土 力 学 Soil Mechanics 西北农林科技大学土力学课程组

绪 论 0.1 土在工程中的应用 0.2 土的基本概念及特性 0.3 土力学研究内容 0.4 土力学学科的形成与发展

0.1 土在工程中的应用 土是岩石风化的颗粒堆积物，广泛覆盖于地球表面，在水利水电、道路交通、港口、建筑、地下结构等工程中有着非常广泛的应用。 作为建筑材料修建构筑物 作为建筑物地基支撑建筑物 作为建（构）筑物的环境场地

建设中的黄河小浪底水库大坝围堰 用土作为建筑材料修建的构筑物 建成的石头河水库大坝（土石坝）

建成的堤防工程 用土作为建筑材料修建的构筑物 原阳堤防加固工程取土现场

某海塘堤防护坡 用土作为建筑材料修建的构筑物 黄河堤防

路基修建中 建成的路基 用土作为建筑材料修建的构筑物 广州至惠东高速公路

万里长城 万里长城 用土作为建筑材料修建的构筑物 古城墙

鸟巢施工现场 土作为建筑物地基支撑建筑物

基坑开挖 土作为建筑物地基支撑建筑物 地基防水 基础钢筋施工

雅砻江二滩水电站 建（构）筑物安全取决于周围土体的稳定 依山傍水公路

青藏铁路风火山段 拉萨：布达拉宫 建（构）筑物安全取决于周围土体的稳定

0.1.1 成功的经验 都江堰水利工程在四川都江堰市，是全世界至今为止，年代（2200多年）最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程

重庆南川水库 湖北头堰水库

重庆渝长高速公路 湖南莲(花冲)易(家湾)高速公路

赵洲桥建成1300多年，桥基两端下沉的水平差只有5厘米。据测定，石桥及其载重对地面所形成的压力，恰好在桥基那粗沙层可随的耐压力的幅度之内。计算得如此精确，实在惊人

大雁塔 人民大会堂

上海地铁站 南京地铁站

青藏铁路 成昆铁路 我国在山区和高寒地区修建的铁路

上海港 大连港

0.1.2 失败的教训 1975年8月河南驻马店等地区1万多km2的土地上，共计60多水库相继发生垮坝，近60亿m3的洪水肆意横流。1015万人受灾，超过2.6万人死难，倒塌房屋524万间，冲走耕畜30万头。京 “75.8”特大洪水板桥水库溃坝失事 广线冲毁102公里，中断行车16天，直接经济损失近百亿元，成为世界最大最惨烈的水库垮坝惨剧。

Teton 大坝位于美国爱达荷州，高 93m 的土坝，建于1972-75年，1976年6月失事

长江堤防坍塌 98年九江大堤决口

韩国首尔南加佐洞京义线铁路地基塌陷，导致两侧铁路悬浮在空中

1996 年发生在美国加州的 La Conchita滑坡，未造成人员伤亡。

2001年1月13日，萨尔瓦多发生了里氏7.6级的强震，在Santa Tecla造成山体滑坡，最终导致700多人遇难。

港岛1972滑坡 (20,000 m3)，(67死、20伤) 楼房损坏 楼房倒塌

1954年兴建的上海工业展览馆中央大厅，因地基约有14m厚的淤泥质软粘土，尽管采用了7.27m的箱形基础， 建成后当年下沉60cm。1957年6月展览馆大厅四角沉降最大达146.6cm，最小沉降量为1228mm。

该塔诞生了物理学中的自由落体定律。成为世界上最珍贵的历史文物。 1173年9月8日动工，1178年到第4层中部，高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后复工，6年时间建完第7层，高48m，再次停工，于1360年复工至1370年竣工。全塔共8层，高度55m，基础底面平均压力约50kPa。 该塔诞生了物理学中的自由落体定律。成为世界上最珍贵的历史文物。 意大利比萨斜塔 目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心线5.27m，倾斜5.5°,成为危险建筑。

坐落于由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等地基上，产生不均匀沉降。 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。

图中可清晰地看见发生的沉降及不均匀沉降。 墨西哥城的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650 % ，液限500%，塑性指数350，孔隙比为15，具有极高的压缩性。

加拿大特朗斯康谷仓 该工程1911年动工，1913年秋完工。同年9月开始向谷仓中装谷物，10月17日谷仓1小时内竖向沉降30.5cm，并向西倾斜，24小时内倾倒，倾斜度达26°53′，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m。后用388个50T千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。

设计沉降：5.7-7.5 m 完成时(1990年)实际沉降：8.1 m，5cm/月。　 日本关西机场 沉降大且不均匀 1986年开工，1990年人工岛完成，1994年机场运营。面积4370×1250m2，平均厚度33m

0.2 土的基本概念及特性 土是各类岩石经长期地质营力作用风化后的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体。 0.2 土的基本概念及特性 土是各类岩石经长期地质营力作用风化后的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体。 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。 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

地壳表面的岩石在各种地质力作用下风化破碎。 风化岩石纹理 奇妙的岩石风化

卵石 砾石 岩石风化的产物 颗粒堆积形成土 粘土 砂

作为一种松散介质，土体具有不同于一般理想刚体和连续固体的特性： 多孔性—土粒之间有很多孔隙； 多相性—土由土粒、水、空气三相组成； 松散性—土粒之间的联结强度远小于颗粒本身的强度。 土作为自然界产物，其工程性质具有不同于一般理想刚体和连续固体的特点： 易变性—土的性质随环境条件而变化； 多样性—不同地点、类型土的性质各异。

0.3 土力学研究内容 一大原理：有效应力原理。 三大理论：应力分布理论、渗透固结理论和强度破坏理论。 0.3 土力学研究内容 一大原理：有效应力原理。 三大理论：应力分布理论、渗透固结理论和强度破坏理论。 四大应用：地基变形计算、地基承载力计算、土坡稳定性验算和土压力计算。 其中一大原理和三大理论是土力学的基本理论，四大应用是与工程实践直接相关的应用课题

0.4 土力学学科的形成与发展 土力学是人类长期生产实践的产物，其发展可分为以下几个阶段： （1）十八世纪中叶以前为经验积累的感性认识阶段。 0.4 土力学学科的形成与发展 土力学是人类长期生产实践的产物，其发展可分为以下几个阶段： （1）十八世纪中叶以前为经验积累的感性认识阶段。 （2）上世纪二十年代以前为理论提高阶段。 （3）上世纪二十年代有效应力原理和渗透固结理论的提出，土力学形成一门独立的学科。