土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)第0章-緒論課件

1、第0章緒論0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容0.2土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的工程作用0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的發(fā)展史學(xué)習(xí)目標(biāo)了解土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史;理解土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)在土木工程中的作用;掌握土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容。導(dǎo)讀土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)是將土作為建筑物的地基、材料或介質(zhì)來研究的一門學(xué)科,主要研究土體的地質(zhì)特征以及土在荷載作用下的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題,為設(shè)計(jì)與施工提供土的工程性質(zhì)指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法,以及土的工程問題的分析計(jì)算原理。0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容研究對(duì)象：分散土圖0-1地基a)橋梁地基b)房屋地基圖0-2土工構(gòu)筑物a)路堤b)土壩0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容研究對(duì)象：分

2、散土圖0-3地下建筑a)隧道b)地下車庫(kù)0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容土質(zhì)學(xué)屬于地質(zhì)學(xué)范疇,是研究巖石和土的工程地質(zhì)性質(zhì)及其形成和變化規(guī)律的學(xué)科。它是從工程地質(zhì)學(xué)角度研究土,即從工程建筑物與自然地質(zhì)體相互作用、相互制約的角度研究土,它是地質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)和力學(xué)觀點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合,其理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)。0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容土質(zhì)學(xué)研究的主要內(nèi)容：1)土的工程地質(zhì)性質(zhì)的形成和分布規(guī)律,土的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)土的工程地質(zhì)性質(zhì)的影響。2)土的工程地質(zhì)性質(zhì)。包括物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì),如干密度、干濕狀況、孔隙特征、與水相互作用時(shí)表現(xiàn)出的性質(zhì)及在外力作用下表現(xiàn)出的變形和強(qiáng)度特征。0.1土質(zhì)

3、學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容土質(zhì)學(xué)研究的主要內(nèi)容：3)土的工程地質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)試方法和測(cè)試技術(shù)。4)土的工程地質(zhì)分類。5)土的工程地質(zhì)性質(zhì)在自然或人為因素作用下的變化趨勢(shì)和變化規(guī)律。預(yù)測(cè)這種變化對(duì)各種建筑物的危害。6)特殊土的工程地質(zhì)特征。0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容土力學(xué)屬于工程力學(xué)范疇,是運(yùn)用力學(xué)原理,同時(shí)考慮土的分散性特征求得量的關(guān)系,其力學(xué)計(jì)算模型必須建立在現(xiàn)場(chǎng)勘察和實(shí)測(cè)土工程地質(zhì)性質(zhì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,因此土力學(xué)也是一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容土力學(xué)研究的主要內(nèi)容：1)土的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。2)土的強(qiáng)度及土的變形和時(shí)間的關(guān)系。3)土在外荷載作用下

4、的穩(wěn)定性計(jì)算。0.1土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容土質(zhì)學(xué)土力學(xué)吸取土力學(xué)中運(yùn)用的數(shù)學(xué)、力學(xué)等最新理論,研究土的工程地質(zhì)性質(zhì)的本質(zhì)吸取土質(zhì)學(xué)從成因、微觀結(jié)構(gòu)等方面認(rèn)識(shí)土性質(zhì)本質(zhì)的研究成果,研究與工程建筑有關(guān)的土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等力學(xué)問題。0.2土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)的工程作用土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)課程與土木工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和土木工程技術(shù)工作有非常密切的關(guān)系。其對(duì)地基的設(shè)計(jì)、施工,及對(duì)建筑的抗震性能研究都具有重要的作用,對(duì)土木工程的發(fā)展起著舉足輕重的作用。隨著人口不斷密集,人類活動(dòng)的范圍日益狹小,現(xiàn)代工程建設(shè)不得不向高(高層建筑)、深(地下工程)、遠(yuǎn)(高速公路/鐵路)的方向發(fā)展。同時(shí),通過對(duì)不良場(chǎng)地土

