绪论-土质学与土力学

1、Soil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introductionChapter 0 Chapter 0 introductionintroductionSoil Mechanics Chapter 0 introduction土：土： 地壳表层岩石经历物理、化学、生物风化地壳表层岩石经历物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用所生成的作用以及剥蚀、搬运、沉积作用所生成的各类沉积物。在地质年代上形成于第四纪各类沉积物。在地质年代上形成于第四纪岩石岩石地球颗粒沉积物颗粒沉积物地球地球Soil Mechani

2、cs Chapter 0 introduction非连续介质非连续介质碎散性碎散性2 2、土有哪些特点？、土有哪些特点？l 受力以后易变形受力以后易变形l 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化l 剪切变形主要由颗粒剪切变形主要由颗粒 相对位移引起相对位移引起l 强度低强度低岩石风化岩石风化的产物的产物Soil Mechanics Chapter 0 introduction多相介质多相介质三相体系三相体系l 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担质共同承担l 存在复杂的相互作用存在复杂的相互作用l 有孔隙流体流动有孔隙流体流动固相固相土骨架土骨架液相液相水水气相气相空

3、气空气土的组成土的组成Soil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introduction自然变异性自然变异性自然界的产物自然界的产物非均匀性非均匀性各向异性各向异性结构性结构性时空变异性时空变异性碎散性碎散性三相体系三相体系自然变异性自然变异性力学特性复杂力学特性复杂 变形特性变形特性 强度特性强度特性 渗透特性渗透特性Soil Mechanics Chapter 0 introductionSoil Mechanics Chapter 0 introduction土质学土质学普通土质学普通土质学区域土质学区域土

4、质学土质改良学土质改良学土质学与土力学-绪论10什么是土质学？什么是土质学？ 地质学地质学工程地质学工程地质学结构成分构造土成因本质机理土质学土质学-研究土的微观结构研究土的微观结构 Soil Mechanics Chapter 0 introduction土质学与土力学-绪论11什么是土力学？什么是土力学？ 力学力学工程力学工程力学土力学土力学古典土力学冻土力学环境土力学海洋土力学土动力学Soil Mechanics Chapter 0 introduction土力学土力学连续介质连续介质力学的基力学的基本知识本知识描述碎散体特性描述碎散体特性的理论的理论土的强度、变形土的强度、变形/ /稳

5、定性和渗透特性以及与此有关的工稳定性和渗透特性以及与此有关的工程问题程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction3.3.土质学与土质学与土力学有何特点？土力学有何特点？比较一下学习过的力学课程：比较一下学习过的力学课程：Soil Mechanics Chapter 0 introduction(1).(1).土具有广泛的工程应用土具有广泛的工程应用 一、作为地基：比如房屋、桥梁、道路的基础；二、作为建筑材料：比如道路的路基材料、土坝材料等；三、作为建筑物周围介质或环境，这也是大量存在的，比如隧道、挡土墙、边坡和地下建构筑物等。 交通建设中的土力学原理的应用：

6、交通建设中的土力学原理的应用：路基、挡土墙、不饱和土，饱和土，软基础处理等。路基压缩沉降处理。冻土处理；桥梁设计、勘测和施工，沉降计算 4.4.为什么要学习土质学与为什么要学习土质学与土力学？土力学？Soil Mechanics Chapter 0 introduction土力学与岩土工程和土力学与岩土工程和地下工程等密切相关地下工程等密切相关(2).(2).存在大量与土有关的工程问题存在大量与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction与土有关的工程事故与土有关的工程事故A.A.加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年

7、年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000

8、T20000T。Soil Mechanics Chapter 0 introductionA.A.加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：原因：地基土事先未进行调查，地基土事先未进行调查，19521952年据邻近结构物基槽开年据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓，地基承载力应用到此谷仓，地基实际承载力远小于谷仓破坏实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，时发生的基底压力。因此，谷仓地基因谷仓地基因超载超载发生强度破发生强度破坏而滑动。坏而滑动。处理：处理：事后在基础下设置了七十多个支撑于基岩上的混凝事后在基础下设置了七十多个支撑于基岩

9、上的混凝土墩，使用土墩，使用388388个个50t50t千斤顶，把仓体逐渐纠正过来，但其千斤顶，把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。位置比原来降低了米。 与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionB.B.香港宝城滑坡香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，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滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一被冲毁倒塌并

10、砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。角约五层住宅。原因：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，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。降低，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与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction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港岛港岛1972 Po Shan 滑坡滑坡 ( 20,000 m3)(死死67 人人、 伤伤20人人)Soil Mechanics Chapte

11、r 0 introductionEarly 1972 滑坡前滑坡前June 1972 滑坡后滑坡后Soil Mechanics Chapter 0 introductionC.阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积砂地震引起大面积砂土地基液化后产生土地基液化后产生很大的侧向变形和很大的侧向变形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重物倒塌或遭到严重损伤损伤 液化：松砂地基在振动荷载作用下液化：松砂地基在振动荷载作用下丧丧失强度变成流动状态失强度变成流动状态的一种现象的一种现象与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 intr

