2013土力学-冯老师-第一章-绪论

土力学SoilMechanics,冯晓腊教德山副教授、注册土木工程师,本课程安排和要求,教学环节：理论课(36学时)实验课(6次12学时),考核及成绩：60（期末考试：闭卷）20（实验：预习操作报告）20(考勤+作业),理论课、实验课必须出席，不定期点名试验：注意观察，联系理论，动手操作独立按时完成作业。抄袭、迟交或不认真完成者在平时成绩中扣分。为鼓励个人独立完成，作业错误不扣分。,课程要求：,课前课后教室答疑平时教师和助教办公室答疑根据要求，安排集中答疑期末集中答疑,答疑安排：,主讲：冯晓腊教授助教：崔德山副教授试验：聂良佐工程师答疑：张姝硕士,冯晓腊,冯晓腊，教授。1996.8武汉丰达地质工程有限公司总经理总经理。,第一章绪论,第一节土力学的研究对象第二节土力学研究内容与方法第三节土力学发展简史与未来展望,目录,第一节土力学的研究对象,说明该问题时必须引出的几个概念1、土力学（SoilMechanics）：研究土的碎散特性及受力后所表现出的力学性质。包括应力、应变、强度、稳定性和渗透规律等。2、土各类岩石经长期地质营力作用风化后的产物，它是由岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体。,3、土体某一研究范围内的土或存在于一定地质环境中的地质体。4、土体的特性松散性、孔隙性、多相性。,砾石料卵石砂粘土,5、地基（Ground）由于上部建筑物荷重的作用，使一定范围内地层的应力状态发生变，这一范围内的地层成为地基。6、基础（Foundation）与地基接触的建筑物下部结构。一般置于地面以下，起着传递荷载的作用。,1,1上部结构,2基础,3地基,2,土力学与其他学科的比较,研究对象：土体,建筑介质,建筑地基,建筑材料,解决的主要问题,土体的变形,土体的强度,变形过大,强度不够,几个强度问题的实例！,加拿大特朗斯康谷仓,事故：1913年9月开始装谷物，至10月17日共装入3万多谷物，但此时发生破坏：1小时竖向沉降达30.5cm24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。1913年完工，自重2万T。,处理：事后在下面做了70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。,原因：谷仓的地基承载力按邻近建筑物基槽开挖取土试验结果计算。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。,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。,香港宝城滑坡,1972滑坡前,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。,阪神大地震中的地基液化,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。,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,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。,1964年日本新泻地震地基的大面积液化,可归结为与土有关的强度问题,加拿大特朗斯康谷仓地基失稳香港宝城滑坡阪神等大地震中地基液化日本新泄地震引发的砂土液化,案例总结（一）,几个变形问题的实例！,比萨斜塔,此时：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,原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，压缩性高，变形大。,1590年:伽利略在此塔做自由落体实验,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，用压重法和取土法进行地基处理目前:已向游人开放。,处理措施,比萨斜塔,苏州虎丘塔,概况：位于苏州虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。原因：坐落于不均匀粉质粘土层，产生不均匀沉降。处理：在四周建造一圈桩排式地下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。,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,世界最大的人工岛,日本关西机场,可归结为与土有关的变形问题,意大利比萨斜塔苏州虎丘塔日本关西机场,案例总结（二）,土坝，高90m，长1000m，1975年建成次年6月失事,Teton坝（美国）,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,上午10:30,11：00,11:30,11:57,12：00过后坍塌口加宽。,水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁。,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁。,失事现场目前的状况。,上海世纪广场,1998年长江大堤,98洪水长江堤防险情统计,共发生各种险情6000余处,九江大堤决口,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个洞，5m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成宽约62m的溃口。,溃口原因：堤基管涌,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,可归结为与土有关的渗透问题,美国Teton坝失事长江大堤九江大堤决口,案例总结（三）,第二节土力学的研究内容和方法,一、研究内容是沿着土体受力后变形和强度问题展开的基本理论：1有效应力原理2土内的应力分布理论3渗透固结理论4抗剪强度理论,实践应用：1地基变形计算2地基承载力计算3土坡稳定性验算4土压力计算,二、研究方法：1地质调查2现场和室内试验3建立数学模型进行计算,三、与相关学科的结合与渗透1、研究土的理化特性涉及学科：工程地质学、第四纪地质学和地貌学、物理化学、胶体化学。2、研究土的力学特性涉及学科：理论力学、材料力学、弹性力学、塑性力学。3、研究土体中水的运动问题涉及学科：水力学、地下水动力学、水文地质学。,第三节土力学发展简史与未来发展,一、许多经典理论发展过程1、1733年法国CouLomb砂土抗剪强度公式、挡土墙上土压力理论2、1856年法国DarcyH创立了砂性土的Darcy公式3、1857年RankineWJM创立了朗肯土压力理论4、1855年法国BoussinesqJ（布辛奈斯克）竖向荷载作用下应力计算公式,5、1920年瑞典Fellenius边坡圆弧滑动面分析法6、1925年美国Terzaghi有效应力原理、渗透固结理论7、20世纪50年代完善和发展已有理论8、黄文熙教授非均质地基的应力分布、考虑侧向变形的沉降计算方法9、陈宗基教授粘性土的流变模式及次固结理论,二、现阶段几个主要的发展方向,1、室内和原位测试技术和仪器设备的研究2、土的本构关系：应力应变非线性关系的数学模型，如邓肯和张模型、剑桥模型等3、计算技术的研究4、模型试验和现场监测5、宏观和微观研究相结合。,本章思考题,1.土力学、地基、基础的概念？2.土受力后，可能会产生哪些工程问题？与房屋建筑工程相关的有哪些？3.土力学的研究内容？4.你身边的土力学现象有哪些？,教材、参考书,方云，林彤.土力学（第二版）.武汉：中国地质大学出版社，2012陈希哲编著.土力学地基基础.北京：清华大学出版社，2004东南大学等合编.土力学（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2005杨小平主编.土力学.广州：华南理工大学出版社,2001张孟喜主编.土力学原理.武汉：华中科技大学出版社，2006赵明华主编.土力学与基础工程.武汉：武汉理工大学出版社，2003赵成刚，白冰主编.土力学原理.北京：清华大学出版社20097.莫海鸿等主编.土力学及基础工程学习辅导与习题精解.北京：中国建筑工业出版社，2006李相然著.土力学应试指导.北京：中国建材工业出版社，2001文杰主编.土力学及基础工程习题集.北京：中国建材工业出版社，2004,1.清华大学3/apply/teacher/course_preview_index.jsp?c