土力學(xué)課件-第一章

1、1土 力 學(xué)淮陰工學(xué)院建筑工程學(xué)院2u土，地之生萬物者也。土，地之生萬物者也。二二象象地之上，地之中；地之上，地之中；| |物出形也。物出形也。 說文解字說文解字u希臘，中國，希伯來人，印第安希臘，中國，希伯來人，印第安人的神話：神用泥土造人人的神話：神用泥土造人u中國傳統(tǒng)文化中的五行：金木水中國傳統(tǒng)文化中的五行：金木水火土火土土3什么是土？什么是土？土有哪些特點？土有哪些特點？土力學(xué)有何特點？土力學(xué)有何特點？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？如何學(xué)好土力學(xué)？如何學(xué)好土力學(xué)？緒 論4土土是指：是指： 地球表面的整體巖石在大氣中地球表面的整體巖石在大

2、氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用而形成的、經(jīng)受長期的風(fēng)化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物?；蚰z結(jié)很弱的顆粒堆積物。緒論巖石巖石地球顆粒堆積物顆粒堆積物地球什么是土？什么是土？5土有哪些特點？土有哪些特點？緒論6碎散性碎散性土有哪些特點？土有哪些特點？非連續(xù)介質(zhì)非連續(xù)介質(zhì)l 受力以后易變形受力以后易變形l 體積變化主要是孔隙變化體積變化主要是孔隙變化l 剪切變形主要由顆粒剪切變形主要由顆粒 相對位移引起相對位移引起l 強度低強度低緒論巖石風(fēng)化巖石風(fēng)化的產(chǎn)物的產(chǎn)物7多相介質(zhì)多相介質(zhì)三相性三相性（三相體系）（三相體系） 受力后由土骨架、孔隙介受力后由

3、土骨架、孔隙介 質(zhì)共同承擔(dān)質(zhì)共同承擔(dān) 存在復(fù)雜的相互作用存在復(fù)雜的相互作用 孔隙流體流動孔隙流體流動緒論土有哪些特點？土有哪些特點？固相固相土骨架土骨架液相液相水水氣相氣相空氣空氣8天然性天然性（自然變異性）（自然變異性）自然界的產(chǎn)物自然界的產(chǎn)物緒論土有哪些特點？土有哪些特點？非均勻性非均勻性各向異性各向異性結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性時空變異性時空變異性9碎散性碎散性三相性三相性天然性天然性力學(xué)特性力學(xué)特性復(fù)雜復(fù)雜 變形特性變形特性 強度特性強度特性 滲透特性滲透特性緒論土有哪些特點？土有哪些特點？10土力學(xué)有何特點？土力學(xué)有何特點？緒論學(xué)科學(xué)科研究對象研究對象理論力學(xué)理論力學(xué) 質(zhì)點或剛體質(zhì)點或剛體材料力學(xué)

4、材料力學(xué) 單個彈性桿件（桿、軸、梁）單個彈性桿件（桿、軸、梁）連續(xù)固體連續(xù)固體結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué) 若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu)若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)彈性力學(xué) 彈性實體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu)彈性實體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu)水水 力力 學(xué)學(xué) 不可壓縮的連續(xù)流體（水）不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體連續(xù)流體天然的三相碎散堆積物天然的三相碎散堆積物碎散材料碎散材料11土力學(xué)有何特點？土力學(xué)有何特點？土力學(xué)土力學(xué)緒論連續(xù)介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基力學(xué)的基本知識本知識描述碎散體描述碎散體特性的理論特性的理論土的變形、強度和滲透特性以及與此有關(guān)的工程問題12土力學(xué)發(fā)展的歷史1776 Coulomb 強度定律，土壓力理論強度

5、定律，土壓力理論1856 Darcy 定律定律1857 Rankine 新的土壓力理論新的土壓力理論1925 Terzaghi 有效應(yīng)力原理及滲透固結(jié)理論有效應(yīng)力原理及滲透固結(jié)理論1936 第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議1949 中國土力學(xué)研究的興起中國土力學(xué)研究的興起緒論土力學(xué)有何特點？土力學(xué)有何特點？土力學(xué)土力學(xué)成為一門獨立成為一門獨立學(xué)科的重要標(biāo)志學(xué)科的重要標(biāo)志Terzaghi是土力學(xué)的是土力學(xué)的奠基人奠基人13為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？1.1.土具有廣泛的工程應(yīng)用土具有廣泛的工程應(yīng)用2.2.存在大量與土有關(guān)的工程問題存在大量與土有關(guān)的工程問題

