图
管涌 砂环
当管涌发生时， 渗流将导致向源 侵蚀，使堤防基 础下部出现渗流 通道
200g
0.075
粒径(mm)
水分法
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.01 0.005
0.005 10
0.001
33
0.10 0.05
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25
10 16 18 24 22 44 66
P % 95 87 78 66 55 33
1.0 0.5
各粒径成分 在土中占的 比例 狭义的粒径级配
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§1 土的物性与分类
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
颗粒大小
•粒组
按粒径大小进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径
0.075
粗粒
(mm)
细粒
粉粒
粘粒
d
砾
粗 中
砂粒
5
胶粒 0.002
31
60
20
细 粗 中 细
2
0.5 0.25
0.075
0.005
§1 土的物性与分类
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，模量较低，变形较大。
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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。
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5、虎丘塔
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6、关西国际机场
世界最大人工岛 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
问题： 沉降大且有 不均匀沉降
设计时预测沉降：5.7-7.5 m 目前实际沉降：已达十米以上。
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7、九江大堤决口
又过20分钟，防 水墙后的土堤突 1998年8月7日 然塌陷出 1个洞， 13:10发生管涌 5 m宽的堤顶随 险情， 20分钟后， 即全部塌陷，并 在堤外迎水面找 很快形成一宽约 到2处进水口 62m的溃口。
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，把仓体逐渐纠正过来，其 高程比原来降低了４米。
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2、香港宝城滑坡
14
Early 1972 滑坡前 July 1972 滑坡后
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2、香港宝城滑坡
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。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
d60 d50 d30
d10
§1 土的物性与分类
斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡—相应粒组质量集中 缓--相应粒组含量少 平台--相应粒组缺乏
连续程度:
§1.1土的三相组成
小于某粒径之土质量百分数（％） 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Cu = d60 / d10
— 不均匀系数
Cu ≥5,级配不均匀
连续程度:
粒径(mm)
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
— 曲率系数
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
34
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
土力学 地基基础
Soil Mechanics and Foundation
岩土与地下工程教研室
绪 论 Introduction
一 基本概念 1 土
矿物或岩石碎屑构成的松软集合体
土，地之生万物者也。‘二’象地之 上，地之中；‘|’物出形也。 －《说文解字》 印第安人的神话：神用泥土造人 中国传统文化中的五行：金木水火土
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
§1 土的物性与分类
特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
小于某粒径之土质量百分数（％）
d30
粗细程度： 用d50 表示 不均匀程度：
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§1 土的物性与分类
2. 颗粒形状
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
•原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状
•次生矿物 针状、片状、扁平状
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§1 土的物性与分类
§1.1土的三相组成
二. 土中水（液相）
结晶水 矿物内部的水
结合水
自由水 土中冰
吸附在土颗粒表面的水
电场引力作用范围之外的水 由自由水冻成，冻胀融陷
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§1 土的物性与分类
§1.1 土的三相组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
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§1 土的物性与分类
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
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§1 土的物性与分类 粒径级配
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
颗粒大小 影响土性 的主因
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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
1952.10.5 试验孔
-4.27
-13.72
-12.34
原因： 地基土事先未进行调查， 据邻近结构物基槽开挖取 土试验结果，计算地基承 载力应用到此谷仓。1952 年经勘察试验与计算，地 基实际承载力小于破坏时 的基底压力。因此， 谷仓地基因超载发生强度 破坏而滑动。
§1.1土的三相组成
一. 固体颗粒
粒径级配
——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示 •确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (>0.075 mm) 水分法：适用于细粒土 (<0.075 mm) •表述方法
粒径级配累积曲线
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§1 土的物性与分类
§1.1土的三相组成
小于某粒径之土质量百分数P（％）
一. 固体颗粒
水蒸气 气态水——气
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§1 土的物性与分类 结合水
强结合水 • • • • • 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的特性 沸点680°C 弱结合水 • • •