土力學(xué) 緒論ppt課件

土力學(xué),四川大學(xué)水電學(xué)院,授課教師：張茹,SoilMechanics,緒論：土力學(xué)的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求,教學(xué)時(shí)間,講課時(shí)間312教學(xué)周，其中8學(xué)時(shí)為試驗(yàn)學(xué)時(shí)、40學(xué)時(shí)為理論學(xué)時(shí),教學(xué)要求,講課必須出席，不定期點(diǎn)名，遲到者記錄；作業(yè)一周交一次，必須獨(dú)立完成；試驗(yàn)課時(shí)，注意觀察，聯(lián)系理論，深入分析。,參考資料,教材：張孟喜，土力學(xué)原理，華中科技大學(xué)出版社，2007；參考：陳仲頤、周景星、王洪瑾，土力學(xué)，清華大學(xué)出版社，1994；龔曉南主編土力學(xué)，中國建筑工業(yè)出版社，2002；R.F.Craig,CraigSSoilMechanics(7th),2004.,考核：平時(shí)成績（20）試驗(yàn)（10）考試（70）,緒論：內(nèi)容,土力學(xué)的研究對(duì)象及作用土力學(xué)的發(fā)展概況土力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)土力學(xué)的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求,土，地之生萬物者也說文解字希臘，中國，印第安人的神話：神用泥土造人中國傳統(tǒng)文化中的五行：金木水火土,土,緒論：內(nèi)容,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,地球表層的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用后形成形狀各異、大小不同的顆粒，這些顆粒在不同的自然環(huán)境下形成的堆積物，就是天然土。,什么是土？,地球是太陽系中的一個(gè)行星，其形狀大致為橢球體，赤道半徑稍長，約為6378.2千米，極半徑稍短6356.8千米。,地球的圈層構(gòu)造-利用地震波在地球內(nèi)部傳播速度的變化，地球內(nèi)部可以劃分為若干個(gè)同心的球形圈層。分為地殼、地幔、地核。人類的生產(chǎn)活動(dòng)目前還都局限在地殼的淺部。地殼由原來的一團(tuán)高溫物質(zhì)，逐漸冷卻，在地球表面結(jié)成的一層薄殼。是莫霍面以上地球的固體表層部分，厚度變化很大。平約厚度約18千米左右（實(shí)際地殼厚度變化很大，按高山高原平原淺海大洋的次序漸次變薄）。,地球是太陽系中的一個(gè)行星，其形狀大致為橢球體，赤道半徑稍長，約為6378.2千米，極半徑稍短6356.8千米。,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,土力學(xué)是研究土體的物理性質(zhì)及其在工程活動(dòng)影響下的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的學(xué)科。,（1）強(qiáng)度問題：強(qiáng)度不足時(shí)會(huì)導(dǎo)致地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；,土力學(xué)的研究對(duì)象,土力學(xué)要解決的問題,（3）滲透問題：考慮滲流對(duì)土體變形和穩(wěn)定的影響。,（2）變形問題：變形或不均勻沉降超過允許值，建筑物不能正常使用；,香港寶城滑坡,1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。,原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,Early1972滑坡前,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,汶川地震時(shí)滑坡,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,地基液化引起房屋倒塌,液化：松砂地基在振動(dòng)荷載作用下喪失強(qiáng)度變成流動(dòng)狀態(tài)的一種現(xiàn)象。,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的強(qiáng)度問題,比薩斜塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.51360：再復(fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動(dòng)工,原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，模量較低，變形較大。,1590:伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn),比薩斜塔,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進(jìn)行地基處理目前:已向游人開放。,處理措施,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,蘇州虎丘塔,概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7層，高47.5m，塔的平面呈八角形。,問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線已達(dá)2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn)建筑物而封閉。