土力学—绪论
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土力学 绪论
二、土谷力仓学地在工基程土建事设先（未包括进港行口调航查道研与究海岸，工据程邻专近业结）中构的物重基要槽性。 开挖试验结果，计算地基承（载8力） 为352kPa，应用到此谷仓。 1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为 （193.8-276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力 329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。
根四据《、梦本溪学笔谈科》的记国载，内北外宋发初著展名概木况工喻（皓4（）公元
989年）在建造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风， 便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力 的长期断续作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考 虑到建筑物地基的沉降问题了。
墙内竖有 四、本学科的国内外发展概况（5） 木柱
三、本课程的学习目的、学习方法和要求 内容：土性、渗透、（应２力、）变形、强度、土压
力、土坡、承载力
学习要求：土力学-专业基础课，共54学时，讲 +习+实=38+8+8
学习方法：要转变（中学-大学基础-大学专业 部分）选一位课代表：教-学相长
成绩三：、考本试课课程=的期学终习考目试的+作、业学+习试方验法报和告要。求本（门３课）是一门专 业基础课，在学习方法上要注意，课前要预习，听课时可 以抓住重点。 大纲规定：土力学为考试课。 大课：56学时，讲课学时（40） 习题、讨论课：8学时
二地、基土基力础学在的工事程故建一设般（包容括易港在口下航面道两与海个岸方工面程发专生业）：中的重要性。
（２7）
• 地基的变形较大，包括沉降量、沉降差倾斜和局部倾斜 超过了人们所能接受的程度。
• 地基的强度问题：当建筑物荷载超过地基承载力时，地 基在外荷作用下有可能发生失稳，产生剪切破坏。
高等土力学笔记
第一章绪论一、土力学的研究对象土土体土：天然的地质材料。
岩石：经过风化、搬运/迁移、沉积变成了土。
土是第四纪沉积物，由岩石碎块、矿物颗粒、粘土矿物组成的松散集合体。
土的基本性质：非均质，不连续，各相异性，抗拉强度低，（tension weak）松散性，孔隙性，多相性，在渗流压力下的破碎性，力学压缩性，渗透性。
土力学的研究内容：1、土的工程特性。
2、土工建筑物的变形固结和稳定性。
学科特点：综合性强、经验性强、地区性强（区域土、特殊土）。
土质学是从地质学的角度出发研究土的组成成分、成因、变形机理、强度及其相互关系，并以求能进一步改善土质。
土力学是从工程力学的角度，通过实验来建立物理方程和分析工程特性，即，由控制方程得到土体的应力分布、变形及稳定性。
土力学发展简史沈珠江先生指出现代土力学应该由一个模型、三个理论和四个分支组成，一个模型是指土的本构模型；三个理论是指非饱和土固结理论、液化破坏理论和逐渐破坏理论；四个分支是指理论土力学、计算土力学、试验土力学和应用土力学。
液化破坏理论：动态液化、静态液化、稳定状态稳态强度。
二、土的变形与强度特性1、一般连续介质材料的变形特征（1）、弹性线性弹性、非线性弹性，所谓弹性就是说卸载后没有残余变形，加卸载都是同一路径即沿原曲线回到原点。
弹性的特点：①、加卸载同径，无残余变形 ②、应力应变一一对应③、线弹性时叠加原理成立 ④、与应力路径及应力历史无关σ=E ε；τ=G τ；γ=E/2(1+μ)。
σij p (平面应力) εV (体积应变) εijq (广义剪应力)γ(剪切应变)由上图知：对于弹性材料，剪应力与体积应变无关，而正应力与剪切应变也无关；即平面应力p 于广义剪应变γ无关，广义剪应力q 与体积应变εV 无关。
三向应力状态下的广义胡克定律为：εX = ［σX — γ ( σY +σZ )］/E γxy = τXY /G 体积变形模量（Bulk Modulus ）：m v vpK σεε==, 3m v m K K σεε==。
土力学绪论
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这是举世闻名的建筑物倾斜的典型 实例。 比萨斜塔于１１７４年动 工兴建，１３５０年完工，为８层 圆柱形建筑，全部用白色大理石砌 成，塔高５４．５米，塔身墙壁底 部厚约４米，顶部厚约２米余，塔 体总重量达１．４２万吨。在底层 有圆柱１５根，中间六层各３１根， 顶层１２根，这些圆形石柱自下而 上一起构成了八重２１３个拱形券 门。整个建筑，造型古朴而灵巧， 为罗马式建筑艺术之典范。钟置于 斜塔顶层。塔内有螺旋式阶梯２９ ４级，游人由此登上塔顶或各层环 廊，可尽览比萨城区风光 。
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而作为本学科理论基础的土力学的 发端， 发端，始于十八世纪兴起了工业革 命的欧洲。 命的欧洲。随着资本主义工业化的 发展， 发展，为了满足向国内外扩张市场 的需要，陆上交通进入了所谓" 的需要，陆上交通进入了所谓"铁路 时代" 因此， 时代"，因此，最初有关土力学的个 别理论多与解决铁路路基问题有关。 别理论多与解决铁路路基问题有关。
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隋朝石工李春所修建成的赵州 石拱桥，造型美观，至今安然无恙。 石拱桥，造型美观，至今安然无恙。 桥台砌置于密实的粗砂层上， 粗砂层上 桥台砌置于密实的粗砂层上，一千 三百多年来估计沉降量约几厘米。 三百多年来估计沉降量约几厘米。 现在验算其基底压力 500-600kpa 基底压力约 kpa， 现在验算其基底压力约500-600kpa， 这与现代土力学理论给出的承载力 值很接近。 值很接近。
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天然地基浅基础的设计
