中南大学土力学与基础工程土力学1绪论
土力学与基础工程
土力学与基础工程
土力学与基础工程是一门研究岩石、土壤以及土-结构物系统结构性能和反应研究的重要
领域。
它有助于更好地了解岩土体和基础的性质、变形、破坏机制，并将其有效地应用于工程设计和施工管理控制中。
土力学的研究应用于土木、城市道路、桥梁、港口、绿化等
基础工程中。
早期的土力学研究更多的是以试验的形式进行，通过物理试验室试验研究岩土的物理性质，进而通过实验数据推导岩土构件的变形及破坏机制，并以此利于工程设计和施工管理控制。
现阶段，土力学研究不断突破试验界限，结合计算机建立仿真实验，既具有直观性又具有可靠性，通过模拟和数据库，使现代工程建设工作能更好地获取到材料土木施工中的变形
和破坏特性。
土力学被广泛应用于基础工程的性能设计、分析、施工实施和整体维修中，不仅能大大提
高工程施工和检测的质量，而且能实现从技术上节约资源，提高工程安全性等。
总之，土
力学与基础工程是一种极具前景的技术，具有广阔的应用前景。
土力学与基础工程复习重点
土力学与基础工程复习重点第一章绪论（1）地基:支承基础的土体或岩体。
（2）天然地基：未经人工处理就可以满足设计要求的地基。
（3）人工地基:若地基软弱、承载力不能满足设计要求，则需对地基进行加固处理。
（4）基础：将结构承受的各重作用传递到地基上的结构组成部分。
第二章土的性质及工程分类（1）土体的三相体系：土体一般由固相(固体颗粒）、液相（土中水）和气相(气体）三部分组成。
（2）粒度:土粒的大小。
（3）界限粒径：划分粒组的分界尺寸。
（4）颗粒级配:土中所含各粒组的相对量,以土粒总重的百分数表示。
（5）土的颗粒级配曲线.（6）土中的水和气（p9)（7）工程中常用不均匀系数和曲率系数来反映土颗粒级配的不均匀程度。
不均匀系数反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数描述了级配曲线分布整体形态。
工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：1.对于级配连续的土：,级配良好：,级配良好。
2.对于级配不连续的土，级配曲线上呈台阶状(见图2。
5曲线C）,采用单一指标难以全面有效地判断土的级配好坏，同时需满足和两个条件时，才为级配良好，反之则级配不良。
颗粒分析实验：确定土中各个粒组相对含量的方法称为土的颗粒分析实验。
对于粒径大于0.075mm的粗粒土，可用筛分法。
对于粒径小于0。
075mm的细粒土，则可用沉降分析法（水分法）。
（7）土的物理性质指标三个基本实验指标1.土的天然密度土单位体积的质量称为土的密度（单位为)，即。
(2。
10）2.土的含水量土中的水的质量与土粒质量之比(用百分数表示）称为土的含水量,即。
（2.11)3.土粒相对密度土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比，称为土粒相对密度，即（2.12）反映土单位体积质量（或重力)的指标1.土的干密度土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，并以表示:。
（2.13）2.土的饱和密度土孔隙中充满水的单位体积质量，称为土的饱和密度，即, （2。
14）式中为水的密度,近似取3.土的有效密度（或浮密度）在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度，即。
土力学及基础工程复习题及参考答案
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案土力学与基础工程一、填空题：1.土的结构一般有____、____、____和____四种，其中____结构是以面～边接触为主的。
2.用三轴试验测定土的抗剪强度指标，在其它条件都相同的情况下，测的抗剪强度指标值最大的是试验，最小的是试验。
3.桩按受力性状分为、和三种。
4.常水头渗透试验适用于__ _ 土，变水头试验适用于__ 土。
5.按墙体的位移条件不同，土压力分为______ 、______ 和 ______三种类型。
6.地基极限承载力随土的内摩擦角增大而，随埋深增大而。
7.饱和土的渗透固结过程是土中孔隙水压力逐渐，而有效应力相应的过程。
8.按桩的施工方法桩可分为__ _桩和__ 桩。
9.渗透变形包括和两种基本形式。
10.就与建筑物荷载关系而言，地基的作用是荷载，基础的作用是荷载。
11.通常可以通过砂土的密实度或标准贯入锤击试验的判定无粘性土的密实程度。
12.按剪切速率的不同，直接剪切试验可分为试验、试验和试验三种方法。
13.粘性土的界限含水量有、和。
14.地基的变形可分为三个阶段：即、、。
15.与一般的连续材料相比，土具有 ______、 ______、 ______和______。
16.按设计施工情况可将地基分为_______地基和_______地基。
17.粘性土抗剪强度的库仑定律表达式为；土的含水量增加，土的粘聚力C ，强度降低。
18.建筑物地基变形的特征可分为、、和________四种。
