清华土力学土力学2绪论
合集下载
土力学与地基基础(1、绪论2、土的三相组成).
1.6 课堂讲授内容
绪论 土的三相组成及土的结构 土的物理性质、水理性质和地基土的工程分类 土中的应力 土的变形性质及地基沉降计算
（续）
土的抗剪强度和地基承载力 土压力和土坡稳定 岩土工程勘察概述 浅基础设计 桩基础 基坑工程 地基处理
1.7 实验教学内容
2.3 土的结构与构造
（1）土的结构－指土粒单元的大小、形状、相互排列及 其联结关系等因素形成的综合特征。土的结构和构造对土 的性质有很大影响。 土的结构分为单粒结构、蜂窝结构及絮凝结构三种基 本类型。
图2.8 土的结构
(a)、(b)单粒结构
(c)蜂窝结构
（续）
单粒结构－由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。全部 由砂粒及更粗土粒组成的土都具有单粒结构。 蜂窝结构－主要由粉粒(0.075～0.005mm)组成的土的结构 形式。蜂窝结构的土有很大孔隙。 絮凝结构-更为细小的粘粒(d<0.005mm)或胶粒 (d<0.002mm)，它们与水作用产生粒间作用力（既有排斥 力也有吸引力），在粒间作用力作用下，土粒或聚粒以边 -边、边-面方式互相联结在一起，形成絮凝状结构。
地基与基础 示意图（一）
地基与基础示意图（二）
1.2 土力学及基础工程学科发展概况
土力学与基础工程既是一门古老的工程技术， 又是一门新型的应用科学。随着社会的发展和生活 上的需要，人类很早就已创造了自己的地基基础工 艺。如都江堰水利工程、万里长城、杭州湾海塘木 桩护岸工程等。但没有系统的理论总结。 18世纪工业革命以后，大规模的城市建设和水 利、铁路的兴建面临着许多与土有关的问题，从而 促进了土力学理论的产生和发展。1773年，法国的 库仑(Coulomb)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度 公式，提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论。1857 年，英国的朗金(Rankine)又从另一途径提出了挡土 墙土压力理论，这对后来土体强度理论的发展起了 很大的促进作用。
《土力学》教学大纲一 课程名称土力学SoilMechanics二 课程编号
《土力学》教学大纲一、课程名称：土力学Soil Mechanics二、课程编号：0406006三、学分学时： 2.5学分/ 40学时四、使用教材：卢廷浩主编，《土力学》，河海大学出版社，2010年五、课程属性：学科基础课/ 必修六、教学对象：地质工程专业本科生七、开课单位：土木与交通学院岩土工程科学研究所八、先修课程：材料力学、水力学等九、教学目标：土是自然产物，土的形成、土的组成、土的结构极为复杂。
《土力学》是研究土的物理力学性质的一门学科。
通过本课程的学习，使学生掌握土的基本物理力学性质。
要求掌握：土的物理指标含义与换算，土体渗流理论，土的压缩固结理论和强度理论。
会进行土体渗流计算与分析、地基应力计算与沉降计算、地基承载力计算、土压力计算和进行土坡稳定分析；掌握常规的土工试验技能和确定计算参数的方法，达到能自由运用土力学的基本原理和方法解决实际工程中与土体有关的稳定、变形和渗流等工程问题，为以后从事专业工作和进行科学研究打下基础。
十、课程要求：本课程采用课程讲授、案例分析等教学方式，实行研究型教学，重点培养学生的基本理论素养和问题分析能力。
因此，本课程要求课前必须阅读教材的相关部分和参考文献；课后按时完成布置的作业。
请到国家精品课程土力学网站下载相关教学资源，并及时进行教学互动交流。
本课程教学环节中包括：八次作业和一次期末考试，要求：各种作业、练习及考试，学生必须独立完成，遵守学术诚信原则。
如果发现抄袭等情况，将取消该项成绩。
十一、教学内容：本课程主要由以下内容组成：第一章绪论（2学时）⏹知识要点：介绍本课程的性质和任务。
如土力学研究的对象，研究内容及方法以及与专业的关系。
⏹重点难点：土力学研究内容及方法。
⏹教学方法：课堂讲授。
第二章土的物理性质指标（4学时）⏹知识要点：土的组成；土的物理性质指标；无粘性土的相对密实度、粘性土的稠度及土的压实性。
