土力學(xué)課件（清華大學(xué)）-0緒論(工管)改

土力學(xué)課件（清華大學(xué)）本課件主要介紹土力學(xué)的基本概念和原理，并結(jié)合工程實(shí)際案例進(jìn)行講解，旨在幫助學(xué)生掌握土力學(xué)的基本知識和應(yīng)用技能，為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。土力學(xué)的定義及其研究對象土力學(xué)研究土壤的物理性質(zhì)、力學(xué)特性和工程行為土力學(xué)主要研究土的強(qiáng)度、變形、滲透、穩(wěn)定等問題土力學(xué)是土木工程、水利工程、交通工程等學(xué)科的基礎(chǔ)土的分類和組成黏土粒徑小于0.005mm，具有較強(qiáng)的塑性和粘性。粉土粒徑在0.005mm到0.05mm之間，具有中等程度的塑性和粘性。砂土粒徑在0.05mm到2mm之間，具有較低的塑性和粘性。礫石粒徑大于2mm，通常不具有塑性和粘性。巖石的分類和成因巖漿巖巖漿巖是由地殼深處的巖漿冷卻凝固而形成的巖石，又稱火成巖。巖漿巖的分類主要依據(jù)礦物成分和結(jié)構(gòu)特征，常見類型包括花崗巖、玄武巖等。沉積巖沉積巖是由地表或水體中的松散碎屑沉積，經(jīng)過壓實(shí)、膠結(jié)作用而形成的巖石，又稱水成巖。沉積巖的分類主要依據(jù)巖石的組成成分和結(jié)構(gòu)特征，常見類型包括砂巖、頁巖等。變質(zhì)巖變質(zhì)巖是由原有的巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖，在高溫、高壓或化學(xué)作用下發(fā)生礦物成分和結(jié)構(gòu)的改變而形成的巖石。變質(zhì)巖的分類主要依據(jù)巖石的原巖類型和變質(zhì)作用的類型，常見類型包括大理巖、片麻巖等。土與巖石的差異組成物質(zhì)土是由巖石風(fēng)化形成的碎屑物質(zhì)，而巖石是由礦物組成的固體物質(zhì)。顆粒大小土的顆粒大小一般小于2毫米，而巖石的顆粒大小一般大于2毫米。結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)松散，而巖石的結(jié)構(gòu)致密。強(qiáng)度土的強(qiáng)度一般較低，而巖石的強(qiáng)度一般較高。土的工程性質(zhì)土的強(qiáng)度是指土抵抗破壞的能力，主要由土的抗剪強(qiáng)度決定。土的壓縮性是指土在荷載作用下體積減小的性質(zhì)，主要由土的孔隙比和顆粒大小決定。土的滲透性是指水或其他流體通過土體的流動性，主要由土的孔隙大小和形狀決定。土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)是指土的顆粒大小、形狀、排列方式、孔隙大小和分布等方面的特征，它直接影響土的工程性質(zhì)，如強(qiáng)度、壓縮性、滲透性等。土的物理狀態(tài)主要受以下因素影響：土的成因：不同的成因會導(dǎo)致土的顆粒大小、形狀、排列方式等方面的差異，例如風(fēng)化作用形成的土通常顆粒較細(xì)，而河流沉積形成的土通常顆粒較粗。土的結(jié)構(gòu)：土的結(jié)構(gòu)是指土的顆粒之間的排列方式，不同的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致土的孔隙大小和分布不同，例如緊密結(jié)構(gòu)的土的孔隙率低，而疏松結(jié)構(gòu)的土的孔隙率高。土的含水量：土的含水量會影響土的強(qiáng)度、壓縮性、滲透性等方面的變化。土水的分類和性質(zhì)結(jié)合水結(jié)合水是指吸附在土顆粒表面的一層薄薄的水膜，無法自由流動。毛管水毛管水是指在毛細(xì)管力作用下，存在于土顆粒之間的水，可以沿毛細(xì)管上升和下降。重力水重力水是指在地心引力作用下，自由流動的水，可以滲入地下并形成地下水。土的含水率和飽和度w含水率土中水的質(zhì)量與土干質(zhì)量的百分比。Sr飽和度土中水的體積與土孔隙體積的百分比。土的體積和密度關(guān)系概念公式體積V=Vs+Vw+Va密度ρ=m/V干密度ρd=ms/V飽和密度ρsat=(ms+mw)/V土的粒徑分布土的粒徑分布是指土中各種粒徑的顆粒所占比例的分布情況。土的液塑限和塑性指數(shù)液限塑限塑性指數(shù)土處于液態(tài)和塑性狀態(tài)的界限含水率土處于塑性狀態(tài)和固態(tài)狀態(tài)的界限含水率液限與塑限之差土的壓縮性1孔隙比是指土中孔隙體積與土顆粒體積之比。2壓縮系數(shù)反映土體在壓力作用下壓縮變形的大小。3壓縮模量表示土體抵抗壓縮變形的能力。土的滲透性土的滲透性是指水在土體中流動的難易程度，反映了土體對水的阻力大小。土的抗剪強(qiáng)度1內(nèi)摩擦角土體抵抗剪切破壞的能力2粘聚力土顆粒之間的相互吸引力砂土的特性粒徑砂土的粒徑范圍從0.075毫米到2毫米，具有良好的排水性和透水性。抗剪強(qiáng)度砂土的抗剪強(qiáng)度主要由顆粒間的摩擦力決定，對水的敏感性較低。壓縮性砂土的壓縮性較低，在荷載作用下沉降量相對較小。