6、緒論141. 1. 土的工程應(yīng)用土的工程應(yīng)用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物基礎(chǔ)之地基建筑物基礎(chǔ)之地基 建筑環(huán)境建筑環(huán)境緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？152. 2. 與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？加拿大特朗斯康谷倉 事故：事故：19131913年年9 9月裝谷物，月裝谷物，1010月月1717日裝了日裝了3182231822谷物時，谷物時，1 1小時豎向沉降達(dá)小時豎向沉降達(dá)30.5cm30.5cm2424小時傾斜小時傾斜26265353西端下沉西端下

7、沉7.32m7.32m 東端上抬東端上抬1.52m1.52m上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損概況：長概況：長59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565個圓筒倉。個圓筒倉。 鋼混筏板基礎(chǔ)，厚鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。17與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？加拿大特朗斯康谷倉 處理：處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多

8、個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388388個個50T50T千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其位置比原來降低了米。位置比原來降低了米。 原因：原因：地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗結(jié)果，計算地基承土試驗結(jié)果，計算地基承載力應(yīng)用到此谷倉。載力應(yīng)用到此谷倉。19521952年經(jīng)勘察試驗與計算，地年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力小于破壞時基實際承載力小于破壞時的基底壓力。因此，的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動破壞而滑動。2653失事后1913.10.

9、181952.10.5 試驗孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 試驗孔18與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？香港寶城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，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塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：

10、山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進(jìn)一步大山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進(jìn)一步大大降低，使得大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。19香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署1972 Po Shan 滑坡滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、死、20 傷傷)20Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后21與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？基坑崩塌22與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么

11、要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？阪神大地震中地基液化神戶碼頭：神戶碼頭：地震引起大面積砂地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷損傷 液化：松砂地基在振動荷載作液化：松砂地基在振動荷載作用下用下喪失強度變成流動狀態(tài)喪失強度變成流動狀態(tài)的的一種現(xiàn)象一種現(xiàn)象23與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？阪神大地震中地基液化神戶碼頭：神戶碼頭：沉箱式岸墻因砂土地基液沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中化失穩(wěn)滑入海中24與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題

12、緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？以上幾個實例可歸結(jié)為與土有關(guān)的強度問題25與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？比薩斜塔目前：目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m1.80m， 塔頂離中心線已達(dá)塔頂離中心線已達(dá)5.27m5.27m，傾斜，傾斜5.55.513601360：再復(fù)工，至再復(fù)工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8層，高度為層，高度為55m55m12721272：復(fù)工，經(jīng)復(fù)工，經(jīng)6 6年，至年，至7 7層，高層，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4層中，高約層中，

13、高約29m29m，因傾斜停工，因傾斜停工11731173：動工動工原因：原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，模量較低，層，模量較低，變形較大變形較大。1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落體實驗落體實驗 26與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？比薩斜塔1838-18391838-1839：挖環(huán)形基坑卸載挖環(huán)形基坑卸載1933-19351933-1935：基坑防水處理基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固19901990年年1 1月月: : 封閉封閉19921992年年7 7月：月：加固塔身，

14、用壓重加固塔身，用壓重 法和取土法進(jìn)行地法和取土法進(jìn)行地 基處理基處理目目 前前: : 已向游人開放。已向游人開放。 處理措施27與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？虎丘塔問題：問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔 頂離中心線已達(dá)頂離中心線已達(dá)2.31m2.31m，底層，底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險 建筑物而封閉。建筑物而封閉。概況：概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7層，高層，高47.5m4

15、7.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上，坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上， 產(chǎn)生產(chǎn)生不均勻沉降不均勻沉降。處理：處理：在塔四周建造一圈樁排式地下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(jìn)行連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進(jìn)行 鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔 身，效果良好。身，效果良好。28與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？關(guān)西國際機場 世界最大人工島19861986年：年：開工開工19901990年：年：人工島完成人工島完成19941994年：年：機場運營機場運營面積：面積：4370m43

16、70m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m設(shè)計時預(yù)測沉降：設(shè)計時預(yù)測沉降：5.7-7.5 m5.7-7.5 m完成時實際沉降：完成時實際沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月 (1990 (1990年年) )預(yù)測主固結(jié)完成：預(yù)測主固結(jié)完成：2020年后年后比設(shè)計超填：比設(shè)計超填：3m3m問題：沉降大且有不均勻沉降29與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？以上幾個實例可歸結(jié)為以上幾個實例可歸結(jié)為與土有關(guān)的變形問題變形問題30Teton壩壩概況：概況：土壩，高土壩，高90m90