⏹重点难点：土的物理性质指标换算，土的物理状态指标的概念及影响因素。
绪论土、土力学、地基及基础的概念
压力理论，这对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用。
瑞典费兰纽斯(Fellenius，1922)为解决铁路坍方提出了土坡稳
定分析法。
通过许多研究者的不懈努力、经验积累，到1925 年，美国太沙基(Terzaghi)在归纳发展以往成就的基 础上，发表了第一本《土力学》(Erdbaumechanik) 专著，1929年又与其他作者一起发表了《工程地质 学》(lngenieurgeologie)。从此土力学与基础工程 就作为独立的学科而取得不断的进展。从1936年至 今，召开了多届“国际土力学与基础工程学术会议。 许多国家和地区也都开展了类似的活动，交流和总结 本学科新的研究成果和实践经验，并定期出版土力学 与基础工程的杂志刊物，这些对本学科的发展都起到 了推动作用。
虎丘塔地质剖面图
渗透破坏－ Teton坝
损失： 直接8000万美元，起 诉5500起，2.5亿美元， 死14人，受灾2.5万人， 60万亩土地，32公里 铁路
概况： 土坝，高90m，长1000m，建于 1972-75年，1976年6月失事
原因： 渗透破坏－水力劈裂
碰头的筒仓
这两个筒仓是 农场用来储存饲料 的，建于加拿大红 河谷的Agassiz （ 阿加西）粘土层上 ，由于两筒之间的 距离过近，在地基 中产生的应力发生 叠加，使得两筒之 间地基土层的应力 水平较高，从而导 致内侧沉降大于外 侧沉降，仓筒向内 倾斜。
2、学习本课程的任务
学习土力学的基本原理和主要概念，运用这些 原理和概念并结合建筑结构设计方法和施工知识， 会分析和计算地基基础问题。
3、方法 理论实践相结合，因为这门课是实践性很强的学 科，仅仅有书本上知识还是远远不够的，必须在实 践锻炼中才能真正提高。 三、本学科的发展概况 国内早期：
土力学绪论
•散粒性：
岩石风化或破 碎的产物，是
非连续体
• 受力以后易变形，强度低 • 体积变化主要是孔隙变化 • 剪切变形主要由颗粒相对 位移引起
•
三相性：
固相-土骨架 液相-水
气相-空气
• 受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担
• 相间存在复杂的相互作用 • 孔隙流体可以流动
•
天然性：
自然界的产物， 存在自然变异性
砂性土
管 砂涌 环口
长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图
管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒， 通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。
以上2个例子可归结为与土有关的渗透问题
5.土力学包括哪些内容防？灾 科 技 学 院
本课程主要内容
基础 物理性质
先导 土中 应力
核心 强度特性 变形特性 渗透特性
土木工程建筑材料 建筑物基础的地基 建筑环境
二、 存在大量与土有关的工程问题:
▪强度问题 ▪变形问题 ▪渗透问题
土力学可以解决工程实践问题，确保工程正常安全的 使用,这正是土力学存在的价值以及我们学习土力学 的目的。
与土强度有关防 灾的科工技 学程院问题
例1.加拿大特朗斯康谷仓
概况：长59.4m，宽23.5m，高 31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基 础，厚61cm，埋深3.66m。1911年 动工，1913年完工，自重2万T。
1998年8月7日13:10发生管涌 险情，20分钟后，在堤外迎 水面找到2处进水口。 又过20分钟，防水墙后的土 堤突然塌陷出1个洞，5 m宽 的堤顶随即全部塌陷，并很 快形成宽约62m的溃口。
溃口原因：堤基管涌
焦点词汇：豆腐渣工程
堤基管涌
渗水
清华大学土力学课件
三、剥蚀
风化后的岩石产物在冰川、风、水和重力作用下，从母岩分离 的现象称为剥蚀。
四、搬运
岩石碎块或岩屑从母岩分离后到达新的平衡位置，称为搬运。 1．搬运方式 （1）风； （2）流水； （3）冰川； （4）雪崩； （5）自然起伏地形形成高差，在自重作用下由高处向低处； （6）人工填运。
