01-土力学1-绪论 清华大学.pptx

1、清华大学土木水利学院 岩 土 工 程 研 究 所,张 丙 印,土力学1之课程绪论,土力学及其特点,什么是土？ 土及土力学有哪些特点？ 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？,课程绪论：土力学及其特点,一般概念中的土,土，地之生万物者也。二象地之上，地之中；|物出形也。 - 说文解字 土字包括：地上植物部分、表土层、植物地下部分和底土层四个层次。,绪论：什么是土？,管仲： “地者，万物之本原，诸生之根苑也” “普天之下，莫非王土” 权力与财富的象征 几大古文明中人类起源的传说：不约而同地认为人是上帝（神）用土创造的 中国传统文化中的五行：金木水火土,土与人类,绪论：什么是土

2、？,大气圈,水圈,岩石圈,生物圈,风化物,土壤圈,地下水,土壤在自然界的位置,地球地壳部分：岩土 地球半径：6370km 岩土工程：33km-10km 其中土（风化岩石）涉及地球表面深度一般1km,绪论：什么是土？,土及其形成,土,岩石,风化、搬运、沉积,地质成岩作用,土是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,绪论：什么是土？,高山下的冲积锥群,风蚀蘑菇,土的形成过程,黄河冲积三角洲,输运,砾石料 卵 石 砂 粘 土 （人工破碎）,工程与土力学中的土,绪论：什么是土？,什么是土？ 土及土力学有哪些特点？ 为什么要学习土力学？

3、土力学包括哪些内容？ 如何学好土力学？,课程绪论：土力学及其特点,土体的特点,一般固体： 液体： 土体（散粒）：,可保持固定的形状,不具有特定的形状,具有一定但不固 定的形状,绪论：什么土及土力学有哪些特点？,岩石风化或破碎的产物，是非连续体,受力以后易变形，强度低 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,固相-土骨架 液相-水 气相-空气,受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担 相间存在复杂的相互作用 孔隙水和孔隙气可流动,自然界的产物，存在自然变异性,非均匀性 各向异性 时空变异性,土体的特点, 碎散性, 三相性, 天然性,绪论：什么土及土力学有哪些特点？,渗透特性 变形特性

4、 强度特性, 碎散性 三相性 天然性,土体的特点,绪论：什么土及土力学有哪些特点？,土力学与其他学科的比较,绪论：什么土及土力学有哪些特点？,土力学的特点,绪论：什么土及土力学有哪些特点？,土力学发展的历史,1773-1776 Coulomb，强度理论，土压力理论 1856 Darcy：达西渗流定律 1857 Rankine ：朗肯土压力理论 1920 Prandtl：普朗特极限力承载公式 1921-1925 Terzaghi，有效应力原理及固结理论，出版土力学土力学成为一门独立学科的标志 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1960s后 现代土力学,绪论：什么土及土力学有哪些特点？,什

5、么是土？ 土及土力学有哪些特点？ 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？,课程绪论：土力学及其特点,土是工程中应用最广泛的建筑材料 土地是工程建设的基础和环境 土的性质十分复杂,土力学的重要性,对土工程性质认识的偏差可能会导致损失巨大的事故 ！,绪论：为什么要学习土力学？,加拿大特朗斯康谷仓,事故：9月开始装谷物，至10月17日共装入3万多谷物时发生破坏： 1小时竖向沉降30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损,概况：共65个圆筒仓。1913年完工，自重2万T。,绪论：为什么要学习土力学？,加拿大特朗斯康谷仓,原因：

6、 地基承载力按邻近结构物的试验结果计算。 事后经核实，地基实际承载力远小于谷仓破坏时的基底压力。 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动！,绪论：为什么要学习土力学？,上海“楼脆脆”,事件： 2009年6月27日清晨，上海莲花南路西侧“莲花河畔景苑”小区一栋在建13层住宅楼整体倒塌，造成1名工人死亡，无人受伤（幸运：尚未交付使用） 惊奇：上部结构整体完整，尤其是“山寨牌”玻璃一块未碎,绪论：为什么要学习土力学？,专家认定的原因： 紧贴7号楼北侧，在短期内堆土过高，最高处达10米左右；与此同时，紧邻大楼南侧的地下车库基坑开挖4.6米，大楼两侧的“压力差”使土体产生水平位移，水平力超过了桩基的抗侧能力，

7、导致房屋倾倒覆,上海“楼脆脆”,绪论：为什么要学习土力学？,上海“楼脆脆”,“楼脆脆”被网友戏称“第9大建筑奇迹”,（1） 中国惊世大发现，环保拆楼法：十米堆土拆楼法！ （2） 给我一堆黄土 我能推到一栋大楼！ （3） 专家快帮帮我，我家边上正在造13层楼。估计比这 土堆重，我现在都不敢住了。 （4） 1楼：比萨塔斜了几百年了，咋还不倒呀？ 2楼：因为旁边没有“10米土堆”啊！,绪论：为什么要学习土力学？,死亡：69197人 失踪：18341人 合计：87538人 直接经济损失：8451亿元，约三分之一由15000个左右的滑坡、崩塌和泥石流造成,汶川大地震,绪论：为什么要学习土力学？,绪论：为