黏土土的特性顏色黏土土的顏色通常為紅褐色、灰黃色或黑色，這取決于土壤的礦物成分和有機(jī)質(zhì)含量。質(zhì)地黏土土的顆粒細(xì)小，具有很強(qiáng)的粘性，用手搓捏后能搓成條狀，捏成球狀后能保持形狀。孔隙黏土土的孔隙率較高，但孔隙尺寸較小，通透性較差，容易造成水分積聚。土的工程性質(zhì)試驗(yàn)1土的物理性質(zhì)試驗(yàn)含水率、密度、孔隙比、液限、塑限等2土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)等3土的化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)酸堿度、有機(jī)質(zhì)含量、離子交換容量等土的初始應(yīng)力狀態(tài)自重應(yīng)力土體自身重量產(chǎn)生的應(yīng)力，隨深度線性增加附加應(yīng)力外部荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，如建筑物、道路等有效應(yīng)力孔隙水壓力影響下的應(yīng)力，影響土體的強(qiáng)度和變形土壓力的概念和原理土體對擋土結(jié)構(gòu)物的側(cè)向壓力作用在擋土墻、地下結(jié)構(gòu)等工程結(jié)構(gòu)物上的壓力受土體自身重力、水壓力和外荷載影響靜止土壓力系數(shù)的計(jì)算靜止土壓力系數(shù)是土壓力理論中的一個重要參數(shù),它表示土體在靜止?fàn)顟B(tài)下對擋土墻的壓力與土體自身重量之比.主動土壓力和被動土壓力1主動土壓力當(dāng)擋土墻向土體方向移動時，土體對墻產(chǎn)生壓力。它指的是墻體向土體方向移動時，土體對墻的壓力。2被動土壓力當(dāng)擋土墻背離土體方向移動時，土體對墻產(chǎn)生壓力。它指的是墻體背離土體方向移動時，土體對墻的壓力。斜面穩(wěn)定分析1穩(wěn)定性評估分析斜坡在各種外力作用下保持穩(wěn)定的能力2極限平衡法基于力平衡原理，計(jì)算斜坡的穩(wěn)定性3安全系數(shù)評估斜坡的穩(wěn)定性，確定需要采取的措施斜面穩(wěn)定分析是土力學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，通過評估斜坡的穩(wěn)定性，可以有效預(yù)防和控制斜坡失穩(wěn)，保障工程安全。基坑工程設(shè)計(jì)1安全確?；娱_挖過程中的安全性和穩(wěn)定性2經(jīng)濟(jì)優(yōu)化基坑開挖方案，降低成本3可行性滿足基坑開挖的工程要求邊坡工程設(shè)計(jì)穩(wěn)定性分析邊坡工程設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注邊坡的穩(wěn)定性，以確保其不會發(fā)生滑坡或坍塌。防護(hù)措施針對不同的邊坡條件，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如植被防護(hù)、擋土墻、錨固等。排水系統(tǒng)邊坡的排水系統(tǒng)至關(guān)重要，它可以有效地降低地下水位，提高邊坡的穩(wěn)定性。地基處理技術(shù)加固地基通過工程措施改善地基承載力，提高地基穩(wěn)定性。降低地基壓縮性控制地基沉降量，確保建筑物安全和耐久。改善地基滲透性降低地下水位，減少地基含水量，提高地基承載力?；A(chǔ)工程設(shè)計(jì)1地基承載力分析確定地基能夠承受的極限荷載，確保建筑物安全穩(wěn)定。2基礎(chǔ)類型選擇根據(jù)地基條件和建筑物的荷載，選擇合適的淺基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)類型。3基礎(chǔ)尺寸和配筋設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定基礎(chǔ)的尺寸、形狀和鋼筋配置，確保基礎(chǔ)的強(qiáng)度和耐久性。4基礎(chǔ)施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范進(jìn)行基礎(chǔ)施工，確保施工質(zhì)量。地基承載力分析地基承載力是指地基抵抗建筑物荷載的能力，影響因素包括土的類型、密度、含水率等。圖示為常見土的承載力參考值。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁型選擇根據(jù)地基土的類型、承載力要求、施工條件等因素選擇合適的樁型，例如預(yù)制樁、灌注樁、鉆孔灌注樁等。樁身計(jì)算根據(jù)樁的承載力要求、樁身材料的強(qiáng)度和地基土的承載力計(jì)算樁身截面尺寸和長度。樁基布置根據(jù)建筑物的荷載和地基土的承載力，合理布置樁基的間距、排布形式和樁的傾斜角度。樁基施工根據(jù)樁型和施工條件選擇合適的施工方法，例如打樁、鉆孔灌注等。土工合成材料在土工程中的應(yīng)用邊坡加固土工格柵提高邊坡的抗剪強(qiáng)度，防止滑坡。防滲工程土工膜阻止水滲透，用于水庫、渠道等工程。