安徽理工大学 精品课程 土力学 汪仁和.

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1 安徽理工大学 精品课程 土力学 汪仁和

2 绪 论 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？ 土力学的发展简介与展望
Chapter 0 introduction 绪 论 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？ 土力学的发展简介与展望

3 绪论 （1）什么是土？ 地球 岩石 颗粒堆积物 风化 地球 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。

4 （2）土有哪些特点？ 岩石风化的产物 碎散性 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 非连续介质

5 （2）土有哪些特点？ 土的组成 固相—土骨架 液相—水 气相—空气 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
有孔隙流体流动 多相介质

6 （2）土有哪些特点？ 自然界的产物 非均匀性 各向异性 结构性 时空变异性 自然变异性

7 （2）土有哪些特点？ 碎散性 力学特性复杂 变形特性 强度特性 渗透特性 三相体系 自然变异性

8 （3）土力学有何特点？ 土力学 天然的三相碎散堆积物 碎散材料
比较一下学习过的力学课程： 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 土力学——研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性的一门学科。是工程力学的一个分支。

9 （3）土力学有何特点？ 连续介质力学的基本知识 描述碎散体特性的理论 土力学 土的强度、变形/稳定性和渗透特性以及与此有关的工程问题

10 （4）为什么要学习土力学？ 土具有广泛的工程应用 2. 存在大量与土有关的工程问题

11 （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

12 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题

13 （4）为什么要学习土力学？ 土力学与岩土工程和地下工程等密切相关

14 （4）为什么要学习土力学？ A.加拿大特朗斯康谷仓 与土有关的工程事故
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。1911年动工，1913年完工，自重20000T。 A.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30.5cm 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

15 A.加拿大特朗斯康谷仓 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。

16 B.香港宝城滑坡 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
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，土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。

17 港岛1972 Po Shan 滑坡 (~ 20,000 m3)(死67 人、 伤20人)
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) Po Shan Road Conduit Road Notewell Road

18 Early 1972 滑坡前 June 1972 滑坡后

19 C.阪神大地震中地基液化 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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

20 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 C.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

21 （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 强度问题

22 A.比萨斜塔 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。
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。 1590: 伽利略在此塔做落体实验

23 A.比萨斜塔 处理措施 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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: 正常向游人开放。

24 B.虎丘塔 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
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。 B.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。 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，获得成功。

25 C.关西机场 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营
世界最大人工岛（日本大阪） 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

26 关西机场 C.关西机场 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 问题： 沉降大且有不均匀沉降 设计时预测沉降： 5.7－7.5 m
完成时实际沉降： 　　8.1 m，5cm/月 　　(1990年) 预测主固结完成： 　　20年后 比设计超填：3m

27 （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）

28 （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 变形问题

29 Teton坝（美国idaho州 ） （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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 年，1976年6月失事 原因：地震引发的 渗透破坏－水力劈裂

30 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。 １

31 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加 ４

32 Teton坝 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 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。 ５

33 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。 ６

34 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下 ９

35 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 12：00过后 坍塌口加宽 １１

36 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁 １５

37 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 Teton坝 失事后现场状况

38 九江大堤决口 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。 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 溃口原因：堤基管涌

39 堤基管涌 （4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题
口 砂环 杂填土 粘性土 砂性土 渗水 长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图 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。

40 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
（4）为什么要学习土力学？ 与土有关的工程问题 砂性土堤基管涌破坏示意图 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 管涌 砂环 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 管涌破坏

41 （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 渗透问题

42 土工结构物或地基 渗透特性 土 强度特性 变形特性 强度问题 变形问题 渗透问题
（4）为什么要学习土力学？ 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。

43 （5）土力学包括哪些内容？ 基础 物理性质 核心 渗透特性 变形特性 强度特性 具体应用 土压力 …… 诱因 土中应力

44 （5）土力学包括哪些内容？ 第一章土的物理性质和压实机理 第二章渗流、流土和湿化 第三章地基中应力计算 第四章地基沉降计算
基础与主线 第一章土的物理性质和压实机理 第二章渗流、流土和湿化 诱因 第三章地基中应力计算 渗透特性 变形特性 强度特性 第四章地基沉降计算 第五章土的抗剪强度及其参数确定 第六章挡土墙上的土压力 具体 应用 第七章地基承载力计算 第八章边坡稳定性分析

45 （6）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

46 土力学发展的历史 Terzaghi是土力学的奠基人 （7）土力学发展简介与展望 土力学成为一门独立学科的重要标志
1776 Coulomb 强度定律，土压力理论 1856 Darcy 定律 1857 Rankine 新的土压力理论 1925 Terzaghi 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

47 （7）土力学发展简介与展望 Charles- Auguste de Coulomb (1736~1806) 法国科学家
1773年，最大最小原理在某些与建筑有关的静力学问题中的应用 与金属强度理论的比较？屈服应力。 Coulomb强度理论定律和土压理论

48 William John Maquorn Rankine
在土力学理论上作出杰出贡献的部分名人 William John Maquorn Rankine Christian Otto Mohr Donald Wood Taylor Ralph Brazelton Peck

49 土力学之父 （7）土力学发展简介与展望 Karl Von Terzaghi (1883~1963)
与金属强度理论的比较？屈服应力。 1925年，《Erdbaumechanik》（土力学）出版，标志着土力学这门学科的诞生。

50 （7）土力学发展简介与展望 土力学发展的前景
近年来，世界各国超高大坝、超高层建筑、地下空间开发、矿山深井建设、核电站、越江越海隧道、巨型电站、南水北调等巨型工程的兴建，还有地震、山体滑坡等，大大促进土力学进一步发展。 研究方法手段大大提高，各国研制成功多种多样的工程勘察、试验与地基处理的新设备，为土力学理论研究和地基加固提供了良好的条件。 电子计算机的应用和实验测试技术自动化程度的提高。目前，已经能够模拟、计算三维复杂条件下的许多工程问题。表明本学科进入了一个新时期。

51 保证各类建筑工程、岩土工程和地下工程等的安全、经济和使用正常。
学习土木工程 的主要任务 保证各类建筑工程、岩土工程和地下工程等的安全、经济和使用正常。

52 课程内容 第0章 绪论（1学时） 第1章 土的基本性质和压实原理 （5学时） 第2章 渗流、流砂与湿化 （4学时）
第0章 绪论（1学时） 第1章 土的基本性质和压实原理 （5学时） 第2章 渗流、流砂与湿化 （4学时） 第3章 地基中应力 （4学时） 第4章 地基的沉降 （6学时） 第5章 土的抗剪强度及其参数确定（6学时） 第6章 挡土墙上的土压力 （4学时） 第7章 地基承载力 （4学时） 第8章 边坡稳定性分析 （4学时） 共 48学时 土工实验 ：10学时 课程内容

53 参考书： 陈仲颐、周景星、王洪瑾，土力学，北京：清华大学出版社，1997 陈希哲，土力学地基基础（第四版），北京：清华大学出版社，2004
华南理工大学、东南大学、浙江大学、湖南大学，地基及基础（第三版），北京：中国建筑工业出版社，1998 高大钊，土力学与基础工程，北京：中国建筑工业出版社，1998 卢廷浩，主编，土力学，河海大学出版社，2002 张振营，编著，土力学题库及典型题解，中国水利水电出版社，2000 赵明华、李刚、曹喜仁等，土力学地基与基础疑难释义，北京：中国建筑工业出版社，1999 马虹，主编，土力学及地基基础自学考试指导与题解，中国建材工业出版社，2002