2．伴随现象 （1）磨园； （2）进一步的破碎或开裂，这是由于相互碰撞、磨擦或冰
五、海相沉积物
海洋按海水深度不同划分为四个区域，滨海地区是指涨潮时 淹没、落潮时落出的地带；浅海地区称为大陆架，水深0～ 200m，宽度100～200km；陆坡地区水深200～1000m，宽度 200～300km；当水深超过1000m时，为深海地区。不同地区 的沉积物不同。
（1）滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水 平或缓倾斜的层理构造，其强度较高，在砂层中常有波浪作 用留下的痕迹。
(7)稳定土是比较经济的基层材料，他是根据土的物理化学性质提出 的一种土质改良措施；道路一般在车辆的重复荷载作用下工作， 因此需要研究土在重复荷载作用下的变形特性。
(8)在建筑物、桥梁等工程中，地基与基础是建筑物的根基，又属于 地下隐蔽工程，经济、合理的基础工程设计需要依靠土力学基本 理论的支持。
作用；第四系沉积物 教学方法：精讲启发式
绪论
一、土力学的研究对象
土力学是一门研究土的学科，主要解决工程中的土的性质、 强度及稳定性问题。
在工程建设中，土往往做为不同对象来研究。如在土层上修 建房屋、桥梁、道路、铁路时，土是用来支撑上部建筑传来 的荷载，这时土被用作地基；路堤、土坝等土工构筑物，土 又成为建筑材料；地铁、隧道、涵洞等地下工程，土又是地 下结构物周围的介质或环境。
土力学课件清华大学绪论工管
土力学与地基基础
0 绪论
0.1.2 地基和基础 （1）建筑物组成：上部结构、基础和地基，是一整体
上部结构 基础
（a）水闸
（b）柱子
地基
土力学与地基基础
0 绪论
阿联酋迪拜全 球最高的“哈 利法塔 －迪拜 大厦”，162层， 高818m。
土力学与地基基础
0 绪论
918米长的马格德堡水桥位于德国柏林附近的马格德堡，历时6 年，花费5亿欧元建成。确切说它是一座跨越易北河的渠道桥，
0.2.2 国内外工程事故示例
0.2.2.1 变形
Ref：《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》
地基变形特征： ●沉降量
●沉降差
●倾斜
●局部倾斜
0 绪论
土力学与地基基础
（1）倾斜
比萨斜塔
0 绪论
8层55m 直径16m 偏离中心5.27m 倾斜5.5度 修建时间: 1173～1370
●高耸结构 ●地基持力层为 粉砂、下面为粉 土和粘性土；粘 土由南向北变薄
（2）适用范围：砂土、一般粘性土
土力学与地基基础
1.5.4.2 动水力（渗透力）
（1）土颗粒对水流的阻力 F whA
（2）总渗透力为渗透水流
作用在土颗粒上的力，大 小为
J F whA
（3）渗流作用于土骨架单位
体积上的力（单位体积 渗流
力GD、j）为
●大小：
j
J V
whA
●地基的下卧层：持 力层下受荷载影响较 小的土层。
基础
基础底面
附加应力分布 地基持力层 影响深度 地基
地基下卧层 附加应力大小
●天然地基和人工地基
土力学与地基基础
土力学课件(清华大学)土力学绪论
什么是土？
土及土力学有哪些特点？ 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？
一般固体： 液体： 土体（散粒体）：
可保持固定的形状
不具有特定的形状
具有一定但不固 定的形状
土体的特点
碎散性
岩石风化或破 碎的产物，是 非连续体
• 受力以后易变形，强度低 • 体积变化主要是孔隙变化 • 剪切变形主要由颗粒相对 位移引起
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身。
1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m
填筑量：180×106m3
平均厚度：33m
世界最大的人工岛
日本 关西机场
关西机场
问题：沉降大且不均匀
• 设计沉降：5.7-7.5 m
• 完成时(1990年)实际沉降： 8.1 m，5cm/月 • 预测主固结需：20年 • 比设计多超填：3m
可归结为与土有关的 渗透问题
案例总结（三）
