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土 力 学. 主讲：朱秀清 天津农学院水利工程系. 教学要求情况介绍. 1.《 土力学 》 总学时 54 学时，其中理论教学 42 学时、实验 12 学时。平均周学时 3 学时 / 周， 14 周讲完。实验课单独排课、分组进行。 2. 课程属性：必修课 3. 课程学分： 3 学分 4. 总评成绩构成： 40% 平时成绩 +60% 期末成绩 5. 平时成绩构成：作业、出勤、平时测验、实验 6. 试验没有完成的，不允许参加考试；缺勤超过三分之一的，不允许参加考试. 第 1 章 绪 论 (2 学时 ). 1.1 土力学的研究对象与研究内容 土力学的研究对象；
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土 力 学 主讲：朱秀清 天津农学院水利工程系
教学要求情况介绍 1.《土力学》总学时54学时，其中理论教学42学时、实验12学时。平均周学时3学时/周，14周讲完。实验课单独排课、分组进行。 2.课程属性：必修课 3.课程学分：3学分 4.总评成绩构成：40%平时成绩+60%期末成绩 5.平时成绩构成：作业、出勤、平时测验、实验 6.试验没有完成的，不允许参加考试；缺勤超过三分之一的，不允许参加考试
第1章 绪 论(2学时) 1.1 土力学的研究对象与研究内容 • 土力学的研究对象； • 土力学的任务； • 土力学的研究内容；
土力学的研究对象 • 土的概念 土是岩石风化的产物,是母岩风化后经搬运、沉积等地质作用形成的岩石碎屑和土颗粒组成的集合体。 • 土的特性 多相性、孔隙性、散体性、压缩性、渗透性、抗剪性等。
土和岩石比较 • 一方面源于岩石，其成分和性质与岩石有着密不可分的联系。正因如此，通常将岩石和土的学科称为“岩土力学”，称岩石和土的工程问题为“岩土工程” • 另一方面，由于土的松散性特点，又使得两者的物理力学性质迥然不同。
土的分类 • 土按有机质含量不同分类：可分为有机土和无机土 • 土按其颗粒间的粘聚程度不同，可分为粘性土和无粘性土
土在工程建设中的作用 • 工程建筑物和土有着极密切的关系，他们或以土为材料（如堤、坝、路基）；或以土为地基（如房屋、闸坝、码头）；或以土为环境（如隧道、涵洞、运河）。因此，土的性质对于建筑物具有直接而重大的影响。
地基与基础的概念 地基：直接承受建筑物影响的土层。 基础：将上部结构的荷载传递到地基中的结构部分。 地基与基础共同作用的观点：看作是一个共同作用体系。
土 土 地基 土、地基 基础的关系 基础
地基与基础的分类 基础分类 地基分类 地基按是否经过人工处理可分为天然地基和人工地基。 天然地基省工省料，使用较为经济，应优先采用。 • 基础的砌置深度D：基础被埋入土中的深度，称为砌置深度。 • 基础按砌置深度或砌置深度与宽度比值的不同分为深基础和浅基础。
土力学的概念 • 土力学是以土和由其构成的土体为研究对象,研究土的特性及土体受力后,应力、变形、强度和稳定性的学科。 • 它是力学的一个分支，是为解决建筑物的地基基础、土工建筑物和地下结构物的工程问题服务的。
土力学的任务 • 土体受力多种多样，如来自土的自重、建筑物荷载、水的浮力、静水压力、动水压力、基础震动和地震等诸多方面。在这些力的作用下，土体的特性必然发生变化。 • 土力学的任务就是揭示这些变化规律的本质，用于解决建筑物地基基础问题。
土力学的研究内容 • 土的基本性质（包括物理性质和力学性质）； • 土体中的应力分布和计算-土的有效应力原理； • 地基变形计算---某时刻地基变形量、最终变形量、变形随时间的变化过程； • 土体稳定性计算—①土的渗透稳定②建（构）筑物填土、土坡和地基等土体有关的稳定③动荷载作用下土体的稳定等。 • 土与建筑物相互作用分析—力的传递、应力应变协调、摩擦性质、工程措施等。
1.2土力学发展简介 • 土力学既是一门古老的学科，同时又是一门新兴的学科。它伴随着生产实践的发展而发展。 • 称它是古老的学科，是因为人类自古以来就广泛利用土作为建筑物的地基和建筑材料，如古代的堤坝、桥梁、运河以及大型建筑、宫殿、庙宇的成功建造等 • 说其为新兴学科，是由于它的发展曾长期停留在感性认识阶段，上升到理论上的解释则较晚，许多问题尚需进一步研究
土力学的发展过程及现状 • 1773年建立Mohr—Coulomb强度理论 为土压力、地基承载力和土坡稳定分析奠定基础； • 1776年Coulomb发表建立在滑动土楔基础上的土压力理论； • 1857年Rankine提出极限平衡分析基础上的土压力理论；
