1、緒論土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)課件系列1本課程主要內(nèi)容土的物理性質(zhì)及工程分類 粘性土的物理化學(xué)性質(zhì) 土中水的運動規(guī)律 土中應(yīng)力計算 土的壓縮及沉降計算 土的抗剪強度理論 擋土墻土壓力計算 土坡穩(wěn)定分析 地基承載力 土的動力特性 土的勘察及勘察報告 2一、土質(zhì)學(xué)及土力學(xué)的研究對象 土質(zhì)學(xué)及土力學(xué)是一門研究土的細微觀結(jié)構(gòu)特性及其在工程建筑荷載作用下的應(yīng)力、變形、強度、滲流及長期穩(wěn)定性問題。在工程建設(shè)中土作為不同的研究對象：地基建筑材料介質(zhì)（實際上是結(jié)構(gòu)和荷載） 土是巖石風(fēng)化后的松散沉積物，是具有土粒骨架孔隙特性的松散介質(zhì)。土的形成：巖石風(fēng)化 剝蝕 搬運 沉積3土的主要特征：分散性：土是由固體顆粒及孔隙組成的分

2、散體系，土粒間無聯(lián)結(jié)或有微弱的聯(lián)結(jié)。復(fù)雜性：土的性質(zhì)與成因有關(guān)，各地的異差較大，其性質(zhì)極易受外界環(huán)境的變化（如溫度、含水量等）的影響。易變性：土的強度低，易變形。由此產(chǎn)生：滲透性：水可在土的孔隙中流動。壓縮性：孔隙中水和氣在受外力時可排出，孔隙體積減小。抗剪性：孔隙中土粒的錯位主要發(fā)生在聯(lián)結(jié)處。4二、土質(zhì)學(xué)及土力學(xué)的研究內(nèi)容及方法 土質(zhì)學(xué)：是用地質(zhì)學(xué)的觀點，從土的成因出發(fā)，研究土的基本工程性質(zhì)及影響土性質(zhì)變化的原因。它應(yīng)用工程地質(zhì)、礦物結(jié)晶及物理化學(xué)等知識，對其進行分析研究，提出改良的有效措施。 土力學(xué)：是以工程力學(xué)的處理方法，研究與工程建設(shè)有關(guān)的土的應(yīng)力、應(yīng)變、強度和穩(wěn)定性等力學(xué)問題。 由于

3、土是自然歷史產(chǎn)物，以及它的分散性，除了運用一般連續(xù)的介質(zhì)力學(xué)的原理外，還要作一些基本假設(shè)，并同實際情況相結(jié)合來研究。在土力學(xué)的研究中，提出了一些計算模型，必須重視土的現(xiàn)場勘察及室內(nèi)土工試驗測定其計算參數(shù)，因此土力學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科，土工試驗非常重要，所以汪聞韶院士說：土力學(xué)是三分計算，七分實驗，從而說明土力學(xué)實驗的重要性。 5 隨著生產(chǎn)力的提高和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各學(xué)科之間相互滲透、交叉、融合已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢。本來土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)就密不可分，土質(zhì)學(xué)從細微觀研究土的性質(zhì)，土力學(xué)從宏觀研究土的工程力學(xué)特性，所以本著微觀解釋宏觀，宏觀指導(dǎo)微觀的觀點，我們的土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)才能顯示

4、強大的生命力。同時該學(xué)科也還應(yīng)該廣泛的吸收現(xiàn)代數(shù)學(xué)、測試技術(shù)等學(xué)科的先進成果，不斷地充實強大該學(xué)科的研究能力和范圍，為國民經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)。 另外，在基礎(chǔ)工程和土力學(xué)也是密不可分，研究基礎(chǔ)工程，必涉及到大量的土力學(xué)問題，所以它們是一對孿生姐妹，講土力學(xué)必聯(lián)系到基礎(chǔ)工程，講基礎(chǔ)工程時，必用到土力學(xué)，所以要學(xué)好土力學(xué)，必須參照基礎(chǔ)工程的相關(guān)內(nèi)容。6三、本學(xué)科在我國的成就 自人類進行建筑實踐以來，就要處理地基上的各種問題。我國有五千年的歷史，許多建筑遺址說明，遠在新石器時代，就充分表明我們的祖先在土建技術(shù)上的聰明才智，如西安半坡遺址中發(fā)掘出來的土臺及礎(chǔ)，如洛陽王灣發(fā)掘出來許多房屋遺址，其墻基都是先挖溝槽

