土力学第一章-绪论

土力学1什么是土？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？绪论2土是指：地球外表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。风化岩石地球颗粒堆积物地球什么是土？3本课程研究对象及其重要性研究对象：地球外表地层中的土体——地基。地球上但凡人类居住、生活和工作及与之相关的一切建筑物均建造在地壳的表层——地基上，“空中楼阁〞是不存在的。因此，以地基土为研究对象的这门课程——土力学在土木工程中占据重要地位。所有建筑物和构筑物的荷载均由地基承担。土力学的重要性，岩土工程和地基问题事故多，人们对土的性质和工程特性认识缺乏，专业人员队伍庞大，良莠不齐，存在鱼目混珠的现象。4荷载的传递方式以常见的房屋建筑为例，建筑物上部结构→根底→地基。±0.00标高以上基础地基室外地面室内地面墙或柱（上部结构）——直接向地基传递荷载的下部结构，或即：建筑物最下部直接与地基接触的部分直接承托基础并受建筑物影响的那部分土或岩石

0.0052课程内容和学习方法课程内容：课堂教学——土力学〔10章〕；实验教学——土工(室内)试验〔4项〕。主要实验包括:(1)土的密度、含水量、液限、塑限试验;⑵渗透试验；(3)压缩试验;(4)直剪试验学习要求和方法：1.理论、室内外测试、工程实践三者结合2.搞清概念、掌握原理、学以致用。要求牢固掌握土力学根本概念和原理，并能应用于分析和解决实际工程问题。以课堂教学为主，多媒体课件教学为辅。83、本课程与其它课程的关系理论力学材料力学弹性力学结构力学土力学高层结构建筑施工路基路面桥梁工程9土有哪些特点？10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11多相介质三相性〔三相体系〕受力后由土骨架、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12天然性〔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13碎散性三相性天然性力学特性复杂变形特性强度特性渗透特性14土力学开展的历史15土力学开展史回忆土力学的开展可以划分成以下三个历史时期萌芽期(1773—1923)1773年Coulomb发表了论文?极大极小准那么在假设干静力学问题中的应用?，为土体破坏理论奠定了根底。在此后的漫长的150年中，而且只限于研究土体的破坏问题。古典土力学(1923—1963)1923年，Terzaghi发表了著名的论文?粘土中动水应力的消散计算?，提出了土体一维固结理论，开创了土体变形研究。接着又在另一文献中提出了著名的有效应力原理，从而建立起一门独立的学科—土力学。土体破坏理论方面的主要成就：①Fellenius，Taylor和Bishop等关于滑弧稳定分析方法的建立与完善；②Terzaghi关于极限土压力的研究和提出承载力公式；③Соколовский散粒体静力学的建立；④Shield和沈珠江等关于土体破坏的运动方程和极限平衡理论的建立。16TheGrandfatherofSoilMechanicCharlesAugustindeCoulomb(1736–1806)17HenryPhilibertGaspardDarcy(1803-1858)Darcy’sLawisageneralizedrelationshipforflowinrateisafunctionoftheflowarea,elevation,fluidpressureandaproportionalityconstant.18变形理论方面的主要成就：①地基沉降计算方法的建立与完善；②Mindlin公式的提出及其在桩基沉降计算中的应用；③弹性地基梁板的计算；④砂井固结理论；⑤Biot固结理论的提出和完善。古典土力学可以归结为：一个原理——有效应力原理两个理论——以弹性介质和弹性多孔介质为出发点的变形理论

以刚塑性模型为出发点的破坏理论(极限平衡理论)

有效应力原理是古典土力学的核心，在某种意义上，古典土力学只能称为弹性土力学。土体不是理想弹性体，也不是理想刚塑性体。土体两个根本特性：压硬性和剪胀性19现代土力学可以归结为一个模型、三个理论和四个分支。一个模型：本构模型，特别是指结构性模型。三个理论：一个变形理论和两个破坏理论