17、m，長，長1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事?lián)p失：損失：直接直接80008000萬美元，起萬美元，起訴訴55005500起，起，2.52.5億美元，億美元，死死1414人，受災(zāi)人，受災(zāi)2.52.5萬人，萬人，6060萬畝土地，萬畝土地，3232公里公里鐵路鐵路原因：原因：滲透破壞水力劈裂滲透破壞水力劈裂與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？31Teton壩壩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。與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？

18、為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？32Teton壩壩1111：0000左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？33Teton壩壩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(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？3411：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。Teton壩壩與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？3511:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下Teton壩壩與土有關(guān)的工程問題

19、與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？3612：00過后坍塌口加寬Teton壩壩與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？37洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀Teton壩壩與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？38失事現(xiàn)場目前的狀況Teton壩壩與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？九江大堤決口潰口原因：潰口原因：堤基管涌堤基管涌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(jìn)水口又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌

20、陷出1個洞，5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。 與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖砂砂環(huán)環(huán)管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土滲水滲水雜填土雜填土管涌：管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細(xì)小顆粒，在滲流作用下，無粘性土體中的細(xì)小顆粒，通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。 堤基管涌與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？管涌砂環(huán)砂性土堤基管涌破壞示意圖砂性土堤基管涌

21、破壞示意圖管涌破壞當(dāng)管涌發(fā)生時，當(dāng)管涌發(fā)生時，滲流將導(dǎo)致向源滲流將導(dǎo)致向源侵蝕，使堤防基侵蝕，使堤防基礎(chǔ)下部出現(xiàn)滲流礎(chǔ)下部出現(xiàn)滲流通道通道當(dāng)水頭差足夠大時，當(dāng)水頭差足夠大時，侵蝕將加速并掏挖侵蝕將加速并掏挖堤防基礎(chǔ)。形成通堤防基礎(chǔ)。形成通道后極易引起潰決道后極易引起潰決與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？42以上幾個實例可歸結(jié)為與土有關(guān)的滲透問題與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？43土工結(jié)構(gòu)物或地基土強度問題強度問題變形問題變形問題滲透問題滲透問題 強度特性強度特性 變形特性變形特性 滲透特性滲透特性土力

22、學(xué)可以解決工程實踐問題，這正是土力學(xué)存在的價值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。緒論為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？44緒論土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？基礎(chǔ)基礎(chǔ)物理性質(zhì)物理性質(zhì)預(yù)備土中土中應(yīng)力應(yīng)力具體應(yīng)用土壓力土壓力核心核心滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性45基礎(chǔ)與主線基礎(chǔ)與主線預(yù)備具體應(yīng)用緒論土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？第一章第一章土的物理性質(zhì)和工程分類土的物理性質(zhì)和工程分類第二章第二章土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題第三章第三章土體中的應(yīng)力計算土體中的應(yīng)力計算第四章第四章土的變形特性和地基沉降計算土的變形特性和地基沉降計算第五章第五章土的抗剪強度土的抗剪強度土力學(xué)（土力學(xué)（2 2）

23、城市巖土工程城市巖土工程高等土力學(xué)高等土力學(xué)環(huán)境巖土工程環(huán)境巖土工程土動力學(xué)與土工抗震工程土動力學(xué)與土工抗震工程滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性46緒論如何學(xué)好土力學(xué)？注意土的基本特點注意土的基本特點 - - 通過與其它材料對比通過與其它材料對比 注重理論聯(lián)系實際注重理論聯(lián)系實際 - - 通過現(xiàn)場觀察與試驗通過現(xiàn)場觀察與試驗注重正確學(xué)習(xí)方法注重正確學(xué)習(xí)方法 - - 概念，原理，方法概念，原理，方法 內(nèi)容間聯(lián)系內(nèi)容間聯(lián)系 要記憶，但不能死記要記憶，但不能死記471965年清華大學(xué)給高教部關(guān)于“輔導(dǎo)員工作的報告”胡錦濤與土力學(xué)因材施教緒論48緒論 什么是土力學(xué)？利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的知識，結(jié)合土的特性，研究利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的知識，結(jié)合土的特性，研究相關(guān)的工程問題相關(guān)的工程問題是是“偽科學(xué)偽科學(xué)”是是“很土很土”的力學(xué)的力學(xué)實際上并不是一種精確的科學(xué)，而是一種實