5、，再填以紅燒碎塊，這說明當時的地基基礎(chǔ)建筑已達相當水平。 歷史上記載，西周之初，曾建過3次京城，規(guī)模一次比一次大，直到秦統(tǒng)一中國，才修成了著名的萬里長城。我國最古老（公元523年）嵩岳寺磚塔，高40m，由于地基牢固，到現(xiàn)在安然無恙，又如夢溪筆談和皇朝類苑中記載的北宋初，木工喻皓在建開封寶寺木塔時，當時考慮了當?shù)囟辔鞅憋L(fēng)，地基為較軟的飽和土，故建塔時使塔身向西傾斜，欲藉風(fēng)力長期作用使地基產(chǎn)生不均沉降，從而扶正塔身，這說明當時對土力學(xué)已有相當?shù)牧私狻?7 又如我國的趙州橋，是世界上首創(chuàng)的石砌敞肩平拱橋，凈跨為37.02m，基礎(chǔ)尺寸為5.5*10m，高4.4m，建在較密實的砂粘土地基上，拱的最大推力

6、為24MN，地基未產(chǎn)生過大變形，按照現(xiàn)有的規(guī)范檢算，地基承載力和基礎(chǔ)后側(cè)的被動土壓力均正好滿足設(shè)計要求，橋到現(xiàn)在為止已經(jīng)1300多年，經(jīng)過無數(shù)次地震和洪水考驗，但仍完好無恙，這反映了我國在1000年前已能充分利用天然地基承載力，尤其是敢于用粘性土地基來支承具有很大推力的拱橋基礎(chǔ)，從現(xiàn)代技術(shù)角度看，也是令人驚嘆的。我國著名力學(xué)家錢令希教授帶領(lǐng)一批研究生，對橋梁及地基的承載力的檢算，證明完全符合現(xiàn)代科學(xué)方法。 宋代在福建泉州造的萬安橋為長360丈的46孔石板橋，其址水深流急，潮汐漲落頻繁，河床變化激烈，為建橋基帶來了相當困難，特殊的修建方法；先在江底拋投大塊石，再在其上移殖蠣房，使其繁殖，將塊石膠

7、結(jié)成整體，形成堅實的人工地基再在其上建筑基礎(chǔ)。8 至于軟土地基上，如在淤泥中打下木樁，而形成塔基，如上海的龍華塔。 近百年來，由于國外帝國主義的入侵，國內(nèi)封建統(tǒng)治的腐敗，本學(xué)科和其它學(xué)科一樣，大大落后了，只有新中國成立以后，反映在橋梁地基基礎(chǔ)上，五十年代的武漢長江大橋的結(jié)構(gòu)管柱基礎(chǔ)，南京長江大橋建設(shè)采用氣筒浮運沉井，沉井套管柱等一系列施工工藝，工業(yè)與民用建筑方面廣泛運用箱形基礎(chǔ)，電滲排水、硅化和電硅化灌漿，砂井預(yù)壓或真空預(yù)壓排水，對軟土地基處理的擠實砂樁等方法，都標志著土力學(xué)有了很大的進步。 9四、土力學(xué)理論的發(fā)展 古典理論時期：土力學(xué)的基本理論也有一個發(fā)展過程，18世紀以前，在土建中許多土力