1）、独立基础设计 ）、独立基础设计 包括独立的刚性基础、扩展基础的结构 包括独立的刚性基础、 构造设计与地基设计与验算。 构造设计与地基设计与验算。 ）、梁板式基础的简化计算 2）、梁板式基础的简化计算 主要介绍柱下条形基础设计的两种方 倒梁法、静定分析法。 法：倒梁法、静定分析法。 3）地基上梁与板的分析 弹性地基模型， 介绍三种弹性地基模型 重点介绍文克勒 介绍三种弹性地基模型，重点介绍文克勒 地基模型。 地基模型。
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这是举世闻名的建筑物倾斜的典型 实例。 比萨斜塔于１１７４年动 工兴建，１３５０年完工，为８层 圆柱形建筑，全部用白色大理石砌 成，塔高５４．５米，塔身墙壁底 部厚约４米，顶部厚约２米余，塔 体总重量达１．４２万吨。在底层 有圆柱１５根，中间六层各３１根， 顶层１２根，这些圆形石柱自下而 上一起构成了八重２１３个拱形券 门。整个建筑，造型古朴而灵巧， 为罗马式建筑艺术之典范。钟置于 斜塔顶层。塔内有螺旋式阶梯２９ ４级，游人由此登上塔顶或各层环 廊，可尽览比萨城区风光 。
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而作为本学科理论基础的土力学的 发端， 发端，始于十八世纪兴起了工业革 命的欧洲。 命的欧洲。随着资本主义工业化的 发展， 发展，为了满足向国内外扩张市场 的需要，陆上交通进入了所谓" 的需要，陆上交通进入了所谓"铁路 时代" 因此， 时代"，因此，最初有关土力学的个 别理论多与解决铁路路基问题有关。 别理论多与解决铁路路基问题有关。
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隋朝石工李春所修建成的赵州 石拱桥，造型美观，至今安然无恙。 石拱桥，造型美观，至今安然无恙。 桥台砌置于密实的粗砂层上， 粗砂层上 桥台砌置于密实的粗砂层上，一千 三百多年来估计沉降量约几厘米。 三百多年来估计沉降量约几厘米。 现在验算其基底压力 500-600kpa 基底压力约 kpa， 现在验算其基底压力约500-600kpa， 这与现代土力学理论给出的承载力 值很接近。 值很接近。
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天然地基浅基础的设计
1）、独立基础设计 ）、独立基础设计 包括独立的刚性基础、扩展基础的结构 包括独立的刚性基础、 构造设计与地基设计与验算。 构造设计与地基设计与验算。 ）、梁板式基础的简化计算 2）、梁板式基础的简化计算 主要介绍柱下条形基础设计的两种方 倒梁法、静定分析法。 法：倒梁法、静定分析法。 3）地基上梁与板的分析 弹性地基模型， 介绍三种弹性地基模型 重点介绍文克勒 介绍三种弹性地基模型，重点介绍文克勒 地基模型。 地基模型。
土力学-绪论 张丙印30页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
30
土力学-绪论 张丙印
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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：
土力学课件 绪论
Soil Mechanics Chapter 0 introduction
（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
地基的沉降及不均匀沉降（墨西哥城）
Soil Mechanics Chapter 0 introduction
（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
以上几个实例可归结为与土有关的
1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m
1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工
1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工
原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土 和粘土层，强度较低，变形较大。
Soil Mechanics Chapter 0 introduction
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，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。
Soil Mechanics Chapter 0 introduction
香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(死67 人、 伤20人)
Soil Mechanics Chapter 0 introduction
（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
B.香港宝城滑坡
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。
Soil Mechanics Chapter 0 introduction
（4）为什么要学习土力学？
１．土的工程应用 土工建筑材料 建筑物基础之地基 建筑环境
第一章土力学 绪论
The Father of Soil Mechanics
Karl von Terzaghi (1923-1963 )
' u
Terzaghi, a geologist. He won the Norman Medal of ASCE four times. He was given nine honorary doctorate degrees from universities in eight different countries.He started modern soil mechanics with his theories of consolidation, lateral earth pressures, bearing capacity, and stability.