19.《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）把粘性土根据液性指数的大小划分为、、、和五种软硬状态。
20.按引起土中应力的荷载不同通常将土中应力分为和两种类型。
21.地基的最终沉降量的计算方法有法和法两种。
22.朗肯土压力理论和库仑土压力理论都是计算_____状态下的土压力。
若用于计算挡土墙在外力作用下向填土方向产生移动后该种状态的土压力，则称为______土压力。
《土力学与基础工程》课程标准
《土力学与基础工程》课程标准
一、课程基本信息
二、课程的性质、目的和任务
1.课程性质：
本课程是为道桥工程技术专业开设的必修专业基础课程，具有较强的理论性和实践性，通过教与学，使学生正确理解土力学的基本概念和基本原理，并能综合运用这些原理和概念，掌握地基沉降计算、土压力计算及土坡稳定分析等基本理论和方法。
培养学生具有初步解决一般土力学问题的能力，为学习后续课程打下坚实的理论基础。
2.目的和任务：
进行土体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。
三、课程教学的基本要求
四、课程的教学重点和难点、学时分配
教学重点：计算与沉降计算、地基承载力计算、土压力计算、常规的土工试验技能和确定计算参数的方法。
教学难点：土中应力计算、地基沉降计算，土压力的分类计算、土力学在工程中的综合应用。
课程学时分配一览表
五、相关课程的衔接
学习前应完成《土质学》《建筑材料》《工程力学》《工程制图》课程的学习，后续课程为《公路工程》《桥梁工程》。
六、其它
考核方式为理论考核+过程考核。
考核内容除了考查学生对该门课程基础知识的掌握情况以外，增加了应用、创新知识的考核，考查学生运用所学课程知识分析问题和解决问题的能力。
课程成绩采用百分制。
其中：平时成绩占50%：（课堂表现、出勤占10%，课程设计成绩占20%、学习评价手册20%）、期末考试成绩占50%。
土力学—绪论
绪 论
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上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 力 学
• 地基（Ground） 由于建筑物 的修建，使一定范围内土层的 应力状态发生变化，这一范围 内的地层称为地基。 • 基础（Foundation）指与地基 接触的建筑物下部结构。 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两部 期地质营力作用风化后覆盖在地 表上的没有胶结或胶结很弱的碎散矿物颗粒集合体。 • 土具有成层性。物质组成、物理化学状态基本一致， 工程性质大体相仿的同一层土称为土层。
力• 学
由若干厚度不等、性质各异、以一定上下层序组合在 一起的土层集合体称为土体。
• 土的基本特性：松散性、孔隙性、多相性及自然变异 性 • 土力学研究对象：与工程建设有关的土
绪 论
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三、土力学发展简史与趋势
土 力 学
• 十八世纪中叶以前的很长一个时期，土力学停留在经 验积累的感性认识阶段 • 至本世纪二十年代，理论提高阶段 • 1925年美国的K.Terzaghi发表了第一部《土力学》专著， 形成独立学科的阶段
绪 论
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土力学的发展趋势
绪 论
土 力 学
一、土力学的研究对象
• 土力学（Soil mechanics）是研究土的碎散特性 及其受力后的应力、应变、强度、稳定和渗透 等规律的一门学科。 • 它以力学和工程地质学的知识为基础，研究与 工程建筑有关的土的变形和强度特性，并据此 计算土体的固结与稳定，为各项专门工程服务。
绪 论
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绪 论
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加拿大特郎斯康谷仓地基破坏事故
土 力 学
谷仓地基破坏原因： • 事后进行勘查分析，发现基 底之下为厚十余米的淤泥质 软粘土层。 • 地基的极限承载力为251kPa， 而谷仓的基底压力已超过 300kPa，从而造成地基的整 体滑动破坏。 • 基础底面以下一部分土体滑 动，向侧面挤出，使东端地 面隆起。
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：
土力学与基础工程参考答案
土力学与基础工程参考答案1. 引言土力学是土木工程中非常重要的学科，它研究土体的物理特性和力学行为。
基础工程是土木工程中的一个重要分支，它涉及到建筑物和结构的基础设计和施工。
本文将介绍土力学和基础工程的基本概念，讨论相关的理论和方法，并提供一些参考答案，帮助读者更好地理解和应用这些知识。
2. 土力学基本理论土体是一种复杂的多相材料，它的物理特性和力学行为受到多种因素的影响。
