清华大学土力学课件-绪论.ppt

1、1土 力 学绪论2教师介绍主讲：主讲：于玉贞（新水于玉贞（新水219）此课件仅供岩土工程学习者参考，切勿用此课件仅供岩土工程学习者参考，切勿用于商业用途，切勿以清华大学岩土工程研于商业用途，切勿以清华大学岩土工程研究所名义开展相关培训、讲座，否则将追究所名义开展相关培训、讲座，否则将追究法律责任！究法律责任！课程简介院级平台课专业基础课院级平台课专业基础课校级、北京市级（校级、北京市级（2004）、国家级（）、国家级（2006）精品课程）精品课程教材：李广信、张丙印、于玉贞教材：李广信、张丙印、于玉贞土力学土力学3u土，地之生万物者也。土，地之生万物者也。二二象象地之上，地之中；地之上，地之中

2、；|物出形也。物出形也。说文解字说文解字u希腊，中国，希伯来人，印第安希腊，中国，希伯来人，印第安人的神话：神用泥土造人人的神话：神用泥土造人u中国传统文化中的五行：金木水中国传统文化中的五行：金木水火土火土u“普天之下，莫非王土普天之下，莫非王土”主权主权与财富的象征与财富的象征土4 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？绪 论5土土是指：是指：地球表面的整体岩石在大气中经受地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化等作用而形成的、覆盖在长期的风化等作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗

3、粒堆积物。的颗粒堆积物。绪论风化风化岩石岩石地球颗粒堆积物颗粒堆积物地球 什么是土？6粘土粘土什么是土？绪论卵石卵石砂砂砾石砾石7土有哪些特点？绪论8碎散性碎散性土有哪些特点？非连续介质非连续介质l 受力以后易变形受力以后易变形l 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化l 剪切变形主要由颗粒剪切变形主要由颗粒 相对位移引起相对位移引起l 强度低强度低绪论岩石风化岩石风化后的产物后的产物9多相介质多相介质三相性三相性（三相体系）（三相体系）受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担质共同承担 孔隙流体流动孔隙流体流动-渗流渗流-渗透性渗透性 存在复杂的相互作用存在复杂的相互作

4、用绪论土有哪些特点？固相固相土骨架土骨架液相液相水水气相气相空气空气10天然性天然性（自然变异性）（自然变异性）自然界的产物自然界的产物绪论土有哪些特点？非均匀性非均匀性各向异性各向异性结构性结构性时间变异性时间变异性11碎散性碎散性三相性三相性天然性天然性力学特性力学特性复杂复杂 变形特性变形特性 强度特性强度特性 渗透特性渗透特性绪论土有哪些特点？12土力学有何特点？绪论学科学科研究对象研究对象理论力学理论力学 质点或刚体质点或刚体材料力学材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）单个弹性杆件（杆、轴、梁）连续固体连续固体结构力学结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构若干弹性杆件组成的杆件结构弹性

5、力学弹性力学 弹性实体结构或板壳结构弹性实体结构或板壳结构水水 力力 学学 不可压缩的连续流体（水）不可压缩的连续流体（水）连续流体连续流体天然的三相碎散堆积物天然的三相碎散堆积物碎散材料碎散材料13土力学有何特点？土力学土力学绪论连续介质连续介质力学的基力学的基本知识本知识描述碎散体描述碎散体特性的理论特性的理论土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题14土力学发展的历史1776 Coulomb 强度定律，土压力理论强度定律，土压力理论1856 Darcy 定律定律1857 Rankine 新的土压力理论新的土压力理论1925 Terzaghi 有效应力原理及渗流固结理论有效应力原理及

6、渗流固结理论1936 第一届国际土力学及基础工程会议第一届国际土力学及基础工程会议1949 中国掀起土力学研究的高潮中国掀起土力学研究的高潮绪论土力学有何特点？土力学土力学成为一门独立成为一门独立学科的重要标志学科的重要标志Terzaghi(太沙基太沙基)是土力学的奠基人是土力学的奠基人15 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161.土的工程应用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物基础之地基建筑物基础之地基 建筑环境建筑环境绪论为什么要学习土力学？172.与土有关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

