土力学-绪论
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土力学绪论
2010-12-13 25
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2010-12-13
26
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 。
2010-12-13
10
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。
2010-12-13 6
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。
2010-12-13 2
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。
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：
清华土力学土力学2绪论
土力学的特殊性－区域地质变化
土力学2的特殊性-区域地质变化
土力学2的特殊性-区域地质变化
云南红土
土力学2的特殊性-区域地质变化
北京地形和地下水分布
土力学2的特殊性-区域地质变化
(2)小区域变化
清华大学：南北高差八米。以三、四教为界分为 东西区，西部比东部低3.3米，西部的故河道，池 塘和淤泥草炭土比较厚。土性不均匀。东部土质 较好。
土力学应用－地基与基础
143m 46m
国家大剧院
三个主厅
212m
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。
土力学(2)
Soil Mechanics
张建红
岩土工程研究所 新水利馆204 Email: cezhangjh@
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
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
绪论 土力学与地基基础PPT课件
第35页/共39页
试验
原理 方法 指标
第36页/共39页
计算公式
来源 意义 应用
第37页/共39页
结 束
第38页/共39页
感谢您的观看！
勘查技术与工程研究所
第39页/共39页
问题：塔身向东北方向严重倾斜，
塔顶离中心线达2.31m，底层塔 身发生不少裂缝，成为危险建筑 物。
原因：坐落于不均匀粉质粘土层，
产生不均匀沉降。
处理：在四周建造圈桩排式地下
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。
第18页/共39页
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
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。
第26页/共39页
土力学的学习方法
注意土的基本特点：通过与其它材料对比 注重理论联系实际：通过现场观察与试验 注重正确学习方法 - 概念，原理，方法
- 内容间联系 - 要记忆，但不能死记
日本 关西机场
世界最大的人工岛
第19页/共39页
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
第20页/共39页
Teton坝渗流破坏过程
土坝，
损失
Teton
高90m，
直接8000万美元，
长1000m，
起诉5500起，2.5
坝 （ 美 国
1975年建成 次年6月失事
试验
原理 方法 指标
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计算公式
来源 意义 应用
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结 束
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感谢您的观看！
勘查技术与工程研究所
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问题：塔身向东北方向严重倾斜，
塔顶离中心线达2.31m，底层塔 身发生不少裂缝，成为危险建筑 物。
原因：坐落于不均匀粉质粘土层，
产生不均匀沉降。
处理：在四周建造圈桩排式地下
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。
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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
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。
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土力学的学习方法
注意土的基本特点：通过与其它材料对比 注重理论联系实际：通过现场观察与试验 注重正确学习方法 - 概念，原理，方法
- 内容间联系 - 要记忆，但不能死记
日本 关西机场
世界最大的人工岛
第19页/共39页
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
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Teton坝渗流破坏过程
土坝，
损失
Teton
高90m，
直接8000万美元，
长1000m，
起诉5500起，2.5
坝 （ 美 国
1975年建成 次年6月失事
第01章 高等土力学绪论
1857年Rankine提出极限平衡分析基础上的土压力理论；
1856年Darcy通过室内试验建立水的渗透理论； 1885年 Boussinesq提出各向同性半无限体表面在竖直集中力作用下的 位移和应力分布理论； 1892年Flamant提出线荷载作用下位移和应力分布理论； 20世纪初，Prandtl根据塑性平衡原理，导出极限承载力公式； Fellenius提出瑞典圆弧法分析土坡稳定性； 1963年，Roscoe发表了著名的剑桥模型，标志着现代土力学的开端。
高等土力学
一、高等土力学研究对象