A. W. Skempton
u B3 A(1 3)
A.W. Skempton was a well-respected and accomplished professor at Imperial College in the University of London
Henry Philibert Gaspard Darcy (1803-1858)
❖土的物理性质和工程分类 ❖土的渗透性和渗流 ❖土体中的应力计算 ❖土的压缩性和地基沉降计算 ❖土的抗剪强度 ❖土压力 ❖土坡稳定分析 ❖地基承载力
土力学发展史
本学科理论基础的发端，始于18世 纪兴起厂工业革命的欧洲。那时。随着资 本主义工业化的发展，工场手工业转变为 近代大工业，建筑的规模扩大了。为了满 足向国内外扩张市场的需要，陆上交通进 入了所谓“铁路时代”。因此，最初有关 土力学的个别理论多与解决铁路路基问题 有关。
土质学与土力学绪论
土力学武汉理工大学胡幼常Email: huyouchang@12土力学是研究土的力学土力学是研究土的力学，，它是力学的一个分支它是力学的一个分支，，其研究对象是土其研究对象是土。
一、土的工程定义土是地壳表层母岩经受强烈风化的产物土是地壳表层母岩经受强烈风化的产物，，是各种矿物颗粒的集合体是各种矿物颗粒的集合体。
二、土的基本特征1. 多孔性—土体内部存在大量孔隙土体内部存在大量孔隙。
2. 散体性—颗粒间的联结强度远低于颗粒本身的强度。
研究土的意义—所有的建筑都植根于岩土构成的地基之上之上，，因此有岩石力学和土力学此有岩石力学和土力学。
3三、土的用途1. 作为地基作为地基（（称为基土称为基土）：）：）：如房屋如房屋如房屋、、桥梁桥梁、、堤坝堤坝、、码头等的基础2. 作为建筑材料作为建筑材料（（称为土料称为土料）：）：）：如堤坝如堤坝如堤坝、、路堤等路堤等。
3. 作为建筑物的周围介质作为建筑物的周围介质：：如地下管道如地下管道、、隧道隧道、、地铁地铁、、沟渠等沟渠等。
四、土力学的任务利用力学知识利用力学知识，，运用试验手段运用试验手段，，研究土的强度研究土的强度、、变形的规律变形的规律。
4五、土力学的基本内容1. 土的物理性质2. 土的基本力学性质3. 土力学基本原理4. 用土力学分析和计算地基基础等工程问题5. 地基处理六、学习土力学应注意的问题1. 充分认识土的多孔性和散体性充分认识土的多孔性和散体性，，将土的力学特性与一般连续介质的力学特性区别开来介质的力学特性区别开来。
2. 土力学的理论尚未形成完善的力学体系完善的力学体系，，注意各种理论所作的基本假定的基本假定，，掌握其适用条件掌握其适用条件。
3. 注重试验的重要性注重试验的重要性，，掌握几种基本土工试验的操作方法和试验步骤试验步骤，，注意培养自己的试验操作技能和对试验现象进行分析和总结的能力分析和总结的能力。
5六、土力学发展简史1773年法国工程师Coulomb 发表论文发表论文《《极大极小准则在若干静力学问题中的应用学问题中的应用》》为开端为开端。
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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。
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比萨斜塔倾斜原因及治理措施
土 力 学
比萨斜塔治理措施及结果 • 在斜塔北侧的塔基下码放了 数百吨重的铅块，并使用钢 丝绳从斜塔的腰部向北侧拽 住，还抽走了斜塔北侧的许 多淤泥，并在塔基地下打入 10根50米长的钢柱。 • 历时10年半的比萨斜塔拯救 工作已全部结束。纠偏校斜 43．8厘米，除自然因素外， 可确保3个世纪内不发生倒 塌危险。
绪 论
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绪 论 第3页/共15页
土 力 学
