東南大學(xué)《土力學(xué)》1 緒論-2課時

1、東 南 大 學(xué) 交 通 學(xué) 院東 南 大 學(xué) 交 通 學(xué) 院 巖 土 工 程 研 究 所巖 土 工 程 研 究 所 緒緒 論論 章章 定定 文文 F 什么是土？什么是土？ F 土及土力學(xué)有哪些特點？土及土力學(xué)有哪些特點？ F 為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？ F 土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？ F 如何學(xué)好土力學(xué)？如何學(xué)好土力學(xué)？ 課程緒論課程緒論 大氣圈大氣圈 水圈水圈 巖石圈巖石圈 生物圈生物圈 風(fēng)化物風(fēng)化物 土壤圈土壤圈 地下水地下水 土壤在自然界的位置土壤在自然界的位置 土壤的剖面和形成土壤的剖面和形成 腐殖質(zhì)層腐殖質(zhì)層 土壤帶土壤帶 淀積層淀積層 母質(zhì)層母質(zhì)層 土土

2、：地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的：地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的 風(fēng)化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、風(fēng)化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、 沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。 風(fēng)化風(fēng)化 巖石巖石 地球 顆粒堆積物顆粒堆積物 地球 巖石因物理巖石因物理 風(fēng)化作用破風(fēng)化作用破 碎，在重力碎，在重力 作用下堆積作用下堆積 到山腳到山腳 高山下的沖積錐群高山下的沖積錐群 風(fēng)蝕蘑菇風(fēng)蝕蘑菇 土的形成過程土的形成過程 黃河沖積三角洲 礫石料礫石料 卵卵 石石 砂砂 粘粘 土土 （人工破碎）（人工破碎） 工程與土力學(xué)中的土工程與土力學(xué)中的土 地球表面的整體巖石在

3、大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化作用 而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結(jié)或膠結(jié) 很弱的顆粒堆積物。很弱的顆粒堆積物。 F 什么是土？什么是土？ F 土及土力學(xué)有哪些特點？土及土力學(xué)有哪些特點？ F 為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？ F 土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？ F 如何學(xué)好土力學(xué)？如何學(xué)好土力學(xué)？ 課程緒論：土力學(xué)及其特點課程緒論：土力學(xué)及其特點 碎散性碎散性 非連續(xù)介質(zhì)非連續(xù)介質(zhì) l 受力以后易變形受力以后易變形 l 體積變化主要是孔隙變化體積變化主要是孔隙變化 l 剪切變形主要由顆粒剪切

4、變形主要由顆粒 相對位移引起相對位移引起 l 強度低強度低 巖石風(fēng)化巖石風(fēng)化 的產(chǎn)物的產(chǎn)物 顆粒堆積物顆粒堆積物 地球 土體的特點土體的特點 多相介質(zhì)多相介質(zhì) 三相性三相性 （三相體系）（三相體系） 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 質(zhì)共同承擔(dān)質(zhì)共同承擔(dān) 存在復(fù)雜的相互作用存在復(fù)雜的相互作用 孔隙流體流動孔隙流體流動 固相固相土骨架土骨架 液相液相水水 氣相氣相空氣空氣 氣相固相液相 + + + 構(gòu)成土骨架，起決定作用構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響重要影響 土體 次要作用次要作用 天然性天然性 （自然變異性）（自然變異性） 自然界的產(chǎn)物自然界的產(chǎn)物 非均勻性非均勻性 各向異性各向異

5、性 結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性 時空變異性時空變異性 滲透特性滲透特性 變形特性變形特性 強度特性強度特性 碎散性碎散性 三相性三相性 天然性天然性 物理力學(xué)物理力學(xué) 特性復(fù)雜特性復(fù)雜 土體的特點土體的特點 學(xué)科學(xué)科研究對象研究對象 理論力學(xué)理論力學(xué)質(zhì)點或剛體質(zhì)點或剛體 材料力學(xué)材料力學(xué)單個彈性桿件（桿、軸、梁）單個彈性桿件（桿、軸、梁） 連續(xù)固體連續(xù)固體 結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu)若干彈性桿件組成的桿件結(jié)構(gòu) 彈性力學(xué)彈性力學(xué)彈性實體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu)彈性實體結(jié)構(gòu)或板殼結(jié)構(gòu) 水力學(xué)水力學(xué)不可壓縮的連續(xù)流體（水）不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體連續(xù)流體 土力學(xué)土力學(xué)天然的三相碎散堆積物天然的三相碎

