巖土力學課件：緒論

1、1巖土力學2什么是巖土力學？什么是土？土有哪些特點？土力學有何特點？為什么要學習土力學？土力學包括哪些內容？如何學好土力學？緒 論3緒論何謂巖土力學？研究巖石和土體的應力、變形、強度、滲流及長期穩(wěn)定性的力學/學科。關于巖石的力學稱為巖石力學關于土體的力學稱為土力學4土，地之生萬物者也。二象地之上，地之中；|物出形也。 說文解字希臘，中國，希伯來人，印第安人的神話：神用泥土造人中國傳統(tǒng)文化中的五行：金木水火土土緒論土力學的概念及特點5土是指： 地球表面的整體巖石在大氣中經受長期的風化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒有膠結或膠結很弱的顆粒堆積物。緒論風化巖石地球顆粒堆積物地球什么是土？土力學的

2、概念及特點土是指： 巖石經過物理、化學、生物風化作用以及剝蝕、搬運、沉積作用等交錯復雜的自然環(huán)境中所生成的各類沉積物。6土有哪些特點？緒論土力學的概念及特點7碎散性土有哪些特點？非連續(xù)介質 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 相對位移引起 強度低緒論巖石風化的產物土力學的概念及特點8多相介質三相性（三相體系） 受力后由土骨架、孔隙介 質共同承擔 存在復雜的相互作用 孔隙流體流動緒論土有哪些特點？固相土骨架液相水氣相空氣土力學的概念及特點9天然性（自然變異性）自然界的產物緒論土有哪些特點？非均勻性各向異性結構性時空變異性土力學的概念及特點10碎散性三相性天然性力學特性復雜

3、 變形特性 強度特性 滲透特性緒論土有哪些特點？土力學的概念及特點 11土力學有何特點？學科研究對象理論力學質點或剛體材料力學單個彈性桿件（桿、軸、梁）連續(xù)固體結構力學若干彈性桿件組成的桿件結構彈性力學彈性實體結構或板殼結構水 力 學不可壓縮的連續(xù)流體（水）連續(xù)流體土力學天然的三相碎散堆積物碎散材料緒論土力學的概念及特點 12土力學連續(xù)介質力學的基本知識描述碎散體特性的理論土的變形、強度和滲透特性以及與此有關的工程問題緒論土力學有哪些特點？土力學的概念及特點 13為什么要學習土力學？1.土具有廣泛的工程應用2.存在大量與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 141. 土的工程應用 土工建筑材

4、料 建筑物基礎之地基 建筑環(huán)境緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？152. 與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？162、與土有關的工程問題加拿大特朗斯康谷倉 事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822谷物時，1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜2653西端下沉7.32m 東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。 鋼混筏板基礎，厚61cm，埋深3.66m。 1911年動工，1913年完工，自重20000T。緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？17加拿大特朗斯康谷倉 處理：事后在下面做了七十

5、多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t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。 原因：地基土事先未進行調查，據鄰近結構物基槽開挖取土試驗結果，計算地基承載力應用到此谷倉。1952年經勘察試驗與計算，地基實際承載力小于破壞時的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。2653失事后1913.10.181952.10.5 試驗孔填土褐色粉質粘土灰色粉質粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 試驗孔2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？18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

6、山坡上下滑，巨大滑動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度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？19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 傷)Po Shan RoadConduit RoadNotewell Road20Early 1972 滑坡前July 1972 滑坡后21阪神大地震中地基液化神戶碼頭：地震引

7、起大面積砂土地基液化后產生很大的側向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴重損傷 液化：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2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？22阪神大地震中地基液化神戶碼頭：沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？23以上幾個實例可歸結為與土有關的強度問題2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？24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5.27m，傾斜5.51360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m127

8、2：復工，經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驗 2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？25比薩斜塔1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理 基礎環(huán)灌漿加固1990年1月: 封閉1992年7月：加固塔身，用壓重 法和取土法進行地 基處理目 前: 已向游人開放。 處理措施2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？26虎丘塔問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔 頂離中心線已達2.31m，

9、底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險 建筑物而封閉。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。原因：坐落于不均勻粉質粘土層上， 產生不均勻沉降。處理：在塔四周建造一圈樁排式地下 連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行 鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔 身，效果良好。2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？27緒論關西國際機場 世界最大人工島1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m設計時預測沉降：5.7-7.5 m完成時實際沉降：8.1 m，5c

10、m/月 (1990年)預測主固結完成：20年后比設計超填：3m問題：沉降大且有不均勻沉降28以上幾個實例可歸結為與土有關的變形問題2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？29Teton壩概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事?lián)p失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路原因：滲透破壞水力劈裂2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？30Teton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。2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特

11、點 為什么學土力學？31Teton壩11：00左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？32Teton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施。2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？3311：50左右洞口擴大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。Teton壩2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？3411:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下Teton壩2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？3512：00過后坍塌口加

12、寬Teton壩2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？36洪水掃過下游谷底，附近所有設施被徹底摧毀Teton壩2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？37失事現(xiàn)場目前的狀況Teton壩2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？38九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。 2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？39長江堤防工程堤基管涌發(fā)生

13、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，無粘性土體中的細小顆粒，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2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？40管涌砂環(huán)砂性土堤基管涌破壞示意圖管涌破壞當管涌發(fā)生時，滲流將導致向源侵蝕，使堤防基礎下部出現(xiàn)滲流通道當水頭差足夠大時，侵蝕將加速并掏挖堤防基礎。形成通道后極易引起潰決2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？41以上幾個實例可歸結為與土有關的滲透問題2、與土有關的工程問題緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？42土工結構物或地基土強度問題變形問題滲透問題 強度特性 變

14、形特性 滲透特性土力學可以解決工程實踐問題，這正是土力學存在的價值以及我們學習土力學的目的。緒論土力學的概念及特點 為什么學土力學？43土力學發(fā)展的歷史1776 Coulomb 強度定律，土壓力理論1856 Darcy 定律1857 Rankine 新的土壓力理論1925 Terzaghi 有效應力原理及滲透固結理論1936 第一屆國際土力學及基礎工程會議1949 中國土力學研究的興起緒論土力學發(fā)展簡史土力學成為一門獨立學科的重要標志Terzaghi是土力學的奠基人44緒論土力學包括哪些內容？基礎物理性質預備土中應力具體應用土壓力核心滲透特性變形特性強度特性課程內容、要求和學習方法45基礎與主線預備第一章土的組成第二章土的物理性質與分類第三章土的滲透性及滲流第四章土中應力第五章土的壓縮性滲透特性變形特性強度特性緒論課程內容、要求和學習方法第六章地基變形第七章土抗剪強度第八章土壓力第九章地基承載力第十章土坡和地基穩(wěn)定性具體應用46如何學好土力學？注意土的基本特點 - 通過與其它材料對比 注重理論聯(lián)系實際 - 通過現(xiàn)場觀察與試驗注重正確學習方法 - 概念，原理，方法 內容間聯(lián)系 要記憶，但不能死記緒論課程內容、要求和學習方法47課程特點研究實用機理設計公式現(xiàn)場條件經驗修正偽科學？特定條件基本理論工程應用實驗技能理論公式基準不同精度層次應用結果安全性經濟性緒論課程