土力學 緒論ppt課件

土力學,四川大學水電學院,授課教師：張茹,SoilMechanics,緒論：土力學的主要內容及學習要求,教學時間,講課時間312教學周，其中8學時為試驗學時、40學時為理論學時,教學要求,講課必須出席，不定期點名，遲到者記錄；作業(yè)一周交一次，必須獨立完成；試驗課時，注意觀察，聯系理論，深入分析。,參考資料,教材：張孟喜，土力學原理，華中科技大學出版社，2007；參考：陳仲頤、周景星、王洪瑾，土力學，清華大學出版社，1994；龔曉南主編土力學，中國建筑工業(yè)出版社，2002；R.F.Craig,CraigSSoilMechanics(7th),2004.,考核：平時成績（20）試驗（10）考試（70）,緒論：內容,土力學的研究對象及作用土力學的發(fā)展概況土力學的學科特點土力學的主要內容及學習要求,土，地之生萬物者也說文解字希臘，中國，印第安人的神話：神用泥土造人中國傳統(tǒng)文化中的五行：金木水火土,土,緒論：內容,緒論：土力學的研究對象及作用,地球表層的整體巖石在大氣中經受長期的風化作用后形成形狀各異、大小不同的顆粒，這些顆粒在不同的自然環(huán)境下形成的堆積物，就是天然土。,什么是土？,地球是太陽系中的一個行星，其形狀大致為橢球體，赤道半徑稍長，約為6378.2千米，極半徑稍短6356.8千米。,地球的圈層構造-利用地震波在地球內部傳播速度的變化，地球內部可以劃分為若干個同心的球形圈層。分為地殼、地幔、地核。人類的生產活動目前還都局限在地殼的淺部。地殼由原來的一團高溫物質，逐漸冷卻，在地球表面結成的一層薄殼。是莫霍面以上地球的固體表層部分，厚度變化很大。平約厚度約18千米左右（實際地殼厚度變化很大，按高山高原平原淺海大洋的次序漸次變?。?。,地球是太陽系中的一個行星，其形狀大致為橢球體，赤道半徑稍長，約為6378.2千米，極半徑稍短6356.8千米。,緒論：土力學的研究對象及作用,土力學是研究土體的物理性質及其在工程活動影響下的應力、變形、強度和穩(wěn)定性的學科。,（1）強度問題：強度不足時會導致地基、基礎及上部結構失穩(wěn)；,土力學的研究對象,土力學要解決的問題,（3）滲透問題：考慮滲流對土體變形和穩(wěn)定的影響。,（2）變形問題：變形或不均勻沉降超過允許值，建筑物不能正常使用；,香港寶城滑坡,1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。,原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。,緒論：土力學的研究對象及作用,Early1972滑坡前,緒論：土力學的研究對象及作用,汶川地震時滑坡,緒論：土力學的研究對象及作用,地基液化引起房屋倒塌,液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變成流動狀態(tài)的一種現象。,緒論：土力學的研究對象及作用,以上幾個實例可歸結為與土有關的強度問題,比薩斜塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達5.27m，傾斜5.51360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復工，經6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動工,原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，模量較低，變形較大。,1590:伽利略在此塔做落體實驗,比薩斜塔,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進行地基處理目前:已向游人開放。,處理措施,緒論：土力學的研究對象及作用,蘇州虎丘塔,概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7層，高47.5m，塔的平面呈八角形。,問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線已達2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物而封閉。,原因：坐落于不均勻粉質粘土層上，產生不均勻沉降。,處理：在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔身，效果良好。,緒論：土力學的研究對象及作用,以上幾個實例可歸結為與土有關的變形問題,位于美國愛達荷州的Teton壩,概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,損失：直接損失8000萬美元，起訴5500起，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路,原因：滲透破壞水力劈裂,Teton壩,1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。,Teton壩,11：00左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加,Teton壩,11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設施。,11：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。,Teton壩,11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下,Teton壩,12：00過后坍塌口加寬,Teton壩,洪水掃過下游谷底，附近所有設施被徹底摧毀,Teton壩,失事現場目前的狀況,Teton壩,九江大堤決口,潰口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口,又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。