(1)非饱和土固结理论

(2)液化破坏理论

(3)渐进破坏理论四个分支：理论土力学、计算土力学、实验土力学和应用土力学现代土力学1963年，Roscoe发表了著名的剑桥模型，才提出第一个可以全面考虑土的压硬性和剪胀性的数学模型，因而可以看作现代土力学的开端。以下几方面取得重要进展：①非线性模型和弹塑性模型；②损伤力学模型与结构性模型；③非饱和土固结理论；④砂土液化理论的研究；⑤剪切带理论及渐进破损；⑥土的细观力学现代土力学的核心问题是本构模型201776Coulomb强度定律，土压力理论1856Darcy定律1857Rankine新的土压力理论1925Terzaghi有效应力原理及渗透固结理论1936第一届国际土力学及根底工程会议1949中国土力学研究的兴起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21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22〔岩〕土力学研究的内容23〔岩〕土力学在工程建设中的作用和任务24作用二：工程建设中的岩土工程251工程建设中的岩土工程问题26多因素分级法指标：按岩土体连续性分级；〔3〕建筑、大坝稳定计算分析引用非线性非连续介质模型对大坝稳定性进行分析〔4〕岩土体稳定评价目前主要采用计算分析法和模型试验法计算分析法：有限元法，刚体极限平衡法模型试验法：地质力学模型，脆性材料模型评价〔岩〕土体稳定，是设计中面临的最困难的问题之一273地下工程建设中的岩土工程地下隧道〔如地铁、公路隧道〕地下水电站指引水道、调压井、压力管道、主厂房局部洞室、尾水洞室等均位于地下的电站在地质条件允许的情况下，可充分利用围岩承载能力减少支承结构，节省钢材、水泥，降低工程造价把围岩视为承载结构，建立岩体支护概念283地下水电站建设中的岩土工程29作用三：铁路建设中的岩土工程铁路建设中的岩土工程包括岩土工程勘探、路基、桥梁根底工程、隧道工程。遥感、物探、原位测试、岩土试验滑坡、崩塌、泥石流及岩溶等复杂工程地质条件下的铁路工程软土、膨胀土、黄土、冻土等特殊条件下的铁路工程风沙地区的铁路工程30锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、加筋土挡土墙、抗滑桩、桩板墙、锚索抗滑桩及土钉墙等各种支挡结构工程重载及高速铁路路基复杂条件下桥梁及根底工程复杂条件下长、大隧道工程31作用四：港口建设中的岩土工程港口建设中的岩土工程包括软土地基的勘探取土和现场测试、沿海软粘土工程、软基加固工程、桩基和其他港工结构根底和设计和施工工程采用浅层剖面仪在大面积水域中进行初步勘探并结合少量钻孔，鉴别土类和土层采用标准贯入、土压力计等常规设备完成现场测试和原体观测用砂井排水堆载预压方法加固软粘土地基32作用四：港口建设中的岩土工程33作用四：港口建设中的岩土工程其他港工建筑物根底：大直径圆筒结构，地下连续墙，大型扶壁，沉井和沉箱等34作用五：城建中的环境岩土工程处于江河湖泊或海洋沿岸的城市，城市环境灾害防治摆在重要地位城市防洪：须控制淹没高度，涉及上下游河道清理工程、防洪堤和防汛墙工程等采取技措提高大坝抗洪能力：用探地雷达等无损检测方法查明堤防工程的地层特点和险情隐患；用旋喷等加固大堤地基；用防渗墙等延长渗透途径；采用经济高效新型加固材料加速工程进度，提高工程质量35作用五：城建中的环境岩土工程山城的泥石流治理：在形成区用沟坡兼治措施；在流通区，筑各种拦截坝、溢流坝；在堆积区，采取排导停淤措施港口城市须疏通航道，合理构筑导堤，提高通航能力海岸城市须进行岸坡稳定保护，合理地构筑围海海堤城市地面沉降，涉及深井回灌、高层建筑纠偏等工程36任务

解决岩土工程问题通过岩土力学分析计算，提出建筑物结构类型、施工方法及运营使用中的本卷须知提出改善和防治不良地质条件，解决岩土工程问题的方法和措施372.与土有关的工程问题38与土有关的工程问题加拿大特朗斯康谷仓处理：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，把仓体逐渐纠正过来，其位置比原来降低了４米。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，地基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5

试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3试验孔39与土有关的工程问题香港宝城滑坡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６7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。40神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中41以上几个实例可归结为与土有关的强度问题42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：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：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：开工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，变形较大。43以上几个实例可归结为与土有关的变形问题44九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个洞，5m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。45管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防根底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根底。形成通道后极易引起溃决4