土力学 绪论PPT

1、土 力 学,四川大学水电学院,授课教师：张茹,Soil Mechanics,绪 论：土力学的主要内容及学习要求,教学时间,讲课时间312教学周，其中8学时为试验学时、40学时为理论学时,教学要求,讲课必须出席，不定期点名，迟到者记录； 作业一周交一次，必须独立完成； 试验课时，注意观察，联系理论，深入分析。,参考资料,教材：张孟喜，土力学原理，华中科技大学出版社，2007； 参考：陈仲颐、周景星、王洪瑾，土力学，清华大学出版社，1994； 龚晓南主编 土力学，中国建筑工业出版社，2002； R.F.Craig, CraigS Soil Mechanics(7th), 2004.,考核：平时成绩

2、（20）试验（10）考试（70）,绪 论：内 容,土力学的研究对象及作用 土力学的发展概况 土力学的学科特点 土力学的主要内容及学习要求,土，地之生万物者也 说文解字 希腊，中国，印第安人的神话：神用泥土造人 中国传统文化中的五行：金木水火土,土,绪 论：内 容,绪 论：土力学的研究对象及作用,地球表层的整体岩石在大气中经受长期的风化作用后形成形状各异、大小不同的颗粒，这些颗粒在不同的自然环境下形成的堆积物，就是天然土。,什么是土？,地球是太阳系中的一个行星，其形状大致为椭球体，赤道半径稍长，约为6378.2千米，极半径稍短6356.8千米。,地球的圈层构造-利用地震波在地球内部传播速度的变化

3、，地球内部可以划分为若干个同心的球形圈层。分为地壳、地幔、地核。人类的生产活动目前还都局限在地壳的浅部。 地壳由原来的一团高温物质，逐渐冷却，在地球表面结成的一层薄壳。是莫霍面以上地球的固体表层部分，厚度变化很大。平约厚度约18千米左右（实际地壳厚度变化很大，按高山高原平原浅海大洋的次序渐次变薄）。,地球是太阳系中的一个行星，其形状大致为椭球体，赤道半径稍长，约为6378.2千米，极半径稍短6356.8千米。,绪 论：土力学的研究对象及作用,土力学是研究土体的物理性质及其在工程活动影响下的应力、变形、强度和稳定性的学科。,（1）强度问题：强度不足时会导致地基、基础及上部结构失稳；,土力学的研究

4、对象,土力学要解决的问题,（3）渗透问题：考虑渗流对土体变形和稳定的影响。,（2）变形问题：变形或不均匀沉降超过允许值，建筑物不能正常使用；,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。,绪 论：土力学的研究对象及作用,Early 1972 滑坡前,绪 论：土力学的研究对象及作用,汶川地震时滑坡,绪 论：土力学的研究对象及作

5、用,地基液化引起房屋倒塌,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。,绪 论：土力学的研究对象及作用,以上几个实例可归结为与土有关的 强度问题,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，模量较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,比萨斜塔,1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-19

6、35：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,绪 论：土力学的研究对象及作用,苏州虎丘塔,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。,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。,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，效果良好。,绪 论：土力学的研究对象及作用

7、,以上几个实例可归结为与土有关的 变形问题,位于美国爱达荷州的Teton坝,概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,损失： 直接损失8000万美元，起诉5500起，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,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。,Teton坝,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加,Teton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。,11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲

8、蚀更加剧烈。,Teton坝,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton坝,12：00过后 坍塌口加宽,Teton坝,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton坝,失事现场目前的状况,Teton坝,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。,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

9、现象。,堤基管涌,绪 论：土力学的研究对象及作用,岸坡侵蚀,绪 论：土力学的研究对象及作用,以上几个实例可归结为与土有关的 渗透问题,绪 论：土力学的发展概况,理论提高阶段,1773年C A Coulomb (France)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，1776年提出了计算挡土墙土压力理论； 1855年Darcy（France）创立了土的渗透定律； 1857年, W J M Rankine (UK)又从不同角度提出了挡土墙土压力理论； 1885年 J Boussinesq (France)求得了弹性半无限空间在竖向集中力作用下的应力和变形的理论解； 1922年W Fellenius (

10、Sweden)费兰纽斯，为解决铁路塌方问题提出了土坡稳定分析法。,Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806),Coulomb 对土木工程、岩土工程以及自然科学和物理学（包括力学、电学和磁学）等都有重要的贡献（如物理学中著名的库仑定律）。 1774 年当选为法国科学院院士。称为“土力学之始祖”。,绪 论：土力学的发展概况,形成独立学科阶段,1925年美国K.太沙基（Terzaghi）归纳发展了以往的理论，发表了土力学专著，他被认为是土力学的奠基人。其中有效应力原理的提出标志着土力学成为一门独立的学科； 1936年在美国召开第一届国际土力学与基础工程会议1s