,長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖,砂環(huán),管涌口,粘性土,砂性土,滲水,雜填土,管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現象。,堤基管涌,緒論：土力學的研究對象及作用,岸坡侵蝕,緒論：土力學的研究對象及作用,以上幾個實例可歸結為與土有關的滲透問題,緒論：土力學的發(fā)展概況,理論提高階段,1773年CACoulomb(France)根據試驗創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強度公式，1776年提出了計算擋土墻土壓力理論；1855年Darcy（France）創(chuàng)立了土的滲透定律；1857年,WJMRankine(UK)又從不同角度提出了擋土墻土壓力理論；1885年JBoussinesq(France)求得了彈性半無限空間在豎向集中力作用下的應力和變形的理論解；1922年WFellenius(Sweden)費蘭紐斯，為解決鐵路塌方問題提出了土坡穩(wěn)定分析法。,CharlesAugustindeCoulomb(1736-1806),Coulomb對土木工程、巖土工程以及自然科學和物理學（包括力學、電學和磁學）等都有重要的貢獻（如物理學中著名的庫侖定律）。1774年當選為法國科學院院士。稱為“土力學之始祖”。,緒論：土力學的發(fā)展概況,形成獨立學科階段,1925年美國K.太沙基（Terzaghi）歸納發(fā)展了以往的理論，發(fā)表了土力學專著，他被認為是土力學的奠基人。其中有效應力原理的提出標志著土力學成為一門獨立的學科；1936年在美國召開第一屆國際土力學與基礎工程會議1st(ICSMFE)InternationalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineering；1943年K.太沙基出版了TheoreticalSoilMechanics,Terzaghi于1883年10月2日出生于捷克的首都布拉格，1904年畢業(yè)于奧地利的格拉茨（Graz）技術大學，之后成為土木工程領域的一名地質工程師。19161925年期間，他在土耳其的伊斯坦布爾技術大學大學任教，并從事土的特性方面的研究課題，這也最終導致了他的舉世聞名的Erdbaumechanik（土力學）于1925在維也納的問世，該書介紹了他所提出的固結理論以及土壓力、承載力、穩(wěn)定性分析等理論，標志著土力學這門學科的誕生。,KarlvonTerzaghi(1883-1963),緒論：土力學的發(fā)展概況,KarlvonTerzaghi(1883-1963),1925年，他被派往麻省理工學院擔任訪問教授，四年后回到維也納技術大學任教授。1938年德國占領奧地利后，Terzaghi前往美國，并在哈佛大學任教，直到1956年退休。在此期間的1943年，他還出版了TheoreticalSoilMechanics，在這部不朽的著作中，Terzaghi就固結理論、沉降計算、承載力、土壓理論、抗剪強度及邊坡穩(wěn)定等問題進行了闡述。1963年10月25日,Terzaghi在馬薩諸塞州的溫徹斯特逝世。Terzaghi是第一屆到第三屆（19361957）ISSMFE（國際土力學與基礎工程學會）的主席，曾4次榮獲ASCE（美國土木工程師協會）的Norman獎（1930，1943，1946，1955），并被8個國家的9個大學授予榮譽博士學位。為表彰Terzaghi的杰出成就，美國土木工程師協會還設立了Terzaghi獎。,緒論：土力學的發(fā)展概況,快速發(fā)展階段,1957年，D.C.Drucker提出了土力學與加工硬化塑性理論，對土的本構模型研究起了很大的推動作用；1963年，英國Cambridge大學的Roscoe等人提出了劍橋模型（Camclaymodel），該模型的提出是現代土力學的開端；自60年代后，隨著電子計算機的出現和計算技術的高速發(fā)展，使土力學的研究進入了一個全新的階段；1993年D.C.Fredrund出版非飽和土力學(UnsaturatedSoilMechanics)專著，標志著非飽和土的研究進入了一個新的歷時時期。,KHRoscoe（1914-1970）,Roscoe1914年12月出生于英國，1934年在劍橋大學接受本科教育。二戰(zhàn)后，Roscoe返回劍橋大學讀研究生，畢業(yè)后留校從事土力學的研究，并建立了土力學實驗室。他于1958年所提交的論文關于土體的屈服奠定了臨界狀態(tài)土力學的基礎，被英國土力學學會授予成就獎。在他的領導下，劍橋大學關于土力學機理的研究成果得到國際巖土工程界的普遍認可。以Roscoe為奠基者的劍橋學派在現代土力學的發(fā)展歷史中占有重要的地位。,緒論：土力學的發(fā)展概況,我國土力學的發(fā)展,1945年，黃文熙在中央水利實驗處創(chuàng)立第一個土工實驗室；20世紀50年代，陳宗基對土的流變和黏土的結構進行了研究；1983年黃文熙主編了土的工程性質專著；1980年和1996年錢家歡和殷宗澤主編了土工原理做為研究生的教材；1991年和2000年沈珠江分別出版計算土力學和理論土力學專著；2004年李廣信出版高等土力學研究生教材；同時國內成立了土力學基礎工程方面的學會和開辦了一些期刊雜志，出版了許多專著，在此不再一一介紹。,緒論：土力學的學科特點,土的特點,天然性（自然變異性）：自然界的產物，具有非均勻性、各向異性、結構性、時空變異性；,碎散性：巖石風化的產物，是非連續(xù)介質，受力以后易變形、體積變化主要是孔隙變化、剪切變形主要由顆粒相對位移引起；,三相性：由固相（土顆粒）、液相（水）和氣相（空氣）組成，受力后由土骨架和孔隙介質共同承擔、存在復雜的相互作用、孔隙流體流動。,土力學與其他學科對比,緒論：土力學的學科特點,如何學好土力學,思維方式的轉變：既要在嚴格的邊界條件下求解由工程問題簡化而來的數學物理問題，還要考慮巖土工程的實踐性；,掌握概念：土力學概念不太容易理解，要深刻體會，土力學的參數非常重要且有其適用范圍，不要死記；,具備扎實的數學力學基礎：目前處理土力學有關的工程問題，主要依靠連續(xù)介質力學理論，特別是彈性力學和數學