土力学课件：绪论.ppt

1、绪论一、基本概念：（专业基础课）（）一、基本概念：（专业基础课）（）一、基本概念：（专业基础课）一、基本概念：（专业基础课）土力学：土力学：土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的应力、强度变形和稳定以及土与结构物相互作用及其规律的一门学科。（是力学分支是力学分支）力学知识力学知识-材料力学、结构力学、弹性力学。土工试验土工试验-物性、压缩、渗透、强度等试验。一、基本概念：（专业基础课）（）一、基本概念：（专业基础课）（） 地基地基：受建筑物荷载影响的那一部分地层称为地基。即建筑物荷载使地层一定范围内的应力和应力状态发生变化。 基础基础：建筑物向地基传递荷载的下部结构是基础。基础是建筑物的

2、一部分，起到扩散应力的作用。一、基本概念：（专业基础课）一、基本概念：（专业基础课） （）（）一、基本概念：（专业基础课）一、基本概念：（专业基础课） （）（）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性程专业）中的重要性（）（）（一）（一） 土的特点土的特点： 散粒体-离散性、孔隙性、多相性 三相体-固相、液相、气相 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（）专业）中的重要性。（） 这些性质大大的增加了研究土体力学性质的复杂程度。而其他的固体材料钢材、混凝土等。钢材的

3、晶格之间发生错位，就说明钢材已破坏。而土颗粒在外力作用下发生错位移动，但这并不意味着土的破坏。土的破坏标准与典型固体材料的破坏的标准是不相同的。由以上的这些特殊性质，影响到土的物理力学性质抗剪强度（较一般建筑材料）低，具有较大的压缩性和对水的渗透性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（3）（二）重要性：（二）重要性：钢材与土的破坏特征的不同强度（举例）强度（举例）：加拿大特朗斯康谷仓长54.9m宽23.5m高31m，钢砼筏基原2m自重2万吨，第一次装谷27000t，下沉，24小时后西沉8.8m，东上抬1.

4、5m，倾斜26.53。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（4）事故原因：地表以下3m为高塑性软粘土R=32t/而Pu=28.1t/处理：在16m将基岩上做70多根砼支柱用388个50t千斤顶纠正，但降低4m多。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（5）变形（举例）变形（举例）：苏州虎丘塔：建于宋朝（961年），七层高47.5m，现倾斜，（偏2.31m）产生裂缝。原因：地基土层度不一（西南2.8m东北5.8m）（深山深水

5、港码头库区填土变形控制）。稳定（举例）稳定（举例）：码头失稳二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（6）该谷仓平面呈矩形，南北向长59.44m，东西向宽23.47m，高31.00m，容积36368立方米，容仓为圆筒仓，每排13个圆仓，5排共计65个圆筒仓。谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深3.66m。图片：加拿大特朗斯康谷仓二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（7）谷仓于1911年动工，1913年完工，空仓自

6、重20000T，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了31822 谷物时，发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾斜，倾斜度离垂线达2653，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（8）谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算地基承载力为352kPa，应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为（193.8-276.6

7、）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（9）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，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。 二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（0）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中

8、的重要性。（1）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（2）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（3）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（4）盾构隧道适用于软土地区埋深大的隧道工程，可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。盾构隧道示意图二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设

9、（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（5）盾构是这种施工方法中最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体-隧道掘进机。目前，盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地铁区间隧道、电力电讯隧道、 市政管线隧道和进水排水隧道等地下工程。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（6）上海影像图二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（7）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、

10、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（8）一期工程一期工程 二期工程二期工程合计合计南线堤（南线堤（kmkm）1.61.61.61.6潜潜 堤（堤（kmkm）3.23.23.23.2南导堤（南导堤（kmkm）303018.0818.0848.0848.08北导堤（北导堤（kmkm）27.9127.9121.2921.2949.2049.20丁坝（丁坝（km/km/座）座）11.19/1011.19/1018.9/1418.9/1430.9/1930.9/19表2.5 整治建筑物工程各阶段建设规模注：二期工程曾将一期工程已完4座丁坝接长，故总数为19座丁坝。二、土力学在工程

11、建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（19）海港新城一期市政道路及雨水管道工程道路示意图二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（0）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（1）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（2）一期工程总体布置图工程概况二、土力学在工程建设（包

12、括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（3）二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（4）一般建筑物的设计可分为三个部：从上而下由上部结构、基础、地基三个部分组成，这三个部分虽然各自的功能不同，研究方法相异，但却是彼此互相联系相互制约的整体。上部结构是根据人们的需要的具体条件所设计的，可以做出各种各样和选择而且在使用阶段可以看得见，可以了解到结构破坏前的预兆。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口

13、航道与海岸工程专业）中的重要性。（5）而地基和基础却不同，基础属于地下隐蔽工程，不能直观地显示出来，尤其地基是一个确定的因素，不是可以任意选择的，要了解地基的工程情况，就要通过勘案的手段来完成，所有不同，往往会导致事故的发生。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（6）通过许多工程实践可以了解到，建筑物的事故许多与地基基础有关，地基基础事故很不容易发现预兆，事故发生后补救也相当困难，而且要耗费大量的人力财力，所以地基基础的勘案、设计的施工质量直接关系到建筑物的安危与工程师所设计的作品是否成功有着主要的关系。二

14、、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（7） 地基的变形较大，包括沉降量、沉降差倾斜和局部倾斜超过了人们所能接受的程度。 地基的强度问题：当建筑物荷载超过地基承载力时，地基在外荷作用下有可能发生失稳，产生剪切破坏。地基基础的事故一般容易在下面两个方面发生：二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。二、土力学在工程建设（包括港口航道与海岸工程专业）中的重要性。（8）这两个问题可以通过以下工程实例看到。通过以上的工程实例可以看到基础工程在整个建筑工程中占有重要位置，不论做什么事往往我们都强调要打