6、散堆積物碎散材料碎散材料 土力學(xué)與其他學(xué)科的比較土力學(xué)與其他學(xué)科的比較 土力學(xué)的特點土力學(xué)的特點 土力學(xué)土力學(xué) 研究土的滲透、變形和強度特性以及研究土的滲透、變形和強度特性以及 與此有關(guān)的工程問題與此有關(guān)的工程問題 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)連續(xù)介質(zhì)力學(xué) 的基本知識的基本知識 描述碎散體描述碎散體 特性的理論特性的理論 實驗規(guī)律及工實驗規(guī)律及工 程實踐經(jīng)驗程實踐經(jīng)驗 土力學(xué)發(fā)展的歷史土力學(xué)發(fā)展的歷史 1773 Coulomb（后（后Mohr發(fā)展）：摩爾發(fā)展）：摩爾-庫侖強度庫侖強度 理論理論 有關(guān)土力學(xué)的第一個理論有關(guān)土力學(xué)的第一個理論 1776 Coulomb：庫侖土壓力理論：庫侖土壓力理論 1856 D

7、arcy：達西滲流：達西滲流 定律定律 1857 Rankine ：朗肯土壓力理論：朗肯土壓力理論 1920 Prandtl：普朗特極限力承載公式：普朗特極限力承載公式 1921-1923 Terzaghi：有效應(yīng)力原理及固結(jié)理論：有效應(yīng)力原理及固結(jié)理論 1925 Terzaghi ：出版：出版土力學(xué)土力學(xué) 土力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的標志土力學(xué)成為一門獨立學(xué)科的標志 1936 第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議第一屆國際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程會議 1960s后后 現(xiàn)代土力學(xué)現(xiàn)代土力學(xué) 萌萌 芽芽 時時 期期 古古 典典 時時 期期 現(xiàn)現(xiàn) 代代 Terzaghi是土力學(xué)的是土力學(xué)的 奠基人奠基人 F 什么是

8、土？什么是土？ F 土及土力學(xué)有哪些特點？土及土力學(xué)有哪些特點？ F 為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？ F 土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？ F 如何學(xué)好土力學(xué)？如何學(xué)好土力學(xué)？ 課程緒論：土力學(xué)及其特點課程緒論：土力學(xué)及其特點 1、土的工程應(yīng)用、土的工程應(yīng)用 土工建筑材料土工建筑材料 建筑物的地基建筑物的地基 建筑環(huán)境建筑環(huán)境 對土工程性質(zhì)認識的偏差可能會導(dǎo)致?lián)p失對土工程性質(zhì)認識的偏差可能會導(dǎo)致?lián)p失 巨大的事故。巨大的事故。 2、與土有關(guān)的的工程問題、與土有關(guān)的的工程問題 土力學(xué)的重要性土力學(xué)的重要性 加拿大特朗斯康谷倉 事故：事故： 19131913年年9 9月裝谷物，月裝

9、谷物，1010月月1717 日裝了日裝了3182231822谷物時，谷物時， 1 1小時豎向沉降達小時豎向沉降達30.5cm30.5cm 2424小時傾斜小時傾斜26265353 西端下沉西端下沉7.32m7.32m 東端上抬東端上抬1.52m1.52m 上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損 概況：長概況：長59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565個圓筒倉。個圓筒倉。 鋼混筏板基礎(chǔ)，厚鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T2

10、0000T。 加拿大特朗斯康谷倉 處理：處理： 事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用 388388個個50T50T千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其 位置比原來降低了米。位置比原來降低了米。 原因：原因： 地基土事先未進行調(diào)查，地基土事先未進行調(diào)查， 據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取 土試驗結(jié)果，計算地基承土試驗結(jié)果，計算地基承 載力應(yīng)用到此谷倉。載力應(yīng)用到此谷倉。19521952 年經(jīng)勘察試驗與計算，地年經(jīng)勘察試驗與計算，地 基實際承載力小于破壞時基實際承載力小于破壞