,原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上，產(chǎn)生不均勻沉降。,處理：在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身，效果良好。,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的變形問題,位于美國愛達(dá)荷州的Teton壩,概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,損失：直接損失8000萬美元，起訴5500起，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路,原因：滲透破壞水力劈裂,Teton壩,1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。,Teton壩,11：00左右洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加,Teton壩,11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。,11：50左右洞口擴(kuò)大加速，泥水對(duì)壩基的沖蝕更加劇烈。,Teton壩,11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下,Teton壩,12：00過后坍塌口加寬,Teton壩,洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀,Teton壩,失事現(xiàn)場(chǎng)目前的狀況,Teton壩,九江大堤決口,潰口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險(xiǎn)情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進(jìn)水口,又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個(gè)洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。,長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖,砂環(huán),管涌口,粘性土,砂性土,滲水,雜填土,管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細(xì)小顆粒，通過土的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流帶出的現(xiàn)象。,堤基管涌,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,岸坡侵蝕,緒論：土力學(xué)的研究對(duì)象及作用,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的滲透問題,緒論：土力學(xué)的發(fā)展概況,理論提高階段,1773年CACoulomb(France)根據(jù)試驗(yàn)創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式，1776年提出了計(jì)算擋土墻土壓力理論；1855年Darcy（France）創(chuàng)立了土的滲透定律；1857年,WJMRankine(UK)又從不同角度提出了擋土墻土壓力理論；1885年JBoussinesq(France)求得了彈性半無限空間在豎向集中力作用下的應(yīng)力和變形的理論解；1922年WFellenius(Sweden)費(fèi)蘭紐斯，為解決鐵路塌方問題提出了土坡穩(wěn)定分析法。,CharlesAugustindeCoulomb(1736-1806),Coulomb對(duì)土木工程、巖土工程以及自然科學(xué)和物理學(xué)（包括力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)）等都有重要的貢獻(xiàn)（如物理學(xué)中著名的庫侖定律）。1774年當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。稱為“土力學(xué)之始祖”。,緒論：土力學(xué)的發(fā)展概況,形成獨(dú)立學(xué)科階段,1925年美國K.太沙基（Terzaghi）歸納發(fā)展了以往的理論，發(fā)表了土力學(xué)專著，他被認(rèn)為是土力學(xué)的奠基人。其中有效應(yīng)力原理的提出標(biāo)志著土力學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科；1936年在美國召開第一屆國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議1st(ICSMFE)InternationalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineering；1943年K.太沙基出版了TheoreticalSoilMechanics,Terzaghi于1883年10月2日出生于捷克的首都布拉格，1904年畢業(yè)于奧地利的格拉茨（Graz）技術(shù)大學(xué)，之后成為土木工程領(lǐng)域的一名地質(zhì)工程師。19161925年期間，他在土耳其的伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)大學(xué)任教，并從事土的特性方面的研究課題，這也最終導(dǎo)致了他的舉世聞名的Erdbaumechanik（土力學(xué)）于1925在維也納的問世，該書介紹了他所提出的固結(jié)理論以及土壓力、承載力、穩(wěn)定性分析等理論，標(biāo)志著土力學(xué)這門學(xué)科的誕生。