5、體改善進(jìn)而進(jìn)行工程建設(shè),可以充分地利用日益緊缺的土地資源。因此土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)在現(xiàn)代交通、土木工程建設(shè)事業(yè)中占有著非常重要的地位。0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史在遠(yuǎn)古時(shí)代,人們就利用土石作為地基和建筑材料修筑房屋。圖0-6半坡村遺址0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史圖0-7趙州石拱橋圖0-8開寶寺木塔0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史作為本學(xué)科理論基礎(chǔ)的土力學(xué)始于18世紀(jì)興起了工業(yè)革命的歐洲。隨著資本主義工業(yè)化的發(fā)展,為了滿足向國(guó)內(nèi)外擴(kuò)張市場(chǎng)的需要,陸上交通進(jìn)入了所謂“鐵路時(shí)代”,因此,最初有關(guān)土力學(xué)的個(gè)別理論多與解決鐵路路基問題有關(guān)。0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史法國(guó)科學(xué)家?guī)靵?Charles Augustin de

6、 Coulomb,17361806)在1773年發(fā)表了論文極大極小準(zhǔn)則在若干靜力學(xué)問題中的應(yīng)用,為土體破壞理論奠定了基礎(chǔ),并且創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式,提出了計(jì)算擋土墻土壓力的滑楔理論。但是,在此后漫長(zhǎng)的150年中,研究工作只是個(gè)別學(xué)者在探索著進(jìn)行,而且只限于研究土體的破壞問題。圖0-9法國(guó)科學(xué)家?guī)靵?.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史1856年法國(guó)科學(xué)家達(dá)西(Henry Philibert Gaspard Darcy,18031858)通過室內(nèi)試驗(yàn)建立了有孔介質(zhì)中水的滲透理論;1857年英國(guó)科學(xué)家朗肯(William John Macquorn Rankine,18201872)提出了建立在土體極

7、限平衡條件分析基礎(chǔ)上的土壓力理論;圖0-10法國(guó)科學(xué)家達(dá)西圖0-11英國(guó)科學(xué)家朗肯0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史1885年法國(guó)著名的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家布辛尼斯克(Joseph Valentin Boussinesq,18421929)和1892年弗拉曼(Flamant)分別提出了均勻的、各向同性的半無限體表面在豎向集中力和線荷載作用下的位移和應(yīng)力分布理論。這些早期的著名理論奠定了土力學(xué)的基礎(chǔ)。圖0-11英國(guó)科學(xué)家朗肯圖0-12法國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家布辛尼斯克0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史20世紀(jì)初隨著高層建筑的大量涌現(xiàn),沉降問題開始突出,與土力學(xué)緊密相關(guān)的學(xué)科彈性力學(xué)的發(fā)展為沉降問題的研究提供了必要的手段

8、,從而為太沙基(Terzaghi)開創(chuàng)的土體變形研究提供了客觀條件。太沙基(Karl Terzaghi,18831963),又譯泰爾扎吉,美籍奧地利土力學(xué)家,現(xiàn)代土力學(xué)的創(chuàng)始人。1923年,太沙基提出了土體一維固結(jié)理論,接著又在另一文獻(xiàn)土力學(xué)原理中提出了著名的有效應(yīng)力原理,從而建立起一門獨(dú)立的學(xué)科土力學(xué)。0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史此后,隨著彈性力學(xué)的研究成果被大量吸收,變形問題的研究越來越成為重要的內(nèi)容。但是,土體的破壞問題始終是當(dāng)時(shí)土力學(xué)研究的主流。這一時(shí)期,在土體破壞理論研究方面的主要成就是:關(guān)于滑弧穩(wěn)定分析方法的建立與完善;關(guān)于極限土壓力的研究和承載力公式的提出;散粒體靜力學(xué)的建立;關(guān)于土體破壞的運(yùn)動(dòng)方程和極限平衡理論的建立。在變形理論方面有:地基沉降計(jì)算方法的建立與完善;彈性地基梁板的計(jì)算;砂井固結(jié)理論;比奧(Biot)固結(jié)理論的提出和完善。0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史雖然在20世紀(jì)50年代已有人對(duì)塑性理論應(yīng)用于土力學(xué)的可能性進(jìn)行過探索,但直到1963年,英國(guó)土力學(xué)家羅斯科(K.H.Roscoe,19141970)發(fā)表了著名的劍橋模型,才提出第一個(gè)可以全面考慮土的壓硬性和剪脹性的數(shù)學(xué)模型,因而可以看作現(xiàn)代土力學(xué)的開端。圖0-14英國(guó)土力學(xué)家羅斯科0.3土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)發(fā)展史經(jīng)過幾十年的努力,現(xiàn)代土力學(xué)漸趨成熟,已在下列幾方面取得重要進(jìn)展:1)非線性模型和彈塑性