15、好基础，现在真的学到地基基础这门课了，一定要重视起来。三、本课程的学习目的、学习方法和要求三、本课程的学习目的、学习方法和要求（1 1）目的目的：通过本课程的学习，掌握土力学的基本理论和计算方法，了解土地的一般物理性质、力学这性质和土的有关指标的测定方法，能在工程设计、计算中正确应用土力学理论和土性指标，解决一般的疑难问题。三、本课程的学习目的、学习方法和要求三、本课程的学习目的、学习方法和要求（）（）内容内容：土性、渗透、应力、变形、强度、土压力、土坡、承载力学习要求学习要求：土力学-专业基础课，共54学时，讲+习+实=38+8+8学习方法学习方法：要转变（中学-大学基础-大学专业部分）选一

16、位课代表：教-学相长三、本课程的学习目的、学习方法和要求（）三、本课程的学习目的、学习方法和要求（）成绩成绩：考试课=期终考试+作业+试验报告。本门课是一门专业基础课，在学习方法上要注意，课前要预习，听课时可以抓住重点。大纲规定大纲规定：土力学为考试课。大课大课：56学时，讲课学时（40）习题习题、讨论课讨论课：8学时工程造价主要取决于材料所需的资金。材料费占工程投资的大部分。三、本课程的学习目的、学习方法和要求（三、本课程的学习目的、学习方法和要求（4 4）实验课实验课：8学时课后留课后留：思考题（帮助弄清大课中讲的基本概念）和习题：（进一步掌握概念进一步掌握概念并熟悉有关计算方法）；质疑；

17、成绩成绩：作业两个本子，实验报告按时交（到期末考试前未未完成作业者不能参加完成作业者不能参加其中考试），并算成绩的一部分。（其中测验）期末考试三、本课程的学习目的、学习方法和要求（三、本课程的学习目的、学习方法和要求（5 5）选一课代表，以便在教学和学习上有问题进行联系定答疑和（质疑）时间 主讲 辅导 试验四、本学科的国内外发展概况四、本学科的国内外发展概况（）（）（一）国内（一）国内 既古老又新兴的学科土力学是人们在在长期工程实践中形成发展起来的一门学科。我国劳动人民从远古时代就能利用土石作为地基和建筑材料修筑房屋了。四、本学科的国内外发展概况（）四、本学科的国内外发展概况（）如西安新石器时

18、代的半坡村遗址，就发现有土台和石础，这就是古代的“堂高三尺、茅茨土阶”（语见韩非子）的建筑。我国举世闻名的秦万里长城逾千百年而留存至今，充分体现了我国古代劳动人民的高超水平。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（3） 隋朝石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂层上，一千三百多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（4）根据梦溪笔谈记载，北宋初著名木工喻皓（公元989年）在建造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风，便特意

19、使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降问题了。四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（5）墙内竖有木柱茅草下密排树枝起龙骨作用。d=56m四、本学科的国内外发展概况四、本学科的国内外发展概况（6）（二）国外（二）国外而作为本学科理论基础的土力学的发端，始于十八世纪兴起了工业革命的欧洲。随着资本主义工业化的发展，为了满足向国内外扩张市场的需要，陆上交通进入了所谓“铁路时代”，因此，最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（7）1773年，法国

20、的C.A.库伦（Coulomb）根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。1869年英国的W.G.M.朗肯（Rankine）又从不同角度 提出了挡土墙土压力理论。1885年法国J.布辛奈斯克（Boussinesq）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Boussinesq解。1922年瑞典W.费兰纽斯（Fellenius）为解决铁路塌方问题提出了土坡稳定分析法。以上这些方法至今仍广泛应用。四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（8）1925年美国K.太沙基（Tezarghi）归纳发展了以往的理论，发表了土力学一书，他被认为是土力学的奠

21、基人。从1936年在美国召开的第一届国际土力学与基础工程会议起，土质土力学方面的国际学术交流日益活跃。世界各地包括中国在内的许多国家也都交流和总结了本学科新的研究成果和实践经验，促进了该学科的发展。 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（9）时至今日，伴随着工程建设事业突飞猛进的发展，土质土力学围绕从宏观到微观结构、本构关系与强度理论、物理模拟与数值模拟、测试与监测技术、土质改良等方面取得了长足进展。电子技术的应用为这门学科注入了新的活力，实现了测试技术的自动化和理论分析的准确性，标志着本学科进入一个新的时期。四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（10）对土

22、力学发展作出巨大贡献科学家Terzaghi,K 太沙基 Rankine,W.J.M 朗肯Coulomb,C.A 库仑 Bishop,A.W 毕肖普Boussinesq,J 布辛奈斯克 Jaky,J 杰克Fellenius,W 费尔纽斯Janbu,N 简布Skempton,A.W 斯开普登 四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（11）四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（2）总结总结国外国外： 18世纪工业革命：1773年（法）库仑 1869年（英）朗肯 1885年（法）布辛涅斯克 1892年（瑞）费仑纽斯 土坡稳定 1925年 Tezarghi土力学近代土力学学科的形成四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（3）国内国内： 5050年代年代6060年代初年代初：土力学的一个大的发展。 7070年代末以后上世纪末年代末以后上世纪末：多项工程、重大工程建设。 岩土工程岩土工程：土力学为核心内容之一。展望展望：土力学理论，勘察与实验技术，设计与施工。四、本学科的国内外发展概况（四、本学科的国内外发展概况（4）土力学的应用行业土力学的应用行业： 地下、近海、深海 环境保护，生态恢复 建设与生态环 境相协调、相适应 航天、航宇 工程建设的大发展为土力学的发展带来了前所未有机遇。