土壤力学1——(绪论).ppt

1、,土壤是什么？ 土壤力学研究什么？,土壤力学,学时安排：上课：32学时 授课教师：农工学院，王成武 电话Email：,参考书,1）王成华. 土力学. 武汉：华中科技大学出版社，2010。 2）杨士敏，傅香如. 工程机械地面力学与作业理论. 北京：人民交通出版社，2010。 3)孙一源，高行方，余登苑. 农业土壤力学 .北京：农业出版社. 1985。 4) W.R.吉尔，G.E.范德伯奇(美). 耕作和牵引土壤动力学.北京：中国农业机械出版社. 1984。,Chap.1 绪论,人类生活在地球上，时刻都与土壤打交道。那么，土壤到底是什么呢？ 土壤(soil) ：陆地表面

2、具有肥力特征、能够生长植物的疏松表层（农业）。 是各类岩石经长期地质作用风化后的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体（土木工程）。,Chap.1 绪论,1 基本概念 土壤肥力：土壤从营养条件和环境条件方面， (soil fertility) 供应和协调植物生产的能力。 土壤肥力：土壤具有供应与协调植物生长发育 所需的水分、养分、空气和热量的 能力。,Chap.1 绪论,2 土壤在人类农业和自然环境中的重要性 1. 土壤是人类农业生产的基地 空气 日光 水分(土壤提供) 热量 养分(土壤提供),Chap.1 绪论,植 物 生 长,土壤,水体,砂培,水培,基质,太空,载体,设施农业 （

3、以色列）,大田农业,太空农业,Chap.1 绪论,植物生产 土壤农业 人类 动物生产 民以食为天，食以土为本,Chap.1 绪论 2.土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分,Chap.1 绪论,土壤圈(pedosphere) 大气圈 生物圈 岩石圈 水圈,Chap.1 绪论,大气圈 释放CO2、CH4、H2S、 N2O，吸收O2 支持生物过程， 重新分配 生物圈 提供生物养分、 土壤圈 水循环与 水圈 水分等 水平衡等 地球保护层 地质循环 岩石圈,Chap.1 绪论,3 土壤质量(soil quality)和土壤健康(soil health) 土壤在生态系统界面内维持生产，保障环境质量

4、，促进动物与人类健康行为的能力。(Doran&Parkin,1994) 在自然或管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高水、气质量及支撑人类健康与生活的能力。(美国土壤学会，1995),Chap.1 绪论,植物生产 土壤与农业 动物生产 全球环境 土壤 土壤与环境 地球表层生态系统 可持续发展 食物安全 土壤与人类 人类健康,Chap.1 绪论,4 土壤研究单元 1. 农化混合样,Chap.1 绪论,2. 土壤剖面和土体,土是指： 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,风化,什么是土？,土有哪些特点？

5、,绪论,碎散性,土有哪些特点？,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,绪论,岩石风化的产物,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,绪论,土有哪些特点？,固相土骨架 液相水 气相空气,天然性 （自然变异性）,自然界的产物,绪论,土有哪些特点？,非均匀性 各向异性 结构性 时空变异性,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,绪论,土有哪些特点？,土力学有何特点？,绪论,土力学有何特点？,土力学,绪论,连续介质力学的基本知识,描述碎散体特性的理论,土的变

6、形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题,土力学发展的历史,1776 Coulomb 强度定律，土压力理论 1856 Darcy 定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 有效应力原理及渗透固结理论 1936 第一届国际土力学及基础工程会议 1949 中国土力学研究的兴起,绪论,土力学有何特点？,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,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,绪论,1. 土的工程应用,土工建筑材料 建筑物基础之地基 建筑环境 地面力学,绪论,为什么要学习土力学？,2. 与土有关

7、的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达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：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。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,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

8、支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其位置比原来降低了米。,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。,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,以上实例可归结为与土有关的 强度问题,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,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

9、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,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,以上实例可归结为与土有关的 变形问题,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,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,Teton坝,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并

10、带出泥土。,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,Teton坝,11：00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,绪论,为什么要学习土力学？,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。,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton坝,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton坝,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,12：00过后 坍塌口加宽,Teto

11、n坝,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton坝,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,失事现场目前的状况,Teton坝,与土有关的工程问题,绪论,为什么要学习土力学？,以上实例可归结为与土有关的 渗透问题,与土有关的工程问题,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。,绪论,为什么要学习土力学？,绪论,土力学包括哪些内容？,基础 物理性质,预备 土中应力,具体应用 土压力 ,核心 渗透特性 变形特性 强度特性,基础与主线,预备,具体 应用,绪论,土力学包括哪些内容？,第一章土的物理性质和工程分类,第二章土的渗透性和渗流问题,第三章土体中的应力计算,第四章土的变形特性和土体沉降计算,第五章土的抗剪强度,地面力学 城市岩土工程 高等土力学 环境岩土工程 土动力学与土工抗震工程,渗透特性 变形特性 强度特性,绪论,如何学好土力学？,注意土的基本特点 - 通过与其它材料对比,注重理论联系实际 - 通过现场观察与试验,注重正确学习方法 - 概念，原