7、谷仓 事故：事故：1913年年9月装谷物，月装谷物，10月月17日装了日装了31822 T谷物时，谷物时，1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜小时倾斜2653西端下沉西端下沉7.32m 东端上抬东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m，宽，宽23.5m，高，高31.0m，共，共65个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm，埋深，埋深3.66m。1911年动工，年动工，1913年完工，自重年完工，自重20000T。19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：处理：事后在下面做了七十多个支

8、撑于基岩上的混凝土墩，使用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个个50 T千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其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米。位置比原来降低了米。原因：原因：地基土事先未进行调查，地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动破坏而滑动。26

9、 53 失事后失事后1913.10.181952.10.5 试验孔试验孔填土填土褐色粉质粘土褐色粉质粘土灰色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔试验孔20与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？香港宝城滑坡 1972年年7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，香港宝城路附近，近，20000 m3 残积土从山坡上下滑，残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅宅 宝城大厦，顷刻间宝城大厦被宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。约五层住宅。死亡死亡6

10、7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗导致强度进一步大山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗导致强度进一步大大降低，并且渗流增加了下滑力，使得大降低，并且渗流增加了下滑力，使得土体滑动剪应力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。土体滑动剪应力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。21香港香港1900年建市，年建市，1977年成立土力工程署年成立土力工程署1972 Po Shan 滑坡滑坡(20,000 m3)(67 死、死、20 伤伤)22死亡：死亡：69227人；人；失踪：失踪：17923人；人；合计：合计：87150人。人。直接经济损失：直接经济损失：8451亿元；约三分

11、之一由亿元；约三分之一由15000个左右个左右的滑坡、崩塌和泥石流造成。的滑坡、崩塌和泥石流造成。高分辨率卫星遥感影像监测高分辨率卫星遥感影像监测2008年年05月月14日四川北川县日四川北川县 山体滑坡山体滑坡 23唐家山堰塞湖泄流唐家山堰塞湖泄流 肖家桥堰塞湖正在处理肖家桥堰塞湖正在处理 24与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？基坑崩塌25与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？以上几个实例可归结为与土有关的强度问题26与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？比萨斜塔1990：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27

12、m，倾斜，倾斜5.51360：再复工，至再复工，至1370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8层，高度为层，高度为55m1272：复工，经复工，经6年，至年，至7层，高层，高48m，再，再停工停工1178：至至4层中，高约层中，高约29m，因倾斜停工，因倾斜停工1173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，层，模量较低，变形较大变形较大。1590:伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 27与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？比萨斜塔1838-1839：挖环形基坑卸载挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理基坑防水处

13、理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固1990年年1月月:封闭封闭1992年年7月：月：加固塔身，用压重加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理2001年年12月月:向游人开放向游人开放2007年年6月月:耗资耗资4000万美元的万美元的扶扶“正正”工程完工；目前塔顶工程完工；目前塔顶中心点偏离垂直线的距离比施中心点偏离垂直线的距离比施工前减少工前减少45厘米，回归到厘米，回归到1838年时的倾斜角度。年时的倾斜角度。处理措施28与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？虎丘塔问题：问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达顶离中心线已达2.3

14、1m，底层，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。建筑物而封闭。概况：概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961年）。全年）。全塔塔7层，高层，高47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，坐落于不均匀粉质粘土层上，产生产生不均匀沉降不均匀沉降。处理：处理：在塔四周建造一圈桩排式地下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钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，效果良好。身，效果良好。2

15、9与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？关西国际机场当时世界最大人工岛当时世界最大人工岛1986年：年：开工开工1990年：年：人工岛完成人工岛完成1994年：年：机场运营机场运营面积：面积：4370m1250m填筑量：填筑量：180106m3平均厚度：平均厚度：33m设计时预测沉降：设计时预测沉降：5.7-7.5 m完成时实际沉降：完成时实际沉降：8.1m，5cm/月月 (1990年年)预测主固结完成：预测主固结完成：20年后年后比设计超填：比设计超填：3m问题：问题：沉降大且有沉降大且有不均匀沉降不均匀沉降30与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？以上几个实例可归结为与土有关的变形