土力学的基本理论提供了一种理解和描述土体行为的框架。
2.1 土体物理性质土体的物理性质包括土粒的颗粒大小分布、孔隙度、含水量等。
这些性质直接影响土体的力学行为。
例如，土粒的大小分布决定了土体的孔隙结构，进而影响了土体的透水性和渗透性。
2.2 应力和应变土体受到外部荷载的作用时会发生变形，这种变形可以通过应力和应变来描述。
应力是单位面积上的力，应变是长度的变化与原始长度的比值。
根据土体的不同行为特点，可以将应力和应变分为弹性、塑性和黏弹性等不同阶段。
2.3 孔隙水压力和饱和度土体中普遍存在着水分，水分对土体的力学行为有很大的影响。
孔隙水压力是指土体中水分的压力，它取决于土体的饱和度和水分的渗透能力。
饱和度是指土体中孔隙空间被水填充的程度。
2.4 土体的力学行为土体在受到外部作用时会发生变形，这种变形可以分为弹性、塑性和流变等。
弹性变形是指土体在外力作用下能够恢复原状的变形，塑性变形是指土体在外力作用下不能恢复原状的变形，流变是指土体在外力作用下发生流动的变形。
3. 基础工程基本理论基础工程是土木工程中的一个重要分支，它涉及到建筑物和结构的基础设计和施工。
基础工程的基本理论包括基础类型、基础设计和基础施工等。
3.1 基础类型常见的基础类型包括浅基础和深基础。
浅基础是指基础底部与地面之间的深度较小的基础，包括承台、独立柱基、隔震基础等。
深基础是指基础底部与地面之间的深度较大的基础，包括桩基、井基等。
3.2 基础设计基础设计是根据建筑物或结构的荷载要求和土壤的力学特性来确定基础的尺寸和形式。
土质学与土力学_绪论
剥蚀
搬运
沉积
土的主要特征： • 分散性：土是由固体颗粒及孔隙组成的分散体系，土粒间 无联结或有微弱的联结。 • 复杂性：土的性质与成因有关，各地的异差较大，其性质 极易受外界环境的变化（如温度、含水量等）的影响。 • 易变性：土的强度低，易变形。 由此产生： • 渗透性：水可在土的孔隙中流动。 • 压缩性：孔隙中水和气在受外力时可排出，孔隙体积减小。 • 抗剪性：孔隙中土粒的错位主要发生在联结处。
土质学理性质及工程分类 粘性土的物理化学性质 土中水的运动规律 土中应力计算 土的压缩及沉降计算 土的抗剪强度理论 挡土墙土压力计算 土坡稳定分析 地基承载力
土的动力特性
土的勘察及勘察报告
一、土质学及土力学的研究对象
土质学及土力学是一门研究土的细微观结构特性及其在 工程建筑荷载作用下的应力、变形、强度、渗流及长期稳定 性问题。 在工程建设中土作为不同的研究对象： •地基 •建筑材料 •介质（实际上是结构和荷载） 土是岩石风化后的松散沉积物，是具有土粒骨架孔隙特 性的松散介质。 土的形成： 岩石风化
随着生产力的提高和现代科学技术的不断发展，各学科 之间相互渗透、交叉、融合已成为现代科学技术发展的趋势。 本来土质学与土力学就密不可分，土质学从细微观研究土的 性质，土力学从宏观研究土的工程力学特性，所以本着微观 解释宏观，宏观指导微观的观点，我们的土质学与土力学才 能显示强大的生命力。同时该学科也还应该广泛的吸收现代 数学、测试技术等学科的先进成果，不断地充实强大该学科 的研究能力和范围，为国民经济建设服务。 另外，在基础工程和土力学也是密不可分，研究基础工 程，必涉及到大量的土力学问题，所以它们是一对孪生姐妹， 讲土力学必联系到基础工程，讲基础工程时，必用到土力学， 所以要学好土力学，必须参照基础工程的相关内容。
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失事后 1913.10.18
1952.10.5 试验孔 -4.27 -13.72
原因：谷仓的地基承载力 按邻近结构物基槽开挖取 土试验结果计算。1952年 经勘察试验与计算，地基 实际承载力远小于谷仓破 坏时发生的基底压力。因 此谷仓地基因超载发生强 度破坏而滑动。
处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩， 使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来， 但其位置比原来降低了４米。
阪神大地震中地基液化
1964年日本新泻地震地基的 大面积液化
泥石流室外试验
时间：1971年11月9-11日
地点：神奈川县川崎市生
研究机构：地质研究所(通产省) 消防研究所(自治省) 土木研究所(建设省) 防灾科学技术中心(科技厅)
• 相间存在复杂的相互作用 • 孔隙流体流动
• 天然性 自然界的产物， • 非均匀性
存在自然变异性 • 各向异性 • 时空变异性
• 碎散性 • 三相性 • 天然性
• 渗透特性 • 变形特性 • 强度特性
物理力学 特性复杂
土力学与他学科的比较
学科
研究对象
理论力学 质点或刚体
材料力学 单个弹性杆件（杆、轴、梁）
加拿大特朗斯康谷仓
1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米 残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高 层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并 砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡６7人。