8、學(xué)問題只憑經(jīng)驗解決，1773-1776年法國庫倫（coulomb）提出抗剪強度和土壓力的滑動土楔理論，土力學(xué)才進入古典理論時期。其后，彭恩萊(Poncelet，1840年)對線性滑動土楔作了完善了解；蘭金（Rankine，1857年）在塑性應(yīng)力場基礎(chǔ)上提出新的土壓力理；布辛尼斯克（Boussinesq，1885年）提出一點集中荷載下彈性地基中應(yīng)力和位移計算；法國（Darcy，1856年）通過水在砂中滲流試驗，建立達Darcy公式，這對以后研究滲流和固結(jié)打下了基礎(chǔ)，芬蘭紐斯（Fellenius，1922年）在處理鐵路路基滑坡問題提出土坡穩(wěn)定分析方法。10 1925年太沙基（Terzaghi）的土

9、力學(xué)（Erdbaumechanik）出版，標志著土力學(xué)進入了一個新的時期，一般稱之為太沙基影響時期。他提出的有效應(yīng)力理論、一維固結(jié)理論以及一系列研究成果把土力學(xué)推到一個新的高度，這樣土力學(xué)才成為一門系統(tǒng)的學(xué)科。1936年國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)會成立，并舉行了第一次國際學(xué)術(shù)會議，1956年這門學(xué)科進入了近代土力學(xué)時期。隨著計算機普及使土力學(xué)基本理論、計算方法、室內(nèi)和現(xiàn)場試驗等方面得到了革命性發(fā)展，如本構(gòu)關(guān)系的研究，土的應(yīng)力-應(yīng)變-時間（stress-strain-time）的非線性數(shù)學(xué)模型的提出和建立，對土的抗剪強度的深入研究，在計算方面，廣泛采用計算機，把數(shù)值計算方法，如差分、變分、有限元等直

10、接用于地基和土工的計算，以使復(fù)雜邊界、初始條件以及不均勻土層等問題能用計算的方法求解，在室內(nèi)試驗方法上由于設(shè)備改進，廣泛采用計算機程序控制，實現(xiàn)了自動采集，加工試驗數(shù)據(jù)?？傊亮W(xué)進入全面發(fā)展時期。因此土力學(xué)可以按以下進行分類。1112按研究內(nèi)容分特殊土力學(xué)一般土力學(xué)黃土軟土膨脹土鹽漬土凍土海洋土力學(xué)宇航土力學(xué)環(huán)境土力學(xué)131415總之工程地質(zhì)是土力學(xué)分析的地質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)、力學(xué)是土力學(xué)計算的理論基礎(chǔ)。基礎(chǔ)工程的設(shè)計及施工以土力學(xué)為基礎(chǔ)。巖土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)及地基基礎(chǔ)工程學(xué)組成一門新的學(xué)科巖土工程16五、本學(xué)科今后的發(fā)展方向 土力學(xué)同其它學(xué)科一樣，不是完整無缺的，仍需要發(fā)展，拿本構(gòu)關(guān)系模型講，

11、已發(fā)表了很多，但適用范圍都有一定局限性，大多部模型要通過復(fù)雜試驗以確定眾多參數(shù)；對粘性土抗剪強度的研究，到現(xiàn)在還未結(jié)束，還有許多問題沒有研究清楚；土動學(xué)方面，雖然在砂土液化方面取得了可喜成果，由于我國是一個多地震的國家，又隨著高速公路、高速鐵路的大力發(fā)展，故對地基土的動力性質(zhì)，仍需要深入研究。對于全世界球而言，大部分地區(qū)是干旱或半干旱地區(qū)，這些地區(qū)的土壤是非飽和土，原來飽和土的理論不能解決非飽和土的問題，所以對非飽和土的性質(zhì)研究又成為當今土力學(xué)熱門研究領(lǐng)域。土與介質(zhì)的相互作用問題，土的損傷、土的結(jié)構(gòu)性問題的研究也成為某些重點研究領(lǐng)域。 在試驗設(shè)備方面，國產(chǎn)的設(shè)備質(zhì)量在穩(wěn)步提高，試驗設(shè)備逐步實現(xiàn)自動化。17 用GDS及其它動靜三軸儀研究土的力學(xué)問題，用土工離心機研究高土石壩、高路堤、