11、時 的基底壓力。因此，的基底壓力。因此， 谷倉地基因超載發(fā)生強度谷倉地基因超載發(fā)生強度 破壞而滑動破壞而滑動。 2653 失事后 1913.10.18 1952.10.5 試驗孔 填土 褐色粉質(zhì)粘土 灰色粉質(zhì)粘土 -0.61 -12.34 -13.72 -4.27 1952.10.3 試驗孔 香港寶城滑坡香港寶城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米 殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高 層住宅層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并

12、 砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7 7人。人。 香港寶城滑坡香港寶城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米 殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高 層住宅層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并寶城大廈，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。死亡砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7 7人。人。 原因：原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲 使其強度進一步大大降低，

13、使得使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土土體滑動力超過土 的強度的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。，于是山坡土體發(fā)生滑動。 液化：液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變松砂地基在振動荷載作用下喪失強度變 成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象 與土有關(guān)的工程問題與土有關(guān)的工程問題 阪神大地震中地基液化 地基液化造成的路面塌陷 振前松砂振前松砂 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 振中顆粒懸浮，振中顆粒懸浮， 有效應(yīng)力為零有效應(yīng)力為零 振后砂土振后砂土 變密實變密實 飽和松砂的振動液化飽和松砂的振動液化 排出的剩排出的剩 余孔隙水余孔隙水 可歸結(jié)為與土有關(guān)的可歸結(jié)為與土有關(guān)的 強度問題強度問題 F 加拿大特朗

14、斯康谷倉地基失穩(wěn)加拿大特朗斯康谷倉地基失穩(wěn) F 香港寶城滑坡香港寶城滑坡 F 阪神等大地震中地基液化阪神等大地震中地基液化 案例總結(jié)（一） 比比 薩薩 斜斜 塔塔 11731173年：動工年：動工 13601360年：再復(fù)工，至年：再復(fù)工，至13701370年竣工，年竣工， 全塔共全塔共8 8層，高度為層，高度為55m55m 12721272年：復(fù)工，經(jīng)年：復(fù)工，經(jīng)6 6年，至年，至7 7層，層， 高高48m48m，再停工，再停工 11781178年：至年：至4 4層中，高約層中，高約29m29m， 因傾斜停工因傾斜停工 目前：塔向南傾斜，南北兩端沉目前：塔向南傾斜，南北兩端沉 降差降差1.8

15、0m，塔頂離中心線已達，塔頂離中心線已達 5.27m，傾斜，傾斜5.5 原因：原因： 地基持力層為粉砂，下面為粉土地基持力層為粉砂，下面為粉土 和粘土層，強度低，變形大。和粘土層，強度低，變形大。 比比 薩薩 斜斜 塔塔 15901590年年: : 伽利略在此塔做伽利略在此塔做 自由落體實驗自由落體實驗 1838-18391838-1839：挖環(huán)形基坑卸載：挖環(huán)形基坑卸載 1933-19351933-1935：基坑防水處理：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固 19901990年年1 1月月: : 封閉封閉 19921992年年7 7月：加固塔身，用壓重月：加固塔身，用壓重 法和取土法進

16、行地法和取土法進行地 基處理基處理 目目 前前 : : 已向游人開放。已向游人開放。 處理措施處理措施 比比 薩薩 斜斜 塔塔 蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔 F概況：位于虎丘公園山頂，建于概況：位于虎丘公園山頂，建于 宋太祖建隆二年宋太祖建隆二年( (公元公元961年年) )。 塔高塔高47.5m，平面呈八角形。，平面呈八角形。 F問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，問題：塔身向東北方向嚴重傾斜， 塔頂離中心線達塔頂離中心線達2.31m，底層塔，底層塔 身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑 物。物。 F原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層，原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層， 產(chǎn)生不均勻沉降。產(chǎn)生不均

17、勻沉降。 F處理：在四周建造圈樁排式地下處理：在四周建造圈樁排式地下 連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行鉆連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行鉆 孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身?？鬃{和打設(shè)樹根樁加固塔身。 關(guān)西機場 問題：沉降大且不均勻問題：沉降大且不均勻 設(shè)計沉降：設(shè)計沉降：5.7-7.5 m 完成時完成時(1990年年)實際沉降：實際沉降： 8.1 m，5cm/月月 預(yù)測主固結(jié)需：預(yù)測主固結(jié)需：20年年 比設(shè)計多超填：比設(shè)計多超填：3m 可歸結(jié)為與土有關(guān)的可歸結(jié)為與土有關(guān)的 變形問題變形問題 F 意大利比薩斜塔意大利比薩斜塔 F 蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔 F 日本關(guān)西機場日本關(guān)西機場 F 橋頭跳車橋頭跳車 案例總