土力学研究的基本对象是土体（三相体系：气、液、 固）。土体的基本物理力学特征： 不连续性，如孔隙、裂隙、结构面 各向异性 不均匀性 土颗粒的可移动性 赋存地质因子，如地下水、地应力等 土体的可压缩性或体积变化特性 土体的固结特性 应力历史 应力路径
对土力学发展作出重大贡献的科学家
太沙基 Terzaghi K
朗金 Rankine, W.J.M
库仑 Coulomb,C.A 毕肖普 Bishop, A.W
布辛奈斯克 Boussinesq, J
费尔纽斯 Fellenius, W 斯开普顿 Skepmton,A.W 杰克 Jack,J 简布 Janbu,N
与土有关的工程事故包括：
地基沉降与不均匀沉降 地基失去稳定性 滑坡
绪 论
沉降过大
上海工业展览馆中央大厅
上海工业展览馆中央大厅 1954年建 地基约14m厚淤泥质软粘土，采用 7.27m箱基，建后当年下沉600mm。 1957年6月大厅四角下沉： 最大1465.5mm，最小1228.0mm。 1957年7月，苏联专家及清华大学陈 希哲、陈梁生教授观察分析，认为对 裂缝修补后可继续使用(均匀沉降)。
土力学(全套318页PPT课件)
苏州名胜虎丘塔
土 • 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。
力 • 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
土 • 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
力 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。
学 • 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。
• 土力学研究对象：与工程建设有关的土
上部结构、基础和地基三者之间的关系
土 • 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
力
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。
学 • 一般建筑物由上部结构 （Superstructure）和基础两 部分组成。
坏或不能正常使用，这类问题在土力学中叫做 变形问题。
力 • 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
学 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。
二、土力学研究特点.内容与方法
土 • 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。
学 • 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。来自三、土力学发展简史与趋势
土质学与土力学绪论 第一章土的物质组成和结构构造
土质学与土力学的发展简史
土质学与土力学是一门既 古老、又新兴的学科，人 类很早就懂得广泛利用土 进行工程建设（我国的长 城、南北大运河）直到十 八世纪中叶，人类对土在 工程建设方面的特性，尚 停留在感性认识阶段。
土质学与土力学的发展简史
十八世纪产业革命后，提出了大量与土力学 有关的问题和不少成功的经验，特别是一些 工程事故的教训，迫切促使人们去寻求理论 的解释，并要求永通过实践检验的理论来直 到以后的工程实践。 筑城学（欧洲） 墙后土压力问题 铁路、公路、水利工程 土坡稳定问题 半经验分析阶段
土质学与土力学密切结合专业和实践的一门 课程，学习中不但要着重于基本概念的理解， 掌握计算方法而且要学会初步解决实际问题 的能力。
土质学与土力学与其他课程的关系
土质学与土力学属于技术基础课，它在一般基础课 和专业课之间起到承上启下的作用。 先行课程：材料力学、结构力学、弹性理论初步、 工程地质学与水文地质学、水力学 后续课程：水工结构、地基及基础 土质学与土力学是一门边缘学科，它所设计的自然 科学范围很广，除了和力学领域内各邻近学科有密 切关系外，它还涉及到普通地质学、物理、化学等 方面的知识领域。
土质学与土力学学习的基本要求
了解土的基本物理力学性质、掌握若干主 要土工实验的基本原理和一般方法 了解土体在承受荷载后或改变其周围环境 后的性能、变化规律 掌握一般水工建筑物设计中有关土力学内 容的计算方法。
土质学与土力学的学习方法
学习土质学与土力学，必须特别注意认识土 的特点
多样性 易变性
成土矿物 砂粒 一般由石英构成，其次是长石、云母。 粘粒 包含由次生矿物构成的极细土粒，粘粒含 量增加，土的透水性减小，可塑性和压缩 性增高。
土质学与土力学绪论
用GDS及其它动静三轴仪研究土的力学问题，用土工离 心机研究高土石坝、高路堤、桩与基础的相互作用、轻型支 挡结构等的受力变形及稳定问题，甚至有人提出了用大型的 振动台研究土工构筑物的动力效应问题。 地基土的不均匀性，地基中初始应力条件和荷载条件的 不确定性，土工试验的误差，使土工参数带有一定的随机性， 故在边坡稳定分析，地基基础的设计方面，应考虑可靠度和 风险分析。在路基工程中，存在土质改良问题。总之在以上 领域还需要进行深入的研究。
二、土质学及土力学的研究内容及方法
土质学：是用地质学的观点，从土的成因出发，研究土 的基本工程性质及影响土性质变化的原因。它应用工程地质、 矿物结晶及物理化学等知识，对其进行分析研究，提出改良 的有效措施。 土力学：是以工程力学的处理方法，研究与工程建设有 关的土的应力、应变、强度和稳定性等力学问题。 由于土是自然历史产物，以及它的分散性，除了运用一 般连续的介质力学的原理外，还要作一些基本假设，并同实 际情况相结合来研究。在土力学的研究中，提出了一些计算 模型，必须重视土的现场勘察及室内土工试验测定其计算参 数，因此土力学是一门实践性很强的学科，土工试验非常重 要，所以汪闻韶院士说：土力学是三分计算，七分实验，从 而说明土力学实验的重要性。
至于软土地基上，如在淤泥中打下木桩，而形成塔基， 如上海的龙华塔。 近百年来，由于国外帝国主义的入侵，国内封建统治的 腐败，本学科和其它学科一样，大大落后了，只有新中国成 立以后，反映在桥梁地基基础上，五十年代的武汉长江大桥 的结构管柱基础，南京长江大桥建设采用气筒浮运沉井，沉 井套管柱等一系列施工工艺，工业与民用建筑方面广泛运用 箱形基础，电渗排水、硅化和电硅化灌浆，砂井预压或真空 预压排水，对软土地基处理的挤实砂桩等方法，都标志着土 力学有了很大的进步。