1、1,绪 论,2,土力学是土木工程、地质工程、交通工程、水利水电工程、港口工程等专业的基础力学课程。 土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下土体内部的应力变形和强度规律的一门学科。,3,什么是土？ 土有哪些特点？ 土力学有何特点？ 为什么要学习土力学？ 土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？,4,土是指： 地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。,风化,什么是土？,5,碎散性,非连续介质,受力以后易变形 体积变化主要是孔隙变化 剪切变形主要由颗粒 相对位移引起 强度低,岩石风化的产物,土有哪些特点？,6,多相介质,三相体系,受力
2、后由土骨架、孔隙介 质共同承担 存在复杂的相互作用 孔隙流体流动,固相土骨架 液相水 气相空气,土有哪些特点？,7,自然变异性,自然界的产物,非均匀性 各向异性 结构性 时空变异性,土有哪些特点？,8,碎散性,三相体系,自然变异性,力学特性复杂,变形特性 强度特性 渗透特性,土有哪些特点？,9,碎散性,三相体系,自然变异性,力学特性复杂,变形特性 强度特性 渗透特性,土有哪些特点？,土力学有何特点？,10,土力学,连续介质力学的基本知识,描述碎散体特性的理论,土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题,土力学有何特点？,11,土力学发展的历史,1776 Coulomb 强度定律，土压力理论
3、 1856 Darcy 定律 1857 Rankine 新的土压力理论 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1949 中国土力学研究的兴起,现代土力学在本构模型理论、计算方法、非饱和土力学有较大发展；量测技术的提高；土动力学理论、分析方法、测试手段有很大发展和提高。,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,土力学有何特点？,12,为什么要学习土力学？,1. 土具有广泛的工程应用 2. 存在大量与土有关的工程问题,13,土的工程应用,土工建筑材料 建筑物基础之地基 建筑环境,为什么要学习土力学？,与土力学有关的工程问
4、题,2、与土有关的工程,15,16,17,北引桥,主桥,航道桥,苏通长江公路大桥,18,19,20,21,墙下条形基础,22,23,南京地铁火车站基坑施工现场,24,建成后的盾构隧道,25,边坡支护工程照片,26,27,上海展览中心,地基严重下沉,28,墨西哥市艺术宫,地基土为超高压缩性土，天然孔隙比712，天然含水量150600，为世界罕见的软弱土，层厚25m。下沉达4m，旁边的道路下沉2m。,29,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好
5、无损,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。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,30,加拿大特朗斯康谷仓,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，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,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，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。,与土有关的工程问
6、题,为什么要学习土力学？,31,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7人。,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。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,32,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell R
7、oad,33,Early 1972 滑坡前,34,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。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,35,阪神大地震中地基液化,神户码头： 沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,36,以上几个实例可归结为与土有关的 强度问题,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,37,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
8、：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,原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,38,8层55m，直径（底部）16m,修建时间：11731350,偏离中心5.27m，倾斜5.5o,意大利比萨斜塔,39,比萨斜塔,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
9、进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。,处理措施,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,40,苏州虎丘塔，建于公元959961年期间，7级8角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m。塔顶1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏离基础轴线0.924m。,虎丘塔,41,虎丘塔,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。,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。,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
10、 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，获得成功。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,42,关西机场 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：4370m1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,43,关西机场,设计时预测沉降： 5.77.5 m 完成时实际沉降： 8.1 m，5cm/月 (1990年) 预测主固结完成： 20年后 比设计超填： 3m,问题： 沉降大且有不均匀沉降,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,44,以上几个实例可归结为与土有关的 变形问
11、题,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,45,Teton坝,概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,损失： 直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路,原因： 渗透破坏水力劈裂,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,46,Teton坝,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,47,Teton坝,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,48,Teton坝,11
12、:30 洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,49,11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton坝,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,50,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下。,Teton坝,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,51,12：00过后 坍塌口加宽。,Teton坝,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,52,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁。,Teton坝,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,53,失事现场目前的状况。,Teton
13、坝,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,54,九江大堤决口,溃口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口,又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,55,长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图,砂环,管 涌 口,粘性土,砂性土,渗水,杂填土,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。,堤基管涌,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,56,砂性土堤基管涌破坏示意图,管涌破坏,当管涌发
14、生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道,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,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,57,以上几个实例可归结为与土有关的 渗透问题,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,58,土工结构物或地基,土,强度问题 变形问题 渗透问题,强度特性 变形特性 渗透特性,土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的。,与土有关的工程问题,为什么要学习土力学？,59,土力学包括哪些内容？,基础 物理性质,先导 土中应力,具体应用 土压力 ,核心 渗透特性 变形特性 强度特性,60,基础与主线,先导
15、,具体 应用,第2章土的物理性质指标与工程分类,第3章土的渗透性,第4章土体应力计算,第5、6章土的压缩性和地基沉降计算,第7章土的抗剪强度,第8章挡土结构物上的土压力,渗透特性 变形特性 强度特性,第9章地基承载力,第10章边坡稳定分析,土力学包括哪些内容？,61,如何学好土力学？,注意土的基本特点 - 通过与其它材料对比,注重理论联系实际 - 通过现场观察与试验,注重正确学习方法 - 注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加记忆； 注意基本理论学习； 掌握基本的计算方法、注意试验方法学习与试验技能培养; 各章相对独立但关联性和综合性又很强，要注意融会贯通。,62,End of Chapter 0 结束,
