1、學(xué)習(xí)目的 學(xué)習(xí)要求 發(fā)展簡(jiǎn)史,緒論,1. 土的工程應(yīng)用,土工建筑材料 建筑物基礎(chǔ)之地基 建筑環(huán)境,土的工程應(yīng)用,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,土力學(xué),2. 與土有關(guān)的工程問(wèn)題,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),事故： 1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822谷物時(shí)， 1小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm 24小時(shí)傾斜2653 西端下沉7.32m 東端上抬1.52m 上部鋼混筒倉(cāng)完好無(wú)損,概況：長(zhǎng)59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個(gè)圓筒倉(cāng)。 鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。 1911年動(dòng)工，1913

2、年完工，自重20000T。,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),處理： 事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉(cāng)體逐漸糾正過(guò)來(lái)，其位置比原來(lái)降低了米。,原因： 地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開(kāi)挖取土試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算地基承載力應(yīng)用到此谷倉(cāng)。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力小于破壞時(shí)的基底壓力。因此， 谷倉(cāng)地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,香港寶城滑坡,1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過(guò)一幢高層住宅-寶城

3、大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。,原因： 山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得 土體滑動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷),Early 1972 滑坡前,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,阪神大地震中地基液化,神戶(hù)碼頭： 地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷,液化：松砂地基在振動(dòng)荷載作用下喪失強(qiáng)度變成流動(dòng)狀態(tài)的一種現(xiàn)象,與土有關(guān)的工程

4、問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,阪神大地震中地基液化,神戶(hù)碼頭： 沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的 強(qiáng)度問(wèn)題,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,比薩斜塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m， 塔頂離中心線(xiàn)已達(dá)5.27m，傾斜5.5 1360：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共8 層，高度為55m 1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再 停工 1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工 1173：動(dòng)工,原因： 地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，模量較低，變形較大。,1590: 伽利

5、略在此塔做落體實(shí)驗(yàn),與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,比薩斜塔,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載 1933-1935：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固 1990年1月: 封閉 1992年7月：加固塔身，用壓重 法和取土法進(jìn)行地 基處理 目 前: 已向游人開(kāi)放。,處理措施,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,虎丘塔,問(wèn)題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔 頂離中心線(xiàn)已達(dá)2.31m，底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn) 建筑物而封閉。,概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7層，高47.5m，塔的平面呈八角形。,原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上， 產(chǎn)生

6、不均勻沉降。,處理：在塔四周建造一圈樁排式地下 連續(xù)墻并對(duì)塔周?chē)c塔基進(jìn)行 鉆孔注漿和打設(shè)樹(shù)根樁加固塔 身，效果良好。,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,日本關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng) 世界最大人工島,1986年：開(kāi)工 1990年：人工島完成 1994年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng) 面積：4370m1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)沉降：5.7-7.5 m 完成時(shí)實(shí)際沉降：8.1 m，5cm/月 (1990年) 預(yù)測(cè)主固結(jié)完成：20年后 比設(shè)計(jì)超填：3m,問(wèn)題： 沉降大且有 不均勻沉降,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的 變形問(wèn)題,美國(guó)

7、Teton壩,概況： 土壩，高90m，長(zhǎng)1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,損失： 直接8000萬(wàn)美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路,原因： 滲透破壞水力劈裂,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,Teton壩,1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,Teton壩,11：00左右 洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,Teton壩,11:30 洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又

8、出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開(kāi)始沖擊壩趾處的設(shè)施。,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,為什么要學(xué)習(xí)土力學(xué)？,11：50左右 洞口擴(kuò)大加速，泥水對(duì)壩基的沖蝕更加劇烈。,Teton壩,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,11:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下,Teton壩,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,12：00過(guò)后 坍塌口加寬,Teton壩,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,洪水掃過(guò)下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀,Teton壩,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,九江大堤決口,潰口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險(xiǎn)情，20分鐘后，在堤外迎水面

9、找到2處進(jìn)水口,又過(guò)20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個(gè)洞，5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,長(zhǎng)江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過(guò)程示意圖,砂環(huán),管 涌 口,粘性土,砂性土,滲水,雜填土,管涌：在滲流作用下，無(wú)粘性土體中的細(xì)小顆粒，通過(guò)土的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流帶出的現(xiàn)象。,堤基管涌,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,砂性土堤基管涌破壞示意圖,管涌破壞,當(dāng)管涌發(fā)生時(shí)，滲流將導(dǎo)致向源侵蝕，使堤防基礎(chǔ)下部出現(xiàn)滲流通道,當(dāng)水頭差足夠大時(shí)，侵蝕將加速并掏挖堤防基礎(chǔ)。形成通道后極易引起潰決,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力

10、學(xué)的目的？,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的 滲透問(wèn)題,與土有關(guān)的工程問(wèn)題,緒論,學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的？,土工結(jié)構(gòu)物或地基,土,強(qiáng)度問(wèn)題 變形問(wèn)題 滲透問(wèn)題,強(qiáng)度特性 變形特性 滲透特性,土力學(xué)可以解決工程實(shí)踐問(wèn)題，這正是土力學(xué)存在的價(jià)值以及我們學(xué)習(xí)土力學(xué)的目的。,緒論,巖石,風(fēng)化（物理、化學(xué)）作用,巖石破碎 化學(xué)成分改變,搬運(yùn)沉積,大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）,第1章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類(lèi),一、土的形成,土是指： 地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用而形成的、覆蓋在地表上碎散的、沒(méi)有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。 按堆積或沉積的條件分：殘積土和運(yùn)積土（坡積土、沖積土、