原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗 使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土 的强度，于是山坡土体发生滑动。
土力学的发展历史
1773 Coulomb（后Mohr发展）：摩尔-库仑强度理
论
有关土力学的第一个理论
1776 Coulomb：库仑土压力理论 1856 Darcy：达西渗流 定律
萌 芽 时
1857 Rankine ：朗肯土压力理论
期
1920 Prandtl：普朗特极限承载力公式
1921-1923 Terzaghi：有效应力原理及固结理论 古
绪论：土力学及其特点
什么是土？ 土及土力学的特点？ 学习土力学的重要性？ 土力学的研究内容？ 土力学的发展方向？
土的一般概念
土，地之生万物者也。‘二’象地之 上，地之中；‘|’物出形也。
- 《说文解字》
土字包括：地上植物部分、表土层、 植物地下部分和底土层四个层次。
土地系指由地形、水文、局地气候、 岩石圈的上层、土壤和生物有机体等 相互作用组成的自然地域综合体，是 地球表层历史发展的产物。
结构力学 若干弹性杆件组成的杆件结构
弹性力学 弹性实体结构或板壳结构
水力学 不可压缩的连续流体（水）
土力学 天然的三相碎散堆积物
连续固体
连续流体 碎散材料
土力学的特点
连续介质力学 的基本知识
描述碎散体 特性的理论
实验规律及工 程实践经验
土力学
研究土的物理、化学和力学性质以及 土体在荷载、水、温度等外界因素作 用下工程性状的应用科学。
- 管仲
土壤的剖面和形成
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
地质大循环：岩石
土壤
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
风蚀蘑菇 高山下的冲积锥群
事故：
1913年9月开始装谷物， 至10月17日共装入3万多Ｔ 谷物，但此时发生破坏： • 1小时竖向沉降达30.5cm • 24小时倾斜26°53ˊ • 西端下沉7.32m
东端上抬1.52m • 上部钢混筒仓完好无损
加拿大特朗斯康谷仓
-0.61
1952.10.3 试验孔
-12.34
填土 褐色粉质粘土 灰色粉质粘土
土壤在自然界的位置
生物圈
大气圈
土壤圈
风化物
地下水 水圈
岩石圈
土壤是岩石圈、大气圈、水 圈和生物圈综合作用形成的 产物。其上界通常是绿色植 物层顶，下界达植物根分布 层。其垂直范围，恰好是岩 石圈的上层、大气圈的下层、 水圈及生物圈相互接触的地 方，是生物生命及人类生产 活动最集中的地方。
“地者，万物之本原，诸 生之根苑也”
土体的特点
一般固体： 液体： 土体（散粒）：
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
• 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
• 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
1925 Terzaghi ：出版《土力学》
典
土力学成为一门独立学科的标志
时
1936 第一届国际土力学及基础工程会议
期
1960’s后 现代土力学
现
代
绪论：土力学及其特点
什么是土？ √ 土及土力学的特点？ √ 学习土力学的重要性？ 土力学的研究内容？ 土力学的发展方向？
土力学的重要性
土是工程中应用最广泛的建筑材料。由土层所 构成的广袤大地
• 是工程建设的基地 • 是建筑物的地基 • 是地下建筑的环境 • 为土工构筑物提供填筑材料
因此，对土工程性质认识的偏差可能会导致损 失巨大的事故。
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。1913年完工，自重2万T。
岩石因物理 风化作用破 碎，在重力 作用下堆积 到山脚
黄河冲积三角洲
土的形成过程
工程与土力学中的土
地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用 而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结 很弱的颗粒堆积物。
砾石料 卵 石
砂
（人工破碎）
粘土
绪论：土力学及其特点
什么是土？ √ 土及土力学的特点？ 学习土力学的重要性？ 土力学的研究内容？ 土力学的发展方向？
香港宝城滑坡
香 港 宝 城 滑 坡 现 场
Early 1972 滑坡前 July 1972 滑坡后
液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变
成流动状态的一种现象
神户码头：
地震引起大面积砂 土地基液化后产生 很大的侧向变形和 沉降，大量的建筑 物倒塌或遭到严重 损伤
阪神大地震中的地基液化
地基液化造成的路面塌陷