18、結(jié)（二） Teton壩壩 概況：概況： 土壩，高土壩，高90m90m，長，長1000m1000m，建于，建于 1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事 損失：損失： 直接直接80008000萬美元，起萬美元，起 訴訴55005500起，起，2.52.5億美元，億美元， 死死1414人，受災(zāi)人，受災(zāi)2.52.5萬人，萬人， 6060萬畝土地，萬畝土地，3232公里公里 鐵路鐵路 原因：原因： 滲透破壞水力劈裂滲透破壞水力劈裂 TetonTeton壩滲流破壞過程壩滲流破壞過程 Teton壩壩 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

19、。 Teton壩壩 1111：0000左右 洞口不斷擴 大并向壩頂 靠近，泥水 流量增加 Teton壩壩 11:30 洞口繼續(xù)向上擴大， 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 洞口擴大加速， 泥水對壩基的沖 蝕更加劇烈。 Teton壩壩 11:57 壩坡坍塌， 泥水狂瀉而下 Teton壩壩 12：00過后 坍塌口加寬 Teton壩壩 洪水掃過下游 谷底，附近所 有設(shè)施被徹底 摧毀 Teton壩壩 TetonTeton壩壩失事現(xiàn)場現(xiàn)狀 損失損失 直接直接80008000萬美元，萬美元， 起訴起訴55005500起，起，2.52.5 億

20、美元，死億美元，死1414人，人， 受災(zāi)受災(zāi)2.52.5萬人，萬人，6060 萬畝土地，萬畝土地，3232公里公里 鐵路被沖鐵路被沖 原因原因 滲透破壞：沖蝕滲透破壞：沖蝕 水力劈裂水力劈裂 九江大堤決口 潰口原因：潰口原因：堤基管涌堤基管涌 1998年8月7日 13:10發(fā)生管涌 險情，20分鐘后， 在堤外迎水面找 到2處進水口 又過20分鐘，防 水墻后的土堤突 然塌陷出1個洞， 5 m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)展過程示意圖長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖 砂砂 環(huán)環(huán) 管管 涌涌 口口 粘性土粘性土 砂性土砂性土 滲水滲水 雜

21、填土雜填土 管涌：管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒， 通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。 堤基管涌 溝后面板砂礫石壩溝后面板砂礫石壩 位于青海省，高位于青海省，高7171 米，長米，長265265米，建米，建 于于19891989年。年。 19931993年年8 8月月7 7日突然日突然 發(fā)生潰壩，瞬間沖發(fā)生潰壩，瞬間沖 毀毀10001000多戶房舍，多戶房舍， 288288人喪生，上千人喪生，上千 人受傷。人受傷。 潰壩原因：潰壩原因： 面板止水失效，下游壩體排水不暢，面板止水失效，下游壩體排水

22、不暢， 造成壩坡失穩(wěn)造成壩坡失穩(wěn) 可歸結(jié)為與土有關(guān)的可歸結(jié)為與土有關(guān)的 滲透問題滲透問題 F 美國美國TetonTeton壩失事壩失事 F 9898洪水長江堤防險情洪水長江堤防險情 F 溝后面板砂礫石壩潰壩溝后面板砂礫石壩潰壩 案例總結(jié)（三） 土工結(jié)構(gòu)物或地基土工結(jié)構(gòu)物或地基 土 強度問題強度問題 變形問題變形問題 滲透問題滲透問題 強度特性強度特性 變形特性變形特性 滲透特性滲透特性 土力學(xué)可以解決工程實踐問題，這正是土力學(xué)可以解決工程實踐問題，這正是土力學(xué)存土力學(xué)存 在的價值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。在的價值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。 學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的 F 什么是土？什么是土？ F 土及土力學(xué)有哪些特點？土及土力學(xué)有哪些特點？ F 為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？ F 土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？土力學(xué)包括哪些內(nèi)容？ F 如何學(xué)好土力學(xué)？如何學(xué)好土力學(xué)？ 課程緒論：土力學(xué)及其特點課程緒論：土力學(xué)及其特點 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 預(yù)備 土中土中 應(yīng)力應(yīng)力 具體應(yīng)用 土壓力土壓