土 力 学

1. 土 力 学 黄淮学院 林建好

2. 课程简介 土水学院：院级平台课－专业基础课 清华大学：校级精品课建设课程 北 京 市：精品课（2004年） 教师介绍 主讲：于玉贞（新水205，62782291） yuyuzhen@tsinghua.edu.cn 试验：吕 禾（旧水204土力学实验室，62782488） luhe@tsinghua.edu.cn 孙 逊（新水115，62772210） sunxun@tsinghua.edu.cn 助教：谢立全（旧水308A，62797200） xlq02@mails.tsinghua.edu.cn

3. 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》 • 希腊，中国，希伯来人，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

4. 绪 论 • 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？

5. 绪论 岩石 颗粒堆积物 地球 地球 • 什么是土？ 风化 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。

6. 绪论 • 土有哪些特点？

7. 绪论 • 土有哪些特点？ 岩石风化的产物 碎散性 • 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 非连续介质

8. 绪论 • 土有哪些特点？ • 固相—土骨架 • 液相—水 • 气相—空气 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 多相介质

9. 绪论 • 土有哪些特点？ 自然界的产物 • 非均匀性 • 各向异性 • 结构性 • 时空变异性 天然性 （自然变异性）

10. 绪论 • 土有哪些特点？ 碎散性 力学特性复杂 • 变形特性 • 强度特性 • 渗透特性 三相性 天然性

11. 绪论 • 土力学有何特点？

12. 绪论 土力学有何特点？ 连续介质力学的基本知识 描述碎散体特性的理论 土力学 土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题

13. 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 土力学发展的历史 1776Coulomb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基础工程会议 1949中国土力学研究的兴起

14. 绪论 • 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

15. 绪论 为什么要学习土力学？ 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

16. 绪论 为什么要学习土力学？ 2. 与土有关的工程问题

17. 绪论 与土有关的工程问题 为什么要学习土力学？ 加拿大特朗斯康谷仓 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。 • 事故： • 1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时， • 1小时竖向沉降达30.5cm • 24小时倾斜26°53ˊ • 西端下沉7.32m • 东端上抬1.52m • 上部钢混筒仓完好无损

18. 绪论 2653 失事后 1913.10.18 1952.10.3 试验孔 1952.10.5 试验孔 -0.61 -4.27 填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土 -12.34 -13.72 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 加拿大特朗斯康谷仓 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。 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。

19. 绪论 为什么要学习土力学？ 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。

20. Po Shan Road Conduit Road Notewell Road 香港1900年建市，1977年成立土力工程署 1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(67 死、20 伤)

21. July 1972 滑坡后 Early 1972 滑坡前

22. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 阪神大地震中地基液化 神户码头： 地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤 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

23. 绪论 与土有关的工程问题 为什么要学习土力学？ 阪神大地震中地基液化 神户码头： 沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中

24. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 以上几个实例可归结为与土有关的 强度问题

25. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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

26. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 比萨斜塔 处理措施 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。

27. 绪论 与土有关的工程问题 为什么要学习土力学？ 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。

28. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 关西国际机场 世界最大人工岛 1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m 填筑量：180×106m3 平均厚度：33m 设计时预测沉降：5.7-7.5 m 完成时实际沉降：8.1 m，5cm/月 (1990年) 预测主固结完成：20年后 比设计超填：3m 问题： 沉降大且有 不均匀沉降

29. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 以上几个实例可归结为与土有关的 变形问题

30. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 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 概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事

31. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。

32. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加

33. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。

34. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。

35. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下

36. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 12：00过后 坍塌口加宽

37. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁

38. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 失事现场目前的状况

39. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 九江大堤决口 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。 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 溃口原因：堤基管涌

40. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 堤基管涌 管 涌 口 砂环 杂填土 粘性土 砂性土 渗水 长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图 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现象。

41. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 管涌 砂环 管涌破坏 砂性土堤基管涌破坏示意图 当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道 当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决

42. 绪论 为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 以上几个实例可归结为与土有关的 渗透问题

43. 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。

44. 绪论 • 土力学包括哪些内容？ 基础 物理性质 核心 渗透特性 变形特性 强度特性 具体应用 土压力 …… 预备 土中应力

45. 绪论 土力学包括哪些内容？ 基础与主线 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 预备 第三章土体中的应力计算 渗透特性 变形特性 强度特性 第四章土的变形特性和地基沉降计算 第五章土的抗剪强度 土力学（2） 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 具体 应用

46. 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，原理，方法 内容间联系 要记忆，但不能死记

47. 绪论 基本理论＋工程应用 ＋实验技能 课程特点 基准 特定条件 伪科学？ 理论公式 研究 机理 不同精度层次 经验修正 现场条件 经济性 设计公式 应用 实用 安全性 结果