土工结构物或地基
强度问题 变形问题 渗透问题
土
强度特性 变形特性 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。
学习土力学的目的
课程绪论：土力学及其特点
什么是土？
土及土力学有哪些特点？ 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？
土壤在自然界的位置
土壤带 腐殖质层 淀积层 母质层
土壤有非常复杂的形成过程，并具有独特 的层状构造。土壤剖面一般包含枯枝落叶 层、腐殖质层、淀积层和母质层四个基本 层次。 传统岩土工程的范畴 风化、搬运、沉积 土壤 地质大循环：岩石 地质成岩作用 生物小循环： 生物活动所造成的土壤 有机质的循环
土力学(二) 课件清华大学 张丙印
§6.3 库仑土压力理论
• 如果墙背不垂直，光滑 • 墙后填土任意 如何计算挡土墙后的土压力？
§3 库仑土压力理论
(一) 主动土压力
当b=d=a=0时，即：
墙背光滑 垂直， 填土表面水平时 与朗肯土压力理论一致
§3 库仑土压力理论
(二) 被动土压力
E库伦
求解方法类似主动土压力 变化,取若干滑裂面,使E最小 dE/d =0, 求得，得到：
Rankine (朗肯)
Conlomb (库仑)
0.49 0.218 0.49 0.22
0.49 0.447
0.218 0.199
0.49 0.218 0.43 0.210
§6.4 朗肯和库仑土压力理论的比较
（三） 计算误差---与理论计算值比较
被动土压力系数 Kp(a=b=0)
d=0
d=/2
d=
D D H
D D
E0
H
_D H
Ea
d
+
D H
1~5% 1~5%0
墙体外移， 土压力逐渐减小， 当土体破坏，达到极 限平衡状态时所对应 的土压力
(最小)
支撑土坡的 挡土墙 填土
E
§1 概述
3. 被支动撑土土坡的 压力
挡土墙
土压力 E
填土 D
D
墙体内移，
填土
E
E
堤岸挡土土压墙 力逐渐增大，
Ep
当土体破坏，
滑裂面方向：与水平夹角45+f/2
sv s
H/3
gHKa
§2 朗肯土压力理论
(一) 填土为砂土
2.被动土压力
H
90+
H/3
45－/2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绪论 Introduction
一、土力学1与2的关系
Soil Mechanics and Foundation Engineering
1 二者的关系 密切相关， “土力学与基础工程” 区别：土力学1 基本原理 土力学2 应用 专业基础课
2 土力学基本原理的广泛应用-举例 3 土力学2的主要内容
大范畴
土力学2的重要性－工期造价
3 工期和造价
•我国一般民用工程造价中基础工程占1/31/4，软土和复杂情况要高于这个比例。桥 梁占50%～70%。 •工期 *人工降水和开挖：清华图书馆，短桩。 *预压固结 *气候影响，降雨引发事故 五道口商场 *施工和测试，如静载试验
土力学2的重要性
二 土力学2的重要性
工期和造价
土力学2的重要性－工程事故
1 工程事故
事故有三类 1) 规范允许的破坏，如自然灾害和地质灾害
导致的超过设计标准的荷载 2) 对特殊情况的认识不足，基本概念不清楚 3) 违背勘察、设计、施工、管理规范
土力学2的重要性－工程事故
1 工程事故
我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程首当 其冲, 因为是隐蔽工程，偷工减料容易。 • 18%以上新建工程为不合格工程，一般病害的机 率为10% - 30%
土力学(2)
Soil Mechanics
张建红
岩土工程研究所 新水利馆204
Email:
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 学岩土工程研究所名义开展相关培 训、讲座，否则将追究法律责 任！！！！
绪论Introduction
一、土力学1与2的关系 二、土力学2的重要性 三、土力学2的特殊性
腐败造成事故
腐败造成事故
腐败造成事故
土力学2的重要性－工程需求
2 土力学2的需求