1856年Darcy通过室内试验建立水的渗透理论； • 1885年Boussinesq提出各向同性半无限体表面在竖直集中力作用下的位移和应力分布理论； • 1892年Flamant提出线荷载作用下位移和应力分布理论； • 1920年Prandtl根据塑性平衡原理，导出极限承载力公式； • 1916年Petterson,K.E及Fellenius提出瑞典圆弧法分析土坡稳定性；
Terzaghi(1925)建立饱和土的有效应力原理，标志着土力学学科的建立；Terzaghi(1925)建立饱和土的有效应力原理，标志着土力学学科的建立；
Biot（比奥）建立土骨架压缩和渗透耦合理论；Biot（比奥）建立土骨架压缩和渗透耦合理论； • 黄文熙院士对我国土力学学科发展作出重要贡献； • 我国的高等学校、科研院所以及一大批学者也作出了贡献，如沈珠江院士；
1.3土力学在工程建设中的地位 • 水利水电、交通、能源等都是国家的基础产业，在国民经济建设中具有重要的战略意义。与上述产业相应的水工建筑物种类繁多，诸如大坝、堤防、水闸、渠道、隧洞、渡槽电站、输电建筑物、泵站、通航建筑物、码头、防波堤、海上采油平台、输油管道和油罐等这些水工建筑物尽管结构和特点各异，但都有一个共同点，即它们都建在大地上，都有上部结构和地基基础组成。同时土也是一种建筑材料，但性能却远比其它建筑材料复杂。因此，必须认真设计和施工，方能保证建筑物的安全和正常运行。
水工建筑物设计应满足的条件 • 1.建筑物任务和使用上的要求； • 2.建筑物应当在各种条件下保证其结构、地基变形和土体强度的可靠性； • 3.施工期限短，工程造价低。 • 不言而喻，正确认识和处理上述三者间的辨证关系，进行合理的设计和施工，必须依赖于深厚的土力学的基本知识。因此，土力学在工程建设中占有重要的地位。
水工建筑中常见的主要工程危害 • 水工建筑的沉降和不均匀沉降、地基的整体破坏和局部破坏、坝体渗漏和渗透破坏。上述工程危害造成的事故在国内外工程实际中是不胜枚举的。 • 根据对世界上建造的4139座土石坝统计，在发生的205件事故中，毁坏性事故共64件，中小事故141件，见下表
事故原因分析 • 从事故原因看，滑动（地基或坝体强度不足）、不均匀沉降（地基压缩变形引起）、漏水和管涌（渗透引起）的事故占总数的80%；从事故发生部位来看，坝体部分占49%，地基部分占33%。可见，事故发生与地基条件密切相关，由地基原因引起的事故不容忽视。 • 下面给出一些图片，说明土力学研究的重要性。
结论 • 显而易见，土力学的基本知识乃至岩土工程的实践，不仅是水工建筑物施工、运营过程中安全、稳定的保证，而且合理的运用土力学知识解决实际工程中的难题，可以大大节省投资。
1.4土力学课程的特点及学习方法 • 土力学系技术基础课，和其他技术基础课相比，既有共同点，也有其特殊性，掌握课程特点，采用正确的学习方法是学习该课程的关键。 • 本节内容: 1）土力学课程的特点; 2）学习方法。
为土工结构物设计和施工提供： 土的工程性质指标 评价方法 分析计算原理 学习土力学的目的
研究对象复杂多变 • 1）松散性材料，成因类型和成层规律非常复杂。 • 2）土和土体在外界条件影响下，其性质有显著变化。 • 3）水工建筑物的规模大、地基基础多为隐蔽工程，一些事故难以预测和发现，而且事故发生后，处理起来也很困难。 • 上述特点使得土力学学习具有较大的难点。 课程特点之一
课程特点之二 • 研究内容广泛 • 首先它是一门技术基础课。它以多种课程为先修课程，如物理、化学、理论力学、材料力学、弹性力学、工程地质学、水力学等。它的后续课程，如水工建筑物、水利施工、基础工程、地基处理和高等土力学等。
土力学内容的广泛性还体现在多方应用上 水利工程、港口航道工程、海洋石油工程、土木建筑工程、能源工程、道路工程、 桥梁工程、采矿工程、地下工程、铁道工程 等。 以上各行业部门的相关建筑物都需建在地基上，从事这些行业的设计和施工人员都需具备坚实的土力学基础知识。
课程特点之三 • 研究方法特殊 • 由于人们对土的有关知识的认识是从感性阶段过渡到理性阶段,故人们在对土的研究上需把实际复杂的土加以简化。忽略土的次要现象，抓住主要性能并做一些基本假设，原来的土就可以被某种比较简单的理想模型代替。
课程特点之四 • 指标多、参数多和经验公式多 • 应用时必须非常重视这些参数的取值，否则，稍有不慎，就会带来很大误差。
课程特点之五 • 土力学系新兴学科 常借助固体力学、流体力学理论，这一问题只有随着生产和科学技术不断发展，才能逐步完善。
学习方法 • 1）抓住土的特点和基本性质 • 2）正确对待土力学中的指标、参数和经验公式 • 3）加强基本功训练、重视实践环节
教学参考书 • 陈仲颐、周景星等，土力学，清华大学出版社，1994年 • 刘成宇主编，土力学，第二版，中国铁道出版社，2000年