12、oductionC.阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中化失稳滑入海中与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction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与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionA.比萨斜塔目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m， 塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.513601360：再复工，至：再复

13、工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经：复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至：至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土原因：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。和粘土层，强度较低，变形较大。1590: 1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introdu

14、ctionA.比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理：基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭封闭19921992年年7 7月：加固塔身，用压重月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理目目 前前: : 正常向游人开放。正常向游人开放。 处理措施与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionB.虎丘塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线

15、已达顶离中心线已达2.31m2.31m，底层，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。建筑物而封闭。概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7层，高层，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。处理：在塔四周建造一圈处理：在塔四周建造一圈地下地下 连续墙并对塔周围与塔基进行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钻孔注浆和打

16、设树根桩加固塔 身，获得成功。身，获得成功。与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionC.关西机场19861986年：开工年：开工19901990年：人工岛完成年：人工岛完成19941994年：机场运营年：机场运营面积：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m与土有关的工程问题与土有关的工程问题世界最大人工岛世界最大人工岛（日本大阪日本大阪）Soil Mechanics Chapter 0 introduction设计时预测沉降：设计时

17、预测沉降：5.75.77.5 m7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月(1990(1990年年) )预测主固结完成：预测主固结完成：2020年后年后比设计超填：比设计超填：3 3m m问题：沉降大且有不均匀沉降与土有关的工程问题与土有关的工程问题C.关西机场Soil Mechanics Chapter 0 introduction与土有关的工程问题与土有关的工程问题地基的不均匀沉降（墨西哥城）（墨西哥城）Soil Mechanics Chapter 0 introduction以上几个实例可归结为以上几个实例可归结为与土有关的变形问题变形问题与土有

18、关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionTeton坝坝（美国美国idahoidaho州州 ）概况：土坝，高概况：土坝，高90m90m，长，长1000m1000m，建，建于于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事损失：损失：直接直接80008000万美元，起万美元，起诉诉55005500起，起，2.52.5亿美元，亿美元，死死1414人，受灾人，受灾2.52.5万人，万人，6060万亩土地，万亩土地，3232公里公里铁路铁路原因：地震引发的原因：地震引发的渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂与土有关的

19、工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionTeton坝坝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与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionTeton坝坝1111：0000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与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introductionTetonTeton坝坝11:30洞口继续向上扩大，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。

20、与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction12：00过后坍塌口加宽TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0

21、introduction洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction失事后现失事后现场状况场状况TetonTeton坝坝与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction九江大堤决口溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌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

22、关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂砂环环管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土渗水渗水杂填土杂填土管涌：管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，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。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与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏

23、当管涌发生时，当管涌发生时，渗流将导致向源渗流将导致向源侵蚀，使堤防基侵蚀，使堤防基础下部出现渗流础下部出现渗流通道通道当水头差足够大时，当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通堤防基础。形成通道后极易引起溃决道后极易引起溃决与土有关的工程问题与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction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与土有关的工程问题Soil Mechanics Chapter 0 introduction本门学科的重要性本门学科的重要性Soil Mechanics Chapter 0 intr

24、oduction土工结构物或地基土强度问题强度问题变形问题变形问题渗透问题渗透问题 强度特性强度特性 变形特性变形特性 渗透特性渗透特性土力学可以解决工程实践问题，这正是土力学可以解决工程实践问题，这正是土力土力学存在的价值以及我们学习土力学的目的。学存在的价值以及我们学习土力学的目的。Soil Mechanics Chapter 0 introduction基础基础物理性质物理性质诱因土中土中应力应力具体应用土压力土压力核心核心渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性5.5.土力学包括哪些内容？土力学包括哪些内容？Soil Mechanics Chapter 0 introducti

25、on基础与主线基础与主线诱因具体应用第二章第二章土的物理性质及分类土的物理性质及分类第三章土的渗透性第三章土的渗透性和渗流和渗流第四章第四章土中应力土中应力第五章第五章土的压缩、第六章地基变形土的压缩、第六章地基变形第七章第七章土的抗剪强度土的抗剪强度渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性第八章第八章土压力土压力第九章第九章地基承载力地基承载力第十章第十章土坡和地基稳定性土坡和地基稳定性第一章第一章土的组成土的组成第十一章第十一章土在动荷载作用下的特性土在动荷载作用下的特性Soil Mechanics Chapter 0 introduction注意土的基本特点注意土的基本特点 - - 通过与其它材料对比通过与其它材料对比 注重理论联系实际注重理论联系实际 - - 通过现场观察与试验通过现场观察与试验注重正确学习方法注重正确学习