8、什么要学习土力学？,水利部刘宁总工： 堰塞湖处置的成功，凝聚着清华人的心血和智慧，这是对水利事业的巨大支持，是对灾区人民的巨大支持,绪论：为什么要学习土力学？,万亨大厦基坑倒塌,某大厦位于北京东二环，是一22层框剪结构商业办公楼，坑壁附近有：地铁线路、高层塔楼、多层居民楼等 基础埋深17.72m，采用复合土钉墙支护 2003年4月23日晚至24日晨倒塌 由于当时正值“非典”紧张时期，倒塌后，有关部门要求立即填满基坑，附近楼房清空，损失上亿元,基坑倒塌录像,绪论：为什么要学习土力学？,日本泥石流室外试验,时间：1971年11月9-11日 地点：神奈川县川崎市生 9日15:00开始人工降雨 11日

9、15:00降雨量达500mm，陡坡中泥土突然以20-30m/s流出，斜坡崩塌，泥石流产生,绪论：为什么要学习土力学？,关东壤土：风化花岗岩上火山灰堆积层,现场泥石流实验布置和录像,滑坡事故现场录像,绪论：为什么要学习土力学？,泥石流推倒28米外的护栏，一直冲到55米外的水池中央，造成31人被埋，15人不幸遇难，11人受伤 死者当中： 实验人员 1人 参观者 10人 报社记者 1人 电视采访人员 3人,事故伤亡情况,绪论：为什么要学习土力学？,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 上海“楼脆脆” 汶川地震中的滑坡 万亨大厦基坑倒塌 泥石流室外试验事故,案例总结（一）,绪论：为

10、什么要学习土力学？,比 萨 斜 塔,绪论：为什么要学习土力学？,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,原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度低，变形大,比 萨 斜 塔,1590年: 伽利略在此塔做 自由落体实验,绪论：为什么要学习土力学？,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,绪论：为什么要学习土力学？,1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994

11、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,工程录像,绪论：为什么要学习土力学？,关西机场,问题：沉降大且不均匀,设计沉降：5.7-7.5 m 1990年完成时实际沉降8.1 m，5cm/月 预测主固结需：20年 比设计多超填：3m,绪论：为什么要学习土力学？,接吻的筒仓,筒仓建于加拿大红河谷的 Lake Agassiz 粘土层上，由于两筒之间的距离过近，在地基中产生的应力发生叠加，两筒间地基土层的应力较大，导致内侧沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜，发生“接吻”事故,绪论：为什么要学习土力学？,墨西哥城的地基沉降,左图为墨

12、西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达 650 ，液限 500% ，塑性指数 350 ，孔隙比为 15 ，具有极高的压缩性。,绪论：为什么要学习土力学？,可归结为与土有关的 变形问题,意大利比萨斜塔 日本关西机场 加拿大接吻的筒仓 墨西哥城一幢建筑的沉降,案例总结（二）,绪论：为什么要学习土力学？,土坝， 高90m， 长1000m， 1975年建成 次年6月失事,美国Teton坝失事,绪论：为什么要学习土力学？,Teton坝渗流破坏过程,绪论：为什么要学习土力学？,绪论：为什么要学习土力学？,上午10:30,11:00,11:3

13、0,11:57,Teton坝破坏过程,Teton坝失事现场现状,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公里铁路被冲 原因渗透破坏：冲蚀 水力劈裂,绪论：为什么要学习土力学？,1998年长江大堤,绪论：为什么要学习土力学？,98洪水长江堤防险情统计,共发生各种险情6000余处,绪论：为什么要学习土力学？,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个洞，5 m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,焦点词汇：豆腐渣

14、工程,绪论：为什么要学习土力学？,沟后面板砂砾石坝溃坝,位于青海省，高71米，长265米，建于1989年 1993年8月7日突然发生溃坝，瞬间冲毁1000多户房舍，288人丧生，上千人受伤,溃坝原因：面板止水失效，下游坝体排水不畅， 造成坝坡失稳,绪论：为什么要学习土力学？,可归结为与土有关的 渗透问题,美国Teton坝失事 98洪水长江堤防险情 沟后面板砂砾石坝溃坝,案例总结（三）,绪论：为什么要学习土力学？,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,学习土力学的目的,绪论：为什么要学习土力学？,什么是土？ 土及土力学有哪些特点？ 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？,课程绪论：土力学及其特点,基础和先导 物理性质 土中应力计算,工程应用 土压力 土坡稳定 地基承载力 基础设计,核心理论 渗透特性 变形特性 强度特性,土力学,绪论：土力学包括哪些内容？,绪 论 土力学及其特点 第一章 土的物理性质与工程分类 第二章 土的渗透性和渗透破坏 第三章 土中应力计算 第四章 土的变形特性 第五章 土的强度 土力学(2)工程应用,土力学的主要内容,绪论：土力学包括哪些内容？,什么是土？ 土及土力学有哪些特点？ 为什么要学