土質學與土力學第0章-緒論課件

1、第0章緒論0.1土質學與土力學的研究對象和內容0.2土質學與土力學的工程作用0.3土質學與土力學的發(fā)展史學習目標了解土質學與土力學發(fā)展史;理解土質學與土力學在土木工程中的作用;掌握土質學與土力學的研究對象和內容。導讀土質學與土力學是將土作為建筑物的地基、材料或介質來研究的一門學科,主要研究土體的地質特征以及土在荷載作用下的應力、變形、強度和穩(wěn)定性問題,為設計與施工提供土的工程性質指標與評價方法,以及土的工程問題的分析計算原理。0.1土質學與土力學的研究對象和內容研究對象：分散土圖0-1地基a)橋梁地基b)房屋地基圖0-2土工構筑物a)路堤b)土壩0.1土質學與土力學的研究對象和內容研究對象：分

2、散土圖0-3地下建筑a)隧道b)地下車庫0.1土質學與土力學的研究對象和內容土質學屬于地質學范疇,是研究巖石和土的工程地質性質及其形成和變化規(guī)律的學科。它是從工程地質學角度研究土,即從工程建筑物與自然地質體相互作用、相互制約的角度研究土,它是地質學觀點和力學觀點的有機結合,其理論性和實踐性很強。0.1土質學與土力學的研究對象和內容土質學研究的主要內容：1)土的工程地質性質的形成和分布規(guī)律,土的物質組成、結構構造對土的工程地質性質的影響。2)土的工程地質性質。包括物理性質、水理性質和力學性質,如干密度、干濕狀況、孔隙特征、與水相互作用時表現(xiàn)出的性質及在外力作用下表現(xiàn)出的變形和強度特征。0.1土質

3、學與土力學的研究對象和內容土質學研究的主要內容：3)土的工程地質性質指標的測試方法和測試技術。4)土的工程地質分類。5)土的工程地質性質在自然或人為因素作用下的變化趨勢和變化規(guī)律。預測這種變化對各種建筑物的危害。6)特殊土的工程地質特征。0.1土質學與土力學的研究對象和內容土力學屬于工程力學范疇,是運用力學原理,同時考慮土的分散性特征求得量的關系,其力學計算模型必須建立在現(xiàn)場勘察和實測土工程地質性質指標的基礎上,因此土力學也是一門理論性和實踐性很強的學科。0.1土質學與土力學的研究對象和內容土力學研究的主要內容：1)土的應力與應變的關系。2)土的強度及土的變形和時間的關系。3)土在外荷載作用下

4、的穩(wěn)定性計算。0.1土質學與土力學的研究對象和內容土質學土力學吸取土力學中運用的數(shù)學、力學等最新理論,研究土的工程地質性質的本質吸取土質學從成因、微觀結構等方面認識土性質本質的研究成果,研究與工程建筑有關的土的應力、應變、強度和穩(wěn)定性等力學問題。0.2土質學與土力學的工程作用土質學與土力學課程與土木工程專業(yè)課程的學習和土木工程技術工作有非常密切的關系。其對地基的設計、施工,及對建筑的抗震性能研究都具有重要的作用,對土木工程的發(fā)展起著舉足輕重的作用。隨著人口不斷密集,人類活動的范圍日益狹小,現(xiàn)代工程建設不得不向高(高層建筑)、深(地下工程)、遠(高速公路/鐵路)的方向發(fā)展。同時,通過對不良場地土

5、體改善進而進行工程建設,可以充分地利用日益緊缺的土地資源。因此土質學與土力學在現(xiàn)代交通、土木工程建設事業(yè)中占有著非常重要的地位。0.3土質學與土力學發(fā)展史在遠古時代,人們就利用土石作為地基和建筑材料修筑房屋。圖0-6半坡村遺址0.3土質學與土力學發(fā)展史圖0-7趙州石拱橋圖0-8開寶寺木塔0.3土質學與土力學發(fā)展史作為本學科理論基礎的土力學始于18世紀興起了工業(yè)革命的歐洲。隨著資本主義工業(yè)化的發(fā)展,為了滿足向國內外擴張市場的需要,陸上交通進入了所謂“鐵路時代”,因此,最初有關土力學的個別理論多與解決鐵路路基問題有關。0.3土質學與土力學發(fā)展史法國科學家?guī)靵?Charles Augustin de

6、 Coulomb,17361806)在1773年發(fā)表了論文極大極小準則在若干靜力學問題中的應用,為土體破壞理論奠定了基礎,并且創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強度公式,提出了計算擋土墻土壓力的滑楔理論。但是,在此后漫長的150年中,研究工作只是個別學者在探索著進行,而且只限于研究土體的破壞問題。圖0-9法國科學家?guī)靵?.3土質學與土力學發(fā)展史1856年法國科學家達西(Henry Philibert Gaspard Darcy,18031858)通過室內試驗建立了有孔介質中水的滲透理論;1857年英國科學家朗肯(William John Macquorn Rankine,18201872)提出了建立在土體極

7、限平衡條件分析基礎上的土壓力理論;圖0-10法國科學家達西圖0-11英國科學家朗肯0.3土質學與土力學發(fā)展史1885年法國著名的物理學家和數(shù)學家布辛尼斯克(Joseph Valentin Boussinesq,18421929)和1892年弗拉曼(Flamant)分別提出了均勻的、各向同性的半無限體表面在豎向集中力和線荷載作用下的位移和應力分布理論。這些早期的著名理論奠定了土力學的基礎。圖0-11英國科學家朗肯圖0-12法國物理學家和數(shù)學家布辛尼斯克0.3土質學與土力學發(fā)展史20世紀初隨著高層建筑的大量涌現(xiàn),沉降問題開始突出,與土力學緊密相關的學科彈性力學的發(fā)展為沉降問題的研究提供了必要的手段

8、,從而為太沙基(Terzaghi)開創(chuàng)的土體變形研究提供了客觀條件。太沙基(Karl Terzaghi,18831963),又譯泰爾扎吉,美籍奧地利土力學家,現(xiàn)代土力學的創(chuàng)始人。1923年,太沙基提出了土體一維固結理論,接著又在另一文獻土力學原理中提出了著名的有效應力原理,從而建立起一門獨立的學科土力學。0.3土質學與土力學發(fā)展史此后,隨著彈性力學的研究成果被大量吸收,變形問題的研究越來越成為重要的內容。但是,土體的破壞問題始終是當時土力學研究的主流。這一時期,在土體破壞理論研究方面的主要成就是:關于滑弧穩(wěn)定分析方法的建立與完善;關于極限土壓力的研究和承載力公式的提出;散粒體靜力學的建立;關于土體破壞的運動方程和極限平衡理論的建立。在變形理論方面有:地基沉降計算方法的建立與完善;彈性地基梁板的計算;砂井固結理論;比奧(Biot)固結理論的提出和完善。0.3土質學與土力學發(fā)展史雖然在20世紀50年代已有人對塑性理論應用于土力學的可能性進行過探索,但直到1963年,英國土力學家羅斯科(K.H.Roscoe,19141970)發(fā)表了著名的劍橋模型,才提出第一個可以全面考慮土的壓硬性和剪脹性的數(shù)學模型,因而可以看作現(xiàn)代土力學的開端。圖0-14英國土力學家羅斯科0.3土質學與土力學發(fā)展史經(jīng)過幾十年的努力,現(xiàn)代土力學漸趨成熟,已在下列幾方面取得重要進展:1)非線性模型和彈塑性