土力学课件(清华大学)第0章

1 土力学清华大学土木水利学院岩土工程研究所2 教师介绍主讲：于玉贞（旧水308A，62797200）yuyuzhen@tsinghua.edu.cn试验：吕禾（旧水204土力学实验室，62782488）luhe@tsinghua.edu.cn孙逊（新水115，62772210）sunxun@tsinghua.edu.cn助教：杨光（旧水308A，62797200）yangguang00@mails.tsinghua.edu.cn课程简介土水学院：院级平台课－专业基础课清华大学：校级精品课程北京市：精品课（2004年）3 土，地之生万物者也。‘二’象地之上，地之中；‘|’物出形也。－《说文解字》希腊，中国，希伯来人，印第安人的神话：神用泥土造人中国传统文化中的五行：金木水火土土4 什么是土？土有哪些特点？土力学有何特点？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？绪论5 土是指：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。绪论风化岩石地球颗粒堆积物地球什么是土？6 土有哪些特点？绪论7 碎散性土有哪些特点？非连续介质受力以后易变形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强度低绪论岩石风化的产物8 多相介质三相性（三相体系）受力后由土骨架、孔隙介质共同承担存在复杂的相互作用孔隙流体流动绪论土有哪些特点？固相—土骨架液相—水气相—空气9 天然性（自然变异性）自然界的产物绪论土有哪些特点？非均匀性各向异性结构性时空变异性10 碎散性三相性天然性力学特性复杂变形特性强度特性渗透特性绪论土有哪些特点？11 土力学有何特点？绪论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）连续固体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）连续流体土力学天然的三相碎散堆积物碎散材料12 土力学有何特点？土力学绪论连续介质力学的基本知识描述碎散体特性的理论土的变形、强度和渗透特性以及与此有关的工程问题13 土力学发展的历史1776Coulomb强度定律，土压力理论1856Darcy定律1857Rankine新的土压力理论1925Terzaghi有效应力原理及渗透固结理论1936第一届国际土力学及基础工程会议1949中国土力学研究的兴起绪论土力学有何特点？土力学成为一门独立学科的重要标志Terzaghi是土力学的奠基人14 为什么要学习土力学？1.土具有广泛的工程应用2.存在大量与土有关的工程问题绪论15 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绪论为什么要学习土力学？16 2.与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？17 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？加拿大特朗斯康谷仓事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm24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20000T。18 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？加拿大特朗斯康谷仓处理：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，把仓体逐渐纠正过来，其位置比原来降低了４米。原因：地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3试验孔19 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？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。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。20 香港1900年建市，1977年成立土力工程署1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20伤)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad21 Early1972滑坡前July1972滑坡后22 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？基坑崩塌23 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？阪神大地震中地基液化神户码头：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24 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？阪神大地震中地基液化神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中25 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？以上几个实例可归结为与土有关的强度问题26 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？比萨斜塔目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m1272：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，模量较低，变形较大。1590:伽利略在此塔做落体实验27 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？比萨斜塔1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理目前:已向游人开放。处理措施28 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？虎丘塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物而封闭。概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，产生不均匀沉降。处理：在塔四周建造一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，效果良好。29 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？关西国际机场世界最大人工岛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设计时预测沉降：5.7-7.5m完成时实际沉降：8.1m，5cm/月(1990年)预测主固结完成：20年后比设计超填：3m问题：沉降大且有不均匀沉降30 与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？以上几个实例可归结为与土有关的变形问题31 Teton坝概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事损失：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公里铁路原因：渗透破坏－水力劈裂与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？32 Teton坝1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？33 Teton坝11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？34 Teton坝11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？35 11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？36 11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？37 12：00过后坍塌口加宽Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？38 洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？39 失事现场目前的状况Teton坝与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？40 九江大堤决口溃口原因：堤基管涌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个洞，5m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？41 长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂环管涌口粘性土砂性土渗水杂填土管涌：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。堤基管涌与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？42 管涌砂环砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？43 以上几个实例可归结为与土有关的渗透问题与土有关的工程问题绪论为什么要学习土力学？44 土工结构物或地基土强度问题变形问题渗透问题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。绪论为什么要学习土力学？45 绪论土力学包括哪些内容？基础物理性质预备土中应力具体应用土压力……核心渗透特性变形特性强度特性46 基础与主线预备具体应用绪论土力学包括哪些内容？第一章土的物理性质和工程分类第二章土的渗透性和渗流问题第三章土体中的应力计算第四章土的变形特性和地基沉降计算第五章土的抗剪强度土力学（2）城市岩土工程高等土力学环境岩土工程土动力学与土工抗震工程渗透特性变形特性强度特性47 绪论如何学好土力学？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48 1965年清华大学给高教部关于“辅导员工作的报告”胡锦涛与土力学因材施教绪论49 绪论什么是土力学？利用连续介质力学的知识，结合土的特性，研究相关的工程问题是“伪科学”是“很土”的力学实际上并不是一种精确的科学，而是一种“艺术”50 课程特点研究实用机理设计公式现场条件经验修正伪科学？特定条件绪论基本理论＋工程应用＋实验技能理论公式基准不同精度层次应用结果安全性经济性51 本课程安排和要求教学环节考核及成绩要求1.大课必须出席，不定期点名。2.讨论课：独立完成小测验，积极参加讨论；讨论时表现好者适当在测验成绩中加分。3.试验：注意观察，联系理论，深入分析。4.作业：独立完成，每章交一次，在该章讲课结束后当周内按时交给助教。迟交或不认真完成者在平时成绩中扣分，为鼓励个人独立完成，作业错误不扣分。期末考试：60％小测验：20％试验：15％（预习＋操作＋报告）课堂表现及作业：5％讲课、习题讨论课(16次40学时)实验课(3次8学时)52 教学资源1、课前课后并随时可去教师办公室答疑2、视情况不定期安排集中答疑和质疑3、期末集中答疑答疑和质疑1、教育在线：试验预习、试验演示2、网络学堂：课件、交流、资料、作业53 绪论结束54