16、问题31Teton坝概况：概况：土坝，高土坝，高90m，长，长1000m，建于，建于1972-75年，年，1976年年6月失事月失事损失：损失：直接直接8000万美元，起万美元，起诉诉5500起，起，2.5亿美元，亿美元，死死14人，受灾人，受灾2.5万人，万人，60万亩土地，万亩土地，32公里公里铁路铁路原因：原因：渗透破坏水力劈裂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？32Teton坝1976年年6月月5日日上午上午10:30左左右，下游坝面右，下游坝面有水渗出并带有水渗出并带出泥土。出泥土。与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？33Teton坝11：00左右左右洞口

17、不断扩洞口不断扩大并向坝顶大并向坝顶靠近，泥水靠近，泥水流量增加流量增加与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？34Teton坝11:30洞口继续向上扩大，洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现主洞的上方又出现一渗水洞。流出的一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾泥水开始冲击坝趾处的设施。处的设施。与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？3511：50左右左右洞口扩大加速，洞口扩大加速，泥水对坝基的冲泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。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？3611:57 坝坡坍塌，坝坡坍塌，泥水狂泻而下泥水狂泻而下Teton坝与土有

18、关的工程问题绪论为什么要学习土力学？3712：00过后过后坍塌口加宽坍塌口加宽Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？38洪水扫过下游洪水扫过下游谷底，附近所谷底，附近所有设施被彻底有设施被彻底摧毁摧毁Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？39失事现场目失事现场目前的状况前的状况Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？九江大堤决口溃口原因：溃口原因：堤基管涌堤基管涌1998年年8月月7日日13:10发生管涌险发生管涌险情，情，20分钟后，分钟后，在堤外迎水面找在堤外迎水面找到到2处进水口处进水口又过又过20分钟，防分钟，防水墙后的土堤突水墙后的土堤突

19、然塌陷出然塌陷出1个洞，个洞，5 m宽的堤顶随即宽的堤顶随即全部塌陷，并很全部塌陷，并很快形成一宽约快形成一宽约62m的溃口。的溃口。与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？41管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，当管涌发生时，渗流将导致向源渗流将导致向源侵蚀，使堤防基侵蚀，使堤防基础下部出现渗流础下部出现渗流通道通道当水头差足够大时，当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通堤防基础。形成通道后极易引起溃决道后极易引起溃决与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？43以上几个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

20、论为什么要学习土力学？44土工结构物或地基土 强度问题强度问题 变形问题变形问题 渗透问题渗透问题 强度特性强度特性 变形特性变形特性 渗透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？45绪论土力学包括哪些内容？基础基础物理性质物理性质预备土中应力土中应力具体应用土压力土压力核心核心渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性46基础与主线基础与主线预备具体应用绪论土力学包括哪些内容？第一章第一章土的物理性质和工程分类第二章第二章土的渗透性和渗流问题第三章第三章土体中的应力计算第四章第四章土的变形特性和地基沉降计算第五章第

21、五章土的抗剪强度土力学土力学2 2（基础工程）（基础工程）城市岩土工程城市岩土工程高等土力学高等土力学环境岩土工程环境岩土工程土动力学与土工抗震工程土动力学与土工抗震工程岩土灾害岩土灾害渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性47绪论如何学好土力学？注意土的基本特点注意土的基本特点-通过与其它材料对比通过与其它材料对比 注重理论联系实际注重理论联系实际-通过现场观察与试验通过现场观察与试验注重正确学习方法注重正确学习方法-概念，原理，方法概念，原理，方法 内容间联系内容间联系 要记忆，但不能死记要记忆，但不能死记 及时复习及时复习48绪论 什么是土力学？A.利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究相利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究相关的工程问题关的工程问题B.是是“伪科学伪科学”C.是是“很土很土”的力学的力学D.实际上并不是一种精确的科学，而是一种实际上并不是一种精确的科学，而是一种“艺术艺术”49绪论结束