上天入地下海 探月 月壤 高层建筑, 目前北京上海普遍为25层以上的 高层建筑，有数千栋楼同时在建(地价高)。
入地 地铁 近五年到十年内有飞速发展
下海 平台基础，海底空间站
“大”
“深”
“紧”
上海地区建筑基坑 “近”
1 工程事故 2 土力学2的需求
工期和造价
崔京浩 《伟大的土木工程》 丛书 所有事业中土木工程先行
土力学2的特殊性
三 土力学2的特殊性
1 课程特点：专业基础课 (1)主要内容 (2)实践环节 (3)更新
2 多变性 3 方案与设计的灵活性
土力学2的特殊性－课程特点
1 课程特点：专业基础课 (1)主要内容
王府井大街京广广场
土力学应用－地基基础
土力学应用－地铁
土力学应用－桥梁基础
意大利悬索桥2014年建成 连接西西里－意大利大陆
桥跨度3300m，宽65m，400高双塔，穿过Messina海峡。 锚定块尺寸 100 x 50 x 40m, 能承受0.65g 地震，设计寿 命200年。
土力学应用－海底隧道
土力学应用－地基与基础
国家体育场
土力学应用－地基与基础
国家体育场
位于奥林匹克公园东南部与国家游 泳馆(水立方)相对
土力学应用－地基与基础
国家体育场
屋盖巨型钢珩架(门架型网架)结构由环行布置在看台 外部的24根组合柱支撑，组合柱柱间距35m。
土力学应用－地基与基础
国家体育场
土力学应用－地基基础
岩土工程 Geotechnical Engineering
土力学，岩石力学，工程地质 Soil Mechanics, Rock Mechanics, Engineering Geology
水利 水电 建筑 交通 环境 采矿 农业 海洋
土石坝 基础工程 固体废物 矿井支护 港口工程
土基上闸坝 地下工程 地下水 矿石采运 海洋平台
土力学应用－地基与基础
143m 212m
46m 国家大剧院
三个主厅
歌剧厅 电影厅 音乐厅
土力学应用－地基与基础
国家大剧院
排桩加锚杆
连续墙加锚杆
土力学应用－地基与基础
－26m
－32.5m
土力学应用－地基与基础
土力学应用－地基与基础
土力学应用－地基与基础
国家体育场
2008年北京第29届 奥运会主体育场， 承担开、闭幕式和 田径比赛等主要赛 事。 “鸟巢”方案， 建筑面积25万m2， 观众席10万个，临 时坐席2万个。世 界最大。
Jackup Platform for drilling (short-term)
土力学2的重要性－工程事故
某谷仓的地基整体破坏
土力学2的重要性－工程事故
Landslide
Courtesy: Government of the Hong Kong Special Administrative Region
土力学2的重要性－工程事故
1964年日本新泻(Niigata)地震地基的大面积液化
土力学2的重要性－工程事故
长江堤防工程
土力学2的重要性
1998年8月7日九江大堤因管涌溃决
腐败造成事故
1993
马来西亚富人住宅
腐败造成事故
腐败造成事故
The rising dust is mainly from the crushing of the concrete
Høgsfjord crossing
Tunnel held down by anchors and tethers
Length: 1400 m
Max. water depth: 155 m
Max土力学应用－海洋平台
课程主要内容
挡土结构土压力 边坡稳定分析 地基勘察
•基础工程中设计失误40%, 施工问题60%,包括 *勘探不清 *地基基础方案不当， *不均匀沉降 *管理混乱：无照设计，偷工减料，层层转包回扣，
技术力量不足
土力学2的重要性－工程事故
Failure of Payatas Landfill, Philippines (2001)
土力学2的重要性－工程事故
为什么-基本原理，基本原理相对不变 怎么做：依据规范，规范是行业的法律，代 表人们目前的认识水平
堤岸挡土墙
填 土
E
地基承载力
天然地基上的浅基础
桩基础
地基处理
绪论 Introduction
一、土力学1与2的关系
1 二者的关系 土力学基本原理－土力学2－工程应用
2 土力学基本原理的广泛应用
3 本学期土力学2的主要内容－7章内容
土力学2的重要性
二 土力学2的重要性 1 工程事故 2 土力学2的需求