,KarlvonTerzaghi(1883-1963),緒論：土力學(xué)的發(fā)展概況,KarlvonTerzaghi(1883-1963),1925年，他被派往麻省理工學(xué)院擔(dān)任訪問教授，四年后回到維也納技術(shù)大學(xué)任教授。1938年德國占領(lǐng)奧地利后，Terzaghi前往美國，并在哈佛大學(xué)任教，直到1956年退休。在此期間的1943年，他還出版了TheoreticalSoilMechanics，在這部不朽的著作中，Terzaghi就固結(jié)理論、沉降計(jì)算、承載力、土壓理論、抗剪強(qiáng)度及邊坡穩(wěn)定等問題進(jìn)行了闡述。1963年10月25日,Terzaghi在馬薩諸塞州的溫徹斯特逝世。Terzaghi是第一屆到第三屆（19361957）ISSMFE（國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)）的主席，曾4次榮獲ASCE（美國土木工程師協(xié)會(huì)）的Norman獎(jiǎng)（1930，1943，1946，1955），并被8個(gè)國家的9個(gè)大學(xué)授予榮譽(yù)博士學(xué)位。為表彰Terzaghi的杰出成就，美國土木工程師協(xié)會(huì)還設(shè)立了Terzaghi獎(jiǎng)。,緒論：土力學(xué)的發(fā)展概況,快速發(fā)展階段,1957年，D.C.Drucker提出了土力學(xué)與加工硬化塑性理論，對(duì)土的本構(gòu)模型研究起了很大的推動(dòng)作用；1963年，英國Cambridge大學(xué)的Roscoe等人提出了劍橋模型（Camclaymodel），該模型的提出是現(xiàn)代土力學(xué)的開端；自60年代后，隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和計(jì)算技術(shù)的高速發(fā)展，使土力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)全新的階段；1993年D.C.Fredrund出版非飽和土力學(xué)(UnsaturatedSoilMechanics)專著，標(biāo)志著非飽和土的研究進(jìn)入了一個(gè)新的歷時(shí)時(shí)期。,KHRoscoe（1914-1970）,Roscoe1914年12月出生于英國，1934年在劍橋大學(xué)接受本科教育。二戰(zhàn)后，Roscoe返回劍橋大學(xué)讀研究生，畢業(yè)后留校從事土力學(xué)的研究，并建立了土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。他于1958年所提交的論文關(guān)于土體的屈服奠定了臨界狀態(tài)土力學(xué)的基礎(chǔ)，被英國土力學(xué)學(xué)會(huì)授予成就獎(jiǎng)。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，劍橋大學(xué)關(guān)于土力學(xué)機(jī)理的研究成果得到國際巖土工程界的普遍認(rèn)可。以Roscoe為奠基者的劍橋?qū)W派在現(xiàn)代土力學(xué)的發(fā)展歷史中占有重要的地位。,緒論：土力學(xué)的發(fā)展概況,我國土力學(xué)的發(fā)展,1945年，黃文熙在中央水利實(shí)驗(yàn)處創(chuàng)立第一個(gè)土工實(shí)驗(yàn)室；20世紀(jì)50年代，陳宗基對(duì)土的流變和黏土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；1983年黃文熙主編了土的工程性質(zhì)專著；1980年和1996年錢家歡和殷宗澤主編了土工原理做為研究生的教材；1991年和2000年沈珠江分別出版計(jì)算土力學(xué)和理論土力學(xué)專著；2004年李廣信出版高等土力學(xué)研究生教材；同時(shí)國內(nèi)成立了土力學(xué)基礎(chǔ)工程方面的學(xué)會(huì)和開辦了一些期刊雜志，出版了許多專著，在此不再一一介紹。,緒論：土力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn),土的特點(diǎn),天然性（自然變異性）：自然界的產(chǎn)物，具有非均勻性、各向異性、結(jié)構(gòu)性、時(shí)空變異性；,碎散性：巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，是非連續(xù)介質(zhì)，受力以后易變形、體積變化主要是孔隙變化、剪切變形主要由顆粒相對(duì)位移引起；,三相性：由固相（土顆粒）、液相（水）和氣相（空氣）組成，受力后由土骨架和孔隙介質(zhì)共同承擔(dān)、存在復(fù)雜的相互作用、孔隙流體流動(dòng)。,土力學(xué)與其他學(xué)科對(duì)比,緒論：土力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn),如何學(xué)好土力學(xué),思維方式的轉(zhuǎn)變：既要在嚴(yán)格的邊界條件下求解由工程問題簡化而來的數(shù)學(xué)物理問題，還要考慮巖土工程的實(shí)踐性；,掌握概念：土力學(xué)概念不太容易理解，要深刻體會(huì)，土力學(xué)的參數(shù)非常重要且有其適用范圍，不要死記；,具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)：目前處理土力學(xué)有關(guān)的工程問題，主要依靠連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，特別是彈性力學(xué)和數(shù)學(xué)