11、風(fēng)積土、冰磧土）,風(fēng)化,二、土的三相組成 1.固相 成土礦物 由無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)組成，而礦物由原生礦物和次生礦物組成 粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu) 晶胞：硅-氧四面體、氫氧八面體 土粒大小和土的級(jí)配 粒組、土的級(jí)配、級(jí)配良好、級(jí)配不良 顆粒大小分析試驗(yàn) 對(duì)于大于0.075 mm的土粒常采用篩分法 而對(duì)于小于0.075mm的土粒則采用密度計(jì)法,土,固相,液相,氣相,2. 液相 土中水有吸著水和自由水兩種形態(tài)。 3. 氣相 土中氣體可分為與大氣連通的和不連通的兩類(lèi)。與大氣連通的氣體對(duì)土的工程性質(zhì)影響不大，而與大氣不連通的密封氣體對(duì)土的工程性質(zhì)影響較大。,三、土的結(jié)構(gòu),單粒結(jié)構(gòu) 分散結(jié)構(gòu) 絮狀結(jié)構(gòu),粒度成

12、分及其表示方法 常用的粒度成分的表示方法有：表格法、累計(jì)曲線(xiàn)法和三角形坐標(biāo)法,篩分法： 用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱(chēng)過(guò)質(zhì)量的烘干土樣過(guò)篩，稱(chēng)出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。 適用于粗粒土(0.075mm),密度計(jì)法：利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來(lái)確定小于某粒徑的土粒含量. 適用于細(xì)粒土 (0.075 mm),四、土的物理性質(zhì)指標(biāo),（一）九項(xiàng)比例指標(biāo)： 1.土的密度 2.土粒比重 3.土的含水率 4.孔隙比 5.孔隙率 6.飽和度 7.干密度 8.飽和密度 9.浮密度,土的三相圖,質(zhì)量m,體積V,(二)、直接測(cè)定指標(biāo),1.土的密度：?jiǎn)?/p>

13、位體積土的質(zhì)量 測(cè)定方法：環(huán)刀法 2.土粒比重：土粒的質(zhì)量與同體積40c時(shí)純水的質(zhì)量之比 測(cè)定方法：比重瓶法 3.土的含水率：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示 測(cè)定方法：烘干法或酒精燃燒法,4.孔隙比：土中孔隙體積與土粒體積之比 5.孔隙率：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示 6.飽和度：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù) 表示,(三)、換算指標(biāo),7.干密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)土粒的質(zhì)量 8.飽和密度：土孔隙中全部被水充滿(mǎn)時(shí)單位體積土的質(zhì)量 9.浮密度：土浸沒(méi)在水中受到浮力作用時(shí)的密度,指標(biāo)間的換算（例題）,五、無(wú)粘性土的相對(duì)密實(shí)度、粘性土的稠度及土的 壓實(shí)性,（一）、無(wú)粘性土的相

14、對(duì)密實(shí)度 理論上砂土在天然狀態(tài)的密實(shí)度可用相對(duì)密度來(lái)表示,砂土在天然狀態(tài)下孔隙比,砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比,砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比,天然干密度,最大干密度,最小干密度,（二）、粘性土的稠度,稠度是指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。通常用硬、可塑、軟和流動(dòng)等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述。 界限含水率及其測(cè)定 阿太堡（Atterberg）界限: 液限、塑限 流動(dòng)液體與可塑性狀態(tài)間的分界含水量稱(chēng)為 實(shí)驗(yàn)室中常采用平衡錐式液限儀來(lái)測(cè)定的； 可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)間的分界含水量稱(chēng)為 實(shí)驗(yàn)室中常采用搓條法來(lái)測(cè)定。 半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)間的分界含水量稱(chēng)為縮限s

15、。,0,固態(tài)或半固態(tài),可塑狀態(tài),流動(dòng)狀態(tài),塑限P,液限L,液限L,塑限P,但更為便捷和精確的測(cè)定方法是采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀。 塑性指數(shù) ：液限與塑限之差值。習(xí)慣上用不帶百分 數(shù)符號(hào)的數(shù)值表示。 液性指數(shù) ：表示天然含水量與界限含水量關(guān)系的指標(biāo)。,（三）、土的壓實(shí)性,土的壓實(shí)性在室內(nèi)是通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)來(lái)研究的。 影響因素： 含水率:最優(yōu)含水率 擊實(shí)功能：擊實(shí)功小則最優(yōu)含水率大而最大干密度小;擊實(shí)功大則 最優(yōu)含水率小而最大干密度大。 土的種類(lèi)和級(jí)配：粘性土中粘粒含量越高越難壓實(shí);無(wú)粘性土含水 率越高越易壓實(shí)。級(jí)配好的易壓實(shí)。 粗粒含量：試驗(yàn)中允許的粒徑有限，所以所得的最大干密度和最 優(yōu)含水率與實(shí)際不同，實(shí)際可用公式（1-33）、 （1-34）校正。,六、土的工程分類(lèi),一般粗粒土按顆粒組成分類(lèi)，粘性土則按塑性圖分類(lèi)。 目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于對(duì)土進(jìn)行分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程（規(guī)范）主要有以下幾種： 建設(shè)部土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（GBJ145-90） 建設(shè)部建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002） 交通部公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTJ051-93） 水利部