• 作为建筑地基、建筑介质或建筑材料的地壳表 层土体是土力学的研究对象。 • 土力学不仅研究土体当前的性状，也要分析其 性质的形成条件，并结合自然条件和建筑物修 建后对土体的影响，分析并预测土体性质的可 能变化，提出有关的工程措施，以满足各类工 程建筑的要求。 • 土力学是一门实践性很强的学科，它是进行地 基基础设计和计算的理论依据。
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比萨斜塔倾斜原因及治理措施
土 力 学
比萨斜塔倾斜情况及原因 • 基础建立在一半是软粘土 一半是砂卵石的地基上。 由于次固结作用产生倾斜。 • 塔高56.7m。近一个世纪 以来，塔已向南倾斜了大 约30厘米，斜度达到8度， 塔身超过垂直平面5.1米。 • 1990年停止开放。按南侧 每年沉降1.4mm推算， 2003或2004年斜塔可能倒 塌。
绪 论
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二、土力学研究内容与方法
土 力
• 土力学是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。
有效应力原理
应力分布理论
渗透固结理论
强度破坏理论
学
地基变形计算 土压力计算 土坡稳定性分析 地基承载力计算
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土 力 学
绪 论
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加拿大特郎斯康谷仓地基破坏事故
土 力 学
谷仓地基治理措施： • 在地基中做了70多个支承 于深16m 基岩上的混凝土 墩，使用了88个50kN的千 斤顶和支承系统，才把仓 体逐渐纠正过来然而谷仓 位置比原来降低了4m。
绪 论
第10页/共15页
土 力 学
• 土和其它材料一样，受力后将发生变形。如果 这种变形超过了一定的限度，就会使建筑物损 坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。 • 如果土受力超过了它所能承受的能力，土便要 被破坏，建筑物将随之倒毁或不能使用。土体 的破坏，在力学中亦称为稳定性丧失。研究土 体是否会破坏这一类问题称为稳定问题，土的 稳定性取决于它的强度。
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加拿大特郎斯康谷仓地基破坏事故
土 力 学
谷仓地基破坏情况： • 加拿大特郎斯康谷仓由65 个圆柱形筒仓组成，高 31m，底面长59.4m。其下 为钢筋混凝土片筏基础， 厚2m。 • 谷仓自重20万kN，当装谷 27万kN后，发现谷仓明显 失稳，24小时内西端下沉 8.8m，东端上抬1.5m，整 体倾斜26°53′。
• • • •
土力学的研究必须注意土的本质特性。 土力学的研究必须注意实践性。 土力学的研究必须注意工程实用性。 土力学是一门偏于计算的学科。
学习本课程的基本要求 • 牢固掌握有效应力原理的本质及其在土力学中的应用。 • 重点掌握三大理论的实质及其应用。 • 掌握土体变形与强度指标的测定方法及在工程实践中 的应用。 • 掌握土的动力特性的基本概念。
土 力 学
1．室内和原位测试技术和仪器设备的研究。 2．土的非线性问题本构关系的研究。本构关系指土的应 力、应变、强度和时间的关系，描述这类关系的数学 表达式称为数学模型或简称模型。 3．计算技术的研究。非确定性计算方法在土力学中的应 用。 4．模型试验和现场观测。 5．加强土力学的基础性研究，宏观和微观研究相结合。
绪 论
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苏州名胜虎丘塔
土 力 学
• 虎丘塔共七层，高47.5m，底层直径13.7m。呈 八角形，全为砖砌，在建筑艺术风格上有独特 的创意，被国务院公布为全国重点文物保护单 位。 • 目前该塔倾斜严重塔顶偏离中心线2.31m。经 勘探发现，该塔位于倾斜基岩上，复盖层一边 深3.8m，另一边为5.8m。由于在一千余年前建 造该塔时，没有采用扩大基础，直接将塔身置 于地基上，造成了不均匀沉降，引起塔身倾斜， 危及安全。