11、t (ICSMFE) International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering； 1943年K.太沙基出版了Theoretical Soil Mechanics,Terzaghi 于 1883 年 10 月 2 日 出生于捷克的首都布拉格，1904 年毕业于奥地利的格拉茨（ Graz ）技术大学，之后成为土木工程领域的一名地质工程师。 19161925 年期间，他在土耳其的伊斯坦布尔技术大学大学任教，并从事土的特性方面的研究课题，这也最终导致了他的举世闻名的 Erdbaumechanik （土力学）于 1925

12、在维也纳的问世，该书介绍了他所提出的固结理论以及土压力、承载力、稳定性分析等理论，标志着土力学这门学科的诞生。,Karl von Terzaghi (1883 - 1963),绪 论：土力学的发展概况,Karl von Terzaghi (1883 - 1963),1925年，他被派往麻省理工学院担任访问教授，四年后回到维也纳技术大学任教授。 1938 年德国占领奥地利后， Terzaghi 前往美国，并在哈佛大学任教，直到 1956 年退休。在此期间的 1943 年，他还出版了 Theoretical Soil Mechanics ，在这部不朽的著作中， Terzaghi 就固结理论、沉降计

13、算、承载力、土压理论、抗剪强度及边坡稳定等问题进行了阐述。 1963 年 10 月 25 日 , Terzaghi 在马萨诸塞州的温彻斯特逝世。 Terzaghi 是第一届到第三届（ 1936 1957 ） ISSMFE （国际土力学与基础工程学会）的主席，曾 4 次荣获 ASCE （美国土木工程师协会）的 Norman 奖（ 1930 ， 1943 ， 1946 ， 1955 ），并被 8 个国家的 9 个大学授予荣誉博士学位。为表彰 Terzaghi 的杰出成就，美国土木工程师协会还设立了 Terzaghi 奖。,绪 论：土力学的发展概况,快速发展阶段,1957年，D.C.Drucker提

14、出了土力学与加工硬化塑性理论，对土的本构模型研究起了很大的推动作用； 1963年，英国Cambridge大学的Roscoe等人提出了剑桥模型（Cam clay model），该模型的提出是现代土力学的开端； 自60年代后，随着电子计算机的出现和计算技术的高速发展，使土力学的研究进入了一个全新的阶段； 1993年D.C.Fredrund出版非饱和土力学(Unsaturated Soil Mechanics)专著，标志着非饱和土的研究进入了一个新的历时时期。,K H Roscoe （ 1914-1970 ）,Roscoe 1914 年 12 月出生于英国， 1934 年在剑桥大学接受本科教育。二战

15、后， Roscoe 返回剑桥大学读研究生，毕业后留校从事土力学的研究，并建立了土力学实验室。他于 1958 年所提交的论文关于土体的屈服奠定了临界状态土力学的基础，被英国土力学学会授予成就奖。在他的领导下，剑桥大学关于土力学机理的研究成果得到国际岩土工程界的普遍认可。以 Roscoe 为奠基者的剑桥学派在现代土力学的发展历史中占有重要的地位。,绪 论：土力学的发展概况,我国土力学的发展,1945年，黄文熙在中央水利实验处创立第一个土工实验室； 20世纪50年代，陈宗基对土的流变和黏土的结构进行了研究； 1983年黄文熙主编了土的工程性质专著 ； 1980年和1996年钱家欢和殷宗泽主编了土工原

16、理做为研究生的教材； 1991年和2000年沈珠江分别出版计算土力学和理论土力学专著； 2004年李广信出版高等土力学研究生教材； 同时国内成立了土力学基础工程方面的学会和开办了一些期刊杂志，出版了许多专著，在此不再一一介绍。,绪 论：土力学的学科特点,土的特点,天然性（自然变异性）：自然界的产物，具有非均匀性、各向异性、结构性、时空变异性；,碎散性：岩石风化的产物，是非连续介质，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；,三相性：由固相（土颗粒）、液相（水）和气相（空气）组成，受力后由土骨架和孔隙介质共同承担、存在复杂的相互作用、孔隙流体流动。,土力学与其他学科对比,绪 论：土力学的学科特点,如何学好土力学,思维方式的转变：既要在严格的边界条件下求解由工程问题简化而来的数学物理问题，还要考虑岩土工程的实践性；,掌握概念：土力学概念不太容易理解，要深刻体会，土力学的参数非常重要且有其适用范围，不要死记；,具备扎实的数学力学基础：目前处理土力学有关的工程问题，主要依靠连续介质力学理论，特别是弹性力学和数学物理方程；